Смотрите видео на каналах:
Количественной характеристикой пульсации служит коэффициент пульсации (К П, %) , равный отношению половины разности максимальной и минимальной освещенности за период в люксах к средней освещённости за тот же период.
Согласно российским нормам, коэффициент пульсации на рабочей поверхности рабочего места не должен превышать 10-20% (в зависимости от специфики помещения и точности производимых работ), а в помещениях с компьютерами - 5%.
Но, по последним данным, для полного отсутствия вредных воздействий на человека, пульсации не должны быть более 4-5% при частоте до 300 Гц , потому что, согласно ГОСТ Р 54945-2012, частота пульсации свыше 300 Гц не оказывает влияния на общую и зрительную работоспособность.
Пульсации, глубиной 20%, вызывают такой же уровень расстройств нормальной активности мозга, как и пульсации с глубиной 100%. Человек ощущает необъяснимый дискомфорт, переутомление, головокружение. Высокочастотные пульсации света влияют на гормональный фон человека, суточные биоритмы и связанные с ними работоспособность, утомляемость, эмоциональное самочувствие. Систематическое воздействие может послужить косвенной причиной постоянного подавленного состояния, бессонницы, сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний. Выявлено также неблагоприятное влияние колебаний света на фоторецепторные элементы сетчатки. Отрицательное действие пульсации освещения обусловлено изменением основной ритмической активности нервных элементов мозга, перестраивающих присущую им частоту этой активности в соответствии с частотой световых пульсаций. При действии ритмических световых раздражений наблюдается изменение частотного спектра электроэнцефалограммы (ЭЭГ), заключающееся в резком усилении амплитуды навязываемой частоты и в снижении амплитуд всех других частот, особенно частот так называемого альфа-ритма (9-12 Гц), которые в обычной ЭЭГ наиболее выражены.
Существует несколько способов измерения коэффициента пульсации освещённости.
Можно использовать прибор или приложения для смартфона: Flicker Tester , LED Flicker Finder , Flicker&Lux meter . Работоспособность приложений не проверялась, но, предположительно, первое должно работать лучше за счёт использования камеры, а 2 других хуже, потому что скорости работы датчика освещённости обычно не хватает.
1. Измерение коэффициента пульсации фотодиодом с подключением его в микрофонный вход компьютера.
Для этого нам потребуется любой фотодиод, аудиокабель, например от наушников, и программа виртуальный осциллограф на компьютере, вот она: VISUAL ANALYSER 2014 . Если в браузерах Internet Explorer и Microsoft Edge фильтр SmartScreen блокирует закачку, то можно использовать другой браузер или скачать программу с официального сайта .
К одному каналу кабеля подсоединяем фотодиод.
Плюс фотодиода к минусу кабеля (к общему проводу, экрану), минус фотодиода к плюсу кабеля (к сигнальному проводу).
Втыкаем кабель в микрофонный вход компьютера, запускаем программу, нажимаем в ней кнопку On. Ставим галочку рядом с Values. Для калибровки необходимо включить лампу накаливания 60 Вт (К П на разных сайтах от 11% до 18%, в примере используется 11%) , регулируя уровень входного сигнала микрофона и расстояние, добейтесь, чтобы при максимальной амплитуде значение Peak to peak (%fs) стало 11 (дальнейшее приближение лампы к фотодиоду не должно увеличивать это значение!), как на скриншоте:
Этот пункт Peak to peak (%fs) теперь будет показывать примерный коэффициент пульсации в цифровом виде и для всех других ламп (менять уровень микрофона больше не требуется). Для дальнейших измерений достаточно плавно приближать лампу к фотодиоду (амплитуда графика будет плавно увеличиваться), как только она начнёт уменьшаться, стоит остановиться - это и будет нужное значение, т.е. следует делать всё также, как и в процессе калибровки, но без изменения уровня входного сигнала микрофона.
Если осциллограф никак не реагирует на лампу , то нужно включить в программе другой канал, либо присоединить фотодиод к другому каналу на аудиокабеле.
Для определения частоты подсветки жидкокристаллических мониторов чувствительности некоторых фотодиодов может быть недостаточно, в этом случае нужно использовать солнечную батарею или другой фотодиод.
Для смартфона есть приложение Spectrum Analyzer ,похожее на описанное выше, но без числовых значений и калибровки, потому что на смартфоне не получится настроить уровень микрофона. Для работы нужно использовать 4-х контактный mini-jack 3,5 мм. Фотодиод или солнечная батарея подключается вместо микрофона проводной гарнитуры к двум выводам разъёма. Полярность зависит от марки смартфона. Может потребоваться первоначальное подключение фотодиода к проводу с неправильной полярностью, чтобы смартфон распознал подключение микрофона, после этого полярность нужно изменить для лучшей чувствительности, не вытаскивая штекер из смартфона. После запуска приложения нужно нажимать "минус" под верхним графиком 7 раз, пока крайние значения не станут равны 30000.
На левом скриншоте коэффициент пульсации 1%, на правом - 17%.
Ориентироваться следует по амплитуде верхнего графика. Чем больше амплитуда, тем выше коэффициент пульсации лампы.
Дальнейшее приближение фотодиода к лампе обязательно должно уменьшать амплитуду . Если этого не происходит, то сравнить лампы не получится, нужно взять более мощный фотодиод.
2. Измерение коэффициента пульсации с помощью фотодиода, резистора, с подключением в линейный вход компьютера.
З. Оценка коэффициента пульсаций, используя фотоаппарат.
Можно визуально определить наличие пульсаций, а при некотором опыте отличить лампу с большим коэффициентом пульсации от лампы с меньшим. Рекомендуется использовать телефон или смартфон. Некоторые камеры имеют встроенное подавление пульсаций, поэтому, если устройство не показывает мерцание лампы накаливания 75 Вт и мощнее, то нужно использовать другое. Камеру нужно подносить как можно ближе к лампе, чтобы она заняла весь экран. Может потребоваться нажатие кнопки автофокуса или изменение настроек. Ниже 2 видео пульсаций, сделанные смартфоном HTC Desire S:
Для просмотра в большем размере нужно нажать на ссылку с названием видео, или на кнопку YouTube во время проигрывания!
Эта 300 Вт лампа обладает наименьшим коэффициентом пульсации среди ламп накаливания меньших её по мощности - 4,5%, кроме ламп с толстой нитью, у которых К П ещё меньше. Вот так выглядит её график в виртуальном осциллографе:
4. Прослушивание пульсаций через наушники.
