頻閃效應

根據JGJ/T119《建築照明術語標準》定義，頻閃效應(Stroboscopic effect)是在以一定頻率變化的光照射下，使人們觀察到的物體運動顯現出不同於其實際運動的現象。頻閃效應是由光源的閃爍而引起的，閃爍(Flicker)是因亮度或光譜分布隨時間波動的光刺激引起的不穩定的視覺現象。

簡而言之，頻閃效應是在以一定頻率變化的光線照射下，觀察到的物體運動呈現出靜止或不同於其實際運動狀態的現象。

基本介紹

• 中文名：頻閃效應
• 外文名：Stroboscopic effect
• 領域：光學
• 原因：由光源的閃爍而引起的
• 危害：損傷青少年視力等
• 相關名詞：頻閃

基本概括

根據JGJ/T119《建築照明術語標準》定義，頻閃效應(Stroboscopic effect)是在以一定頻率變化的光照射下，使人們觀察到的物體運動顯現出不同於其實際運動的現象。頻閃效應是由光源的閃爍而引起的，閃爍(Flicker)是因亮度或光譜分布隨時間波動的光刺激引起的不穩定的視覺現象。

簡而言之，頻閃效應是在以一定頻率變化的光線照射下，觀察到的物體運動呈現出靜止或不同於其實際運動狀態的現象。他會使人眼產生閃爍的感覺。熱輻射光源的發光體的熱惰性大，所以閃爍感覺不明顯，但氣體放電燈的這種現象則較為顯著。在採用氣體放電燈作為照明光源時，若被照物體處於轉動狀態，且轉動頻率剛好是電源頻率的整倍數時，則轉動的物體看上去就如沒有轉動一樣。這種在以一定頻率變化的光照射下，觀察到的物體運動顯現出不同於其實際運動的現象，稱為頻閃效應。頻閃效應易使人產生錯覺而造成事故。

因白熾燈有熱慣性和氣體放電燈有餘輝效應，而LED的電壓和電流與光輸出又回響快，所以LED光源的頻閃效應尤其明顯。另一方面，頻閃效應對人們的工作和生活也有一定的影響，如視覺錯覺引發工傷事故，嚴重的頻閃危害人們的身體健康，損傷視力等，目前限制並消除LED燈具的頻閃效應就成為非常重要的話題，但目前在國際或我國的系列標準中都沒有明確的頻閃效應的限制值。

產生原因

產生頻閃的技術機理，既有供電電源的因素，也有電光源技術性能落後的因素，以及照明設計不合理的因素等等。並且是諸多因素綜合作用的結果，我們僅從常用電光源技術性能的角度，進行分析。

1、發光體驅動電功率頻率低

2、電光源供電電壓波動大

3、電光源性能

因為白熾燈為燈絲直接加熱發光的熱輻射性光源，發光體的發光功率，必然隨供電電源的頻率，呈正弦波規律波動。高壓汞（鈉）燈，直管型（電感式）日光燈，雖然是氣體放電發光的電光源。但由於其啟動與點燃均採用電感式鎮流器（不具備AC-DC-AC變頻功能）。所以，氣體放電發光體的放電功率，必然也隨供電電源的頻率波動而波動。電壓變動產生的影響，可以用視覺敏感係數曲線和閃變電壓限值曲線兩個概念來量化。可以被人眼感知的光源閃爍，可以通過統計的方法來測得人眼的對光源閃爍的感覺特性。當閃爍頻率40Hz以上時，感覺就不靈敏； 50Hz以上的閃爍就完全沒有感覺。

分類

1、照明周期性閃爍：如交流螢光燈的頻閃以及由於電源電壓波動引起的光源閃爍；

2、照明非周期性閃爍：如交流螢光燈的啟動閃爍，各種故障閃爍；

3、顯示設備閃爍：如電視機、電腦、電子遊戲機，廣告屏等掃描顯示引起的閃爍；

4、藝術燈光閃爍：如霓虹燈，彩燈和鐳射等閃爍。

測量標準

雖然IEEE PAR1789 《LED照明閃爍的潛在健康影響》給出了波動深度及頻閃指數的“不可察覺”及“低風險”限制，並定義了波動深度[波動深度=(A-B) / (A+B)*100%] 和頻閃指數[閃爍指數=Q₁/(Q₁+Q₂)]，但在實際套用中較難實現，主要是會增加LED光源的成本和體積。

新的GB/T 31831-2015《LED室內照明套用技術要求》標準就是採用這種定義和限值。原美國能源之星(ENERGYSTAR lamps V1.0 draft 4)也準備採用頻閃指數作為限值，但考慮很難實現，最終沒有採用。

如能源之星原規定光源閃爍允許的範圍是頻率不小於120Hz；20Hz-800Hz頻率範圍內，頻閃指數小於0.001與頻率之積；頻率大於800Hz時，對頻閃指數無要求。

