Мерцание лампочек в чем измеряется

Как измерить мерцание светодиодных ламп

При огромном выборе светодиодных ламп, доступных в настоящее время, не всегда легко выбрать лампу, наиболее подходящую для вашей гостиной или рабочего стола. Качество света светодиодных ламп может сильно различаться в зависимости от конструкции лампы и выбора ключевых компонентов схемы. Мерцание света, связанное с сетью переменного тока, обычно происходит с удвоенной частотой сети (100 Гц или 120 Гц) и не так легко замечается большинством людей. Но при более высоких уровнях интенсивности и глубины модуляции мерцание света может вызывать возбуждение, усталость глаз или головные боли. При съемке видео мерцание окружающего света создает раздражающие помехи в записанном сюжете.

Рисунок 1.

Зависимость светового потока светодиодной цепочки от тока.

Мерцание светодиодных ламп вызывают изменения тока, проходящего через светодиодную цепочку. Зависимость светового потока от тока, как видно из Рисунка 1, не совсем линейна, и определяется характеристиками светодиодной цепочки.

Поэтому измерение переменного тока в цепочке светодиодов обеспечивает худшую точность, чем измерение фактического количества света.

Рисунок 2.	Измерение мерцания лампы T8.

Сделать свое собственное приспособление для измерения света из легко доступных компонентов не так сложно. На Рисунке 2 показано измерение пульсаций света светодиодной лампы T8. В черном корпусе находится преобразователь свет-напряжение, выходной сигнал которого показан на осциллограмме. Осциллограмма может быть исследована, и процент мерцания света может быть рассчитан.

Как собрать датчик света

На Рисунке 3 изображена простая схема преобразователя свет-напряжение, в котором используется микросхема TSL257.

Рисунок 3.

Схема преобразователя свет-напряжение на основе TSL257.

TSL257 – это простая микросхема преобразователя свет-напряжение с хорошей линейностью. Ее можно питать от одного Li-Ion элемента, и тогда измерительный прибор будет портативным. Выходное напряжение прямо пропорционально световому потоку (излучению) и может быть оценено с помощью осциллографа, экран которого воспроизведет характер мерцания света. Для измерений мерцания достаточно полосы пропускания 2 кГц. TSL257 недорога, и может быть приобретена у Farnell или Digikey.

Группа фотографий на Рисунке 4 иллюстрирует последовательность сборки такого приспособления.

Для этого потребуются следующие компоненты:

• Li-Ion батарея,
• микросхема TSL257,
• выключатель,
• электролитический конденсатор 22 мкФ/ 25 В,
• черная пластиковая коробка с 3-миллиметровым отверстием в крышке.

TSL257 устанавливается так, чтобы оптический порт был направлен в отверстие.

Затем датчик приклеивается непрозрачным эпоксидным клеем. После этого присоединяются остальные компоненты.

Из-за высокой чувствительности TSL257 свет, падающий на датчик, должен быть значительно ослаблен, чтобы выходной сигнал был пригоден для измерения прямого света от светодиодных цепочек. Для ослабления света перед отверстием могут быть размещены несколько слоев бумаги формата А4. В описываемом приспособлении были использованы 8 листов бумаги.

Чтобы исключить влияние окружающего света, комнатное освещение должно быть выключено. Измеритель должен быть расположен над светодиодной лампой так, чтобы максимальный уровень выходного сигнала составлял примерно 3 В. Если на экране осциллографа наблюдается ограничение сигнала, следует либо увеличить расстояние до источника света, либо добавить еще несколько слоев бумаги для большего ослабления света.

Измерьте пиковое и среднее значения выходного напряжения датчика. Для уменьшения влияния помех сделайте несколько измерений и усредните результаты. Для синусоидальных сигналов процент мерцания можно определить по формуле:

Если характер мерцания света отличается от синусоидального, процент мерцания можно вычислить так:

На Рисунке 5 представлено несколько примеров измерения мерцания свечеобразных ламп. Синяя осциллограмма – это напряжение сети, а фиолетовая – измеренная интенсивность света. Как видно, у разных ламп мерцание света может значительно различаться.

Рисунок 5.

Примеры измерения мерцания свечеобразных ламп. Мерцание 0% Мерцание 100% Мерцание 4.5% ​Мерцание 62%

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Мерцание света — важно или нет?

