Пульсация ламп накаливания. Коэффициент пульсации светодиодных ламп

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!

Коэффициент пульсации освещенности в осветительных установках. Метод расчета.

Пульсации светового потока возникают при питании источников света переменным или импульсным током. Человек зрительно различает пульсации светового потока с частотой, меньшей критической частоты слияния мельканий, лежащей в диапазоне от 35 до 60 Гц в зависимости от области сетчатки глаза, воспринимающей излучение: для фовеальной области КЧСМ составляет 40…55 Гц, для парафовеальной она возрастает до 55…60 Гц, на крайней периферии снижается до 35…40 Гц. Таким образом, пульсации светового потока сильнее заметны периферическим зрением.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. СП 52.13330.2011 Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95*.
2. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы».
3. ГОСТ Р 54945-2012 Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности.
4. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Знак. – 972 с: ил.

В обычной ситуации человек так описывает свет от искусственного источника: яркий или тусклый, теплый или холодный. О мерцании современных бытовых ламп речь в большинстве случаев не идет. Но значит ли это, что они действительно производят «ровный» свет? И если ответ отрицательный, то чем вредна пульсация ламп?

Что такое пульсация света?

Пульсация освещенности создается мерцанием осветительного прибора. Наш глаз практически не воспринимает эти колебания, но мозг реагирует на мерцание лампы при частоте до 300 Гц.

Лаборатория промышленного освещения ивановского НИИ охраны труда провела исследования, которые установили: при увеличении глубины пульсаций света их вредное воздействие на организм возрастает. Появляются внутреннее напряжение, усталость, человеку трудно сосредоточиться. Это происходит из-за того, что организм не успевает приспособиться к значительным изменениям уровня яркости освещенности за короткие периоды времени.

После оценки результатов многочисленных исследований нормы СанПиН и СНиП ужесточились: к освещению помещений для работы и отдыха людей стали предъявлять особые требования. С обязательным учетом нормируемого коэффициента пульсации, который отражает ее глубину. А точнее, показывает изменение уровня освещенности при максимальном и минимальном колебаниях яркости света.

Нормальные показатели пульсации ламп

Все лампы мерцают, хотя глазу это не всегда заметно. Но коэффициент пульсации разных типов ламп неодинаков. Его значения при частоте 0-300 Гц для основных видов осветительных приборов таковы:

• лампы накаливания - 12-18 %;
• люминесцентные - 23-39 %;
• галогенные - 11-29 %;
• светодиодные - 0-8 %.

Действующие санитарные нормы РФ - актуализированная редакциия СП 52.13330.2011 "Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95" и СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 ограничивают пульсацию приборов освещения при частоте пульсаций до 300 Гц.

Так, например, в игровых комнатах детских садов, а также учебных классах, кабинетах, аудиториях учреждений образования этот показатель не должен превышать 10 %. Этот же норматив действует и для торговых залов супермаркетов, для парикмахерских, некоторых производственных и медицинских помещений.

В читальных залах, мастерских по обработке древесины и металла, помещениях для компьютерных игр коэффициент пульсации ограничен 15 %. Самый высокий нормируемый показатель 20 % установлен, к примеру, для помещений с непродолжительным пребыванием людей (конференц-залы, архивные хранилища, спортзалы, кладовые).

Самые строгие требования предъявляются к освещению мест, оборудованных компьютерной техникой. В частности, коэффициент пульсации света в таких кабинетах не должен превышать 5 %. Это связано с тем, что помимо ламп пульсируют также мониторы компьютеров, что создает дополнительную нагрузку на органы зрения и организм в целом.

Чем вредна пульсация ламп освещения?

Впервые о негативном влиянии пульсации света заговорили полвека назад. Еще в 1963 г. в 5-ом номере журнала «Светотехника» появилась статья, в которой описывались результаты исследования воздействия пульсирующего освещения на организм человека (авторы В. А. Самсонова и В. Г. Ильянок).

Ученые установили: мозг регистрирует даже те мерцания ламп, которые зрительно не фиксируются. Оказалось, что его работа нарушается уже при коэффициенте пульсаций выше 5-8 % и частоте 100 Гц. В процессе исследований также выяснилось, что пульсации глубиной 20 % и 100 % создают одинаковый вред здоровью.

Вопрос пульсации ламп изучают по сей день. В московском институте, занимающемся исследованиями в области охраны здоровья детей и подростков (НИИ ГиОЗДиП НЦЗД РАМН), провели группу специальных тестов. Ученые сравнивали влияние освещения, производимого разными светильниками на здоровье школьников.

Результаты показали, что в классах, оборудованных лампами с более высоким коэффициентом пульсации, у детей к концу урока почти в 3 раза снижалась работоспособность. Кроме того, у них заметно возрастали жалобы на:

• слабую концентрацию внимания,
• ощущение внутреннего дискомфорта,
• сухость и резь в глазах,
• необъяснимый упадок настроения,
• чувство сильной усталости к концу школьного дня,
• трудности с засыпанием.

