■ 文/公安部裝備財(cái)務(wù)局警用裝備研發(fā)論證中心 凌建壽

中國汽車技術(shù)研究中心 朱瑛

鄭州市公安局車輛管理所 喬大力

1 引言

隨著國內(nèi)外形勢(shì)的發(fā)展和車輛改裝技術(shù)的進(jìn)步，各類特種警用車輛在公安民警進(jìn)行巡邏執(zhí)勤、反恐防暴、搶險(xiǎn)救災(zāi)等工作中起到了至關(guān)重要的作用。一些新技術(shù)、新裝備越來越多地應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn)，進(jìn)一步提升了警用車輛裝備的保障能力。如具有高效、節(jié)能、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)的LED光源正逐步取代大功率氣體放電光源的照明設(shè)備，越來越多地應(yīng)用于警用特種專業(yè)技術(shù)用車，為處置突發(fā)事件提供了現(xiàn)場(chǎng)照明的有效保障。但由于目前國內(nèi)外針對(duì)LED光源的標(biāo)準(zhǔn)要求和技術(shù)規(guī)范相對(duì)滯后，因此，本文結(jié)合LED光源的光學(xué)特性以及配光鏡材料的物理特性，對(duì)LED車載警用照明燈光組的檢測(cè)指標(biāo)和試驗(yàn)方法提出了相應(yīng)的參考意見。

2 車載警用照明燈光組的定義由來

把配備于警用車輛上的照明設(shè)備定義為車載照明燈光組主要有三點(diǎn)原因：

1）光源的數(shù)量。從現(xiàn)有警用照明車輛的實(shí)際配置情況來看，車載照明燈設(shè)備很少是由單一光源組成的，多數(shù)是由多個(gè)、甚至多種型式的光源組成的燈具組合體。

2）光學(xué)照射特性。車載照明設(shè)備所發(fā)射光束的光學(xué)照射特性有兩種，即泛光特性和聚光特性。有的車載照明設(shè)備僅單純具有泛光特性或聚光特性，有的則是兩者兼而有之。

3）組合方式。有的車載照明燈設(shè)備是用幾組光源體現(xiàn)一種光學(xué)照射特性，有的是用一組光源體現(xiàn)兩種光學(xué)照射特性。

基于此，為了更加全面地體現(xiàn)車載照明設(shè)備光學(xué)性能方面的多樣性、靈活性和特殊性，筆者將其命名為車載照明燈光組，并作了如下定義：車載照明燈光組為具有一種或兩種光學(xué)照射特性的車載照明燈具組合。

3 LED燈光組的檢測(cè)要求及測(cè)試方法

車載警用照明燈光組（以下簡(jiǎn)稱燈光組）置于警車上形成專用照明車輛，其主要功能是為處置突發(fā)事件提供現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急照明。由于國內(nèi)對(duì)LED燈光組的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)技術(shù)規(guī)范尚屬空白，現(xiàn)有警用照明車輛的檢測(cè)要素不統(tǒng)一，筆者結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)有LED光源檢測(cè)技術(shù)和實(shí)際的使用需求，從配光性能、紫外成份、色溫、顯色性、光度和色度溫度穩(wěn)定性、塑料配光鏡材料試驗(yàn)等方面提出檢測(cè)要求和試驗(yàn)方法，下面對(duì)上述幾方面分析說明。

3.1 LED燈光組的配光性能

基于LED燈光組的配光性能分析，按照射特性分類有兩種，即泛光特性和聚光特性。泛光特性是光呈泛射覆蓋，即光在規(guī)定空間范圍內(nèi)具備近似等同照度的光學(xué)特性；聚光特性是光的聚焦式準(zhǔn)直，是一束具備一定照射角度和發(fā)光強(qiáng)度的光線對(duì)某物體局部小面積進(jìn)行照明所具備的特性。顯然，前者要求光的發(fā)散角較大，且有一定的照度均勻性要求，而后者要求光的發(fā)散角較小，照射的強(qiáng)度要求很高。照射特性是把基礎(chǔ)光源發(fā)出的光利用相應(yīng)的配光部件通過透射、散射、反射、折射后調(diào)制而成。

基于配光性能的試驗(yàn)室測(cè)試方法分析，根據(jù)各地民警執(zhí)勤業(yè)務(wù)的需要，對(duì)燈光組的有效照射距離提出了15m、30m、50m的不同需求，也就提出了對(duì)不同有效照射距離情況下的燈光組的考核要求。國內(nèi)外常見的燈光暗室的測(cè)試距離一般為10m或25m。因此，試驗(yàn)時(shí)可采用汽車燈具測(cè)試中最常見的車燈旋轉(zhuǎn)法，利用現(xiàn)有試驗(yàn)室條件進(jìn)行照度測(cè)試，再把得到的測(cè)試結(jié)果按照度與測(cè)試距離平方成反比的定律進(jìn)行換算，即可得到任意有效照射距離下的值。這種試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確，操作性和復(fù)現(xiàn)性強(qiáng)。

