СПОСОБ ОЦЕНКИ СВЕТОВОЗВРАЩАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СТЕКЛЯННЫХ МИКРОСФЕР С НАНЕСЕННЫМ МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫМ ПОКРЫТИЕМ
METHOD FOR ESTIMATING THE RETROREFLECTIVE CAPABILITY OF GLASS MICROSPHERES WITH AN APPLIED METALLISED COATING

Изобретение относится к области световозвращающих материалов, используемых для изготовления лакокрасочных материалов для применения в сфере дорожной и городской инфраструктуры, и может быть использовано при оценке световозвращающей способности стеклянных микросфер с нанесенным металлическим покрытием.
Известен способ определения коэффициента световозвращения горизонтальной дорожной разметки со стеклянными микросферами, включающий воздействие на стеклянные микрошарики световым потоком и измерение величины светового потока после его взаимодействия со стеклянными микрошариками (ГОСТ P 54809-2011, Технические средства организации дорожного движения. Разметка дорожная. Методы контроля). Недостатком данного способа является необходимость использования для определения коэффициента световозвращения горизонтальной дорожной разметки ретрорефлектометра или аналогичного другого сложного и дорогого прибора. При этом известный способ определяет коэффициент световозвращения дорожной разметки со стеклянными микрошариками, а не самих микрошариков. Таким образом на результаты измерений значительное влияние оказывает технология нанесения стеклянных микрошариков на дорожное покрытие: тип и качество краски, время и температура ее высыхания, глубина погружения микрошариков в краску и пр.
Также известен способ оценки световозвращающей способности стеклянных микрошариков для горизонтальной дорожной разметки (патент на изобретение РФ №2558628, МПК G01N 21/47, G01N 21/55, G01J 1/00), включающий воздействие на стеклянные микрошарики световым потоком и измерение величины светового потока после его взаимодействия со стеклянными микрошариками. При этом измеряется величина светового потока, прошедшего через слой стеклянных микрошариков, расположенных в оптически прозрачном сосуде. Однако данным способом измерения световозвращения возможны только под углом 180° (фотоприемник  и источник света находятся в одной плоскости). Измерение диаграмм направленности отраженного излучения указанным источником не предусмотрено, что значительно ограничивает область применения данного способа оценки световозвращающей способности. Способ не позволяет работать со светоотражающими покрытиями.
Кроме того, известно устройство для измерения показателя световозвращения оптико-электронных приборов (патент на изобретение РФ №2202814, МПК G02B 23/12), позволяющее изучать как показатель световозвращения, так и индикатрису отражения. Совокупность показателей световозвращения по всем направлениям составляет нормированную пространственную индикатрису отражения световозвращателя.
Однако использование данного устройства осложняется необходимостью наличия эталона, а также необходимостью точной и трудоемкой операции по юстировке измерительной диафрагмы.
Общим недостатком способов и устройств, указанных выше, является невозможность оптимизации параметров измерительной установки для достижения максимальной разрешающей способности.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ измерения индикатрис светорассеяния (патент на изобретение РФ № 2497091, МПК G01M 11/02, G01N 21/55), в котором заявляется последовательность действий - измерений, на основании которых определяют величину истинного световозвращения, а также других параметров индикатрисы. Измерение световозвращения производится одновременно при различных углах наблюдения, а угол освещения в процессе измерений не изменяется. Главным недостатком данного способа (прототипа) является необходимость отдельной калибровки каждой группы фотоприемников.
У всех представленных аналогов и прототипа не указана возможность измерения стеклянных микросфер с нанесенным металлическим покрытием.
Целью изобретения является упрощение способа измерения коэффициента световозвращения как отдельных микросфер, так и светоотражающих покрытий.
Поставленная цель достигается тем, что способ оценки световозвращающей способности стеклянных микросфер с нанесенным металлизированным покрытием помимо освещения микросфер сколлимированным световым пучком излучения заданного сечения под углом освещения β, выбранным исходя из оценочных значений углов при освещении, включает в себя следующие действия:
перед освещением стеклянной микросферы производится калибровка и юстировка установки, включающая в себя использование в качестве эталона зеркала на поворотном столике с угловым отсчетом;
для изучения коэффициента световозвращения при угле падения лучей осветителя в диапазоне от 3° до 90° закрепляют на столике штангу с установленным осветителем, которая в момент поворота поворотного столика фиксируется, для проведения измерения световозвращения путем поворота поворотного столика в процессе измерения находят угол, при котором фотометр фиксирует максимальную интенсивность возвращенного светового потока от осветителя, используемую в дальнейшем в качестве параметра интенсивности источника первичного света, затем вместо зеркала на поворотном столике с угловым отсчетом устанавливают изучаемую стеклянную микросферу, закрепляют на поворотном столике штангу с установленным осветителем, поворачивают поворотный столик тем самым меняя угол направления отраженного светового потока при неподвижных фотоприемных частях установки;
для изучения коэффициента световозвращения при нулевом угле для проведения измерения световозвращения путем поворота поворотного столика в процессе измерения находят угол, при котором фотометр фиксирует максимальную интенсивность возвращенного светового потока, прошедшего через стеклянную пластину, от осветителя, используемую в дальнейшем в качестве параметра интенсивности источника первичного света, затем вместо зеркала на поворотном столике с угловым отсчетом устанавливают изучаемую стеклянную микросферу, поворачивают поворотный столик, тем самым меняя угол направления отраженного светового потока при неподвижных фотоприемных частях установки.
