- 燈光閃爍的基本概念
- 光源閃爍產生的原因
- 閃爍對人眼的危害
- 閃爍度的評價方法
- 閃爍度的測量
- 典型光源的閃爍結果對比
1.閃爍的基本概念
人們發現，長期在日光燈下看書會感到不舒服，雖然其光亮度與白天無異。這是為什么呢?經過研究，原來這是因為日光燈的光強是隨時間變化所致。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出的光隨時間呈快速、重復的變化，使得光源跳動和不穩定。當然人的肉眼并不能很容易地覺察到光源的閃爍，這主要取決于閃爍的頻率。一般地，在閃爍頻率50Hz以下，人眼都能覺察到光源的閃爍。而在8.8Hz時，人眼是最敏感的。同時，能被覺察的最大閃爍頻率(臨界閃爍頻率)是隨著光源發出的光強而變化的，隨著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，大多數人就分辨不出光源是否在閃爍了，此時的光源就發出穩定、連續的光，因為這時人眼的反映已經跟不上光源的變化了。例如，人眼就覺察不到每秒100次閃爍(100Hz)的熒光燈的閃爍現象。
光源閃爍可以通過頻閃效應被證實。有時我們會發現這樣一種現象，當一個物體很快速地運動或轉動時，它們看起來好像運動得比他們實際的速率要慢，甚至當物體運動或轉動頻率跟光源閃爍頻率相同(或是整數倍關系)時，物體好像靜止不動。這就是頻閃光產生的原因，它是一種我們在日常的照明中不希望發生的現象。事實上，由于頻閃效應，人們產生錯覺，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。
光源閃爍有很多種，常見的有以下幾種：
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、藝術燈光閃爍：如霓虹燈，彩燈和鐳射等閃爍。
2.光源閃爍產生的原因
光源閃爍實質上是從電壓變動——光通量波動——眼睛到人腦這個反應鏈的主觀感受。產生頻閃的技術機理，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性能的角度，進行概括性技術分析。
(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，直接向電光源的發光體供電。其頻閃頻率為50Hz*2=100Hz，并且呈正弦波規律波動。
(2)光源電壓波動大。我國現階段工頻交流電源，瞬時電壓值波動幅度在10%~20%之間，大大加重了頻率為100Hz，呈正弦波規律波動的頻閃深度。
(3)電光源性能。白熾燈為燈絲直接加熱發光的熱輻射性光源，發光體的發光功率，必然隨供電電源的頻率，呈正弦波規律波動。高壓汞(鈉)燈，直管型(電感式)日光燈，雖然是氣體放電發光的電光源。但由于其啟動與點燃均采用電感式鎮流器(不具備AC-DC-AC變頻功能)。所以，氣體放電發光體的放電功率，必然也隨供電電源的頻率波動而波動。
電壓變動產生的影響，可以用視覺敏感系數曲線和閃變電壓限值曲線兩個概念來量化。
可以被人眼感知的光源閃爍，可以通過統計的方法來測得人眼的對光源閃爍的感覺特性。圖1是人眼對不同頻率的電壓波動引起的視覺敏感系數曲線。從曲線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，感覺就不靈敏;50Hz以上的閃爍就完全沒有感覺。
圖2是IEC給出的閃變電壓限值曲線。它和視覺敏感系數曲線互為映象，視覺敏感頻率為8.8Hz，這時電壓變動d最小，是0.29%。該曲線是在周期性矩形(或階躍)電壓作用下得到的。
其中電壓變動d表示相鄰兩個極值電壓之差，以百分數形式給出;電壓變動頻率r表示單位時間內電壓變動的次數，單位min-1。
二.閃爍對人眼的危害
光源閃爍對人的視覺系統有刺激作用，會產生不舒適的感覺。人們長期在閃爍的光線下工作或生活，還可能影響視覺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、持續作用時間以及長期性有關。這種影響往往是緩慢的，因此長期以來沒有引起人們的重視。然而隨著電子化的高速發展，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燈光，因此光源閃爍對視覺系統的影響問題日益突出。
尤其是電光源的頻閃效應，給人類生產、日常生活、身心健康造成了嚴重危害。主要表現在以下幾個方面：
1、錯覺引發工傷事故：在電光源的頻閃頻率，與運動(旋轉)物體的速度(轉速)成整倍數關系時。運動(旋轉)物體的運動(旋轉)狀態，就會產生靜止、倒轉、運動(旋轉)速度緩慢，以及上述三種狀態周期性重復的錯誤視覺，引發工傷事故。例如，機加工行業機床操作工，對正向旋轉的車刀，錯覺為倒轉。而進行緊急換向操作，損壞工件、刀具，甚者造成人員傷亡。
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2、危害身體健康，影響工作：頻閃效應會引發視覺疲勞、偏頭痛。特別是機械行業采用高壓汞(鈉)燈，和輕工、食品、印刷、電子、紡織等行業，普遍采用直管型(電感式)日光燈的照明場合尤為明顯。例如，流水線上的插件操作工，容易因視覺疲勞、眼花，引起偏頭痛。產生定位困難情形，生產效率低下。
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、學校、圖書館等，成長中的中小學生受害極大，視力下降明顯，近視眼顯著增多。
三.閃爍度的評價方法
表征光源閃爍強度的參數波動深度、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，Φn為閃爍波谷值，Φ0為平均光通量，Q1為Φ0以上部分曲線下的面積，Q2為Φ0以下部分曲線下的面積，T為周期。
光通量波動深度是對光源閃爍幅度的量化。光源閃爍是光通量波動的外在體現，光通量波動是光源閃爍的直接原因。
四.閃爍度的測量
在本文的實驗中，我們采用瞬態光度計PR-110來測量各種光源發出的光通量，計算波動深度來比較各種光源的閃爍強度。
PR-110是連續快速采樣的瞬態光度計，與不同結構的光度測量裝置結合，可測量瞬時光照度、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。經過V(λ)校準的光電探測器接受光信號，其輸出的電信號經過放大轉換電路，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和地址發生電路，使得光度計能夠在采用時自動對數據進行存儲。單片機則在所有采樣過程執行完畢后，再從雙口RAM內讀取數據，并發送給微機顯示處理。系統結構圖和實物連接圖如下。
五.典型光源的閃爍結果
在實驗中，我們利用瞬態光度計對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LED。波動深度在25%以下時不會有明顯的閃爍，所以從這個角度出發電子節能燈和白熾燈是比較健康的光源。另外，我們發現，由于LED響應很快，單個的LED燈波動深度很大，但有多個LED燈管組成的LED燈杯波動深度明顯降低，也是一種比較健康的光源。普通的日光燈波動深度較大，長時間在其照射下工作，對人體有一定危害。
