CN105954009B - 一种机动车回复反射器测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机动车回复反射器测试装置，其特征在于，该测试系统包括暗室和计算机；暗室内设置有配光转台、夹具、支撑台、导轨、照射光源、光谱仪和电源，待测回复反射器通过夹具固定设置在配光转台上，导轨、照射光源和光谱仪均固定设置在支撑台上，光谱仪的探头纵向滑动设置在导轨上，光谱仪的输出端连接计算机，电源的功率输出端连接照射光源，电源的信号传输端连接计算机，计算机还分别连接配光转台和导轨的驱动装置。本发明可以广泛应用于机动车回复反射器，包括三角警示牌、尾部标志板等一系列被动发光器件的光度和色度的测量过程中。

Description

一种机动车回复反射器测试装置

技术领域

本发明是关于一种机动车回复反射器测试装置，涉及机动车外部照明及光信号检测技术领域。

背景技术

回复反射器是一种将光线沿着与入射光方向的邻近方向反射，当照射角在很大范围内变动时，仍能保持这一特性的被动信号装置。通常安装在自行车、摩托车、汽车尾部或周身以及公路转弯处、分道线、护栏、桥梁等处，将汽车前照灯的照射光反射给驾驶员从而提醒驾驶员。特别是在机动车静止、信号灯装置失去电力系统而失效时，回复反射器有效弥补了这一不足，显著地提醒驾驶员，有助于降低事故发生率，保证道路交通安全。回复反射器属于我国3C强制性认证产品，按照GB11564-2008《机动车回复反射器》或ECE R3-2005《Uniform provisions concerning the approval of retro-reflecting devices forpower-driven vehicles and their trailers》的要求，光度和色度是回复反射器最主要的检测参数，光度采用发光强度系数CIL(Coefficient of Luminous Intensity)值进行表示，单位为mcd/lx，色度采用色坐标表示。回复反射器检测方法按照GB11564-2008和ECER3-2005规定，在开始检测前，首先需要确定是否存在镜面反射效应，如有，应使β在V＝±5°范围内和H＝0°的条件下，采用影响最小的位置(GB11564-2008第5.3.4条，ECE R3-2005第4条)。但是回复反射器反射光分布关于V轴对称，为了减弱镜面反射效应而使回复反射器偏向一侧，不仅偏离了实际装车位置，还容易造成垂直光度不对称，可能会造成一端不合格的误判。而且镜面反射现象不易察觉，只有通过连续扫描测量，甚至需要检测员从30.48米处的受光器旁目视才能确定有无镜面反射效应，给检测工作带来了很大的繁琐性。在初始位置不发生镜面反射效应，在其余检测位置仍有可能发生镜面反射效应，从而影响检测数据的准确性。

随着新型发光材料的探索、光学设计水平的提高，HID(High IntensityDischarge)、LED(Light Emitting Diode)以及第五代车灯光源—激光被越来越多的应用于汽车照明。由于新型光源与卤素灯相比，发光机理的不同导致光谱差异较大，照射光源光谱功率分布的差异将直接影响回复反射器的光度和色度。而现行回复反射器检测标准GB11564-2008或ECE R3中规定的标准A光源(仅代表卤素灯)已不能全面、准确的代表汽车前照灯的应用现状和发展趋势。现有的检测标准(国内GB11564和欧标ECE R3)中均采用2856K标准A光源作为照射光源(标准A光源技术成熟，稳定性好同时和普通卤素汽车前照灯如H1、H4、H7等常用光源光谱差异很小)，检测设备中均采用一个光度计直接采集获得反射光强度。但是，LED光谱可调节的范围很广，更考虑到未来科技的发展，激光汽车前照灯的应用，要统一规定一款LED的标准灯难度是非常大的，到目前为止，国际照明委员会还没有关于LED标准灯的规定。如果仍沿用现有的检测设备和检测方法，所得到的检测结果将与实际情况有一定的偏差，不利于道路交通安全。现有的检测系统完全按照标准设计，均无法从根本上排除镜面反射效应对检测结果的影响，同时只能得到标准A光源照射下的光度和色度，检测数据的准确度和实用性有待提高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种根据照射光源和回复反射器反射光的光谱，能够自动判断并消除镜面反射效应影响，通过模拟照射光谱得到任意光源照射下回复反射器的发光强度系数与色坐标的机动车回复反射器测试装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种机动车回复反射器测试装置，其特征在于，该测试装置包括一暗室和一计算机；所述暗室内设置有一配光转台、一夹具、一支撑台、一导轨、一照射光源、一光谱仪和一电源，待测回复反射器通过所述夹具固定设置在所述配光转台上，所述导轨和照射光源均固定设置在所述支撑台上，所述光谱仪的探头纵向滑动设置在所述导轨上，所述光谱仪的输出端连接所述计算机，所述电源的功率输出端连接所述照射光源，所述电源的信号传输端连接所述计算机，所述计算机还分别连接配光转台和导轨的驱动装置。

