Что такое пульсация светового потока

Мерцание светодиодных ламп

Многие лампы создают эффект мерцания, который отрицательно влияет на зрение и самочувствие человека. Для того, чтобы снизить влияние этого явления на организм, необходимо разобраться в причинах его возникновения. При покупке ламп следует обращать внимание на коэффициент пульсации, чем он ниже – тем лучше.

Мерцание и пульсация: что это

Мерцание (пульсация) – это мигания высокой частоты, создаваемые осветительным прибором. Человеческий глаз практически не воспринимает эти колебания, но мозг реагирует на мерцание лампы при частоте до 300 Гц.

Коэффициент пульсации светодиодных ламп – это показатель, выражаемый в процентах и отображающий степень колебаний при изменении светового потока. Конструктивные особенности источника света является главной причиной появления мерцаний. Нормирование коэффициента пульсации произошло не так давно, и сегодня его значение контролируется санитарными нормами. Периодически осуществляются проверки освещения специальными госорганами.

Существует несколько способов, которые позволяют измерить коэффициент пульсации источников света в домашних условиях. Но для получения максимально точных результатов используются специальные приборы – люксметры. Результаты выводятся на дисплей люксметра сразу после нажатия кнопки, после чего можно оценить их соответствие допустимым показателям.

Краткое объяснение физических процессов

Причиной мерцания является природа переменного тока (АС). Возникают непрерывные колебания тока и напряжения, избежать которых можно путем использования постоянного тока (DC) в качестве питающего.

Переменный ток электросетей имеет номинальную частоту 50–60 Гц, частота мигания осветительных приборов выше в два раза. Результаты исследований говорят о том, что при мерцании 3–70 Гц у людей, находящихся под таким источником света, могут наблюдаться неприятные ощущения. Более высокие показатели (100–500 Гц) практически не заметны человеку и могут выявляться только путем наблюдения специального эффекта, называемого стробоскопическим.

Причины мерцания (мигания) светодиодных ламп

Мерцание светодиодных ламп связано с особенностями их конструкции. Лампа представляет собой прямой преобразователь электрического тока в световой луч, который мгновенно реагирует на импульсы питающего тока. При использовании простейшего варианта подключения LED-светильника мерцания прямо пропорциональны частоте протекающего тока.

Есть еще несколько причин мерцания светодиодных ламп:

Важно знать. Самые сильные и частые пульсации светового потока создают устаревшие лампочки накаливания.

Как бороться с пульсацией и мерцанием

Самостоятельно убрать мерцание можно такими способами:

Важно знать. В светодиодных лампах используется драйвер, который контролирует подачу тока по цепи светодиодов. Но не все производители светодиодных источников света используют надежные драйверы, способные сократить пульсации до приемлемых показателей.

Лампы с маркировкой «без пульсации»

Производители не указывают коэффициент пульсации на коробке. Но если лампа качественная – на ее упаковке обязательно будет стоять значок «без пульсации». Проверить, соответствует ли эта информация действительности, можно на специализированных веб-ресурсах. Также можно самостоятельно определить наличие пульсации разными методами.

Приобрести качественные осветительные приборы можно в интернет-магазине «Свет Депо». Здесь в широком ассортименте представлены люстры, светильники, настольные лампы и другие осветительные приборы.

Проверка лампы в домашних условиях: какие есть способы тестирования

Какой коэффициент пульсации считается нормой

Для разных видов ламп утверждены разные коэффициенты пульсации:

Нормативный коэффициент пульсации светодиодных ламп и других источников света для разных помещений отличается:

Важно знать. Мозг реагирует даже на те мерцания ламп, которые зрительно не фиксируются.

Как влияет мерцание и пульсация лампы на человека

Как влияет напряжение сети на мерцание светодиодов

Заниженное напряжение в электросети – одна из распространенных причин мерцания светодиодной лампы во включенном состоянии. Это явление наблюдается в некоторых городских кварталах и сельской местности, где напряжение в розетке не превышает 200 В. В такой местности стабильно светить будет только светодиодная лампочка с качественным встроенным драйвером. Рекомендуется покупать светодиодные лампы с диапазоном рабочих напряжений от 180 до 250 В.

Нестабильное напряжение в сети плохо воздействует на всех потребителей энергии, в том числе и на светодиодные источники света. Если энергетическому предприятию не удается держать его в норме, потребителям следует установить в доме стабилизаторы мощностью в несколько кВт. Благодаря этому устройству светодиодные лапы прослужат дольше и удастся решить проблему с мерцанием.

Рекомендации специалиста

Пульсация ламп накаливания и других источников света нередко возникает из-за того, что они изначально были низкокачественными. Производители оснащают их блоком питания с гасящим конденсатором, который служит вместо электронного драйвера. Из-за него при неблагоприятном внешнем воздействии устройство стабильно не функционирует. По этой причине не стоит покупать дешевые лампочки малоизвестных производителей.

В интернет-магазине «Свет Депо» покупатели смогут заказать качественные осветительные приборы с фирменной гарантией производителя. Стоимость товаров рассчитана на широкий круг потребителей. К примеру, потолочная люстра Lussole, подвесная люстра Lussole LGO.

