Сигнальные цвета для светофорной сигнализации

Требуемая цветность сигнальных огней светофоров получается посредством светофильтров, изготавливаемых в виде цветного листового стекла (для прожекторных светофоров) или в виде цветных линз (для линзовых светофоров) [7–11].

Для четкого отличия цвета одного сигнала от другого независимо от состояния атмосферы, источника света важно правильно подобрать окраску светофильтров для каждого сигнального цвета. Эта окраска светофильтров устанавливается ГОСТ 24179-80 «Светофильтры, светофильтры-линзы, линзы, рассеиватели и отклоняющие вставки стеклянные для сигнальных приборов железнодорожного транспорта». Несоблюдение стандарта преследуется по закону.

Установление стандартных цветов для светофильтров основано на данных трехцветной теории цветового зрения, выдвинутой еще в 1756 г. М.В. Ломоносовым (1711–1765) и развитой в дальнейшем Юнгом, Максвеллом и Гельмгольцем. Согласно этой теории всё многообразие ощущаемых нами цветов и оттенков определяется как сумма смешиваемых в определенных количествах трех основных цветов: красного «R»; зеленого «G» и синего «B». Световой поток в целом можно выразить как сумму составляющих основных цветов R + G + B, если их взять в определенных количествах (r′, g′, и b′).

Таким образом, цветовой (монохромный) поток в системе RGB можно представить в виде уравнения

(1)

Для получения только качественной характеристики цветового потока (цветности) пользуются часто его относительными компонентами:

(2)

Просуммировав левые и правые части уравнений (2) получим

(3)

Для облегчения цветовых расчетов Международной комиссией освещения (МКО) предложена упрощенная калориметрическая система , кривые трехцветных компонентов которой и приведены на рис. 39.

Компоненты и связаны между собой равенством

, (4)

поэтому независимыми являются только х и у, а третий компонент при надобности находится из последнего уравнения. Координаты и измеряют специальными приборами (калориметрами). Они зависят от длины волны каждого компонента (рис. 39).

Таким образом, принимая значения трехцветных коэффициентов
х и у в качестве текущих координат, можно построить цветовой график в координатной системе (рис. 40). Кривые АБВГД на этом графике представляют собой геометрическое место точек чистых спектральных цветов от фиолетового до красного с насыщенностью 100 %.

Рис. 39. Кривые компонентов ху и z (МКО)

Точка Е внутри цветового графика имеет координаты = 0, 333 и соответствует стандартному белому цвету. Точки, характеризующие все возможные оттенки цветов, лежат внутри контура АБВГД.

На основании проведенных исследований в ЦНИИ МПС всех видов линз и светофильтров разработаны стандарты на их светотехнические параметры. На основании этих исследований установлены границы области цветности световой сигнализации для железных дорог. Цветность светофильтров и светофильтров-линз определяется координатами и в системе цветовых координат , установленной Международной комиссией по освещению (МКО).

Координаты цветности и светофильтров и светофильтров-линз в сочетании с источником света должны лежать в пределах областей, указанных на графике (рис. 40). Координаты угловых точек допустимых областей цветности по каждому цвету, утвержденные ГОСТ 24179-80 с учетом изменения № 2 к ГОСТ 24179-80 (от 19.12.88), должны соответствовать указанным в табл. 3 [10].

Выбор для наиболее ответственного сигнала «Стой» красного цвета основывается на наиболее резкой контрастности его по отношению к обычному фону, встречающемуся в полосе железных дорог (леса, небо и т.п.); кроме того, красный цвет хорошо воспринимается как при высоких освещенностях, так и при слабых; желтый цвет, хотя несколько лучше воспринимается при слабых освещенностях, но легче может смешиваться с осветительными огнями; синий цвет, менее отчетливо воспри­нимаемый, используется для маневровых сигналов.

Рис. 40. Цветовой график в координатной системе ХОУ

Светофильтры должны быть изготовлены из материалов устойчивых, не меняющих своих свойств (цвета и коэффициента общего пропускания) от продолжительного воздействия на них дождя, колебаний температуры (в пределах от + 60 до – 50 °С), солнечного света и излучения лампы. Поверхность их должна быть достаточно твердой, допускающей протирание мягкой тряпкой без оставления царапин на поверхности светофильтра.

Таблица 3

Координаты областей цветности, принятых для
световой сигнализации на железных дорог

Законы восприятия сигналов справедливы для людей с нормальным цветовым зрением. Однако у небольшого количества мужчин (около 4 %) и весьма редко у женщин встречается полная или частичная цветовая слепота – дальтонизм (по имени английского физика Дальтона) – особенность зрения, заключающаяся в неспособности различать некоторые цвета, особенно красный и зеленый. Поэтому для работников, связанных с движением поездов, необходимо проводить специальную проверку нормального восприятия цветов.

Помимо подбора правильной окраски светофильтров для выбранных сигнальных цветов весьма важно разработать такую конструкцию оптической системы сигнального прибора, которая позволяла бы направить световой поток в строго определенном направлении.

В настоящее время в светофорах применяются различные виды оптики:

– линзовая оптика, построенная на применении источника света и
линзы;

– линзово-рефлекторная (прожекторная), состоящая из источника света, зеркального отражателя, подвижной рамки со светофильтрами и линзовой оптики;

– светооптические светодиодные системы и гибридные, имеющие типовую линзовую оптику, а в качестве источника света светодиодные лампы.

Во всех случаях оптическими системами предусматривается одна цель: направить, по возможности, бо́ льшую часть светового потока источника света в заданном направлении и благодаря этому получить требуемую дальность видимости при минимуме расхода энергии. В сигнальных приборах с линзовой оптикой на каждое цветовое показание используется отдельный линзовый комплект и свой источник света. В прожекторных светофорах применяется один источник света и один линзовый комплект, а окрашивание светового потока в различные цвета осуществляется специальными светофильтрами. Установка требуемого светофильтра для окрашивания светового потока выполняется поляризованным электромагнитом.

Светофоры с линзово-рефлекторной оптикой обладают рядом преимуществ, таких, как низкое потребление электроэнергии, высокий кпд использования светового потока источника света. Однако они имеют достаточно сложную конструкцию и в суровых климатических условиях эксплуатации показали низкую надежность. Поэтому в настоящее время на железных дорогах Российской Федерации применяются в основном светофоры с линзовой оптикой и светооптические светодиодные системы.

Принимая во внимание, что в оптических приборах светофоров важнейшую роль играют линзы, рассмотрим их основные эксплуатационно-технические характеристики.