极端天气情况下LED透雾性研究

1. 前言

　　能见光在降雪、雨天和有雾时的穿透工作能力降低，因而，那样的极端天气对道路交通安全导致了非常大威协。能见光在小雪花、小雨滴和细颗粒物中传递时，因为透射和吸附等功效，使其由此可见性得到较大危害。一些科学研究组织曾做了相应科学研究，并提供了一些能见光在这种不容乐观气温情况下散播的特点和结果。

　　针对能见光在雾的条件中散播，Bobsy Arief KURNIAWAN^[1]精确测量了在不一样雾浓度值和细颗粒物尺寸情况下，人的眼睛对LED色度的回应。他使用了红黄蓝绿四种色调光，及其她们每二种色调中间的色调，组成了十二种颜色光开展试验，并得到了红白光和红蓝光越过雾时色度最大。与此同时，高清蓝光在大雾中的看得见性最烂。而在雨天和降雪的条件中，科学研究大多数聚集在对白光和白光灯的选用上。大家一般觉得白光比白光灯好，由于在同样色度下白光产生的炫光沒有白光灯比较严重。这一常识问题的了解被John D. Bullough’s的科学研究证明了。他得到了在同样光照强度下，白光比白光灯遭受反方向透射的危害小，因此炫光小的结果^[2,3]。

　　做为对能见光在极端天气情况下散播特点的基本科学研究，文中上述试验关键关心能见光在云雾的推广状况。与Bobsy Arief KURNIAWAN的试验不一样，本试验运用了四种纯色LED做为灯源，这就防止了Bobsy的办法中将会产生的同色系异谱状况。试验选用空气加湿器造成雾，精确测量四种纯色LED在不一样雾浓度值下的光照强度衰减系数。雾的浓度值由一个乳白色LED在相对应浓度值下的光照强度衰减系数值来叙述。根据光照强度衰减系数曲线图获得了具备最好透雾工作能力的纯色能见光。本试验从量化分析的多角度解析了纯色能见光对雾的透过特点。试验结果对路面照明灯具的选取具备一定的指导作用。

2.实验方法

　　2.1试验设备

Fig. 1 System setup of the experiment in side view

如图所示1所显示，1为灯源，四只纯色LED均为1W；2为雾水箱，长30cm，宽37cm，高32cm，内表层描黑；3为空气加湿器，根据22个挡位造成不一样度的雾；4为连通管，将空气加湿器造成的雾进入雾水箱；5为摄像头，正对灯源；6为亮度计，用于收集光照强度值。

　　2.2 试验标准

　　为避免外部光对试验結果造成危害，全部试验在暗室中开展。与此同时，试验室的窗门均闭紧，以避免 外部气旋对试验的影响。试验室维持控温25℃。

　　该试验更为关键的部位是在试验室中对雾开展仿真模拟。因为试验对雾的需要是具备均衡性、可靠性，而且可以较便捷地调整浓度值，因而该试验不可以雨雾天气在户外开展，务必在试验室人工造雾。试验选用空气加湿器喷出来的雾气水汽来仿真模拟大自然中的雾。大部分细颗粒物抽样法得到的大自然中普遍存在的雾，其颗粒直徑的范畴是4~10μm。而选用离心式风机空气加湿器可搞出孔径为5μm[4]的细雾，恰在纯天然雾颗粒尺寸的范畴以内。此外，选用离心式风机空气加湿器可防止蒸气式空气加湿器搞出的高溫雾水很有可能对亮度计摄像头发生的危害。

　　根据光谱分析仪收集获得试验常用四种纯色LED的特性参数最高值光波长和半波宽，先后为：鲜红色LED（λp=625nm，FWHM=50nm）、淡黄色LED（λp=594nm，FWHM=13nm）、翠绿色LED（λp=514nm，FWHM=45nm）、深蓝色LED（λp=459nm，FWHM=22nm）。试验在不一样雾浓度值下精确测量各纯色LED的通过光照强度。

