一、概述

　　1.  閃爍的基本概念

　　人們發(fā)現(xiàn),，長(zhǎng)期在日光燈下看書會(huì)感到不舒服,，雖然其光亮度與白天無(wú)異。這是為什么呢,？經(jīng)過(guò)研究,，原來(lái)這是因?yàn)槿展鉄舻墓鈴?qiáng)是隨時(shí)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(fā)出的光隨時(shí)間呈快速,、重復(fù)的變化,，使得光源跳動(dòng)和不穩(wěn)定。當(dāng)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(shí),，人眼是最敏感的。同時(shí),，能被覺察的最大閃爍頻率（臨界閃爍頻率）是隨著光源發(fā)出的光強(qiáng)而變化的,，隨著光強(qiáng)增大臨界閃爍頻率也增大，當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到最大后逐漸減小后,，臨界閃爍頻率也相應(yīng)減小,。當(dāng)光強(qiáng)以大于50Hz的頻率變化時(shí)，大多數(shù)人就分辨不出光源是否在閃爍了,，此時(shí)的光源就發(fā)出穩(wěn)定,、連續(xù)的光，因?yàn)檫@時(shí)人眼的反映已經(jīng)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(xiàn)象。

　　光源閃爍可以通過(guò)頻閃效應(yīng)被證實(shí),。有時(shí)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象,，當(dāng)一個(gè)物體很快速地運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它們看起來(lái)好像運(yùn)動(dòng)得比他們實(shí)際的速率要慢,，甚至當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)頻率跟光源閃爍頻率相同（或是整數(shù)倍關(guān)系）時(shí),，物體好像靜止不動(dòng)。這就是頻閃光產(chǎn)生的原因,，它是一種我們?cè)谌粘５恼彰髦胁幌Ｍl(fā)生的現(xiàn)象,。事實(shí)上，由于頻閃效應(yīng),，人們產(chǎn)生錯(cuò)覺,，而把一些快速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備看成是緩慢運(yùn)轉(zhuǎn)著甚至是靜止的是非常危險(xiǎn)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(dòng)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(dòng)閃爍,，各種故障閃爍；

　　3,、顯示設(shè)備閃爍：如電視機(jī),、計(jì)算機(jī)、電子游戲機(jī),，廣告屏等掃描顯示引起的閃爍,；

　　4、藝術(shù)燈光閃爍：如霓虹燈,，彩燈和鐳射等閃爍,。

        一,、概述

　　1.  閃爍的基本概念

　　人們發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期在日光燈下看書會(huì)感到不舒服,，雖然其光亮度與白天無(wú)異,。這是為什么呢？經(jīng)過(guò)研究,，原來(lái)這是因?yàn)槿展鉄舻墓鈴?qiáng)是隨時(shí)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(fā)出的光隨時(shí)間呈快速,、重復(fù)的變化，使得光源跳動(dòng)和不穩(wěn)定,。當(dāng)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(shí),，人眼是最敏感的,。同時(shí)，能被覺察的最大閃爍頻率（臨界閃爍頻率）是隨著光源發(fā)出的光強(qiáng)而變化的,，隨著光強(qiáng)增大臨界閃爍頻率也增大,，當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到最大后逐漸減小后，臨界閃爍頻率也相應(yīng)減小,。當(dāng)光強(qiáng)以大于50Hz的頻率變化時(shí),，大多數(shù)人就分辨不出光源是否在閃爍了，此時(shí)的光源就發(fā)出穩(wěn)定,、連續(xù)的光,，因?yàn)檫@時(shí)人眼的反映已經(jīng)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(xiàn)象,。

　　光源閃爍可以通過(guò)頻閃效應(yīng)被證實(shí)。有時(shí)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象,，當(dāng)一個(gè)物體很快速地運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),，它們看起來(lái)好像運(yùn)動(dòng)得比他們實(shí)際的速率要慢，甚至當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)頻率跟光源閃爍頻率相同（或是整數(shù)倍關(guān)系）時(shí),，物體好像靜止不動(dòng)。這就是頻閃光產(chǎn)生的原因,，它是一種我們?cè)谌粘５恼彰髦胁幌Ｍl(fā)生的現(xiàn)象,。事實(shí)上,，由于頻閃效應(yīng)，人們產(chǎn)生錯(cuò)覺,，而把一些快速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備看成是緩慢運(yùn)轉(zhuǎn)著甚至是靜止的是非常危險(xiǎn)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(dòng)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(dòng)閃爍,，各種故障閃爍,；

