Свет на пожаре несомненно важен. В задымленной среде луч света поможет разглядеть очертания объектов, а в условиях более густого дыма позволит хотя бы добить до препятствия впереди и сориентироваться в пространстве.



Есть ли решения для пожарной специфики?

Существует множество профессиональных фонарей, но для работы в дыму нужно учитывать ряд особенностей. Научно обосновано и подтверждено практикой, что желтый ("теплый") свет предпочтителен для использования в условиях плохой видимости (дыма, пара, снега, дождя и т.п.). Голубой и фиолетовый цвета сложнее воспринимаются человеческим глазом: это свет с наименьшей длиной волны, видимой человеком, и фокусируется он на небольшом расстоянии перед сетчаткой глаза, как следствие, объекты в голубом свете сложнее разглядеть (в этом можно убедиться, найдя светящуюся голубую вывеску на темной улице: в отсутствие белого света на большой дистанции глаз не сможет точно сфокусироваться на вывеске, она будет выглядеть расплывчато).



Как создать фонарь с желтым светом?

Желтый свет испускают лампы накаливания (легендарный фонарь ФОС), но, как известно, они обладают низким КПД (высокий расход энергии и, следовательно, короткое время работы от элементов питания), а также коротким сроком службы (100-500 часов).

Светодиоды лишены недостатков ламп накаливания, они энергоэффективны и долговечны, но в большинстве своем испускают холодный белый (голубоватый) свет. Для получения желтого света от светодиодов можно использовать желтые фильтры из плёнки или стекла, но фильтр по своей природе отсекает часть света (следовательно, снижает световой поток источника).



Наилучшим решением является использование светодиодов, непосредственно излучающих теплый свет. Такие светодиоды существуют и доступны для использования в фонарях.


Человеческий глаз видит отраженный от объектов свет

В задымленной среде свет фонаря отражается не только от видимого объекта, но и от частиц, летающих в воздухе (дым, пар и т.п.) – рис. 1А. Чтобы человеческий глаз смог разглядеть объект наиболее четко, нужно максимизировать свет, отраженный от объекта, и минимизировать свет, отраженный от частиц в воздухе. Этого можно достичь двумя способами:


● Освещать объект под углом по отношению к линии зрения (увеличить расстояние между фонарем и глазами) – для этого правильнее разместить фонарь не на шлеме (вблизи глаз), а на груди или на наплечном ремне (вдали от глаз) – рис. 1Б.


● Освещать объект узким лучом, чтобы минимизировать долю рассеиваемого света. Для этого фонарь должен обладать минимальным углом расхождения луча – рис. 1В.



Как минимизировать угол расхождения источника света?

Эту задачу выполняет вторичная оптика фонаря. Для сравнения вторичной оптики требуется познакомиться с понятием круговой диаграммы направленности: это графическое представление зависимости силы света от направления в заданной плоскости.


Если представить поле зрения человека на круговой диаграмме, то мы увидим поле охватом 180° перед собой (от -90° до +90°), с максимальным значением в диапазонах от -55° до +55° - рис. 2А. Если посмотреть на диаграмму направленности обычной лампы накаливания, то можно сделать вывод, что лампа равномерно освещает все пространство вокруг себя (кроме пространства за цоколем лампы) – рис. 2Б. Диаграмма направленности светодиода показывает, что светодиод, в отличие от лампы накаливания, не освещает пространство позади себя, а пространство впереди себя освещает неравномерно – рис. 2В.



Вторичная оптика

Современные технологии позволяют сформировать практически любое распределение светового потока для максимально эффективного использования энергии. Осуществляется это формирование с помощью вторичной оптики — рефлектора или линзы.



Основные виды вторичной оптики:


1. Рефлектор (отражатель) - традиционный вид вторичной оптики, наиболее простой и распространенный вариант, позволяющий обеспечить наименьшие потери светового потока: практически весь свет от светодиода выходит из фонаря. Однако, несмотря на то, что суммарный КПД в итоге высок, доля света светодиода, попадающая на рефлектор, достаточно низка по сравнению с долей света от лампы накаливания (рис. 3А – рефлектор с лампой и рис. 3Б – рефлектор со светодиодом: синим цветом отмечена доля света, преломляемая рефлектором, 3B — итоговая диаграмма направленности фонаря с рефлектором).



2. Линза - вторичная оптика, позволяющая сфокусировать луч. Линза, расположенная на фокусном расстоянии от светодиода, позволяет получить наиболее четкое пятно. Свет, не попадающий на линзу, не выходит из фонаря, что позволяет достичь наилучшего соотношения между светом, отраженным от объекта, и светом, отраженным от частиц в воздухе (рис. 4А – линза с лампой и рис. 4Б – линза со светодиодом: синим цветом отмечена доля света, преломляемая линзой, 4B — итоговая диаграмма направленности фонаря с линзой).



3. Линза с полным внутренним отражением (Total Internal Reflection – TIR). По своей сути эквивалентна рефлектору и линзе вместе, обладает более высоким КПД, но менее четким пятном, по сравнению с линзой (рис. 5А – TIR-линза с лампой и рис. 5Б – TIR-линза со светодиодом: синим цветом отмечена доля света, преломляемая линзой, 5B — итоговая диаграмма направленности фонаря с TIR-линзой).



Так как видимость объекта в задымленной среде находится в прямой зависимости от освещенности объекта и в обратной зависимости от освещенности частиц в воздухе, требуется использовать вторичную оптику, обеспечивающую наиболее четкие границы на диаграмме светораспределения.


Несмотря на то, что рефлектор и TIR-линза имеют более высокий КПД, именно линза имеет наиболее резкое нарастание фронта на диаграмме светораспределения. Это позволяет "доставить" больше света до объекта, не рассеив его в частицах в воздухе.


Именно такая оптика используется в фонарях "Силы Света МЧС": www.ooo-ccm.ru/flashlights