Выводы

Лампы с высоким коэффициентом пульсации оказывают негативное влияние на здоровье человека. Для разных типов помещений установлены разные нормы коэффициента пульсации. Определить наличие мерцания можно самостоятельно, для этого используется обычный карандаш или камера смартфона. Чтобы избежать вредного воздействия данного явления стоит покупать лампы с маркировкой «без пульсации».

Если вам понравилась статья, вы можете купить светодиодные лампочки для себя в нашем интернет магазине Свет Депо.

Источник

Пульсация светового потока

Поделиться:

Практически любое занятие человека подразумевает использование освещения. Наличие света обеспечивает комфорт – попробуйте вспомнить как плохо бывает когда перегорела лампочка в комнате. Наличие освещения мы принимаем как данное. Особую роль организация света играет в промышленности – без правильного освещения невозможно обеспечить хорошую эффективность и производительность труда.

Освещение обладает важной характеристикой, такой как пульсации светового потока. Этот показатель можно назвать по-другому и проще – эффект мерцания. Получить качественный свет можно при помощи уменьшения пульсаций. Именно за этим гоняются все производители ЛЭД-освещения, желающие добиться минимального значения коэффициента пульсаций.

Специалисты нашей компании (“Интерсвет”) досконально исследовали этот вопрос и делятся информацией в предложенной статье.

Пульсации освещенности и яркости. Расчетная формула

В зависимости от временного воздействия на мозг, пульсации светового потока могут привести к следующим проблемам:

Усталость органов зрения

Быстрая утомляемость организма

Нарушение и замедление активности мозга

Тошнота и нарушение пищеварения

Изменение циркадных ритмов

Депрессия (подавленное состояние)

Проблемы сердечно-сосудистой системы

Патология органов зрения

Расстройство нервной системы

Требования к уровню пульсации освещенности и яркости

Основные нормы к пульсациям искусственного освещения:

Вычисление пульсаций освещенности и яркости

Задача устройства заключается в измерении КП светового потока света частотой до 300 Гц, не реагирующим на пульсации большей частоты (качественная пускорегулирующая аппаратура для люминесцентного освещения). Предпочтения нужно отдавать цифровому способу обработки сигнала.

Пульсации ламп накаливания

Лампы накаливания работают от обычной однофазной сети 220В, 50 Гц. Особенность ЛН заключается в том, что она излучает свет в двух полуволнах переменного напряжения (свет создается постоянно), яркость меняется с частотой 100 Гц. Показатель пульсаций напрямую зависит от значения нагревания и остывания нити в промежуток полупериода. Чем больше потребляемая мощность, тем меньше значение КП яркости из-за массивной нити накаливания.

ЛН могут запитываться постоянным током (обязательное соблюдение установленных характеристик по потребляемой мощности). В этом случае пульсации яркости отсутствуют.

Пульсации люминесцентных ламп

Пульсации светодиодного освещения

Образования свечения в светодиоде начинает происходить при достижении напряжения между катодом и анодом значения 1,5-3 В (требуется использовать понижающие трансформаторы). Применение качественного ПТ гарантирует длительную, надежную и экономическую работу светодиодов без пульсаций.

Устанавливать нужно оригинальные преобразователи, т.к. некачественные приводят к плохой работе и обладают высокими показателями коэффициентов пульсаций создаваемого потока света.

Пульсации яркости экранов

В 90-х и начале 2000 ЭЛТ мониторы укомплектовывались защитными экранами, которые “фильтровали” излучаемый свет от вредных пульсаций, уменьшая нагрузку на глаза пользователя. Современные экраны и мониторы изготовлены по иной технологии, что исключает появление пульсаций.

Источник

Пульсации яркости: факты, механизмы и нормы

Пульсации светового потока источников света ограничиваются санитарными нормами, и с каждым годом уменьшаются. А на пульсации яркости экранов санитарных норм нет. При том, что в мониторы и телефоны люди уже смотрят дольше, чем на офлайн-сцены.

Разберемся, как и на что влияет пульсация яркости наблюдаемых сцен, и как в действительности пульсируют источники света и экраны.

Механизм воздействия пульсаций яркости на здоровье человека

Энцефалограмма человека с характерным пиком на частоте пульсирующего освещения еще с 60-х годов публиковалась как доказательство вредного действия пульсаций освещенности на нервную систему.

Слева — контрольная ЭЭГ, справа — с пиком на частоте 120 Гц при включении освещения, пульсирующего с частотой 120 Гц.

Сегодня же, по мнению нейрофизиологов, навязывание нервной системе высокочастотного дополнительного ритма повредить не может. Картинка всего лишь показывает восприимчивость нервной системы к пульсациям освещенности. Вылезает на ЭЭГ пик с частотой изменения значимого параметра окружающей среды — молодец, здоров!

Однако, при длительной напряженной зрительной работе выраженные пульсации освещения действительно вредны, так как мешают движению взгляда.

Застывший взгляд слеп, чтобы видеть, нужно взгляд перемещать. Движение взгляда по лицу одной из самых красивых женщин в истории, Альфред Ярбус, 1965г.

Взгляд человека перемещается скачкообразно — саккадами. Пульсации на частотах 100 Гц и более сознанием не воспринимаются, но провалы освещенности в короткий миг перескока мешают взгляду «зацепиться» за новую точку.

Один и тот же эффект проявляется при быстром движении объекта (карандашный тест), сдвиге фотоаппарата, и быстром перемещении взгляда: наблюдатель видит прерывистый след из фантомов освещенных объектов. Это затрудняет перемещение взгляда на намеченную цель, саккады становятся более частыми и хаотичными.

Появление фантомов перемещающихся объектов при пульсирующем освещении.

Наиболее полным и достоверным обобщением современных данных о влиянии пульсаций освещения на здоровье человека является документ «IEEE Recommended Practices for Modulating Current in High-Brightness LEDs for Mitigating Health Risks to Viewers». Исследования, на которые ссылается документ, показывают следующее:

IEEE вводит следующие критерии уровней риска:

Отечественные стандарты нормируют «просто пульсации» на частотах до 300 Гц, и это правильно, так как заставить миллионы людей учитывать спектральные особенности пульсирующего освещения нереально, хорошо бы учли хоть одну цифру.

Но одной цифры все равно не получилось, санитарные нормы еще со времен СССР регламентируют уровень пульсаций в разных ситуациях не выше 20 %, 15 %, 10 % и 5 %. И со временем количество нормативных документов, указывающих в каких случаях допустимы какие пульсации, становится только больше.

Но во внегосударственных стандартах можно и нужно использовать упрощенные нормы. Достаточно принять, что в местах постоянного пребывания людей допустимы пульсации не выше 3 %. Это и обосновано, и заведомо соответствует всем санитарным нормативам, и в большинстве случаев выполняется автоматически.

Еще пять лет назад добиться пульсаций яркости, например, светодиодного светильника, менее 15 % было чрезвычайно трудно. И сегодня попадаются экземпляры с уровнем пульсаций в десятки процентов, особенно часто среди малогабаритных ламп (типа G9 и т.п.) из-за трудностей размещения полнофункционального драйвера в столь в малом объеме да еще и за малые деньги. Но для типичного современного добросовестно изготовленного светодиодного светильника пульсации освещенности на уровне 1-2 % — норма. И превосходная норма!

Но не стоит быть перфекционистом. Требовать сегодня уровень пульсации 0,5 % и менее — значит напороться на завышенную цену, а подчас и на обман. Неоправданно дорого производить что-то идеальное, это подтвердит любой разработчик. Покупатель же общается не с разработчиком, а с менеджером, чья работа обещать «— да, конечно, у нас ровно то, что вам нужно».

Реальные значения пульсаций яркости

В 2015 году я в должности и.о. главного редактора журнала «Светотехника» курировал исследование фактических параметров светотехнических приборов рынка. В том числе я передал в LampTest.ru 5 штук обследованных в аккредитованной лаборатории лампочек, и убедившись, что результаты измерений AlexeyNadezhin совпадают с нашими, включили в статистику данные по более чем четыремстам лампочкам из его проекта.

И со студентами кафедры Светотехники МЭИ измерили спектр и глубину пульсаций 111 разных моделей мониторов найденных в комнатах общежития МЭИ. В работе использовали внесенный в реестр средств измерений и поверенный люксметр-яркомер-пульсметр «еЛайт02».

Типичный уровень пульсаций уличных натриевых светильников — около 30 %. Типичный уровень пульсаций светильников с люминесцентными трубчатыми лампами 4×18 с «классическим» ЭМПРА, стоящих в большинстве учреждений и учебных заведений — более 40 %.

Типичный люминесцентный светильник пульсирует на удвоенной частоте сетевого напряжения 100 Гц с глубиной пульсаций более 40 %.

Лампы накаливания пульсируют меньше люминесцентных, но тоже будь здоров. Данные LampTest согласуются с данными, полученными прямым измерением в лаборатории компании Эко-Е ее техническим директором Сергеем Мамаевым, куда я для измерений привез сумку разнообразных лампочек накаливания, купленных в крупных сетевых магазинах. С ростом мощности свечение нити накаливания становится более инерционным, уровень пульсаций падает, но все равно остается выше приемлемого значения.

Пульсации светового потока ламп накаливания разных мощностей. Здесь и далее зеленым выделен заведомо безопасный уровень по критериям IEEE.

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) пульсируют примерно вдвое меньше ламп накаливания (6-10% против 15-20%). Светодиодные лампы бывают двух разновидностей — большая часть очень хороша, меньшая пульсирует как угодно вплоть до 100 % (ужас-ужас). Светодиодные светильники всех мастей большей частью хороши, пульсации низкие.

Коэффициент пульсации исследованных КЛЛ (а), СД ламп (б) и офисных светодиодных светильников, уличных и промышленных светодиодных светильников (г).

В 2016-2017 годах я совмещал должность руководителя производственной светотехнической лаборатории и измерил множество светильников разных производителей. Сегодня уровень пульсаций светодиодного светильника выше 10 % вызывает удивление. Значения до 3 % — фактическая норма.

И эти изменения произошли стремительно. Недавно попали в руки БУ-шные экземпляры одного из лучших трековых светильников для освещения музеев — ERCO. Эффективность около 90 лм/вт при КЦТ=3000 К и Ra=90 — уровень для ERCO двух-трехлетней давности, но приемлем и сегодня. Но что такое: поворачиваю гониометр со светильником и вижу на экране свистопляску, проверяю уровень пульсаций — более 30 %. Породистые источники питания Tridonic из этих светильников придется выкидывать и заменять на любые современные с пульсацией

Ну и самое интересное — пульсации яркости экранов мониторов. Наиболее жестко уровни пульсаций отечественные нормативы ограничивают в помещениях с дисплеями из-за следующего обстоятельства: если освещать сцену одновременно двумя пульсирующими на разной частоте источниками, на нервную систему воздействуют и обе эти частоты и целый букет их производных, включая низкочастотную разницу. Еще в СССР не знали как бороться с пульсацией яркости мониторов и привычно «завернули гайки» светотехникам.

Пульсация яркости мониторов и экранов вызвана ШИМ-регулировкой подсветки, поэтому на 100 % яркости пульсация как правило равна нулю, и при уменьшении яркости растет. Для примера у монитора AOC i2769vm при максимальной яркости пульсации отсутствуют, при 95% яркости пульсации составляют 8,5%; при половинной яркости (см. рисунок ниже) достигают 100%; а при яркости меньше половины глубина пульсаций все также 100%, но между вспышками света появляются паузы темноты.

Характер пульсаций яркости экрана AOC i2769vm. Здесь и ниже приведены скриншоты программы Эколайт-АП

Типичный пример характера и спектра пульсаций экрана смартфона на примере Samsung S7 Edge — при понижении яркости пульсации растут с 5 % до 69 %, и с 60 Гц на 241 Гц меняется частота основной гармоники. Возможно изменение частоты связано с конструктивной особенностью самосветящихся AMOLED-экранов. Отметим, что повышение частоты по критериям IEEE не вывело параметры пульсаций экранов из опасной зоны.

Форма (вверху) и спектр пульсации (внизу) яркости экрана Samsung S7 Edge при уровнях яркости 100 % и 50 %.

Поэтому перед измерениями для статистики яркость мониторов и экранов смартфонов выставлялась на 50 %. Результаты катастрофические. В зеленую и даже в желтую зону попала лишь незначительная доля экземпляров. У части экранов основная гармоника на частоте менее 70 Гц, что по данным IEEE приводит к выраженным недомоганиям, головным болям и даже эпилептическим припадкам.

Частота и глубина пульсации экранов мониторов, ноутбуков и носимой электроники.

Является ли пульсация экрана телефона катастрофой? Нет, но при чтении желательно выставлять яркость на 100 %, а в транспорте смотреть не в телефон, а на девушек.

Примечание 1: Пост является популярным изложением результатов, опубликованных в Оптическом журнале на русском языке и в OSA publishing на английском языке.
Примечание 2: Если вы в Москве, и имеете доступ к большому объему включенных мониторов и телефонов (шоурум магазина электроники?), предлагаю все ваши устройства перемерить.

Источник

Пульсации освещённости и яркости

Содержание:

1. Пульсации освещенности и яркости. Формула расчета.

2. Влияние пульсаций света на здоровье человека.

3. Допустимые нормы на уровень пульсации освещенности и яркости.

4. Измерение пульсаций освещенности и яркости.

5. Пульсации ламп накаливания.

6. Пульсации люминесцентных (газоразрядных) ламп.

7. Пульсации светодиодных ламп и светильников.

8. Пульсация яркости мониторов.

9. Приборы для измерения коэффициента пульсации освещенности и яркости.

Что такое пульсации освещённости и яркости. Формула для расчёта пульсаций.

Коэффициент пульсаций освещённости характеризует колебания во времени светового потока, падающего на единицу поверхности. Коэффициент пульсаций освещённости определяется отношением амплитуды колебаний освещённости к их среднему значению и вычисляются по формуле:

где Емакс – максимальное значение освещённости за период её колебания, Емин – минимальное значение освещённости за период её колебания, Еср – среднее значение освещённости за тот же период.

В случае, когда анализируются пульсации от источников света, питающихся от сети переменного тока, т.е. форма пульсаций близка к синусоидальной, можно использовать упрощённую формулу для расчёта пульсаций:

В формуле (2) в качестве среднего берется среднеарифметическое значение. При использовании для расчёта пульсаций формулы (2), коэффициент пульсаций, очевидно, никогда не может превысить значение 100%. Если же при расчёте пульсаций в качестве среднего брать, например, среднеквадратичное значение, то, при наличии в измеряемом световом потоке коротких по времени, но больших по амплитуде пульсаций, рассчитанный по формуле (1) коэффициент пульсаций может значительно превысить 100%. Что, надо сказать, вполне допустимо. В недавно принятом новом ГОСТ Р 54945-2012 “Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности” приведена общая формула для расчета коэффициента пульсации освещенности:

Таким образом, расчёт пульсаций по формуле (2) допустим только для светового потока, колебания которого близки к гармоническим. При наличии в световом потоке значительной импульсной составляющей необходимо для расчёта коэффициента пульсаций применять формулу (3). В общем случае, формулу (2) для расчета коэффициента пульсации освещенности или яркости можно применять только при прямом подключении источника света к сети переменного тока или при использовании ЭМПРА. При использовании ЭПРА, электронных драйверов, регуляторов мощности (диммеров), а также при измерении коэффициента пульсации яркости мониторов, для расчета коэффициента пульсации следует применять формулу (3).

Влияние пульсаций на здоровье человека. Частота пульсаций. Частотный спектр пульсаций.

Широко распространено мнение, что человеческий глаз чувствует световые пульсации частота которых не превышает нескольких десятков Герц. На этом допущении построено воспроизведение видеоизображений в кино и телевидении – там частота смены кадров составляет 25 Гц, 50Гц и более, что воспринимается глазом человека как целостное во времени, плавно изменяющееся изображение. Дело в том, что мозг человека перестает успевать полноценно обрабатывать ту часть поступающей ему от органов зрения информации, которая изменяется с частотой выше нескольких десятков Герц.

Иными словами, если в воспринимаемой органами зрения человека информации присутствует пульсация освещённости или яркости, частотой ниже указанных, то она воздействует непосредственно на сетчатку глаза человека, затем поступает в зрительный тракт и уже через наружное коленчатое тело, зрительную радиацию, анализируется в первичной зрительной коре. В результате, мы можем описать условия получения зрительной информации: яркость и контраст изображения, цвета и оттенки, есть ли пульсации яркости или освещённости. Если же параметры изображения нас не устраивают, то мы пытаемся как-то приспособиться к их восприятию и, в конце концов, сознательно ограничиваем время визуального восприятия этой информации ввиду дискомфорта.

Однако медицинские исследования показали, что органы зрения и мозг человека продолжают воспринимать и реагировать на изменения воспринимаемой зрительной информации вплоть до частоты 300Гц. Такие изменения в воспринимаемой органами зрения информации оказывают уже не визуальное воздействие. В этом случае, свет, попадающий в глаз, проделывает путь к супрахиазматическим клеткам и паравентрикулярным ядрам гипоталамуса, а также к шишковидной железе. И тогда свет управляет уже нашим гормональным фоном, который влияет на циркадные (суточные) ритмы, эмоциональную сферу, работоспособность и многие другие аспекты жизнедеятельности. Многие, наверное, уже сталкивались с таким не визуальным воздействием пульсаций искусственного освещения в виде ощущения необъяснимого чувства дискомфорта, усталости или недомогания во, вроде бы, хорошо и ярко освещённых помещениях или при работе с компьютером.

Для светового потока, пульсация которого превышает частоту 300Гц, какого-либо заметного воздействия на организм человека выявлено не было, ввиду того, что на такие быстрые изменения интенсивности светового потока перестает уже реагировать сетчатка глаза человека.

Нормативные акты, устанавливающие требования к уровню пульсаций искусственного освещения

В СНиП 23-05-95 “Естественное и искусственное освещение” указывается, что коэффициент пульсаций освещённости рабочей поверхности рабочего места не должны превышать 10% – 20% (в зависимости от степени напряжённости работы), при этом нормируются только те пульсации, частота которых ниже 300Гц.

В ГОСТ 17677-82 “Светильники. Общие технические условия” приведены требования к рабочей частоте пускорегулирующей аппаратуры (ПРА) светильников с люминесцентными лампами. Она должна быть не ниже 400Гц.

В СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 “Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы” указывается, что коэффициент пульсаций освещения при работе на ПЭВМ не должен превышать 5%.

С 01.01.2013г. введен в действие новый ГОСТ Р 54945-2012 “Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности”. В нем прямо указывается, что “коэффициент пульсации освещенности учитывает пульсацию светового потока до 300 Гц. Частота пульсации свыше 300 Гц… ….не оказывает влияния на общую и зрительную работоспособность”. Также, в ГОСТ Р 54945-2012 сформулированы требования к условиям проведения измерения, и методика расчета коэффициента пульсации освещенности.Кроме того, в новом документе приведен перечень рекомендованных люксметров-пульсметров для проведения измерений пульсаций освещенности. Удовлетворить требованиям нового ГОСТ Р 54945-2012 и войти в этот список смогли лишь несколько приборов, среди которых рекомендованы к применению люксметры-пульсметры ТКА-ПКМ модель 08, Аргус-07, Эколайт-01 и Эколайт-02, так же рекомендуем Вам обратить внимание на люксметр-пульсметр и яркомер ТКА-ПКМ модель 09.

Измерения коэффициента пульсаций искусственного освещения.

Производители современных качественных светильников стараются удовлетворить требованиям нормативных документов, устанавливающих допустимые нормы коэффициента пульсаций освещённости и яркости. Однако, на рынке присутствует большое количество некачественных, контрафактных и несертифицированных должным образом светильников, в которых коэффициент пульсаций яркости намного превышает установленные нормы.

