LED警示服的发光性能测试方法研究

张薇薇，袁志磊，丁士超

（上海海关工业品与原材料检测技术中心，上海 200135）

随着科技的发展以及生活水平的提高，人们越来越重视安全性问题，在交通、建筑、物流等许多行业，工作人员都被要求穿着高可视警示服。传统的警示服多为反光型服装和荧光型服装，其中，反光警示服装存在不能自身发光、反光亮度低、安全防护性差等问题；荧光型服装只有在白天才具备较好的高可视效果，荧光强度较低、持久性差，容易受到外界环境的影响［1］。因此，传统警示服已经不能保证穿着者的人身安全，而可以自主发光的高可视LED 警示服却能较好地弥补传统警示服的缺陷，有效地提高道路的安全防护性。LED 警示服是一种将LED 发光元件和电池安装到服装上，可电控发光的警示服。

LED 被称为发光二极管，是一种能将电能直接转换成光能的固态半导体元件，通过电子与空穴复合释放能量发光，不同半导体材料中的电子和空穴所处的能量状态不同，释放的能量越多，发出的波长越短［2］。LED 警示服具有亮度高、数字化、能耗低、性能稳定、质量轻等特点［3］，采用粘贴式或者纽扣式设计，并且能够根据需要设计出不同颜色、不同亮度的光源，聚光及穿透力强，在夜间或浓雾中也特别明亮、醒目，司机能够及时发现目标并做出判断，从而保证穿着者的人身安全，大大提高了产品的适用性［4］。LED 警示服的应用范围非常广泛，主要被交通警察、环卫工人、道路和建筑工人等穿着使用。

目前，国内外关于高可视警示服发光性能的测试方法主要有GB 20653—2020《防护服装职业用高可视性警示服》［5］、ISO 20471—2013《高可视警示服的测量方法和要求》［6］以及SN/T 2128—2008《进出口逆反射面料逆反射性能的试验方法和要求》等［7］，这些都是针对反光、荧光材料发光性能的测试方法以及要求。而针对主动发光的LED 警示服却还没有建立相关的测试方法和评价标准，因此，研究和建立LED 警示服的发光性能测试方法标准，能够统一规范该类警示服的测试方法和评价要求，使LED 警示服的质量检测有据可依。

1 实验

1.1 原理

采用亮度计和照度计分别测量服装表面LED 的平均亮度和平均照度，再用万用表测量服装发光时的工作电压和电流，最后根据公式计算整件服装的光通量和发光效能。亮度表征LED 发光的明亮程度［8］；光通量表征服装整体在单位时间内向周围空间辐射并引起视觉的能量；发光效能表征电能转化为可见光的效率［9］，用这3个指标评价服装的发光性能。

1.2 仪器

SM 208 型屏幕亮度计［分辨率至少0.01 cd/m2，测量范围不低于0.01～20 000.00 cd/m2，测试筒的外径为（30±5）mm，内径为（25±1）mm，内壁为黑色］、LX1010BX 型袖珍式照度计［精度为1 lx，测量范围为1～20 000 lx，测试筒外径为（30±5）mm，内壁为黑色］（深圳市欣宝瑞仪器有限公司），万用表［直流电压测量范围为0～40 V，分辨率为0.01 V；直流电流测量范围为0～400 mA，分辨率为0.001 A］，定位板［PVC 板，直径为（30±5）mm，圆心孔直径为（2±1）mm，开口槽直径为（8±2）mm，示意图如图1所示］。

图1 定位板示意图

1.3 试样的制备

试样数量为1 件，包括控制器、LED、电源等，接通电源后LED 能正常发光；试样的准备如图2 所示：用定位板的圆心分别对准试样上每个LED 画1 个圆，以确定测量区域。

图2 试样的准备

1.4 测试

调湿和实验用标准大气按GB/T 6529—2008《纺织品调湿和试验用标准大气》［10］执行；测试发光亮度和照度时，应避免其他光源对实验造成影响。

1.4.1 发光亮度和照度

将警示服试样自然平摊在试样台上（待测发光部分向上放置），保持试样平整；在待测试样初始状态［试样在充满电或更换新电池（采用GB/T 8897.2—2008《原电池 第2 部分：外形尺寸和电性能要求》［11］规定的LR6 型碱性电池）的状态］下打开电源，稳定5 min，用亮度计和照度计测量发光部位的亮度值和照度值，测试示意图如图3所示。

