大功率LED路燈的光生物安全測試與分析

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 大功率LED路燈的光生物安全測試與分析 1 引言 隨著LED 技術(shù)的不斷進(jìn)步，LED 成效不斷增大，亮度不斷提高，過去LED 出射光不會對人體造成危害的時代已經(jīng)一去不復(fù)返，歐洲、北美等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)都開始密切關(guān)注LED 產(chǎn)品的光生物安全性問題，并著手制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)。但是，目前國內(nèi)對于LED 光生物安全測試技術(shù)的研究仍然非常薄弱，相關(guān)的測試系統(tǒng)與方法研究論文更是少之又少。 本文對一款目前LED 照明中被大量采用的大功率LED 路燈開展光生物安全性檢測。首先對輻射照度、輻射亮度、表觀光源作了測試，對檢測結(jié)果的危害類型開展分析和歸類?；谄胀ㄕ彰饔肔ED 光源不會產(chǎn)

2、生800nm 以上的紅外部分光譜，本實驗只針對200nm 800nm 部分光譜范圍開展測試。 該燈具基本參數(shù)如下: 電壓220 V， 電流0. 3248 A，功率為65. 98 W， 功率因數(shù)為0. 9231，頻率為50 Hz; 燈具光通量為5747. 3 lm，中心光強(qiáng)1727. 33 cd，光強(qiáng)2839. 16 cd， 光強(qiáng)角度c: 180. 0 : 59. 0， 光效87. 11 lm /W， 相關(guān)色溫4632 K，顯色指數(shù)Ra = 69. 1，色品坐標(biāo)x = 0. 3617y = 0. 3949 u = 0. 2062 v = 0. 3378。 2 輻照度測試 一般來說，LED 路燈的

3、配光設(shè)計是根據(jù)道路照明需要設(shè)計的，所以路燈的中心軸位置獲取的視場亮度值往往不是值，該樣品的光強(qiáng)方向在:c: 180. 0 : 59. 0?？紤]到測試需要針對路燈的危害方向開展，因此在測量時需使用專用夾具，固定燈具的光強(qiáng)方向垂直于探測器端面方向。 本實驗采用光譜輻射分析儀光譜測試范圍為200nm 930nm。在輻射照度測試之前，首先應(yīng)對光譜分析儀作定標(biāo)校正，實驗裝置如圖1 所示。 由于測試光譜范圍跨度較大，對光譜分析儀的定標(biāo)校正須分波段采用兩種不同的光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈。其中，對200nm 350nm 光譜定標(biāo)采用300 mA 恒流供電的標(biāo)準(zhǔn)氘燈; 對350nm 800nm 光譜信號定標(biāo)，采用標(biāo)準(zhǔn)鹵鎢燈作

4、為光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈。 測試系統(tǒng)采用混光球開孔的方法作為探測器的輸入口，小型混光球可以充分接收探測器前方的光度信號，由于在光生物安全系統(tǒng)測量中光度信號方向性較強(qiáng)，所以混光球在充分接收光度信號時也可以很好的對被測燈具的方向性做出很好的余弦修正。 另外，混光球的內(nèi)部材料的隨機(jī)反射會使入射光發(fā)生偏振現(xiàn)象，經(jīng)過多次反射可以使以同樣光譜特性的入射光充滿輻射的入射口徑，從而防止了不同角度入射光偏振特性的差異。 定標(biāo)完成后，移去光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈，安裝上待測試的LED 路燈，對該樣品的輻射照度開展測量。一般情況下，普通照明使用照度為500 lx，所以在評估普通照明用燈時采用該照度去測量。另外，對于光源危害值的計算是將光譜掃

5、描后開展危害函數(shù)加權(quán)，藍(lán)光的危害加權(quán)函數(shù)的變化量非常大，所以在本系統(tǒng)中設(shè)置測量波長間隔為1nm，以保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。 測量燈具光強(qiáng)角度( C: 180. 0 /G:59. 0) 方向在混光球端面所產(chǎn)生的照度值。調(diào)節(jié)該燈具的距離，使端面產(chǎn)生500 lx 的照度，固定該距離開展光譜測試。需要特別注意的是人眼的生理避讓距離為200mm，考慮到燈具使用中預(yù)期差使用條件的原則，必須保證該測試距離大于200mm。 500 lx 照度下獲取該燈具的相對光譜功率值，測得照度光譜分布圖如圖2: 通過軟件采集數(shù)據(jù)，自動獲得到燈具在各個波段的光譜輻照度測試結(jié)果： 3 輻射燈發(fā)射限 根據(jù)GB /T 20*520*