Для этого нужно подключить фотодиод или солнечную батарею к наушникам. Поднести фотодиод вплотную к лампе, солнечную батарею можно держать на расстоянии нескольких сантиметров от источника света, в зависимости от её мощности и лампы. При наличии пульсаций, в наушниках будет слышен примерно такой . Фотодиод будет создавать тихое гудение, особенно от ламп накаливания, поэтому рекомендую использовать . Он поможет избежать ошибок и позволит слышать пульсации света на значительном расстоянии.
5. Измерение коэффициента пульсаций с помощью мультиметра.
Подходит только мультиметр с возможностью измерения напряжения переменного тока в милливольтах . Ещё нужен фотодиод или солнечная батарея с резистором, как во втором способе. При одинаковом расстоянии между лампой и фотодиодом, нужно замерить переменное (U пер.) и постоянное (U пост.) напряжение на фотодиоде. В помещении должен быть свет только от измеряемой лампы. Для измерения переменного напряжения, в некоторых случаях, последовательно с мультиметром придётся подключать разделительный металлоплёночный конденсатор. В моём мультиметре конденсатор нужен только при измерении мВ с точностью до сотых при некоторых напряжениях. Формула: (U пер. *√2*2*100)/(U пост. *2). Пример: (0,00161В* √2*2*100)/(0,00609В*2)=37,387%. Слишком близкое приближение лампы к фотоэлементу и слишком большое расстояние от слабой лампы до фотоэлемента искажают значения .
6. По фотографиям с помощью Photoshop.
7. "Карандашный" тест.
Наиболее простой способ, показывающий наличие пульсаций от источника света. Можно использовать светлый карандаш или любой другой похожий предмет, а также хорошо подходят блестящие металлические стержни. При свете лампы необходимо быстро двигать его полукругом в двух пальцах, чтобы размытый след карандаша по форме напоминал веер.
При сильных пульсациях в "веере" будут заметны несколько карандашей. Чем сильнее коэффициент пульсации, тем более чётко будут различимы контуры карандашей. На фото Кп 37%, поэтому видны полосы, очертания очень размыты. Если свет не пульсирует, или мерцание небольшое, полос и контуров быть не должно. Способ не самый точный, поэтому, по возможности, рекомендую проверять его предыдущими.
Округлённые значения коэффициента пульсации некоторых ламп, измеренных вторым способом.
Лампа накаливания 15 Вт - 17%
Лампа накаливания 25 Вт - 12%
Лампа накаливания 6 В 30 Вт - 3%
Лампа накаливания 60 Вт - 11%
Лампа накаливания 75 Вт - 9%
Лампа накаливания 95 Вт - 8%
Лампа накаливания 200 Вт - 6%
Компактная люминесцентная лампа Philips 14 Вт - 11%
Светодиодная лампа IKEA Ледаре 10 Вт 600 лм матовая - 25%
Лампа Osram 11 Вт с дросселем - 41%
Светодиодная лампа FlexLED 8,5 Вт - 55%. Добавление 10 мкФ к 6,8 мкФ снизило пульсации до 37%, а ещё 33 мкФ уменьшило до 18%.
Светодиодная лампа Navigator 94 146 NLL-G105-18-230-2.7K-E27 18 Вт - 1%
Жду всех на каналах:
Новые статьи добавлены на второй сайт, на который можно перейти через кнопку "Спектроскопия" в меню сайта!
Содержание:Полупроводниковые осветительные приборы обладают множеством преимуществ и пользуются широкой популярностью среди широких масс населения. Среди них следует отметить сравнительно невысокий коэффициент пульсации светодиодных ламп, характеризующий степень безопасности того или иного источника освещения для человеческого глаза. Дело в том, что формирование зрения происходило только при солнечном свете, при отсутствии посторонних факторов.
По мере развития цивилизации, человечеству потребовалось дополнительное освещение для нормальной жизни и деятельности в темное время суток. В связи с этим . Следом за ними появились и современные осветительные приборы. Сравнительно недавно ученые обнаружили у них явление пульсации, отрицательно влияющее на организм. В результате, многие виды ламп были признаны недопустимыми для использования в детских учреждениях, и других помещениях с постоянным пребыванием людей.
Мерцание или пульсация светодиодных ламп
Эффект мерцания во время освещения создается практически всеми осветительными приборами. Пульсирующий не воспринимается напрямую человеческим глазом, поскольку частота пульсаций выше критической частоты слияния мельканий. Тем не менее, отрицательное воздействие присутствует, приводя к повышенной утомляемости. В случае усиления пульсации, возрастает глазное напряжение, наступает быстрая усталость, головные боли. В конечном итоге, человек уже не может сосредоточиться при выполнении сложной работы.
Максимальное мерцание создается обычными лампами накаливания. Поскольку мерцание полностью зависит от пульсаций источника питания, в светодиодных лампах эта проблема была решена путем использования драйверов, через которые к источнику света осуществляется подача постоянного электрического тока. Однако не все производители устанавливают качественные элементы, способные понизить уровень пульсации даже ниже допустимой нормы. Таким образом, конечный продукт имеет очень низкую стоимость, но и соответствующее неудовлетворительное качество.
В некоторых случают мерцание светодиодных ламп может появиться лишь через определенное время после их покупки. Это также свидетельствует о низком качестве товара. Наиболее выгодным вариантом считается приобретение дорогостоящих изделий, у которых на упаковке отражены технические характеристики, в том числе и коэффициент пульсации, являющийся важным параметром каждого источника освещения.
Что такое коэффициент пульсации
Основной характеристикой мерцания светового потока является коэффициент пульсации. Он представляет собой безразмерную величину, выраженную в процентах и показывающую степень колебания освещенности при временном изменении светового потока. За основу берется источник света, подключенный к переменному току. В формуле, приведенной на рисунке, Емакс и Емин соответствуют максимальному и минимальному значению освещенности за время ее колебания, Еср является средним значением освещенности за этот же промежуток времени.
Как показали исследования, даже при 10% коэффициенте пульсации возникает стробоскопический эффект, являющийся оптическим обманом зрения, появляющимся в результате искаженного восприятия предметов, находящихся в движении. В соответствии с нормами Российской Федерации, допустимая величина коэффициента пульсации установлена в размере 5-20% в зависимости от условий, в которых осуществляется зрительная работа.
В местах где чаще всего находятся люди, коэффициент пульсации не должен превышать:
- Помещения, где установлены компьютеры - 5%.
- Детские дошкольные учреждения - 10%.
- Учреждения общего, начального, среднего и высшего специального образования - 10%.
