不同照明產(chǎn)品發(fā)光穩(wěn)定性對(duì)比解析

LED照明產(chǎn)品具有很多傳統(tǒng)照明產(chǎn)品無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然也有其固有缺點(diǎn)或爭(zhēng)議。其中，頻閃即是重要爭(zhēng)論之一。上期的文章中探討了頻閃、閃爍的基本概念，發(fā)光穩(wěn)定性的意義，以及各種光源(燈)的發(fā)光原理與發(fā)光穩(wěn)定性。本文將集中探討幾種燈的發(fā)光穩(wěn)定性試驗(yàn)以及數(shù)據(jù)分析。

　　一、幾種燈的發(fā)光穩(wěn)定性試驗(yàn)

　　根據(jù)常規(guī)認(rèn)為，人眼開始“臨界”看見頻閃發(fā)生的光變化應(yīng)該是周期時(shí)間等于人眼的“視覺暫留”效應(yīng)時(shí)間，并且光強(qiáng)度波動(dòng)深度為25%兩者的綜合效果。按原理來(lái)說(shuō)，50Hz頻率供電的照明燈的規(guī)律性等幅度光強(qiáng)變化的光周期為0.01S，已經(jīng)比人眼的“暫留效應(yīng)”時(shí)間0.05～0.15S短較多，在“視覺暫留”效應(yīng)時(shí)間結(jié)束前又有同樣幅度的光到來(lái)，這時(shí)人感覺應(yīng)是沒有頻閃的。

　　本研究對(duì)各種工作于50Hz交流電的光源(燈)，從點(diǎn)燈預(yù)熱開始到穩(wěn)定后測(cè)量光通量變化，計(jì)算其光通量的變化率。光通量變化率大，則發(fā)光穩(wěn)定性差，也即頻閃的可能性大。這與“波動(dòng)深度”的定義H=(φmax-φmin)/φmax×100% 是相同的，但該定義也是頻閃的間接參數(shù)。

　　實(shí)驗(yàn)原理：測(cè)量時(shí)的積分時(shí)間(相當(dāng)于取樣或曝光時(shí)間)越短，其結(jié)果越接近得到“波動(dòng)深度”。測(cè)量一段連續(xù)時(shí)間的每個(gè)半波的光通量值穩(wěn)定性，將比定義更能直接得到頻閃如何的結(jié)論。例如對(duì)供電電源為50Hz的燈，連續(xù)測(cè)量幾秒或更長(zhǎng)時(shí)間的每個(gè)半波的光通量，如果每個(gè)半波之間的光通量變化很小，則發(fā)光很穩(wěn)定。如有周期大于“視覺暫留”效應(yīng)時(shí)間的重復(fù)性波動(dòng)，且幅度超過(guò)25%則認(rèn)為有頻閃。

　　測(cè)量積分時(shí)間越短，對(duì)測(cè)量設(shè)備精度和各種其它條件要求越高，相應(yīng)的測(cè)量誤差或不確定性也可能增大。所以，如果受設(shè)備所限，多次隨機(jī)測(cè)量各不連續(xù)時(shí)刻的短持續(xù)時(shí)期的光通量值，也能間接得出結(jié)論。

　　本實(shí)驗(yàn)受光譜積分測(cè)量設(shè)備所限，測(cè)量的最短積分時(shí)間為50ms，也就是每次測(cè)量的是50Hz中的2.5個(gè)周期或5個(gè)半光波的平均光通量值。設(shè)備也不能連續(xù)測(cè)量，只能多次隨機(jī)測(cè)量各不連續(xù)時(shí)刻的5個(gè)半光波的平均光通量值。

　　本實(shí)驗(yàn)的第1個(gè)判定依據(jù)：對(duì)于研究“視覺暫留”效應(yīng)時(shí)間為0.05秒的頻閃來(lái)說(shuō)，假設(shè)5個(gè)半波的光通量都是100lm，那測(cè)得的平均值為100lm。光變化最極端情況是第6～10個(gè)半波中的第10個(gè)半波的光通量增加25%(臨界)而其他四個(gè)半波的光通量不變而仍然都是100 lm。這時(shí)，第6個(gè)至第10個(gè)半波的光通量平均值為105lm。所以，“第1～5個(gè)半波的平均值”與“第6～10個(gè)半波的平均值”變化率為5%。那么只要整個(gè)實(shí)驗(yàn)很多次測(cè)得的所有光通量值的變化率都小于5%，就間接說(shuō)明應(yīng)該沒有頻閃。測(cè)得的數(shù)據(jù)量越多越能反映結(jié)果的準(zhǔn)確性。但是另一方面，即使測(cè)得的結(jié)果大于5%這個(gè)臨界值，也不能肯定有頻閃。