另外一種方式是根據電壓波動和閃變來限制光源的頻閃，IEC給出了閃變電壓限值曲線，它和視覺敏感係數曲線互為映象，認為視覺敏感頻率為8.8Hz，這時電壓變動最小，光輸出變化也最小，其值是0.29%，但目前這種方法用在LED光源頻閃效應方面還沒有被認可。

光源頻閃危害

光源頻閃對人的視覺系統有刺激作用，會產生不舒適的感覺。人們長期在閃爍的光線下工作或生活，還可能影響視覺系統的生理衛生和心理衛生。這種刺激作用或影響的嚴重程度與光源閃爍的強度、頻率、持續作用時間以及長期性有關。這種影響往往是緩慢的，因此長期以來沒有引起人們的重視。電光源的頻閃與頻閃效應，給我們的工作和生活帶來了嚴重的危害。那麼頻閃對人眼會產生哪些危害呢?

1、錯覺引發工傷事故
在電光源的頻閃頻率，與運動（旋轉）物體的速度（轉速）成整倍數關係時。運動（旋轉）物體的運動（旋轉）狀態，就會產生靜止、倒轉、運動（旋轉）速度緩慢，以及上述三種狀態周期性重複的錯誤視覺，引發工傷事故。例如，機加工行業工具機操作工，對正向旋轉的車刀，錯覺為倒轉。而進行緊急換向操作，損壞工件、刀具，甚者造成人員傷亡。

2、危害身體健康

頻閃效應會引發視覺疲勞、偏頭痛。特別是機械行業採用高壓汞（鈉）燈，和輕工、食品、印刷、電子、紡織等行業，普遍採用直管型（電感式）日光燈的照明場合尤為明顯。例如，流水線上的外掛程式操作工，容易因視覺疲勞、眼花，引起偏頭痛。產生定位困難情形，生產效率低下。

3、損傷青少年視力

近些年來，直管型（電感式）日光燈，普遍套用於家庭、學校、圖書館等，成長中的學生受害最大，有資料表明，在頻閃環境下讀書，發現許多青少年表現出視力下降明顯，近視眼顯著增多的現象。

頻閃效應套用

頻閃有時有害，有時卻能為人所用。

(1)平動效應

利用頻閃可證明：日光燈的發光強度和顏色是隨時間作周期性變化的。我們知道，在黑暗中迅速移動燃著的香，香的亮點會變成一條亮線，構想亮點在移動過程中閃爍數次，這條亮線將變得斷斷續續，亮的瞬時，對應的軌跡是亮的暗的瞬時，對應的軌跡會暗得看不見，用這個道理可以證明日光燈是一閃一閃地發光，是閃爍光源。當然，迅速移動日光燈是困難的，我們可以拿一小塊窄的白紙片，在日光燈下迅速地來回移動，將看到紙片的運動軌跡是斷斷續續的(在電視機前移動效果更明顯)，這說明日光燈是閃爍光源。有趣的是，當你拿著光亮物體如銀白色的鋼筆帽，在日光燈下平行於燈管迅速地來回移動時，它那較亮的運動軌跡將使你感到驚奇斷斷續續的軌跡中，那一段段間斷的地方並沒有間斷，仍有橙色光相連。即它的運動軌跡竟是白橙相間的彩色光帶，且白的部分略帶青色。如用一個平面鏡，可以更清楚地看到這一彩色光帶，手拿平面鏡，讓它以平行於日光燈燈管的某直線為軸，迅速地來迴轉動，像夏天搖扇子一樣，不過要很快，你可以看到燈管的虛像在鏡後迅速地頻頻閃過，虛像的運動軌跡是更加清晰的橙白相間的彩色光帶。這證明：日光燈燈光的顏色，也是隨時間作周期性變化的。

(2)轉動效應

利用“ 頻閃”可測轉動物體的轉速。如圖表示一圓盤，盤面上除了圖中所示 3 個形狀相同、彼此間隙相等、勻稱分布著的白色長條外，其餘部分都塗成黑色。在一轉速連續可調的直流電機的驅動下，盤可以繞通過圓心並垂直於盤面的軸逆時針轉動。當圓盤迅速轉動時，在白熾燈(非頻閃光源)的照明下，盤面上將顯示出一個寬度等於長條長度的白色圓環，如果改用日光燈(頻閃光源)照明，並且使圓盤轉速由零開始緩慢增加，則在盤面上先後呈現出以下圖形：

(1)12 個白色長條勻稱地分布在盤面上；

(2)6 個白色長條勻稱地分布在盤面上；

(3)3 個白色長條勻稱地分布在盤面上。

克服方法

（1）採用高頻電子整流器(AC-DC-AC)，但價格不菲；

（2） 調節燈管垂直高低，就想普通顯像管電視機一樣選個適當距離；

（3）不在一根火線上並聯N個燈，採用三相分接，儘量三相平衡，如：雙管日光燈燈管接在不同的相序；

（4）採用三基色節能燈；

（5）安裝一些白熾燈等混合照明，也能降低頻閃效應對人的影響。