Кроме того, 10% норма устанавливается для помещений, где может появиться стробоскопический эффект и в помещениях, предназначенных для выполнения высокоточных работ.
Коэффициент пульсации не ограничивается в складских помещениях и производственных цехах, в которых люди пребывают лишь периодически и где отсутствует вероятность появления стробоскопического эффекта. Последний фактор может привести к возникновению опасной ситуации, когда вращение детали и частота мерцаний света будут совпадать. В этом случае деталь будет визуально казаться находящейся в неподвижном состоянии, из-за чего возрастает риск производственного травматизма.
Данные нормы были введены сравнительно недавно, но лишь в последнее время их соблюдение стало активно контролироваться. Практически все рабочие места на большинстве предприятий, учреждений и учебных заведений перестали отвечать санитарным нормам. Поэтому все мероприятия по результатам проверок направлены на улучшение качества .
Проверка уровня пульсации светодиодных ламп
Уровень пульсации определяется коэффициентом, который рассматривался ранее. При условии подключения светодиодных ламп к переменному току, в зависимости от схемы питания, коэффициент пульсации может составлять 1-30%, то есть охватывается весь возможный диапазон.
Для того чтобы определить этот коэффициент, необходимо произвести специальные измерения. При этом следует учитывать несколько факторов. Во-первых, все измерения должны проводиться только при переменном токе, поскольку постоянный ток дает нулевой коэффициент и мерцание полностью отсутствует. Во-вторых, не следует пытаться измерять пульсацию с помощью подручных средств, например, фотокамерой. Они лишь констатируют сам факт мерцания, а не его величину.
Поэтому для проведения измерений существуют специальные приборы с функцией преобразования излучения. Можно воспользоваться многоканальным радиометром «Аргус», пульсометрами-люксметрами «Аргус 07» или «ТКА-ПКМ/08» и другими аналогичными устройствами. Все они могут подключаться к компьютерам для проведения дополнительных вычислений с помощью специальных программ.
Если посмотреть на светодиодную лампочку через смартфон или видеокамеру, то можно обнаружить сильное мерцание. Если оно отсутствует, то можно попробовать приблизиться к лампочке на расстояние 20-30 см. У качественных светодиодных ламп качественный драйвер, в результате никакого мерцания не будет (у некоторых некачественных ламп мерцание может появиться через месяц-другой).
Также проверить наличие мерцания можно и при помощи карандашного теста. Для этого нужно просто помахать карандашом и посмотреть, остается ли след.
И конечно же мерцание (пульсации) можно измерить при помощи специальной аппаратуры).
Мерцающие лампы стоит ставить в коридор, туалет и любое другое помещение, где не проводишь много времени.
Самой первой светодиодной лампой у меня была Ikea LEDARE GU10 (802.559.07). После галогенных светодиодные лампочки порадовали меня отсутствием ультрафиолетового излучения, а также отсутствием мерцания.
200 лм для лампочки конечно оказалось маловато. Но для чтения хватало 5 лампочек, причем благодаря направленному свечению спотовых светильников. Что интересно, одна из галогенная лампочек прожила 2 года, тогда как первые четыре сгорели менее, чем за год. Интересно, 4 светодиодные лампы в том же светильнике как-то продлевают срок службы пятой галогенной или нет?
Следующими приобрел пару ламп свечек Ikea Ledare 402.540.90 E14 7W 400lm. Цветопередача у этих икеевских ламп заметно лучше, чем у многих других. Да и 400 люмен - в два раза больше 200. Перед покупкой я боялся, что в светильнике с лампами, расположенным горизонтально полу, светодиодные свечки не справятся из-за ограниченного угла. Но светили они неплохо. Правда, они заметно шире обычных ламп накаливания, так что поместятся не в любой светильник. И все бы ничего, тем более при такой цене, но эти светодиодные лампы мерцают
Следующими приобрел десяток светодиодных лампочек Philips E27 8W 9290002488. Взял сразу много, потому что был уверен, что Филипс производит качественную продукцию, а цена на распродаже в Ашане составляла всего 159 рублей. Позже обнаружил, что лампочки были произведены еще в 2010 году. Хотя на коробке написано 600 люмен, они заметно тусклее икеевской лампы E27 с маркировкой 600 люмен. При этом лампа Икеа Ледаре еще и больше по размеру, да мощность у нее выше. Всё бы ничего, но данные светодиодные лампочки Philips мерцают
В потолочном светильнике Евросвет (Eurosvet) 4807/12 помимо 12 галогенных ламп G4 используется и светодиодная подсветка. Мерцание светодиодов также можно заметить на камеру.
При этом галогенные лампы G4 в этой люстре не получится заменить на светодиодные. G4 - наверное, самый неподходящий конструктив для изготовления светодиодных ламп. Уж слишком маленький размер, чтобы туда можно было поместить хорошо светящие и качественные диоды, чтобы они еще и нормально охлаждались. 3 Вт - это пока практический предел для такого корпуса именно из-за проблем с теплоотводом, причем даже такие лампы могут сгореть очень быстро.
Но помимо низкой освещенности, в данной люстре еще приходится столкнуться с тем, что трансформатор рассчитан на активную нагрузку. Даже если светодиодные лампы с ним заработают (в том числе, если часть ламп оставить галогенными), мерцание будет просто кошмарным.
Чтобы поставить в люстру с цоколем G4, рассчитанную на галогенные лампы, светодиодные лампы, потребуется установка импульсного стабилизированного блока питания.
А также другие светильники Евросвет с цоколем G4 и пультом дистанционного управления!
Родители после моих опытов со светодиодными лампами и значительным сокращением счетов за электричество, также решили их попробовать. В магазине им предложили лампочки Gauss Elementary. Стал читать про этот "бренд", пишут, что их продукция присутствует только в России. Страницы на немецком могут попадаться, но реального присутствия в магазинах и тестирования за рубежом якобы нет. Также прочитал, что это китайские лампы по сильно завышенной цене, не соответствующей качеству. Цена в 310 рублей за лампу мне действительно казалась слишком завышенной для середины прошлого года. К счастью, данные лампы вообще не мерцают, если смотреть через видеокамеру:
(обновление) Снял светодиодные лампы Gauss Elementary повторно. Мерцание очень хорошо видно. Интересно, оно появилось со временем (прошло всего пару месяцев), или просто при съемке в первый раз камера была слишком далеко?
А вот помимо надписи Gauss Elementary я ничего другого на лампе не обнаружил. У ламп Филипс и Икеа маркировка конечно намного подробнее.
