基于LED车载警用照明灯光组的检测技术要求和测试方法研究

■ 文/公安部装备财务局警用装备研发论证中心 凌建寿

中国汽车技术研究中心 朱瑛

郑州市公安局车辆管理所 乔大力

1 引言

随着国内外形势的发展和车辆改装技术的进步，各类特种警用车辆在公安民警进行巡逻执勤、反恐防暴、抢险救灾等工作中起到了至关重要的作用。一些新技术、新装备越来越多地应用于实战，进一步提升了警用车辆装备的保障能力。如具有高效、节能、寿命长等特点的LED光源正逐步取代大功率气体放电光源的照明设备，越来越多地应用于警用特种专业技术用车，为处置突发事件提供了现场照明的有效保障。但由于目前国内外针对LED光源的标准要求和技术规范相对滞后，因此，本文结合LED光源的光学特性以及配光镜材料的物理特性，对LED车载警用照明灯光组的检测指标和试验方法提出了相应的参考意见。

2 车载警用照明灯光组的定义由来

把配备于警用车辆上的照明设备定义为车载照明灯光组主要有三点原因：

1）光源的数量。从现有警用照明车辆的实际配置情况来看，车载照明灯设备很少是由单一光源组成的，多数是由多个、甚至多种型式的光源组成的灯具组合体。

2）光学照射特性。车载照明设备所发射光束的光学照射特性有两种，即泛光特性和聚光特性。有的车载照明设备仅单纯具有泛光特性或聚光特性，有的则是两者兼而有之。

3）组合方式。有的车载照明灯设备是用几组光源体现一种光学照射特性，有的是用一组光源体现两种光学照射特性。

基于此，为了更加全面地体现车载照明设备光学性能方面的多样性、灵活性和特殊性，笔者将其命名为车载照明灯光组，并作了如下定义：车载照明灯光组为具有一种或两种光学照射特性的车载照明灯具组合。

3 LED灯光组的检测要求及测试方法

车载警用照明灯光组（以下简称灯光组）置于警车上形成专用照明车辆，其主要功能是为处置突发事件提供现场应急照明。由于国内对LED灯光组的检测标准和相关技术规范尚属空白，现有警用照明车辆的检测要素不统一，笔者结合国内外现有LED光源检测技术和实际的使用需求，从配光性能、紫外成份、色温、显色性、光度和色度温度稳定性、塑料配光镜材料试验等方面提出检测要求和试验方法，下面对上述几方面分析说明。

3.1 LED灯光组的配光性能

基于LED灯光组的配光性能分析，按照射特性分类有两种，即泛光特性和聚光特性。泛光特性是光呈泛射覆盖，即光在规定空间范围内具备近似等同照度的光学特性；聚光特性是光的聚焦式准直，是一束具备一定照射角度和发光强度的光线对某物体局部小面积进行照明所具备的特性。显然，前者要求光的发散角较大，且有一定的照度均匀性要求，而后者要求光的发散角较小，照射的强度要求很高。照射特性是把基础光源发出的光利用相应的配光部件通过透射、散射、反射、折射后调制而成。

基于配光性能的试验室测试方法分析，根据各地民警执勤业务的需要，对灯光组的有效照射距离提出了15m、30m、50m的不同需求，也就提出了对不同有效照射距离情况下的灯光组的考核要求。国内外常见的灯光暗室的测试距离一般为10m或25m。因此，试验时可采用汽车灯具测试中最常见的车灯旋转法，利用现有试验室条件进行照度测试，再把得到的测试结果按照度与测试距离平方成反比的定律进行换算，即可得到任意有效照射距离下的值。这种试验方法简单、准确，操作性和复现性强。

通过大量的试验，得到了不同功率的光源发出的光通量的最大值，并得到了每种光通量所能满足的不同照射距离情况下的最小照度值，并据此对灯光组提出了相应的技术规范和测试要求，详见表1。

3.2 LED灯光组的紫外成份

基于LED灯光组的紫外成份分析，在IEC 62471-2006中，提出了光辐射安全方面潜在的生物健康危害主要有以下方面：皮肤和眼睛的光化学危害（200nm～400nm）、眼睛近紫外危害（315nm～400nm）、视网膜蓝光光化学危害（300 nm～700nm）、视网膜光化学危害（300nm～-700nm）等几个方面。白光LED技术（如紫外LED激发红绿蓝荧光粉的技术）需要增加紫外成份检测，一是考虑光辐射危害，二是考虑塑料紫外成份会加速塑料配光镜的老化，影响配光配的透过率，最终影响到配光的效果。现在的车灯基本上使用塑料材料制成，为防止LED光源中的紫外线成分对塑料配光镜的老化，对光源的紫外线成分含量需进行一定限制。

表1 车载照明灯光组配光性能参数表

对于LED灯光组紫外成份测试，参考照明类成熟的灯具技术要求，提出相应的技术规范。对于汽车用LED光源前照灯，GB 25991-2010中5.9.2.2条已经规定低UV辐射型式的LED模块Kuv值应满足（1）式要求：

（1）式中：Ee（λ）——发光光谱能量，单位为瓦（W）；

V（λ）——光谱发光效率，单位为流明1；

（λ）——波长，单位为纳米（nm）；

S（λ）——光谱（效应）权重函数，单位为1；

km——发光体最大发光功效极限值，km=583lm/W。

该值用光谱分析仪测得后，应用不大于5nm间距进行计算。UV辐射光谱权重表依据270nm波长为典型值[即S（λ）=1]；其他UV辐射光谱权重值，依据表2以内插值替代。

