不同照明產(chǎn)品發(fā)光穩定性對比解析

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

　　一、幾種燈的發(fā)光穩定性試驗

　　根據常規認為，人眼開(kāi)始“臨界”看見(jiàn)頻閃發(fā)生的光變化應該是周期時(shí)間等于人眼的“視覺(jué)暫留”效應時(shí)間，并且光強度波動(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律性等幅度光強變化的光周期為0.01S，已經(jīng)比人眼的“暫留效應”時(shí)間0.05～0.15S短較多，在“視覺(jué)暫留”效應時(shí)間結束前又有同樣幅度的光到來(lái)，這時(shí)人感覺(jué)應是沒(méi)有頻閃的。

　　本研究對各種工作于50Hz交流電的光源(燈)，從點(diǎn)燈預熱開(kāi)始到穩定后測量光通量變化，計算其光通量的變化率。光通量變化率大，則發(fā)光穩定性差，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。

　　實(shí)驗原理：測量時(shí)的積分時(shí)間(相當于取樣或曝光時(shí)間)越短，其結果越接近得到“波動(dòng)深度”。測量一段連續時(shí)間的每個(gè)半波的光通量值穩定性，將比定義更能直接得到頻閃如何的結論。例如對供電電源為50Hz的燈，連續測量幾秒或更長(cháng)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)光很穩定。如有周期大于“視覺(jué)暫留”效應時(shí)間的重復性波動(dòng)，且幅度超過(guò)25%則認為有頻閃。

　　測量積分時(shí)間越短，對測量設備精度和各種其它條件要求越高，相應的測量誤差或不確定性也可能增大。所以，如果受設備所限，多次隨機測量各不連續時(shí)刻的短持續時(shí)期的光通量值，也能間接得出結論。

　　本實(shí)驗受光譜積分測量設備所限，測量的最短積分時(shí)間為50ms，也就是每次測量的是50Hz中的2.5個(gè)周期或5個(gè)半光波的平均光通量值。設備也不能連續測量，只能多次隨機測量各不連續時(shí)刻的5個(gè)半光波的平均光通量值。

　　本實(shí)驗的第1個(gè)判定依據：對于研究“視覺(jué)暫留”效應時(shí)間為0.05秒的頻閃來(lái)說(shuō)，假設5個(gè)半波的光通量都是100lm，那測得的平均值為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)驗很多次測得的所有光通量值的變化率都小于5%，就間接說(shuō)明應該沒(méi)有頻閃。測得的數據量越多越能反映結果的準確性。但是另一方面，即使測得的結果大于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沒(méi)達到25%。所以，不能因此判斷會(huì )發(fā)生頻閃。

　　本實(shí)驗的第2點(diǎn)判定依據：以長(cháng)期以來(lái)人們感覺(jué)比較舒適、不覺(jué)得有頻閃的白熾燈等的測試數據作參照比較，推斷其它燈的發(fā)光穩定性程度與頻閃。

　　本試驗所用的燈有白熾燈、電感鎮流下的熒光燈、高頻工作下的熒光燈(節能燈)、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。為了結論的準確性，進(jìn)行了小積分球系統的50ms(0.02S)、100ms(0.1S)、300ms(0.3S)三個(gè)積分時(shí)間的測量和積分時(shí)間為10多秒的大積分球系統的測量。為了驗證結果的重復性進(jìn)行了多次相似試驗條件的測量。

　　50ms(0.02S)：短于人眼的“視覺(jué)暫留效應”時(shí)間，對于50Hz交流工作的燈相當于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時(shí)間相當，對于50Hz交流工作的燈相當于5個(gè)周期(10個(gè)半周期)的光通量的平均值；

　　300ms(0.3S)：長(cháng)于人眼的暫留效應時(shí)間，對于50Hz交流工作的燈相當于15個(gè)周期(30個(gè)半周期)的光通量的平均值。

　　實(shí)驗在盡可能相同的環(huán)境條件下和電源穩定(監測其變化為220V±0.1V約0.05%)條件下進(jìn)行，通過(guò)各種燈的測試數據分析，儀器的一致性和穩定性很好，對于主要希望得到光通量變化率/相對值的本次測量結論的影響可忽略不計?！　”疚囊韵轮饕?0ms的數據進(jìn)行分析。

　　(一)白熾燈的發(fā)光穩定性試驗及分析說(shuō)明

　　1.試驗及現象

　　由交流50Hz電源給白熾燈供電，預熱45分鐘開(kāi)始，每隔3分鐘至84分鐘，按積分時(shí)間300ms、100ms、50ms各測量1次光通量數據如圖1。

　　2.試驗說(shuō)明

　　a.假設30分鐘之前沒(méi)穩定，因此只測量了300ms的光通量數據；

　　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

　　同一只燈所測得其光通量最大變化率分別為+0.57%(50ms)、±0.36%(100ms)、+0.07%(300ms)，都遠低于本實(shí)驗前面所說(shuō)的變化率5%的臨界值。因此，對于人眼感覺(jué)來(lái)說(shuō)，遠沒(méi)達到頻閃的程度，這也與實(shí)際相符。

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

　　(二)熒光燈發(fā)光穩定性試驗及分析說(shuō)明

　　1.試驗及現象

　　4W熒光燈由交流50Hz電源供電電感鎮流，開(kāi)始預熱至100分鐘每隔4分鐘用積分時(shí)間50ms測量光通量數據如圖2。

　　2.試驗說(shuō)明

　　以40分鐘穩定至100分鐘的數據統計，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，對于人眼感覺(jué)來(lái)說(shuō)，沒(méi)達到頻閃的程度?！?strong style="word-break: break-all;">　(三)自鎮流熒光燈發(fā)光穩定性試驗及分析說(shuō)明

　　1.試驗及現象

　　50Hz交流5W節能燈(功率因數0.6)，預熱78分鐘至100分鐘用50ms積分時(shí)間測量15次光通量數據如圖3。

　　2.試驗說(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

　　其光通量穩定性高于白熾燈和電感鎮流的熒光燈，遠低于前面所述的波動(dòng)率5%的臨界值。因此，對于人眼感覺(jué)來(lái)說(shuō)，遠沒(méi)達到頻閃的程度。

　　(四)LED球泡燈發(fā)光穩定性試驗及分析說(shuō)明

　　1.試驗及現象......

　　2.試驗說(shuō)明和分析......

　　3.分析......

　　(五)金屬鹵化物燈發(fā)光穩定性試驗及分析說(shuō)明

　　1.試驗及現象......

　　2.試驗說(shuō)明......

　　3.分析......

　　(六)高壓鈉燈發(fā)光穩定性試驗及分析說(shuō)明

　　1.試驗及現象......

　　2.試驗說(shuō)明......

　　3.分析......

　　(七)LED串的發(fā)光穩定性試驗及分析說(shuō)明

　　1.單向LED串發(fā)光穩定性試驗......

　　(1)試驗及現象......

　　(2)試驗說(shuō)明......

　　(3)試驗分析......

　　2. LED串反向并聯(lián)成雙向(50Hz交流電源供電)

　　(1)試驗及現象......

　　(2)試驗說(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)試驗及現象......

　　(2) 試驗說(shuō)明......

　　(3) 分析......

　　二、結論......

　　最后，本文認為目前使用“波動(dòng)深度”公式來(lái)定義和判斷是否頻閃是不對的，它不足以是反映“頻閃”最關(guān)鍵和本質(zhì)的參數。接下來(lái)，我們將提出關(guān)于“頻閃”定性的新觀(guān)點(diǎn)以及定量的實(shí)驗方法和結果，請大家批評指正。