　　2.3 试验全过程

　　本试验根据空气加湿器的六个挡位（0档、10档、12档、14档、16档和18档）造成不一样含量的雾，雾浓度值伴随着挡位的升高而升高。

　　最先，在没雾的标准下照亮鲜红色LED，根据亮度计测得这时的亮度值做为原始光照强度。在某一特殊挡位下，打开空气加湿器2分钟。关掉空气加湿器10秒后，雾在透雾箱里已基本上分布均匀，测得这时的亮度值做为鲜红色LED在这里浓度值下的通过光照强度。通过光照强度与原始光照强度的比率即是透过率。等候一段时间，当透雾箱里的雾水消散后，更改空气加湿器挡位并多次重复以上试验。每一种色调的LED都反复以上全过程。取三次试验的平均数做为最终結果。

　　2.4 雾浓度值的表现

　　本实验操作中，雾的浓度值根据一个乳白色LED（λp=492nm, Tc=6000K）在相对应挡位雾浓度值下的透过率来界定。换句话说，乳白色LED的透过率标值表现了相匹配雾自然环境的含量值。乳白色LED的透过率选用了与别的四种纯色LED透过率同样的办法得到。在0档（没雾）、10档、12档、14档、16档和18档的白光灯透过率如表1所显示。

　　表 1 不一样挡位下白光LED的透过率

　　Table.1 Transmission factor of white LED under different levels

挡位

0档

10档

12档

14档

16档

18档

透过率

100%

75.9%

51.2%

22.8%

10.1%

5.9%

相对应地，雾在0档（没雾）、10档、12档、14档、16档和18档的浓度值可叙述为100%，75.9%，51.2%，22.8%，10.1%，5.9%。

3. 试验結果

　　　获得了在100%，75.9%，51.2%，22.8%，10.1%，5.9%雾浓度值下，四种纯色LED的透过率。取三次反复试验的均值，如表2所显示。

　　表 2 四种纯色LED在不一样雾浓度值下透过率

　　Table.2 Means of transmission factors of four monochrome LEDs

100%

75.9%

51.2%

22.8%

10.1%

5.9%

鲜红色

1

0.7995

0.5473

0.2288

0.0621

0.0387

淡黄色

1

0.9629

0.6717

0.2934

0.0902

0.0429

翠绿色

1

0.7576

0.5036

0.1955

0.0670

0.0308

深蓝色

1

0.7421

0.5084

0.2175

0.0633

0.0286

　　根据表2，能够 获得伴随着雾浓度值转变，四种纯色LED透过率转变 的曲线图。如图2。

图 2 不一样雾浓度值下可见光透过率曲线图

Fig.2 Curves of fog transmission factors through different fog densiTIes

图2中，横坐标轴为用乳白色LED的透过率表明的雾浓度值，纵轴为四种纯色LED的透过率。从图2能够得到，伴随着雾浓度值的升高，四种纯色LED的透过率慢慢降低。在随意浓度值下，淡黄色LED的透过率较大，次之是鲜红色LED。蓝色和绿色LED的透过率较低。

4.结果与探讨

　　本试验精确测量了四种纯色LED在不一样雾浓度值下的透过状况，得到了伴随着雾浓度值的升高，纯色LED的透雾特性也降低，但降低水平各有不同。四种可见光在随意浓度值下，白光的透雾特性最好是，次之是彩光。透雾性最烂的是绿色光和高清蓝光。

　　此结果进一步认证了以前的有关分析結果，即白光成份具备不错的透雾性。与此同时，本试验得到具备较弱透雾性的能见光成份是高清蓝光和绿色光，这一结果与Bobsy Arief KURNIAWAN的结果稍有不一样。导致结果不一样的因素之一可能是因为2个试验常用高清蓝光的光谱仪不一样。

　　在雾的条件中，能见光透过率的降低是比照减少的結果。大家可以看见事情，并没有根据事情自身的肯定色度，只是根据事情与周边环境的比照。雾的出现减少了这类比照的水平，而雾的含量越高，这类比照的水平就越低。因而，大家在云雾也不那麼非常容易看清周边事情。

　　本试验仅是对能见光在极端天气情况下通过状况的基本科学研究。虽然根据空气加湿器造出来的雾，在化学成分和细颗粒物尺寸及其空间布局上与当然中的雾各有不同，但仍能一定水平上体现出可见光在很多水蒸气凝固自然环境中的通过状况，如雨天或环境湿度较大的自然环境。进一步的分析将集中化在降雪和雨天的标准下，以求科学研究结果对路面照明灯具的挑选具有一定的指导作用，进而提升极端天气情况下公路交通安全性。

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