Пульсация светового потока и способы ее снижения реферат
Обновлено: 05.07.2024
Пульсации освещенности: проблемы, метрология и расчет.
Современные системы освещения имеют множество преимуществ перед устаревшими лампами накаливания и даже газоразрядными лампами, среди которых выделяются высокая энергоэффективность, большой срок службы, низкая стоимость обслуживания, более широкие и новые сферы применения и многое другое. Поэтому переход на современное энергосберегающее освещение неизбежен. Однако современным системам освещения на современном этапе свойственны свои недостатки – это, во-первых, относительно высокая цена, недостаток опыта правильного применения, большая доля некачественной продукции, несоответствие параметров источников света действующим нормативам. Очень часто, как показывает практика, наши клиенты сталкиваются с проблемой повышенных пульсаций светового потока и вытекающей из этого пульсации освещенности.
Пульсации освещенности и их влияние на организм человека
Требования нормативных документов к уровню пульсации освещенности мы рассмотрим чуть позже. Предварительно хотелось бы вкратце затронуть проблему влияния пульсаций света на организм человека. К сожалению, многие производители систем освещения и инженеры по освещению относятся к этим требованиям как к бесполезному раздражающему фактору, усложняющему им жизнь. Однако, исследования воздействия пульсирующего света на организм человека, которые проводились с середины ХХ века, показали, в частности, что мозг человека воспринимает пульсации света, частотой до 300 Гц. Например, в работах [1] приводится ЭЭГ мозга человека (Рис.1), на которой видно, что при воздействии пульсирующего света на ЭЭГ мозга появляются навязанные пики активности с частотой пульсации света. Эти навязанные ритмы подавляют естественные биоритмы нервной системы (в данном примере, частота пульсаций света составляла 120Гц).
Рис. 1. ЭЭГ человеческого мозга в затемненной комнате (а), ЭЭГ человеческого мозга в комнате, освещенной лампами, с частотой пульсации светового потока 120 Гц
В ходе проведения тех же экспериментов было установлено, что при уровне пульсаций света 5-8% уже возникают признаки расстройства нормальной электрической активности мозга, а пульсации, глубиной 20%, вызывают такой же уровень расстройств нормальной активности мозга, как и пульсации освещенности с глубиной 100%. Также была определена критическая частота пульсаций света 300 Гц, выше которой человеческий организм воспринимает пульсирующий свет как постоянный. Аналогичные результаты были получены в работе [2] . Надо отметить, что видимые (частотой до 60…80 Гц) и невидимые глазом (от 60…80 Гц и до 300 Гц) пульсации света оказывают разное (визуальное и невизуальное) воздействие.
Видимые глазом пульсации освещенности вызывают прямое зрительное раздражение, мы их ощущаем, они доставляют дискомфорт, утомляют зрение, нервную систему и мозг. Однако мы их видим и пытаемся сознательно или на уровне подсознания бороться с ними – ограничивать время пребывания в помещениях с пульсирующим светом, рефлекторно настраиваем зрение и мозг на ограничение влияния таких пульсаций, в конце концов меняем раздражающую нас лампу или светильник на другую, с отсутствующими пульсациями. Таким образом, вред или, по крайней мере, дискомфорт от видимых пульсаций мы хорошо ощущаем и, по мере возможности, боремся с ними.
Начиная с частот 60-80Гц (зависит от индивидуальных особенностей человека) мы перестаем визуально ощущать воздействие пульсаций освещенности – мы их не видим. Такая частота называется критической частотой слияния мельканий (КЧСМ). То есть наш мозг не успевает обрабатывать поступающую информацию об изменениях интенсивности светового потока. Однако, эти пульсации освещенности детектируются зрительными рецепторами, но не обрабатываются как визуальная информация и воздействуют напрямую на работу прочих отделов мозга. В конечном итоге, высокочастотные пульсации света влияют на гормональный фон человека, суточные биоритмы и связанные с ними работоспособность, утомляемость, эмоциональное самочувствие.
При длительном воздействии пульсации освещенности могут приводить уже к хроническим заболеваниям не только органов зрения, но и сердечно-сосудистой и нервной системы. То есть, мы видим, что требования к уровню пульсаций освещения возникли не на пустом месте и задолго до появления современных источников света.
