臺燈的閃爍測試與分析-畢業(yè)論文

1、臺燈的閃爍測試與分析摘要：2018年4月1實(shí)施的國家標(biāo)準(zhǔn)讀寫作業(yè)臺燈性能要求，首次在技術(shù)要求中將“閃爍”列為測試項(xiàng)目。標(biāo)準(zhǔn)要求燈具不應(yīng)有不舒適的閃爍，但是具體評價方法正在考慮中，并未給出。閃爍帶來的頻閃效應(yīng)對人體健康存在危害，因?yàn)檫@種危害長期存在且不易被覺察，近年來受到社會的高度關(guān)注。本文采用閃爍測試系統(tǒng)，以三種光源的臺燈為例介紹測試過程和測試方法，對測試參數(shù)的設(shè)置和結(jié)果評價給出參考意見。關(guān)鍵詞：閃爍；波動深度；讀寫作業(yè)臺燈Measurement and Analysis on Flicker ofTable Lamp for Paper TaskSong Peng, Song Qing Ju

2、n, Zhang Yu Hua, Wang Mei Xia Wang Yang, Kong Qiang Qiang(Ji Ning National Semiconductor & Display Products Quality Supervision and Inspection Center, Jining 272000)Abstract：The National Standard Performance Requirements for Reading and Writing Desk Lamps implemented on April 1, 2018 for the first t

3、ime listed flicker as a test item in the technical requirements. The standard requires that the luminaire should not be uncomfortably flicker, but the specific evaluation method is under consideration and is not given. The flicker is harmful to human health, because this kind of harm has long existe

4、d and is not easily detected. In recent years, it has been highly concerned by the society. This paper uses the flicker test system and introduces the test process and method with three kinds of light source table lamp and gives the reference for the setting of the test parameters and the evaluation

5、 of the results.Key words: Flicker ;Modulation Depth; Table Lamp for Paper Task1 引言2017年，央視3.15晚會揭露有些LED燈具可能存在嚴(yán)重的頻閃問題，眼晴長期暴露在這種環(huán)境下會造成頭痛和眼疲勞、引發(fā)光敏性癲癇病、導(dǎo)致視力下降和注意力分散等問題。人們對燈具的頻閃問題關(guān)注度達(dá)到了空前的高度。“閃爍”又被稱為“頻閃”，燈具的閃爍就是因亮度或光譜分布隨時間波動而引起的不穩(wěn)定的視覺現(xiàn)象?！伴W爍”對于未成年人的危害遠(yuǎn)大于成年人，因此，作為未成年人經(jīng)常使用的讀寫作業(yè)臺燈，其安全性一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)。在2018年4月1日實(shí)

6、施的GB/T 9473-2017讀寫作業(yè)臺燈性能要求相比2008版做了較大改動，其中，標(biāo)準(zhǔn)適用范圍增加了LED光源和“護(hù)眼燈”，并且首次將“閃爍”作為測試項(xiàng)目列在技術(shù)要求的6.3.5章節(jié)。由于是首次提出，再者“閃爍”測試屬于比較前沿的測試項(xiàng)目，國際上測試數(shù)據(jù)量也相對較小，所以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“燈具發(fā)出的光不應(yīng)有不舒適的閃爍，評價方法正在考慮中”，具體測試評價方法，標(biāo)準(zhǔn)中并未給出。本文選擇最具代表性一種可替換光源的臺燈，以三代光源為例，依據(jù)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9473-2017，并結(jié)合國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE Std 1789-2015對該臺燈的閃爍相關(guān)參數(shù)作了測試，給出“閃爍百分比PF”、“閃爍指數(shù)FI”和“光

7、輸出周期性頻率f”的測試結(jié)果，并依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE Std 1789-2015對測試結(jié)果進(jìn)行評價。最后，對整個過程中測試參數(shù)的設(shè)置和結(jié)果評價進(jìn)行分析討論。2 測試過程和方法2.1 測試原理2.1.1 定義頻率:特指照明產(chǎn)品的光輸出頻率。閃爍指數(shù)：照明產(chǎn)品光輸出的一個周期內(nèi)，光輸出平均值以上的面積除以光輸出光波形的總面積，即FI=區(qū)域Q1/（區(qū)域Q1+區(qū)域Q2）。示意圖見圖1。閃爍百分比（波動深度）：是指照明產(chǎn)品光輸出一個周期的最大值和最小值的差與光輸出最大值和最小值之和的比，以百分比表示，即PF=(A-B)/(A+B)100%，示意圖見圖1。圖1 閃爍百分比和閃爍指數(shù)計(jì)算示意圖2.1.2 評

8、價方法IEEE Std 1789-2015中采用波動深度對閃爍進(jìn)行評價。波動深度為光輸出的最大值和最小值的差異占光輸出最大值和最小值之和的比例，以百分比表示。低風(fēng)險(xiǎn)和無顯著影響水平的閃爍頻率和波動深度函數(shù)關(guān)系見圖2。圖2 低風(fēng)險(xiǎn)和無顯著影響水平的閃爍頻率和波動深度函數(shù)關(guān)系注1：低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)包括所有陰影區(qū)。注2：數(shù)據(jù)摘自研究專家Kelly（標(biāo)記為菱形）、Bullough et al.（標(biāo)記為正方形）和Perz et al.（標(biāo)記為圓形）以及Roberts和Wilkins（標(biāo)記為三角形）的研究報(bào)告。低風(fēng)險(xiǎn)水平區(qū)域和無顯著影響水平區(qū)域波動深度限值如下：無顯著影響水平區(qū)域的限值用式(1)式(3)給出：f1

9、0Hz，波動深度0.1% (1)10Hzf90Hz，波動深度0.01f. .(2)90Hzf3125Hz，波動深度0.08/2.5f(3)f3125Hz，免除考核式中：f為光輸出波形頻率。低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的限值有式（4）式(6)給出：f8Hz，波動深度0.2% .(4)8Hzf90Hz，波動深度0.025f (5)90Hzf1250Hz，波動深度0.08f (6)f1250Hz，免除考核式中：f為光輸出波形頻率。2.2 樣品測試過程2.2.1 樣品測試布置實(shí)驗(yàn)在光學(xué)暗室中完成，環(huán)境溫度25.5，相對濕度50%RH。頻閃測試儀的高速照度探頭加遮光筒置于臺燈的光度中心。具體布置見圖3。圖3 實(shí)驗(yàn)布置圖2

10、.2.2 待測樣品信息圖4 燈具（E27，Pmax40W）圖4燈具在三種光源下進(jìn)行測試，三種光源分別為：40W白熾燈、15W自鎮(zhèn)流熒光燈和5W LED球泡燈。燈具供電條件為AC220V 50Hz。2.2.2 測試結(jié)果三種光源下頻閃儀測試參數(shù)設(shè)置如下：白熾燈：采樣類型，光照度；采樣速度，5KS/s；采樣時間，1s。自鎮(zhèn)流熒光燈：采樣類型，光照度；采樣速度，5KS/s；采樣時間，1s。LED球泡燈：采樣類型，光照度；采樣速度，10KS/s；采樣時間，0.1s。測試結(jié)果見表1。光源類型周期內(nèi)照度最大值周期內(nèi)照度最小值周期內(nèi)照度平均值波動深度光波頻率閃爍指數(shù)光輸出波動圖白熾燈1157lx706.6lx

11、920.9lx24.2%100Hz7.77%自鎮(zhèn)流熒光燈2017lx1899lx1970lx3.01%100Hz0.81%LED球泡燈1618lx1597lx1607lx0.65%112Hz0.12%表1 測試結(jié)果匯總表2.3 測試結(jié)果評價按照IEEE Std 1789-2015中推薦的采用波動深度對閃爍進(jìn)行評價。白熾燈光波頻率為100Hz，(3)式給出的無顯著影響水平區(qū)域的波動深度限值為3.2%，實(shí)測值24.2%超出限值，進(jìn)而用(6)式評價其是否滿足低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的限值要求。由(6)式得出100Hz低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的波動深度限值為8%，所以，白熾燈24.2%的波動深度超出IEEE Std 1789-2

