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光源的频闪现象及其监测

 

一、频闪现象及其根源

按国标GB50034[1]的定义,频闪效应是指,在以一定频率变化的光照射下,观察到物体运动显现出不同于其实际运动的现象。这是从频闪会引起视觉错误的角度来定义的。通俗地说,频闪是指光源的光线按固定的频率闪烁,也就是光源在闪烁,导致光线亮度在不停地变化。

频闪的根源在于其使用的电源是变化的交流电,在中国,交流电变化频率是50Hz,电源电压的幅度会以100Hz的速度在变化。对于用交流电的电灯,都会有频闪,绝对没有频闪是不现实的,只要频闪幅度比较小就行了。不同类型的电灯,其频闪的幅度有很大差异。另外,不同光源因为其光谱的连续性不同,同样幅度的频闪所带来的负面影响也不同。各类光源的频闪情况如下:

  • 老式日光灯(采用电感镇流器),其频闪速度是100Hz,频闪幅度高达55%。因为日光灯的光谱不连续,所以这种频闪是很严重的。

  • 直接用市电的光源白炽灯,卤素灯,因为有热容量,对100Hz的频闪有明显抑制作用(残留频闪在10%-20%左右,与功率有关)。白炽灯和卤素灯的光谱是连续的,白炽灯在全世界用了100多年呢,不必太过担心其频闪问题。

  • 用高频镇流器的荧光节能灯,其频闪速度为30000-50000Hz,频闪幅度为5-7%左右,比较小。虽然荧光节能灯的光谱不是连续的,但频闪幅度比较小,影响不大。

  • 采用直流稳压电路的光源(部分卤素灯、荧光灯、LED灯),其频闪非常小,几乎可以忽略。

  • 采用晶闸管的调光台灯(无论是白炽灯,卤素灯、LED灯、或其它类型的灯),其频闪速度是100Hz,频闪幅度都非常大。而且,调光幅度越大,其频闪幅度一般也越大,要特别小心。

  • 采用劣质驱动电路的荧光灯、LED灯也会有严重频闪。因为荧光灯和LED灯的光谱很不连续,如果再有频闪,那么其对眼睛的负面影响是非常严重的。

二、频闪的危害

频闪是有害的,除了按国标定义的那样,会引起视觉错误,严重的频闪易导致眼睛的过度调节、从而引起眼疲劳,并进一步导致视力下降。这对于近距离用眼(如看书、写字)而言,尤为如此。特别需要提醒的是:LED灯因为光谱不连续且很窄,一定要避免频闪问题。对于有 严重频闪的LED灯,无论其品牌和价格如何,尽量避免。

现实情况不太乐观,根据国家质检总局的抽检[2],竟然有25%的台灯产品的频闪指标不达标,应该引起重视。

三、频闪的测量

频闪的测量有两种方法,一是直接测量光线亮度的变化,即直接测量法;二是利用光的变化频率与扫描器/显示器的工作频率差来间接测量,即间接测量法。

直接测量法有

(1)用监测光线的安全性的护眼光度笔来测量。如光源(如日光灯)有严重频闪,那么光度笔指示的亮度等级会不停地变化。否则,光度笔指示的亮度等级比较稳定。这是一个直观又可靠的方法。

(2)用专业的示波器测量,示波器测量并显示光线波形的幅度和频率,非常准确。示波器观察到的频闪波形如下图。

间接测量法有

(1)将检测陀螺放在灯具下旋转,若陀螺上黑白相间的图案并不随着旋转的速度而发生变化,而是稳定的光环图案和色彩现象,则表明灯光没有频闪;若陀螺产生多道色彩不同的光环,并且各道光环会随着陀螺旋转速度的变化而变化,表明有频闪。

(2)手机在拍照状态或摄像状态,若光源有频闪,那么屏幕上可能会有条纹闪烁。

相对而言,直接测量法准确、可靠,而间接测量法更方便,但准确度不高。

须注意的是,手机(属于间接法)观看频闪时,能看到有无频闪,但手机屏幕的闪烁与实际灯光的频闪是两回事,也就是说,手机屏幕的闪烁并不能真实反映灯光闪烁的频率和幅度,这与手机的显示原理有关。手机屏幕本身也有闪烁,手机看到的所谓"频闪"实际上是手机屏幕的刷新频率与灯光闪烁频率的差,即“频差”。当灯光频闪的频率等于或接近手机屏幕扫描频率的整数倍时,手机是无法看到频闪的。手机看不到同类型手机的频闪,但能看到电脑/电视机屏幕的闪烁就是这个道理。

四、参考文献

[1] 中华人民共和国建筑照明设计标准 GB50034-2013

[2] 质检总局发布“护眼”台灯产品质量安全风险警示 ,2015-11-07,国家质检总局官网

[3] 光对眼睛的影响、常见问题、应对办法

[4] PL-D02护眼光度笔-简介

 

 

 

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