Проблема недостатка серьезного контроля за уровнем пульсаций освещения постоянно поднимается российскими медиками [3] . Идет постоянная работа по разработке современных стандартов качества освещения.
Нормативные требования к уровню пульсаций освещенности
Требования к уровню пульсаций искусственной освещенности разбросаны по разным нормативным документам. Вот выдержки из некоторых:
Итак, можно обобщить, что пульсации освещенности, частотой до 300 Гц, на рабочих местах не должны превышать 20%, а в некоторых случаях (при работе с ПЭВМ) – 5%. В местах временного пребывания (коридоры, лестницы, переходы и т.п.) уровень пульсации не нормируется. Также не нормируются пульсации освещенности, частота которых превышает 300 Гц.
Пульсации освещенности: расчёт пульсации светового потока
По ГОСТ Р 54945-2012 уровень пульсации освещенности характеризует коэффициент пульсации (Кп). Он представляет собой отношение разности между максимальным и максимальным значениями освещенности к среднему значению освещенности за время измерения.
Ф. 1. Формула расчета коэффициента пульсации по ГОСТ Р 54945-2012
где Емин – зафиксированный минимум значения освещённости (см. Рис.2),
Емакс – зафиксированный максимум значения освещённости (см. Рис.2),
Еср – среднее значение освещённости за время измерения (см. Рис.2)
Рис. 2. Графическое изображение параметров пульсации светового потока
По ГОСТ Р 54945-2012 в качестве Еср необходимо брать интегральное значение освещенности. Тогда полная формула для расчета коэффициента пульсаций имеет вид:
Ф. 2. Формула расчета коэффициента пульсации по ГОСТ Р 54945-2012
где Т – время измерения.
Однако, до недавнего времени, для расчетов коэффициента пульсации в качестве Еср часто использовали среднеарифметическое значение:
Ф. 3. Формула расчета Еср
тогда формула для расчета пульсаций освещенности принимает вид:
Ф. 4. Полная формула расчета коэффициента пульсации освещенности
Особенности расчета коэффициента пульсаций
При измерении сигналов с формой, близкой к гармонической, результат расчет коэффициента пульсаций по формулам (2) и (4) практически совпадают. Однако, при расчете коэффициента пульсации импульсных сигналов, результаты расчетов по формуле (2) и (4) могут сильно отличаться. В частности видно, что при расчете по формуле (4) значение Кп никогда не может превысить 100%, в то время, как при расчете по формуле (2), при больших скважностях сигнала, может значительно превышать 100% и более.
Рис. 3. Измерение мерцания ЭЛТ-монитора
Об этой особенности расчета необходимо помнить при измерении коэффициента пульсаций у источников освещения, управляемых импульсными преобразователями или источниками питания (например, диммерами). И в целом, следует избегать применения для управления освещением низкочастотных импульсных преобразователей (с частотой преобразования 300 Гц и ниже) и тиристорных регуляторов с фазовой регулировкой мощности (регулировка мощности за счет включения нагрузки лишь на часть периода переменного сетевого напряжения).
Измерения коэффициента пульсации освещенности
Сегодня в Интернете на различных тематических ресурсах активно обсуждаются различные способы определения пульсации светового потока от любых источников. Начиная от „карандашного метода“, с помощью цифровых фото- и видеокамер и заканчивая фотодиодом, подключенным к осциллографу. Не будем углубляться в описание и сравнение всех подручных методов (это тема, скорее, для разнообразных форумов и блогов), но, по нашему твердому убеждению, ни один из этих методов не дает хотя бы минимальной гарантии того, что Вы сможете таким способом хотя бы „поймать“ пульсацию, не говоря уже о том, чтобы измерить коэффициент пульсации.
Пульсации освещенности современных ламп и светильников: опыт измерения
В нашей практике есть множество примеров удачного и неудачного применения новых систем освещения. По приведенным ниже примерам из жизни хорошо видно, что технологии современного освещения находятся еще на стадии становления. И поэтому на рынке присутствует большое количество либо не совсем „зрелых“ решений, либо зачастую откровенных подделок или брака. В то же время, мы видим, что все эти проблемы решаемы, особенно, если перед реализацией проекта освещения провести аккуратную работу по расчету и тестированию предлагаемого решения и заранее локализовать или вообще устранить потенциальные проблемы.
