【正文】 n 結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的 PN 結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN 結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱 LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓） ，電流從LED 陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。LED 發(fā)光盤的特點(diǎn)1) 兼容性 考慮到與鐵路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)機(jī)兼容，LED 發(fā)光盤的尺寸可以與多種信號(hào)機(jī)構(gòu)相配，如高柱發(fā)光盤可以用于高柱透鏡式色燈信號(hào)機(jī)，矮型發(fā)光盤可以用于矮性色燈信號(hào)機(jī)機(jī)構(gòu)等。 2) 顏色鑒別槽 為防止差錯(cuò)，不同顏色的 LED 發(fā)光盤的安裝卡圈上的顏色鑒別槽不同。3) 偏散鏡 為滿足曲線上顯示的需要，可以加裝不同角度的偏散鏡。 4) 燈絲繼電器 用發(fā)光盤取代信號(hào)燈泡，由于工作電流大幅度的降低，可以保障繼電器的安全性和使用的長(zhǎng)久性。 5) 專用的電燈裝置 發(fā)光盤的專用電燈裝置提供了發(fā)光盤所需用的電源。但發(fā)光盤內(nèi)的 LED 的發(fā)光二極管的巡海超過 30%會(huì)給出警告信號(hào)，兩路電源有一路出現(xiàn)故障時(shí)也會(huì)給出警告信號(hào)。 LED 發(fā)光盤的優(yōu)點(diǎn)鐵路 LED 發(fā)光盤是采用 LED 發(fā)光二極管制成的鐵路信號(hào)燈的新光源，可以取代傳統(tǒng)的雙線信號(hào)燈泡和透鏡組，從而徹底消除燈絲斷絲這一多發(fā)性的信號(hào)故障，實(shí)踐證明，鐵路 LED 信號(hào)燈有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1) 可靠性高 發(fā)光盤是用上百只發(fā)光二極管和數(shù)十條之路并聯(lián)工作的，在使用中及時(shí)個(gè)別發(fā)光二極管或支路發(fā)生故障也不回影響信號(hào)的正常顯示，提高了信號(hào)的可靠性。 2) 壽命長(zhǎng) 傳統(tǒng)的燈絲燈泡的主絲壽命為 1000h，副絲為 2022h，而發(fā)光二極管的壽命為 100000h，是燈泡的 100 倍，改用發(fā)光盤后可以免除經(jīng)常更換燈泡的麻煩，并有利于維修。 第 4 頁 共 30 頁……………………………………⊙……裝…………………………⊙……訂………………………⊙……線………………………………………3) 節(jié)省能源 傳統(tǒng)信號(hào)燈耗電為 25w，而發(fā)光盤的耗電量還不足信號(hào)燈泡的一半。 4) 聚焦穩(wěn)定 發(fā)光盤的聚焦?fàn)顟B(tài)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中已經(jīng)調(diào)好，現(xiàn)場(chǎng)不需要調(diào)正，給安裝和使用帶來方便，并能始終保持良好的聚焦?fàn)顟B(tài)。5) 光度性好 發(fā)光盤除有軸向主光束外，還有多條副光束，有利于加強(qiáng)主光束散角之外的近光顯示效果。 6) 無沖擊電流 點(diǎn)燈時(shí)沒有類似信號(hào)燈泡冷絲狀態(tài)的沖擊電流，有利于延長(zhǎng)供電裝置的使用壽命，并減少對(duì)環(huán)境的污染。 LED 缺點(diǎn)1) 色彩還原能力差 過去的 LED 平均顯色指數(shù)（CRI ）較低，因此在LED 照射下顯示的顏色沒有白熾燈真實(shí)，容易造成視覺的誤差和判斷失誤，這要從光譜分佈上來分析，屬于技術(shù)問題。但進(jìn)來螢光粉、LED 使用材料技術(shù)提昇，CRI 已經(jīng)有廠商逐漸拉高到 90 的水準(zhǔn)。 