通過大量的試驗(yàn)，得到了不同功率的光源發(fā)出的光通量的最大值，并得到了每種光通量所能滿足的不同照射距離情況下的最小照度值，并據(jù)此對(duì)燈光組提出了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和測(cè)試要求，詳見表1。

3.2 LED燈光組的紫外成份

基于LED燈光組的紫外成份分析，在IEC 62471-2006中，提出了光輻射安全方面潛在的生物健康危害主要有以下方面：皮膚和眼睛的光化學(xué)危害（200nm～400nm）、眼睛近紫外危害（315nm～400nm）、視網(wǎng)膜藍(lán)光光化學(xué)危害（300 nm～700nm）、視網(wǎng)膜光化學(xué)危害（300nm～-700nm）等幾個(gè)方面。白光LED技術(shù)（如紫外LED激發(fā)紅綠藍(lán)熒光粉的技術(shù)）需要增加紫外成份檢測(cè)，一是考慮光輻射危害，二是考慮塑料紫外成份會(huì)加速塑料配光鏡的老化，影響配光配的透過率，最終影響到配光的效果?，F(xiàn)在的車燈基本上使用塑料材料制成，為防止LED光源中的紫外線成分對(duì)塑料配光鏡的老化，對(duì)光源的紫外線成分含量需進(jìn)行一定限制。

表1 車載照明燈光組配光性能參數(shù)表

對(duì)于LED燈光組紫外成份測(cè)試，參考照明類成熟的燈具技術(shù)要求，提出相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。對(duì)于汽車用LED光源前照燈，GB 25991-2010中5.9.2.2條已經(jīng)規(guī)定低UV輻射型式的LED模塊Kuv值應(yīng)滿足（1）式要求：

（1）式中：Ee（λ）——發(fā)光光譜能量，單位為瓦（W）；

V（λ）——光譜發(fā)光效率，單位為流明1；

（λ）——波長(zhǎng)，單位為納米（nm）；

S（λ）——光譜（效應(yīng)）權(quán)重函數(shù)，單位為1；

km——發(fā)光體最大發(fā)光功效極限值，km=583lm/W。

該值用光譜分析儀測(cè)得后，應(yīng)用不大于5nm間距進(jìn)行計(jì)算。UV輻射光譜權(quán)重表依據(jù)270nm波長(zhǎng)為典型值[即S（λ）=1]；其他UV輻射光譜權(quán)重值，依據(jù)表2以內(nèi)插值替代。

表2 UV輻射光譜權(quán)重值

3.3 LED燈光組的色溫

基于LED燈光組色溫分析，目前市場(chǎng)上大多是高色溫、高亮度的LED產(chǎn)品，主流LED白光技術(shù)為藍(lán)色芯片激發(fā)黃色熒光粉形成白光，采用這種技術(shù)的白光當(dāng)其色溫較高時(shí)，在短波藍(lán)光波段（約440nm處）有一個(gè)較強(qiáng)的峰值（如圖1），藍(lán)光輻射對(duì)人眼視網(wǎng)膜產(chǎn)生的光化學(xué)危害明顯提高，尤其是嬰兒和兒童，其眼睛對(duì)短波長(zhǎng)光的過濾能力不如成年人。近50年來我國青少年近視發(fā)生率的顯著上升也與光源的不合理光譜組合和亮度配置有重要的相關(guān)性。老年人的視網(wǎng)膜黃斑區(qū)功能性退化與藍(lán)光輻射的傷害也有直接關(guān)系。隨著LED的應(yīng)用，LED產(chǎn)品為了追求高光效，提高LED的色溫導(dǎo)致光譜中的藍(lán)光成分增加，大大提高了光源藍(lán)光危害的風(fēng)險(xiǎn)，因此需要限制高色溫的車燈產(chǎn)品，而不能一味片面追求光效或效能。國際照明委員會(huì)（Commission Internationale de L'Eclairage，CIE）推薦路燈照明的色溫為4200K，是符合人體生理需求的。鑒于燈光組警用執(zhí)勤的特殊用途，建議最高色溫不應(yīng)超過5500K。

圖1 典型LED白光的光譜成分

色溫測(cè)試時(shí)，用積分球或色溫表進(jìn)行測(cè)量，直接讀取數(shù)值即可。

3.4 LED燈光組的顯色性

基于顯色性分析，顯色性是與參考標(biāo)準(zhǔn)光源相比較，光源顯示物體顏色的特性。通俗地講，顯色性是指光源對(duì)物體顏色的還原能力，它影響人眼對(duì)物體顏色的判斷，是評(píng)價(jià)照明質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。一般來說，在顯色性好的光源下看到的物體顏色接近于在日光下看到的該物體的顏色。鑒于警用車的執(zhí)勤的專業(yè)性和嚴(yán)謹(jǐn)性考慮，顯色性的考核非常必要。

