一,、概述
1. 閃爍的基本概念
人們發(fā)現(xiàn),，長期在日光燈下看書會感到不舒服，雖然其光亮度與白天無異,。這是為什么呢,？經(jīng)過研究，原來這是因為日光燈的光強是隨時間變化所致,。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)出的光隨時間呈快速,、重復的變化,，使得光源跳動和不穩(wěn)定。當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，人眼是最敏感的,。同時,，能被覺察的最大閃爍頻率（臨界閃爍頻率）是隨著光源發(fā)出的光強而變化的，隨著光強增大臨界閃爍頻率也增大,，當光強達到最大后逐漸減小后,，臨界閃爍頻率也相應減小。當光強以大于50Hz的頻率變化時,，大多數(shù)人就分辨不出光源是否在閃爍了,，此時的光源就發(fā)出穩(wěn)定、連續(xù)的光,，因為這時人眼的反映已經(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。
光源閃爍可以通過頻閃效應被證實,。有時我們會發(fā)現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象,，當一個物體很快速地運動或轉(zhuǎn)動時，它們看起來好像運動得比他們實際的速率要慢,，甚至當物體運動或轉(zhuǎn)動頻率跟光源閃爍頻率相同（或是整數(shù)倍關系）時,，物體好像靜止不動。這就是頻閃光產(chǎn)生的原因,，它是一種我們在日常的照明中不希望發(fā)生的現(xiàn)象,。事實上，由于頻閃效應,，人們產(chǎn)生錯覺,，而把一些快速運轉(zhuǎn)的設備看成是緩慢運轉(zhuǎn)著甚至是靜止的是非常危險的。
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閃爍,，各種故障閃爍；
3,、顯示設備閃爍：如電視機,、計算機、電子游戲機,，廣告屏等掃描顯示引起的閃爍,；
4、藝術燈光閃爍：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),，長期在日光燈下看書會感到不舒服,，雖然其光亮度與白天無異。這是為什么呢,？經(jīng)過研究,，原來這是因為日光燈的光強是隨時間變化所致。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)出的光隨時間呈快速、重復的變化,，使得光源跳動和不穩(wěn)定,。當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,，人眼是最敏感的,。同時，能被覺察的最大閃爍頻率（臨界閃爍頻率）是隨著光源發(fā)出的光強而變化的,，隨著光強增大臨界閃爍頻率也增大,，當光強達到最大后逐漸減小后，臨界閃爍頻率也相應減小,。當光強以大于50Hz的頻率變化時,，大多數(shù)人就分辨不出光源是否在閃爍了,，此時的光源就發(fā)出穩(wěn)定,、連續(xù)的光，因為這時人眼的反映已經(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。
光源閃爍可以通過頻閃效應被證實,。有時我們會發(fā)現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象,，當一個物體很快速地運動或轉(zhuǎn)動時，它們看起來好像運動得比他們實際的速率要慢,，甚至當物體運動或轉(zhuǎn)動頻率跟光源閃爍頻率相同（或是整數(shù)倍關系）時,，物體好像靜止不動。這就是頻閃光產(chǎn)生的原因,，它是一種我們在日常的照明中不希望發(fā)生的現(xiàn)象,。事實上，由于頻閃效應,，人們產(chǎn)生錯覺,，而把一些快速運轉(zhuǎn)的設備看成是緩慢運轉(zhuǎn)著甚至是靜止的是非常危險的。
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閃爍,，各種故障閃爍；
3,、顯示設備閃爍：如電視機,、計算機,、電子游戲機，廣告屏等掃描顯示引起的閃爍,；
4,、藝術燈光閃爍：如霓虹燈，彩燈和鐳射等閃爍,。
2. 光源閃爍產(chǎn)生的原因
光源閃爍實質(zhì)上是從電壓變動——光通量波動——眼睛到人腦這個反應鏈的主觀感受,。產(chǎn)生頻閃的技術機理，既有供電電源的因素,，也有電光源性能的因素,，以及照明設計不合理的因素等等。下面僅就常用電光源技術性能的角度,，進行概括性技術分析,。
(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,。
(2)光源電壓波動大。我國現(xiàn)階段工頻交流電源,，瞬時電壓值波動幅度在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。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。但由于其啟動與點燃均采用電感式鎮(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而波動。
電壓變動產(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概念來量化,。
可以被人眼感知的光源閃爍，可以通過統(tǒng)計的方法來測得人眼的對光源閃爍的感覺特性,。圖1是人眼對不同頻率的電壓波動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,。當閃爍頻率40Hz以上時，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,，這時電壓變動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d表示相鄰兩個極值電壓之差,，以百分數(shù)形式給出,；電壓變動頻率r表示單位時間內(nèi)電壓變動的次數(shù),，單位min-1,。
二、閃爍對人眼的危害
光源閃爍對人的視覺系統(tǒng)有刺激作用,，會產(chǎn)生不舒適的感覺,。人們長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重程度與光源閃爍的強度,、頻率、持續(xù)作用時間以及長期性有關,。這種影響往往是緩慢的,，因此長期以來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熒光屏前生活，甚至伴以眼花潦亂的藝術燈光,，因此光源閃爍對視覺系統(tǒng)的影響問題日益突出,。
尤其是電光源的頻閃效應，給人類生產(chǎn),、日常生活,、身心健康造成了嚴重危害,。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
1、錯覺引發(fā)工傷事故：在電光源的頻閃頻率,，與運動（旋轉(zhuǎn)）物體的速度（轉(zhuǎn)速）成整倍數(shù)關系時,。運動（旋轉(zhuǎn)）物體的運動（旋轉(zhuǎn)）狀態(tài)，就會產(chǎn)生靜止,、倒轉(zhuǎn),、運動（旋轉(zhuǎn)）速度緩慢，以及上述三種狀態(tài)周期性重復的錯誤視覺,，引發(fā)工傷事故,。 例如，機加工行業(yè)機床操作工,，對正向旋轉(zhuǎn)的車刀,，錯覺為倒轉(zhuǎn)。而進行緊急換向操作,，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：頻閃效應會引發(fā)視覺疲勞,、偏頭痛,。特別是機械行業(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80年代以后,，直管型（電感式）日光燈,，普遍應用于家庭、學校,、圖書館等,，成長中的中小學生受害極大，視力下降明顯,，近視眼顯著增多,。
三、閃爍度的評價方法
表征光源閃爍強度的參數(shù)波動深度,、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,。
光通量波動深度是對光源閃爍幅度的量化,。光源閃爍是光通量波動的外在體現(xiàn)，光通量波動是光源閃爍的直接原因,。
四,、閃爍度的測量
在本文的實驗中，我們采用瞬態(tài)光度計PR-110來測量各種光源發(fā)出的光通量,，計算波動深度來比較各種光源的閃爍強度,。
PR-110是連續(xù)快速采樣的瞬態(tài)光度計,，與不同結(jié)構(gòu)的光度測量裝置結(jié)合,，可測量瞬時光照度、亮度,、光通量或光強等光度參數(shù),。
為了精確測量光通量，把光源放在積分球中,。經(jīng)過V（λ）校準的光電探測器接受光信號,，其輸出的電信號經(jīng)過放大轉(zhuǎn)換電路，將光電探測器輸出的光電流信號轉(zhuǎn)換成較大的電壓信號,，利用AD轉(zhuǎn)換器進行采樣,。由于單片機讀取和存儲數(shù)據(jù)速度較慢，故而采用了雙口RAM和地址發(fā)生電路，使得光度計能夠在采用時自動對數(shù)據(jù)進行存儲,。單片機則在所有采樣過程執(zhí)行完畢后,，再從雙口RAM內(nèi)讀取數(shù)據(jù)，并發(fā)送給微機顯示處理,。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和實物連接圖如下,。
五、典型光源的閃爍結(jié)果
在實驗中,，我們利用瞬態(tài)光度計對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,，單個紅色LED等四種典型的照明光源測量其光通量的變化波形,，計算波動深度。在PR110中,，我們設定采樣間隔為0.1ms,，所有燈都采用50Hz交流電供電，測量結(jié)果如表 1,。
表1 各種光源閃爍參數(shù)
根據(jù)波動深度,，上述光源的閃爍度由弱到強分別為節(jié)能燈，白熾燈,，LED燈杯,，日光燈，單個LED,。波動深度在25%以下時不會有明顯的閃爍,，所以從這個角度出發(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響應很快，單個的LED燈波動深度很大,，但有多個LED燈管組成的LED燈杯波動深度明顯降低,，也是一種比較健康的光源。普通的日光燈波動深度較大,，長時間在其照射下工作,，對人體有一定危害。