19.2.4. Оптичні системи світлофорів
Чітка організація і безпека руху поїздів залежить від максимальної дальності видимості машиністом сигнального вогню колійного світлофора і спостереження за ним під час руху до підходу до світлофора. Тому всі світлофори мають світлосигнальний пристрій, що забезпечує максимальну дальність видимості.
До складу світлосигнального пристрою входять оптична система, світлофільтр і джерело світла.
Оптична система концентрує світловий потік джерела світла в потрібному напрямку, дозволяє знизити потужність джерела і збільшити дальність зображення. У оптичних системах використовують явища заломлення світла, завдяки чому зростає сила світла в потрібному напрямі, оскільки світлове зображення спостерігається не у вигляді поверхні джерела світла, що світиться, а у вигляді світлової поверхні всієї лінзи або дзеркала.
Колір сигнальних вогнів світлофорів, ліхтарів, покажчиків і інших світлосигнальних приладів забезпечуються світлофільтрами, через які проходить світловий потік джерела світла.
Як джерела світла застосовують спеціальні світлофорні лампи, що мають тіло, що світиться, можливо менших розмірів. Такі джерела світла дозволяють збільшити коефіцієнт посилення лінзової оптики і понизити потужність світлофорних ламп.
Розрізняють три види оптичних систем: лінзову, рефлекторну (відбивну) і прожекторну (лінзово-рефлекторну).
Лінзова оптична система (рис. 19.2.1, а) складається з одноопуклої збірної лінзи і джерела світла, поміщеного в головному фокусі лінзи F. Промені джерела світла, падаючі на поверхню лінзи, заломлюються двічі – при вході і виході з неї і у вигляді паралельного пучка світла прямують уздовж оптичної осі. Таку оптичну систему використовують в лінзових світлофорах, оскільки вона виключає появу помилкового сигналу через відсутність відбитих променів. Для збільшення коефіцієнта посилення застосовують короткофокусні лінзи з великим кутом обхвату світлового потоку джерела світла.
Рис. 19.2.1. Види оптичних систем
Рефлекторна оптична система (рис. 19.2.1, б) складається з увігнутого збираючого сферичного дзеркала, в головному фокусі F якого на оптичній осі розміщують джерело світла. При використанні параболічного дзеркала світлові промені джерела світла, падаючі на дзеркальну поверхню, відбиваючись, прямують паралельним пучком уздовж оптичної осі. Рефлекторна оптика володіє великим коефіцієнтом посилення за рахунок збільшеного кута обхвату. Її серйозним недоліком є можливість виникнення потужного відбитого променя, наприклад сонячного, унаслідок чого при виході з джерела світла з'являється помилковий світловий потік.
Прожекторна оптична система (рис. 19.2.1, в) об'єднує в собі лінзову і відбивну оптику. Вона складається з еліпсоїдного відбивача, що має два фокуси F1 та F2, і лінзи. Джерело світла поміщається у фокусі F1. Світлові промені, відбиваючись від дзеркальної поверхні відбивача, концентруються у фокусі F1, падають на поверхню лінзи і після заломлення прямують уздовж оптичної осі. Колірний світловий промінь можна отримати, якщо у фокус F2 помістити світлофільтр. Прожекторна оптика має великий коефіцієнт посилення завдяки великому куту обхвату світлового потоку джерела світла і використовується в прожекторних світлофорах. Для отримання сигнальних вогнів різного кольору використовують світлофільтри у вигляді лінз і скла.
У оптичних системах лінзового світлофора використовують світлофільтри-лінзи п'яти кольорів: жовтого, зеленого, синього і місячно-білого. Світлофільтри змінюють спектральний склад випромінювання, що поширюється від джерела світла. Промені джерела світла, що не пройшли через світлофільтр, поглинаються його середовищем. Для зменшення маси і поглинання світлового потоку світлофільтри-лінзи мають ступінчасту конструкцію з вісьма концентричними зонами (рис. 19.2.2, а). Ступінчаста лінза заломлює промені тотожно масивній лінзі, але шлях світлення в масі скла коротшає. Крім того знижується її вага і вартість.
Рис. 19.2.2. Світлофільтри оптичних систем
Для прожекторних світлофорів світлофільтри виготовляють у вигляді плоского кольорового скла з металевими обідками 1 (рис. 19.2.2, б). Використовувані стекла для світлофорів є термічно стійкими і при зміні температури на 50о С не дають тріщин.
Світлофорні лампи є малопотужними низьковольтними джерелами світла з точковим пристроєм тіла напруження і прецизійним (особливо точним) цоколем. Для лінзових світлофорів застосовують одно- і двониткові лампи.
Однониткові лампи розраховані на напругу 12 В і потужність 15, 25 і 35 Вт. Термін служби ламп більше 1000 годин.
В даний час для лінзових світлофорів випускаються світлофорні лампи з двома нитками розжарення – основною і резервною (рис. 19.2.3).
Рис. 19.2.3. Світлофорна лампа з двома нитками розжарення
Лампи мають напругу 12 В і потужність 15 і 25 Вт. Тривалість горіння основної нитки 2000 год, резервною, – 300 год.
У прожекторних світлофорах використовують електричні лампи з напругою 10 В і потужністю 5 і 10 Вт. Мінімальна тривалість горіння – 500 год.
Світлофорні лампи більшої потужності встановлюють на вхідних і загороджувальних світлофорах, а також на прохідних світлофорах на кривих ділянках дороги.