После таких опытов у меня остается сомнение, стоит ли верить всяким "Интернет-знатокам". Хотя ammo1 измерил индекс цветопередачи светодиодных свечек EB103101106, и он оказался равен 72,8, при том что на коробке написано >90. Может, с той же маркировкой сейчас идут уже другие лампы, но это тогда вообще странный шаг. Да и другие лампочки Гаусс уже могут мерцать.
Что касается проблемы с мерцанием, то ее иногда можно решить. Например, один из покупателей Ikea Ledare e14 802.489.93 на входе после моста поставил дополнительно конденсатор 2.2 мкФ на 400вольт, а на выходе поменял 220мкФ на 50В. К сожалению, не понимаю в электронике, так что подтвердить это не могу. Но если решение такое простое, то почему его не использует производитель? Потому что конденсаторы высыхают, а лампочки сильно нагреваются и способствуют этому?
Тестирование лампочек проводят многие, но одного российского ресурса вроде ledbenchmark.com с самыми популярными светодиодными лампами пока нет.
Кстати, очень полезно на лампе маркером писать дату установки. В будущем это поможет с легкостью определить, как долго она проработала. 20, 30 и тем более 55 тысяч часов - это очень приличный срок, так что все позабудется через годы. Да и с такой надписью легче следить, не сгорела ли лампа до окончания гарантийного срока.
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 пуьсации 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 невизуальное 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 невизуальным 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.
Самое опасное в невизуальном воздействии света – это то, что мы не чувствуем напрямую его влияния на наш организм и не можем принять меры для уменьшения опасных последствий такого воздействия на наше здоровье. Невизуальное воздействие света может приводить к расстройству биологических ритмов человека и к "циркадным стрессам", которые, в свою очередь, могут приводить к развитию таких заболеваний, как депрессии, бессонница, паталогии сердечно-сосудистой системы и рак. По-видимому, невизуальное воздействие света на организм человека, заметно более глубокое, чем визуальное, хотя, оно ещё очень мало изучено.
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
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, ислучаемого 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.
Газоразрядные (люминесцентные) лампы в качестве источника света используют электрический разряд в газовой среде, энергия которого затем преобразуется в видимый свет при помощи специального состава (люминофора), нанесённого на стенки колбы люминесцентной лампы. В отличие от ламп накаливания, люминесцентные лампы могут работать только от переменного напряжения питания, необходимого для формирования электрического разряда. Поэтому, при работе люминесцентных ламп всегда присутствует пульсация света. Люминофор, нанесённый на стенки колбы лампы, в зависимости от своего состава, обладает некоторой инерционностью, которая в большей или меньшей степени сглаживает пульсации от электрического разряда в колбе люминесцентной лампы.
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.
Качественные ЭПРА обеспечивают оптимальные условия работы люминесцентных ламп, значительно уменьшая не только коэффициент пульсации света, излучаемого лампой, но и заметно повышая долговечность и эффективность работы люминесцентных ламп. Однако качество разных ЭПРА может сильно отличаться как в плане долговременной надёжности работы, так и по значению коэффициента пульсаций света, излучаемого подключённой лампой. Несколько результатов измерения коэффициента пульсаций яркости люминесцентных ламп приведены в Таблице 1.
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).
фотоголовки ФГ-01 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.
|
Тип, мощность, описание лампы |
Кп, % (мощность 100%) |
Кп, % (мощность 50%) |
| Накаливания, 75 Вт | 10,8 | 15 |
| Накаливания, 60 Вт | 11 | 15 |
| Накаливания, 40 Вт | 15,4 | 20 |
| Галогенная, 60 Вт | 13 | 16 |
| Люминесцентная, цоколь, 9 Вт, тип 1 | 4,7 | 43,2 |
| Люминесцентная, цоколь, 9 Вт, тип 2 | 4,5 | 15,9 |
| Люминесцентная, цоколь, 11 Вт | 7,3 | 15,8 |
| Люминесцентная, ЛБ-40, 40 Вт, ЭмПРА | 41,5 | - |
| Люминесцентная, PL-9W, 9 Вт, ЭмПРА | 42,2 | - |
| Светодиодная, 1,5 Вт | 100 | 100 |
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.
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.
ВСЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СВЕТОВОЙ СРЕДЫ ◄
."◄
Практически 90 процентов информации наш мозг получает посредством органов зрения. Понятно, что для лучшего восприятия информации нам необходимо хорошее освещение. Наш организм прекрасно воспринимает естественное освещение . Но, к сожалению, мы (как наши предки) не можем себе позволить ложиться спать с заходом солнца. Поэтому нам приходится постоянно пользоваться искусственным освещением в помещении. Естественно, такое освещение имеет ряд минусов, по сравнению с естественным. Одним из которых можно смело назвать - пульсация (мерцание, моргание, мигание) ламп. Сегодня мы попробуем разобраться с таким понятием, как пульсация (мерцание, моргание, мигание) светодиодных ламп . Вообще. повышенная пульсация ламп происходит из-за периодических колебаний уровня светового потока , который мы получаем от любой лампы, в том числе и светодиодной.
Пульсация светового потока – это одна из характеристик искусственного освещения , показывающая частоту мерцания света.
Санитарные нормы и правила требуют максимальные уровни пульсации для каждого вида освещения. Согласно СП 52.13330.2011 пульсация допускается в диапазоне 10-20 процентов. В жилых помещениях такие требования не распространяются.
Скорее всего из-за этого на всех коробках светодиодных ламп попросту не указывают коэффициент пульсации. А зря... Как выясним позже, очень зря...
Реальные коэффициенты пульсаций светодиодных приборов
Мы знаем, что может быть как от постоянного, так и переменного напряжения . А это значит, что уровень (коэффициент) пульсации, мерцания, моргания любых светодиодных ламп будет полным повторением уровня пульсаций их источников питания.
Если лампа имеет питание от постоянного тока, то и световой поток. исходящий от нее будет постоянным, что само по себе значит нулевой коэффициент пульсации.
Но в наших домах постоянного напряжения нет. Поэтому, в зависимости от схемы питания светодиодных ламп, пульсация будет составлять от 1 до 30 процентов.
Часто бывает пульсация в светодиодных лампах появляется после. Не часто, но такая проблема тоже имеет место быть.
Для сравнения, за все время проводимых измерений были получены следующие цифры:
Коэффициент пульсации для индукционных ламп составляет не более 5%
- для ламп накаливания (галогенные) - не более 5%
- люминесцентные от 5-40 %
- светодиодные от 1-30%
Мы видим, что коэффициент пульсации (моргания, мерцания, мигания) светодиодных ламп может охватывать весь диапазон пульсаций, в зависимости от того, какая используется схема их электропитания.
Поэтому можно понять, что с пульсацией надо бороться и свести к минимуму. Так чем же вредна пульсация?
Вредность пульсации (мерцания, мигания) светодиодных ламп
Мы можем фиксировать изменение поступающей информации до 300 Гц. Визуально мы их не ощущаем, но на подсознательном уровне все ПЛОХО. Как правило, человек начинает чувствовать себя плохо, появляется дискомфорт, переутомление, головокружение. И хорошо, если Вы сталкиваетесь с такой пульсацией не надолго. Но если на рабочем месте у Вас постоянно такое освещение, то это станет (рано или поздно) причиной постоянного подавленного состояния, бессонницы, сердечно-сосудистых и возможно (еще не доказано. но ведутся исследования) онкологических заболеваний.
Также стоит отметить и такое важное и опасное состояние светодиодных ламп - стробоскопический эффект. Это доказанный и опасный факт. Его необходимо как можно быстрее "убирать" с рабочих мест. Пример стробоскопического эффекта: частота мерцания лампы совпадает с частотой вращения детали на каком-нибудь станке. От этого создается впечатление, что детали на станках "крутятся-вертятся" очень медленно. Из-за такого эффекта пострадали, покалечились, погибли не одна сотня работников.
Поэтому оптимальным коэффициентом пульсации ЛЮБОГО источника света стоит считать до 5 %.
Сравнение некоторых ламп по коэффициенту пульсации (мерцанию, морганию)
Ниже приведены графики протестированных ламп по коэффициенту пульсации:
1. Лампа накаливания 60 Вт - пульсация 18%
2. Лампа светодиодная Армстронг - пульсация 41%
3. Лампа люминесцентная 9 Вт WalSun - пульсация 31%
4. Лампа люминесцентная Camelion - пульсация 4%
5. Лампа люминесцентная ЛБ40 - пульсация 25%
6. Лампа светодиодная Philips 9 Вт - пульсация 3,2%
7. Лампа светодиодная кукуруза "китайская" - пульсация 68%
По полученным данным можно легко понять, что светодиодная лампа не дает нам основания считать о низкой пульсации. Самый хороший коэффициент можно считать светодиодную лампу Philips . Это не удивительно. Чем дороже лампа, чем лучше брэнд, тем лучше коэффициенты пульсации. И наоборот, повсеместное использование известных источников света (Армстронг) не говорит о том, что Вы получите качественное освещение.
Все-таки, перед покупкой стоит у продавца спрашивать сертификаты на лампы, комплектующие (если источник света собирается "на коленях"). Только тогда Вы сможете быть уверенным, что не получите негативного влияния от пульсации.
Видеообзор сравнение пульсации различных ламп
В данном видеоматериале Вы посмотрите ряд тестов сравнений по освещенности и коэффициенту пульсаций на ряде ламп: от ламп накаливания, до светодиодных.
Можно ли справиться с миганием светодиодных ламп
С миганием справиться достаточно просто, но только для тех, кто понимает где и что делать. Как правило, без паяльника тут не обойтись.
Все китайские модели не имеют драйвера в своих лампах. поэтому тут проблема решиться только с установкой драйвера. Но тут стоит понимать, что его надо еще найти таких размеров, чтобы в лампу установить.
Можно пробовать установить конденсатор. Тут надо помимо паяльника уметь считать. Для каждой каждой лампы свой. Тут без измерений не обойтись, чтобы правильно подобрать конденсатор.
Все способы сводятся только к замене или установке нормальных драйверов. Но опять же... Это дополнительные траты и трудозатраты. Скупой платит дважды! Поэтому не стоит скупиться и приобретать. Пульсация там будет, но минимальная, что нас абсолютно устраивает.
Для тех же, кто хочет все-таки самостоятельно убрать пульсацию (мигание, мерцание) есть хорошее подспорье - "Светодиодные лампы . Как убрать пульсацию Автор: Коллектив Издательство: Россия Год издания: 2015 Язык: Русский Формат: Mp4 Качество: отличное Размер: 408.20 Мб". Забейте в поисковик и у Вас все получится.
Как определить пульсацию (мигание, мерцание) светодиодных ламп
Одним из самых простых способов определить есть ли пульсация в Вашей лампе - использовать видеокамеру. Современные камеры в телефонах имеют параметр - гашение мерцания 50 или 60 Гц. Вам необходимо найти данную опцию в параметрах и включить ее. После этого, подводя камеру к лампе Вы сможете увидеть мерцание (ни с чем его не спутать). Если же картинка остается четкой - то поздравляем, мерцания в Вашей лампе или нет или она ничтожно мала.
Также можно с легкостью телефона и фотографии определить мерцание. Достаточно сделать фотографию лампы без засветки. Фотография Вам покажет есть или нет пульсации. Если на фото Вы видите горизонтальные затемненные полоски, то Вам не повезло...
Более серьезные методы - использование компьютера, фото а, резистора мы рассматривать не будем. Материала по этому вопросу достаточно много в сети. Ищите, да обрящите.
Одним из важнейших физических факторов на каждом рабочем месте является освещение. Освещение не только обусловливает возможность выполнения работ, но и обеспечивает уровень производительности и качества труда, травмобезопасность и состояние здоровья работников. Контроль и оценка условий освещения при аттестации рабочих мест производится в соответствии с требованиями Р 2.2.2006–05 «Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда» по методике, изложенной в МУ ОТ РМ 01-98/2.2.4.706-98 «Оценка освещения рабочих мест». При этом освещение оценивается по параметрам, характеризующим как количество, так и качество света. Среди показателей качества света особое место занимает пульсация освещенности. Этот параметр световой среды неизменно вызывает вопросы.
Анализ результатов аттестации рабочих мест с персональными компьютерами показывает, что большинство из них «условно аттестованы» по причине несоответствия требованиям норм по ограничению глубины пульсации освещенности. Причем зачастую не отвечают требованиям норм по ограничению пульсации новые осветительные установки, нередко выполненные импортными светильниками, имеющие современный дизайн и обеспечивающие достаточное количество света. В итоге внешне эффектные системы освещения не соответствуют требованиям по качеству освещения и оказываются вредными с точки зрения условий и охраны труда. Использование четырехламповых растровых зеркальных светильников в административных помещениях также нередко приводит к нарушению требований норм по пульсации освещенности. При этом обеспечение требуемых уровней освещенности не представляет проблемы.
При высоких уровнях освещенности оценка условий освещения как вредных вызывает недоумение у работодателей: света много, откуда может быть «вредность»? Однако эту «вредность» очень четко отмечают работающие в условиях повышенной пульсации, которые, не фиксируя ее визуально, выражают нежелание работать «при люминесцентных ламп ах». Проблема эта не нова, и, по словам выдающегося проектировщика-светотехника Г. М. Кнорринга, «в первые годы применения люминесцентных ламп, когда вред пульсаций недооценивался и для их ограничения не принималось мер, несколько хороших в остальном осветительных установок были скомпрометированы именно из-за пульсаций».
Что же такое пульсация освещенности? Среди показателей качества световой среды это, пожалуй, самый «коварный» параметр. Коварность пульсации светового потока заключается в том, что глаз не ощущает колебания света, но на них отрицательно реагирует мозг, и человек не понимает, по какой причине он очень утомляется и неважно себя чувствует.
Причина пульсации освещенности – переменный ток, питающий осветительные установки. Световой поток источников света при питании их переменным током промышленной частоты 50 Гц пульсирует с удвоенной частотой – 100 Гц (см. рисунок).
Явление это наиболее характерно для газоразрядных источников света. Процесс электрического разряда в этих лампах практически безынерционен и следует за частотой переменного тока, в связи с чем, зависящее от этого процесса излучение люминофора, обладающего лишь малым послесвечением, также непостоянно во времени. Следует отметить, что пульсация освещенности отмечается и в осветительных установках с лампами накаливания, она весьма незначительна при использовании мощных ламп (3-5 % при лампах мощностью 300-500 Вт), однако при снижении мощности до 100-60 Вт может достигать 11-18 %.
Пульсация светового потока зрительно не воспринимается, так как частота пульсаций 100 Гц превышает критическую частоту слияния световых мельканий. Электрофизиологические исследования показали, что пульсация неблагоприятно влияет на биоэлектрическую активность мозга, вызывая повышенную утомляемость. Это обусловлено изменением основной ритмической активности нервных элементов мозга, перестраивающих присущую им частоту в соответствии с частотой световой пульсации.
Отрицательное воздействие пульсации возрастает с увеличением ее глубины. Большинство исследователей отмечают отрицательное воздействие пульсации света на работоспособность человека как при длительном пребывании в условиях пульсирующего освещения, так и при кратковременном, в течение 15–30 мин. Это определяет требования к ограничению глубины пульсации светового потока в осветительных установках.
Поскольку основным количественным параметром осветительных установок является нормированный уровень освещенности, в качестве критерия оценки глубины световых колебаний в осветительных установках, питаемых переменным током, принят коэффициент пульсации освещенности на рабочей поверхности, характеризующий ее глубину. Он равен отношению половины максимальной разности освещенности за период колебания к средней освещенности за период, выраженному в процентах.
Экспериментально установлено, что отрицательное действие пульсации на организм человека достаточно мало только при глубине пульсации не более 5–6 % при частоте 100 Гц. При частоте колебаний света 300 Гц и более глубина пульсаций не имеет значения, так как на эту частоту мозг не реагирует.
При работе с ВДТ на электронно-лучевых трубках вопрос об ограничении пульсации освещенности встает особенно остро, так как мозг человека крайне отрицательно реагирует на два и более одновременных, но различных по частоте и некратных друг другу ритма световых раздражений. Именно такая ситуация складывается при работе на персональном компьютере . Поэтому к осветительным установкам в помещениях с компьютерами предъявляются весьма жесткие требования по пульсации освещенности – не более 5 %.
Ограничение пульсации освещенности требуется не только в помещениях с компьютерами, но и при выполнении других видов работ, особенно работ, относящихся к точным. При этом особенно следует обратить внимание на систему комбинированного освещения, где пульсация должны быть ограничена не только в местном освещении (как правило, для этого используются светильники с лампами накаливания), но и в общем. Есть основание считать, что периферическое зрение особенно чувствительно к пульсации, поэтому общее освещение также должно соответствовать нормативным требованиям (не более 20%). На практике нередко общее освещение механических цехов, выполненное светильниками с газоразрядными лампами высокого давления (ДРЛ, ДНаТ) без распределения по фазам сети, создает пульсацию освещенности, достигающую 80-90 %.
Следует отметить, что наличие пульсаций освещенности, превышающих нормативные требования, может вызвать, так называемый, стробоскопический эффект, то есть явление, когда предметы быстро движущиеся поступательно представляются имеющими многократные контуры. Вращающиеся предметы в зависимости от их скорости вращения могут казаться остановившимися, изменившими скорость или направление вращения. Искажение зрительного восприятия вращающихся, движущихся или сменяющихся объектов в мелькающем свете, возникающее при совпадении или кратности частотных характеристик движения объектов и изменения светового потока во времени может быть непосредственной причиной травматизма.
Меры ограничения глубины пульсации освещенности достаточно хорошо проработаны. Они изложены в любой справочной литературе по светотехнике («Справочная книга по светотехнике» под редакцией Ю.Б. Айзенберга, «Справочная книга для проектирования электрического освещения » под редакцией Г.М. Кнорринга и др.). Требование к обязательности оценки коэффициента пульсации освещенности изложено в Р 2.2.2006-05 «Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда» и в Методических указаниях «Оценка освещения рабочих мест». Контроль коэффициента пульсации освещенности в настоящее время осуществляется инструментально с помощью приборов.
Все отраслевые и ведомственные нормативные документы по освещению содержат нормируемые значения коэффициента пульсации, и их требования должны учитываться при проектировании осветительных установок (ОУ). Кроме того, ГОСТ 17677-82 «Светильники. Общие технические условия» также содержит требования по ограничению пульсации, в частности указано, что в светильниках с числом ламп, кратным двум, должны применяться пускорегулирующие аппараты, обеспечивающие сдвиг фаз между токами ламп (см. п.3.2.3 ГОСТ). И требования этого ГОСТа должны в обязательном порядке выдерживаться.
Теоретически все наши действующие осветительные установки должны обеспечивать надлежащее качество освещения. Тем более что практическое обеспечение требований норм по ограничению глубины пульсации освещенности технически достижимо: использование наиболее подходящих для данного вида работ источников света, ПРА с «расщепленной фазой», включение ламп на разные фазы сети, при необходимости использование ВЧПРА.. Однако, как показывают результаты обследования освещения, почти все существующие осветительные установки на рабочих местах с компьютерами не обеспечивают нормируемую глубину пульсации освещенности и, как правило, она составляет 28-35 %, а иногда достигает 41-50 %.
