隧道内照明环境模拟装置

摘要

本发明公开了一种隧道内照明环境模拟装置，包括隧道模拟箱体、人造光进光总成和安装设置于隧道模拟箱体顶部的自然光光导装置，人造光进光总成包括灯具和将灯具发出的人造光源导入隧道模拟箱体内的导光组件，导光组件包括凸透镜，隧道模拟箱体上可拆卸设有凸面反光镜，灯具发出的光源由凸透镜汇聚经隧道模拟箱体上设的入光孔进入隧道模拟箱体并在凸面反光镜的圆周区域内发散；本发明具有理想的实验条件，可在室内方便的对公路隧道不同工况的实际环境进行合理的模拟，可避免在实际隧道内实验造成的资源浪费和隧道实体造成的不同程度的污染，保证实验的严谨性可测定实验室理想状态下大量的人眼反应数据，操作简便易行。

权利要求

1.一种隧道内照明环境模拟装置，其特征在于：包括隧道模拟箱体、人造光进光总成和安装设置于所述隧道模拟箱体顶部的自然光光导装置；

所述人造光进光总成包括灯具和将灯具发出的人造光源导入所述隧道模拟箱体内的导光组件，所述导光组件包括凸透镜，所述隧道模拟箱体上可拆卸设有凸面反光镜，所述灯具发出的光源由凸透镜汇聚经隧道模拟箱体上设的入光孔进入隧道模拟箱体并在凸面反光镜的圆周区域内发散；

所述自然光光导装置包括采光器、光导管、透镜传输元件和漫射器，所述采光器安装于所述光导管上端并置于所述隧道模拟箱体外，所述漫射器安装于所述光导管下端并位于所述隧道模拟箱体内。

2.根据权利要求1所述的隧道内照明环境模拟装置，其特征在于：所述导光组件还包括沿进光方向依次设置的毛玻璃、滤光片和减光片。

3.根据权利要求2所述的隧道内照明环境模拟装置，其特征在于：所述灯具为LED灯、高压钠灯或荧光灯。

4.根据权利要求3所述的隧道内照明环境模拟装置，其特征在于：所述入光孔处设置有用于调节人造光进量的孔径光阑Ⅰ，所述光导管内设有用于调节自然光进量的孔径光阑Ⅱ。

5.根据权利要求4所述的隧道内照明环境模拟装置，其特征在于：所述隧道模拟箱体包括弧顶、前端墙、后端墙、可替换左边墙和可替换右边墙，所述入光孔设置于所述前端墙，所述凸面反光镜设置于后端墙内侧，后端墙位于凸面反光镜下方设有观察孔。

6.根据权利要求5所述的隧道内照明环境模拟装置，其特征在于：所述人造光进光总成还包括灯具安装组件，所述灯具安装组件包括灯箱和与所述灯箱固定的灯具支架，所述灯具置于所述灯箱内，所述灯箱前后位置可调，所述灯具支架上下高度可调。

7.根据权利要求6所述的隧道内照明环境模拟装置，其特征在于：所述凸透镜由五维调节支座和磁性底座固定。

8.根据权利要求7所述的隧道内照明环境模拟装置，其特征在于：所述隧道模拟箱体与实际隧道尺寸比例为1:10。

9.根据权利要求8所述的隧道内照明环境模拟装置，其特征在于：所述隧道模拟箱体弧顶圆半径为550mm，隧道模拟箱体断面宽度为1000mm，隧道模拟箱体高度为900mm，隧道模拟箱体长度为1200mm。

说明书

隧道内照明环境模拟装置

技术领域

[0001] 本发明涉及隧道道路照明质量测试领域，特别涉及一种隧道内照明环境模拟装置。

背景技术

[0002] 随着交通运输部“十二五”规划的不断落实，加快构建绿色交通运输体系越来越受到重视。公路隧道在交通运输中处于咽喉地位，由于其半封闭性，导致照明通风的必要性；而在隧道运营过程中，由于照明通风，特别是电气照明将产生巨大的电力能源消耗；如我国最长的山区高速公路隧道—秦岭终南山公路隧道，仅每个月的照明电费就达200多万元。
据不完全统计，目前我国已建成通车的公路隧道已超过2600延公里；按照我国《公路隧道照明设计规范》规定，长度大于100米的公路隧道应设置照明设施，且每延公里隧道照明负荷不应小于60千瓦；由此可见全国高速公路隧道仅照明电费加起来，能耗就非常惊人。因此国家发改委在发布的《节能中、长期专项规划》中明确提出交通运输中绿色照明工程是节能的重点，如何在保证行车安全的前提下有效降低隧道照明能源消耗已迫在眉睫。