表2 UV辐射光谱权重值

3.3 LED灯光组的色温

基于LED灯光组色温分析，目前市场上大多是高色温、高亮度的LED产品，主流LED白光技术为蓝色芯片激发黄色荧光粉形成白光，采用这种技术的白光当其色温较高时，在短波蓝光波段（约440nm处）有一个较强的峰值（如图1），蓝光辐射对人眼视网膜产生的光化学危害明显提高，尤其是婴儿和儿童，其眼睛对短波长光的过滤能力不如成年人。近50年来我国青少年近视发生率的显著上升也与光源的不合理光谱组合和亮度配置有重要的相关性。老年人的视网膜黄斑区功能性退化与蓝光辐射的伤害也有直接关系。随着LED的应用，LED产品为了追求高光效，提高LED的色温导致光谱中的蓝光成分增加，大大提高了光源蓝光危害的风险，因此需要限制高色温的车灯产品，而不能一味片面追求光效或效能。国际照明委员会（Commission Internationale de L'Eclairage，CIE）推荐路灯照明的色温为4200K，是符合人体生理需求的。鉴于灯光组警用执勤的特殊用途，建议最高色温不应超过5500K。

图1 典型LED白光的光谱成分

色温测试时，用积分球或色温表进行测量，直接读取数值即可。

3.4 LED灯光组的显色性

基于显色性分析，显色性是与参考标准光源相比较，光源显示物体颜色的特性。通俗地讲，显色性是指光源对物体颜色的还原能力，它影响人眼对物体颜色的判断，是评价照明质量的一项重要指标。一般来说，在显色性好的光源下看到的物体颜色接近于在日光下看到的该物体的颜色。鉴于警用车的执勤的专业性和严谨性考虑，显色性的考核非常必要。

基于显色性测试方法，LED光源的光谱分布不同于灯丝灯泡或气体放电电光源，为了保证LED光源车灯在夜晚使用时对交通标志的清晰辨识，特别是一些红色的标识，必须要求光源中包含一定量的红光成分。

LED光源的光谱最低红光成分应满足（2）式的要求：

（2）式中：

（λ）为波长，单位为纳米（nm）；

Ee（λ）为发光光谱能量，单位为瓦（W）；

V（λ）为光谱发光效率，单位为流明1。

试验时用光谱分析仪测量HV点的最低红光成分后，用不大于5nm间距进行计算即可。

3.5 光度和色度温度稳定性

基于LED灯光组光度和色度温度稳定性分析，由于LED光源对温度较为敏感，温度上升会对其光源颜色、输出光通量及使用寿命产生较大影响。当LED光源点亮后，会因温度上升而出现光通输出的衰退，不同功率及生产厂的衰减程度不同，直接影响到最终的配光效果。因此，对LED光源的车灯均应考核其刚刚点亮及光输出稳定后的光度和色度特性均应符合标准的限值要求。

试验时，应将LED车载照明灯光组的光源在配光性能测试前应进行15小时的老炼，使其趋于稳定后冷却至室温。在配光性能试验时应再度点亮光源，连续点亮并监测其光源出现光度稳定状态，即光度变化值在15分钟内小于3%后再进行配光性能的测试。

3.6 LED灯光组的塑料配光镜材料试验

目前，照明类车灯的配光镜材料主要是聚碳酸脂（PC），这种材料的优点是透光度高，冲击韧性好，耐热性高，尺寸稳定性好，成型收缩率小。其缺点主要有以下方面：一是硬度不足，这导致它的耐机械磨损的能力较差。另外，它的耐温度变化的能力、耐腐蚀能力及抗紫外辐射能力等都较差。现代的汽车用照明类灯具不仅需要耐受来自太阳的自然光辐射，还要耐受来自自身光源产生的紫外辐射。因此，PC配光镜一般都要做紫外线表面硬化处理，即在其表面涂上耐候性硬化涂层，一般是耐磨有机硅固化漆。那么就有必要针对塑料配光镜的这些物理特性进行测量，以保证其材料的稳定性，避免产生对配光性能的不良影响。

测试方法应参考较为成熟的GB 4599-2007中对汽车前照灯的配光镜材料的要求对灯光组的配光镜进行规范性考核。

4 结语

作为目前代表着高效、节能、环保等设计理念的LED光源，在公安相关业务领域已广泛应用。虽然在用于车载照明光源时固然有着其性能的先进性，但节能、环保应以安全性、舒适性、可靠性为前提，而大功率LED光源恰恰在安全、舒适、可靠等方面存在隐患。因此，在确立LED车载警用照明灯光组的性能考核时，应将安全隐患的影响降到最低纳入考量范畴。有鉴与此，笔者参考了大量同类产品的技术要求，并进行了多次性能测试，积累了大量的技术数据，在此基础上，起草了公安行业技术标准，首次在国内规范了LED灯光组技术要求和测试方法，让其在发挥公安机关处置突发事件现场照明保障中最大效能的同时，为国内其他行业同类车型的LED灯光组测试提供技术参考依据。

[1] GB 25991-2010.汽车用LED前照灯[S].

[2] IEC/EN 62471.Photobiological safety of lamps and lamp systems[S].2008.