逆向反射器照度法测量仪的研制

　　0　引言

　　逆向反射器以其独特的逆反射性能广泛应用于交通器材和自动化仪表中。由于采用了逆反射材料,即使在野外没有电气设备的情况下,夜色中公路上的各种交通标志也不再难以分辨,行驶在公路上的驾驶员可以清楚地看到由自己汽车前大灯照射逆向反射器而产生的逆反射光,了解其他车辆的行使状况、道路的轮廓以及各种提示信息。因此,逆向反射器的应用,不仅保证了安全行车,更节省了大量能源。正因如此,对逆向反射器反光性能的检测越来越成为一个令人关注的问题。

　　在一定的入射角范围内,反射光线基本上沿入射光的原方向返回的现象称为逆向反射。当一束定向光入射时,大部分反射光为逆向反射光的表面或装置被称为逆向反射器。

　　逆向反射器有两种基本结构类型:角锥棱镜阵列CCR和球透镜阵列SLR,如图1所示。本文中讨论的逆向反射器属于第一种类型,它的基本反射单元由三个互相垂直的表面组成,遵循全反射原理,反光效率较高。

　　1　测量原理

　　国际上流行的逆向反射器测量方法主要分为照度测量法和分光系数测量法两类。用照度测量法测量由照明光源入射到逆反射材料表面上的光束以及在观察位置接收的逆反射光束的照度,根据二者之比求出它的逆反射性能。分光系数测量则仅仅实测逆向反射器的分光系数,根据照明光源的光谱分布以及接收器的光谱灵敏度用数值计算方法求出逆反射系数。

　　我国汽车、自行车行业的国家级实验室采用的测量方法是照度测量法。这类仪器结构复杂,并且要安装在30米的暗室里,价格昂贵,较难推广使用。基于以上考虑,本文对用发散光近距离测量逆向反射器的装置进行了研究。此装置的突出特点是用发散光近距离照射来模拟逆向反射器实际应用中的平行光远距离入射,从而大大减小测量装置的体积和重量,其工作原理如图2所示。装置由光源、光学系统、光电接收元件、半透半反镜、平面反射镜、光电转换电路、80C196KC单片机系统以及微型打印机、液晶显示屏等组成。光源经光学系统形成一束发散角度在±2.5°之间的均匀发散光,这束光经平面反射镜后照射到逆向反射器上。逆向反射器的逆反射光呈光锥状逆向返回,先后经平面反射镜和半透半反镜,这时,透过半透半反镜的光束由光电接收元件经光电转换电路输入80C196KC系统中,由单片机对测量信号进行A/D转换和数据处理,并在显示器和打印机上输出测量结果;由半透半反镜反射的光则被观察屏接收,可以观测图像。

　　装置中接收元件与光源并行安装,并放置在一定的观察角α处,测量该处照度值,这样就模拟了实际使用情况。如汽车行驶时,汽车的前灯相当于本系统中的光源,驾驶员的眼睛相当于接收元件,逆向反射器就是前方车上或路上的反射器。半透半反镜的使用是将照射到观察屏上的逆反射光与入射光分开,便于逆反射光场图像的目视观测。