Решения, обеспечивающие соблюдение нормативных требований к освещению (как по количеству, так и по качеству), должны обеспечиваться на стадии проектирования. К сожалению, уровень проектирования осветительных установок в настоящее время оставляет желать лучшего. К тому же при сертификации светильников не проверяется коэффициент пульсации освещенности. Положение осложняется еще и тем, что отечественные заводы – изготовители светильников в большинстве своем не соблюдают требования ГОСТ16677-82 в части ограничения глубины пульсации освещенности. Нередко осветительные установки в кабинетах, где имеются рабочие места с компьютерами, монтируются вообще без проектов, просто кому-то понравились светильники в соседнем учреждении, решили себе установить не три, а, например, четыре таких светильника – чтобы светлее было! И если не соблюдается порядок монтажа осветительных установок, то о каком качестве освещения можно говорить. К слову сказать, грамотное проектирование освещения в помещениях с компьютерами является сложной задачей, технические решения иногда приходится принимать на уровне компромисса, с такой задачей способен справиться лишь опытный специалист-светотехник.
Справедливости ради надо отметить, что в последнее время на освещение, наконец-то, обратили внимание. Многие работодатели имеют намерение привести осветительные установки в состояние, соответствующее требованиям норм, в том числе и по коэффициенту пульсации освещенности. Многие из них сталкиваются с проблемой отсутствия информации о возможности приобретения соответствующей качественной аппаратуры, и это в то время, когда любой производитель ищет рынки сбыта и с готовностью предложит свою продукцию.
К сожалению, для обеспечения требуемых норм пульсации освещенности сегодня нередко приходится реконструировать действующие вновь смонтированные установки. Однако этот процесс нельзя пускать на самотек. Современный светотехнический рынок наполнен как дешевыми некачественными изделиями, так и продукцией высокого уровня , но дорогой. Чтобы разумно выбирать «золотую середину», без специалистов, владеющих вопросами освещения, не обойтись.
Надо еще раз обратить внимание на необходимость качественного проектирования вновь создаваемых осветительных установок, недопустимо монтировать системы освещения без соответствующих проектов. Нужно более ответственно подходить к процессу приемки осветительных установок в эксплуатацию, а производственный контроль проводить в полном соответствии с требованиями нормативной документации. Следует решить вопрос с информацией: потребители должны знать, что им нужно, и где это приобрести, а производителям необходимо предоставлять сведения о своих изделиях в полном объеме, причем в форме, доступной и понятной для покупателей.
К сожалению, информацию о продаваемых светильниках получить очень трудно. Продавцы твердят о наличии сертификата на светильник, об указании в паспорте светильника на соответствие его требованиям ГОСТ (как правило, это требования ГОСТ по пожарной безопасности). Никаких указаний по типам установленных ПРА в паспорте не содержится. То есть нужно очень хорошо представлять, как задать интересующий вопрос по поводу ограничения коэффициента пульсаций, чтобы получить адекватный ответ.
Что же касается реконструкции действующих осветительных установок, то наиболее целесообразным вариантом решения этой проблемы представляется разработка типовых рекомендаций с привлечением грамотных специалистов – светотехников.
Мы вкратце вспомнили историю искусственного освещения, а также немного поговорили о том, какие основные параметры есть у энергосберегающих ламп вообще и светодиодных ламп в частности. Сегодня, как и было обещано, мы перейдем к замерам и сравнениям (однако пока что без раскручиваний).
А стоит ли оно того?
Прежде всего меня волновал очевидный вопрос – все же, так ли сказочно эффективны обычные светодиодные лампы, которые можно купить в магазине, в реальных условиях? Чтобы ответить на него, я решил замерить освещенность, создаваемую в моей комнате разными лампочками, вкрученными в одну и ту же (мою) люстру. Исходно в ней стояли три двадцативаттных КЛЛ «Эра»; для сравнения я взял три светодиодных лампы Gauss по 12 Вт (утверждается, что это аналог 100 Вт лампы накаливания) и, для чистоты эксперимента, три обычных лампы накаливания по 95 Вт. Измерения проводились в центре комнаты, то есть именно там, где яркость освещения мне наиболее интересна и необходима. Скажу сразу - с точки зрения фотометрии это, наверное, не совсем корректно; но вот с точки зрения обычной жизни такое сравнение, как мне кажется, представляет основной интерес, так как отражает поведение лампочки не в интегрирующей сфере, а в самой обычной люстре.Измерения проводились люксометром Mastech MS6610 . Стороннюю засветку я исключил плотными шторами (при выключенном освещении прибор показывал ноль люкс). Поскольку световой поток люминесцентных и светодиодных ламп зависит от их температуры, значения освещенности снимались два раза – сразу после включения и после десятиминутного прогрева (эмпирически было выяснено, что после десяти минут работы освещенность изменяется крайне незначительно). Лампы накаливания, разумеется, прогревать не надо, поэтому для них измерение проводилось только один раз, сразу после включения, чтобы не испортить люстру, расчитанную, если мне не изменяет память, максимум на 40 Ватт (для лампы накаливания) в каждом рожке. Результаты сего опыта можно наблюдать в таблице ниже.
Ну что же, видно, что этом тесте светодиодные лампы (как минимум те, что были у меня) и правда превосходят все, что ныне можно вкрутить в обычный патрон E27 (за исключением, может быть, какой-нибудь экзотики). С лампами накаливания все понятно – я и так догадывался, что результат будет не слишком впечатляющим. Интереснее сравнить светодиодные лампы и все еще популярные КЛЛ.
Сразу бросается в глаза, что за первые десять минут КЛЛ изменяют яркость почти в пять раз. На практике это означает, что для бытового сценария «зашел в комнату (кладовку) на две минуты найти что-то» они подходят хуже всего – к моменту выхода на рабочий режим их скорее всего уже выключат. Это помимо того, что газоразрядные лампы и так плохо переносят частые включения, хотя, положим, в кладовке они могут быть и не такими частыми, но, тем не менее, непродолжительными. Светодиодные лампы, напротив, несколько снижают яркость по мере прогрева – падение напряжения, а, следовательно, и мощность (при постоянном токе) на нагретом светодиоде меньше. Тем не менее, разница в яркости здесь не носит такого сногсшибательного характера, как в случае КЛЛ (что косвенно говорит о достаточно хорошем теплоотводе конкретно в этих лампах). К слову, видно, что и после прогрева разница все еще в пользу светодиодов, хотя ее размер таков, что можно считать освещенность, создаваемую и теми, и другими, примерно равной. Однако мы говорим о примерно равной освещенности, создаваемой двадцативаттной КЛЛ и двенадцативаттной LED-лампой – экономия по мощности почти в два раза. Про лампы накаливания можно даже не говорить – при во много раз большей мощности потребления по создаваемой освещенности они проигрывают и КЛЛ, и светодиодам. Кроме того, как я уже упоминал выше, девяностопятиваттные лампы в мою люстру вкручивать вообще нельзя, так что в реальности с лампами накаливания я бы не получил даже этих ста люкс. Разумеется, такое ограничение связано с нагревом.
