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单灯智能铁路信号机光学系统设计与研究
| 论文题名： | 单灯智能铁路信号机光学系统设计与研究 |
| 关键词： | 铁路信号机;发光二极管;灯盘阵列;发光强度 |
| 摘要： | 铁路信号机作为室外信号三大组成部分之一，承担着确保机车安全运行，引导列车运行方向及行驶速度等重任。在确保各类铁路信号机机构性能完备性，准确性的基础上，尽量减少设备耗能，削减构件耗材成为工作要点。传统白炽灯铁路信号机寿命短，可靠性低，经常出现灯丝断丝等故障。结合发光二极管(LED)高速发展趋势，从光学系统出发，对LED信号机进行设计及研究，对铁路信号机发展有重要意义。 本文针对铁路信号机相关标准要求，根据光学相关原理研究了单灯位多显示大功率LED铁路信号机光学系统及单灯位多显示LED智能混光信号机光学系统。具体研究内容如下： (1)针对小功率LED灯珠需数十颗灯珠集成的特点，首先通过确定灯珠光照强度在不同角度的关系，得到发光二极管作为点光源在笛卡尔坐标系中任意一点的光照强度。然后通过结合朗伯体光源配光曲线特性和斯派罗极值法则，取得均匀光照，最后经过对比分析不同阵列的光照辐照图。对不同阵列具有的高聚光和高指向性进行比较，得出不同阵列是否容易满足铁路信号机的远光照射要求，并根据实际情况对透镜类型进行选型。 (2)将传统TX12/25型信号灯泡和小功率LED灯盘进行光学测试对比，根据对比结果提出设计新型信号机构。根据单个大功率灯珠测试结果，设计反光杯对灯珠光线进行聚合，利用球带系数法估算新式信号机灯珠数量。通过TracePro光学仿真软件测试新型信号机是否满足TB/T2353-2018中规定的红绿黄各色发光强度。 (3)针对我国现有铁路信号机存在的色衰问题以及特殊天气情况下色品坐标偏移问题，本文提出单灯位多显示LED混光智能信号机的设想。根据格拉斯曼颜色混合定律及国际照明委员会(CIE)标准色品系统混光原理，建立红绿蓝(RGB)三色混光调制系统；分别建立占空比与色品坐标、相关色温的函数关系，采用脉冲宽度调制的方式分别对RGB三通道进行月白色、黄色、紫色灯光的调节；完成占空比可调的三通道混光调制控制系统的设计与构建，并结合相对光通量衰减数据进行仿真及实验，验证RGB三色调光系统可精确设定各色灯光相关色品坐标并实现不同情况下的色品可调，可有效适用于铁路信号显示需求。 |
| 作者： | 杜跃飞 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 贺清 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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