Таким образом, мы видим, что качественный пульсметр должен иметь хорошо сформированную частотную характеристику, чтобы обеспечить измерение коэффициента пульсации светового потока любых сигналов с частотами до 300 Гц и, одновременно, не реагировать на пульсации светового потока, частотой выше 300Гц, на которых работают качественные ПРА. Такую качественную частотную фильтрацию измеряемого светового потока можно осуществить цифровой обработкой сигнала, которая, например, реализована в фотоголовке ФГ-01, входящей в состав люксметров-пульсметров-яркомеров серии “Эколайт”. Амплитудно-частотная характеристика фотоголовки ФГ-01 приведена на Рис.1

Источники пульсаций. Типы ламп, ЭПРА. Причины пульсаций ламп. Методы борьбы с пульсациями.

Наличие пульсаций освещённости вызвано исключительно источниками искусственного света. Основными источниками искусственного света являются различные осветительные приборы, которые могут быть построены на различных типах ламп. На данный момент времени, в основном, используются три типа ламп – лампы накаливания, люминесцентные лампы и светодиодные лампы или светильники. Рассмотрим все три типа ламп с точки зрения уровня пульсаций света, излучаемого ими.

Лампы накаливания – самый распространённый и давно известный тип осветительных приборов. Обычно работают напрямую от осветительной сети переменного тока напряжением 220 Вольт и частотой 50Гц. Ввиду того, что лампа накаливания излучает свет на обеих полуволнах переменного напряжения сети, её яркость изменяется с частотой 100Гц. Уровень пульсаций яркости лампы накаливания зависит от инерционности нити накаливания – т.е. того, насколько эта нить успевает нагреться и остыть в течение каждого полупериода питающего напряжения. В общем случае, чем выше мощность лампы накаливания, тем ниже значение коэффициента пульсации её яркости ввиду более массивной и, следовательно, инерционной нити накаливания.

К обычным лампам накаливания можно также отнести так называемые “галогенные” лампы, в которых в качестве светоизлучателя также выступает нить накаливания, а колба лампы заполнена инертным газом, улучшающим её характеристики. В таких лампах та же природа пульсаций светового потока, что и в обычных лампах накаливания, но есть некоторые особенности, связанные с разнообразием конструкций таких ламп и нет возможности указать прямую зависимость мощности галогенной лампы и значения коэффициента пульсаций её светового потока. Несколько результатов измерений коэффициента пульсаций яркости ламп накаливания приведены в Таблице 1.

Необходимо отметить, что лампы накаливания, в том числе и галогенные, допускают питание постоянным током (при условии соблюдения заявленных параметров мощности ламп). В случае питания ламп накаливания постоянным током, пульсация яркости у них отсутствуют.

Большое значение для уровня пульсаций люминесцентной лампы имеет электрическая схема, управляющая работой люминесцентной лампы. В старых и дешёвых схемах с электромагнитными пускорегулирующими аппаратами (ЭмПРА) люминесцентные лампы получают питание из осветительной сети напряжением 220 Вольт и частотой 50 Гц. Поэтому яркость этих ламп пульсирует с частотой 100 Гц (т.к. люминесцентная лампа светит каждый полупериод питающего напряжения, частотой 50 Гц). В качественных современных светильниках на люминесцентных лампах используют электронные пускорегулирующие автоматы (ЭПРА), которые, при питании люминесцентных ламп, преобразуют входную частоту питающей сети в частоты выше тех, которые чувствует человек (т.е. больше 300 Гц). В малогабаритных люминесцентных лампах со стандартным цоколем, предназначенными для замены ламп накаливания, ЭПРА обычно входит в состав такой лампы.

Светодиодные лампы и светильники в качестве светоизлучающего элемента используют кристалл полупроводника. Физические принципы работы светодиода позволяют излучать им свет только одной длины волны, т.е. только одного определённого цвета, в зависимости от типа используемого полупроводника – от ближнего ультрафиолета, практически любой цвет видимого диапазона и до инфракрасного диапазона. Для создания светодиодных светильников белого цвета используют либо комбинированные многоцветные светодиоды, либо светодиоды, кристалл полупроводника которых покрыт слоем люминофора, переизлучающего белый свет.

Светодиоды могут работать как от переменного, так и постоянного питающего напряжения. При работе от постоянного питающего напряжения, пульсация излучаемого света у светодиодов отсутствует. При этом, светодиод излучает свет только при положительном напряжении между анодом и катодом. Это означает, что при подаче на светодиод напряжения частотой 50 Гц, он будет излучать свет только в положительные периоды питающего напряжения. Таким образом, частота пульсаций яркости светодиода составит 50Гц (Рис.2).

Примечание. Все изображения формы (осциллограммы) пульсаций и их частотных характеристик выполнены при помощи фотоголовки ФГ-01 и бесплатно распространяемого ПО анализатора пульсаций светового потока “Эколайт-АП“.

Одиночный светодиод начинает излучать свет, когда напряжение между его анодом и катодом достигает от 1,5 до 3 Вольт, т.е. при подключении одиночных или цепочек светодиодов к осветительной сети, напряжением 220 Вольт и частотой 50 Гц необходимо использовать понижающие преобразователи напряжения. Качественный преобразователь напряжения в светодиодном светильнике может обеспечить надёжную и экономичную работу светодиодного светильника без пульсаций светового потока. Однако часто встречаются некачественные преобразователи напряжения для светодиодных светильников, в результате которых светодиодные светильники не только работают плохо и недолговечно, но и обладают высокими значениями коэффициента пульсаций излучаемого света.

Влияние регуляторов мощности ламп (диммеров) на значение коэффициента пульсации.

Необходимо упомянуть о негативном влиянии на значение коэффициента пульсаций ламп устройств регулировки мощности (или яркости). Чаще всего в этом качестве используются тиристорные регуляторы (или диммеры). Их принцип работы основан на том, что питающее синусоидальное напряжение сети подается на лампу не непрерывно, а частями. Чем выше установлена яркость лампы, тем большая часть полупериода синусоидального питающего напряжения на нее подается, а чем ниже установлена яркость лампы, тем меньшая часть полупериода синусоидального питающего напряжения подается на лампу. Использование диммеров для регулировки яркости ламп приводит к увеличению коэффициента пульсаций. Вид пульсаций светового потока лампы накаливания при использовании диммера приведён на Рис.3.

Примечание. Все изображения формы (осциллограммы) пульсаций и их частотных характеристик выполнены при помощи фотоголовки ФГ-01 и бесплатно распространяемого ПО анализатора пульсаций светового потока “Эколайт-АП“.

Необходимо отметить, что использование диммера с лампами накаливания приводит только к увеличению коэффициента пульсаций яркости за счёт того, что, её нить успевает сильнее остыть за время отсутствия напряжения. При этом, для люминесцентных и светодиодных ламп с ЭПРА применение диммера вообще недопустимо, ввиду того, что он задает ЭПРА нештатный режим работы, что приводит не только к значительному увеличению коэффициента пульсаций яркости, но и к работе всего светильника в нештатном режиме, которая может закончится его поломкой.

В Таблице 1 приведены несколько типов ламп, которые были протестированы с помощью фотоголовки ФГ-01 люксметра-пульсметра-яркомера “Эколайт” на уровень коэффициента пульсаций. Мощность ламп регулировалась при помощи диммера. Хорошо видно, что использование диммера существенно ухудшает характеристики люминесцентных ламп. Максимальный уровень коэффициента пульсаций яркости светодиодной лампы объясняется, по-видимому, отсутствием в её конструкции качественного преобразователя напряжения.

Таблица 1. Зависимость коэффициента пульсаций яркости ламп разного типа от регулировки уровня их выходной мощности при помощи диммера.

Пульсации яркости мониторов. Причины наличия у мониторов пульсаций яркости. Пульсации ЭЛТ и ЖК мониторов. Биения. Методы борьбы с пульсациями мониторов.

Существующие санитарно-гигиенические нормативы содержат нормы на коэффициент пульсаций только для освещенности рабочего места. Однако нельзя не упомянуть о пульсациях яркости электронных средств отображения информации – в первую очередь о пульсациях яркости экранов, дисплеев и мониторов компьютеров, телевизоров, игровых приставок, терминалов, рекламных и информационных табло, пультов управления машинами и установками и т.п. Также пульсацией яркости обладают проекционные изображения от проекторов, на экранах кинотеатров и т.д. Необходимо отметить, что пульсация яркости устройств отображения информации оказывает намного более негативное влияние на самочувствие и здоровье человека, чем пульсация общей освещенности рабочего места по той причине, что человек вынужден внимательно вглядываться и вчитываться в представляемую на них информацию. Наличие пульсаций яркости у мониторов, дисплеев и т.п. приводит к быстрой утомляемости органов зрения и отделов мозга, отвечающих за восприятие и анализ зрительной информации. Воздействие пульсаций яркости экранов дисплеев и мониторов в течение длительного времени может привести к хроническим заболеваниям органов зрения

Природа пульсаций яркости экранов мониторов, дисплеев и других устройств отображения информации зависит от их конструкции. Наиболее распространены устройства на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ) и плоскопанельные устройства на жидких кристаллах (ЖК, LCD, TFT и т.п.), светодиодах (LED, OLED и т.п.), “электронных чернилах” (E-Ink и т.п.).

В ЭЛТ-мониторах изображение создается пучком электронов, который построчно сканирует всю плоскость экрана монитора и формирует изображение, последовательно засвечивая пиксели люминофора, покрывающего внутреннюю поверхность ЭЛТ- экрана. Пульсация яркости у ЭЛТ-монитора вызвана тем фактом, что электронный пучок засвечивает текущую точку люминофора лишь на короткое время, после чего переходит к засветке следующей точки.

В следующий раз данная точка экрана ЭЛТ-монитора будет засвечена только после того, как электронный пучок просканирует весь кадр изображения. Таким образом, частота пульсаций яркости ЭЛТ- монитора равна частоте кадровой развёртки. Уровень коэффициента пульсаций яркости ЭЛТ-мониторов обычно очень близок к 100% (Рис.4).