Лампы накаливания, очевидно, уже сошли с дистанции, так что давайте сравним КЛЛ и светодиодную лампу по нагреву.
Эти изображения также были сняты после десятиминутного прогрева. Видно, что КЛЛ греется до ста градусов и более, в то время как максимальная температура светодиодной лампы составляет лишь около шестидесяти. То есть, возможность обжечься об КЛЛ, в принципе, существует (белок начинает сворачиваться при восьмидесяти градусах Цельсия), в то время как со светодиодной лампой это невозможно в принципе. Мелочь, но приятно.
Больше промеров
Итак, мы разобрались, что с точки зрения тех характеристик, которые приходят в голову первыми, светодиоды явно лучше. Время поговорить о более тонких материях, таких как коэффициент мощности и коэффициент пульсаций. Об этих хактеристиках почему-то вообще вспоминают редко, и, разумеется, их (пока что?) никогда не пишут на упаковках, а зря.Коэффициент пульсаций является очень важным показателем. Несмотря на то, что изменения яркости с частотой более 16 – 20 Гц наш мозг сознательно не обрабатывает, эффект от них вполне заметен. Существенные пульсации общей освещенности могут привести к повышенной утомляемости, мигреням, депрессиям и прочим малоприятным вещам по части психики. Нормируется этот показатель в СНиП 23-05-95 . Там очень много разных таблиц, но, в целом, из них можно вынести, что коэффициент пульсаций общего освещения не должен превышать 20%. Стоит оговориться, что разговор обо всем этом имеет смысл до частоты около 300 Гц, поскольку далее на изменения освещенности уже не успевает реагировать сама сетчатка, и потому в этом случае в мозг просто не приходит раздражающего сигнала.
Коэффициент мощности для конечного потребителя, в принципе, неважен. Этот параметр показывает отношение активной мощности, потребляемой прибором, к полной мощности , учитывающей реактивную часть, не производящую полезной работы, но, в частности, греющую провода. Также распространено название «косинус фи» - это все оттого, что интересующая нас величина может вводиться как косинус некоторого условного угла. Максимальное, идеальное значение коэффициента мощности – 1. Бытовые счетчики учитывают только активную мощность , ее же пишут на упаковках; для потребителя в этом смысле проблем нет. Однако, если мы говорим о глобальных масштабах (например, миллионный город, целиком освещаемый светодиодными светильниками), низкий коэффициент мощности может создать большие проблемы энергетикам. Поэтому его оценка – оценка лампы в смысле светлого светодиодного будущего.
Мощность и коэффициент мощности я мерял головкой muRata ACM20-2-AC1-R-C . Коэффициент пульсаций измерялся осциллографом Uni-Trend UTD2052CL , к которому подключалась следующая схема:
Кому интересно, это классический частотно-компенсированный преобразователь «ток-напряжение» на операционном усилителе, дополненный искусственной средней точкой. Питается, для исключения наводок, от батареи. Диод BPW21R – прибор фотометрического класса с характеристикой, компенсированной согласно чувствительности человеческого глаза. Документация гарантирует линейность тока в зависимости от освещенности в фотогальваническом режиме, так что схема выдает напряжение, прямо пропорциональное освещенности фотодиода и вполне годится для измерений коэффициента пульсаций. Определяется он, кстати, как отношение размаха пульсаций к удвоенному среднему значению. И размах, и среднее значение входят в стандартные автоматические измерения любого современного цифрового осциллографа, так что с этим проблем нет – остается только удвоить и поделить. Сравнения результатов измерений этой импровизированной конструкцией со значениями, выдаваемыми прибором «ТКА-ПУЛЬС» (Госреестр), показали расхождение измеренного коэффициента пульсаций не более процента.
Итак, результаты замеров для ламп, которые оказались у меня под рукой:
С цоколем E27:
С цоколем E14:
Про лампу Wolta стоит поговорить отдельно
На упаковке читаем гордую надпись:
«Оптимальная для глаз частота мерцания». Офигеть! Что там за частота-то такая? Может быть, они имеют в виду, что она далеко за пределами регламентированных санитарными нормами трехсот Герц?
На осциллографе видим:
100 Гц, коэффициент пульсаций 68%. По СанПиН не проходит. Что они понимают под оптимальностью - загадка…
Как мы видим, здесь у светодиодных ламп не все так радужно. Тут же выясняется очень интересный факт – похоже, что о качестве светодиодных ламп нельзя судить только по производителю; одни и те же бренды, вообще говоря, ставят как рекорды качества, так и антирекорды. Надо отметить, что общий вердикт, представленный в таблице, я выносил, придавая большее значение коэффициенту пульсаций, чем коэффициенту мощности, по причинам, изложенным выше. Но даже коэффициент пульсаций в 1% не может до конца оправдать коэффициент мощности, равный 0.5, в случае промышленного изделия, продаваемого миллионными тиражами. Впрочем, для дома лучше взять такую лампу, чем изделие с единичным коэффициентом мощности и уровнем пульсаций в 50%.
Разумеется, лампы с коэффициентом пульсаций более 20% категорически не подходят для общего освещения (в люстру по шесть штук такое вкручивать не стоит). К слову, для упомянутых мной КЛЛ «Эра» он составляет чуть менее 10%, а для классической лампы накаливания - около 13%.
Последние параметры, о которых можно вскользь поговорить, это цветовая температура и индекс цветопередачи. Несмотря на то, что они формализуются, на бытовом уровне все сводится к «нравится/не нравится». Должен сказать, что все протестированные лампы в этом плане меня порадовали - ни у одной не было явного уклона в синеву или избыточную желтизну, все имели приятный белый оттенок. Но это, разумеется, на мой вкус, и только.
В следующих статьях мы наконец-то посмотрим, что у ламп внутри, и попытаемся разобраться, какие внутренние причины делают хорошие лампы хорошими, а плохие – плохими.
