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        我國鐵路有約20萬臺高柱或矮型色燈信號機，這些信號機是以雙燈絲白熾燈泡為光源，燈泡的壽命只有1000小時。由于LED具有眾所周知的耗電少、壽命長、安全可靠的優(yōu)點，一些單位98年開始進行這種新型光源在鐵路信號領域的試驗與研制，取得明顯進展。
        總的形勢是發(fā)展速度快，三年前發(fā)光強度只能做到幾百cd，兩年前紅、綠顏色能達到2000cd以上，黃色、月白色的光強度及顏色還不能達到鐵標要求，近一年來發(fā)光強度明顯提高，紅光、綠光已能做到5000cd以上，達到國外西門子產品的光強度水平，五種顏色經過改進也能滿足現有鐵道行業(yè)標準規(guī)定的顏色范圍。目前至少已有八家生產或研制LED色燈信號機構，有多家進行了產品的檢測，有的經過鐵道部技術審查。有約一千多臺LED色燈信號機在秦沈客運專線、北京局、青藏線等鐵路現場投入使用，受到用戶的歡迎。
       鐵道部科技司于2003年組織有關單位制定了《LED鐵路信號機構技術條件（暫行）》，統(tǒng)一了技術要求，為進一步推廣打下了基礎。鐵道部產品質量監(jiān)督檢驗中心通信信號檢驗站做了大量產品檢驗工作。
       不僅地面信號機，而且手信號燈、客車床頭閱讀燈、安全標志燈等鐵路信號及照明產品上也開使用LED，LED手信號燈已在鐵路現場大量應用，使產品性能明顯提高，鐵科院通號所今年完成適用于LED手信號燈和床頭閱讀燈的鐵道部行業(yè)標準制定工作。

2.1兩種信號機有效光通量的估算
       現有鐵路色燈信號機光學結構是由內梯菲涅爾透鏡、外梯菲涅爾透鏡與白熾燈泡組成，見圖1。
       燈泡發(fā)出的總光束的一部分經透鏡組折射后，成為近似平行光投向遠方，成為有效光束，光通量為φ１，按下式計算：
 φ１＝φ×η１×τ１×τ２  （１）
式中：
        φ１——信號機的有效光通量（ｌｍ）
        φ——燈泡發(fā)出的總光通量（ｌｍ）。鐵道行業(yè)標準規(guī)定鐵路信號燈泡的光通量不低于２８５ｌｍ，實際產品要高于這個數值，這里按３００ｌｍ來計算。
          η１——透鏡組的光利用系數。燈泡發(fā)出的總光通量只有被透鏡組所包含立體角內的光刎才被利用，鐵路信號透鏡組對燈泡含的立體角為４．４ｓｒ，與燈泡發(fā)光總立體角料（４π減去燈頭遮光部分的立體角）之比為０．３６，此值即為透鏡組的光束利用率。
 τ１——顏色透鏡的光透射比。鐵標規(guī)定紅色透鏡光透射比為８％，實際可以達到１１％。
 τ２——無色透鏡光透射比。鐵標規(guī)定無色透鏡光透射比不得低于９０％。
 將上述各系數值代入公式（１），計算出紅色鐵路信號機的有效光通量為：１０．７ｌｍ。
 圖２是ＬＥＤ信號機光學結構圖。是由多只ＬＥＤ與聚光透鏡陣列組成，ＬＥＤ數量為數十只到一百多只，單元透鏡直徑為１３～１５ｍｍ。
 ＬＥＤ鐵路信號機的有效光通量φＬＥＤ１按下式估算：
 φＬＥＤ１＝φＬＥＤ×（ｌ－αｔ）×（１－β）×τ３×τ４     （２） 
式中：
 φＬＥＤ１——ＬＥＤ信號機的有效光通量（ｌｍ）
 φＬＥＤ——ＬＥＤ發(fā)出的總光通量（ｌｍ）。單只ＬＥＤ光通量由發(fā)光強度分布曲線利用球帶系數法計算，再乘以ＬＥＤ數量得出總光通量，也可以從ＬＥＤ的功率乘以光效得到，１００只紅色ＬＥＤ的總光通量為２４０ｌｍ。
 αｔ——溫度影響系數，ＬＥＤ光效率隨溫度升高而降低，不同顏色的αｔ值不相同，環(huán)境溫度為５０℃條件下的紅色ＬＥＤ的αｔ為０．３０。
 β——光束溢出損失系數，復旦大學教授發(fā)表在２００２年《照明工程學報》中的論文提出“光束溢出損失”概念，ＬＥＤ發(fā)出的光束有一部分射不到各自聚光透鏡上，不能形成有效光束，β值?。担玻?。
 τ３——無色陣列透鏡的光透射比，?。埃福?。
 τ４——無色保護玻璃的光透射比，取０．９。
       將上述各系數值代入公式（２），計算出紅色ＬＥＤ鐵路信號機的有效光通量為９６．４ｌｍ。本文提出計算方法雖然會存在誤差，但從上述分析可見ＬＥＤ信號機的光效率明顯高于以白熾燈為光源信號機的光效率。

