Пульсация светового потока

Практически любое занятие человека подразумевает использование освещения. Наличие света обеспечивает комфорт – попробуйте вспомнить как плохо бывает когда перегорела лампочка в комнате. Наличие освещения мы принимаем как данное. Особую роль организация света играет в промышленности – без правильного освещения невозможно обеспечить хорошую эффективность и производительность труда. 

Освещение обладает важной характеристикой, такой как пульсации светового потока. Этот показатель можно назвать по-другому и проще – эффект мерцания. Получить качественный свет можно при помощи уменьшения пульсаций. Именно за этим гоняются все производители ЛЭД-освещения, желающие добиться минимального значения коэффициента пульсаций.

Специалисты нашей компании (“Интерсвет”) досконально исследовали этот вопрос и делятся информацией в предложенной статье.

Пульсации освещенности и яркости. Расчетная формула

Пульсация светового потока является главной характеристикой для всех источников искусственного освещения (лампы накаливания, люминесцентные, ЛЭД и прочее). Этот показатель отображает частоту мерцания светового потока - называется коэффициент пульсаций. 

Данный показатель - величина относительного характера, измеряется в процентах от разности максимального освещения и минимального в люксах, которая приводится к среднему значению освещенности за установленный период. 

Формула для расчета данной величины имеет следующий вид: К_п= Е_макс-Е_мин/2Е_срх100%. В случае, если имеется источник с переменным напряжением - К_п= Е_макс-Е_мин/Е_макс+Е_минх100%. Это нужно помнить в процессе определения коэффициента пульсаций. 

Лампы накаливания также имеют пульсации светового потока, но они незаметны человеку. Отказ от этого типа освещения обусловлено их большим потреблением электрической энергии. Современный прогресс делает ставку на использование LED-технологий - экономичность такого освещения доказана и проверена. 

Использование данных формул позволяет быстро определить значение, что требуется при определении норм освещенности - для домашнего использования, в промышленности, офисная работа и прочее. 

Пульсаций света - какое влияние оказывают на здоровье человека

Человеческий глаз не способен зафиксировать пульсацию от источника искусственного света - имеется определенный порог восприятия, который связан с анатомическими особенностями органов зрения и самыми пульсациями.

Мозг человека не способен воспринимать пульсации при критической частоте (300 Гц), что делает их очень опасными для здоровья. Значение до 120 Гц для человека - увеличенная нагрузка на мозг, т.к. он пытается на подсознательном уровне обработать поступающую информацию.   

В зависимости от временного воздействия на мозг, пульсации светового потока могут привести к следующим проблемам:

Производители ЛЭД-освещения имеют одну задачу - свести к минимуму вредные пульсации. Это позволит решить существующие проблемы, создавая безопасные условия труда/быта для всех пользователей. 

Наглядно увидеть (или уже видели) потенциальную опасность высокой интенсивности светового потока может каждый - замечали, что быстро вращающийся объект может “замереть” на месте (возникает стробоскопический эффект). Особенно это относится к промышленной отрасли, где имеется большое количество металло- и деревообрабатывающего оборудования. На производствах главная задача охраны труда заключается в обеспечении хорошего освещения с минимальным или полным отсутствием пульсаций искусственных источников света.  

Даже наличие мерцания минимального характера оказывает негативное воздействие на организм - за этим нужно следить и при первых симптомах исключать свое нахождение в местах с несоответствующим освещением. 

Требования к уровню пульсации освещенности и яркости

Основные нормы к пульсациям искусственного освещения:

• Коэффициент колебания светового потока при работе за компьютером (персональный, ноутбук) не должен быть больше 5 процентов. Такое значение объясняется постоянной нагрузкой на глаза - пользователь постоянно смотрит в монитор, который также имеет собственную частоту обновления кадров.
• Общие требования к рабочей частоте ПРА люминесцентных светильников - должна быть не ниже 400 Гц. Применимо к оборудованию и оснащению на предприятиях.
• Коэффициент пульсаций освещения рабочей поверхности должен быть не больше 10-20% (учитывается показатель напряженности работ, поставленного задания, особенности процесса). Актуально для всех пульсаций, частота которых не превышает 300 Гц. 

Итог относительно нормирования частоты пульсаций: осветительное оборудование с частотой до 300 Гц для рабочих мест - не больше 20 процентов, в определенных случаях (работа с ПК) - 5%. Места временного пребывания людей (лестничные переходы, коридоры и т.д.) - пульсации не подлежат нормированию, также как и световые колебания с частотой более 300 Гц. 

Вычисление пульсаций освещенности и яркости

Эксплуатация осветительного оборудования (светодиодные лампы) оригинального качества - гарантия безопасной работы человека и его пребывания в помещении. Изготовители таких светильников соблюдают технологические и нормативные требования, регламентирующих коэффициент яркости и освещенности. 

Рынок предлагает как сертифицированные товары, так и “серые”, изготовленные без соответствия технологии (некачественные материалы, комплектующие). Опасность “левого” осветительного оборудования - многоразовое превышение коэффициента пульсаций яркости во много раз относительно нормы. 

Это приводит к тому, что покупатели должны быть уверенными в приобретении качественного товара - услуги лабораторий, самостоятельная проверка. Самим выполнить исследование этой характеристики (показатель пульсаций) можно при помощи пульсметра (предъявляются высокие требования).

Задача устройства заключается в измерении КП светового потока света частотой до 300 Гц, не реагирующим на пульсации большей частоты (качественная пускорегулирующая аппаратура для люминесцентного освещения). Предпочтения нужно отдавать цифровому способу обработки сигнала.  

Пульсации ламп накаливания

Данный тип ламп - широко распространенный, т.к. отличается дешевизной и доступностью (купить можно в любом магазине).  

Лампы накаливания работают от обычной однофазной сети 220В, 50 Гц. Особенность ЛН заключается в том, что она излучает свет в двух полуволнах переменного напряжения (свет создается постоянно), яркость меняется с частотой 100 Гц. Показатель пульсаций напрямую зависит от значения нагревания и остывания нити в промежуток полупериода. Чем больше потребляемая мощность, тем меньше значение КП яркости из-за массивной нити накаливания. 

ЛН могут запитываться постоянным током (обязательное соблюдение установленных характеристик по потребляемой мощности). В этом случае пульсации яркости отсутствуют. 

Пульсации люминесцентных ламп

Люминесцентные светильники имеют отличный от ламп накаливания принцип работы. Для получения свечения используется электрический разряд, который превращается в видимый свет при помощи газовой среды и люминофора (вещество на внутренней поверхности колбы). Работают от переменного напряжения - требуется для создания разряда. Это делает пульсации “сопровождающей” особенностью таких ламп. 

Люминофор имеет небольшую инерционность, что сглаживает пульсации - одно из достоинств газоразрядных ламп. 

Основное влияние на показатель пульсаций ЛЛ оказывает электрическая схема (управление работой светильника). Схемы старых образцов и дешевые исполнения запитываются от сети 220В (50 Гц) - яркость меняется с частотой 100 Гц. Современные модели питаются от ЭПРА - устройства, преобразующие входную частоту питания в большее значение (выше предела чувствительности органов зрения человека, т.е. более 300 Гц). 

Пульсации светодиодного освещения

Светодиодные лампы могут функционировать от постоянного и переменного напряжения. При использовании постоянного - пульсации отсутствуют, свет излучается только при “+” напряжении между А и К. Частота колебаний яркости составляет 50 Гц.

Образования свечения в светодиоде начинает происходить при достижении напряжения между катодом и анодом значения 1,5-3 В (требуется использовать понижающие трансформаторы). Применение качественного ПТ гарантирует длительную, надежную и экономическую работу светодиодов без пульсаций. 

Устанавливать нужно оригинальные преобразователи, т.к. некачественные приводят к плохой работе и обладают высокими показателями коэффициентов пульсаций создаваемого потока света. 

Пульсации яркости экранов

В мониторах с электронно-лучевой трубкой показатель КП практически достигает 100% - что пульсации равны по частоте кадровой развертки. 

Плоские мониторы отличаются от ЭЛТ-моделей принципом формирования картинки - статическим. Созданный пиксель изображения сохраняет свое состояние до момента, когда состояние нужно сменить. Это исключает образование пульсаций в процессе работы. Современные модели мониторов для ПК и экраны для ноутбуков работают без пульсаций светового потока.

В 90-х и начале 2000 ЭЛТ мониторы укомплектовывались защитными экранами, которые “фильтровали” излучаемый свет от вредных пульсаций, уменьшая нагрузку на глаза пользователя. Современные экраны и мониторы изготовлены по иной технологии, что исключает появление пульсаций.

Какими приборами измеряется коэффициент пульсации освещенности

Данная величина измеряется при помощи пульсметра - компактного устройства, которое мгновенно определяет коэффициент пульсации светового потока. Предлагаются модели с разъемом для подключения к персональному компьютеру, что позволяет обработать информацию с соответствующем ПО. 

Пульсметр (независимо от модели) оснащен ЖК-дисплеем (или монохромным) - вся информация выводится на него. 

Эта статья полностью раскрыла тематику пульсации светового потока, его влияния на организм человека и требований к данной характеристике. 

Итог - обустраивая рабочее место или делая ремонт дома, большое внимание уделяйте освещенности, особенно пульсациям светового потока. Мы их не видим, но можем почувствовать их плохое воздействие. Ответственно подходите к созданию комфорта, т.к. лампочка с большой пульсацией способна навредить всем находящимся людям.