2) 單個(gè) LED 功率低 由于單個(gè) LED 功率低，LED 光源亮度值不是很高，為了提高亮度就需要多個(gè) LED 并聯(lián)使用，例如汽車尾燈。雖然單個(gè)LED 并不是很貴，但是數(shù)量多了成本就會(huì)很高。目前單個(gè)高亮度大功率LED 價(jià)格很昂貴并且一只高亮度 LED 也就 5000 左右的燭光亮度。 3) 光照距離短 雖然多 LED 的方法能提高光源亮度，但是并不能增加光照距離。因?yàn)?LED 發(fā)出的光線發(fā)散，即使聚光調(diào)節(jié)良好，其照明距離在過去的技術(shù)水準(zhǔn)下也僅僅能只有幾十米，LED 光源適合用于近距離的照明，并不適合遠(yuǎn)距離的探照性活動(dòng)。不過，隨著技術(shù)力的提昇，LED 的光照距離也能夠拉長(zhǎng)，短期內(nèi)來看，LED 較大的問題還是產(chǎn)品平均單價(jià)要降低。 4) 易出現(xiàn) 「黃圈 」問題 由于白光 LED 本身制造工藝上缺陷加上與反射杯或透鏡的配合誤差，容易造成「黃圈」問題。主要表現(xiàn)在光斑周圍出現(xiàn)「黃圈」 ，不易消除。白光 LED 顏色偏差還有色斑、顏色偏藍(lán)或偏紅等現(xiàn)象。近來，業(yè)界使用混合螢光粉，能獲得理想的白光 LED，并高顯色指數(shù)。 比如說采用藍(lán)色 LED 激發(fā) YAG 螢光粉與綠色（或紅色）螢光粉的混合物得到白光。如果藍(lán)色 LED+YAG 螢光粉獲得的白光 LED 偏紅或有黃圈，可以加入波長(zhǎng)為 500nm～530nm 以稀土元素作成的綠色螢光粉，便可補(bǔ)償多第 5 頁 共 30 頁……………………………………⊙……裝…………………………⊙……訂………………………⊙……線………………………………………餘的黃光，使 LED 顏色向綠光區(qū)域靠近，從而達(dá)到消除黃圈的目的。假設(shè)，藍(lán)色 LED+YAG 螢光粉產(chǎn)生的 LED 顏色偏藍(lán)，便加入不含硫化物的紅色螢光粉調(diào)整。這些方法可以調(diào)整 LED 的色座標(biāo)和色溫，并不會(huì)影響到 LED的壽命。 5) 散熱問題 LED 產(chǎn)品另一項(xiàng)問題就是散熱，如果不能夠有效散熱，產(chǎn)品的使用壽命就會(huì)縮短。業(yè)界正努力開發(fā)更多有效的高散熱系數(shù)材質(zhì)來應(yīng)用在 LED 領(lǐng)域。 LED 在鐵路上的使用 國(guó)外鐵路 LED 信號(hào)機(jī)﹝1﹞發(fā)展?fàn)顩r及其技術(shù)特點(diǎn)美國(guó) GELcore 公司是 GE 照明與 EMCORE 公司的合資公司，創(chuàng)建于1999 年 1 月，是全球著名的 LED 產(chǎn)品供貨商。GELcore 公司生產(chǎn) RM4 2RM4 7 RM4 85 三種類型的鐵路 LED 發(fā)光盤，其中 RM4 85 型采用窄光束，其光強(qiáng)和散角指標(biāo)與我國(guó)鐵路 TB／T2353 基本接近。盤面和現(xiàn)有的燈絲信號(hào)系統(tǒng)完全兼容。單個(gè) LED 故障，其光損失小于 1％。RM4 型LED 發(fā)光盤的供電電壓有 10 V(AC／DC)和 120V(AC)兩種類型，電壓范圍較寬，設(shè)關(guān)閉電壓，抗浪涌能力強(qiáng)，功率因數(shù) 90％，總諧波小于 20％，工作溫度 40～74~C，抗振能力符合 1999 AREMA 和 MIL—STD833 Method 2022 標(biāo)準(zhǔn)，抗電干擾能力符合 AREMA Section l1．5．1 和 FCC Title 47 Section 1 5 Class A 標(biāo)準(zhǔn)，抗潮濕能力符合 IP65 標(biāo)準(zhǔn)。 瑞士 A C O L 公司是專業(yè)生產(chǎn) LED 大功率燈具的廠家，長(zhǎng)期致力于 LED 研發(fā)和生產(chǎn)，產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良，價(jià)格優(yōu)惠。