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日博体育备用网址頻閃-詳解日博体育备用网址頻閃現象
2017-3-28   該文已閱讀1656次

智能照明的發展甚囂塵上,但照明產品在附加調光、通訊等功能后往往頻閃問題凸顯。頻閃會帶來健康和安全方面的問題,國際上有關頻閃的標準也相繼出臺,但不同部門的標準的關注重點不同,評估指標也差別很大。本文就當前國際組織關注的頻閃評價做了簡要梳理,并建議高效的檢測評價手段。
一、什么是頻閃 
頻閃是指電光源光通量以一定頻率的波動。用手機對準光源經常可以發現條紋分布,這就是由于頻閃引起的。某些程度的頻閃不會引起注意,也不存在生理上的不適;但有些頻閃卻真的是問題。早在上世紀90年代,就有大量的研究發現:光源頻閃與偏頭痛、頭痛、自閉癥、視覺疲勞與不適等神經學疾病有密切關系,嚴重的會使人眼造成錯覺,進而引發事故。不要小看頻閃,不同的頻率和波動深度對人的影響是不一樣的!
1. 可見頻閃
人眼是非常復雜的系統,個體差異非常大,對于絕大多數人來說,可以察覺到80Hz以下的光閃爍,此時的人眼能夠感知到明暗變化,閃爍頻率在80Hz以下的也被稱為可見頻閃(visible flicker)。可見頻閃是普通照明或顯示無法接受的。

人眼對頻閃的敏感加權函數


2. 頻閃效應
對于80Hz以上的頻閃,人眼是不易發覺的,但卻對人眼的空間感知有較大影響。例如將運動的物體看成是一系列靜止的圖像,即頻閃效應(Stroboscopic effect)。由于頻閃效應,人們會產生錯覺,而把一些快速運轉的設備看成是緩慢運轉著甚至是靜止的是非常危險的 。

頻閃效應示意

 

頻閃效應帶來的機器運轉錯覺


3. 幻影現象
同樣的,當光源的閃爍頻率在80Hz-2kHz時,且環境中的物體保持靜止,人眼在移動位置或方向時,靜止光源卻會出現系統的延伸光點,稱為幻影現象,如汽車尾燈,或者掃視戶外日博体育备用网址顯示屏等。

 

4. 頻閃的危害
光源頻閃與偏頭痛、頭痛、自閉癥、眼睛疲勞、視力模糊等多種神經科疾病有著密切的關系。研究表明,3-70Hz的低頻閃爍光源對于一些人可能引發光敏性癲癇;對于100Hz閃爍頻率被認定可導致頭痛、偏頭痛;對于120Hz頻率的閃爍光源可能會影響人的情緒,出現厭煩、焦慮等。而頻閃效應和相關機械運動合拍時造成的視覺錯覺在工業場所是十分危險的。因此,對于照明產品的頻閃特性進行準確測量和評估直接關系到人們的健康問題,亟待解決。

二、日博体育备用网址為什么會頻閃 
日博体育备用网址照明產品采用AC轉DC的恒壓或者恒流電源驅動,光源本身并不會產生頻閃,有無頻閃取決于日博体育备用网址驅動電源由于驅動器千差萬別,每個日博体育备用网址產品的頻閃表現也不一樣。特別是有些廠家為了節約成本,使用了較為簡單的驅動電路,如AC 日博体育备用网址,會存在較大的頻閃問題。
而對于智能照明產品,調光是其必備的功能,而調光恰恰是導致頻閃的另外一個誘因。而當產品加載調光功能時,頻閃往往會進一步加劇。特別是在調光較暗時,其波動深度比較大,如下圖所示。因此對于具有調光功能或者宣稱可連接調光控制器的照明產品,應該在其分別在調光最亮以及調光較暗時測量其頻閃表現。

調光日博体育备用网址燈具的閃爍波形


三、有關頻閃評價標準 
目前,國際上已有多個標準化研究小組都對頻閃課題展開了深入的研究,并且已經或者正在發布標準或者技術規范,主要包括以下幾類:
1.能源之星和IEEE
北美能源之星產品認證規范是最早對照明產品的頻閃作出要求的標準之一,實際上,早在2000年的IESNA照明手冊中就已經對頻閃提出了明確的定義和要求。
2015年發布的IEEE 文件中,將頻閃風險分為幾個等級,如下圖所示,綠色面積覆蓋的是無風險的等級,而黃色區域則是低風險類,超過黃色部分是不能被接受的。

 

