读写作业台灯的闪烁测试与分析

读写作业台灯的闪烁测试与分析摘要：2018年4月1实施的国家标准《读写作业台灯性能要求》，首次在技术要求中将“闪烁”列为测试项目。标准要求灯具不应有不舒适的闪烁，但是具体评价方法正在考虑中，并未给出。闪烁带来的频闪效应对人体健康存在危害，因为这种危害长期存在且不易被觉察，近年来受到社会的高度关注。本文采用闪烁测试系统，以三种光源的台灯为例介绍测试过程和测试方法，对测试参数的设置和结果评价给出参考意见。关键词：闪烁；波动深度；读写作业台灯MeasurementandAnalysisonFlickerofTableLampforPaperTaskSongPeng,SongQingJun,ZhangYuHua,WangMeiXiaWangYang,KongQiangQiang(JiNingNationalSemiconductor&DisplayProductsQualitySupervisionandInspectionCenter,Jining272000)Abstract：TheNationalStandardPerformanceRequirementsforReadingandWritingDeskLampsimplementedonApril1,2018forthefirsttimelistedflickerasatestiteminthetechnicalrequirements.Thestandardrequiresthattheluminaireshouldnotbeuncomfortablyflicker,butthespecificevaluationmethodisunderconsiderationandisnotgiven.Theflickerisharmfultohumanhealth,becausethiskindofharmhaslongexistedandisnoteasilydetected.Inrecentyears,ithasbeenhighlyconcernedbythesociety.Thispaperusestheflickertestsystemandintroducesthetestprocessandmethodwiththreekindsoflightsourcetablelampandgivesthereferenceforthesettingofthetestparametersandtheevaluationoftheresults.Keywords:Flicker;ModulationDepth;TableLampforPaperTask1引言2017年，央视晚会揭露有些LED灯具可能存在严重的频闪问题，眼晴长期暴露在这种环境下会造成头痛和眼疲劳、引发光敏性癫痫病、导致视力下降和注意力分散等问题。人们对灯具的频闪问题关注度达到了空前的高度。“闪烁”又被称为“频闪”，灯具的闪烁就是因亮度或光谱分布随时间波动而引起的不稳定的视觉现象。“闪烁”对于未成年人的危害远大于成年人，因此，作为未成年人经常使用的读写作业台灯，其安全性一直是人们关注的重点。在2018年4月1日实施的GB/T9473-2017《读写作业台灯性能要求》相比2008版做了较大改动，其中，标准适用范围增加了LED光源和“护眼灯”，并且首次将“闪烁”作为测试项目列在技术要求的章节。由于是首次提出，再者“闪烁”测试属于比较前沿的测试项目，国际上测试数据量也相对较小，所以标准规定“灯具发出的光不应有不舒适的闪烁，评价方法正在考虑中”，具体测试评价方法，标准中并未给出。本文选择最具代表性一种可替换光源的台灯，以三代光源为例，依据国内标准GB/T9473-2017，并结合国际标准IEEEStd1789-2015对该台灯的闪烁相关参数作了测试，给出“闪烁百分比PF”、“闪烁指数FI”和“光输出周期性频率f”的测试结果，并依据国际标准IEEEStd1789-2015对测试结果进行评价。最后，对整个过程中测试参数的设置和结果评价进行分析讨论。2测试过程和方法测试原理定义频率:特指照明产品的光输出频率。闪烁指数：照明产品光输出的一个周期内，光输出平均值以上的面积除以光输出光波形的总面积，即FI=区域Q1/（区域Q1+区域Q2）。示意图见图1。闪烁百分比（波动深度）：是指照明产品光输出一个周期的最大值和最小值的差与光输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%，示意图见图1。图1闪烁百分比和闪烁指数计算示意图评价方法IEEEStd1789-2015中采用波动深度对闪烁进行评价。波动深度为光输出的最大值和最小值的差异占光输出最大值和最小值之和的比例，以百分比表示。低风险和无显著影响水平的闪烁频率和波动深度函数关系见图2。图2低风险和无显著影响水平的闪烁频率和波动深度函数关系注1：低风险区包括所有阴影区。注2：数据摘自研究专家Kelly（标记为菱形）、Bulloughetal.（标记为正方形）和Perzetal.（标记为圆形）以及Roberts和Wilkins（标记为三角形）的研究报告。低风险水平区域和无显著影响水平区域波动深度限值如下：无显著影响水平区域的限值用式(1)~式(3)给出：f≤10Hz，波动深度≤%………………………………(1)10Hz＜f≤90Hz，波动深度≤×f……………………………...(2)90Hz＜f≤3125Hz，波动深度≤/×f……………………………(3)f＞3125Hz，免除考核式中：f为光输出波形频率。低风险区域的限值有式（4）~式(6)给出：f≤8Hz，波动深度≤%………………………………….(4)8Hz＜f≤90Hz，波动深度≤×f………………………………(5)90Hz＜f≤1250Hz，波动深度≤×f………………………………(6)f＞1250Hz，免除考核式中：f为光输出波形频率。样品测试过程样品测试布置实验在光学暗室中完成，环境温度℃，相对湿度50%RH。频闪测试仪的高速照度探头加遮光筒置于台灯的光度中心。具体布置见图3。图3实验布置图待测样品信息图4灯具（E27，Pmax40W）图4灯具在三种光源下进行测试，三种光源分别为：40W白炽灯、15W自镇流荧光灯和5WLED球泡灯。灯具供电条件为AC220V50Hz。测试结果三种光源下频闪仪测试参数设置如下：白炽灯：采样类型，光照度；采样速度，5KS/s；采样时间，1s。自镇流荧光灯：采样类型，光照度；采样速度，5KS/s；采样时间，1s。LED球泡灯：采样类型，光照度；采样速度，10KS/s；采样时间，。测试结果见表1。光源类型周期内照度最大值周期内照度最小值周期内照度平均值波动深度光波频率闪烁指数光输出波动图白炽灯%%自镇流荧光灯%%LED球泡灯%%表1测试结果汇总表测试结果评价按照IEEEStd1789-2015中推荐的采用波动深度对闪烁进行评价。白炽灯光波频率为100Hz，(3)式给出的无显著影响水平区域的波动深度限值为%，实测值%超出限值，进而用(6)式评价其是否满足低风险区域的限值要求。由(6)式得出100Hz低风险区域的波动深度限值为8%，所以，白炽灯%的波动深度超出IEEEStd1789-2015规定的低风险区域限值，列入高风险区域。在IEEEStd1789-2015中指出照明闪烁会产生以下潜在不利影响：光敏性癫痫或闪烁光诱导的癫痫发作；频闪效应和相关的旋转机械明显降速或停止的现象；偏头痛或严重的头痛常伴恶心、视觉紊乱；增加自闭症人的反复行为；视力衰弱包括：眼疲劳、疲倦、视力模糊，以及传统的头痛和在与视觉相关的作业上能力下降。自镇流荧光灯光波频率为100Hz，(3)式给出的无显著影响水平区域的波动深度限值为%，实测值%未超出限值。所以，自镇流荧光灯%的波动深度按照IEEEStd1789-2015规定的分类要求，列入无显著影响水平区域。LED球泡灯光波频率为112Hz，(3)式给出的无显著影响水平区域的波动深度限值为%，实测值%未超出限值。所以，LED球泡灯%的波动深度按照IEEEStd1789-2015规定的分类要求，列入无显著影响水平区域。3.分析与总结在交流电源下工作的所有光源都会产生闪烁。闪烁的程度取决于交流电流的频率、光源产生的光的持续性和观察条件。本文以三种光源为例进行了闪烁测试。从测试结果来看，白炽灯和荧光灯的光波频率都是100Hz，基于这两种光源的发光原理，50Hz的交流电直接作用于光源，电流的一周期内会有两次最大值和最小值，导致光输出频率为100Hz。所以这两种光源的闪烁完全来自于电流周期性的变化，而波动深度则取决于电流最大值与最小值对光输出的影响。至于在同样供电条件下，自镇流荧光灯的波动深度会比白炽灯低，是因为电流对荧光灯光输出影响的滞后性和荧光粉的余辉效应导致的。目前市面上宣称的无频闪“护眼灯”都是通过调制驱动电流/电压的频率来降低使用者的健康风险。主要技术就是提高光源的工作频率或使用直流驱动光源。白炽灯可通过直流供电的方式降低闪烁，但是由于光效低、不节能，以白炽灯为光源的读写作业台灯已经基本被淘汰。荧光灯可通过提高光源频率的方式来解决，现在市面上以高频荧光灯为光源的读写作业台灯，以其低频闪和光线柔和等优势占据主力位置。随着LED技术的发展，LED灯具以节能、方向性好、结构造型可塑性强等优点，大有在各个领域取代传统光源之势。LED光源均为直流供电，在闪烁抑制方面有天然的优势，本文中LED光源的测结果也证明了这一点，但并不是说所有的LED灯具均没有频闪，因LED发光层PN结的发光原理也会产生光输出变化，再加上现在市面上有采用廉价的电源整流器将220V交流电直接转换成低压给LED供电，造成LED灯具的闪烁比有热惯性的白炽灯和有余辉效应的荧光灯更严重。综上，不同光源类型的读写作业台灯都会产生闪烁，闪烁和蓝光危害作为评价“护眼灯”的两大技术指标，越来越受到相关部门和消费者的重视。“蓝光危害”在2017年初已经作为必测的安全项目出现在强制性产品认证中。“闪烁”在今年读写作业台灯修灯的标准中首次提出，明确了测试的重要性，本文以三种光源为例分别进行了闪烁测试，介绍了测试原理、测试参数设置和评价方法，以期为测试同行提供参考