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一．概述 1.閃爍的基本概念 人們發(fā)現，長(cháng)期在日光燈下看書(shū)會(huì )感到不舒服，雖然其光亮度與白天無(wú)異。這是為什么呢？經(jīng)過(guò)研究，原來(lái)這是因為日光燈的光強是隨時(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、重復的變化，使得光源跳動(dòng)和不穩定。當然人的肉眼并不能很容易地覺(jué)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(jué)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(jué)察的最大閃爍頻率（臨界 閃爍頻率）是隨著(zhù)光源發(fā)出的光強而變化的，隨著(zhù)光強增大臨界閃爍頻率也增大，當光強達到最大后逐漸減小后，臨界閃爍頻率也相應減小。當光強以大于50Hz 的頻率變化時(shí)，大多數人就分辨不出光源是否在閃爍了，此時(shí)的光源就發(fā)出穩定、連續的光，因為這時(shí)人眼的反映已經(jīng)跟不上光源的變化了。例如，人眼就覺(jué)察不到 每秒100次閃爍（100Hz）的熒光燈的閃爍現象。 光源閃爍可以通過(guò)頻閃效應被證實(shí)。有時(shí)我們會(huì )發(fā)現這樣一種現象，當一個(gè)物體很快速地運動(dòng)或轉動(dòng)時(shí)，它們看起來(lái)好像運動(dòng)得比他們實(shí)際的速率要慢，甚至當 物體運動(dòng)或轉動(dòng)頻率跟光源閃爍頻率相同（或是整數倍關(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)生的現象。 事實(shí)上，由于頻閃效應，人們產(chǎn)生錯覺(jué)，而把一些快速運轉的設備看成是緩慢運轉著(zhù)甚至是靜止的是非常危險的。 光源閃爍有很多種，常見(jiàn)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、顯示設備閃爍：如電視機、計算機、電子游戲機，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)反應鏈的主觀(guān)感受。產(chǎn)生頻閃的技術(shù)機 理，既有供電電源的因素，也有電光源性能的因素，以及照明設計不合理的因素等等。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。在現階段， 絕大多數由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，并且呈正弦波規律波動(dòng)。 （２）光源電壓波動(dòng)大。我國現階段工頻交流電源，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(jué)敏感系數曲線(xiàn)和閃變電壓限值曲線(xiàn)兩個(gè)概念來(lái)量化。 可以被人眼感知的光源閃爍，可以通過(guò)統計的方法來(lái)測得人眼的對光源閃爍的感覺(jué)特性。圖1是人眼對不同頻率的電壓波動(dòng)引起的視覺(jué)敏感系數曲線(xiàn)。從曲線(xiàn)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。當閃爍頻率40Hz以上時(shí)，感覺(jué)就不靈敏； 50Hz以上的閃爍就完全沒(méi)有感覺(jué)。 圖2 是IEC給出的閃變電壓限值曲線(xiàn)。它和視覺(jué)敏感系數曲線(xiàn)互為映象，視覺(jué)敏感頻率為8.8Hz，這時(shí)電壓變動(dòng)d最小，是0.29%。該曲線(xiàn)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，以百分數形式給出；電壓變動(dòng)頻率r表示單位時(shí)間內電壓變動(dòng)的次數，單位min-1。 二．閃爍對人眼的危害 光源閃爍對人的視覺(jué)系統有刺激作用，會(huì )產(chǎn)生不舒適的感覺(jué)。人們長(cháng)期在閃爍的光線(xiàn)下工作或生活，還可能影響視覺(jué)系統的生理衛生和心理衛生。這種刺激作用 或影響的嚴重程度與光源閃爍的強度、頻率、持續作用時(shí)間以及長(cháng)期性有關(guān)。這種影響往往是緩慢的，因此長(cháng)期以來(lái)沒(méi)有引起人們的重視。然而隨著(zhù)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(jué)系統的影 響問(wèn)題日益突出。 尤其是電光源的頻閃效應，給人類(lèi)生產(chǎn)、日常生活、身心健康造成了嚴重危害。主要表現在以下幾個(gè)方面： 1、錯覺(jué)引發(fā)工傷事故：在電光源的頻閃頻率，與運動(dòng)（旋轉）物體的速度（轉速）成整倍數關(guān)系時(shí)。運動(dòng)（旋轉）物體的運動(dòng)（旋轉）狀態(tài)，就會(huì )產(chǎn)生靜止、 倒轉、運動(dòng)（旋轉）速度緩慢，以及上述三種狀態(tài)周期性重復的錯誤視覺(jué)，引發(fā)工傷事故。 例如，機加工行業(yè)機床操作工，對正向旋轉的車(chē)刀，錯覺(jué)為倒轉。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：頻閃效應會(huì )引發(fā)視覺(jué)疲勞、偏頭痛。特別是機械行業(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(chǎng)合尤為明顯。例如，流水線(xiàn)上的插件操作工，容易因視覺(jué)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，普遍應用于家庭、學(xué)校、圖書(shū)館等，成長(cháng)中的中小學(xué)生受害極大，視力下降明顯，近視眼顯著(zhù)增多。 三．閃爍度的評價(jià)方法 表征光源閃爍強度的參數波動(dòng)深度、閃爍指數、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(xiàn)下的面積，Q2為Φ0以下部分曲線(xiàn)下的面積，T為周期。 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，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)驗中，我們采用瞬態(tài)光度計PR-110來(lái)測量各種光源發(fā)出的光通量，計算波動(dòng)深度來(lái)比較各種光源的閃爍強度。 PR-110是連續快速采樣的瞬態(tài)光度計，與不同結構的光度測量裝置結合，可測量瞬時(shí)光照度、亮度、光通量或光強等光度參數。 為了精確測量光通量，把光源放在積分球中。經(jīng)過(guò)V（λ）校準的光電探測器接受光信號，其輸出的電信號經(jīng)過(guò)放大轉換電路，將光電探測器輸 出的光電流信號轉換成較大的電壓信號，利用AD轉換器進(jìn)行采樣。由于單片機讀取和存儲數據速度較慢，故而采用了雙口RAM和地址發(fā)生電路，使得光度計能夠 在采用時(shí)自動(dòng)對數據進(jìn)行存儲。單片機則在所有采樣過(guò)程執行完畢后，再從雙口RAM內讀取數據，并發(fā)送給微機顯示處理。系統結構圖和實(shí)物連接圖如下。 五．典型光源的閃爍結果 在實(shí)驗中，我們利用瞬態(tài)光度計對26W螺旋型電子節能燈，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，計算波動(dòng)深度。在PR110中，我們設定采樣間隔為0.1ms，所有燈都采用50Hz交流電供電，測量結果如表 1。 表 1 各種光源閃爍參數 根據波動(dòng)深度，上述光源的閃爍度由弱到強分別為節能燈，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(huì )有明顯的閃爍，所以從這個(gè) 角度出發(fā)電子節能燈和白熾燈是比較健康的光源。另外，我們發(fā)現，由于LED響應很快，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(cháng)時(shí)間在其照射下工作，對人體有一定危害。 |
