逆反射體光度性能測試技術分析*

白媛媛 朱傳征

(交通部公路科學研究院 公路交通安全技術交通行業(yè)重點實驗室，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)中使用的反光標志牌、反光標線、反光視線誘導設施以及汽車、自行車的車身反光標識和行人佩戴的各種反光標識都是逆反射體。雖然在標志、標線等設施的產品標準中都對其光度性能有所規(guī)定，但是都趨向對技術指標的規(guī)定，對具體的測試方法都沒有硬性規(guī)定和詳盡闡述。

本文結合 CIE54.2—2001技術報告《逆反射:定義與測量》和JT/T690—2007《逆反射體光度性能測試方法》，對逆反射體光度性能的四種測試方法 (比例法、替代法、直接發(fā)光強度法和直接亮度法)進行詳細的介紹和深入的分析;通過比較討論各種方法的適用范圍;并對常用的測量儀器進行簡單的介紹。

1 逆反射體光度性能測試方法

1.1 比例法

比例法的原理是使用同一只光度計對樣品處光源的入射光通量和觀測點處逆反射返回的光通量進行測量，兩次測量值之比與逆反射性能參數存在正比關系。比例法的關鍵之處在于使用同一只光度計對入射光通量和逆反射光通量進行測量，不能使用不同的光度計來進行測量，所使用的光度計無需特殊的校準，只需保證其在較寬的測試范圍內具有良好的線性響應度即可。采用比例法測試逆反射性能時應在10m至30m的暗室通道中進行，測量光源的光通量時應保持光度計與光源的軸線重合。

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

發(fā)光強度系數

逆反射系數

逆反射亮度系數

式中:mT——光度計在觀測點測試驗樣品的讀數，與光度計相應的單位;

mD——光度計在觀測點測試無反光黑板的讀數，與光度計相應的單位;

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mS——光度計在試驗樣品處垂直于光源方向的讀數，與光度計相應的單位;

d——觀測點到試驗樣品的距離，m;

A——試驗樣品的面積，m2;

ν——視角。

1.2 替代法

替代法則依靠帶有標準值的標準樣品。標準樣品經過校準獲得標準值后作為參考標準使用。該方法是一個比較程序，在同樣的測試幾何條件下，使用同一只光度計先對標準樣品進行測試，然后對未知樣品進行測試，兩個測量值之比等于標準樣品的標準值與未知樣品的實際值之比，用標準樣品的標準值對其測量值進行替換，得到被測樣品的實際值。如果光度計可調節(jié)，可以先將讀數調到與標準樣品的標準值相同，那么就可以直接測量得到未知樣品的實際值。替代法最重要的是帶有標準值的標準樣品，且標準值必須是可溯源的。但是使用該方法時，應保證標準樣品的有效受光面積、顏色和特性值要和未知樣品一致，并需要對標準樣品進行階段性再校準，避免由其老化引起衰減而帶入誤差。而光度計也同樣無需校準，只需保證其在測試范圍內具有良好的線性響應度即可，并且允許在一定限度內用光度裝置縮短光度測試距離。

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

計算公式:

發(fā)光強度系數

逆反射系數

逆反射亮度系數

式中:mstd——光度計在觀測點測標準樣品的讀數，與光度計相應的單位;

Astd——標準樣品的面積，m2;

AT——試驗樣品的面積，m2;

RIstd——標準樣品的發(fā)光強度系數，cd/lx;

RAstd——標準樣品的逆反射系數，cd/lx;

RLstd——標準樣品的逆反射亮度系數，cd/lx。

1.3 直接發(fā)光強度法

在直接發(fā)光強度法中，逆反射體表面的照度通過一個經過校準的照度計來測量。逆反射體的發(fā)光強度由光度計測量，測量前需要先在逆反射體的位置上放置一個已知發(fā)光強度的合適的校準參考燈來校準光度計探頭。這種方法的準確度取決于對照度計、光源燈和光度計校準過程中合并的誤差。每個儀器都對 V(λ)函數有不同的響應也是一個誤差的來源。這種誤差可以通過使用同一個校準參考燈對照度計和光度計進行校準來有效減小。

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

計算公式:

發(fā)光強度系數

逆反射系數

逆反射亮度系數

式中:I——在觀測點處測量的試樣的發(fā)光強度，cd;