进一步，所述计算机内设置一测试系统，所述测试系统包括一照射光源模拟模块、一参数采集模块、一数据处理模块和一计算模块，所述照射光源模拟模块用于设置所述照射光源的光谱参数，所述参数采集模块用于获取所述待测回复反射器的反射光谱，所述数据处理模块根据接收的所述待测回复反射器的反射光谱判断所述待测回复反射器是否存在镜面反射效应，如果不存在镜面反射效应则求出所述待测回复发射器的光谱反射率曲线发送到所述计算模块，如果存在镜面反射效应则排除镜面反射效应后求出所述待测回复发射器的光谱反射率曲线并将其发送到所述计算模块，所述计算模块根据所述照射光源的光谱参数和所述待测回复反射器的反射率曲线计算所述待测回复反射器的光度与色度参数。

进一步，所述数据处理模块接收所述待测回复反射器的反射光谱，并通过f值判断所述待测回复反射器是否存在镜面反射效应，如果f小于设定阈值，则认为未发生镜面反射效应，其中：

式中，f表示假定发生了镜面反射，镜面反射占反射光光强的比例，V(λ)表示光谱光视效率，S_A(λ)表示标准A光源光谱功率分布，S_r(λ)表示反射光谱。

进一步，所述照射光源模拟模块用于模拟汽车前照灯，根据汽车前照灯光源的不同类型，所述照射光源模拟模块内置GB15766.1-2008和ECE R37标准规定的光源、LED光源和激光光源中的一种或两种以上。

进一步，该测试装置还包括一用于对所述待测回复反射器进行位置校准的激光器。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明能够自动判断并消除镜面反射效应对回复反射器检测结果的影响，改进镜面反射效应对发光强度系数的影响小于4％，色坐标的漂移小于0.002，简化了检测步骤，有效提高了检测效率和准确度。2、本发明一次测量即可得到任意光源照射回复反射器的CIL值和色坐标，检测结果覆盖范围广，实用性强。3、本发明实际照射光源仍采用现有技术最成熟的标准A光源，随着汽车前照灯的发展可以更新测试系统内的照射光源参数，即可适应汽车前照灯的发展不断，对现有设备改进成本低，使用便捷。4、本发明通过测量回复反射器反射光的光谱，求得镜面反射系数和光谱反射率曲线，从而得到任意光照条件下的回复反射器发光强度系数和色坐标，完全消除了镜面反射效应的影响。本发明可以广泛应用于机动车回复反射器，包括三角警示牌、尾部标志板等一系列被动发光器件的光度和色度的测量过程中。

附图说明

图1是本发明机动车回复反射器测试装置结构示意图；

图2是本发明的测试系统工作流程示意图；

图3是本发明的反射光光谱功率分布示意图；

图4是本发明的标准A光源光谱功率分布示意图；

图5是本发明的求解镜面反射系数的拟合示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

回复反射器按照颜色分成白色、琥珀色和红色三类，通常白色回复反射器安装在车辆前方，一般成独立结构，外表面光滑平整，不易发生镜面反射。琥珀色和红色回复反射器安装在车辆的侧方和后方，常与其他信号灯组合，由于信号灯配光光形的需要，配光镜通常带有一定的曲率与花纹，常常会发生镜面反射效应。琥珀色和红色回复反射器反射光谱特征明显，均不含短波长部分的光谱，琥珀色和红色回复反射器反射光分别在520nm和580nm处才开始出现明显的光谱分布。而镜面反射的是照射光源，其光谱分布在整个可见光波段且功率分布已知。因此根据检测信号中短波部分的光谱即可确定镜面反射系数，从而消除镜面反射效应的影响。从原理上来讲380nm～500nm范围内，由任意点的光谱数据都能求出镜面反射系数，但是单点计算误差较大，本发明选取一段光谱，采用最小二乘法求解镜面反射系数k。

本发明的光谱反射率曲线定义为：

式中，S_r(λ)表示反射光谱，S_i(λ)表示照射光谱，k表示镜面反射系数。光谱范围一般取380nm～780nm。

根据《GB11564-2008机动车回复反射器》的定义，发光强度系数(CIL值)可用下式表示：

式中，K_m＝683lm/W，V(λ)为光谱光视效率，Ω为光谱仪探头所对应的立体角，s为回复反射器表面积。对于同一块回复反射器，Ω和s为固定值。那么在任意光源x下，其CIL值计算方法如下：

式中，S_x(λ)表示任意照射光源的光谱功率分布。

求得光谱反射率曲线ρ(λ)后，结合照射光谱S_x(λ)即可求得色坐标：

式中，X、Y、Z表示CIE1931标准系统三刺激值，表示CIE1931标准色度观察者匹配函数。

基于上述原理，如图1所示，本发明提供一种机动车回复反射器测试装置，包括一暗室1和一计算机2。暗室内设置有一配光转台3、一夹具4、一激光器5、一支撑台6、一导轨7、一照射光源8、一光谱仪9和一直流电源10，待测回复反射器11通过夹具4固定设置在配光转台3上，激光器5用于对待测回复反射器11位置进行照准定位，支撑台6上固定设置导轨7和照射光源8，光谱仪9的探头纵向滑动设置在导轨7上，光谱仪9输出端连接计算机2，直流电源10的功率输出端连接照射光源8，直流电源10的信号传输端连接计算机2，计算机2还分别连接配光转台3和导轨7的驱动装置。

计算机2内设置一测试系统，测试系统包括一照射光源模拟模块、一参数采集模块、一数据处理模块和一计算模块，照射光源模拟模块用于设置照射光源的光谱参数，参数采集模块用于获取待测回复反射器11的反射光谱，数据处理模块根据接收的待测回复反射器11的反射光谱判断待测回复反射器11是否存在镜面反射效应，如果不存在镜面反射效应则求出待测回复发射器11的光谱反射率曲线发送到计算模块，如果存在镜面反射效应，则根据上述原理排除镜面反射效应后求出待测回复发射器11的光谱反射率曲线，并将其发送到计算模块，计算模块根据照射光源8的光谱参数和待测回复反射器11的反射率曲线计算待测回复反射器11的光度与色度参数。

在一个优选的实施例中，数据处理模块接收待测回复反射器11的反射光谱，并判断待测回复反射器11是否存在镜面反射效应，判断方法是通过计算f的值，如果f小于4％(根据GB4599-2007标准中6.1.3条规定，使用的一级照度计可接受误差不超过4％)可认为未发生镜面反射效应，其中：

式中，V(λ)表示光谱光视效率，S_A(λ)表示标准A光源光谱功率分布，f表示假定发生了镜面反射，镜面反射占反射光光强的比例。

如果发生镜面反射效应，数据处理模块根据待测回复反射器11的颜色选择部分光谱数据，分别选择450nm～500nm和500nm～550nm部分的光谱数据计算琥珀色和红色回复反射器镜面反射系数，本发明确定镜面反射系数是基于最小二乘法，从反射光谱S_r(λ)中去除镜面反射部分求出光谱反射率曲线ρ(λ)。