12、015規(guī)定的低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域限值，列入高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。在IEEE Std 1789-2015中指出照明閃爍會產(chǎn)生以下潛在不利影響：u光敏性癲癇或閃爍光誘導(dǎo)的癲癇發(fā)作；u頻閃效應(yīng)和相關(guān)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械明顯降速或停止的現(xiàn)象；u偏頭痛或嚴(yán)重的頭痛常伴惡心、視覺紊亂；u增加自閉癥人的反復(fù)行為；u視力衰弱包括：眼疲勞、疲倦、視力模糊，以及傳統(tǒng)的頭痛和在與視覺相關(guān)的作業(yè)上能力下降。自鎮(zhèn)流熒光燈光波頻率為100Hz，(3)式給出的無顯著影響水平區(qū)域的波動深度限值為3.2%，實(shí)測值3.01%未超出限值。所以，自鎮(zhèn)流熒光燈3.01%的波動深度按照IEEE Std 1789-2015規(guī)定的分類要求，列入無顯著影響水平區(qū)域。LED

13、球泡燈光波頻率為112Hz，(3)式給出的無顯著影響水平區(qū)域的波動深度限值為3.58%，實(shí)測值0.65%未超出限值。所以，LED球泡燈0.65%的波動深度按照IEEE Std 1789-2015規(guī)定的分類要求，列入無顯著影響水平區(qū)域。3.分析與總結(jié)在交流電源下工作的所有光源都會產(chǎn)生閃爍。閃爍的程度取決于交流電流的頻率、光源產(chǎn)生的光的持續(xù)性和觀察條件。本文以三種光源為例進(jìn)行了閃爍測試。從測試結(jié)果來看，白熾燈和熒光燈的光波頻率都是100Hz，基于這兩種光源的發(fā)光原理，50Hz的交流電直接作用于光源，電流的一周期內(nèi)會有兩次最大值和最小值，導(dǎo)致光輸出頻率為100Hz。所以這兩種光源的閃爍完全來自于電流

14、周期性的變化，而波動深度則取決于電流最大值與最小值對光輸出的影響。至于在同樣供電條件下，自鎮(zhèn)流熒光燈的波動深度會比白熾燈低，是因?yàn)殡娏鲗晒鉄艄廨敵鲇绊懙臏笮院蜔晒夥鄣挠噍x效應(yīng)導(dǎo)致的。目前市面上宣稱的無頻閃“護(hù)眼燈”都是通過調(diào)制驅(qū)動電流/電壓的頻率來降低使用者的健康風(fēng)險(xiǎn)。主要技術(shù)就是提高光源的工作頻率或使用直流驅(qū)動光源。白熾燈可通過直流供電的方式降低閃爍，但是由于光效低、不節(jié)能，以白熾燈為光源的讀寫作業(yè)臺燈已經(jīng)基本被淘汰。熒光燈可通過提高光源頻率的方式來解決，現(xiàn)在市面上以高頻熒光燈為光源的讀寫作業(yè)臺燈，以其低頻閃和光線柔和等優(yōu)勢占據(jù)主力位置。隨著LED技術(shù)的發(fā)展，LED燈具以節(jié)能、方向性好、結(jié)構(gòu)造型可塑性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，大有在各個領(lǐng)域取代傳統(tǒng)光源之勢。LED光源均為直流供電，在閃爍抑制方面有天然的優(yōu)勢，本文中LED光源的測結(jié)果也證明了這一點(diǎn)，但并不是說所有的LED燈具均沒有頻閃，因LED發(fā)光層PN結(jié)的發(fā)光原理也會產(chǎn)生光輸出變化，再加上現(xiàn)在市面上有采用廉價的電源整流器將220V交流電直接轉(zhuǎn)換成低壓給LED供電