2.2光強度分布曲線
       鐵路信號機是遠距離燈光信號，鐵標對高柱和矮型信號機各種顏色的光強度要求見表１。
      鐵標要求水平光束散角不小于２°１２＇，垂直散角不小于１°１０＇。實際測試光強度分布曲線見圖３。
       從測試結果得到現有鐵路高柱色燈信號機紅色光強度為２６７ｌｄ，水平散角為２．６°，紅色ＬＥＤ信號機的光強度為５ｌ７０ｃｄ，散角為４．２＇。ＬＥＤ信號機不但光強度大于現有白熾燈泡為光源信號機的光強度，而且顯示范圍較寬，有利于坡道區(qū)段觀察信號，總的光性能優(yōu)越。

2.3燈光顏色
         白熾燈泡是連續(xù)光譜，通過有色透鏡發(fā)出顏色光也是連續(xù)光譜。ＬＥＤ的光譜線較窄，顏色較純，特別是紅、綠、藍色，顏色鮮艷，有利于辨認信號。但是選擇黃色或白色ＬＥＤ時需要注意，黃色不能偏紅；白色不能偏藍，否則會與紅色或藍色相混洧，超出鐵標要求顏色范圍。

       雖然ＬＥＤ信號燈具有上述優(yōu)點，但是在鐵路上推廣的速度還是較慢，在此提出影響ＬＥＤ信號機推廣的原因和建議：
       ３．ｌ鐵路運輸生產以安全為前提，特別是指揮列車運行的色燈信號機必須十分安全可靠，每個部件包括信號燈泡、透鏡、繼電器等均按鐵道部行業(yè)標準生產，不能隨意改變。比如現有信號機點燈電路中使用ＪＺＸＣ－Ｈ１８型燈絲監(jiān)督繼電器，其工作電流為１００ｍＡ，釋放電流為４０ｍＡ，用ＬＥＤ替代燈泡后電流減少，繼電器無法吸起，須要對繼電器進行改造。這些變化須經過大量試驗驗證后才能投入使用。
       ３．２ ＬＥＤ是新光源，性能受環(huán)境條件、生產工藝、材料質量和電路設計影響較大，各廠家生產的ＬＥＤ信號機均不相同，ＬＥＤ的選擇、電路、電源各不相同，難于互換，出現故障時不易在現場排除。長期使用后顏色漂移也會漂移，應不斷積累ＬＥＤ信號機長期使用中出  現的問題并加以解決。
       ３．３ＬＥＤ壽命是１０萬小時，用戶更關心的是整個系統(tǒng)的使用壽命，相關的元件也應做到長壽命、少維護。
      ３．４目前鐵路ＬＥＤ信號機的價格偏高，一臺高柱三顯示ＬＥＤ信號機價格為一萬多元，有的是一萬七千元，而現有信號機只有三千元左右，相差懸殊，用戶很難接受。隨著技術的飛速發(fā)展，有理由相信ＬＥＤ的質量和性能會不斷提高，價格會很快下降。
       我們將繼續(xù)與照明領域的同行密切合作，使ＬＥＤ新光源在鐵路信號上發(fā)揮它應有的作用，為２００７年在北京召開第２６屆ＣＩＥ大會做貢獻。