Тема воздействия высокой частоты мигания света источников освещения на окружающий мир периодически становится предметом активного обсуждения специалистов. Статьи, поднимающие вопросы о мере влияния невидимого глазом мигания многих современных источников освещения, опубликованы во многих тематических журналах. В частности Rebekah Mullaney, своими публикациями надеется поощрить производителей светодиодных светильников и дистрибьюторов уделять больше внимания поиску решения, наиболее подходящего для благополучия людей.

Знаете ли вы, что большинство источников света в офисных зданиях не обеспечивают непрерывный свет? Высокие частоты мигания едва заметны для невооруженного глаза, но исследования показали, что определенные уровни воздействия мерцающего света могут быть опасными для здоровья человека.

Тем не менее, жестокая ценовая война, начавшаяся с 2012 года, заставляла малые, средние и даже крупные корпорации снижать стоимость изделий в ущерб качеству, оставляя открытым вопрос о том, какое внимание производители уделяют вопросам качества освещения.

Откуда берётся мерцание света?

Все источники света, работающие на переменном токе (AC), создают мерцающий световой поток из-за флуктуаций тока и напряжения. Флуоресцентные лампы, натриевые лампы высокого давления (HPS), светодиодные источники света имеют общую природу мерцания. Для обеспечения наиболее комфортного и безопасного освещения, требуется питание постоянным током (DC). Частота электрической сети обычно составляет 50 или 60 Гц, частота мерцания люминесцентной лампы обычно выше в два раза частоты электроэнергии, 100 или 120 Гц. Мерцание с малой частотой, примерно от 3 до 70 герц, может привести к судорогам у чувствительных людей, в то время как умеренная частота мерцания, от примерно 100 Гц до примерно 500 герц, незаметна человеческому глазу и может воспринимается только через стробоскопический эффект, однако может привести к неблагоприятным последствиям для здоровья человека, таким как головная боль, напряжение глаз и усталость.

Стробоскопический эффект заключается в восприятии глазом объектов, освещаемых вспышками света, когда объекты в движении могут отображаться в виде серии неподвижных изображений.

Стробоскопический эффект можно наблюдать несколькими способами. Самый простой — посмотреть на источник света с помощью цифрового фотоаппарата, результат показывает характерный волновой эффект, как на изображении 1. Множественные тени движущегося объекта, как показано на рисунке 3, также являются характерным признаком стробоскопического эффекта. Стробоскопический эффект может привести к ложной интерпретации работы механизмов, например видимость замедленного или неподвижного состояния быстро движущихся элементов.

Рисунок 1 взят с камеры телефона с видимым волновым эффектом стробоскопического источника света, в то время как рисунок 2 такого эффекта не имеет. Фотографии 3 и 4 показывают, что объект в движении, снятый под стробоскопическим источником света, создает перекрытие тени. В случае без стробоскопического эффекта, фото показывает непрерывное движение без присутствия перекрывающихся теней.

Измерение уровня мерцания

В настоящее время нет официальной стандартной процедуры для измерения мерцания, но Светотехническое общество (IES) разработало две методики для количественной оценки мерцания, которые описаны в рекомендациях по разработке осветительных приборов. Первая и наиболее часто используемая методика основана на вычислении процента мерцания. Процент мерцания указывает на среднее количество модуляции или снижения светоотдачи одного цикла включения-выключения. Источник со 100-процентным мерцанием означает, что в какой-то момент цикла он не производит никакого света, в то время как полностью устойчивый свет будет иметь нулевой процент мерцания.

Другая методика даёт индекс мерцания в интервале от нуля до единицы. Индекс мерцания учитывает процент мерцания и две других переменных: форму кривой изменения интенсивности источника света, или выходной кривой, и скважность мигания, которая указывает отношение времени, когда источник света включен к полному циклу включения-выключения. Чем ниже процент мерцания и индекс мерцания, тем меньше источник мигает или создает ощутимый стробоскопический эффект.

Мерцание различных источников света

Технология	Процент мерцания	Индекс мерцания
Лампа накаливания	6,3	0,02
Линейная лампа T12 с электромагнитным ПРА	28,4	0,07
Спиральная компактная люминесцентная лампа (CFL)	7,7	0,02
Офисный люминесцентный светильник с электромагнитным ПРА	37	0,11
Офисный люминесцентный светильник с электронным ПРА	1,8	0,00
Металл-галогенная лампа	52	0,16
Натриевая лампа высокого давления	95	0,3
Светодиодная лампа с стабилизатором тока	2,8	0,0037
Светодиодная лампа без стабилизатора	99	0,45

Несмотря на то, что традиционные лампы накаливания питаются переменным не стабилизированным током, уровень мерцания таких ламп невысок. Спираль лампы накаливания просто не успевает остыть до следующего импульса тока. Совершенно иначе ведут себя люминесцентные и газоразрядные лампы. Они выключаются практически мгновенно при отключении энергии. В 90-х годах прошлого века, решением этой проблемы стало использование электронных балластов (ЭПРА), которые подавали на лампу частоту более 20 кГц, что делало мерцание невидимым для глаза.