6、 燈和燈系統(tǒng)的光生物安全的要求，對于連續(xù)輻射燈在規(guī)定曝輻時間內(nèi)的發(fā)射限值如下表1 所示，對于無危險類的燈具不應(yīng)該超過任何一項限值。 亮度測試采用型號為MPR-16 的成像亮度計，該亮度計具有連續(xù)調(diào)焦功能。在亮度測試之前，首先應(yīng)對亮度計定標(biāo)校正。亮度定標(biāo)采用的是漫反射白板的方式，連接測試系統(tǒng)，如圖3 所示。 由于反射板的反射率可以從中國計量科學(xué)研究院取得標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，由照度亮度的轉(zhuǎn)換關(guān)系很容易獲得標(biāo)準(zhǔn)白板上的亮度值L。根據(jù)亮度值L 即可完成對亮度計的定標(biāo)校正。 完成定標(biāo)后，移去光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈與白板，安裝待測LED 路燈，對該樣品的輻射亮度開展測量。同樣在產(chǎn)生500 lx 照度的距離下，以及光強(qiáng)角度位置C

7、: 180. 0 /G: 59. 0，調(diào)節(jié)亮度計的焦距，使該燈具的發(fā)光面完全清晰的位于亮度計成像面上，測量該燈具的輻亮度值，獲得視場平均亮度值以及亮度光譜分布數(shù)據(jù)。 ，在與亮度同樣的測試條件下，測量該燈具的表觀光源亮度分布，獲得表觀光源對弦角數(shù)值。 由于眼睛在生理上的局限，在靜止眼睛的視網(wǎng)膜上圖像的對邊角為0. 0017 弧度。當(dāng)觀測時間大于0. 25 s 時，快速的眼睛運動就會使光源像模糊，覆蓋視網(wǎng)膜上更大的區(qū)域，形成一個更大的對邊角角度，通過CCD 成像測試可獲取表光光源對邊角以及光源亮度分布情況。測試特定曝輻時間下不同波段區(qū)域出射光的曝輻參數(shù)，結(jié)果如下: 隨后，測量表觀光源對弦角，結(jié)果為

8、: = 0. 041rad 4 各類輻射危險類別作分析、判定。 4. 1 眼睛光化學(xué)紫外和近紫外危害分析 由于該燈的紫外輻射有效積分光譜照度Es、EUVA均為0，小于標(biāo)準(zhǔn)限值，所以無光化學(xué)紫外和近紫外危害。 4. 2 視網(wǎng)膜藍(lán)光危害分析 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定: 為了防止長期受到藍(lán)光輻射的視網(wǎng)膜產(chǎn)生視網(wǎng)膜光化學(xué)損傷，在燈具曝輻時間t 不超過10000 s 的情況下，藍(lán)光加權(quán)輻亮度LB不應(yīng)超過100Wm - 2sr - 1。 根據(jù)眼睛運動和測量對邊角的關(guān)系，實驗測得曝輻時間t 為10000s 時，對應(yīng)藍(lán)光加權(quán)輻亮度LB為67. 2Wm - 2sr - 1 ，小于標(biāo)準(zhǔn)限值，符合標(biāo)準(zhǔn)中無危險類燈在10000s 內(nèi)

9、不造成對視網(wǎng)膜藍(lán)光危害的規(guī)定。 4. 3 視網(wǎng)膜熱危害分析 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定: 防止視網(wǎng)膜熱損傷，無危險類燈在曝輻時間t 不超過10 s 的情況下，光源熱危害加權(quán)輻亮度不應(yīng)超過限值: 將實驗測得的對弦角 = 0. 041 rad，t = 10s 代入上面公式，可得到限值要求為: 28000 / = 28000 /0. 041 = 682926Wm - 2sr - 1。 而實驗測量值為5. 91 103Wm - 2sr - 1 ，小于標(biāo)準(zhǔn)限值，因此該燈具無視網(wǎng)膜熱危害。 4. 4 視網(wǎng)膜熱危害曝輻限值-對微弱視覺刺激的危害分析 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定: 對于一個紅外熱光源或者是任何近紅外的光源，當(dāng)用眼睛觀察且輻照時間

10、大于10s 時，其近紅外( 780nm 1400nm) 輻亮度應(yīng)被限制在: 將 = 0. 041rad 代入公式，可知近紅外輻亮度限值為146341W m - 2sr - 1。而實驗測量值為0. 836Wm - 2sr - 1 ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值， 因此符合該項目對無危險類燈的要求。 4. 5 眼睛紅外輻射危害分析 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定: 為了防止對眼角膜的熱危害以及對晶狀體的后遺癥( 比方白內(nèi)障) ， 對于在波長780nm 3000nm 的紅外輻射，當(dāng)照射時間小于1000s 時，紅外輻射的視覺曝輻限值為: 將t = 1000s 代入公式中，獲得無危險類燈的限值為101Wm - 2。而測得的實驗值為1. 40 10 - 3Wm - 2 ，遠(yuǎn)低于限值要求，因此該燈具無近紅外視視網(wǎng)膜危害。 5、總結(jié) 根據(jù)上述實驗結(jié)果分析， 對照標(biāo)準(zhǔn)GB /T20*520* 燈和燈系統(tǒng)的光生物安全的要求，