[0003] 目前对于公路隧道的照明安全节能的研究主要在公路隧道现场进行，室内进行模拟实验在国内属于空白。公路隧道照明节能研究的途径可分为两类：传统研究方式指通过寻求最佳光源下的隧道内环境布置达到安全节能舒适的目的，如对不同灯具（LED灯、高压钠灯等）、灯具和边墙路面的不同布置方式等进行合理选择等；另一种是采用新的节能环保措施，如采用新型节能自发光材料替换原有的边墙涂料，采用光导作为辅助光源等。值得提出的是近期光导系统有了很大的发展，CIE（国际照明委员会）173-2012对管状光导系统的光度测定、设计方法以及成本收益进行了详细介绍，并对之的应用前景充分肯定。光导系统对自然光进行收集加工，并以光源的形式呈现在室内需要照明的空间，可以让人们行车进入隧道过程中也能享受户外日光效果，其节能、环保、高效的特点不言而喻，但光导系统在公路隧道中的应用还需要进行大量的实验验证。

[0004] 相关资料表面，现行公路隧道的照明安全及节能的研究主要存在以下问题：1）对于已经运营的公路隧道，各种交通车辆的运行大大降低了科研人员的安全系数；同时隧道运营一段时间后，会产生各种各样的工况，如边墙和隧道顶部会出现不同程度的污染，难于保证我们实验的严谨性。2）直接在实际未运营公路隧道中进行实验，对不同工况进行模拟（特别是联合光导进行自然光、人造光结合），会造成很大的资源浪费，与我国现行环保理念不符，且操作起来很难实现。基于此目的，构造理想条件下的隧道比例模型，对公路隧道的实际环境进行合理的模拟，已成为亟待解决的问题。

[0005] 因此，需要对现有的隧道内照明环境实验进行改进，使其操作起来简便易行，并可节约成本，避免直接在实际未运营公路隧道中进行实验造成的资源浪费，并可对隧道内不同工况进行实验，避免在实际隧道内实验隧道实体造成的不同程度的污染，保证实验的严谨性。

发明内容

[0006] 有鉴于此，本发明提供一种隧道内照明环境模拟装置，其操作起来简便易行，并可节约成本，避免直接在实际未运营公路隧道中进行实验造成的资源浪费，并可对隧道内不同工况进行实验，避免在实际隧道内实验隧道实体造成的不同程度的污染，保证实验的严谨性。

[0007] 本发明的隧道内照明环境模拟装置，包括隧道模拟箱体、人造光进光总成和安装设置于所述隧道模拟箱体顶部的自然光光导装置；

[0008] 所述人造光进光总成包括灯具和将灯具发出的人造光源导入所述隧道模拟箱体内的导光组件，所述导光组件包括凸透镜，所述隧道模拟箱体上可拆卸设有凸面反光镜，所述灯具发出的光源由凸透镜汇聚经隧道模拟箱体上设的入光孔进入隧道模拟箱体并在凸面反光镜的圆周区域内发散；

[0009] 所述自然光光导装置包括采光器、光导管、透镜传输元件和漫射器，所述采光器安装于所述光导管上端并置于所述隧道模拟箱体外，所述漫射器安装于所述光导管下端并位于所述隧道模拟箱体内。

[0010] 进一步，所述导光组件还包括沿进光方向依次设置的毛玻璃、滤光片和减光片。

[0011] 进一步，所述灯具为LED灯、高压钠灯或荧光灯。

[0012] 进一步，所述入光孔处设置有用于调节人造光进量的孔径光阑Ⅰ，所述光导管内设有用于调节自然光进量的孔径光阑Ⅱ。

[0013] 进一步，所述隧道模拟箱体包括弧顶、前端墙、后端墙、可替换左边墙和可替换右边墙，所述入光孔设置于所述前端墙，所述凸面反光镜设置于后端墙内侧。

[0014] 进一步，所述人造光进光总成还包括灯具安装组件，所述灯具安装组件包括灯箱和与所述灯箱固定的灯具支架，所述灯具置于所述灯箱内，所述灯箱前后位置可调，所述灯具支架上下高度可调。

[0015] 进一步，所述凸透镜由五维调节支座和磁性底座固定。

[0016] 进一步，所述隧道模拟箱体与实际隧道尺寸比例为1:10。

[0017] 进一步，所述隧道模拟箱体弧顶圆半径为550mm，隧道模拟箱体断面宽度为1000mm，隧道模拟箱体高度为900mm，隧道模拟箱体长度为1200mm。

[0018] 本发明的有益效果：本发明的隧道内照明环境模拟装置，利用凸透镜先汇聚再发散的原理，通过凸透镜将灯具发出的光源汇聚焦点于入光孔处并进入箱体沿入光孔中心线发散，并通过调节焦距发散面集中在凸面反光镜圆周区域内，可确保对其它装置无影响，后进入凸面反光镜口，发生镜面反射，通过调整凸面反光镜的曲率，从而实现观测背景面亮度均匀的效果，较为真实的模拟出人造光在隧道内实际照明环境，实现对理想实验条件的生成，而且可实现不同灯具之间、不同背景亮度之间的切换，便于对之进行实验研究；另外，采用人造光进光总成、自然光光导装置与隧道模拟箱体结合，可实现自然光与人造光光效结合条件下的隧道模拟环境，以及实现自然光与人造光光效的对比实验，并模拟检验自然光光导装置对于隧道节能的重要性，具有相当真实且理想化的隧道内照明环境模拟效果；总之，本发明具有理想的实验条件，可在室内方便的对公路隧道不同工况的实际环境进行合理的模拟，可避免在实际隧道内实验造成的资源浪费和隧道实体造成的不同程度的污染，保证实验的严谨性。不仅可测定实验室理想状态下大量的人眼反应数据，操作简便易行，还可通过与现有的光源小目标生成装置，反应时间测量装置以及眼动仪联合使用，对不同隧道实际环境的视觉功效进行有效评估。

附图说明

[0019] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

[0020] 图1为本发明整体结构示意图；

[0021] 图2为光源经凸透镜传播路线示意图；

[0022] 图3为图1A-A向示意图；

[0023] 图4为图1B-B向示意图；

[0024] 图5为图1C-C向示意图；

[0025] 图6为自然光光导装置第一实施方式结构示意图；

[0026] 图7为自然光光导装置第二实施方式结构示意图。

具体实施方式

[0027] 图1为本发明整体结构示意图，图2为光源经凸透镜传播路线示意图，图3为图1A-A向示意图，图4为图1B-B向示意图，图5为图1C-C向示意图，图6为自然光光导装置第一实施方式结构示意图，图7为自然光光导装置第二实施方式结构示意图；如图1和图2所示，本实施例的本发明的隧道内照明环境模拟装置，包括隧道模拟箱体1、人造光进光总成和安装设置于所述隧道模拟箱体顶部的自然光光导装置2；

[0028] 所述人造光进光总成包括灯具3和将灯具3发出的人造光源导入所述隧道模拟箱体1内的导光组件，所述导光组件包括凸透镜4，所述隧道模拟箱体1上可拆卸设有凸面反光镜5，所述灯具3发出的光源由凸透镜4汇聚经隧道模拟箱体1上设的入光孔6进入隧道模拟箱体1并在凸面反光镜5的圆周区域内发散；

[0029] 如图6所示，所述自然光光导装置2包括采光器21、光导管22、透镜传输元件23和漫射器24，所述采光器安装于所述光导管上端并置于所述隧道模拟箱体外，所述漫射器安装于所述光导管下端并位于所述隧道模拟箱体内；当室内采光效果不理想时，可对光导管进行加长，如图7所示，增加弯管26、延长管27和平面折射镜28。

[0030] 本实施例中，所述导光组件还包括沿进光方向依次设置的毛玻璃、滤光片7和减光片8；毛玻璃在图中未示出，经毛玻璃使亮度分布均匀，通过滤光片7调节光色，减光片8调节光强，可对滤光片7和减光片8进行调整，以适应更多的测试工况。

[0031] 本实施例中，所述灯具3为LED灯、高压钠灯或荧光灯；可实现不同光源的实验环境。

[0032] 本实施例中，所述入光孔6处设置有用于调节人造光进量的孔径光阑Ⅰ，所述光导管内设有用于调节自然光进量的孔径光阑Ⅱ25；孔径光阑Ⅰ和孔径光阑Ⅱ分别对应控制经入光孔和光导管进入箱体的进光量，实现不同孔径的变化，从而确保入射光线控制在凸面反光镜范围内。

[0033] 如图3、图4和图5所示，本实施例中，所述隧道模拟箱体包括弧顶12、前端墙13、后端墙14、可替换左边墙15和可替换右边墙16，所述入光孔6设置于所述前端墙13，所述凸面反光镜5设置于后端墙14内侧，后端墙位于凸面反光镜下方设有观察孔17；整个箱体采用材质较好的木工结构，两边墙可更换，以适应不同边墙内饰材料之间的切换，提高整个箱体的适应普遍性。

[0034] 如图1所示，本实施例中，所述人造光进光总成还包括灯具安装组件，所述灯具安装组件包括灯箱9和与所述灯箱9固定的灯具支架10，所述灯具3置于所述灯箱9内，所述灯箱9前后位置可调，所述灯具支架10上下高度可调；可设置液压装置或电机推动灯箱沿横向方向上前后移动，灯具支架包括支架座和支架杆，支架杆下端内套于支架座，并通过穿过支架座的顶丝或螺栓顶固定并调节竖向高度，带动灯具相对于凸透镜沿横向移动，均属于现有技术，在此不再赘述，从而带动灯具相对于凸透镜位置上下和前后可调，以满足凸透镜的聚光效果。

[0035] 本实施例中，所述凸透镜由五维调节支座11和磁性底座固定；五维调节支座为现有的光学实验中的调整架，又被称为五维调整架，图中五维调节支座为示意图，并不代表真实的五维调节支座结构，五维调节支座和磁性底座的结构均为现有技术，其与凸透镜的安装结构为现有光学实验中常见的安装固定方式，在此不再赘述，可实现相对灯具的前后、左右和上下三个方向的移动，及相对五维调节支座轴的转动和相对凸透镜中心的上下角度变动两个方向的移动，共五个方向，满足聚光过程中的各方向微调。

[0036] 本实施例中，所述隧道模拟箱体与实际隧道尺寸比例为1:10；所述隧道模拟箱体弧顶圆半径为550mm，隧道模拟箱体断面宽度为1000mm，隧道模拟箱体高度为900mm，隧道模拟箱体长度为1200mm。

[0037] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。