E⊥——在試驗樣品處測量的垂直于光源方向的照度，lx;

A——試驗樣品的面積，m2;

ν——視角。

1.4 直接亮度法

當逆反射體反射的光信號非常弱時，比如測試反光標線等水平涂層反光材料或者其他逆反射系數很小的逆反射體時，可以直接使用亮度計來測量其表面的亮度。亮度計讀數和樣品表面照度的比值直接得到逆反射亮度系數 (RL)。亮度計的測試范圍必須完全落在被測樣品的表面積以內。以標線為例，根據標準中規(guī)定的88.76°入射角和1.05°觀測角，搭建30m長的測試幾何系統(tǒng)，測試時亮度計必須對一個垂直看起來很窄的區(qū)域進行測試，也可以說是對一個非常小的縫隙進行測試。

同樣也可以使用亮度計來測試光源照度，這樣就能夠實現只用一種儀器既測試照度也測試亮度，避免使用兩種儀器對V(λ)函數響應不同帶來的誤差。使用亮度計測量光源照度時，需取一均勻的理想漫射表面放在樣品處，測試幾何條件為0°/45°，以避免理想漫射的表面產生逆反射。

直接亮度法適合測量逆反射系數較小的逆反射體，直接測得其逆反射亮度系數。

計算公式:

逆反射亮度系數

式中:L——在觀測點處測量的試樣的亮度，cd/m2;

E⊥——在試驗樣品處測量的垂直于光源方向的照度，lx;

2 比較

比例法是逆反射測量技術的理論基礎，但使用同一個光度計既對樣品處又對觀測點處進行測量并不容易實現，替代法是建立在比例法基礎上的一種簡化的測量方法，主要依靠有值的標準樣品，光度計同樣不需校準，而且只需在觀測點處進行測量，替代法即通常所說的相對法。直接發(fā)光強度法和直接亮度法都是使用兩個校準過的設備分處測量，根據所需結果在觀測點處選擇相應的光度計直接讀數，簡化了計算過程，這兩種方法同樣都是建立在比例法基礎上，測量系統(tǒng)與比例法相同，也需要在10m至30m的暗室通道中進行。直接發(fā)光強度法使用光度計測量逆反射體的發(fā)光強度，適合測量各種逆反射體，直接亮度法使用亮度計測量逆反射體的亮度，適合測量逆反射系數較小的逆反射體。直接發(fā)光強度法也是通常所說的絕對法。

比例法、替代法和直接發(fā)光強度法使用范圍基本相同，都適合測試各種逆反射體，從理論上說使用這三種方法進行測量時，測量結果應該相同，如有不同，應以比例法為準。替代法因為可以縮短光度測試距離，所有的便攜式設備都是根據這個原理制造的，便攜設備雖然簡化了測試系統(tǒng)，但是只要標準樣品的標準值可靠，光度計在測試范圍內具有良好的線性響應度，就可以得到令人滿意的測量結果。直接亮度法適用于水平涂層材料的測量。

3 測量儀器分析

目前用于測試逆反射體光度性能的設備有兩類，一類是根據絕對法搭建的暗室通道測量系統(tǒng)，另一類是根據相對法縮短測試距離實現的便攜式設備。由于實際應用中逆反射體的形狀規(guī)格各不相同，標準規(guī)定的所需測試角度也大相徑庭，因此便攜式設備都只是針對一種逆反射體設計制造的，也只能對單獨一種逆反射體進測量，如交通工程中常用的逆反射標志測量儀、逆反射標線測量儀、突起路標測量儀等;測量系統(tǒng)則只需要不同的夾具固定不同的逆反射體即可實現測量，而且測量系統(tǒng)擁有精密的轉臺和角度調節(jié)裝置，可以實現各種逆反射體的測試角度要求。測量系統(tǒng)結果可靠，但是造價高，對實驗室條件要求高，因此使用量少;便攜設備造價低，又易于攜帶，方便現場測試，使用量要大很多，但是便攜設備隨機帶的自校準樣品要通過絕對法測量系統(tǒng)對其賦值，才能正常使用。

［1］CIE54.2—2001，逆反射:定義與測量 ［S］.

［2］JT/T690—2007，逆反射體光度性能測試方法 ［S］.