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[導(dǎo)讀] 一.概述  1.閃爍的基本概念  人們發(fā)現(xiàn),長期在日光燈下看書會感到不舒服,雖然其光亮度與白天無異。這是為什么呢?經(jīng)過研究,原來這是因?yàn)槿展鉄舻墓鈴?qiáng)是隨時(shí)間變化所致。也就是光源的閃爍所致?! ∧鞘裁词枪?

 一.概述

  1.閃爍的基本概念

  人們發(fā)現(xiàn),長期在日光燈下看書會感到不舒服,雖然其光亮度與白天無異。這是為什么呢?經(jīng)過研究,原來這是因?yàn)槿展鉄舻墓鈴?qiáng)是隨時(shí)間變化所致。也就是光源的閃爍所致。

  那什么是光源閃爍呢?光源閃爍就是光源發(fā)出的光隨時(shí)間呈快速、重復(fù)的變化,使得光源跳動(dòng)和不穩(wěn)定。當(dāng)然人的肉眼并不能很容易地覺察到光源的閃爍,這主要 取決于閃爍的頻率。一般地,在閃爍頻率50Hz以下,人眼都能覺察到光源的閃爍。而在8.8Hz時(shí),人眼是最敏感的。同時(shí),能被覺察的最大閃爍頻率(臨界 閃爍頻率)是隨著光源發(fā)出的光強(qiáng)而變化的,隨著光強(qiáng)增大臨界閃爍頻率也增大,當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到最大后逐漸減小后,臨界閃爍頻率也相應(yīng)減小。當(dāng)光強(qiáng)以大于50Hz 的頻率變化時(shí),大多數(shù)人就分辨不出光源是否在閃爍了,此時(shí)的光源就發(fā)出穩(wěn)定、連續(xù)的光,因?yàn)檫@時(shí)人眼的反映已經(jīng)跟不上光源的變化了。例如,人眼就覺察不到 每秒100次閃爍(100Hz)的熒光燈的閃爍現(xiàn)象。

  光源閃爍可以通過頻閃效應(yīng)被證實(shí)。有時(shí)我們會發(fā)現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象,當(dāng)一個(gè)物體很快速地運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),它們看起來好像運(yùn)動(dòng)得比他們實(shí)際的速率要慢,甚至當(dāng) 物體運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)頻率跟光源閃爍頻率相同(或是整數(shù)倍關(guān)系)時(shí),物體好像靜止不動(dòng)。這就是頻閃光產(chǎn)生的原因,它是一種我們在日常的照明中不希望發(fā)生的現(xiàn)象。 事實(shí)上,由于頻閃效應(yīng),人們產(chǎn)生錯(cuò)覺,而把一些快速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備看成是緩慢運(yùn)轉(zhuǎn)著甚至是靜止的是非常危險(xiǎn)的。

  光源閃爍有很多種,常見的有以下幾種:

  1、照明周期性閃爍:如交流熒光燈的頻閃以及由于電源電壓波動(dòng)引起的光源閃爍;

  2、照明非周期性閃爍:如交流熒光燈的啟動(dòng)閃爍,各種故障閃爍;

  3、顯示設(shè)備閃爍:如電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、電子游戲機(jī),廣告屏等掃描顯示引起的閃爍;

  4、藝術(shù)燈光閃爍:如霓虹燈,彩燈和鐳射等閃爍。

  2.光源閃爍產(chǎn)生的原因

  光源閃爍實(shí)質(zhì)上是從電壓變動(dòng)——光通量波動(dòng)——眼睛到人腦這個(gè)反應(yīng)鏈的主觀感受。產(chǎn)生頻閃的技術(shù)機(jī) 理,既有供電電源的因素,也有電光源性能的因素,以及照明設(shè)計(jì)不合理的因素等等。下面僅就常用電光源技術(shù)性能的角度,進(jìn)行概括性技術(shù)分析。

  (1)光源供電頻率低。白熾燈、高壓汞(鈉)燈、直管型(電感式)日光燈。在現(xiàn)階段, 絕大多數(shù)由50Hz工頻正弦交流電,直接向電光源的發(fā)光體供電。 其頻閃頻率為50Hz*2=100Hz,并且呈正弦波規(guī)律波動(dòng)。