Например, наличие пульсаций у светильника или лампы, как правило, сигнализирует о том, что производитель, возможно, решил сэкономить на производстве, т.к. для обеспечения низкого уровня пульсации требуются некоторые небольшие дополнительные затраты с его стороны. И будет справедливо предположить, что если производитель немного сэкономил на подавлении пульсаций, то он, скорее всего, мог сэкономить и на других компонентах, что может привести к ухудшению характеристик лампы или светильника, таких как срок службы, цветопередача, энергоэффективность, электромагнитная совместимость, защита от перегрузок и перепадов напряжения в сети и многое другое…
Вот лишь несколько примеров из реальной жизни, связанных с измерением уровней пульсаций, причин их возникновения и борьбой с ними.
Коэффициент пульсаций: заключение
На многие вещи, связанные с повседневной деятельностью человека, зачастую влияет качество света—это давно известный факт. Иногда мы даже не задумываемся о последствиях—процессы проходят на подсознательном уровне, почти как во сне. Как снизить нагрузку на мозг в четыре раза и увеличить эффективность труда, а также о других эффектах пульсации светового потока—подробнее в нашей статье.
В двух словах
Пульсация светового потока = эффект мерцания.
Снижение пульсаций источника света является важной составляющей в борьбе за качество света. В последнее время одним из заметных трендов на рынке LED-освещения становится гонка за нулевым значением коэффициента пульсации. Так ли это важно на самом деле, давайте разбираться
Подробнее о коэффициенте пульсации
Пульсация светового потока—это одна из основных характеристик источников искусственного освещения, отражающая частоту мерцания и качество света в целом. Характеризуется данный эффект специальным параметром—коэффициентом пульсации.
Для тех, кто любит формулы и ГОСТы
Коэффициент пульсации—это относительная величина и измеряется она в % от разности максимального и минимального значений освещенности в люксах, приведенная к усредненному значению освещенности за период.
В России ограничения по значениям Kп светильников регламентируются СНиП 23-05-95, ГОСТ 17677-82 и СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. В Европе и США подобных норм не существует. Основные ограничения, существующие в России:
Пульсации освещенности, частотой до 300 Гц, на рабочих местах не должны превышать 20%, в некоторых случаях (при работе с ПЭВМ) – 5%.
В местах временного пребывания (коридоры, лестницы, переходы и т.п.) уровень пульсации не нормируется.
Предыстория появления эффекта
Физика работы LED такова, что включение диода возможно только при определенном значении силы тока и его направлении. Для подключения светодиодных светильников в цепях переменного напряжения (бытовой сети) и управления их яркостью мы, как специалисты-светотехники, вынуждены применять специальные пускорегулирующие устройства—LED-драйверы и диммеры с широтно-импульсной модуляцией—ШИМ (о ней читайте в нашей следующей статье).
И здесь все просто—колебания тока на выходе таких устройств порождает колебания светового потока LED, именно поэтому применение пускорегулирующей аппаратуры в системах освещения порождают подобный специфический эффект.
В этом плане обычная лампа накаливания подвержена тем же самым воздействиям со стороны питающей сети. Однако, она более инертна по своим характеристикам, поэтому мерцания частотой в 50 Гц фактически отсутствуют.
Теперь немного о том, как пульсация света может влиять на самочувствие человека и чем она опасна.
О пороге восприятия частоты пульсаций света и их влияние на человека
В большинстве случаев человеческий глаз не фиксирует пульсацию источника искусственного света, поскольку существует определенный порог восприятия, связанный с особенностями нашего зрения и частотой самих пульсаций.
Многократными исследованиями доказано, что критическая частота восприятия пульсаций—300 Гц, при достижении этого значения человеческий мозг перестает воспринимать их как таковые. При частоте до 120 Гц мозг на подсознательном уровне воспринимает пульсацию как некий “месседж” и пытается его обработать. Считается, что таким образом, человек воспринимает до 4 частот мерцаний от различных источников света, что в значительной степени повышает “загруженность” его центрального вычислителя—головного мозга.
Можно выделить два вида влияний пульсации светового потока на человека: краткосрочные и долгосрочные, см. таблицу 1.
