白媛媛 朱傳征

(交通部公路科學(xué)研究院 公路交通安全技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100088)

引言

逆反射體是具有逆反射性能的一種反光面或器件。是對(duì)具有逆反射特性物件的統(tǒng)稱。道路交通系統(tǒng)中使用的反光標(biāo)志牌、反光標(biāo)線、反光視線誘導(dǎo)設(shè)施以及汽車、自行車的車身反光標(biāo)識(shí)和行人佩戴的各種反光標(biāo)識(shí)都是逆反射體。雖然在標(biāo)志、標(biāo)線等設(shè)施的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中都對(duì)其光度性能有所規(guī)定，但是都趨向?qū)夹g(shù)指標(biāo)的規(guī)定，對(duì)具體的測(cè)試方法都沒有硬性規(guī)定和詳盡闡述。

本文結(jié)合 CIE54.2—2001技術(shù)報(bào)告《逆反射:定義與測(cè)量》和JT/T690—2007《逆反射體光度性能測(cè)試方法》，對(duì)逆反射體光度性能的四種測(cè)試方法 (比例法、替代法、直接發(fā)光強(qiáng)度法和直接亮度法)進(jìn)行詳細(xì)的介紹和深入的分析;通過(guò)比較討論各種方法的適用范圍;并對(duì)常用的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

1 逆反射體光度性能測(cè)試方法

1.1 比例法

比例法的原理是使用同一只光度計(jì)對(duì)樣品處光源的入射光通量和觀測(cè)點(diǎn)處逆反射返回的光通量進(jìn)行測(cè)量，兩次測(cè)量值之比與逆反射性能參數(shù)存在正比關(guān)系。比例法的關(guān)鍵之處在于使用同一只光度計(jì)對(duì)入射光通量和逆反射光通量進(jìn)行測(cè)量，不能使用不同的光度計(jì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量，所使用的光度計(jì)無(wú)需特殊的校準(zhǔn)，只需保證其在較寬的測(cè)試范圍內(nèi)具有良好的線性響應(yīng)度即可。采用比例法測(cè)試逆反射性能時(shí)應(yīng)在10m至30m的暗室通道中進(jìn)行，測(cè)量光源的光通量時(shí)應(yīng)保持光度計(jì)與光源的軸線重合。

采用比例法測(cè)試逆反射性能時(shí)能夠得到發(fā)光強(qiáng)度系數(shù)、逆反射系數(shù)、逆反射亮度系數(shù)等主要表征逆反射性能參數(shù)的量值，因此適用于任何逆反射體逆反射性能的測(cè)試。

發(fā)光強(qiáng)度系數(shù)

逆反射系數(shù)

逆反射亮度系數(shù)

式中:mT——光度計(jì)在觀測(cè)點(diǎn)測(cè)試驗(yàn)樣品的讀數(shù)，與光度計(jì)相應(yīng)的單位;

mD——光度計(jì)在觀測(cè)點(diǎn)測(cè)試無(wú)反光黑板的讀數(shù)，與光度計(jì)相應(yīng)的單位;

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mS——光度計(jì)在試驗(yàn)樣品處垂直于光源方向的讀數(shù)，與光度計(jì)相應(yīng)的單位;

d——觀測(cè)點(diǎn)到試驗(yàn)樣品的距離，m;

A——試驗(yàn)樣品的面積，m2;

ν——視角。

1.2 替代法

替代法則依靠帶有標(biāo)準(zhǔn)值的標(biāo)準(zhǔn)樣品。標(biāo)準(zhǔn)樣品經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)獲得標(biāo)準(zhǔn)值后作為參考標(biāo)準(zhǔn)使用。該方法是一個(gè)比較程序，在同樣的測(cè)試幾何條件下，使用同一只光度計(jì)先對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測(cè)試，然后對(duì)未知樣品進(jìn)行測(cè)試，兩個(gè)測(cè)量值之比等于標(biāo)準(zhǔn)樣品的標(biāo)準(zhǔn)值與未知樣品的實(shí)際值之比，用標(biāo)準(zhǔn)樣品的標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)其測(cè)量值進(jìn)行替換，得到被測(cè)樣品的實(shí)際值。如果光度計(jì)可調(diào)節(jié)，可以先將讀數(shù)調(diào)到與標(biāo)準(zhǔn)樣品的標(biāo)準(zhǔn)值相同，那么就可以直接測(cè)量得到未知樣品的實(shí)際值。替代法最重要的是帶有標(biāo)準(zhǔn)值的標(biāo)準(zhǔn)樣品，且標(biāo)準(zhǔn)值必須是可溯源的。但是使用該方法時(shí)，應(yīng)保證標(biāo)準(zhǔn)樣品的有效受光面積、顏色和特性值要和未知樣品一致，并需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行階段性再校準(zhǔn)，避免由其老化引起衰減而帶入誤差。而光度計(jì)也同樣無(wú)需校準(zhǔn)，只需保證其在測(cè)試范圍內(nèi)具有良好的線性響應(yīng)度即可，并且允許在一定限度內(nèi)用光度裝置縮短光度測(cè)試距離。

