CN102960061A - Led光信号 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED光信号，特别是LED铁路光信号，具有用于生成不同颜色的光点的信号发生器（1），其中LED被构造为多色LED，特别是RGB-LED（10），即红（11）/黄（12）/蓝（13）LED。为了能够对于安全性相关的信号技术应用用于颜色混合并且由此用于实现大量的颜色变化的可能性，根据本发明信号发生器（1）具有至少一个用于信号技术上安全地监测色度和光强的光学传感器（15，15.1，15.2）。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED光信号，特别是LED铁路光信号，具有用于生成不同颜色的光点的信号发生器，其中LED被构造为多色LED，特别是RGB-LED，即红/黄/蓝LED。
背景技术
如下解释基本上涉及用于在轨道交通车辆的情况中表示信号概念的光标识或光信号，而要求保护的本发明的内容不应限制于此应用。
基于LED即发光二极管的光信号或光标识替代白炽灯日益广泛地使用在许多领域中，特别是使用在铁路信号技术中。LED相对廉价、寿命长且光强高。在此，趋势是HLED即高流LED的方向，其光强高而使得每光点一个单独的HLED已足以发出实现要求的亮度的光。
在具有多个LED的目前通用的LED矩阵中，所述LED的功能通过电流测量监测。在此保证即使在一些LED故障或失效的情况下，在一定的时间段也保持维持了最小亮度。在HLED中，此失效则突然导致极大的亮度损失，使得通过电流测量的通常的监测方法不再满足安全技术的要求，特别是在SIL3和SIL4安全级别下的安全技术的要求。
在Cenelec标准EN50129中，安全级别定义为从SIL0（信号技术上不可靠）直至SIL4（信号技术上高度可靠）。为检验LED特别是HLED的功能，因此逐渐替代通电或附加地测量信号的光强。测量的实际光强也可作为用于调节光强的设定值用于预先给定的额定值。
在具有不同颜色的光点的光信号中，可附加地对于每个光点设置实际电流监测。为了能够在安全级别SIL3或SIL4中运行光信号，必须保证仅将具有预先给定的颜色的光点通电，且使得另外的光点不通电。
在LED技术中另外的趋势在于，将不同颜色的LED组装在紧凑的结构单元中。例如，已知RGB-LED，即红色/黄色/蓝色LED，其中在LED壳体内集成了具有红色、黄色和蓝色的三个LED。在此RGB-LED中，由于结构限制而不能或仅困难地实现通过电流测量确定电流流过三个LED中的哪个。但为了实现SIL3或SIL4，这一点是必须的。
使用RGB-LED能够在一个光点内实现多种颜色。但总是为相同颜色的LED通电，使得可显示的颜色的数量也受到不同颜色的LED的数量的限制。但原理上可使用RGB-LED实现多种颜色，即实现多种色度，通过同时将不同颜色的LED通电或借助PWM（脉宽调制）控制，以此得到了混合颜色。此技术已用于照明和显示目的。但将此适配到信号发生器是成问题的，因为由于安全性相关的光信号的意义，特别是在铁路运行中的情况，要求信号技术上可靠地监测光强以及色度（Farbort）。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种满足高安全性要求的多色LED光信号，其中混合颜色也应在信号技术上可靠地实现。
根据本发明，上述技术问题通过使信号发生器具有至少一个用于信号技术上可靠地监测色度和光强的光学传感器来实现。
仅通过可靠地采集光学参数方可使得RGB-LED可用于具有特别是SIL3或SIL4的极高的安全性要求的光信号。可放弃在RGB-LED情况下通常不可能或仅以很大难度可实现的特定于颜色的电流测量。由于光强更高的LED且同时更低的制造成本的趋势，替代颜色不同的至少三个单独的HLED使用唯一的RGB-LED。此外可以在信号技术上可靠地混合颜色。
可靠的监测基于将用于对所要求的色度和对实际发出的光的可靠的光学监测的控制分离。以此得到了双通道的可靠***，其中控制通常不能安全相关地进行，但整个***可通过在信号技术上可靠地监测期待的功能而在SIL3或SIL4的意义上归类为在信号技术上是可靠的。
优选地，设置至少两个独立的光学传感器。以此保证能够展示在测量通道中的改变。错误识别可附加地通过如下方法支持，即所述方法将额定亮度在公差范围内略微升高和降低。如果在至少两个通道内测量的实际亮度按期待地遵循额定亮度，则可断定无错误的***。也可通过改变色度而替换地或附加地应用相同的原理，以此可实现对于安全性的更高的要求。