該公司專為高速鐵路研制了窄光束 LED 發(fā)光模塊。 英國(guó) Variable Message Signs Limited 公司生產(chǎn)的 VMSL 型鐵路 LED 信號(hào)機(jī)，符合英國(guó)鐵路路網(wǎng)公司的 RT／E／S／10062 標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)光盤采用 RIGEL 公司的 LED 技術(shù)，光利用率高達(dá) 90％，獨(dú)特的蓋板和透鏡設(shè)計(jì)，無需遮掩也不會(huì)產(chǎn)生燈光幻影。3。散角窄光束設(shè)計(jì)，確保顯示距離大于 800 m，并且可內(nèi)部調(diào)節(jié)成寬角度，以適合短距離顯示的需要。寬電壓范圍輸入(AC 78～131 V )，亮度不變，滅燈后在 20 ms 內(nèi)即可迅速關(guān)閉。采用機(jī)械和電第 6 頁 共 30 頁……………………………………⊙……裝…………………………⊙……訂………………………⊙……線………………………………………子鑒別裝置，有效防止發(fā)光盤的錯(cuò)誤安裝。軸向光強(qiáng)為：紅燈 850 cd，黃燈 2 600 cd，綠燈 850 cd。非亮燈狀態(tài)的平均故障間隔時(shí)間(MTBF) 大于 l 5年。當(dāng)一條或多條支路故障時(shí)，產(chǎn)生非緊急報(bào)警。當(dāng)發(fā)光盤電流大于 75 mA 時(shí)產(chǎn)生緊急報(bào)警。其維護(hù)方法簡(jiǎn)便，每年只需清潔透鏡。 英國(guó)Roxboro 集團(tuán)下屬的 Diallight 公司曾專為我國(guó)設(shè)計(jì) 892 系列 LED 鐵路發(fā)光盤，其光強(qiáng)和散角符合我國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)，可提供紅、綠、黃、藍(lán)、白 5 種顏色，供電電壓 AC 12 V，具有功率因素校正、有效減低諧波干擾等功能。發(fā)光為集束面式結(jié)構(gòu)，光線聚焦利用現(xiàn)有信號(hào)機(jī)透鏡，燈絲檢測(cè)采用L．O． D 兼容方式( 虛擬繼電器 )。由于各種原因，此產(chǎn)品并未在我國(guó)得到使用。 英國(guó)西屋鐵路系統(tǒng)公司(Westinghouse Rall Systems Limited)生產(chǎn)的Westled 3000 系列 LEDge燈有 200 inln、125 inln 兩種直徑，輸入電壓 AC 78～131V，顯示距離大于 800 m，與現(xiàn)有的雙燈絲燈泡兼容，采用雙電源供電，全盤 88 個(gè) LED 分成兩組，由兩個(gè)獨(dú)立電源供電。當(dāng) LED 發(fā)生 50％故障時(shí)，可產(chǎn)生輸出報(bào)警信號(hào)，也可向聯(lián)鎖電路輸出故障信號(hào)。燈盤安裝有測(cè)試按鈕，可對(duì)每個(gè) LED 供電電路進(jìn)行檢測(cè)，通過電阻調(diào)節(jié)，確?；芈冯娏骱蜔襞菹嗤?。當(dāng)電流小于 50 mA 時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)。每年只需維修檢查一次。 德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的 LED 信號(hào)機(jī)主要與城市輕軌系統(tǒng)配套。其中 LED 70 型在隧道內(nèi)使用，整個(gè)發(fā)光盤采用 3 0 個(gè) L E D，與具有透鏡的 Classic St 70 型光學(xué)機(jī)構(gòu)配合組成信號(hào)機(jī)。LED l36 型則適合在隧道外使用，適用速度可達(dá) l20 km／h 或 l60km／h，發(fā)光盤由 60 個(gè) LED 組成。