在一个优选的实施例中，考虑到科技的不断发展，汽车前照灯光源日新月异，现有的LED前照灯光源光谱可调，无法用一个统一的形式表示，更不用说今后的激光前照灯。所以本发明在测试系统的照射光源模拟模块内置常用照射光源模拟汽车前照灯，并提供照射光源光谱自定义功能，能够根据今后的发展随时更新照射光源的光谱。例如，照射光源模拟模块内部可以内置现有常用的汽车前照灯光源光谱，包括GB15766.1-2008和ECE R37标准规定的光源(例如：标准A光源、D65光源、D2S光源)、LED光源(6500K荧光粉型)或未来可能用到的激光光源，采用本发明的系统通过一次测量即可同时得到所有已设置光源照射下待测回复反射器的发光强度系数和色坐标。

如图2所示，下面结合具体实施例详细说明本发明的机动车回复反射器测试装置的使用方法，整个使用过程包括标定、测量和计算三部分，具体过程为：

1、标定，目的是用于确定照射光源光谱和照射到照准位置时的照度，具体步骤为：

1)打开直流电源10，点亮照射光源8一段时间使之稳定，本发明实施例中的照射光源8采用现今技术最完善的标准A光源；

2)测量照射光源8的归一化光谱功率分布，记为S_i(λ)；

3)在激光器3所确定的照准位置处测量照度，记为E；

4)将S_i(λ)和E输入到计算机内的数据处理模块和计算模块中，并定期进行校准。

2、对待测回复反射器11的光度与色度进行测量，具体步骤为：

1)将待测回复反射器11按照设计要求通过夹具4固定在配光转台3上；

2)打开激光器5，手动调整配光转台3的X、Y、Z、H、V照准待测回复反射器11；

3)根据GB11564-2008进行测量，即根据标准要求调整配光转台3旋转的角度，以IA类红色回复反射器为例，所需测量位置和限值如下，单位：mcd/lx：

表1 IA类红色回复反射器国际标准限值

4)打开照射光源8，待照射光源8稳定后，按照表1依次测量不同观察角和照射角条件下的反射光谱S_r(λ)，并将测得的反射光谱S_r(λ)发送到参数采集模块。

3、计算待测回复反射器11的CIL值和色坐标，具体步骤为：

1)根据不同观察角和照射角条件下的反射光谱S_r(λ)，数据处理模块分别判断是否存在镜面反射效应，如有则计算镜面反射系数，排除镜面反射效应后求出光谱反射率曲线ρ(λ)；

2)计算模块根据照射光源光谱以及反射率曲线ρ(λ)计算待测回复反射器的CIL值和色坐标；

3)生成检测报告，提供输出打印等功能。

如图3～5所示，下面以红色回复反射器为具体实施例进一步说明本发明的机动车回复反射器测试装置的使用方法：

step1)检测红色回复反射器，以观察角α＝20′，照射角H＝V＝0°这一个测试点为例，所有测试点过程都相同，测得反射光谱如图3所示，通过现有设备得到红色回复反射器的测量值：CIL＝504.95mcd/lx，色坐标(0.6158,0.3429)。

step2)判断红色回复反射器是否存在镜面反射效应，f表示假定发生了镜面反射，镜面反射占反射光光强的比例，如果f小于4％可认为未发生镜面反射效应，直接进入step4)(即k＝0)，其中f：

式中，V(λ)表示光谱光视效率。由于卤钨灯工作稳定，技术成熟，在此仍选择2856K标准A光源作为照射光源8，其光谱功率分布如图4所示，计算得到f＝35.29％，判断存在镜面反射效应。

step3)基于最小二乘法求出镜面反射系数k。

由于标准A光源光谱功率分布随波长的增加而增大，蓝紫光部分信号较弱受噪声干扰较大，选择500nm～550nm部分的光谱数据来计算镜面反射系数k，如图4所示。(对于琥珀色反射器，选择450nm～500nm部分的光谱)通过最小二乘法拟合得到k＝1.0368*10^-5，R²＝0.97，其中，R²是一个用来表示拟合效果的参数，当R²＝1时表示拟合的数值和原数值完全一样，拟合没有一点偏差，一般R²>0.95表示拟合效果良好。

step4)消除镜面反射效应，计算光谱反射率曲线：

step5)计算标准A光源照射下的红色回复反射器的修正值：CIL＝322.12mcd/lx，色坐标(0.6853,0.3125)。

为了演示镜面反射效应又能得到红色回复反射器光度和色度的真实值，在实验时将配光镜和红色回复反射器强行拆开(此汽车灯具被不可逆转的破坏了，平常的检测中无法使用这种方法)把配光镜取下，即可得到红色回复反射器的真实值CIL＝314.46mcd/lx，色坐标(0.6869,0.3122)。