Таблица 1
Влияние пульсаций на человека
Краткосрочное влияние
Долгосрочное влияние
усталость органов зрения
снижение внимания
утомляемость организма
замедление активности мозга
тошнота и нарушение пищеварения
нарушение циркадных ритмов
депрессия
бессонница
патология сердечно-сосудистой системы
патология органов зрения
патология ЖКТ
эректильная дисфункция
расстройство НС
Стробоскопический эффект — положительные и отрицательные стороны
Наиболее опасным последствием пульсации света можно назвать стробоскопический эффект на промышленных объектах, где присутствуют быстро движущиеся открытые механизмы и детали машин. Частота их вращения может совпасть с частотой мерцания света и может показаться, что механизм неподвижен, что зачастую является причиной серьезных травм и повреждений, см.рисунок ниже
Эффект мерцания источника света может быть зафиксирован при фото- и видеосъемке на коротких выдержках—тот эффект, о котором было рассказано в самом начале статьи. Данный неприятный момент может испортить не только несколько фотографий, но и испортить имидж студий и съемочных павильонов.
Световое оборудование для клубов и концертных площадок
Лазерные и диодные стробоскопы—это одни из самых распространенных световых девайсов, которые любят применять в клубах и на дискотеках. Интересный кратковременный световой эффект повышает настроение посетителям и является абсолютно безвредным для человека.
В заключение от Aledo
В последнее время нам все чаще приходится слышать о том, что на рынке появляются светильники с коэффициентом пульсации 1-2%—это результат борьбы производителей LED за конкурентные преимущества, о которых мы писали в самом начале статьи.
Наша позиция в этом вопросе такова: коэффициент пульсации источника света 20%—это абсолютно нормальное и допустимое значение, обозначенное в ГОСТе и СанПиНе. Конечно, существуют условия труда и быта человека, где необходимо максимальное снижение Kп (до 5% и ниже), но это весьма частные и редкие случаи. Мы всегда стараемся анализировать проект, исходим из реальных потребностей наших клиентов и предлагаем наиболее рациональные варианты для систем освещения.
Кстати, в шоуруме kaledoscop есть специальный прибор, который мы используем для тестирования наших решений и поставляемого оборудования,—пульсометр. Приезжайте к нам в гости, за чашкой кофе или чая, мы сможем показать на деле, что такое пульсация светового потока и какие решения существуют в России и мире для снижения подобного эффекта.
УДК 614.8
ББК 65.9(2)248
Работа публикуется в авторской редакции, орфографии и пунктуации
Компьютерная верстка: Куликова М. П.
Ó Составление. ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский
Ó Хулелидзе К. К., Кондратьев Ю. И., Амбалов В. Б.,
Баратов А. Г., Джиоева А. К., Ростованов С. Э.,
Бидеева Б. М., составление, 2014
Отпечатано в отделе оперативной полиграфии СКГМИ (ГТУ).
362021, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.
Оглавление
| Предисловие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Лабораторная работа. Исследование пульсации светового потока источнков света. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Лабораторная работа. Исследование опасности электромагнитных полей радиочастот и защитных средств от их действия. Лабораторная работа. Защита от теплового излучения. . . . . . . Лабораторная работа. Эффективность и качество освещения. Лабораторная работа. Противопожарная техника. . . . . . . . . . . Лабораторная работа. Исследование метеорологических условий производственной среды. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Лабораторная работа. Оказание первой помощи пострадавшим. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Лабораторная работа. Исследование запылённости воздушной среды. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Лабораторная работа. Средства индивидуальной защиты органов дыхания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Лабораторная работа. Изучение опасности поражения человека электрическим током при появлении шагового напряжения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Лабораторная работа. Звукоизоляция и звукопоглощение. . . . Лабораторная работа. Исследование методов защиты от вибрации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 3 5 12 22 29 42 50 57 69 76 83 89 94 |
Предисловие
Проблемы обеспечения безопасности человека приобретают особую остроту в производственной среде, в которой осуществляется трудовая деятельность человека и происходит формирование различных опасных и вредных факторов. Совокупность факторов производственной среды и трудового процесса, оказывающих влияние на работоспособность и здоровье работника, составляет условия труда.