低風險(黃色區域)和無察覺等級(綠色以下區域)示意圖


2.加州法規
2015年發布的加州CEC法規中對頻閃的測量和評估方法提出了不同的要求,要求在40Hz、90Hz、200Hz、400Hz和1000Hz的截波條件下,計算調制百分比,總體來說是更為復雜了。
3.IEC標準
IEC覆蓋的光閃爍頻率為0.05Hz-80Hz。標準中采用短時間閃變值Pst對可見頻閃進行評估。計算中模擬了人眼對照度波動的主觀視感,通過對于瞬時閃變視感度分級概率計算,對該段時間內的閃變嚴重程度作出評估。以Pst =1為限值,當PST>1時,50%以上的觀察者會感覺到頻閃。

Pst的計算過程示意圖

4.CIE技術委員會
CIE 在第一分部的關于頻閃的技術委員會采用SVM指數評價頻閃效應,覆蓋頻段80Hz-2000Hz,該方法已經在美國能源部的Caliper報告中得到應用。技術委員會主席 Dragan Sekulovski博士和我國東南大學研究團隊在這方面已經作了大量研究工作。

東南大學研究出的頻閃效應的敏感度曲線


5.ASSIST推薦方法
美國LRC已發布了三項關于頻閃的半導體照明系統和技術聯盟(ASSIST)推薦方法, 其中一項關于可見頻閃,兩項關于頻閃效應。
對于可見頻閃,LRC定義了自己的頻閃感知調制值Mp,它和IEC 的方法有類同之處。而對于頻閃效應,LRC也類似于IEEE,按照風險等級給出了下圖的指導。

ASSIST給出的頻閃效應可接受范圍圖


6.各標準的比較
上述各個標準的關注重點不同,計算方法也往往大相徑庭。荷蘭飛利浦公司整理了部分標準的限值比較,發現IEEE的要求最為嚴格,而Pst和SVM分別限定不同的波段,并且考慮了被測對象的波形和占空比,更為準確,因此也更為推薦。
此外,美國能源部(DOE)還專門組織了對頻閃評估進行普及介紹的網絡直播。
四、如何測量頻閃 
手機拍照識別頻閃的方法靠譜嗎?打開手機的攝像頭并對準被測照明產品,通過觀察手機屏幕中有無出現條紋來判斷該產品是否存在頻閃,這種方法能反映出一部分問題,但并不完全正確,更談不上客觀科學。要定量評估頻閃問題,需要專業的測量設備。而且根據標準要求,測量頻閃應使用光度探頭采集數據,采樣速率至少要2kHz以上,越快越好。
1.現場摸底測試
對于現場測量對設備的可移動性和人機交互有較高的要求。遠方SFIM-300光譜閃爍照度計是一款專門為現場測量而開發的設備,可同時實現閃爍分析和光譜測量;可實時記錄快速變化的光輸出波形,并在時域和頻域對輸出波形作出分析,獲得頻閃指數和頻閃百分比等參數。點擊“閱讀原文”可購買該照度計。

2.實驗室認證級測量
遠方LFA-2000光源頻閃測量系統主要用于實驗室測量,可實現照明產品的基準頻率、閃爍指數、閃爍百分比、光波動深度等的測量。在2016年美國能源部(DOE)發起的頻閃測試儀的調查報告中,通過實測給了遠方LFA-2000很高的評價。

3.最強頻閃測量利器
結合最新的標準和技術規范,遠方又推出了新一代頻閃測量設備:LFA-3000光源頻閃分析儀。該設備不論是在硬件配置上,還是軟件功能上都有著卓越的性能表現。

設備配備快速光度探頭,最高采樣速度達100kHz,可捕捉快速變化光源的精細波形;照度測量范圍:0.1 lx~200,000lx,適用于絕大多數調光照明產品。該儀器的各項指標均滿足上述最新標準測量要求,并且搭載平板電腦,可實現遠程無線操控和數據傳輸,既可在實驗室中應用,又可以應用在各種現場測量場合中。
可測量參數:
光波動的時域和頻域分析圖;
基準頻率、閃爍百分比(PF)、閃爍指數(FI)、調制深度(MD)(符合IEEE 法規)
調制百分比(符合CEC法規)
Pst (符合IEC標準),
SVM(符合CIE TC預案,選項),
Mp(符合ASSIST推薦)
同時,軟件可根據相應標準判別頻閃危害等級。
五、總結 
照明產品的頻閃問題因關系到人的健康和安全,已經得到了國際社會的廣泛關注,特別是智能產品極易出現不可接受的頻閃現象。對于頻閃的評估,各種標準的計量方法都不相同,本文簡要梳理國際主流法規和標準,推薦目前最為先進的檢測設備,相信在已經驗證的檢測設備的幫助下,解決照明頻閃可以事半功倍。

(來源:日博体育备用网址inside)

 

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