Описание изобретения поясняется фигурой, на которой представлена схема установки для изучения коэффициента световозвращения покрытий.
При вычислении коэффициента световозвращения (ГОСТ P 54809-2011, Технические средства организации дорожного движения. Разметка дорожная. Методы контроля) необходимо проведение независимого изучения светового потока осветителя и измерение количества возвращенного света. При использовании лабораторных установок интенсивность первичного источника (осветителя) может ослабляться при прохождении света через оптически неоднородную среду (полупрозрачные зеркала, стеклянные линзы, стеклянные пластинки), поэтому принципиальное значение при эксперименте имеет необходимость проведения измерения светового потока в одних и тех же условиях. Заявляемый способ позволяет упростить измерение коэффициента световозвращения за счет проведения калибровки и юстировки установки с использованием зеркала в качестве эталона.
Заявляемый способ основан на изучении коэффициента световозвращения, который можно измерять при заданных условиях наблюдения. Сколлимированный световой пучок излучения заданного сечения направляют на исследуемый образец под углом β, называемом углом освещения, измеряют возвращенное излучение. Величина β выбирается исходя из оценочных значений углов при освещении.
Заявляемый способ был опробован на экспериментальной установке, схема которой приведена на фигурах 1 и 2.
Схема 1 (фигура 1): зеркало устанавливается на поворотном столике с угловым отсчетом 3. Зеркало используется для измерения освещенности создаваемой осветителем. На столике закрепляется штанга 4, на которую устанавливается осветитель 1 (лазерный диод, лампа накаливания с коллиматором). В момент поворота столика штанга осветителя фиксируется. Путем поворота столика в процессе измерения находят угол, при котором фотометр 5 фиксирует максимальную интенсивность возвращенного светового потока от осветителя. Данную величину используют в качестве параметра интенсивности источника первичного света.
После чего вместо зеркала на поворотном столике с угловым отсчетом 3 устанавливается исследуемый образец 2. На столике закрепляется штанга 4, на которую устанавливается осветитель 1. Путем поворота столика обеспечивается изменение угла направления отраженного светового потока (при неподвижных фотоприемных частях установки). Использование схемы 1 позволяет изучать угол падения лучей осветителя в диапазоне от 3° до 90°.
Схема 2 (фигура 2): зеркало устанавливается на поворотном столике с угловым отсчетом 3. Зеркало используется для измерения освещенности создаваемой осветителем. С помощью фотометра 5 фиксирует максимальную интенсивность возвращенного светового потока от осветителя, прошедшего через стеклянную пластину 6. Данную величину используют в качестве параметра интенсивности источника первичного света. После чего вместо зеркала устанавливается исследуемый образец 2. Путем поворота столика обеспечивается изменение угла направления отраженного светового потока (при неподвижных фотоприемных частях установки).
Использование схемы 2 позволяет изучать коэффициент световозвращения при угле 0° (угол падения будет равен углу отражения).
max
max
1
2
Угол поворота отсчитывается с точностью 0,3°. Направление падения пучка света от осветителей меняется в диапазоне 0°, 3° ÷ 90°, точность отсчета ± 2°. В качестве фотоприемника используется стандартный фотометр ФПЧ-1. ФПЧ-1 индикация величины сигнала осуществляется с помощью блока измерения. Расстояние от осветителей до образцов составляет 800 мм, расстояние от образца 2 до фотоприемника 8÷1000 мм. Используется светодиодный источник излучения, отсчет углов осуществляется с шагом 5°. Точность измерения сигнала, соответствующего световому потоку – случайная погрешность ±3%. Погрешность при измерении сигнала от i (i - ток фотоприемника) до 0,1 iсоставляет менее 15%. Размеры диафрагмы фотоприемника составляет d = 0,1 и d = 0,5 мм.
Такая последовательность определения коэффициента световозвращения R позволяет проводить расчет по упрощенному способу. В качестве световозвращающих материалов были выбраны:
1. стеклянные микросферы с размерами 50÷1200 мкм;
2. металлизированные алюминием стеклянные микросферы с размерами 50÷1200 мкм.
Достоинством предлагаемого решения является возможность измерения светотехнических характеристик как стеклянных микросфер в монослое, так и готовых световозвращающих покрытий. Приготовление исследуемого образца в монослое заключается в следующем.
На металлическую пластинку приклеивается кусочек двухсторонней клейкой ленты, на которую добавляется лист матового черного картона со сформированным круглым отверстием. В сформированное отверстие с избытком засыпается образец стеклянных микросфер (как с нанесенным покрытием, так и без покрытия). Избыточное количество микросфер удаляется сильным потоком воздуха.
Таким образом, основным достоинством заявляемого способа является возможность упрощения измерения коэффициента световозвращения за счет проведения калибровки и юстировки установки с использованием зеркала в качестве эталона.