После того как в классах были установлены светодиодные светильники, дети стали меньше волноваться по поводу учебы в школе, у большинства исчезла плаксивость, стал крепче сон, возросла работоспособность.

Соответствие рабочих мест нормам освещенности контролируют проверяющие органы. Домашнее освещение также влияет на организм, но в этом случае контроль показателей - дело частное. Однако даже при желании установить точные значения сделать это на глаз невозможно. Как быть?

Я часто пишу о пульсации плохих светодиодных ламп (а теперь ещё и о пульсации подсветки телевизоров). Напомню, пульсация света может приводить к усталости глаз и мозга, вызывать головные боли и приводить к обострению нервных заболеваний.

Для определения пульсации света многие используют камеры смартфонов - если свет пульсирует, по экрану бегут полосы, причём чем они чернее, тем пульсация больше.

Но это лишь косвенный «взгляд на пульсацию» - мы видим интерференцию между пульсацией света и работой электронного затвора камеры. На некоторых смартфонах полос может и не быть из-за программного подавления пульсаций.

Сегодня я дам вам возможность увидеть пульсацию непосредственно, как она есть.

С помощью камеры, снимающей со скоростью 1200 кадров в секунду, я зафиксировал пульсацию света обычной лампы накаливания 25 Вт (у ламп накаливания чем меньше мощность, тем больше пульсация) и плохой светодиодной лампы.

Я воспроизвожу видео со скоростью 10 кадров в секунду, поэтому получается замедление в 120 раз.

Лампа накаливания:

Нить лампы накаливания не успевает остыть, поэтому пульсация небольшая - коэффициент пульсации 23%. Это означает, что минимум яркости лишь на 23% меньше уровня максимума. Такая пульсация практически незаметна глазами и вреда от неё нет.

А вот так светит плохая светодиодная лампа.

100 раз в секунду лампа полностью гаснет, а потом загорается снова. Коэффициент пульсации 100%.

Такая пульсация раздражает. Её отлично видно боковым зрением и при быстром переводе взгляда (объекты в поле зрения «распадаются» из-за стробоскопического эффекта). Именно от такой пульсации света устают глаза и может болеть голова.

К счастью, ламп с пульсацией на рынке всё меньше и меньше. Лампы с обычными цоколями E27 сейчас почти все без пульсации, пульсирующие лампы с цоколями E14 ещё встречаются (чаще всего филаментные свечки и шарики). К сожалению, более половины светодиодных микроламп с цоколем G9 имеют пульсацию 100% (очень сложно разместить в малюсеньком корпусе хороший драйвер со сглаживающим конденсатором).

Никогда не используйте в жилых помещениях лампы с видимой пульсацией света. Проверить наличие или отсутствие пульсации можно как с помощью смартфона, так и

Что такое пульсация светового потока? Какое влияние она оказывает на здоровье человека? Что такое коэффициент пульсации и как его вычислить?

Коэффициент пульсации светильников

Пульсация светового потока – это одна из характеристик искусственного освещения, показывающая частоту мерцания света. Количественной характеристикой пульсации служит коэффициент пульсации (Кп, %), равный отношению половины разности максимальной и минимальной освещенности за период в Люксах к средней освещенности за тот же период:

Согласно санитарным нормам и правилам, допустимыми являются значения Кп в диапазоне от 5 до 20%.

Рассмотрим с точки зрения коэффициента пульсации три самых популярных типа светильников: с лампами накаливания, люминесцентный и светодиодный.

Светильники с лампами накаливания как правило подключаются напрямую к сети переменного тока напряжением 220 Вольт и частотой 50 Герц. Частота изменения яркости свечения лампы накаливания составляет 100 Гц. Коэффициент пульсации лампы накаливания определяется иннерционностью нити накаливания, т.е. тем, как быстро нить накаливания успевает нагреться и остыть за полупериод питающего напряжения. Таким образом, чем мощнее лампа накаливания, и, следовательно, чем толще ее нить, тем меньше коэффициент пульсации.

Светильники с люминесцентными (газоразрядными) лампами, в отличие от традиционных светильников с лампами накаливания, работают исключительно от переменного тока, который необходим для формирования электрического разряда, служащего источником света в люминесцентной лампе. Это означает, что пульсация света неизбежна. Обладающий иннерционностью люминофор на стенках колбы несколько сглаживает пульсацию.