LED 發(fā)光盤設(shè)計(jì)與雙絲燈泡兼容，并設(shè)有白天／夜間開關(guān)，可根據(jù)時(shí)間和天氣變化調(diào)節(jié)發(fā)光亮度?？刂齐娐肪哂虚W爍工作模式，可產(chǎn)生閃光信號(hào)，滿足城市輕軌對(duì)信號(hào)的控制要求。 英國(guó) Signal H0use 公司開發(fā)的鐵路干線LED 信號(hào)機(jī)，采用亮度反饋控制技術(shù)，滿足英國(guó)鐵路信號(hào)機(jī)的亮度標(biāo)準(zhǔn)，其信號(hào)色坐標(biāo)可在整個(gè)溫度范圍內(nèi)達(dá) p 際準(zhǔn)要求。它設(shè)有檢測(cè)電路，當(dāng)顯示偏離標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，電路自動(dòng)關(guān)閉。電路關(guān)閉后，具有很小的空載電流。發(fā)光盤可設(shè)計(jì)成適合任何交流電壓，其裝置元件少，可靠性高，具有恒功率控制功能和壽命告警功能，適合在標(biāo)準(zhǔn)基座上安裝。﹝2﹞應(yīng)用狀況加拿大運(yùn)輸部運(yùn)輸發(fā)展中心專門就平交道口 LED 信號(hào)顯示技術(shù)立項(xiàng)進(jìn)第 7 頁 共 30 頁……………………………………⊙……裝…………………………⊙……訂………………………⊙……線………………………………………行深入研究，并制定了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)、英國(guó)也制定了相應(yīng)的 LED 道口信號(hào)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2022 年 l’GELcore 公司為美國(guó)鐵路客運(yùn)公司 Amtrak)在東北走廊的賓夕法尼亞’紐約、德拉瓦、馬里蘭等地安裝了像 3 和 RM4 型LED 信號(hào)機(jī)。同年，英國(guó) Tube Lines 鐵路客運(yùn)公司向西屋公司訂購了數(shù)十套 125 mm 規(guī)格的 EE1)信號(hào)機(jī)，安裝在倫敦地鐵 Jubileej~4N：線上，替代燈絲信號(hào)機(jī)。 目前，已有數(shù)以萬計(jì)的 LED 信號(hào)機(jī)在美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、澳大利亞等國(guó)投入使用。 我國(guó) LED 信號(hào)機(jī)發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)鐵路有約 20 萬臺(tái)高柱或矮型色燈信號(hào)機(jī)，這些信號(hào)機(jī)是以雙燈絲白熾燈泡為光源，燈泡的壽命只有 1000 小時(shí)。由于 LED 具有眾所周知的耗電少、壽命長(zhǎng)、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，一些單位 98 年開始進(jìn)行這種新型光源在鐵路信號(hào)領(lǐng)域的試驗(yàn)與研制，取得明顯進(jìn)展。 總的形勢(shì)是發(fā)展速度快。三年前發(fā)光強(qiáng)度只能做到幾百 cd，兩年前紅、綠顏色能達(dá)到 2022cd 以上，黃色、月白色的光強(qiáng)度及顏色還不能達(dá)到鐵標(biāo)要求，近一年來發(fā)光強(qiáng)度明顯提高，紅光、綠光已能做到 5000cd 以上，達(dá)到國(guó)外西門子產(chǎn)品的光強(qiáng)度水平，五種顏色經(jīng)過改進(jìn)也能滿足現(xiàn)有鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的顏色范圍。目前至少已有八家生產(chǎn)或研制 LED 色燈信號(hào)機(jī)構(gòu)，有多家進(jìn)行了產(chǎn)品的檢測(cè)，有的經(jīng)過鐵道部技術(shù)審查。有約一千多臺(tái) LED 色燈信號(hào)機(jī)在秦沈客運(yùn)專線、北京局、青藏線等鐵路現(xiàn)場(chǎng)投入使用