频闪效应

光学术语

根据JGJ/T119《建筑照明术语标准》定义，频闪效应(Stroboscopic effect)是在以一定频率变化的光照射下，使人们观察到的物体运动显现出不同于其实际运动的现象。频闪效应是由光源的闪烁而引起的，闪烁(Flicker)是因亮度或光谱分布随时间波动的光刺激引起的不稳定的视觉现象。

基本概括

简而言之，频闪效应是在以一定频率变化的光线照射下，观察到的物体运动呈现出静止或不同于其实际运动状态的现象。他会使人眼产生闪烁的感觉。热辐射光源的发光体的热惰性大，所以闪烁感觉不明显，但气体放电灯的这种现象则较为显著。在采用气体放电灯作为照明光源时，若被照物体处于转动状态，且转动频率刚好是电源频率的整倍数时，则转动的物体看上去就如没有转动一样。这种在以一定频率变化的光照射下，观察到的物体运动显现出不同于其实际运动的现象，称为频闪效应。频闪效应易使人产生错觉而造成事故。

因白炽灯有热惯性和气体放电灯有余辉效应，而LED的电压和电流与光输出又响应快，所以LED光源的频闪效应尤其明显。另一方面，频闪效应对人们的工作和生活也有一定的影响，如视觉错觉引发工伤事故，严重的频闪危害人们的身体健康，损伤视力等，限制并消除LED灯具的频闪效应就成为非常重要的话题，但在国际或我国的系列标准中都没有明确的频闪效应的限制值。

产生原因

产生频闪的技术机理，既有供电电源的因素，也有电光源技术性能落后的因素，以及照明设计不合理的因素等等。并且是诸多因素综合作用的结果，我们仅从常用电光源技术性能的角度，进行分析。

1、发光体驱动电功率频率低

2、电光源供电电压波动大

3、电光源性能

因为白炽灯为灯丝直接加热发光的热辐射性光源，发光体的发光功率，必然随供电电源的频率，呈正弦波规律波动。高压汞（钠）灯，直管型（电感式）日光灯，虽然是气体放电发光的电光源。但由于其启动与点燃均采用电感式镇流器（不具备AC-DC-AC变频功能）。所以，气体放电发光体的放电功率，必然也随供电电源的频率波动而波动。电压变动产生的影响，可以用视觉敏感系数曲线和闪变电压限值曲线两个概念来量化。可以被人眼感知的光源闪烁，可以通过统计的方法来测得人眼的对光源闪烁的感觉特性。当闪烁频率40Hz以上时，感觉就不灵敏； 50Hz以上的闪烁就完全没有感觉。

分类

1、照明周期性闪烁：如交流萤光灯的频闪以及由于电源电压波动引起的光源闪烁；

2、照明非周期性闪烁：如交流萤光灯的启动闪烁，各种故障闪烁；

3、显示设备闪烁：如电视机、电脑、电子游戏机，广告屏等扫描显示引起的闪烁；

4、艺术灯光闪烁：如霓虹灯，彩灯和镭射等闪烁。

测量标准

虽然IEEE PAR1789 《LED照明闪烁的潜在健康影响》给出了波动深度及频闪指数的“不可察觉”及“低风险”限制，并定义了波动深度[波动深度=(A-B) / (A+B)*100%] 和频闪指数[闪烁指数=Q1/(Q1+Q2)]，但在实际应用中较难实现，主要是会增加LED光源的成本和体积。

新的GB/T 31831-2015《LED室内照明应用技术要求》标准就是采用这种定义和限值。原美国能源之星(ENERGYSTAR lamps V1.0 draft 4)也准备采用频闪指数作为限值，但考虑很难实现，最终没有采用。

如能源之星原规定光源闪烁允许的范围是频率不小于120Hz；20Hz-800Hz频率范围内，频闪指数小于0.001与频率之积；频率大于800Hz时，对频闪指数无要求。

另外一种方式是根据电压波动和闪变来限制光源的频闪，IEC给出了闪变电压限值曲线，它和视觉敏感系数曲线互为映象，认为视觉敏感频率为8.8Hz，这时电压变动最小，光输出变化也最小，其值是0.29%，但这种方法用在LED光源频闪效应方面还没有被认可。

光源频闪危害

光源频闪对人的视觉系统有刺激作用，会产生不舒适的感觉。人们长期在闪烁的光线下工作或生活，还可能影响视觉系统的生理卫生和心理卫生。这种刺激作用或影响的严重程度与光源闪烁的强度、频率、持续作用时间以及长期性有关。这种影响往往是缓慢的，因此长期以来没有引起人们的重视。电光源的频闪与频闪效应，给我们的工作和生活带来了严重的危害。那麼频闪对人眼会产生哪些危害呢?