图3 发光亮度和照度测试示意图

测试试样上每个发光点的亮度：将发光点置于亮度计测试筒的中心线上，试样表面与感光器底面垂直距离为（10±1）mm，待稳定后读取亮度值，并计算所有发光点亮度的平均值L，修约到1 cd/m2。

测试试样上每个发光点的照度：将发光点置于照度计测试筒的中心线上，试样表面与感光器底面垂直距离为（10±1）mm，待稳定后读取照度值，并计算所有发光点照度的平均值E，修约到0.1 lx。

1.4.2 工作电压和电流

测量电压时，将万用表调至直流电压档，并选择合适的量程，然后将万用表的表笔并联在电路的正负极并保持稳定，记录显示屏上的电压测量数据U，精确至0.01 V。

测量电流时，将万用表调至直流电流档，并选择合适的量程，然后断开试样的一处电路，将万用表的表笔串联在电路中并保持稳定，记录显示屏上的电流测量数据I，精确至0.001 A。

1.4.3 光通量和发光效能

光通量Φ（单位为流明lm）按照下列公式［9］计算，并修约到0.1 lm：

式中：S表示发光面积，m2；E表示平均照度，勒克斯lx。

每个LED 的发光面积均按照半径为10 mm 的半球表面积计算，试样上的LED 个数为n，按照下列公式计算试样的LED 发光面积：

发光效能（单位为流明每瓦特lm/W）按照下列公式［9］计算，并修约到0.1 lm/W：

式中：U表示工作电压，V；I表示工作电流，A。

2 结果与讨论

2.1 实验方法的重复性

选取8 件不同品牌、不同款式的LED 警示服，分别测试亮度、光通量和发光效能，每件LED 警示服测试3次，结果如表1所示。

表1 8 件LED 警示服的发光性能

由表1 可以看出，所有参数的变异系数均小于10%，说明3 次水平测试结果的重复性较好。此外，不同LED 警示服的亮度、光通量和发光效能之间的差异较大，将每个样品3 个指标的平均值进行折线图分析。由图4 可以看出，8#LED 警示服的亮度平均值最高，可以达到4 048 cd/m2，7#LED 警示服的亮度平均值最小，仅955 cd/m2，相差3 倍多；4#LED 警示服的光通量平均值最高，为19.5 lm，7#LED 警示服的光通量平均值最低，只有6.1 lm；2#LED 警示服的发光效能平均值最高，为63 lm/W，1#LED 警示服的发光效能平均值最低，为5.5 lm/W，数值差异较大。而且3 个指标之间不存在线性关系。由此可见，市场上的LED 警示服发光性能差异较大，该实验方法的稳定性较好，适用于LED 警示服发光性能的检测和评价。

图4 不同样品的亮度、光通量和发光效能对比

2.2 发光性能的评价

为了确定LED 警示服发光性能的评价要求，本项目收集了各种类型、品牌及价格的LED 警示服40件，分别测量每件服装的平均亮度、光通量和发光效能，按照从大到小的顺序将结果分为4 档：第1 档为1级（占比30%），发光性能最优；第2 档为2 级（占比30%），发光性能较好；第3 档为3 级（占比30%），发光性能一般；第4 档为发光性能不合格（占比10%），具体的分级评价指标见表2。

表2 发光性能的评价要求

在对LED 警示服发光性能的评价中，亮度表示LED 灯的发光明亮程度；光通量表示服装总体的发光量，与LED 灯的数量有关；发光效能表示电能转化成光能的效率，3 者代表LED 警示服的发光亮度、发光总辐射量和耗电性能。因此，可以用3 个指标同时评价其发光性能。当3 个指标都在同一个等级时，发光性能即为该等级，如果3 个指标不在同一个等级，则以较低的等级作为其发光性能等级。

3 结论

（1）采用发光亮度、光通量和发光效能3 个指标评价LED 警示服的发光性能，并建立LED 警示服的发光性能测试方法。该实验方法重复性检测的变异系数均小于10%，具有较好的重复性。（2）市场上不同品牌的LED 警示服的发光性能差异较大，具有明显的质量差异，有必要制定相关检测标准以统一LED 警示服发光性能的检测方法和评价要求。（3）测试方法的研究和建立将为进一步制定相关行业标准奠定基础，从而能够为LED 警示服生产企业的质量控制或者该类产品的市场监督提供检测依据。