关于LED在铁路色灯信号机上应用的探讨

1铁路通信与信号课程作业课题名称：关于LED在铁路色灯信号机上应用的探讨2011年3月28日2组员名单姓名学号梁青1104080110李丹1104080107刘彦文1104080114卢一帆1104080115唐劲婷1104080716王琳1104080122杨新星1104080723袁成1104080124张磊1104080126张旭达11040801273目录一传统信号机概况..................................................................................11．透镜式色灯信号机.............................................................................................................11.1透镜式色灯信号机简介.............................................................................................11.2透镜式色灯信号机的优点........................................................................................12．组合式色灯信号机.............................................................................................................2.2.1组合式色灯信号机简介............................................................................................22.2组合式色灯信号机的优点........................................................................................23．传统色灯信号机的缺点.....................................................................................................2二LED概况...............................................................................................31．LED灯的结构特点..............................................................................................................32．LED发光盘的特点..............................................................................................................33．LED发光盘的优点..............................................................................................................44．LED的缺点..........................................................................................................................4三LED信号机在铁路上的使用...............................................................51．国外铁路LED信号机.........................................................................................................51.1发展状况及其技术特点............................................................................................51.2应用状况....................................................................................................................72.我国LED信号机发展状况...................................................................................................7四ＬＥＤ信号机在铁路上应用的主要问题..........................................8五推广LED铁路信号机的几点建议......................................................8六结束语..................................................................................................9铁路通信与信号课程作业1关于LED在铁路色灯信号机上应用的探讨铁路事业的高速发展对铁路信号灯及铁路行车安全提出更高的要求。铁路信号灯以往使用单一的白炽灯，使用寿命短、更换频繁高、劳动强度大，无论是行车还是维修人员的安全都存在很多的危险，需要通过改进设备来满足更高的要求。而LED目前已广泛使用于公路交通信号灯，本文将对其在铁路信号机上的应用进行探讨。一传统信号机概况1．透镜式色灯信号机1.1透镜式色灯信号机简介透镜式色灯信号机（multipleclour-lightsignal）是以凸透镜为集光器的色灯信号机。机构的每一个灯位固定显示一个颜色的灯光，多种颜色的信号显示由多个灯位完成，所以又称为多灯型信号机。透镜式色灯信号机的机构有高柱二灯位、三灯位、引导机构；矮型二灯位、三灯位机构；遮断信号、复示信号和各种表示器机构等。通过这些机构的组合和不同颜色灯光的排列，可以组成各种用途的信号机。1.2透镜式色灯信号机的优点1）透镜式色灯信号机的透镜组由无色的外透镜和有色的内透镜组成，增加了信号机的显示距离。2）信号灯泡的灯座使用可调焦灯座，在灯光焦距恰当时，光源可得到充分利用，以增加信号显示距离。3）透镜式色灯信号机结构简单，运用安全，维修方便，使用电缆芯线少，已在全国各条铁路线上得到广泛应用。铁路通信与信号课程作业22．组合式色灯信号机.2.1组合式色灯信号机简介组合式信号机是为了克服透镜式信号机的缺点而研制的新型信号机。组合式色灯信号机每个机构只有一个灯室，根据显示要求可以组装成单显示、二显示及三显示机构，故称为组合式。2.2组合式色灯信号机的优点1）整机外型美观，重量轻，组合方式灵活，安装简单方便，减少施工，维护等户外作业的劳动强度。2）箱盖采用双螺旋压紧，密封材料采用高性能橡胶垫，管接头采用快速装卸结构形式，金属软管包塑料膜，保证了机构防尘密封性能的良好。3）机构铝合金材料全部经亚光喷塑处理，可减少现场维护维修的工作量。4）光学系统透镜间距离可调，容易使光学系统达到最佳状态。5）适用于瞭望困难的线路，能在曲线半径300~20000m的各种曲线上得到连续信号显示。6）显示距离远，直线可达1500m以上，弯道可达1000m以上。3．传统色灯信号机的缺点传统的色灯信号机是以白炽灯泡为光源。这种信号机的缺点是1）可靠性差、寿命短、易断丝、工效低；2）需要10倍于额定电流的冲击电流；3）滤色镜使光强受到衰减，导致光色不纯；4）灯光发光效率低；5）灯泡寿命不足1000h，适应速度更需要100000us；6）耐震动性差，易折断；7）维修工作量大。铁路通信与信号课程作业3二LED概况1．LED灯的结构特点LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。2．LED发光盘的特点1)兼容性考虑到与铁路标准信号机兼容，LED发光盘的尺寸可以与多种信号机构相配，如高柱发光盘可以用于高柱透镜式色灯信号机，矮型发光盘可以用于矮性色灯信号机机构等。2)颜色鉴别槽为防止差错，不同颜色的LED发光盘的安装卡圈上的颜色鉴别槽不同。3)偏散镜为满足曲线上显示的需要，可以加装不同角度的偏散镜。4)灯丝继电器用发光盘取代信号灯泡，由于工作电流大幅度的降低，可以保障继电器的安全性和使用的长久性。5)专用的电灯装置发光盘的专用电灯装置提供了发光盘所需用的电源。但发光盘内的LED的发光二极管的巡海超过30%会给出警告信号，两路电源有一路出现故障时也会给出警告信号。铁路通信与信号课程作业43．LED发光盘的优点铁路LED发光盘是采用LED发光二极管制成的铁路信号灯的新光源，可以取代传统的双线信号灯泡和透镜组，从而彻底消除灯丝断丝这一多发性的信号故障，实践证明，铁路LED信号灯有以下的优点：1)可靠性高发光盘是用上百只发光二极管和数十条之路并联工作的，在使用中及时个别发光二极管或支路发生故障也不回影响信号的正常显示，提高了信号的可靠性。2)寿命长传统的灯丝灯泡的主丝寿命为1000h，副丝为2000h，而发光二极管的寿命为100000h，是灯泡的100倍，改用发光盘后可以免除经常更换灯泡的麻烦，并有利于维修。3)节省能源传统信号灯耗电为25w，而发光盘的耗电量还不足信号灯泡的一半。4)聚焦稳定发光盘的聚焦状态在产品设计中已经调好，现场不需要调正，给安装和使用带来方便，并能始终保持良好的聚焦状态。5)光度性好发光盘除有轴向主光束外，还有多条副光束，有利于加强主光束散角之外的近光显示效果。6)无冲击电流点灯时没有类似信号灯泡冷丝状态的冲击电流，有利于延长供电装置的使用寿命，并减少对环境的污染。4．LED的缺点1)色彩还原能力差过去的LED平均显色指数（CRI）较低，因此在LED照射下显示的顏色没有白炽灯真实，容易造成视觉的误差和判断失误，这要从光谱分佈上来分析，属于技术问题。但进来萤光粉、LED使用材料技术提昇，CRI已经有厂商逐渐拉高到90的水准。2)单个LED功率低由于单个LED功率低，LED光源亮度值不是很高，为了提高亮度就需要多个LED并联使用，例如汽车尾灯。虽然单个LED并不是很贵，但是数量多了成铁路通信与信号课程作业5本就会很高。目前单个高亮度大功率LED价格很昂贵并且一只高亮度LED也就5000左右的烛光亮度。3)光照距离短虽然多LED的方法能提高光源亮度，但是并不能增加光照距离。因为LED发出的光线发散，即使聚光调节良好，其照明距离在过去的技术水准下也仅仅能只有几十米，LED