LED警示服的發(fā)光性能測(cè)試方法研究

張薇薇，袁志磊，丁士超

（上海海關(guān)工業(yè)品與原材料檢測(cè)技術(shù)中心，上海 200135）

隨著科技的發(fā)展以及生活水平的提高，人們?cè)絹碓街匾暟踩詥栴}，在交通、建筑、物流等許多行業(yè)，工作人員都被要求穿著高可視警示服。傳統(tǒng)的警示服多為反光型服裝和熒光型服裝，其中，反光警示服裝存在不能自身發(fā)光、反光亮度低、安全防護(hù)性差等問題；熒光型服裝只有在白天才具備較好的高可視效果，熒光強(qiáng)度較低、持久性差，容易受到外界環(huán)境的影響［1］。因此，傳統(tǒng)警示服已經(jīng)不能保證穿著者的人身安全，而可以自主發(fā)光的高可視LED 警示服卻能較好地彌補(bǔ)傳統(tǒng)警示服的缺陷，有效地提高道路的安全防護(hù)性。LED 警示服是一種將LED 發(fā)光元件和電池安裝到服裝上，可電控發(fā)光的警示服。

LED 被稱為發(fā)光二極管，是一種能將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的固態(tài)半導(dǎo)體元件，通過電子與空穴復(fù)合釋放能量發(fā)光，不同半導(dǎo)體材料中的電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同，釋放的能量越多，發(fā)出的波長(zhǎng)越短［2］。LED 警示服具有亮度高、數(shù)字化、能耗低、性能穩(wěn)定、質(zhì)量輕等特點(diǎn)［3］，采用粘貼式或者紐扣式設(shè)計(jì)，并且能夠根據(jù)需要設(shè)計(jì)出不同顏色、不同亮度的光源，聚光及穿透力強(qiáng)，在夜間或濃霧中也特別明亮、醒目，司機(jī)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并做出判斷，從而保證穿著者的人身安全，大大提高了產(chǎn)品的適用性［4］。LED 警示服的應(yīng)用范圍非常廣泛，主要被交通警察、環(huán)衛(wèi)工人、道路和建筑工人等穿著使用。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于高可視警示服發(fā)光性能的測(cè)試方法主要有GB 20653—2020《防護(hù)服裝職業(yè)用高可視性警示服》［5］、ISO 20471—2013《高可視警示服的測(cè)量方法和要求》［6］以及SN/T 2128—2008《進(jìn)出口逆反射面料逆反射性能的試驗(yàn)方法和要求》等［7］，這些都是針對(duì)反光、熒光材料發(fā)光性能的測(cè)試方法以及要求。而針對(duì)主動(dòng)發(fā)光的LED 警示服卻還沒有建立相關(guān)的測(cè)試方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，因此，研究和建立LED 警示服的發(fā)光性能測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)，能夠統(tǒng)一規(guī)范該類警示服的測(cè)試方法和評(píng)價(jià)要求，使LED 警示服的質(zhì)量檢測(cè)有據(jù)可依。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原理

采用亮度計(jì)和照度計(jì)分別測(cè)量服裝表面LED 的平均亮度和平均照度，再用萬用表測(cè)量服裝發(fā)光時(shí)的工作電壓和電流，最后根據(jù)公式計(jì)算整件服裝的光通量和發(fā)光效能。亮度表征LED 發(fā)光的明亮程度［8］；光通量表征服裝整體在單位時(shí)間內(nèi)向周圍空間輻射并引起視覺的能量；發(fā)光效能表征電能轉(zhuǎn)化為可見光的效率［9］，用這3個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)服裝的發(fā)光性能。

1.2 儀器

SM 208 型屏幕亮度計(jì)［分辨率至少0.01 cd/m2，測(cè)量范圍不低于0.01～20 000.00 cd/m2，測(cè)試筒的外徑為（30±5）mm，內(nèi)徑為（25±1）mm，內(nèi)壁為黑色］、LX1010BX 型袖珍式照度計(jì)［精度為1 lx，測(cè)量范圍為1～20 000 lx，測(cè)試筒外徑為（30±5）mm，內(nèi)壁為黑色］（深圳市欣寶瑞儀器有限公司），萬用表［直流電壓測(cè)量范圍為0～40 V，分辨率為0.01 V；直流電流測(cè)量范圍為0～400 mA，分辨率為0.001 A］，定位板［PVC 板，直徑為（30±5）mm，圓心孔直徑為（2±1）mm，開口槽直徑為（8±2）mm，示意圖如圖1所示］。

圖1 定位板示意圖

1.3 試樣的制備

試樣數(shù)量為1 件，包括控制器、LED、電源等，接通電源后LED 能正常發(fā)光；試樣的準(zhǔn)備如圖2 所示：用定位板的圓心分別對(duì)準(zhǔn)試樣上每個(gè)LED 畫1 個(gè)圓，以確定測(cè)量區(qū)域。

圖2 試樣的準(zhǔn)備

1.4 測(cè)試

調(diào)濕和實(shí)驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣按GB/T 6529—2008《紡織品調(diào)濕和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣》［10］執(zhí)行；測(cè)試發(fā)光亮度和照度時(shí)，應(yīng)避免其他光源對(duì)實(shí)驗(yàn)造成影響。

1.4.1 發(fā)光亮度和照度

將警示服試樣自然平攤在試樣臺(tái)上（待測(cè)發(fā)光部分向上放置），保持試樣平整；在待測(cè)試樣初始狀態(tài)［試樣在充滿電或更換新電池（采用GB/T 8897.2—2008《原電池 第2 部分：外形尺寸和電性能要求》［11］規(guī)定的LR6 型堿性電池）的狀態(tài)］下打開電源，穩(wěn)定5 min，用亮度計(jì)和照度計(jì)測(cè)量發(fā)光部位的亮度值和照度值，測(cè)試示意圖如圖3所示。

圖3 發(fā)光亮度和照度測(cè)試示意圖

測(cè)試試樣上每個(gè)發(fā)光點(diǎn)的亮度：將發(fā)光點(diǎn)置于亮度計(jì)測(cè)試筒的中心線上，試樣表面與感光器底面垂直距離為（10±1）mm，待穩(wěn)定后讀取亮度值，并計(jì)算所有發(fā)光點(diǎn)亮度的平均值L，修約到1 cd/m2。

測(cè)試試樣上每個(gè)發(fā)光點(diǎn)的照度：將發(fā)光點(diǎn)置于照度計(jì)測(cè)試筒的中心線上，試樣表面與感光器底面垂直距離為（10±1）mm，待穩(wěn)定后讀取照度值，并計(jì)算所有發(fā)光點(diǎn)照度的平均值E，修約到0.1 lx。

1.4.2 工作電壓和電流

測(cè)量電壓時(shí)，將萬用表調(diào)至直流電壓檔，并選擇合適的量程，然后將萬用表的表筆并聯(lián)在電路的正負(fù)極并保持穩(wěn)定，記錄顯示屏上的電壓測(cè)量數(shù)據(jù)U，精確至0.01 V。

測(cè)量電流時(shí)，將萬用表調(diào)至直流電流檔，并選擇合適的量程，然后斷開試樣的一處電路，將萬用表的表筆串聯(lián)在電路中并保持穩(wěn)定，記錄顯示屏上的電流測(cè)量數(shù)據(jù)I，精確至0.001 A。

1.4.3 光通量和發(fā)光效能

光通量Φ（單位為流明lm）按照下列公式［9］計(jì)算，并修約到0.1 lm：

式中：S表示發(fā)光面積，m2；E表示平均照度，勒克斯lx。

每個(gè)LED 的發(fā)光面積均按照半徑為10 mm 的半球表面積計(jì)算，試樣上的LED 個(gè)數(shù)為n，按照下列公式計(jì)算試樣的LED 發(fā)光面積：

發(fā)光效能（單位為流明每瓦特lm/W）按照下列公式［9］計(jì)算，并修約到0.1 lm/W：

式中：U表示工作電壓，V；I表示工作電流，A。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)方法的重復(fù)性

選取8 件不同品牌、不同款式的LED 警示服，分別測(cè)試亮度、光通量和發(fā)光效能，每件LED 警示服測(cè)試3次，結(jié)果如表1所示。

表1 8 件LED 警示服的發(fā)光性能

由表1 可以看出，所有參數(shù)的變異系數(shù)均小于10%，說明3 次水平測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性較好。此外，不同LED 警示服的亮度、光通量和發(fā)光效能之間的差異較大，將每個(gè)樣品3 個(gè)指標(biāo)的平均值進(jìn)行折線圖分析。由圖4 可以看出，8#LED 警示服的亮度平均值最高，可以達(dá)到4 048 cd/m2，7#LED 警示服的亮度平均值最小，僅955 cd/m2，相差3 倍多；4#LED 警示服的光通量平均值最高，為19.5 lm，7#LED 警示服的光通量平均值最低，只有6.1 lm；2#LED 警示服的發(fā)光效能平均值最高，為63 lm/W，1#LED 警示服的發(fā)光效能平均值最低，為5.5 lm/W，數(shù)值差異較大。而且3 個(gè)指標(biāo)之間不存在線性關(guān)系。由此可見，市場(chǎng)上的LED 警示服發(fā)光性能差異較大，該實(shí)驗(yàn)方法的穩(wěn)定性較好，適用于LED 警示服發(fā)光性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)。

圖4 不同樣品的亮度、光通量和發(fā)光效能對(duì)比

2.2 發(fā)光性能的評(píng)價(jià)

為了確定LED 警示服發(fā)光性能的評(píng)價(jià)要求，本項(xiàng)目收集了各種類型、品牌及價(jià)格的LED 警示服40件，分別測(cè)量每件服裝的平均亮度、光通量和發(fā)光效能，按照從大到小的順序?qū)⒔Y(jié)果分為4 檔：第1 檔為1級(jí)（占比30%），發(fā)光性能最優(yōu)；第2 檔為2 級(jí)（占比30%），發(fā)光性能較好；第3 檔為3 級(jí)（占比30%），發(fā)光性能一般；第4 檔為發(fā)光性能不合格（占比10%），具體的分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)見表2。

表2 發(fā)光性能的評(píng)價(jià)要求

在對(duì)LED 警示服發(fā)光性能的評(píng)價(jià)中，亮度表示LED 燈的發(fā)光明亮程度；光通量表示服裝總體的發(fā)光量，與LED 燈的數(shù)量有關(guān)；發(fā)光效能表示電能轉(zhuǎn)化成光能的效率，3 者代表LED 警示服的發(fā)光亮度、發(fā)光總輻射量和耗電性能。因此，可以用3 個(gè)指標(biāo)同時(shí)評(píng)價(jià)其發(fā)光性能。當(dāng)3 個(gè)指標(biāo)都在同一個(gè)等級(jí)時(shí)，發(fā)光性能即為該等級(jí)，如果3 個(gè)指標(biāo)不在同一個(gè)等級(jí)，則以較低的等級(jí)作為其發(fā)光性能等級(jí)。

3 結(jié)論

（1）采用發(fā)光亮度、光通量和發(fā)光效能3 個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)LED 警示服的發(fā)光性能，并建立LED 警示服的發(fā)光性能測(cè)試方法。該實(shí)驗(yàn)方法重復(fù)性檢測(cè)的變異系數(shù)均小于10%，具有較好的重復(fù)性。（2）市場(chǎng)上不同品牌的LED 警示服的發(fā)光性能差異較大，具有明顯的質(zhì)量差異，有必要制定相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)以統(tǒng)一LED 警示服發(fā)光性能的檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)要求。（3）測(cè)試方法的研究和建立將為進(jìn)一步制定相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)奠定基礎(chǔ)，從而能夠?yàn)長(zhǎng)ED 警示服生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量控制或者該類產(chǎn)品的市場(chǎng)監(jiān)督提供檢測(cè)依據(jù)。