Меню

Стробоскопический эффект при пульсации света



Пульсации ламп

Пульсации ламп представляют собой изменения светового потока с удвоенной частотой электрической сети (возможны также варианты пульсаций с частотами 50, 200, 300 Гц). Пульсации с частотой более 300 Гц обычно не учитывают, так как они практически не оказывают вредного воздействия на человека.

Для оценки величины пульсаций служит коэффициент пульсаций освещенности, равный

где Еmax, Emin, Еср – максимальное, минимальное и среднее значение освещенности.

Для измерения величины пульсаций используют специальные приборы — пульсметры, при помощи которых можно точно определить характеристики ламп. Данные приборы обычно позволяют измерять не только пульсации, но и освещенность.

Пульсации света несут в себе два вида опасностей для человека:

— переутомление зрительного аппарата.

При возникновении стробоскопического эффекта возникает иллюзия, что вращающиеся предметы (например, шпиндель станка) кажутся неподвижными, либо имеющими очень маленькую скорость вращения. Этот эффект (по существу обман зрения) является одной из частых причин травматизма на производстве с тяжелыми последствиями. Для устранения стробоскопического эффекта в производственных помещениях рядом расположенные светильники подключают к разным фазам электрической трехфазной сети. В этом случае вследствие временного сдвига фаз на 120 градусов минимумы и максимумы светового потока различных светильников не совпадают во времени, благодаря чему пульсации освещенности в помещении могут быть уменьшены в 5-10 раз.

Переутомление зрительного аппарата возникает вследствие того, что мозг начинает тратить слишком много ресурсов на исправление поступающей зрительной информации. То есть для того, что бы мы ни воспринимали изменение яркостей освещенных предметов с удвоенной частотой электрической сети, наш мозг приводит увиденное к некоторому стабильному виду.

О вреде пульсаций света известно давно. Еще в 1963 году были опубликованы исследования о вредном воздействии пульсаций света на работу мозга в журнале Светотехника, 1963, № 5. С 1—5, авторы Ильянок В. А. и Самсонова В. Г.

Увидеть пульсации света можно при помощи простейшего приспособления – стробоскопического диска. Для этого необходимо распечатать на листе формата А4 вот такой рисунок (для печати лучше скачать этот рисунок в формате pdf):

Стробоскопический диск

Рис. 1. Стробоскопический диск

Положить его на любой круг (подойдет даже пластиковая тарелка толщиной 1 – 2 миллиметра, в центре которой просверлено отверстие диаметром 4-5 мм). Затем одеть пластиковую тарелку на отвертку, кончик шариковой ручки или иной круглый предмет и придать рукой вращательное движение (см. Рис.2).

Рис. 2 Придание вращательного движения

Круг должен вращаться по инерции хотя бы 20 — 30 секунд. Для увеличения времени вращения по инерции тарелку можно утяжелить, или выполнить круг из фанеры толщиной 10 мм. Первоначальная скорость круга должна быть 2 – 3 оборота в секунду.

При солнечном свете мы не обнаружим никакого стробоскопического эффекта, и будем видеть такую картину (Рис. 3) до тех пор, пока скорость вращение диска не станет столь малой, что мы увидим останавливающиеся черные риски:

Стробоскопический диск при солнечном свете

Рис. 3. Вращающийся стробоскопический диск при солнечном свете

Аналогичную картину мы увидим при пульсациях света менее 5 – 6%.

При освещении круга лампой с пульсациями более 6 – 7 % мы увидим стробоскопический эффект, при котором штрихи остановятся, после чего начнут медленно вращаться в обратном направлении. Причем этот эффект мы увидим поочередно на трех кругах штрихов. Иногда штрихи при стробоскопическом эффекте окрашиваются в какой либо цвет.

Стробоскопический эффект

Рис. 4. Стробоскопический эффект при Кп=40%

Читайте также:  31539 уточка с паззлами звук свет фигурки

Для наблюдения стробоскопического эффекта окна необходимо закрыть плотными шторами, но лучше подобные эксперименты проводить в темное время суток. В зависимости от величины пульсаций вращающиеся штрихи будут приобретать различный оттенок. При пульсациях 15 – 20% стробоскопический эффект будет менее заметен, чем при 40%. При пульсациях менее 10% можно наблюдать примерно такую картинку:

Стробоскопический эффект при малых пульсациях

Рис. 5 Пульсации менее 10%

Для понимания, насколько правильно проводится эксперимент и примерной оценки пульсаций можно воспользоваться данными из таблицы:

Коэффициент пульсаций светового потока ламп накаливания

У ламп накаливания величина пульсаций в основном зависит от конструкции и температуры нагретой спирали. Причем различие величины пульсаций у разных производителей очень мало. При увеличении мощности ламп накаливания пульсации светового потока уменьшаются. Приведенные в таблице значения соответствуют обычным лампам грушевидной формы. У галогенных ламп накаливания и некоторых видов зеркальных ламп пульсации могут быть ниже. Еще одним фактором величины пульсаций является напряжение на лампе. Если лампа рассчитана на напряжение 230-240 В, а испытания проведены при напряжении 220 В, то пульсации могут несколько выше. У ламп мощностью менее 40Вт наблюдается повышенный разброс значений, так как в таких лампах используется тонкая спираль, толщина которой может быть различной у разных производителей.

При больших пульсациях света можно использовать и такой стробоскопический диск (для распечатки лучше использовать диск в формате pdf):

Стробоскопический диск для больших пульсаций

Рис. 6. Стробоскопический диск для больших пульсаций

Он поможет идентифицировать очень большие пульсации (более 40 – 50%), при которой штрихи будут четко очерчены, как на Рис. 7. При пульсациях менее 20% при помощи такого диска с трудом можно увидеть пульсации.

Большие пульсации на диске без штриховки

Рис. 7 Пульсации 50% на диске без штриховки (Рис.6)

Всегда следует иметь в виду, что такой метод оценки пульсаций очень приблизителен, так как зрение каждого человека весьма индивидуально. Но этим простым методом всегда можно выделить из большого числа ламп качественные источники света с пульсациями менее 5%.

Наблюдение стробоскопического эффекта сильно нагружает зрительный аппарат. При больших пульсациях (40% и более) достаточно минуты, что бы уже почувствовать некоторую тяжесть в голове. Ведь мы видим стробоскопический эффект именно потому, что наш мозг уже перестал справляться с поступающей зрительной информацией. Поэтому не стоит длительно рассматривать вращающийся стробоскопический диск, особенно при больших пульсациях.

Если рассматривать светильники с точки зрения создающих ими пульсаций светового потока, то можно выделить:

— светильники высокого качества (имеют пульсации менее 5%). Эти светильники не приводят к перегрузке зрительного аппарата, о чем свидетельствует отсутствие стробоскопического эффекта;

— светильники удовлетворительного качества (имеют пульсации более 5% и до 20%). Эти светильники вызывают перегрузку зрительного аппарата, но не большую. К числу этих источников света относятся лампы накаливания мощнее 40Вт;

— светильники низкого качества (пульсации 20 – 40 %). Такие светильники могут быть установлены в местах без постоянного пребывания людей, так как способны вызвать плохое самочувствие (утомление, головокружение, повышение артериального давления), особенно при наличии вращающихся или быстро перемещающихся предметов;

— светильники недопустимо низкого качества (имеют пульсации более 40%). Использовать такие светильники опасно даже в местах, в которых люди присутствуют ограниченное время. Даже незначительное вращение и любое перемещение предметов в таком помещении (даже идущий человек) могут вызвать сильное переутомление зрительного аппарата.

Читайте также:  Штраф за ксенон ближнего света

Как показывают наблюдения, большие уровни пульсаций ламп вызывают переутомление зрительной системы и всего организма (синдром вечной усталости и т.д.) в первую очередь при попадании в поле зрения движущихся и вращающихся предметов.

Коэффициент пульсаций – не единственный параметр, характеризующий пульсации света ламп. Также важным параметром является скорость изменения светового потока. Например, у ламп накаливания осциллограмма пульсаций светового потока по форме близка к синусоиде, то есть световой поток изменяется плавно в пределах полупериода частоты электрической сети. А у источников света, для работы которых используются пускорегулирующие аппараты или блоки управления (люминесцентные лампы и светодиоды) осциллограмма пульсаций часто имеет вид скачкообразного изменения светового потока. В связи с этим при одинаковых пульсациях лампы накаливания могут в значительной мере меньше утомлять зрение, чем другие типы источников света. Поэтому многие считают, что световой поток ламп накаливания вообще лишен каких либо пульсаций.

О других важных параметрах источников света, определяющих качество освещения, можно прочитать в статье Искусственное освещение (основные критерии качества) и некоторых других, названия которых размещены в оглавлении.

Источник

О коэффициенте пульсации

Искусственное освещение в повседневной жизни играет едва ли не ведущую роль. Как минимум 6 часов в сутки мы пользуемся светом, который воздействует на общее психическое состояние и работоспособность организма. Эти процессы протекают на подсознательном уровне и остаются незаметны для восприятия, однако могут сказаться на здоровье. От качества световых потоков зависит не только уровень нагрузки на зрение и эффективность мышления, но в некоторых случаях – и безопасность труда целиком опирается на источник света.

Отвечают за подобный эффект пульсации или периодическое мерцание. Как бы парадоксально это не звучало, но коэффициент пульсаций в лампе стал следствием развития светотехники. В современных лампах, за исключением подделок, производитель старается свести пульсации к минимальному порогу – от 2 до 4%, которые не отражаются на здоровье человека. Так что же такое пульсация в лампе и нужно ли вообще акцентировать внимание на этом факте?