采用替代法測(cè)試逆反射性能時(shí)能夠得到發(fā)光強(qiáng)度系數(shù)、逆反射系數(shù)、逆反射亮度系數(shù)等表征逆反射性能的主要參數(shù)的量值，因此適用于任何逆反射體逆反射性能的測(cè)試。

計(jì)算公式:

發(fā)光強(qiáng)度系數(shù)

逆反射系數(shù)

逆反射亮度系數(shù)

式中:mstd——光度計(jì)在觀測(cè)點(diǎn)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)樣品的讀數(shù)，與光度計(jì)相應(yīng)的單位;

Astd——標(biāo)準(zhǔn)樣品的面積，m2;

AT——試驗(yàn)樣品的面積，m2;

RIstd——標(biāo)準(zhǔn)樣品的發(fā)光強(qiáng)度系數(shù)，cd/lx;

RAstd——標(biāo)準(zhǔn)樣品的逆反射系數(shù)，cd/lx;

RLstd——標(biāo)準(zhǔn)樣品的逆反射亮度系數(shù)，cd/lx。

1.3 直接發(fā)光強(qiáng)度法

在直接發(fā)光強(qiáng)度法中，逆反射體表面的照度通過(guò)一個(gè)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的照度計(jì)來(lái)測(cè)量。逆反射體的發(fā)光強(qiáng)度由光度計(jì)測(cè)量，測(cè)量前需要先在逆反射體的位置上放置一個(gè)已知發(fā)光強(qiáng)度的合適的校準(zhǔn)參考燈來(lái)校準(zhǔn)光度計(jì)探頭。這種方法的準(zhǔn)確度取決于對(duì)照度計(jì)、光源燈和光度計(jì)校準(zhǔn)過(guò)程中合并的誤差。每個(gè)儀器都對(duì) V(λ)函數(shù)有不同的響應(yīng)也是一個(gè)誤差的來(lái)源。這種誤差可以通過(guò)使用同一個(gè)校準(zhǔn)參考燈對(duì)照度計(jì)和光度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)來(lái)有效減小。

直接發(fā)光強(qiáng)度法可以直接確定發(fā)光強(qiáng)度系數(shù)(RI)，并且只要知道試樣面積和相對(duì)視角就可以確定逆反射系數(shù)RA和逆反射亮度系數(shù)RL，因此適合任何逆反射體逆反射性能的測(cè)試。

計(jì)算公式:

發(fā)光強(qiáng)度系數(shù)

逆反射系數(shù)

逆反射亮度系數(shù)

式中:I——在觀測(cè)點(diǎn)處測(cè)量的試樣的發(fā)光強(qiáng)度，cd;

E⊥——在試驗(yàn)樣品處測(cè)量的垂直于光源方向的照度，lx;

A——試驗(yàn)樣品的面積，m2;

ν——視角。

1.4 直接亮度法

當(dāng)逆反射體反射的光信號(hào)非常弱時(shí)，比如測(cè)試反光標(biāo)線等水平涂層反光材料或者其他逆反射系數(shù)很小的逆反射體時(shí)，可以直接使用亮度計(jì)來(lái)測(cè)量其表面的亮度。亮度計(jì)讀數(shù)和樣品表面照度的比值直接得到逆反射亮度系數(shù) (RL)。亮度計(jì)的測(cè)試范圍必須完全落在被測(cè)樣品的表面積以內(nèi)。以標(biāo)線為例，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的88.76°入射角和1.05°觀測(cè)角，搭建30m長(zhǎng)的測(cè)試幾何系統(tǒng)，測(cè)試時(shí)亮度計(jì)必須對(duì)一個(gè)垂直看起來(lái)很窄的區(qū)域進(jìn)行測(cè)試，也可以說(shuō)是對(duì)一個(gè)非常小的縫隙進(jìn)行測(cè)試。

同樣也可以使用亮度計(jì)來(lái)測(cè)試光源照度，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)只用一種儀器既測(cè)試照度也測(cè)試亮度，避免使用兩種儀器對(duì)V(λ)函數(shù)響應(yīng)不同帶來(lái)的誤差。使用亮度計(jì)測(cè)量光源照度時(shí)，需取一均勻的理想漫射表面放在樣品處，測(cè)試幾何條件為0°/45°，以避免理想漫射的表面產(chǎn)生逆反射。