1、错觉引发工伤事故

在电光源的频闪频率，与运动（旋转）物体的速度（转速）成整倍数关系时。运动（旋转）物体的运动（旋转）状态，就会产生静止、倒转、运动（旋转）速度缓慢，以及上述三种状态周期性重复的错误视觉，引发工伤事故。例如，机加工行业机床操作工，对正向旋转的车刀，错觉为倒转。而进行紧急换向操作，损坏工件、刀具，甚者造成人员伤亡。

2、危害身体健康

频闪效应会引发视觉疲劳、偏头痛。特别是机械行业采用高压汞（钠）灯，和轻工、食品、印刷、电子、纺织等行业，普遍采用直管型（电感式）日光灯的照明场合尤为明显。例如，流水线上的插件操作工，容易因视觉疲劳、眼花，引起偏头痛。产生定位困难情形，生产效率低下。

3、损伤青少年视力

近些年来，直管型（电感式）日光灯，普遍应用于家庭、学校、图书馆等，成长中的学生受害最大，有资料表明，在频闪环境下读书，发现许多青少年表现出视力下降明显，近视眼显着增多的现象。

频闪效应应用

频闪有时有害，有时却能为人所用。

(1)平动效应

利用频闪可证明：日光灯的发光强度和颜色是随时间作周期性变化的。我们知道，在黑暗中迅速移动燃着的香，香的亮点会变成一条亮线，设想亮点在移动过程中闪烁数次，这条亮线将变得断断续续，亮的瞬时，对应的轨迹是亮的暗的瞬时，对应的轨迹会暗得看不见，用这个道理可以证明日光灯是一闪一闪地发光，是闪烁光源。当然，迅速移动日光灯是困难的，我们可以拿一小块窄的白纸片，在日光灯下迅速地来回移动，将看到纸片的运动轨迹是断断续续的(在电视机前移动效果更明显)，这说明日光灯是闪烁光源。有趣的是，当你拿着光亮物体如银白色的钢笔帽，在日光灯下平行于灯管迅速地来回移动时，它那较亮的运动轨迹将使你感到惊奇断断续续的轨迹中，那一段段间断的地方并没有间断，仍有橙色光相连。即它的运动轨迹竟是白橙相间的彩色光带，且白的部分略带青色。如用一个平面镜，可以更清楚地看到这一彩色光带，手拿平面镜，让它以平行于日光灯灯管的某直线为轴，迅速地来回转动，像夏天摇扇子一样，不过要很快，你可以看到灯管的虚像在镜后迅速地频频闪过，虚像的运动轨迹是更加清晰的橙白相间的彩色光带。这证明：日光灯灯光的颜色，也是随时间作周期性变化的。

(2)转动效应

利用“ 频闪”可测转动物体的转速。如图2所示表示一圆盘，盘面上除了图2中所示 3 个形状相同、彼此间隙相等、匀称分布着的白色长条外，其余部分都涂成黑色。在一转速连续可调的直流电机的驱动下，盘可以绕通过圆心并垂直于盘面的轴逆时针转动。当圆盘迅速转动时，在白炽灯(非频闪光源)的照明下，盘面上将显示出一个宽度等于长条长度的白色圆环，如果改用日光灯(频闪光源)照明，并且使圆盘转速由零开始缓慢增加，则在盘面上先后呈现出以下图形：

(1)12 个白色长条匀称地分布在盘面上；

(2)6 个白色长条匀称地分布在盘面上；

(3)3 个白色长条匀称地分布在盘面上。

克服方法

（1）采用高频电子整流器(AC-DC-AC)，但价格不菲；

（2）调节灯管垂直高低，就想普通显像管电视机一样选个适当距离；

（3）不在一根火线上并联N个灯，采用三相分接，尽量三相平衡，如：双管日光灯灯管接在不同的相序；

（4）采用三基色节能灯；

（5）安装一些白炽灯等混合照明，也能降低频闪效应对人的影响。

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