　　3、顯示設(shè)備閃爍：如電視機(jī),、計(jì)算機(jī),、電子游戲機(jī)，廣告屏等掃描顯示引起的閃爍,；

　　4,、藝術(shù)燈光閃爍：如霓虹燈，彩燈和鐳射等閃爍,。

　　2.  光源閃爍產(chǎn)生的原因

　　光源閃爍實(shí)質(zhì)上是從電壓變動(dòng)——光通量波動(dòng)——眼睛到人腦這個(gè)反應(yīng)鏈的主觀感受,。產(chǎn)生頻閃的技術(shù)機(jī)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(shè)計(jì)不合理的因素等等。下面僅就常用電光源技術(shù)性能的角度,，進(jìn)行概括性技術(shù)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(xiàn)階段,， 絕大多數(shù)由50Hz工頻正弦交流電,，直接向電光源的發(fā)光體供電。 其頻閃頻率為50Hz*2=100Hz,，并且呈正弦波規(guī)律波動(dòng),。

　　(2)光源電壓波動(dòng)大。我國(guó)現(xiàn)階段工頻交流電源,，瞬時(shí)電壓值波動(dòng)幅度在10%~20%之間,，大大加重了頻率為100Hz，呈正弦波規(guī)律波動(dòng)的頻閃深度,。

　　(3)電光源性能,。白熾燈為燈絲直接加熱發(fā)光的熱輻射性光源,，發(fā)光體的發(fā)光功率，必然隨供電電源的頻率,，呈正弦波規(guī)律波動(dòng),。高壓汞（鈉）燈，直管型（電感式）日光燈,，雖然是氣體放電發(fā)光的電光源,。但由于其啟動(dòng)與點(diǎn)燃均采用電感式鎮(zhèn)流器（不具備AC-DC-AC變頻功能）。所以,，氣體放電發(fā)光體的放電功率,，必然也隨供電電源的頻率波動(dòng)而波動(dòng)。

        電壓變動(dòng)產(chǎn)生的影響,，可以用視覺敏感系數(shù)曲線和閃變電壓限值曲線兩個(gè)概念來(lái)量化,。

　　可以被人眼感知的光源閃爍，可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)測(cè)得人眼的對(duì)光源閃爍的感覺特性,。圖1是人眼對(duì)不同頻率的電壓波動(dòng)引起的視覺敏感系數(shù)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(dāng)閃爍頻率40Hz以上時(shí)，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(shù)曲線互為映象,，視覺敏感頻率為8.8Hz,，這時(shí)電壓變動(dòng)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(dòng)d表示相鄰兩個(gè)極值電壓之差,，以百分?jǐn)?shù)形式給出,；電壓變動(dòng)頻率r表示單位時(shí)間內(nèi)電壓變動(dòng)的次數(shù)，單位min-1,。

        二,、閃爍對(duì)人眼的危害

　　光源閃爍對(duì)人的視覺系統(tǒng)有刺激作用，會(huì)產(chǎn)生不舒適的感覺,。人們長(zhǎng)期在閃爍的光線下工作或生活,，還可能影響視覺系統(tǒng)的生理衛(wèi)生和心理衛(wèi)生。這種刺激作用或影響的嚴(yán)重程度與光源閃爍的強(qiáng)度、頻率,、持續(xù)作用時(shí)間以及長(zhǎng)期性有關(guān),。這種影響往往是緩慢的，因此長(zhǎng)期以來(lái)沒有引起人們的重視,。然而隨著電子化的高速發(fā)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(jī)熒光屏前生活,，甚至伴以眼花潦亂的藝術(shù)燈光，因此光源閃爍對(duì)視覺系統(tǒng)的影響問題日益突出,。

　　尤其是電光源的頻閃效應(yīng),，給人類生產(chǎn)、日常生活,、身心健康造成了嚴(yán)重危害,。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　1、錯(cuò)覺引發(fā)工傷事故：在電光源的頻閃頻率,，與運(yùn)動(dòng)（旋轉(zhuǎn)）物體的速度（轉(zhuǎn)速）成整倍數(shù)關(guān)系時(shí),。運(yùn)動(dòng)（旋轉(zhuǎn)）物體的運(yùn)動(dòng)（旋轉(zhuǎn)）狀態(tài)，就會(huì)產(chǎn)生靜止,、倒轉(zhuǎn),、運(yùn)動(dòng)（旋轉(zhuǎn)）速度緩慢，以及上述三種狀態(tài)周期性重復(fù)的錯(cuò)誤視覺,，引發(fā)工傷事故,。 例如，機(jī)加工行業(yè)機(jī)床操作工,，對(duì)正向旋轉(zhuǎn)的車刀,，錯(cuò)覺為倒轉(zhuǎn)。而進(jìn)行緊急換向操作,，損壞工件,、刀具，甚者造成人員傷亡,。

　　2,、危害身體健康，影響工作：頻閃效應(yīng)會(huì)引發(fā)視覺疲勞,、偏頭痛,。特別是機(jī)械行業(yè)采用高壓汞（鈉）燈，和輕工,、食品,、印刷、電子、紡織等行業(yè),，普遍采用直管型（電感式）日光燈的照明場(chǎng)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(chǎn)生定位困難情形,，生產(chǎn)效率低下。

　　3,、傷害青少年的眼睛,，造成近視。在我國(guó)80年代以后,，直管型（電感式）日光燈,，普遍應(yīng)用于家庭、學(xué)校,、圖書館等,，成長(zhǎng)中的中小學(xué)生受害極大，視力下降明顯,，近視眼顯著增多,。

        三、閃爍度的評(píng)價(jià)方法

　　表征光源閃爍強(qiáng)度的參數(shù)波動(dòng)深度,、閃爍指數(shù),、閃爍百分比，圖3為典型閃爍波形

　　圖中,，Φm 為閃爍波峰值,，Φ n 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(dòng)深度是對(duì)光源閃爍幅度的量化,。光源閃爍是光通量波動(dòng)的外在體現(xiàn)，光通量波動(dòng)是光源閃爍的直接原因,。

        四,、閃爍度的測(cè)量

　　在本文的實(shí)驗(yàn)中，我們采用瞬態(tài)光度計(jì)PR-110來(lái)測(cè)量各種光源發(fā)出的光通量,，計(jì)算波動(dòng)深度來(lái)比較各種光源的閃爍強(qiáng)度,。

　　PR-110是連續(xù)快速采樣的瞬態(tài)光度計(jì)，與不同結(jié)構(gòu)的光度測(cè)量裝置結(jié)合，可測(cè)量瞬時(shí)光照度,、亮度,、光通量或光強(qiáng)等光度參數(shù)。

　　為了精確測(cè)量光通量,，把光源放在積分球中,。經(jīng)過(guò)V（λ）校準(zhǔn)的光電探測(cè)器接受光信號(hào)，其輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大轉(zhuǎn)換電路,，將光電探測(cè)器輸出的光電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成較大的電壓信號(hào),，利用AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣。由于單片機(jī)讀取和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)速度較慢,，故而采用了雙口RAM和地址發(fā)生電路，使得光度計(jì)能夠在采用時(shí)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),。單片機(jī)則在所有采樣過(guò)程執(zhí)行完畢后,，再?gòu)碾p口RAM內(nèi)讀取數(shù)據(jù)，并發(fā)送給微機(jī)顯示處理,。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和實(shí)物連接圖如下,。

        五、典型光源的閃爍結(jié)果

　　在實(shí)驗(yàn)中,，我們利用瞬態(tài)光度計(jì)對(duì)26W螺旋型電子節(jié)能燈,，60W普通直管型日光燈，60W普通白熾燈,，單個(gè)紅色LED等四種典型的照明光源測(cè)量其光通量的變化波形,，計(jì)算波動(dòng)深度。在PR110中,，我們?cè)O(shè)定采樣間隔為0.1ms,，所有燈都采用50Hz交流電供電，測(cè)量結(jié)果如表 1,。

　　表1 各種光源閃爍參數(shù)

　　根據(jù)波動(dòng)深度,，上述光源的閃爍度由弱到強(qiáng)分別為節(jié)能燈，白熾燈,，LED燈杯,，日光燈，單個(gè)LED,。波動(dòng)深度在25%以下時(shí)不會(huì)有明顯的閃爍,，所以從這個(gè)角度出發(fā)電子節(jié)能燈和白熾燈是比較健康的光源。另外,，我們發(fā)現(xiàn),，由于LED響應(yīng)很快，單個(gè)的LED燈波動(dòng)深度很大，但有多個(gè)LED燈管組成的LED燈杯波動(dòng)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(dòng)深度較大，長(zhǎng)時(shí)間在其照射下工作,，對(duì)人體有一定危害,。