  (2)光源電壓波動(dòng)大。我國現(xiàn)階段工頻交流電源,瞬時(shí)電壓值波動(dòng)幅度在 10%~20%之間,大大加重了頻率為100Hz,呈正弦波規(guī)律波動(dòng)的頻閃深度。

  (3) 電光源性能。白熾燈為燈絲直接加熱發(fā)光的熱輻射性光源,發(fā)光體的發(fā)光功率,必然隨供電電源的頻率,呈正弦波規(guī)律波動(dòng)。高壓汞(鈉)燈,直管型(電感式)日 光燈,雖然是氣體放電發(fā)光的電光源。但由于其啟動(dòng)與點(diǎn)燃均采用電感式鎮(zhèn)流器(不具備AC-DC-AC變頻功能)。所以,氣體放電發(fā)光體的放電功率,必然也 隨供電電源的頻率波動(dòng)而波動(dòng)。

  電壓變動(dòng)產(chǎn)生的影響,可以用視覺敏感系數(shù)曲線和閃變電壓限值曲線兩個(gè)概念來量化。

  可以被人眼感知的光源閃爍,可以通過統(tǒng)計(jì)的方法來測得人眼的對光源閃爍的感覺特性。圖1是人眼對不同頻率的電壓波動(dòng)引起的視覺敏感系數(shù)曲線。從曲線上 可以看出最敏感的頻率是8.8Hz,偏離該頻率后,敏感度隨頻率而降低。當(dāng)閃爍頻率40Hz以上時(shí),感覺就不靈敏; 50Hz以上的閃爍就完全沒有感覺。

  圖2 是IEC給出的閃變電壓限值曲線。它和視覺敏感系數(shù)曲線互為映象,視覺敏感頻率為8.8Hz,這時(shí)電壓變動(dòng)d最小,是0.29%。該曲線是在周期性矩形(或階躍)電壓作用下得到的。

  


 

  其中電壓變動(dòng)d表示相鄰兩個(gè)極值電壓之差,以百分?jǐn)?shù)形式給出;電壓變動(dòng)頻率r表示單位時(shí)間內(nèi)電壓變動(dòng)的次數(shù),單位min-1。

  二.閃爍對人眼的危害

  光源閃爍對人的視覺系統(tǒng)有刺激作用,會產(chǎn)生不舒適的感覺。人們長期在閃爍的光線下工作或生活,還可能影響視覺系統(tǒng)的生理衛(wèi)生和心理衛(wèi)生。這種刺激作用 或影響的嚴(yán)重程度與光源閃爍的強(qiáng)度、頻率、持續(xù)作用時(shí)間以及長期性有關(guān)。這種影響往往是緩慢的,因此長期以來沒有引起人們的重視。然而隨著電子化的高速發(fā) 展,人們白天在交流熒光燈下和顯示器熒光屏前工作;晚上又在交流熒光燈下和電視機(jī)熒光屏前生活,甚至伴以眼花潦亂的藝術(shù)燈光,因此光源閃爍對視覺系統(tǒng)的影 響問題日益突出。

  尤其是電光源的頻閃效應(yīng),給人類生產(chǎn)、日常生活、身心健康造成了嚴(yán)重危害。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

  1、錯(cuò)覺引發(fā)工傷事故:在電光源的頻閃頻率,與運(yùn)動(dòng)(旋轉(zhuǎn))物體的速度(轉(zhuǎn)速)成整倍數(shù)關(guān)系時(shí)。運(yùn)動(dòng)(旋轉(zhuǎn))物體的運(yùn)動(dòng)(旋轉(zhuǎn))狀態(tài),就會產(chǎn)生靜止、 倒轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)(旋轉(zhuǎn))速度緩慢,以及上述三種狀態(tài)周期性重復(fù)的錯(cuò)誤視覺,引發(fā)工傷事故。 例如,機(jī)加工行業(yè)機(jī)床操作工,對正向旋轉(zhuǎn)的車刀,錯(cuò)覺為倒轉(zhuǎn)。而進(jìn)行緊急換向操作,損壞工件、刀具,甚者造成人員傷亡。