直接亮度法適合測(cè)量逆反射系數(shù)較小的逆反射體，直接測(cè)得其逆反射亮度系數(shù)。

計(jì)算公式:

逆反射亮度系數(shù)

式中:L——在觀測(cè)點(diǎn)處測(cè)量的試樣的亮度，cd/m2;

E⊥——在試驗(yàn)樣品處測(cè)量的垂直于光源方向的照度，lx;

2 比較

比例法是逆反射測(cè)量技術(shù)的理論基礎(chǔ)，但使用同一個(gè)光度計(jì)既對(duì)樣品處又對(duì)觀測(cè)點(diǎn)處進(jìn)行測(cè)量并不容易實(shí)現(xiàn)，替代法是建立在比例法基礎(chǔ)上的一種簡(jiǎn)化的測(cè)量方法，主要依靠有值的標(biāo)準(zhǔn)樣品，光度計(jì)同樣不需校準(zhǔn)，而且只需在觀測(cè)點(diǎn)處進(jìn)行測(cè)量，替代法即通常所說(shuō)的相對(duì)法。直接發(fā)光強(qiáng)度法和直接亮度法都是使用兩個(gè)校準(zhǔn)過(guò)的設(shè)備分處測(cè)量，根據(jù)所需結(jié)果在觀測(cè)點(diǎn)處選擇相應(yīng)的光度計(jì)直接讀數(shù)，簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程，這兩種方法同樣都是建立在比例法基礎(chǔ)上，測(cè)量系統(tǒng)與比例法相同，也需要在10m至30m的暗室通道中進(jìn)行。直接發(fā)光強(qiáng)度法使用光度計(jì)測(cè)量逆反射體的發(fā)光強(qiáng)度，適合測(cè)量各種逆反射體，直接亮度法使用亮度計(jì)測(cè)量逆反射體的亮度，適合測(cè)量逆反射系數(shù)較小的逆反射體。直接發(fā)光強(qiáng)度法也是通常所說(shuō)的絕對(duì)法。

比例法、替代法和直接發(fā)光強(qiáng)度法使用范圍基本相同，都適合測(cè)試各種逆反射體，從理論上說(shuō)使用這三種方法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量結(jié)果應(yīng)該相同，如有不同，應(yīng)以比例法為準(zhǔn)。替代法因?yàn)榭梢钥s短光度測(cè)試距離，所有的便攜式設(shè)備都是根據(jù)這個(gè)原理制造的，便攜設(shè)備雖然簡(jiǎn)化了測(cè)試系統(tǒng)，但是只要標(biāo)準(zhǔn)樣品的標(biāo)準(zhǔn)值可靠，光度計(jì)在測(cè)試范圍內(nèi)具有良好的線性響應(yīng)度，就可以得到令人滿意的測(cè)量結(jié)果。直接亮度法適用于水平涂層材料的測(cè)量。

3 測(cè)量?jī)x器分析

目前用于測(cè)試逆反射體光度性能的設(shè)備有兩類，一類是根據(jù)絕對(duì)法搭建的暗室通道測(cè)量系統(tǒng)，另一類是根據(jù)相對(duì)法縮短測(cè)試距離實(shí)現(xiàn)的便攜式設(shè)備。由于實(shí)際應(yīng)用中逆反射體的形狀規(guī)格各不相同，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的所需測(cè)試角度也大相徑庭，因此便攜式設(shè)備都只是針對(duì)一種逆反射體設(shè)計(jì)制造的，也只能對(duì)單獨(dú)一種逆反射體進(jìn)測(cè)量，如交通工程中常用的逆反射標(biāo)志測(cè)量?jī)x、逆反射標(biāo)線測(cè)量?jī)x、突起路標(biāo)測(cè)量?jī)x等;測(cè)量系統(tǒng)則只需要不同的夾具固定不同的逆反射體即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量，而且測(cè)量系統(tǒng)擁有精密的轉(zhuǎn)臺(tái)和角度調(diào)節(jié)裝置，可以實(shí)現(xiàn)各種逆反射體的測(cè)試角度要求。測(cè)量系統(tǒng)結(jié)果可靠，但是造價(jià)高，對(duì)實(shí)驗(yàn)室條件要求高，因此使用量少;便攜設(shè)備造價(jià)低，又易于攜帶，方便現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，使用量要大很多，但是便攜設(shè)備隨機(jī)帶的自校準(zhǔn)樣品要通過(guò)絕對(duì)法測(cè)量系統(tǒng)對(duì)其賦值，才能正常使用。

［1］CIE54.2—2001，逆反射:定義與測(cè)量 ［S］.

［2］JT/T690—2007，逆反射體光度性能測(cè)試方法 ［S］.