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了解光闪烁的原因、影响和测量。
华强LED网 · 2018-04-26
随着现代节能照明技术(包括基于LED的固态照明(SSL))在我们的环境中激增,对其对生物学甚至技术的影响的认识也在不断发展。LED照明的快速发展和同化,往往没有明确的标准,可能会导致照明闪烁,带来不利影响。包括国际标准机构和监管机构在内的许多组织和跨学科的行业专业人士正在努力测量,理解并适当地管理闪烁。
了解光闪烁的原因、影响和测量。
图1、接受的现有闪烁指标基于一组计算,这些计算取决于最大和最小光输出以及高于和低于平均值的光输出比率。
闪烁并不是一个新概念,但让我们来看看这种照明现象的现代考虑。充分理解将允许在整个行业工作的专业人士 - 从产品开发到照明规格和设计 - 通过SSL实现最佳效果。
光闪烁是光源或灯的光度量的周期性快速变化。这是照明系统设计和实施的最终结果,包括线路功率特性,镇流器和/或驱动器,设置以及发光器本身。
自AC(交流)供电光源发明以来,闪烁一直存在。供电功率阶段的变化产生所发射的光辐射和由此产生的照明强度或亮度的相应快速的周期性变化。传统的白炽灯照明系统受到影响,但效果不明显,因为灯丝对功率变化的响应速度相对较慢。其他光源,例如荧光灯管或其他放电灯具有快速响应时间,因此观察者的变化更为明显。良好的设计和频率更高的现代电子镇流器可以减轻这些光源的闪烁。
LED光源是一个不同的故事。基于半导体,它们对功率变化做出迅速响应,而常用的电源系统和驱动器可能会产生过多的闪烁。由于照明设备制造商提供的设计旨在平衡能源效率和生物识别考虑因素,因此成本,效率和闪烁水平之间的最佳折衷方案并不总是显而易见。更好地理解闪烁效应,原因和测量可以提高产品,效率和用户的健康水平。
人们普遍认为,人们将视觉闪烁视为频率从几赫兹到100赫兹(周期/秒)的周期性变化。例如,当它影响光源时,我们很容易看到普通50或60赫兹电功率的循环脉冲。闪烁因此是时间光伪影(TLA),并且这包括颜色(彩色闪烁)和亮度(亮度闪烁)两者的变化。
闪烁影响工作场所的安全和生产力,舒适的生活空间,并根据最近的研究,我们的整体健康和情绪健康。例如,从安全角度来看,操作员视野中存在的快速旋转元件看起来移动得不是很快,或者由于闪烁过多而停止。从光生物学的角度来看,长时间暴露于过度闪烁导致神经问题,如头痛,偏头痛,甚至癫痫。
从技术角度来看,闪烁会强烈影响数字图像拍摄的照明,特别是在电视演播室和体育场馆。严格的广播要求要求使用适当的电源系统以避免相机图像伪影,特别是在高速捕捉慢速重放期间的频闪效应。
精心设计和制造的照明系统在闪烁考虑因素合适时按预期执行。但是,现有的闪烁测量标准并不一致。虽然CIE目前正在制定详细闪烁测量的标准TC 1-83,但现在有照明行业的定义和实践有助于理解,如图1所示。
?以Hz或kHz表示的闪烁频率是光强度变化的速度,与矩形和正弦字符变化无关。
?闪烁指数从0(无闪烁)到1变化,在考虑波形形状时测量周期性变化,定义为波形表面区域的平均光强度除以总表面区域的平均光强度。闪烁指数 = 区域1 /(区域1 +区域2)
?闪烁百分比,从0(无闪烁)到100%变化,以最大值和最小值(A + B)的总和为参照测量光源的相对循环振幅变化(A - B)。闪烁百分比 = ((AB)/(A + B))* 100%
图2、通过三个简单波形的测量说明了这些原理。
闪烁测量应在受控条件下进行,理想情况下是最终使用安装和操作条件。但是,这通常是不切实际的,并可能产生大的错误。即使使用类似的电源,多个光源也不会以同步的方式闪烁。由此产生的差异很难解释。控制环境条件是至关重要的,因为即使是远处的光源也会扭曲测量结果。由于这些原因,环境条件不影响测量精度的实验室环境和光度暗室通常是优选的测量条件。
了解光闪烁的原因、影响和测量。
图2.表示不同光源的三个信号波形会导致闪烁测量的差异很大。
使用快速检测系统测量闪烁参数,通常光电二极管具有适当的V-λ校正。采样频率对于忠实地表示测量波形至关重要,应该比最高信号频率高10倍。计算方法(如快速傅立叶变换)用于确定光源频率并分析贡献频率。
测试设备必须与预期的测量范围兼容,并且取样频率不足或闪烁参数将不准确测量。例如,1000 Hz采样频率足以测量高达100 Hz的闪烁。但是,10 kHz闪烁(与新驱动程序相同)要求最小仪器采样频率为100 kHz。更便宜的测量解决方案可能不符合这些要求。
传统光源,特别是荧光灯管,其特点是老化过程中闪烁强度增加。末端变黑和启动器损坏的管表明强烈的闪烁。现代电子镇流器减少这些管子的闪烁。
在LED光源中,可以通过适当的设计和电源滤波来减少闪烁,例如通过使用更多数量的电容。或者,可以使用高频电压转换器。通过LED调光器,光强度可以通过多种方式进行调整。正如一些液晶显示器所做的那样,从脉宽调制改变为电流调整,也会减少闪烁。
制造商使用几种不同的技术解决方案来限制闪烁。但是,技术上可能的东西并不总能转化为完美的成品。电源系统设计的变化可能会增加尺寸和成本 - 并非总是制造商的选择。结果是市场上闪烁特性与客户或设计师的期望不匹配的产品。被定义为具有最小闪烁的设备实际上可以由人眼不可见的高频率驱动,甚至不受电视摄像机的驱动。如果没有适当的测量和标准,诸如“无闪烁”之类的声明可能比量化的属性更具广告宣传。
闪烁是在LED照明时代需要新考虑的旧现象。该行业在量化闪烁及其测量方面取得了进展。众多行业和全球标准组织正在迫切需要进一步理解和量化闪烁如何以多种方式影响人类和其他生物形式。与此同时,GL Optic等渐进式仪器制造商已经开发出了方法,可以精确并可重复地量化某些闪烁特性。毫无疑问,在解决闪烁问题的未来方面,光明燃烧,对所有人都有积极的结果。
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