  2、危害身體健康,影響工作:頻閃效應(yīng)會引發(fā)視覺疲勞、偏頭痛。特別是機(jī)械行業(yè)采用高壓汞(鈉)燈,和輕工、食品、印刷、電子、紡織等行業(yè),普遍采用 直管型(電感式)日光燈的照明場合尤為明顯。例如,流水線上的插件操作工,容易因視覺疲勞、眼花,引起偏頭痛。產(chǎn)生定位困難情形,生產(chǎn)效率低下。

  3、傷害青少年的眼睛,造成近視。在我國80年代以后,直管型(電感式)日光燈,普遍應(yīng)用于家庭、學(xué)校、圖書館等,成長中的中小學(xué)生受害極大,視力下降明顯,近視眼顯著增多。

  三.閃爍度的評價(jià)方法

  表征光源閃爍強(qiáng)度的參數(shù)波動(dòng)深度、閃爍指數(shù)、閃爍百分比,圖3為典型閃爍波形

  圖中,Φm 為閃爍波峰值,Φ n 為閃爍波谷值,Φ0為平均光通量,Q1為Φ0以上部分曲線下的面積,Q2為Φ0以下部分曲線下的面積,T為周期。[!--empirenews.page--]

  

 

  光通量波動(dòng)深度是對光源閃爍幅度的量化。光源閃爍是光通量波動(dòng)的外在體現(xiàn),光通量波動(dòng)是光源閃爍的直接原因。

  四.閃爍度的測量

  在本文的實(shí)驗(yàn)中,我們采用瞬態(tài)光度計(jì)PR-110來測量各種光源發(fā)出的光通量,計(jì)算波動(dòng)深度來比較各種光源的閃爍強(qiáng)度。

  PR-110是連續(xù)快速采樣的瞬態(tài)光度計(jì),與不同結(jié)構(gòu)的光度測量裝置結(jié)合,可測量瞬時(shí)光照度、亮度、光通量或光強(qiáng)等光度參數(shù)。

  為了精確測量光通量,把光源放在積分球中。經(jīng)過V(λ)校準(zhǔn)的光電探測器接受光信號,其輸出的電信號經(jīng)過放大轉(zhuǎn)換電路,將光電探測器輸 出的光電流信號轉(zhuǎn)換成較大的電壓信號,利用AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣。由于單片機(jī)讀取和存儲數(shù)據(jù)速度較慢,故而采用了雙口RAM和地址發(fā)生電路,使得光度計(jì)能夠 在采用時(shí)自動(dòng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。單片機(jī)則在所有采樣過程執(zhí)行完畢后,再從雙口RAM內(nèi)讀取數(shù)據(jù),并發(fā)送給微機(jī)顯示處理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和實(shí)物連接圖如下。

  

 

  

 

  五.典型光源的閃爍結(jié)果

  在實(shí)驗(yàn)中,我們利用瞬態(tài)光度計(jì)對26W螺旋型電子節(jié)能燈,60W普通直管型日光燈,60W普通白熾燈,單個(gè)紅色LED等四種典型的照明光源測量其光通 量的變化波形,計(jì)算波動(dòng)深度。在PR110中,我們設(shè)定采樣間隔為0.1ms,所有燈都采用50Hz交流電供電,測量結(jié)果如表 1。

  表 1 各種光源閃爍參數(shù)

  根據(jù)波動(dòng)深度,上述光源的閃爍度由弱到強(qiáng)分別為節(jié)能燈,白熾燈,LED燈杯,日光燈,單個(gè)LED。波動(dòng)深度在25%以下時(shí)不會有明顯的閃爍,所以從這個(gè) 角度出發(fā)電子節(jié)能燈和白熾燈是比較健康的光源。另外,我們發(fā)現(xiàn),由于LED響應(yīng)很快,單個(gè)的LED燈波動(dòng)深度很大,但有多個(gè)LED燈管組成的LED燈杯波 動(dòng)深度明顯降低,也是一種比較健康的光源。普通的日光燈波動(dòng)深度較大,長時(shí)間在其照射下工作,對人體有一定危害。

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