根据权利要求2，光学传感器具有多个特定于颜色的单个传感器。当控制具有相关颜色的光点时，特定于颜色的单个传感器仅记录信号的亮度或光强。容易地识别各类型的错误，因为非特定于颜色的单个传感器或不与希望的颜色相关的单个传感器产生输出信号。
特定于颜色的单个传感器可例如通过前接的颜色滤波器实现。以此方式可使用对于整个颜色范围即对于整个可见光谱设置的亮度传感器。前接于单个传感器的颜色滤波器导致单个传感器仅对于一定的颜色反应。
但光学传感器可根据权利要求3也被构造为宽谱传感器。在此情况中，必须在考虑到传感器的谱灵敏度的情况下在谱组成方面分析光学传感器的输出信号。
优选地，根据权利要求4的传感器经由传感器放大器和A/D转换器与用于确定实际色度和实际光强的数字分析单元特别是与控制器连接。光学传感器采集发出的光。传感器放大器用于放大和校准光学传感器的输出信号。通过校准，可将例如传感器的灵敏度或分析装置的输入范围的物理特征进行比较。
通过灵敏度比较，可将光学传感器的输出信号标准化，使得直接从输出信号可断定颜色成分。均衡值由传感器的特征导致。优选地，在生成均衡信号时也考虑传感器的环境情况，特别是温度情况。
但均衡也可从传感器放大器转移到分析装置。在此，将灵敏度曲线存入控制器中。传感器放大器可因此得以简化。但由于要求的更高的输入值动态特性，对于前接于控制器的A/D转换器的要求升高。
通过合适地选择分析方法，可有利地使用根据权利要求2所述的窄带传感器以及使用根据权利要求3所述的宽带传感器。
根据权利要求5，分析装置产生取决于环境条件特别是环境温度的反馈信号且将其传输到控制台，其中在控制台侧产生用于向信号发生器施加的控制信号，且设置用于将反馈信号与控制信号进行比较的装置。通过与例如温度或环境光的外部影响的合适的关联，可补偿结构元件的物理特征，例如其温度情况，或补偿使用位置的物理特征，例如在环境光情况方面进行补偿，使得反馈信号通报到控制台，所述反馈信号与用于向信号发生器施加的控制信号可直接比较。在控制台中因此总是存在关于LED光信号的正常功能的可靠的信息。
根据权利要求6，分析装置此外具有用于将实际色度和/或实际光强与额定色度和/或额定光强进行比较的装置，其中超过阈值的偏差触发了本安反应（eigensichere Reaktion）。在控制台上的反馈在此可基于监测或本安反应实现。
分析装置由用于信号发生器的控制信号和光学传感器的谱灵敏度计算出期待的传感器信号。将此额定传感器信号与所采集到的实际传感器信号进行比较。将偏差进行评估，其中在需要时进行本安反应，例如信号技术上可靠的关闭。在错误情况中，分析装置负责根据故障-安全原理进行通电，即在用于信号概念显示的光信号的情况中点亮红色停止信号。
附图说明
在下文中根据附图图示详细解释本发明。附图中：
图1示出了根据本发明的LED光信号的关键的组件，
图2示出了根据图1的监测装置的第一实施方式，
图3示出了根据图1的监测装置的第二实施方式，
图4示出了根据图1的监测装置的第三实施方式，
图5示出了根据图1的监测装置的第四实施方式，
图6示出了根据图1的监测装置的第五实施方式，和
图7示出了关于用于根据图6的监测装置的额定传感器信号的计算方法。
具体实施方式
LED铁路光信号基本上由信号发生器1组成，该信号发生器由控制台2控制3且具有用于光辐射的部件以及监测装置4，所述监测装置4经由反馈5与控制台2相连接。
从控制台2向装配有温度传感器6的控制装置7传递的对于信号发生器1的要求包含了关于要求的信号发生器1的信号图，特别是关于颜色和光强的信息。在控制装置7中，要求信息与温度传感器6的输出信号关联以用于产生额定信号8，所述额定信号8通过LED驱动器9转化为用于至少一个RGB-LED10的三个控制信号，其中RGB-LED10具有红色、黄色和蓝色的单独LED11、12和13。
通过对于红色、黄色和蓝色的三个控制信号的相互关系来定义通过光学***14输出的光的颜色。这可例如通过与各LED电流的变化相关的具有相应的脉冲/间歇关系的脉宽调制实现。光强作为控制信号的加和得到。
监测装置4基本上由光学传感器15、传感器放大器16和分析装置17组成。光学传感器15采集RGB-LED10的光，而传感器放大器16用于传感器值的放大和校准。通过校准，补偿了传感器的物理特征，例如谱灵敏度。