Почему мерцают светодиоды

Светодиоды могут давать мерцание света даже больше, чем лампы накаливания или люминесцентные лампы, поскольку являются прямыми преобразователями электрической энергии в свет. Это означает, что пока подается постоянный ток, светодиод будет гореть без мерцания. Как только ток прекратится, светодиод мгновенно погаснет. Если же ток изменится, то пропорционально изменится и световой поток.

В случае простой схемы питания светодиода, в которой нет стабилизации постоянного тока с помощью драйвера, яркость светодиода будет изменяться одновременно с циклом переменного тока. Выпрямленный переменный ток вызывает пульсации напряжения и тока на светодиоде. Эта пульсация, как правило, происходит на удвоенной частоте питающей сети — 100 или 120 Гц (США) и также в точном соответствии пульсирует световой поток.

Диммирование является другой основной причиной мерцания. Обычные диммеры, например тиристорные, модулируют напряжение за счет изменения времени выключения в цикле включения-выключения, снижая световой поток. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) меняет яркость свечения, включая и выключая светодиод на частотах, в идеале превышающих 200 герц.

Воздействие мерцания света на человека

В документах Министерства энергетики США 2013, посвященных исследованиям влияния мерцания света на человека отмечается, что низкая частота мерцания может вызывать эпилепсию, люминесцентные лампы с электромагнитным ПРА, используемые в офисе, также могут вызывать головные боли, усталость, размытие и ухудшение зрения. Стробоскопический эффект иногда вызывает иллюзии при движении в ночное время, в результате чего движущиеся объекты могут показаться замедленными или стоящими на месте. Кроме того, такой эффект также потенциально опасен в промышленных условиях, может привести к проблемам безопасности в строительстве.

Есть определенные группы людей, более уязвимых для негативных последствий мерцания, в том числе дети, больные аутизмом, страдающие мигренью и больных эпилепсией. Поскольку мерцание недоступно для восприятия невооруженным глазом, люди обычно не осознают, что причина дискомфорта, возможно, заключается в мерцании. В этом случае, может быть снижена определенная степень усталости, и повышена общая эффективность работы при изменение качества света.

Методы снижения мерцания светодиодного освещения

Снизить мерцание света позволяет драйвер питания, который может устранить проблему, подавая на светодиод постоянный ток без пульсаций. Однако производители при выборе драйвера питания для своих продуктов учитывают множество факторов, таких как стоимость, размер, надежность и эффективность. Кроме того, область использования светильника также играет роль — мерцание может быть допустимым в определенных условиях освещения.

Производители всегда пытаются оптимизировать полезные качества устройств ровно настолько, сколько требует приложение. Это относится и к мерцанию. Конденсаторы существенной ёмкости могут помочь сгладить пульсации тока, но они тоже имеют недостатки, например они имеют существенный размер и чувствительны к перегреву. В пространстве, которое часто слишком мало, например, во многих светодиодных сменных лампах, большие конденсаторы неприемлемы. Простейшие выпрямители переменного тока с использованием конденсаторов большой ёмкости снижают коэффициент мощности устройства.

В случае светодиодных ламп с диммированием, производители могут модулировать ток с очень высокой частотой, превышающей несколько тысяч герц. Это похоже на электронные балласты для люминесцентных ламп. Однако, чем выше частота, тем ближе физически драйвер должен быть к светодиоду. Иногда потребители хотят располагать драйвер в стороне от системы освещения что не всегда возможно.

Необходимость изготовления устройства питания компактным, эффективным, надёжным, при этом не производящим электромагнитных помех в эфир и питающую сеть, имеющим высокий коэффициент мощности не делает его дешёвым. Однако, среди массы различных вариантов реализации, можно найти золотую середину — приемлемое качество при адекватной цене.

Различные организации, например Alliance for Solid-State Illumination Systems and Technologies (ASSIST), U.S. Environmental Protection Agency, National Electrical Manufacturers Association (NEMA) устанавливают лимиты на технические параметры устройств освещения, которые производители не должны превышать. Таким образом, создаётся база стандартов и рекомендаций, следуя которым, производители вынуждены производить качественные изделия.

Led Professional — Trends & Technologies for Future Lighting Solutions, Jan 15, 2015

ASSIST Recommends … Flicker Parameters for Reducing Stroboscopic Effects from Solid-State Lighting Systems, by the Alliance for Solid-State Illumination Systems and Technologies and the Lighting Research Center, May 2012

“Flicker happens. But does it have to?” by Cree, 2013.

“Exploring flicker in Solid State Lighting: What you might find, and how to deal with it,” by Michael Poplawski and Naomi Miller, Pacific Northwest National Laboratory, 2011.

Dimming LEDs with Phase-Cut Dimmers: The Specifier’s Process for Maximizing Success, ibid., October 2013.

Мерцание светодиодных ламп

Сегодня наиболее популярными среди потребителей являются светодиодные лампы, которые доказали свое превосходство над другими источниками света благодаря долгому сроку службы и энергоэффективности. Но не только такими положительными характеристиками обладают светодиодные источники света. Другим достоинством является низкий коэффициент пульсации. Не так давно ученые выяснили, что пульсирование светового потока негативно сказывается как на зрении человека, так и на общем психологическом состоянии. Именно поэтому производители источников света стремятся снизить коэффициент пульсации. Стоит отметить, что избавиться от мерцания светодиодной лампы Вы можете и самостоятельно, обладая знаниями о самом явлении пульсации и способах ее устранения. Из-за чего возникает пульсация led-ламп? Большая часть существующих на сегодняшний день источников света характеризуется наличием мерцания. Для решения данной проблемы очень важно обладать достаточными знаниями о природе пульсаций. Главное негативное воздействие мерцаний – быстрая утомляемость человека. Не всегда пульсация света может быть замечена человеческим зрением, поскольку ее частота превышает границу частот слияния мельканий света. От частоты пульсаций напрямую зависит самочувствие человека, которое сопровождается головными болями, вялостью, усталостью, рассеянностью и невозможностью сосредоточиться на работе. Устаревшие лампочки накаливания создают самые сильные и частые пульсации светового потока. Следовательно, само явление мерцания зависит именно от источника света. В led-лампах используется драйвер, который контролирует подачу тока по цепи светодиодов. К сожалению, не все производители светодиодных источников света используют надежные драйверы, способные сократить пульсации до приемлемых показателей. Лампочки таких изготовителей, как правило, отличаются низкой себестоимостью. Нередки случаи, когда изначально лампа светит без пульсаций. Но с течением времени появляется мерцание, которое в дальнейшем усиливается. Вывод, который приходит сам собой, это низкое качество изделия и недобросовестность производителей. Во избежание таких ситуаций при покупке тщательно изучайте информацию на упаковке, где должен быть обозначен коэффициент пульсаций. Что представляет собой коэффициент пульсаций?Коэффициент пульсаций – это показатель, выражаемый в процентах и отображающий степень колебаний при изменении светового потока. Источник света и его особенности – главная причина появления мерцаний. Опытным путем учеными была установлена допустимая величина данного коэффициента, которая варьируется в диапазоне 5-20%. Важно помнить о том, что конкретная величина напрямую зависит от обстоятельств работы зрения человека. В дошкольных учреждениях, где находятся маленькие дети, коэффициент не должен превышать 10%. Рабочим местам с компьютерами соответствует световой поток с мерцаниями не выше 5%. В образовательных учреждениях максимальные пульсации – 10%. На производственных предприятиях коэффициент пульсации допустим в том случае, если люди в том или ином помещении появляются кратковременно, а не в течение всего рабочего дня, и при этом исключена вероятность возникновения стробоскопического эффекта (оптический обман зрения, причиной которого является неправильное восприятие движущихся объектов). Данный эффект опасен тем, что на производстве предметы, находящиеся в движении, могут казаться в состоянии покоя, тем самым при контакте с ними возможно получение серьезных травм. Нормирование коэффициента пульсации произошло не так давно и сегодня характеризуются высоким контролем со стороны санитарных норм. Периодически осуществляются проверки освещения специальными органами. Способы проверки уровня пульсации Определение уровня пульсации может осуществляться на основе коэффициента, о котором говорилось ранее. Но данный способ уместен тогда, когда светодиодный источник света был подключен к переменному току. Коэффициент в таком случае попадает в рамки от 1 до 30%. Коэффициент пульсации определяется на основе определенных измерений, которые осуществляются с учетом таких факторов:

• при постоянном электрическом токе коэффициент равняется 0, следовательно, мерцания нет. Таким образом, все измерения происходят при переменном токе.
• все измерения необходимо проводить при помощи специальных приборов. Одним из измерительных устройств является пульсометр-люксометр, который подключается к компьютеру и способен производить вычисления быстро и с высокой точностью.

