Колориметр для обеспечения оперативных измерений световых и цветовых icon

Колориметр для обеспечения оперативных измерений световых и цветовых



НазваниеКолориметр для обеспечения оперативных измерений световых и цветовых
Дата конвертации03.09.2012
Размер88.25 Kb.
ТипДокументы

УДК 621.753.38: 535.24

КОЛОРИМЕТР

ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОПЕРАТИВНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ СВЕТОВЫХ И ЦВЕТОВЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СВЕТОФОРОВ.

Баранов В.Н., ведущий инженер, Купко А.Д., вед научн. сотр

ННЦ «Институт метрологии»,

Редько Л.О., директор

ЧП ”РЕМЕКО”


Введение

Существенное повышение безопасности движения рассматривается в качестве одной из основных целей при реформировании железнодорожного транспорта Украины. Поставленная цель предполагает ужесточение контроля характеристик эксплуатируемого светосигнального оборудования, частности, цветовых характеристик светофоров. При этом целью контроля является установление соответствия фактических цветов сигнальных огней светофоров требованиям действующих нормативных документов. Осуществление такого контроля в сфере эксплуатации представляет достаточно сложную техническую и организационную задачу, которая в настоящее время не решена в полной мере. Существенно снизить трудоемкость и повысить достоверность контроля рассмотренных выше оптических параметров можно за счет оснащения подразделений железной дороги, ответственных за эксплуатацию светосигнальных устройств, соответствующей мобильной контрольной аппаратурой. Данная аппаратура должна позволять проводить измерения непосредственно на эксплуатирующемся объекте без его демонтажа и замены. Основными характеристиками сигнальных огней светофора являются сила света в осевом направлении и их координаты цветности. Измерения силы света требует специальных светозащищенных стендов с размерами более 18 метров в соответствии с ГОСТ 11946-78. Измерения координат цветности требуют спектральной аппаратуры. Это крайне затрудняет оперативный контроль. Существует зарубежные колориметры, например НСТ-99, однако их стоимость составляет от 3000 до 6000 евро и он не приспособлены для оперативного контроля светофоров в соответствии с действующими документами.

Целью настоящей работы является разработка аппаратуры и методов оперативного измерения силы света и координат цветности сигнальных огней светофоров.

Был разработано устройство, позволяющее решить перечисленные проблемы. Устройство представляет собой переносной тубус с диафрагмами, общей длинной около 0,5 м. Тубус крепится на переносном штативе. Задняя часть тубуса выполнена из прозрачного материала, позволяющего точно направить ось бленды на источник излучения. Важным условием для успешной работы такой аппаратуры является возможность работы в условиях существенных засветок, обусловленных как наличием существенного рассеянного солнечного излучения, так и наличием излучения от соседних огней светофора. Наличие промежуточных диафрагм позволяет эффективно подавлять мешающее излучение. С расстояния 5 метров бленда успешно отсекает излучение от источника, расположенного на расстоянии 30 см от светофора.
Регистрация излучения проводится малогабаритным колориметром, предназначенным для измерения координат цветности и силы света.


^ Основы метода.

Сила света и освещенность – величины, связанные с особенностями человеческого зрения. Для спектрального распределения освещенности В(λ) на плоскости освещенность Е на этой плоскости пропорциональна величине



где V(λ) – относительная спектральная чувствительность человеческого глаза по ГОСТ 8.332–78 Сила света источника I, создающего на плоскости расположенной на расстоянии L освещенность Е равна

I=E L2

Координаты цветности излучения определяются по формулам

x = X/(X + Y + Z), y = Y/(X + Y + Z).

где X , Y , Z – координаты цвета. Координаты цвета определяются по формулам



где S(λ) – относительна спектральная мощность источника излучения;

- функции сравнения цветов с эталонными цветами стандартного наблюдателя.




Рисунок 1. Экспериментально измереннные (X,Y,Z) и теоретические (x(λ), y(λ), z(λ) ) относительные спектральные чувствительности приемников колориметра.