Коэффициент пульсации люминесцентного светильника сильно зависит от электрической схемы, управляющей его работой. В старых схемах были задействованы ЭмПРА – электромагнитные пускорегулирующие аппараты. Светильники, снабженные такими аппаратами, получали питание из 220-Вольтной сети частотой 50 Гц и пульсировали с частотой 100 Гц. Сейчас на смену ЭмПРА пришли электронные пускорегулирующие автоматы – ЭПРА, преобразующие входную частоту питающей сети в частоты свыше 300 Гц (т.е. свыше тех частот, что фиксируют глаза и мозг человека). Качественные ЭПРА существенно снижают коэффициент пульсации. Однако разные ЭПРА сильно отличаются друг от друга как с точки зрения общего качества исполнения, так и с точки зрения воздействия на пульсацию светильника.

Светодиодные светильники работают как от переменного, так и от постоянного тока. При работе от постоянного тока пульсация отсутствует. При работе от переменного напряжения питания пульсация может быть сведена до минимума при помощи драйвера, преобразующего переменный ток в постоянный. Драйвер входит в состав любого светодиодного светильника. Однако минимизировать пульсацию способен только качественный драйвер – в противном случае, она не будет сильно отличаться от пульсации люминесцентного светильника со старым ЭмПРА.

Влияние пульсации на здоровье человека

Человеческий глаз практически не различает пульсацию светового потока – мозг не успевает полностью обработать зрительную информацию, изменяющуюся с частотой свыше нескольких десятков Герц. На этом свойстве зрения основывается принцип показа видеоизображений, где кадры меняются с частотой от 25 Гц и выше, а зритель воспринимает увиденное как единую картину, плавно изменяющуюся со временем.

Тем не менее, по данным медицинских исследований, человеческий мозг фиксирует изменения информации, поступающей через органы зрения, вплоть до 300 Гц. Такие изменения зрительной информации не воспринимаются на сознательном уровне, но оказывают значительное воздействие невизуального характера, причем это воздействие довольно-таки негативное: «жертва» ощущает необъяснимый дискомфорт, переутомление, головокружение даже в, казалось бы, комфортных и светлых комнатах. Систематическое невизуальное воздействие света (например, на рабочем месте) может послужить косвенной причиной постоянного подавленного состояния, бессонницы, сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний.

Пульсация светового потока свыше 300 Гц считается безопасной для здоровья человека. Во всяком случае, до сих пор никакого влияния на здоровье и самочувствие человека замечено не было.

Говоря о влиянии пульсации светового потока на здоровье и безопасность человека, нельзя не упомянуть о таком явлении, как стробоскопический эффект. Стробоскопический эффект возникает тогда, когда частота мерцания светильника является кратной или совпадает с частотой движений деталей рабочего оборудования, из-за чего кажется, что те медленно двигаются в обратном направлении или не двигаются вообще. Например, неподвижными могут казаться вращающийся вал фрезерного станка, работающая циркулярная пила, блок ножей мясорыхлителя и пр. Шума одного механизма, естественно, не будет слышно в общем производственном гуле. В результате ежегодно десятки тысяч рабочих лишаются конечностей (а иногда и жизни). По итогам расследования производственных несчастных случаев «виновным» зачастую оказывается именно стробоскопический эффект. Стробоскопический эффект может возникнуть при коэффициенте пульсации в 10%.

В общем и целом, несмотря на то, что российские санитарные нормы допускают глубину пульсации до 20% (для некоторых помещений – до 10-15%), оптимальной для комфорта и безопасности человека была признана пульсация, чей коэффициент не превышает 4-5%. Такие показатели способны обеспечить только светодиодные светильники с качественным драйвером.

Пульсация и санитарные нормы

Допустимый уровень пульсации для разных учреждений указан в следующих нормативных документах: СНиП (Строительные Нормы и Правила) 23-05-2010 (редакция СНиП 23-05-95) и СаНПиН (Санитарные правила и нормы) 2.21/2.1.1.1278-03.

Согласно 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, оборудованных компьютерами – 5%. В общеобразовательных, а также в детских дошкольных учреждениях глубина пульсации должна быть не выше 10%.

Следует заметить, что с 1 января 2013 года действует новый ГОСТ Р 54945-2012 «Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности», в котором говорится о том, что "коэффициент пульсации освещенности учитывает пульсацию светового потока до 300 Гц. Частота пульсации свыше 300 Гц не оказывает влияния на общую и зрительную работоспособность".

Несмотря на то, что санитарные нормы и правила в отношении освещения действуют более 10 лет, в последние годы контроль за соблюдением норм освещения на рабочих местах и в общественных помещениях сильно ужесточился, и огромное множество офисов, производственных помещений, клиник и школ были признаны потенциально опасными для сотрудников и посетителей. Самый простой способ избежать этого - поставить светодиодные светильники с гарантированно минимальной пульсацией. К счастью, сейчас есть множество качественных, надежных и доступных по цене светодиодных светильников как для офисных помещений, так и для промышленных комплексов, и, конечно же, для медицинских и образовательных учреждений.

Переходите на безопасное и экономичное освещение прямо сейчас! После отправки заявки наш менеджер свяжется с вами, чтобы уточнить все детали.