基于顯色性測(cè)試方法，LED光源的光譜分布不同于燈絲燈泡或氣體放電電光源，為了保證LED光源車燈在夜晚使用時(shí)對(duì)交通標(biāo)志的清晰辨識(shí)，特別是一些紅色的標(biāo)識(shí)，必須要求光源中包含一定量的紅光成分。

LED光源的光譜最低紅光成分應(yīng)滿足（2）式的要求：

（2）式中：

（λ）為波長(zhǎng)，單位為納米（nm）；

Ee（λ）為發(fā)光光譜能量，單位為瓦（W）；

V（λ）為光譜發(fā)光效率，單位為流明1。

試驗(yàn)時(shí)用光譜分析儀測(cè)量HV點(diǎn)的最低紅光成分后，用不大于5nm間距進(jìn)行計(jì)算即可。

3.5 光度和色度溫度穩(wěn)定性

基于LED燈光組光度和色度溫度穩(wěn)定性分析，由于LED光源對(duì)溫度較為敏感，溫度上升會(huì)對(duì)其光源顏色、輸出光通量及使用壽命產(chǎn)生較大影響。當(dāng)LED光源點(diǎn)亮后，會(huì)因溫度上升而出現(xiàn)光通輸出的衰退，不同功率及生產(chǎn)廠的衰減程度不同，直接影響到最終的配光效果。因此，對(duì)LED光源的車燈均應(yīng)考核其剛剛點(diǎn)亮及光輸出穩(wěn)定后的光度和色度特性均應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)的限值要求。

試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將LED車載照明燈光組的光源在配光性能測(cè)試前應(yīng)進(jìn)行15小時(shí)的老煉，使其趨于穩(wěn)定后冷卻至室溫。在配光性能試驗(yàn)時(shí)應(yīng)再度點(diǎn)亮光源，連續(xù)點(diǎn)亮并監(jiān)測(cè)其光源出現(xiàn)光度穩(wěn)定狀態(tài)，即光度變化值在15分鐘內(nèi)小于3%后再進(jìn)行配光性能的測(cè)試。

3.6 LED燈光組的塑料配光鏡材料試驗(yàn)

目前，照明類車燈的配光鏡材料主要是聚碳酸脂（PC），這種材料的優(yōu)點(diǎn)是透光度高，沖擊韌性好，耐熱性高，尺寸穩(wěn)定性好，成型收縮率小。其缺點(diǎn)主要有以下方面：一是硬度不足，這導(dǎo)致它的耐機(jī)械磨損的能力較差。另外，它的耐溫度變化的能力、耐腐蝕能力及抗紫外輻射能力等都較差?，F(xiàn)代的汽車用照明類燈具不僅需要耐受來自太陽的自然光輻射，還要耐受來自自身光源產(chǎn)生的紫外輻射。因此，PC配光鏡一般都要做紫外線表面硬化處理，即在其表面涂上耐候性硬化涂層，一般是耐磨有機(jī)硅固化漆。那么就有必要針對(duì)塑料配光鏡的這些物理特性進(jìn)行測(cè)量，以保證其材料的穩(wěn)定性，避免產(chǎn)生對(duì)配光性能的不良影響。

測(cè)試方法應(yīng)參考較為成熟的GB 4599-2007中對(duì)汽車前照燈的配光鏡材料的要求對(duì)燈光組的配光鏡進(jìn)行規(guī)范性考核。

4 結(jié)語

作為目前代表著高效、節(jié)能、環(huán)保等設(shè)計(jì)理念的LED光源，在公安相關(guān)業(yè)務(wù)領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用。雖然在用于車載照明光源時(shí)固然有著其性能的先進(jìn)性，但節(jié)能、環(huán)保應(yīng)以安全性、舒適性、可靠性為前提，而大功率LED光源恰恰在安全、舒適、可靠等方面存在隱患。因此，在確立LED車載警用照明燈光組的性能考核時(shí)，應(yīng)將安全隱患的影響降到最低納入考量范疇。有鑒與此，筆者參考了大量同類產(chǎn)品的技術(shù)要求，并進(jìn)行了多次性能測(cè)試，積累了大量的技術(shù)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，起草了公安行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，首次在國內(nèi)規(guī)范了LED燈光組技術(shù)要求和測(cè)試方法，讓其在發(fā)揮公安機(jī)關(guān)處置突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)照明保障中最大效能的同時(shí)，為國內(nèi)其他行業(yè)同類車型的LED燈光組測(cè)試提供技術(shù)參考依據(jù)。

[1] GB 25991-2010.汽車用LED前照燈[S].

[2] IEC/EN 62471.Photobiological safety of lamps and lamp systems[S].2008.