分析装置17从传感器放大器16的信号确定发出的光的颜色和光强。通过与由控制装置7产生的额定信号8的关联和同步，可提高监测的可靠性和可用性。分析装置17如控制装置7那样具有温度传感器18，从而通过考虑环境温度可实现将信号发生器1的状态反馈5到控制台2。也实现了信号发生器1的本安反应，例如关闭，这可包含在反馈5中。
图2示出了具有光学传感器15.1的监测装置4的实施方式，所述光学传感器15.1包括特定于颜色的即谱窄带的分别用于红色、黄色和蓝色的单个传感器19、20、21。此多色传感器15.1的三个输出信号在三通道传感器放大器16.1中这样均衡，使得由多色传感器15.1的信号可直接推断三个通道的各自的颜色部分。均衡值遵循多色传感器15.1的特征，且优选地存储在分析装置17的控制器内。如果分析装置17与例如温度传感器18的环境传感器22连接，则均衡信号23可附加地考虑取决于环境条件的多色传感器15.1的特性。
图3示出了根据图2的监测装置4的变体，其中灵敏度均衡不是在传感器放大器16.1中而是在分析装置17.1中进行。传感器放大器16的结构可因此简化，但由于分析装置17.1的输入值的更高的动态特性提高了对于前接于分析装置17.1的A/D转换器的要求。
图4解释了根据图1的监测装置4的另外的变体。作为根据图2的实施方式的补充，在此实现了测量信号与由控制装置7分支的额定信号8的关联。由此，在分析装置17内可进行多色光学传感器15.1的期待的信号的计算。用于计算的因数从多色传感器15.1的谱灵敏度，即从特定于传感器的特征且从由额定信号8导出的信号发生器1的开关状态得到。以此方式，可取消传感器信号到颜色信息的换算。
具有额定/实际比较的此监测变体在图4中示出为根据图2的传感器放大器/分析装置组件16.1/17，且在图5中示出为根据图3的传感器放大器/分析装置组件16.1/17。
在图6中示出的监测装置4的实施方式中，作为多色传感器15.1的替代设置宽谱传感器15.2。所述宽谱传感器15.2产生了提供到单通道传感器放大器16.2的输出信号。如在图4和图5的实施方式中那样，分析装置17从额定信号8和宽谱传感器15.2的谱灵敏度计算出期待的传感器信号。将此期待的信号与宽谱传感器15.2采集的信号进行比较。在表决器24中评估额定信号和实际信号之间的偏差，且将反馈5传输到控制台2。
图7示出了用于计算宽谱传感器15.2的额定信号的原理。控制装置7产生用于红色rt、黄色ge和蓝色bl的PWM信号，所述PWM信号在恒定的周期时间t内具有不同长度的亮和暗相位。周期时间t在此低于感觉阈值。通过时间上高分辨地扫描所测量的传感器信号与同步采集额定信号8相结合，可识别缺失或削弱的颜色或LED。在根据图7的示例中，在监测时，对于红色rt、黄色ge和蓝色bl所显示的混合颜色必须也作为各个颜色的各个亮相位的加和在周期时间t内得出。
Claims (6)
1.一种LED光信号，特别是LED铁路光信号，具有用于生成不同颜色的光点的信号发生器（1），其中LED被构造为为多色LED，特别是RGB-LED（10），即红（11）/黄（12）/蓝（13）LED，
其特征在于，
所述信号发生器（1）具有至少一个用于信号技术上安全地监测色度和光强的光学传感器（15，15.1，15.2）。
2.根据权利要求1所述的LED光信号，其特征在于，所述传感器（15.1）具有多个特定于颜色的单个传感器（19，20，21）。
3.根据权利要求1所述的LED光信号，其特征在于，所述传感器被构造为宽谱传感器（15.2）。
4.根据上述权利要求中任一项所述的LED光信号，其特征在于，所述传感器（15，15.1，15.2）经由传感器放大器（16，16.1，16.2）和A/D转换器与用于确定实际色度和实际光强的数字分析装置（17，17.1）相连接。
5.根据权利要求4所述的LED光信号，其特征在于，所述分析装置（17，17.1）产生取决于特别是环境温度的环境条件的反馈信号（5），且将所述反馈信号（5）传输到控制台（2），其中在控制台侧产生用于向信号发生器（1）施加的控制信号（3），且设置用于将所述反馈信号（5）与所述控制信号（3）进行比较的装置。
6.根据权利要求5所述的LED光信号，其特征在于，所述分析装置（17，17.1）具有用于将实际色度和/或实际光强与额定色度和/或额定光强进行比较的装置，其中超过阈值的偏差触发了本安反应。
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