Допустимый коэффициент пульсации:

Любой осветительный прибор образует определенный процент мерцаний, начиная от ламп накаливания и заканчивая светодиодными светильниками. Комфортный для восприятия показатель находится в пределах 20%, а параметры свыше образуют нагрузку на зрение. Коэффициент пульсации (Кп) – это одна из главных характеристик, определяющая качество светового потока. Для измерения этой величины используют специальные приборы, которые фиксируют минимальные, средние и максимальные значения для каждого уровня освещенности.

Физически это величина относительная, поэтому мерцания определяют в процентном соотношении. Для расчета используют ряд формул, в основе которых лежит общий уровень освещенности в люксах. Не будем вдаваться в теорию и обратимся к практике. Поскольку требования к уровню освещенности достаточно высоки во всех сферах деятельности, для коэффициента пульсаций установлены соответствующие нормы. Показатели примерно одинаковые вне зависимости от характера помещений:

• Детские и учебные учреждения – до 10%.
• Офисы и рабочие кабинеты с наличием техники – до 5%.
• Производственные цеха и работы высокой точности – до 10%.
Небольшое отклонение от нормы также незаметно для глаз, но при этом неблагоприятно отражается на самочувствии.

Как мерцания отражаются на человеке:

Человеческий глаз спокойно воспринимает пульсации на частоте 300 Гц – это критический порог, при котором воздействие мерцаний не отражается на здоровье. При понижении частоты до 100-120 Гц мозг человека распознает пульсацию как нечто незнакомое – вроде закодированного послания, которое нужно расшифровать и придать ему удобоваримый вид. Как следствие – возникают гормональные сбои и прочие нарушения.

Читайте также:  Как снять лампочку ближнего света форд фокус 2

В краткосрочном влиянии – это повышенная утомляемость глаз, головная боль и снижение умственной активности. При длительном эффекте симптомы могут привести к депрессии, бессоннице или расстройству нервной системы. Рекордсменом по количеству мерцаний выступает лампа накаливания – 18-20% на частоте 100 Гц. Самый низкий коэффициент пульсаций отмечается у фирменных светодиодных ламп – в пределах 3-5%. Однако это величина непостоянная и зависит не столько от технологии, сколько от качества деталей лампы. Например, если светодиодный светильник оснащен драйвером низкого качества, порог мерцаний может составить все 100%.

Похожая ситуация и со всеми видами газоразрядных ламп, для работы которых необходимо использовать пускорегулирующую аппаратуру. Исключение составляют компактные люминесцентные лампы, поскольку их конструкция содержит встроенный дроссель. Это позволяет подключать лампу напрямую к сети напряжения и получать качественный поток света. Остальные приборы нуждаются в ПРА, от качества которых зависит уровень мерцаний.

Так, при работе с магнитным балластом люминесцентные источники образуют пульсации от 5 до 15%. Это связано с техническими нюансами устройства, где дуговой разряд отличается малой инерционностью и привязан к частоте напряжения, которое питает лампу. Поэтому приборы с магнитным модулем желательно использовать в местах с редким нахождением людей. Обратная история с балластом электронным – это конструкция современной сборки, способная снижать частоту мерцаний до 10% и продлевать жизнь светильника за счет мягкого запуска.

Стробоскопический эффект пульсации:

Мерцание в лампе – это причина зрительных иллюзий, связанных с движущимися или, наоборот, неподвижными предметами. В кинематографе стробоскопический эффект относят к незначительному типу искажений. Например, при чтении кинокадров крутящееся колесо воспринимается неподвижным за счет одинаковых спиц, которые покадрово почти не меняют угол наклона. Стробоскопический эффект при съемке/просмотре видео и цифровых фото относят уже к величине искажений второго порядка: быстро движущиеся предметы кажутся неподвижными.

Если в повседневной жизни стробоскопический эффект не приносит вреда и выступает занятным явлением, то в условиях производства способен привести к плачевным последствиям. Например, в машиностроительных цехах при освещении газоразрядными лампами может возникнуть иллюзия неподвижности станка в тот момент, когда он стремительно вращается. Окружающие шумы в этом случае не позволят услышать звуки вращения, поэтому сотрудникам остается только визуальный ориентир.

Иллюзия здесь крайне опасна и может привести к серьезным повреждениям. Хорошая новость состоит в том, что стробоскопический эффект характерен исключительно для газоразрядных источников света. Чтобы избежать неприятных последствий, свет люминесцентной лампы необходимо совмещать с обычной лампой накаливания или любым другим аналогом, но с питанием лампочек от разных электрических фаз.

Что в итоге?

Светотехнический рынок стал пополняться светодиодными лампами с коэффициентом пульсаций не больше 2%, чем не может похвастаться ни одна друга технология. Достижения продиктованы постоянным совершенствованием осветительных приборов и борьбой среди производителей за лучшее качество света. Если же обратиться к нормативным документам – ГОСТу или СанПину – окажется, что допустимый порог мерцаний соответствует 20% (за исключением особых условий труда, где мерцания не должны превышать 5%). Значение вполне допустимое: оно не способно оказать отрицательного воздействия на организм человека, поэтому и опасаться его не стоит, а все другие технологии получения света укладываются в эти 20%.

Источник