Длясовременного производства характерны быстрая смена технологий, обновление оборудования, внедрение новых процессов, материалов, которые недостаточно изучены с точки зрения негативных последствий их применения – это предъявляет повышенные требования к умению руководителей производств организовать безопасные условия труда.
Специалист должен уметь:
– проводить контроль параметров и уровня отрицательных воздействий на организм человека на их соответствие нормативным требованиям;
– эффективно применять средства защиты от отрицательных воздействий;
– разрабатывать мероприятия по повышению безопасности и экологичности производственной деятельности;
– планировать и осуществлять мероприятия по повышению устойчивости производственных систем и объектов;
– осуществлять безопасную и экологичную эксплуатацию систем и объектов; планировать мероприятия по защите производственного персонала и населения в чрезвычайных ситуациях и при необходимости принимать участие в проведении спасательных и других неотложных работ при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.
Цель настоящего руководства – приобретение будущими специалистами практических навыков по выявлению (идентификации) и количественной характеристике опасных и вредных факторов в различных сферах жизнедеятельности. В соответствии с главной задачей изучаемой дисциплины важно приобретение практических навыков пользования нормативными документами; умение измерять уровни воздействия негативных факторов и сравнивать фактический уровень воздействия фактора на организм с гигиеническими нормативами и давать оценку качества среды обитания.
Лабораторная работа
ИССЛЕДОВАНИЕ ПУЛЬСАЦИИ СВЕТОВОГО ПОТОКА
ИСТОЧНКОВ СВЕТА
Цель работы – научить обучаемых обеспечивать производство освещением, соответствующим требованиям санитарно-гигиенических норм.
Теоретические основы
Свет является разновидностью электромагнитной энергии, а видимый свет – представляет собой разновидность электромагнитных колебаний с длинной волны от 380 до 760 нм. Световое излучение, вызывающее световые ощущения, называется световым потоком.
Световые волны разной длины вызывают у человека различные цветовые ощущения от фиолетового до красного. Восприимчивость глаза к цветам видимого спектра различна, при одинаковой интенсивности светового излучения глаза человека наиболее чувствительны к желто-зеленой части спектра света. В сторону красного и фиолетового цветов чувствительность понижается и доходит до нуля на границах видимой части спектра.
Зрачок глаза фокусирует лучи на чувствительных рецепторах сетчатки, зрительные центры мозга синтезируют образ из множества изображений, получаемых обоими глазами, рассматривающими объект. Образ зримого объекта запечатлевается в памяти и некоторое время удерживается в ней даже притом, что объект уже отсутствует, то есть зрение обладает инерционностью.
Инерционность зрения составляет порядка 0,1–0,3 с, что обусловливает возможность восприятия движущихся объектов как неподвижные и, наоборот, другими словами, происходит расхождение между реальностью и зрительным образом. Аналогичные явления возникают при освещении объектов пульсирующим световым потоком, что может привести к возникновению стробоскопического эффекта, заключающегося в следующем: если наблюдать за вращающимся предметом, освещаемым пульсирующим светом, то при определенной частоте его вращения возникнет иллюзия, что предмет вращается в противоположном направлении или находится в неподвижном состоянии.
Пульсация светового потока зрительно не воспринимается, так как частота пульсации превышает инерционность зрения, но неблагоприятно влияет на биоэлектрическую активность мозга, вызывая повышенную утомляемость. Отрицательное воздействие пульсации возрастает с увеличением ее глубины, появляется напряжение на глазах, усталость, трудность сосредоточения на сложной работе, головная боль. Обман зрения, вызываемый инерционностью зрения или пульсацией светового потока, приводит на производстве к травматизму, потере пространственной ориентации и преждевременному ухудшению зрения.
В качестве количественной характеристики пульсации освещенности в отечественных нормах принят коэффициент пульсации. Он равен отношению половины максимальной разности освещенности за период изменения светового потока к средней освещенности за тот же период времени, выраженному в процентах:
где – максимальное значение освещенности;
– минимальное значение освещенности за период пульсации;
– минимальное значение освещенности за период пульсации;
среднее значение освещенности за период пульсации.
Согласно гигиеническим нормам допустимый уровень пульсаций светового потока составляет:
- в помещениях, оборудованных компьютерами не более 5 % (СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03);
Исследования показывают, что опасность возникновения стробоскопического эффекта существует даже при Кп = 10 %.
Для освещения на производстве используют различные источники света и осветительные приборы, выбор которых зависит от характера окружающей среды и выполняемой работы, передаваемого спектра света и соображений экономии.
Лампы накаливания (ЛН), световой поток создается вольфрамовой спиралью, разогреваемой проходящим током до высокой температуры, просты в изготовлении и эксплуатации по исполнению бывают вакуумные, газонаполненные, с матированной колбой. Обладают низкой светоотдачей на единицу мощности до 20 лм/Вт, передают в основном желто-красную часть спектра света, имеют небольшой срок службы – 2000 час. Постепенно происходит отказ от ЛН и переход к более эффективным, каковыми являются газоразрядные и светодиодные лампы.
К газоразрядным источникам света относят дуговые ртутные лампы и люминесцентные лампы.
Дуговые ртутные лампы высокого давления (ДРЛ) характеризуются более высокой светоотдачей – 55 лм/Вт, большим сроком службы, а также большой пульсацией светового потока.
Люминесцентные лампы (ЛЛ) получили наиболее широкое распространение. Свечение люминофоров в ЛЛ происходит под действием ультрафиолетового излучения, возникающего при протекании разряда в парах ртути, заполняющих колбу лампы. Обладают высокой светоотдачей – 75–100 лм/Вт, срок службы 10000 час, широким диапазоном передаваемого спектра света. По спектру передаваемый свет близок к естественному.
Все газоразрядные лампы при питании переменным током дают световой поток, пульсирующий с удвоенной частотой тока, что может приводить к возникновению стробоскопического эффекта, но если лампы включать на разные фазы, то на рабочей поверхности коэффициент пульсации можно значительно снизить
Светодиоды – это полупроводниковый прибор, предназначенный для излучения света в видимом диапазоне. Свечение возникает при протекании постоянного тока через зону p - n перехода. Для осветительных приборов используют светодиоды с током питания более 100 мА.
Основное достоинство светодиодов – надежность и долговечность. Срок службы достигает 100 тыс. часов. Световая отдача у светодиодов белого цвета 25–30 лм/Вт.
Содержание работы
Задачи исследования: измерить коэффициент пульсации различных источников света, сравнить люминесцентные лампы и лампы накаливания по величине коэффициента пульсации.
На выполнение лабораторной работы отведено – 2 часа.
2.1. Описание лабораторной установки
Лабораторная установка состоит из макета производственного помещения, оборудованного различными источниками искусственного освещения и люксметра – пульсаметра для измерения значенийосвещенности и коэффициента ее пульсации.
Внешний вид макета представлен на рис. 1. Макет имеет: каркас 1 из алюминиевого профиля, пол 2, потолок 3, боковые стенки 4, заднюю стенку и переднюю стенки 5. В нижней части передней стенки каркаса 1 предусмотрено окно для установки измерительной головки 6 люксметра-пульсаметра 7 внутрь каркаса. На полу 2 помещен вентилятор 8 для наблюдения стробоскопического эффекта и охлаждения ламп в процессе работы. На потолке 3 размещены 7 патронов, в которых установлены две лампы накаливания 9, три люминесцентные лампы 10 типа KЛ9, галогенная лампа 11 и люминесцентная лампа 12 типа СКЛЭН с высокочастотным преобразователем. Вертикальная проекция ламп отмечена на полу 2 цифрами, соответствующими номерам ламп на лицевой панели макета. Включение электропитания установки осуществляется автоматом защиты, который находится на задней панели каркаса, и регистрируется сигнальной лампой, расположенной на передней панели каркаса (рис. 2), там же находятся органы управления и контроля, в том числе:
– лампа индикации включения напряжения сети;
– переключатель для включения вентилятора;
– ручка регулирования частоты вращения вентилятора;
– переключатели (1÷7) для включения ламп, 1,2,3 – люминесцентные тип КЛ-9; 4 – люминесцентная лампа типа СКЛЭН; 5 – вакуумная лампа накаливания; 6 – криптоновая лампа накаливания; 7 – лампа галогенная.
Рис. 1. Внешний вид макета.
Электропитание ламп накаливания и люминесцентных ламп осуществляется от разных фаз. Схема позволяет включать отдельно каждую лампу с помощью соответствующих переключателей, расположенных на передней панели каркаса (рис. 2). На задней панели каркаса расположен автомат защиты сети и сдвоенная розетка с напряжением 220В для подключения измерительных приборов.
Измерение пульсации и освещенности осуществляется посредством люксметра-пульсаметра (рис. 3), который содержит корпус 1, на лицевой панели расположен стрелочный индикатор 2, переключатель режима измерения (освещенность Е – коэффициент пульсации Кп) 3, переключатель диапазона измерения 4 и переключатель включения напряжения сети 5 со встроенным индикатором. На задней стенке корпуса 1 закреплен сетевой шнур 6 с вилкой и держатель 7 предохранителя. В качестве приемника светового потока используют измерительную головку 8 с насадками 9. При включении питания прибор позволяет измерять коэффициент пульсации освещенности на рабочей поверхности.
Рис. 2. Передняя панель каркаса.
2.2. Требования безопасности при выполнении
Лабораторной работы
2.2.1. К работе допускают студентов, которые ознакомлены с устройством лабораторной установки, принципом действия и мерами безопасности при проведении лабораторной работы.
2.2.2. Для предотвращения перегрева установки при длительной работе ламп необходимо включить вентилятор.
2.2.3. После проведения лабораторной работы отключить электропитание стенда и люксметра-пульсаметра.
Рис. 3. Внешний вид люксметра-пульсаметра.
2.3. Порядок проведения лабораторной работы
2.3.1. Включить установку с помощью автомата защиты, находящегося на задней панели каркаса.
2.3.2. Установить измерительную головку люксметра-пульсаметра на точку вертикальной проекции источника света.
2.3.3. Включить вилку люксметра-пульсаметра в розетку на задней панели каркаса.
2.3.4. Установить переключатель режима измерения в положение Кп, переключатель диапазона измерения на диапазон 100. При этом стрелочный индикатор будет фиксировать значение коэффициента пульсации в процентах.
2.3.5. Включить один из исследуемых источников света.
2.3.7. Переместить измерительную головку под следующую лампу, измерить коэффициент пульсации всех имеющихся на стенде источников света.
2.3.9. Выключить стенд. Привести в исходное положение люксметр-пульсаметр.
2.3.10. Составить отчет о работе.
Таблица наблюдений
2.4. Требования к отчету
2.3.11. Отчет оформляется в школьной тетради.
2.3.12. В отчете должны быть отражены: название, цель работы и задачи исследования, кратко теоретические основы и характеристика источников света, определение коэффициента пульсации, результаты измерений и вывод.
Контрольные вопросы
1. Что такое коэффициент пульсации?
2. В результате чего возникает стробоскопический эффект?
3. От чего зависит выбор источников света и осветительной аппаратуры?
4. К какой части спектра света наиболее чувствителен зрительный анализатор человека?
5. Каковы требования к производственному освещению?
Список рекомендуемой литературы
1. Электрическое освещение: справочник / В. Б. Козловская, В. Н. Радкевич, В. Н. Сацукевич. – 2-е изд. – Минск: Техноперспектива, 2008. – 271 с.
Лабораторная работа
© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.02)
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.
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:
- Высокочастотные пульсации освещенности вызывают повышенную усталость, снижение производительности зрительной работы, усталость глаз, головные боли и тревожность.
- С увеличением глубины пульсаций выраженность негативного воздействия растет.
- С ростом частоты риски негативного воздействия снижаются.
IEEE вводит следующие критерии уровней риска:
- низкому уровню риска на частотах менее f = 90 Гц соответствует уровень пульсаций, в процентах не превышающий 0,025⋅f; более 90 Гц — не превышающий 0,08⋅f. При частотах более 1250 Гц ограничений на уровень пульсаций нет. Для актуальной частоты 100 Гц уровни пульсации, соответствующие низкому уровню риска, — не выше 8 %.
- безопасный уровень глубины пульсаций при котором нет статистически выявляемого воздействия — 0,01⋅f для частот ниже 90 Гц и 0,0333⋅f для частот выше 90 Гц. Для частоты 100 Гц заведомо безопасный уровень пульсаций — не выше 3 %.
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!
Реальные значения пульсаций яркости
И вот что выявили:
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 ~1 %.
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.
Читайте также: