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光源波形測量

LED光源波形測量,波形快速傅立葉轉換,光源波形強度測量

Handheld spectrometer application for light wave measuring

大約1950年螢光燈納入工作場所以來,關於可見和不可見的頻閃現象,對人類健康產生不利影響的懷疑一直存在。頻閃研究對人類的影響包括頭痛、偏頭痛、眼睛疲勞,甚至癲癇發作。即使頻閃現象有時候在視覺上是看不到的,但是,頻閃中的光線仍然可以通過你的眼睛進入到視網膜,將神經迴路傳播到大腦中樞神經系統刺激你的感官,進而可能造成破壞。總而言之,頻閃是無聲的,大多時候人類看不見但卻是不可忽視的問題。

然而,不是每個人都會受到輕微的頻閃的影響,實際上有多少百分比的人口對頻閃敏感?這樣的情況很難量化。我們發現一份資料(1)顯示,估計4,000名患者中有1人患有光敏性癲癇發作。頻閃現象在安全和健康方面,甚至是難以採用一個標準或者超過多少閾值來量化。人類的視覺和中樞神經系統是複雜且因人而異,年齡、視力和身體化學變化的差異更加劇了問題。另外,一個多樣光源的環境中也增加了頻閃的複雜性,至於在這樣的環境裡,頻閃現象會增加還是減緩?或者二者皆有關係?在各種各樣人口流動的場合裡,什麼樣的頻閃標準在安全的考量上是夠嚴謹的呢?這些可說是新一代LED設計師們手上的燙手山芋,本篇文章使用MF250N頻閃計針對光源波形實際測量,並且搭配IEEE提出的標準規範進行測量,協助您評估頻閃的風險。

 

1/4000 患有光敏性癲癇問題

如果4000人中只有1人患有光敏性癲癇發作,也就是只有0.025%的人口數,這麼小的一群人,LED設計師們為什麼要擔心呢?首先,身為LED製造商是否願意冒險製造可能導致光敏性癲癇發作的燈具?雖然這樣的可能性有如遇到災難性的意外那般遙不可及,但卻是可以事先避免的。第二,除了引發癲癇之外,頻閃引起的健康問題雖然有許多灰色地帶並且沒有明確界定,但是,仍然有不少文獻和研究也指出頻閃引起頭痛、自閉症、疲勞等問題。第三,除了頭痛,其他研究(2)表明,無頻閃環境中的生產效率提高了8%,幸福感,快樂情緒評級也上升了33%。這些是365天都在運作的公司應該關注的。

 

白熾燈光源波形

讓我們來談談傳統的白熾燈,它會頻閃是毫無疑問的,但是大部分是可以忽視的。這些燈具有一根燈絲,當它通過電流加熱時會發光。它們通常不會產生頻閃問題,因為熱和光滯留在燈絲上,就像是燒的紅又熱的鐵一樣,長時間的經過每一個頻閃的高峰和低谷。交流電流通過白熾燈泡時仍然會有波動,但是,由於燈絲長時間且持續的燃燒著,頻閃就被沖淡了。以下是白熾燈的光波,請注意,仍有一些頻閃,但是由於高低強度之間的差異並不大,因此而不易察覺。

 

螢光燈光源波形

螢光燈和LED燈泡產生光的方式不同,沒有燈絲可以燃燒 – 相反,燈光是由跳躍電子現象產生的(參見群燿 Survival Handbook的解釋),燈光幾乎瞬間熄滅(螢光燈以毫秒為單位,LED燈以微秒為單位),以下是螢光燈的光波。

LED燈光源波形

以下是LED燈的光波,您可以留意在高強度下降到低強度之間的尖角,這表明LED突然開啟/關閉的特性(比螢光燈快)。(請注意,LED燈可以安裝“驅動器”,稍後會進行介紹,這可以大大地改變波形的形狀)。

 

光源波形實際測量案例

接下來我們將透過MF250N實際量測生活中的幾種光源,看看它們是否隱藏了頻閃現象,悄悄的危害著您的健康。當您檢查一盞燈是否有頻閃時,首先,您可以通過光的波型,快速的進行視覺評估,以下為例:A的光波趨於平穩,較其他3盞光源產生頻閃的機率較低。

評估頻閃的風險性

除了測量光源波形以外,以下是根據2015年IEEE提出標準規範(IEEE Std 1789-2015)建議,評估頻閃的風險性。下圖是光源的量測數值:

1) 將頻率數值固定乘上0.08 120 x 0.08 = 9.6

2) 比較右圖量測所得的頻閃百分比(58)與計算出的數字(9.6)

如果您的頻閃百分比大於1)所計算的數字(58 > 9.6),表示這盞燈有頻閃現象,您需要即刻採取行動(更換或購買新的)。

但是,如果您購買並安裝了20盞LED燈泡,並且計算結果如下所示。

14 > 120 * .08 = 9.6

假設燈泡的頻閃百分比是14,大於規範120 x 0.08=9.6;這個假設的頻閃百分比雖然超過9.6的限制,但是只超過有5個百分點,看來比起前一個案例58好多了!那麼,我需要換掉燈泡嗎?目前沒有人可以絕對又清晰的回答這個問題-這表示一旦你超越了規定限制,你將進入灰色地帶。它有點像高血壓 – 高血壓的臨界值是140/90;而你的值是141/91,你開始服藥了嗎?如果您的值是139/89該怎麼辦呢?

在大多數現代照明的環境中,您可能看不到任何明顯的頻閃現象。但是,這是因為你看不到頻閃,並不意味著沒有頻閃。群燿光學手持式光譜儀將和為您的健康,幫助您看見那隱形的頻閃危機。如果您欲了解關於頻閃得更多資訊,歡迎您到官網查看頻閃手冊(Flicker Handbook)。

 

參考文獻:

(1) Photic- and pattern-induced seizures: a review for the Epilepsy Foundation of America Working Group.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16146439

(2) Luma Stream – LED Lighting and Workplace Productivity
http://www.lumastream.com/sites/default/files/blog-thumbnails/lumastream_led_lighting_and_workplace_productivity-2.pdf

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