表2 消除镜面反射效应前后的检测参数

表2的数据体现了本发明消除镜面反射效应对检测结果干扰，效果从表2可知，发生镜面反射效应时，测量所得的CIL值大于真实值60.57％，色坐标向白色区域偏移0.0774，对色度判定结果为不合格。采用本发明的测量方法，修正后CIL值与真实值的偏差仅为2.44％，色坐标偏移0.0016，可以忽略，同时修正了对色度不合格的误判，有效的消除了镜面反射效应的影响。

step6)根据照射光源模拟模块所设置的照射光源，并行计算出所有照射光源下的CIL值与色坐标如表3所示，本实施例中仅列举了3种不同类型的汽车前照灯光源，在实际检测中只要把需要的照射光源光谱输入就能得到相应的CIL值与色坐标。

表3 不同照射光源下的光度与色度

光源	CIL值(mcd/lx)	色坐标
			标准A光源	322.12	(0.6853,0.3125)
D65光源	197.49	(0.6729,0.3155)
			D2S光源	201.47	(0.6598,0.3292)
LED光源(6500K荧光粉型)	157.83	(0.6619,0.3269)
			等等(可自定义光谱)

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (4)

1.一种机动车回复反射器测试装置，其特征在于，该测试装置包括一暗室和一计算机；

所述暗室内设置有一配光转台、一夹具、一支撑台、一导轨、一照射光源、一光谱仪和一电源，待测回复反射器通过所述夹具固定设置在所述配光转台上，所述导轨和照射光源均固定设置在所述支撑台上，所述光谱仪的探头纵向滑动设置在所述导轨上，所述光谱仪的输出端连接所述计算机，所述电源的功率输出端连接所述照射光源，所述电源的信号传输端连接所述计算机，所述计算机还分别连接配光转台和导轨的驱动装置；

所述计算机内设置一测试系统，所述测试系统包括一照射光源模拟模块、一参数采集模块、一数据处理模块和一计算模块，所述照射光源模拟模块用于设置所述照射光源的光谱参数，所述参数采集模块用于获取所述待测回复反射器的反射光谱，所述数据处理模块根据接收的所述待测回复反射器的反射光谱判断所述待测回复反射器是否存在镜面反射效应，如果不存在镜面反射效应则求出所述待测回复发射器的光谱反射率曲线发送到所述计算模块，如果存在镜面反射效应则排除镜面反射效应后求出所述待测回复发射器的光谱反射率曲线并将其发送到所述计算模块，所述计算模块根据所述照射光源的光谱参数和所述待测回复反射器的反射率曲线计算所述待测回复反射器的光度与色度参数。

2.如权利要求1所述的一种机动车回复反射器测试装置，其特征在于，所述数据处理模块接收所述待测回复反射器的反射光谱，并通过f值判断所述待测回复反射器是否存在镜面反射效应，如果f小于设定阈值，则认为未发生镜面反射效应，其中：

式中，f表示假定发生了镜面反射，镜面反射占反射光光强的比例，V(λ)表示光谱光视效率，S_A(λ)表示标准A光源光谱功率分布，S_r(λ)表示反射光谱。

3.如权利要求1或2所述的一种机动车回复反射器测试装置，其特征在于，所述照射光源模拟模块用于模拟汽车前照灯，根据汽车前照灯光源的不同类型，所述照射光源模拟模块内置GB15766.1-2008和ECE R37标准规定的光源、LED光源和激光光源中的一种或两种以上。

4.如权利要求1或2所述的一种机动车回复反射器测试装置，其特征在于，该测试装置还包括一用于对所述待测回复反射器进行位置校准的激光器。