　　舉例來(lái)說(shuō)，如果第1～5個(gè)半波的光通量都是100 lm， 第6～10個(gè)半波的光通量每個(gè)半波都平均增加光通量6%，這已超過(guò)5%這個(gè)臨界值，但“第1～5個(gè)半波” 的光在人眼中的亮度與“第6～10個(gè)半波”的每個(gè)半波光亮度相差都遠(yuǎn)沒達(dá)到25%。所以，不能因此判斷會(huì)發(fā)生頻閃。

　　本實(shí)驗(yàn)的第2點(diǎn)判定依據(jù)：以長(zhǎng)期以來(lái)人們感覺比較舒適、不覺得有頻閃的白熾燈等的測(cè)試數(shù)據(jù)作參照比較，推斷其它燈的發(fā)光穩(wěn)定性程度與頻閃。

　　本試驗(yàn)所用的燈有白熾燈、電感鎮(zhèn)流下的熒光燈、高頻工作下的熒光燈(節(jié)能燈)、單向LED串以及并聯(lián)后成為雙向的LED串、高頻變換為直流下的LED球泡燈等。為了結(jié)論的準(zhǔn)確性，進(jìn)行了小積分球系統(tǒng)的50ms(0.02S)、100ms(0.1S)、300ms(0.3S)三個(gè)積分時(shí)間的測(cè)量和積分時(shí)間為10多秒的大積分球系統(tǒng)的測(cè)量。為了驗(yàn)證結(jié)果的重復(fù)性進(jìn)行了多次相似試驗(yàn)條件的測(cè)量。

　　50ms(0.02S)：短于人眼的“視覺暫留效應(yīng)”時(shí)間，對(duì)于50Hz交流工作的燈相當(dāng)于2.5個(gè)周期(5個(gè)半周期)的光通量的平均值；

　　100ms(0.1S)：與人眼的平均暫留效應(yīng)時(shí)間相當(dāng)，對(duì)于50Hz交流工作的燈相當(dāng)于5個(gè)周期(10個(gè)半周期)的光通量的平均值；

　　300ms(0.3S)：長(zhǎng)于人眼的暫留效應(yīng)時(shí)間，對(duì)于50Hz交流工作的燈相當(dāng)于15個(gè)周期(30個(gè)半周期)的光通量的平均值。

　　實(shí)驗(yàn)在盡可能相同的環(huán)境條件下和電源穩(wěn)定(監(jiān)測(cè)其變化為220V±0.1V約0.05%)條件下進(jìn)行，通過(guò)各種燈的測(cè)試數(shù)據(jù)分析，儀器的一致性和穩(wěn)定性很好，對(duì)于主要希望得到光通量變化率/相對(duì)值的本次測(cè)量結(jié)論的影響可忽略不計(jì)。　　本文以下主要以50ms的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

　　(一)白熾燈的發(fā)光穩(wěn)定性試驗(yàn)及分析說(shuō)明

　　1.試驗(yàn)及現(xiàn)象

　　由交流50Hz電源給白熾燈供電，預(yù)熱45分鐘開始，每隔3分鐘至84分鐘，按積分時(shí)間300ms、100ms、50ms各測(cè)量1次光通量數(shù)據(jù)如圖1。

　　2.試驗(yàn)說(shuō)明

　　a.假設(shè)30分鐘之前沒穩(wěn)定，因此只測(cè)量了300ms的光通量數(shù)據(jù)；

　　b.50ms：30分鐘后，最大值141lm，最小值139.5lm，平均值140.2lm；波動(dòng)變化+0.8lm，-0.7lm；波動(dòng)變化率+0.57%，-0.50%；

　　c.100ms：30分鐘后，最大值139.8lm，最小值138.8lm，平均值139.3lm；波動(dòng)變化+0.5lm，-0.5lm；波動(dòng)變化率+0.36%，-0.36%；

　　d.300ms：30分鐘后，最大值138.2lm，最小值 138.1lm，平均值138.1lm；波動(dòng)變化+0.1lm，-0lm；波動(dòng)變化率+0.07%，-0%。

　　3.分析

　　同一只燈所測(cè)得其光通量最大變化率分別為+0.57%(50ms)、±0.36%(100ms)、+0.07%(300ms)，都遠(yuǎn)低于本實(shí)驗(yàn)前面所說(shuō)的變化率5%的臨界值。因此，對(duì)于人眼感覺來(lái)說(shuō)，遠(yuǎn)沒達(dá)到頻閃的程度，這也與實(shí)際相符。

　　從數(shù)據(jù)可見，測(cè)量積分時(shí)間越短，變化率越大，越能反映出本身的特性。測(cè)量積分時(shí)間越長(zhǎng)，就把原本發(fā)光的變化給平均或淹沒掉了，也就是說(shuō)即使有頻閃，用很長(zhǎng)積分時(shí)間測(cè)量也無(wú)法獲知。

　　(二)熒光燈發(fā)光穩(wěn)定性試驗(yàn)及分析說(shuō)明

　　1.試驗(yàn)及現(xiàn)象

　　4W熒光燈由交流50Hz電源供電電感鎮(zhèn)流，開始預(yù)熱至100分鐘每隔4分鐘用積分時(shí)間50ms測(cè)量光通量數(shù)據(jù)如圖2。

　　2.試驗(yàn)說(shuō)明

　　以40分鐘穩(wěn)定至100分鐘的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，最大值91.16lm，最小值88.99lm，平均值90.48lm；波動(dòng)變化+0.68lm，-1.49lm，波動(dòng)變化率+0.75%，-1.65%。

　　3.分析

　　其光通量穩(wěn)定性差于白熾燈，光通量波動(dòng)變化率低于前面所述的波動(dòng)率5%的臨界值。因此，對(duì)于人眼感覺來(lái)說(shuō)，沒達(dá)到頻閃的程度?！?strong style="word-break: break-all;">　(三)自鎮(zhèn)流熒光燈發(fā)光穩(wěn)定性試驗(yàn)及分析說(shuō)明

　　1.試驗(yàn)及現(xiàn)象

　　50Hz交流5W節(jié)能燈(功率因數(shù)0.6)，預(yù)熱78分鐘至100分鐘用50ms積分時(shí)間測(cè)量15次光通量數(shù)據(jù)如圖3。

　　2.試驗(yàn)說(shuō)明

　　最大值為88.54lm，最小值為88.31lm，平均88.47lm；波動(dòng)變化+0.07lm，-0.16lm；波動(dòng)變化率+0.08%，-0.18%。

　　3.分析

　　其光通量穩(wěn)定性高于白熾燈和電感鎮(zhèn)流的熒光燈，遠(yuǎn)低于前面所述的波動(dòng)率5%的臨界值。因此，對(duì)于人眼感覺來(lái)說(shuō)，遠(yuǎn)沒達(dá)到頻閃的程度。

　　(四)LED球泡燈發(fā)光穩(wěn)定性試驗(yàn)及分析說(shuō)明

　　1.試驗(yàn)及現(xiàn)象......

　　2.試驗(yàn)說(shuō)明和分析......

　　3.分析......

　　(五)金屬鹵化物燈發(fā)光穩(wěn)定性試驗(yàn)及分析說(shuō)明

　　1.試驗(yàn)及現(xiàn)象......

　　2.試驗(yàn)說(shuō)明......

　　3.分析......

　　(六)高壓鈉燈發(fā)光穩(wěn)定性試驗(yàn)及分析說(shuō)明

　　1.試驗(yàn)及現(xiàn)象......

　　2.試驗(yàn)說(shuō)明......

　　3.分析......

　　(七)LED串的發(fā)光穩(wěn)定性試驗(yàn)及分析說(shuō)明

　　1.單向LED串發(fā)光穩(wěn)定性試驗(yàn)......

　　(1)試驗(yàn)及現(xiàn)象......

　　(2)試驗(yàn)說(shuō)明......

　　(3)試驗(yàn)分析......

　　2. LED串反向并聯(lián)成雙向(50Hz交流電源供電)

　　(1)試驗(yàn)及現(xiàn)象......

　　(2)試驗(yàn)說(shuō)明......

　　(3) 分析......

　　3. LED串反向并聯(lián)成雙向(小幅紋波的直流供電)

　　(1)試驗(yàn)及現(xiàn)象......

　　(2) 試驗(yàn)說(shuō)明......

　　(3) 分析......

　　二、結(jié)論......

　　最后，本文認(rèn)為目前使用“波動(dòng)深度”公式來(lái)定義和判斷是否頻閃是不對(duì)的，它不足以是反映“頻閃”最關(guān)鍵和本質(zhì)的參數(shù)。接下來(lái)，我們將提出關(guān)于“頻閃”定性的新觀點(diǎn)以及定量的實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果，請(qǐng)大家批評(píng)指正。