逆反射体光度性能测试技术分析*
2010-08-08白媛媛朱传征
白媛媛 朱传征
(交通部公路科学研究院 公路交通安全技术交通行业重点实验室，北京 100088)
引言
逆反射体是具有逆反射性能的一种反光面或器件。是对具有逆反射特性物件的统称。道路交通系统中使用的反光标志牌、反光标线、反光视线诱导设施以及汽车、自行车的车身反光标识和行人佩戴的各种反光标识都是逆反射体。虽然在标志、标线等设施的产品标准中都对其光度性能有所规定，但是都趋向对技术指标的规定，对具体的测试方法都没有硬性规定和详尽阐述。
本文结合 CIE54.2—2001技术报告《逆反射:定义与测量》和JT/T690—2007《逆反射体光度性能测试方法》，对逆反射体光度性能的四种测试方法 (比例法、替代法、直接发光强度法和直接亮度法)进行详细的介绍和深入的分析;通过比较讨论各种方法的适用范围;并对常用的测量仪器进行简单的介绍。
1 逆反射体光度性能测试方法
1.1 比例法
比例法的原理是使用同一只光度计对样品处光源的入射光通量和观测点处逆反射返回的光通量进行测量，两次测量值之比与逆反射性能参数存在正比关系。比例法的关键之处在于使用同一只光度计对入射光通量和逆反射光通量进行测量，不能使用不同的光度计来进行测量，所使用的光度计无需特殊的校准，只需保证其在较宽的测试范围内具有良好的线性响应度即可。采用比例法测试逆反射性能时应在10m至30m的暗室通道中进行，测量光源的光通量时应保持光度计与光源的轴线重合。
采用比例法测试逆反射性能时能够得到发光强度系数、逆反射系数、逆反射亮度系数等主要表征逆反射性能参数的量值，因此适用于任何逆反射体逆反射性能的测试。
发光强度系数
逆反射系数
逆反射亮度系数
式中:mT——光度计在观测点测试验样品的读数，与光度计相应的单位;
mD——光度计在观测点测试无反光黑板的读数，与光度计相应的单位;
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mS——光度计在试验样品处垂直于光源方向的读数，与光度计相应的单位;
d——观测点到试验样品的距离，m;
A——试验样品的面积，m2;
ν——视角。
1.2 替代法
替代法则依靠带有标准值的标准样品。标准样品经过校准获得标准值后作为参考标准使用。该方法是一个比较程序，在同样的测试几何条件下，使用同一只光度计先对标准样品进行测试，然后对未知样品进行测试，两个测量值之比等于标准样品的标准值与未知样品的实际值之比，用标准样品的标准值对其测量值进行替换，得到被测样品的实际值。如果光度计可调节，可以先将读数调到与标准样品的标准值相同，那么就可以直接测量得到未知样品的实际值。替代法最重要的是带有标准值的标准样品，且标准值必须是可溯源的。但是使用该方法时，应保证标准样品的有效受光面积、颜色和特性值要和未知样品一致，并需要对标准样品进行阶段性再校准，避免由其老化引起衰减而带入误差。而光度计也同样无需校准，只需保证其在测试范围内具有良好的线性响应度即可，并且允许在一定限度内用光度装置缩短光度测试距离。
采用替代法测试逆反射性能时能够得到发光强度系数、逆反射系数、逆反射亮度系数等表征逆反射性能的主要参数的量值，因此适用于任何逆反射体逆反射性能的测试。
计算公式:
发光强度系数
逆反射系数
逆反射亮度系数
式中:mstd——光度计在观测点测标准样品的读数，与光度计相应的单位;
Astd——标准样品的面积，m2;
AT——试验样品的面积，m2;
RIstd——标准样品的发光强度系数，cd/lx;
RAstd——标准样品的逆反射系数，cd/lx;
RLstd——标准样品的逆反射亮度系数，cd/lx。
1.3 直接发光强度法
在直接发光强度法中，逆反射体表面的照度通过一个经过校准的照度计来测量。逆反射体的发光强度由光度计测量，测量前需要先在逆反射体的位置上放置一个已知发光强度的合适的校准参考灯来校准光度计探头。这种方法的准确度取决于对照度计、光源灯和光度计校准过程中合并的误差。每个仪器都对 V(λ)函数有不同的响应也是一个误差的来源。这种误差可以通过使用同一个校准参考灯对照度计和光度计进行校准来有效减小。
直接发光强度法可以直接确定发光强度系数(RI)，并且只要知道试样面积和相对视角就可以确定逆反射系数RA和逆反射亮度系数RL，因此适合任何逆反射体逆反射性能的测试。
计算公式:
发光强度系数
逆反射系数
逆反射亮度系数
式中:I——在观测点处测量的试样的发光强度，cd;
E⊥——在试验样品处测量的垂直于光源方向的照度，lx;
A——试验样品的面积，m2;
ν——视角。
1.4 直接亮度法
当逆反射体反射的光信号非常弱时，比如测试反光标线等水平涂层反光材料或者其他逆反射系数很小的逆反射体时，可以直接使用亮度计来测量其表面的亮度。亮度计读数和样品表面照度的比值直接得到逆反射亮度系数 (RL)。亮度计的测试范围必须完全落在被测样品的表面积以内。以标线为例，根据标准中规定的88.76°入射角和1.05°观测角，搭建30m长的测试几何系统，测试时亮度计必须对一个垂直看起来很窄的区域进行测试，也可以说是对一个非常小的缝隙进行测试。
同样也可以使用亮度计来测试光源照度，这样就能够实现只用一种仪器既测试照度也测试亮度，避免使用两种仪器对V(λ)函数响应不同带来的误差。使用亮度计测量光源照度时，需取一均匀的理想漫射表面放在样品处，测试几何条件为0°/45°，以避免理想漫射的表面产生逆反射。
直接亮度法适合测量逆反射系数较小的逆反射体，直接测得其逆反射亮度系数。
计算公式:
逆反射亮度系数
式中:L——在观测点处测量的试样的亮度，cd/m2;
E⊥——在试验样品处测量的垂直于光源方向的照度，lx;
2 比较
比例法是逆反射测量技术的理论基础，但使用同一个光度计既对样品处又对观测点处进行测量并不容易实现，替代法是建立在比例法基础上的一种简化的测量方法，主要依靠有值的标准样品，光度计同样不需校准，而且只需在观测点处进行测量，替代法即通常所说的相对法。直接发光强度法和直接亮度法都是使用两个校准过的设备分处测量，根据所需结果在观测点处选择相应的光度计直接读数，简化了计算过程，这两种方法同样都是建立在比例法基础上，测量系统与比例法相同，也需要在10m至30m的暗室通道中进行。直接发光强度法使用光度计测量逆反射体的发光强度，适合测量各种逆反射体，直接亮度法使用亮度计测量逆反射体的亮度，适合测量逆反射系数较小的逆反射体。直接发光强度法也是通常所说的绝对法。
比例法、替代法和直接发光强度法使用范围基本相同，都适合测试各种逆反射体，从理论上说使用这三种方法进行测量时，测量结果应该相同，如有不同，应以比例法为准。替代法因为可以缩短光度测试距离，所有的便携式设备都是根据这个原理制造的，便携设备虽然简化了测试系统，但是只要标准样品的标准值可靠，光度计在测试范围内具有良好的线性响应度，就可以得到令人满意的测量结果。直接亮度法适用于水平涂层材料的测量。
3 测量仪器分析
目前用于测试逆反射体光度性能的设备有两类，一类是根据绝对法搭建的暗室通道测量系统，另一类是根据相对法缩短测试距离实现的便携式设备。由于实际应用中逆反射体的形状规格各不相同，标准规定的所需测试角度也大相径庭，因此便携式设备都只是针对一种逆反射体设计制造的，也只能对单独一种逆反射体进测量，如交通工程中常用的逆反射标志测量仪、逆反射标线测量仪、突起路标测量仪等;测量系统则只需要不同的夹具固定不同的逆反射体即可实现测量，而且测量系统拥有精密的转台和角度调节装置，可以实现各种逆反射体的测试角度要求。测量系统结果可靠，但是造价高，对实验室条件要求高，因此使用量少;便携设备造价低，又易于携带，方便现场测试，使用量要大很多，但是便携设备随机带的自校准样品要通过绝对法测量系统对其赋值，才能正常使用。
［1］CIE54.2—2001，逆反射:定义与测量 ［S］.
［2］JT/T690—2007，逆反射体光度性能测试方法 ［S］.