Примечание. Все изображения формы (осциллограммы) пульсаций и их частотных характеристик выполнены при помощи фотоголовки ФГ-01 и бесплатно распространяемого ПО анализатора пульсаций светового потока “Эколайт-АП“.

Это по сути означает, что ЭЛТ-мониторы нельзя использовать для постоянной длительной работы, в компьютерных классах для обучения детей, в качестве устройств отображения информации для операторов опасных производств, диспетчеров на транспорте и авиации и прочих рабочих местах с повышенными требованиями к уровню внимания и реакции оператора.

В плоскопанельных мониторах, в отличие от ЭЛТ-мониторов, изображение практически всегда формируется статическим образом. То есть сформированный пиксель изображения постоянно сохраняет своё состояние до момента, когда это состояние требуется изменить. Таким образом, сам принцип формирования изображения в основной массе плоскопанельных дисплеев исключает появление пульсаций. Однако, в большинстве плоскопанельных устройств, используются системы задней подсветки. Эти системы подсветки представляют из себя системы специализированных газоразрядных ламп либо светодиодов со всеми особенностями работы, описанными в разделах про газоразрядные и светодиодные лампы. То есть, в зависимости от схемы управления подсветкой, может возникать значительная пульсация яркости подсветки. Необходимо заметить, что во всех моделях плоскопанельных дисплеев есть функция регулировки яркости задней подсветки. Наши исследования показали, что очень часто для регулировки яркости подсветки плоскопанельного дисплея используется импульсная модуляция, т.е. лампы подсветки периодически включаются на время, пропорциональное установленной яркости подсветки. Это приводит к появлению пульсаций яркости ламп подсветки у плоскопанельных мониторов. Причём в некоторых измеренных нами экземплярах мониторов компьютеров и ноутбуков коэффициент пульсации ламп подсветки при средних значениях яркости достигал 80% при частоте пульсаций 30Гц.

В отличие от ЭЛТ-мониторов, коэффициент пульсации ламп подсветки плоскопанельных дисплеев можно существенно снизить, выставив яркость подсветки экрана близкую к максимальной. Для установки комфортных значений яркости можно задействовать программные регулировки, не влияющие на лампы подсветки плоскопанельного монитора. К сожалению, программная регулировка яркости доступна только в компьютерах.

Пример пульсации ламп подсветки мониторов при разных уровнях выставленной яркости приведены на Рис.5 и Рис.6.

Примечание. Все изображения формы (осциллограммы) пульсаций и их частотных характеристик выполнены при помощи фотоголовки ФГ-01 и бесплатно распространяемого ПО анализатора пульсаций светового потока “Эколайт-АП“.

Нами были проведены измерения коэффициента пульсаций яркости мониторов у сотрудников нашей компании. Там, где были обнаружены пульсации яркости подсветки мониторов, и там, где была возможность, мы провели регулировку яркости ламп подсветки до уровней, когда коэффициент пульсации яркости подсветки минимален. После этих мероприятий все сотрудники отметили улучшение своего самочувствия, снижение утомляемости и повышение работоспособности при работе с монитором компьютера.

Наложение пульсаций. При оценке коэффициента пульсации яркости мониторов, необходимо помнить об эффекте наложения пульсаций от устройства отображения информации и пульсаций от источников искусственного освещения. Поскольку, свет от разных источников суммируется в каждой точке пространства и создает на поверхности экрана определённую освещенность, то от экрана монитора буде исходить суммарный световой поток (излучённый и отражённый) с пульсациями, частоты которых будут равны суммарной и разностной частотам пульсаций искусственного освещения и пульсациям от экрана монитора. Могут возникать, так называемые биения уровня яркости, выражающиеся в появлении низкочастотных пульсаций яркости монитора.

Для измерения коэффициента пульсаций освещенности и яркости необходимо использовать специальные приборы. Например, люксметр-пульсметр-яркомер “ТКА-ПКМ модель 09”, “Эколайт-01”, “Эколайт-02” или люксметр-пульсметр “ТКА-ПКМ модель 08″…информацию по всем пульсметрам можно найти у нас на сайте в другом разделе: Пульсметры.

Они автоматически осуществляют измерения освещённости или яркости и рассчитывают коэффициент пульсации светового потока, регистрируемого фотодатчиком прибора. Фотоголовки ФГ-01, входящей в состав люксметров-пульсметров-яркомеров серии “Эколайт” существует возможность подключения её к USB-порту персонального компьютера и, при помощи БЕСПЛАТНОЙ (. ) программы “Эколайт-АП“, провести полный анализ регистрируемого светового потока по величине, уровню коэффициента пульсаций, форме пульсаций. Также есть возможность провести частотный анализ пульсаций светового потока и освещенности для выявления причин их возникновения. Примеры работы анализатора пульсаций приведены на Рис.2, 3, 4, 5, 6

У люксметра-пульсметра-яркомера “Эколайт” отдельно стоит отметить функцию “Измерение искусственной освещенности и коэффициента пульсаций в присутствии естественного освещения”, учитывающую уровень естественного освещения и позволяющую оператору проводить измерения искусственной освещенности и ПРАВИЛЬНЫЙ (. ) расчет коэффициента пульсации искусственной освещенности в светлое время суток.

Источник