Светодиодные лампы могут продолжать мерцать даже в выключенном состоянии, что заметно даже без напряжения зрения. Такие частые мигания вызывают сильный дискомфорт и «давят» на глаза человека. При этом включенные лампы также продолжают мерцать, что уже не будет так сильно ощущаться.

Сегодня еще не все производители светодиодных источников света указывают в технических данных коэффициент пульсации. Поэтому многие осуществляют проверку в домашних условиях следующими путями:

• карандаш

• фотокамера

Каким образом можно избавиться от пульсаций?

Во-первых, необходимо произвести замену старого конденсатора на новый, которому характерна наибольшая емкость. При этом подбор конденсатора также определяется габаритами и рабочим напряжением. Более того, необходимо знать где расположен на плате тот самый конденсатор, а также обладать навыками и умением установить новый. Тем не менее, такой способ не всегда позволяет до конца устранить пульсации.

Другой причиной мерцания ламп является применение диммеров, предназначенных для регулировки освещения. Но, стоит помнить, что не каждый светодиод способен функционировать вкупе со светорегулятором. Следовательно, приобретать нужно качественные устройства, не жалея на них денег. Перед приобретением обязательно изучайте характеристики устройств.

Торговая сеть «Планета Электрика» обладает широким ассортиментом светодиодных источников света от известных производителей, которые гарантируют высокое качество своей продукции.

5. Фликер (мерцание света)

Английское слово flicker означает мерцание. В отношении вопросов, связанных с качеством энергии, означает явление периодического изменения интенсивности света, в связи с изменением напряжения питания ламп освещения. Функция измерения этого мерцания появилась в анализаторе качества электроэнергии, когда выяснилось, что это явление приводит к ухудшению самочувствия, раздражению, иногда головной боли и т.д. Колебания интенсивности света, должны иметь вполне определенную частоту, они не могут быть слишком медленными, потому что тогда человеческий зрачок сможет адаптироваться к изменениям освещенности; не могут быть слишком быстрыми, потому что инерция нити лампы накаливания почти полностью сглаживает эти изменения.

Исследования показали, что максимум неудобств возникает на частоте около 9 изменений в секунду. Наиболее чувствительными источниками освещения оказались традиционные лампы накаливания с вольфрамовой спиралью. Галогенные лампы, спирали которых имеют более высокую температуру, имеют также намного большую инерцию, которая снижает восприимчивость человеком изменений яркости. Лучшей «сопротивляемостью» к мерцанию характеризуются люминесцентные лампы, они стабилизируют ток, протекающий через лампу при изменении напряжения и, тем самым, уменьшают колебания мощности свечения.

Фликер измеряется в так называемых условных единицах восприятия, и выделяют два их типа:

• кратковременный Pst (англ. short term), значение которого определяется один раз в 10 минут
• длительный Plt (англ. long term), значение которого определяется на основе следующих 12 значения Pst, то есть каждые 2 часа.

Длительное время измерения вытекает непосредственно из медленно меняющегося характера явления — чтобы собрать достоверную выборку данных, измерение должно быть длительным. Pst равное 1 считается значением, которое лежит на границе восприятия — конечно чувствительность к мерцанию отличается у разных людей; принятие этого порога следует из тестов, проведенных на некоторой репрезентативной группе людей.

А что является причиной возникновения явления мерцания света? Чаще всего источником являются провалы напряжения в результате подключения и отключения нагрузки большой мощности. Помимо выше описанного, неблагоприятное воздействие на людей не должно быть (и, обычно, не является) признаком неполадок оборудования. Но если в сети наблюдается довольно внезапное и необъяснимое повышение уровня мерцания света (то есть, рост значения коэффициентов Pst — Plt) ни в коем случае не надо этого игнорировать. Может оказаться, что мерцание возникает из-за плохих контактов в системе — повышенное падение напряжения на соединениях в распределительной панели (например), вызовут большие колебания напряжения на потребителях, таких как лампы накаливания. Падение напряжения на соединениях одновременно способствуют их нагреву, заканчивающемуся искрением и возможно пожаром. Периодические проверки сети и описанные симптомы помогут привлечь внимание и найти источник угрозы.