Колориметр в составе разработанного устройства имеет три разновидности приемников в одном корпусе и три соответствующих им канала. Относительные спектральные чувствительности приемников приблизительно совпадают с кривыми x(λ), y(λ), z(λ) МКО 1931 г. Кривые МКО 1931 г. (х,y,z) и относительные спектральные чувствительности приемников (Х,Y,Z) представлены на рисунке 1.

Сигналы приемников Xколорим, Yколорим, Zколорим приблизительно пропорциональны координатам цвета излучения. По этим сигналам рассчитываются координаты цветности xколорим , yколорим . Полученные таким образом координаты только приблизительно совпадают с истинными координатами. Поэтому колориметр в основном работает в режиме колориметра сравнения, т.е. для более точного измерения координат цветности, освещенности и силы света используется сравнение измеренных колориметром величин с точно известными величинами (эталоном цвета). В качестве такого эталона используется светофор, у которого в лабораторных условиях определены координаты цветности х зт, у эт. Определяется реакция колориметра на этот светофор в лабораторных условиях - х ет колорим и у эт колорим . После этого колориметр может использоваться в полевых условиях для определения координат цветности испытуемого светофора по формулам



где х колорим, у колорим – приблизительные координаты цветности, определенные по сигналам колориметра при измерении в полевых условиях.

Освещенность также вычисляется по сравнению с освещенностью, создаваемой эталоном цвета по формулам

Е точн = Е эт Yколорим/Y эт колорим

где Y эт колорим – реакция канала Y на излучение создаваемое эталоном цвета, Yколорим - реакция канала Y на излучение светофора в полевых условиях. По освещенности вычисляется сила света. Метод хорошо работает для сходных спектров эталонного и поверяемого источника.


^ Устройство колориметра и интерфейс


Колориметр (см рисунок 2) представляет собой цилиндр диаметром 12 мм и длинной 40 мм. Он имеет чувствительный элемент с тремя приемниками. Каждый приемник имеет 8 диапазонов, самый чувствительный в 800 раз чувствительнее, чем самый грубый. В каждом из диапазонов имеется АЦП на 1024 единицы. Измерение происходит поочередно каждым из каналов. Первоначально происходит измерение каналом Х, после этого начинается измерение каналом Y, а затем каналом Z. На каждом канале с частотой 9000 гц происходит около 400 измерений. Частота достаточно велика, что бы наблюдать колебания освещенности, связанные с переменным напряжением 50 гц. Колориметр связан ноутбуком кабелем USB.




Рисунок 2. Внешний вид колориметра на фоне эрана ПК с интерфейсом.


Интерфейс колориметра имеет четыре страницы: ^ Оценка – Предназначена для предварительной настройки калориметра и предварительной оценки результатов. Измерение – Предназначена для точных измерений. Библиотека – Предназначена для создания и использования набора эталонов. Калибровка – Предназначена для настройки прибора изготовителем.

Страница оценка (рисунок 3) в левом верхнем углу имеет пять окон, в которых отображаются результаты текущих измерений. Маленькое окошко под каждым окном показывает результат усреднения по по каждому из параметров. Отображается сигналы каналов Xколорим, Yколорим, Zколорим и координаты цветности xколорим , yколорим . Результаты измерений Xколорим, Yколорим, Zколорим отображаются на графике справа от окон в единицах АЦП. Крайний справа график отображает усредненные величины Xколорим, Yколорим, Zколорим по каждым 400 измерений. На рисунке видно, насколько эффективно усреднение по 400 измерениям уменьшает шумы, в данном случае обусловленные пульсациями излучения источника из-за переменного напряжения сети. Слева внизу расположены колонки с коэффициентами усиления от 1 до 800. Под нами кнопка автоопределение диапазонов. В нижней правой части страницы расположены кнопки внести в библиотеку, учесть ФОН, ПУСК, ПОКАЗАТЬ ПАНЕЛЬ ЦВЕТА в рамке СОМ-порт Изменить. Там же расположены окошки - чистить окна, автоповтор измерения, число измерений в серии, СОМ-порт, ввести расстояние в метрах.

В окошко ввести расстояние в метрах надо вручную ввести расстояние в метрах между колориметром и источником света. Нажатие кнопки ^ ПОКАЗАТЬ ПАНЕЛЬ ЦВЕТА приведет к появлению дополнительной панели с изображением цветового треугольника.

На панели отображается точка с текущими координатами xколорим , yколорим . Цвета на цветовом треугольнике условные, приблизительные, как и сами величины xколорим , yколорим . Нажатие кнопки ПУСК приведет к началу измерений. Нажатие кнопки учесть ФОН приведет к тому , что средние показания по каждому из каналов Xколорим, Yколорим, Zколорим будут считаться относящимися к мешающему излучению и вычитаться из результатов дальнейших измерений.




Рисунок 3. Внешний вид первой страницы интерфейса колориметра.


Страница Измерение (рисунок 4) в верхней части имеет график цветового треугольника. На нем отображаются результаты измерений х точн, у точн . Внизу слева имеется окно Выбрать эталон, где можно выбрать эталон из числа занесенных в библиотеку. Именно при помощи выбранного эталона вычисляются х точн, у точн , освещенность колориметра и сила света источника. Под окном Выбрать эталон находятся 5 окошек, каждое из них можно пометить, это приведет к появлению на графике области координат цветности светофора, разрешенной по ГОСТ 24179-80.



Рисунок 4. Внешний вид второй страницы интерфейса колориметра.

Все результаты измерений могут быть переданы для хранения и оформления протокола в Excel.

Сраница Библиотека (рисунок 5) предназначена для калибровки колориметра и



Рисунок 5. Внешний вид третей страницы интерфейса колориметра.

установки дозволенных для светофора координат цветности. Это позволяет в случае надобности использовать колориметр не только для измерений на железной дороге, но и в других отраслях, где необходимо использование источников излучения с точно заданными координатами цвета. Соответствующие координаты и названия областей (синий, красный, желтый, зеленый, лунно-белый, источник типа А) заносятся в верхнее окно.В нижнее окно вручную заносятся координаты цветности х зт, у эт и освещенность колориметра для каждого из цветов Y эт колорим, колориметр устанавливается перед источником с этими координатами цветности, производится измерение и заносятся показания прибора Yколорим, х ет колорим, у эт колорим .

Страница Калибровка (рисунок 5) предназначена для установления соотношения чувствительностей всех диапазонов колориметра для каждого канала и для установления соотношения между чувствительностями каналов X,Y,Z.



Рисунок 5. Внешний вид четвертой страницы интерфейса колориметра.

Калибровка производится на источнике типа А. Устанавливается максимальная чувствительность (диапазон 1) и выбирается такое расстояние до источника, что бы сигнал на этом диапазоне составлял около 1000 единиц АЦП. Замеряется сигнал, производится переключение на менее чувствительный диапазон, измеряется сигнал от того же источника. Вычисляется коэффициент связи чувствительностей на этих двух каналах. Сигнал увеличивают до показания 1000 единиц АЦП на этом, менее чуствительном канале и повторяют процедуру. Таким образом устанавливаются коэффициенты связи чувствительностей для всех диапазонов. После введения всех коэффициентов связи диапазонов колориметр размещается перед источником типа А, регистрируются сигналы всех каналов и вычисляется соотношение между чувствительностями каналов, такое, что бы колориметр показывал координаты цветности источника типа А.

Если использовать колориметр не в режиме колориметра сравнения становится важным процедура калибровки. Очевидно, что соотношение между чувствительностями каналов можно выяснить для излучения любого вида спектра ( не обязательно источника типа А). Тогда максимальная точность колориметра будет наблюдаться для излучения со сходными спектрами. Чем больше разняться спектра излучения при калибровке и при измерении, тем больше погрешности. Использование режима колориметра сравнения снимает эту проблемму.

Колориметр приспособлен для проведения серий измерений. Однако это не существенно сказывается на точности измерений, т.к. замеры и так проводятся сериями по 400 измерений. Например для сигнала на уровне 750 единиц АЦП для канала X и 550 единиц АЦП для каналов Y и Z (рисунок 6) с существенной переменной составляющей

относительная погрешность измерений по каждому каналу и по координатам х и у составляет десятые процента, что вполне достаточно для надежных измерений.



Рисунок 6. Характерная регистрограмма сигнала, результаты серии из 10 измерений для каждого из каналов и координат х и у и их статистическия обработка.


Выводы


Таким образом, разработано устройство, позволяющее контролировать основные параметры сигнальных огней светофоров. Использованный метод предполагает, что спектральные характеристики излучения светофоров подобны. Это означает, что необходимо иметь эталонные светофоры для каждого типа светофоров. Разумеется, существует перспектива использования подобного устройства и для контроля светофоров и сигнальных огней автотранспорта. Для успешного применения разработанного устройства следует обеспечить соответствующее метрологическое обеспечение. Необходимо провести испытания разработанной аппаратуры в реальной эксплуатационной обстановке. В случае успешных результатов будут обеспечены условия для оперативного контроля огней железнодорожных светофоров, и тем самым для повышения безопасности перевозок.




Похожие:

Колориметр для обеспечения оперативных измерений световых и цветовых iconЛитературоведение Какого цвета море? Или роль цветовых эпитетов в лирике Т. Павловой Исполнитель
Функционально-смысловая нагрузка цветовых эпитетов в стихотворных текстах Т. Павловой стр
Колориметр для обеспечения оперативных измерений световых и цветовых iconКлассификация измерений Основные характеристики измерений
Передача размера единиц от эталонов образцовым и рабочим средствам измерений. Поверочные схемы
Колориметр для обеспечения оперативных измерений световых и цветовых iconДокументы
...
Колориметр для обеспечения оперативных измерений световых и цветовых iconПостановление Правительства РФ от 5 октября 2005 г. N 597
Об утверждении Правил передачи денежных средств и ценных бумаг, в которые инвестированы накопления для жилищного обеспечения военнослужащих,...
Колориметр для обеспечения оперативных измерений световых и цветовых iconПринципы оперативных вмешательств на желудочно-кишечном тракте. Кишечный шов. Операции на желудке. Анатомо-физиологические особенности стенки пищеварительного канала
Хирургическая анатомия желудочно-кишечного тракта. Принципы оперативных вмешательств на желудочно-кишечном тракте. Кишечный шов....
Колориметр для обеспечения оперативных измерений световых и цветовых iconОпыт использования новых миорелаксантов при лапароскопических оперативных вмешательствах Клиника реанимации гвкг
Опыт использования новых миорелаксантов при лапароскопических оперативных вмешательствах
Колориметр для обеспечения оперативных измерений световых и цветовых iconОрганизация объединенных наций стандартные правила обеспечения равных возможностей для инвалидов
Стандартные правила обеспечения равных возможностей для инвалидов были приняты Генеральной Ассамблеей Организации Объединенных Наций...
Колориметр для обеспечения оперативных измерений световых и цветовых iconТопик гайд (фокус группа) Для оперативных рабочих пометок Знакомство
Какие явления, феномены, события городской жизни всплывают у Вас в памяти при упоминании Вашего города (первые несколько, которые...
Колориметр для обеспечения оперативных измерений световых и цветовых iconПостановление Правительства РФ от 23 июля 2005 г. N 446 "Об утверждении Положения о Совете по инвестированию накоплений для жилищного обеспечения военнослужащих"
В соответствии со статьей 8 Федерального закона "О накопительно-ипотечной системе жилищного обеспечения военнослужащих" Правительство...
Колориметр для обеспечения оперативных измерений световых и цветовых iconПриказ №223 о создании в школе рабочей группы по введению фгос
Для обеспечения введения федерального государственного образовательного стандарта общего образования и проведение ряда мероприятий...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов