摘要：2018年4月1實施的國家標準《讀寫作業枱燈性能要求》，首次在技術要求中將“閃爍”列為測試項目。標準要求燈具不應有不舒適的閃爍，但是具體評價方法正在考慮中，並未給出。閃爍帶來的頻閃效應對人體健康存在危害，因為這種危害長期存在且不易被覺察，近年來受到社會的高度關注。本文采用閃爍測試系統，以三種光源的枱燈為例介紹測試過程和測試方法，對測試參數的設置和結果評價給出參考意見。
關鍵詞：閃爍；波動深度；讀寫作業枱燈
Measurement and Analysis on Flicker of
Table Lamp for Paper Task
Song Peng, Song Qing Jun, Zhang Yu Hua, Wang Mei Xia Wang Yang, Kong Qiang Qiang
(Ji Ning National Semiconductor & Display Products Quality Supervision and Inspection Center, Jining 272000)
Abstract：The National Standard "Performance Requirements for Reading and Writing Desk Lamps" implemented on April 1, 2018 for the first time listed "flicker" as a test item in the technical requirements. The standard requires that the luminaire should not be uncomfortably flicker, but the specific evaluation method is under consideration and is not given. The flicker is harmful to human health, because this kind of harm has long existed and is not easily detected. In recent years, it has been highly concerned by the society. This paper uses the flicker test system and introduces the test process and method with three kinds of light source table lamp and gives the reference for the setting of the test parameters and the evaluation of the results.
Key words: Flicker ;Modulation Depth; Table Lamp for Paper Task
1 引言
2017年，央視3.15晚會揭露有些LED燈具可能存在嚴重的"頻閃"問題，眼晴長期暴露在這種環境下會造成頭痛和眼疲勞、引發光敏性癲癇病、導致視力下降和注意力分散等問題。人們對燈具的頻閃問題關注度達到了空前的高度。“閃爍”又被稱為“頻閃”，燈具的閃爍就是因亮度或光譜分佈隨時間波動而引起的不穩定的視覺現象。“閃爍”對於未成年人的危害遠大於成年人，因此，作為未成年人經常使用的讀寫作業枱燈，其安全性一直是人們關注的重點。在2018年4月1日實施的GB/T 9473-2017《讀寫作業枱燈性能要求》相比2008版做了較大改動，其中，標準適用範圍增加了LED光源和“護眼燈”，並且首次將“閃爍”作為測試項目列在技術要求的6.3.5章節。由於是首次提出，再者“閃爍”測試屬於比較前沿的測試項目，國際上測試數據量也相對較小，所以標準規定“燈具發出的光不應有不舒適的閃爍，評價方法正在考慮中”，具體測試評價方法，標準中並未給出。
本文選擇最具代表性一種可替換光源的枱燈，以三代光源為例，依據國內標準GB/T 9473-2017，並結合國際標準IEEE Std 1789-2015對該枱燈的閃爍相關參數作了測試，給出“閃爍百分比PF”、“閃爍指數FI”和“光輸出週期性頻率f”的測試結果，並依據國際標準IEEE Std 1789-2015對測試結果進行評價。最後，對整個過程中測試參數的設置和結果評價進行分析討論。
2 測試過程和方法
2.1 測試原理
2.1.1 定義
頻率:特指照明產品的光輸出頻率。
閃爍指數：照明產品光輸出的一個週期內，光輸出平均值以上的面積除以光輸出光波形的總面積，即FI=區域Q1/（區域Q1+區域Q2）。示意圖見圖1。
閃爍百分比（波動深度）：是指照明產品光輸出一個週期的最大值和最小值的差與光輸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%，示意圖見圖1。
圖1 閃爍百分比和閃爍指數計算示意圖
2.1.2 評價方法
IEEE Std 1789-2015中採用波動深度對閃爍進行評價。波動深度為光輸出的最大值和最小值的差異佔光輸出最大值和最小值之和的比例，以百分比表示。低風險和無顯著影響水平的閃爍頻率和波動深度函數關係見圖2。
圖2 低風險和無顯著影響水平的閃爍頻率和波動深度函數關係
注1：低風險區包括所有陰影區。
注2：數據摘自研究專家Kelly（標記為菱形）、Bullough et al.（標記為正方形）和Perz et al.（標記為圓形）以及Roberts和Wilkins（標記為三角形）的研究報告。
低風險水平區域和無顯著影響水平區域波動深度限值如下：
無顯著影響水平區域的限值用式(1)~式(3)給出：
f≤10Hz，波動深度≤0.1%…………………………… …(1)
10Hz＜f≤90Hz，波動深度≤0.01×f…………………………….. .(2)
90Hz＜f≤3125Hz，波動深度≤0.08/2.5×f……………………………(3)
f＞3125Hz，免除考核
式中：f為光輸出波形頻率。
低風險區域的限值有式（4）~式(6)給出：
f≤8Hz，波動深度≤0.2%…………………… …………….(4)
8Hz＜f≤90Hz，波動深度≤0.025×f…………………… …………(5)
90Hz＜f≤1250Hz，波動深度≤0.08×f………………… ……………(6)
f＞1250Hz，免除考核
式中：f為光輸出波形頻率。
2.2 樣品測試過程
2.2.1 樣品測試佈置
實驗在光學暗室中完成，環境温度25.5℃，相對濕度50%RH。頻閃測試儀的高速照度探頭加遮光筒置於枱燈的光度中心。具體佈置見圖3。
圖3 實驗佈置圖
2.2.2 待測樣品信息
圖4 燈具（E27，Pmax40W）
圖4燈具在三種光源下進行測試，三種光源分別為：40W白熾燈、15W自鎮流熒光燈和5W LED球泡燈。燈具供電條件為AC220V 50Hz。
2.2.2 測試結果
三種光源下頻閃儀測試參數設置如下：
白熾燈：採樣類型，光照度；採樣速度，5KS/s；採樣時間，1s。
自鎮流熒光燈：採樣類型，光照度；採樣速度，5KS/s；採樣時間，1s。
LED球泡燈：採樣類型，光照度；採樣速度，10KS/s；採樣時間，0.1s。
測試結果見表1。
光源類型週期內照度最大值週期內照度最小值週期內照度平均值波動深度光波頻率閃爍
指數光輸出波動圖
白熾燈1157lx706.6lx920.9lx24.2%100Hz7.77%
自鎮流熒光燈2017lx1899lx1970lx3.01%100Hz0.81%
LED球泡燈1618lx1597lx1607lx0.65%112Hz0.12%
表1 測試結果彙總表
2.3 測試結果評價
按照IEEE Std 1789-2015中推薦的採用波動深度對閃爍進行評價。
白熾燈光波頻率為100Hz，(3)式給出的無顯著影響水平區域的波動深度限值為3.2%，實測值24.2%超出限值，進而用(6)式評價其是否滿足低風險區域的限值要求。由(6)式得出100Hz低風險區域的波動深度限值為8%，所以，白熾燈24.2%的波動深度超出IEEE Std 1789-2015規定的低風險區域限值，列入高風險區域。
在IEEE Std 1789-2015中指出照明閃爍會產生以下潛在不利影響：
光敏性癲癇或閃爍光誘導的癲癇發作；
頻閃效應和相關的旋轉機械明顯降速或停止的現象；
偏頭痛或嚴重的頭痛常伴噁心、視覺紊亂；
增加自閉症人的反覆行為；
視力衰弱包括：眼疲勞、疲倦、視力模糊，以及傳統的頭痛和在與視覺相關的作業上能力下降。
自鎮流熒光燈光波頻率為100Hz，(3)式給出的無顯著影響水平區域的波動深度限值為3.2%，實測值3.01%未超出限值。所以，自鎮流熒光燈3.01%的波動深度按照IEEE Std 1789-2015規定的分類要求，列入無顯著影響水平區域。
LED球泡燈光波頻率為112Hz，(3)式給出的無顯著影響水平區域的波動深度限值為3.58%，實測值0.65%未超出限值。所以，LED球泡燈0.65%的波動深度按照IEEE Std 1789-2015規定的分類要求，列入無顯著影響水平區域。
3.分析與總結
在交流電源下工作的所有光源都會產生閃爍。閃爍的程度取決於交流電流的頻率、光源產生的光的持續性和觀察條件。本文以三種光源為例進行了閃爍測試。從測試結果來看，白熾燈和熒光燈的光波頻率都是100Hz，基於這兩種光源的發光原理，50Hz的交流電直接作用於光源，電流的一週期內會有兩次最大值和最小值，導致光輸出頻率為100Hz。所以這兩種光源的閃爍完全來自於電流週期性的變化，而波動深度則取決於電流最大值與最小值對光輸出的影響。至於在同樣供電條件下，自鎮流熒光燈的波動深度會比白熾燈低，是因為電流對熒光燈光輸出影響的滯後性和熒光粉的餘輝效應導致的。
目前市面上宣稱的無頻閃“護眼燈”都是通過調製驅動電流/電壓的頻率來降低使用者的健康風險。主要技術就是提高光源的工作頻率或使用直流驅動光源。白熾燈可通過直流供電的方式降低閃爍，但是由於光效低、不節能，以白熾燈為光源的讀寫作業枱燈已經基本被淘汰。熒光燈可通過提高光源頻率的方式來解決，現在市面上以高頻熒光燈為光源的讀寫作業枱燈，以其低頻閃和光線柔和等優勢佔據主力位置。
隨着LED技術的發展，LED燈具以節能、方向性好、結構造型可塑性強等優點，大有在各個領域取代傳統光源之勢。LED光源均為直流供電，在閃爍抑制方面有天然的優勢，本文中LED光源的測結果也證明了這一點，但並不是説所有的LED燈具均沒有頻閃，因LED發光層PN結的發光原理也會產生光輸出變化，再加上現在市面上有采用廉價的電源整流器將220V交流電直接轉換成低壓給LED供電，造成LED燈具的閃爍比有熱慣性的白熾燈和有餘輝效應的熒光燈更嚴重。
綜上，不同光源類型的讀寫作業枱燈都會產生閃爍，閃爍和藍光危害作為評價“護眼燈”的兩大技術指標，越來越受到相關部門和消費者的重視。“藍光危害”在2017年初已經作為必測的安全項目出現在強制性產品認證中。“閃爍”在今年讀寫作業枱燈修燈的標準中首次提出，明確了測試的重要性，本文以三種光源為例分別進行了閃爍測試，介紹了測試原理、測試參數設置和評價方法，以期為測試同行提供參考
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