蔡怡　朱騰飛　汪哲弘　范俊杰　張鈺

摘要：

為評(píng)定照明產(chǎn)品的光生物安全測量的可靠性，提高測量結(jié)果之間的可比性，依據(jù)JJF 1059.1—2002《測量不確定度的評(píng)定和表示》和GB/T 20145—2006《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量和評(píng)定，分析測試過程中的影響因素，建立數(shù)學(xué)模型，對LED照明產(chǎn)品的光生物安全測量進(jìn)行不確定度評(píng)定。

關(guān)鍵詞：

光生物安全； LED； 測量不確定度； 照明產(chǎn)品

中圖分類號(hào)： TH 744.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2017.04.003

Abstract：

To assess measurement reliability of photobiological safety of lighting products and enhance the comparability between the measured results，according to JJF 1059.12002“Evaluation and expression of uncertainty in measurement” and GB/T 201452006“Photobiological safety of lamps and lamp systems”，the influences in the process of test are analyzed，and mathematical models are established to evaluate the uncertainty for the measurement.

Keywords：

photobiological safety； LED； uncertainty of measurement； lighting products

引言

在綠色新光源時(shí)代，LED照明產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人們的日常生活，人們在享受其省電、長壽等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也開始關(guān)注其在光生物安全方面的問題，擔(dān)心其存在光生物危害，會(huì)損傷人類的皮膚、視網(wǎng)膜、眼角膜[1]，特別是擔(dān)心其對視網(wǎng)膜的藍(lán)光危害。不少國內(nèi)外的權(quán)威機(jī)構(gòu)、組織和專家也對LED的藍(lán)光危害進(jìn)行了測試和評(píng)估[2]，但是在LED照明產(chǎn)品的光生物安全測試中，由于LED照明產(chǎn)品本身光學(xué)、電氣和結(jié)構(gòu)特性的特殊性以及測試方法和儀器性能的差別等因素，所以往往難以得到比較一致、準(zhǔn)確的結(jié)果。隨著LED新技術(shù)的不斷應(yīng)用，LED產(chǎn)品得到越來越廣泛的應(yīng)用，市場需求不斷擴(kuò)大，同時(shí)也對LED產(chǎn)品的品質(zhì)及其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求[3]。

因此，如何正確地測量光生物安全中的技術(shù)參數(shù)，進(jìn)行不確定度評(píng)定，以確保數(shù)據(jù)的有效性、科學(xué)性、公正性和可靠性，顯得尤為重要。

1視網(wǎng)膜藍(lán)光危害

光生物危害類型繁多，光生物安全測量是皮膚和眼睛的光化學(xué)紫外危害、眼睛的近紫外危害、視網(wǎng)膜藍(lán)光危害（小光源視網(wǎng)膜藍(lán)光危害）、視網(wǎng)膜熱危害、對微弱視覺刺激的視網(wǎng)膜熱危害、眼睛的紅外輻射、皮膚熱危害等光輻射測量的集合[4]。選取標(biāo)準(zhǔn)中的具有代表性的視網(wǎng)膜藍(lán)光危害有效輻射亮度LB這一參數(shù)，依據(jù)GB/T 20145—2006《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》標(biāo)準(zhǔn)[5]，進(jìn)行測試和不確定度評(píng)定。

藍(lán)光危害是指人眼受波長λ為400～500 nm的藍(lán)光輻射照射后引起的光化學(xué)作用，會(huì)導(dǎo)致視網(wǎng)膜損傷。LED燈發(fā)出的不同波長的光譜輻亮度與藍(lán)光危害加權(quán)函數(shù)相乘，并對波長積分，可得到藍(lán)光加權(quán)輻亮度。為防止長期受到藍(lán)光輻射而產(chǎn)生的視網(wǎng)膜光化學(xué)損傷，藍(lán)光加權(quán)輻射亮度LB應(yīng)滿足如下條件[5]：

LBt=∑700300∑tLλ（λ，t）B（λ）ΔtΔλ≤106（t≤104 s）

（1）

LB=∑700300LλB（λ）Δλ≤100（t>104 s）

（2）

式中：Lλ（λ，t）為光譜輻亮度，單位是W·m-2·sr-1·nm-1；B（λ）為藍(lán)光危害加權(quán)函數(shù)；Δλ為波長帶寬，單位是nm；t為輻射持續(xù)時(shí)間，單位是s。

LED燈的視網(wǎng)膜藍(lán)光危害有效輻射亮度LB可以通過光生物安全測量系統(tǒng)直接測量得到，光生物安全測量系統(tǒng)主要由標(biāo)準(zhǔn)光源、光譜輻射計(jì)、供電系統(tǒng)、電測量系統(tǒng)等組成。

2藍(lán)光輻射測量

2.1實(shí)驗(yàn)裝置

光輻射安全測試系統(tǒng)如圖1所示，被測樣品燈放置于樣品架上點(diǎn)亮，光通過光闌去除雜散光后，被集光系統(tǒng)接收，經(jīng)過光纖傳輸?shù)焦庾V儀中進(jìn)行檢測，最后計(jì)算機(jī)對結(jié)果進(jìn)行記錄分析。

以一標(biāo)稱功率36 W、色溫7 000 K的LED天花燈為例進(jìn)行測試，采用220 V交流電壓進(jìn)行供電。樣品照片如圖2所示。

2.2實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)步驟分為輻照度測試、輻亮度測試、輻亮度分析和結(jié)果導(dǎo)出四個(gè)部分。

為保證測量儀器的精度，在實(shí)驗(yàn)之前要先用標(biāo)準(zhǔn)氘燈、光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈（標(biāo)準(zhǔn)照度端）對照度探頭進(jìn)行定標(biāo)校準(zhǔn)。定標(biāo)后，安裝樣品燈進(jìn)行測試。首先調(diào)整樣品和探測器之間的距離和位

置，使燈的發(fā)光面正對探測器，在產(chǎn)生500 lx照度的距離下進(jìn)行測試。同時(shí)，為防止雜散光的干擾，在離測試探頭20 cm處放置光闌。計(jì)算機(jī)運(yùn)行SPR3000E軟件進(jìn)行輻照度測量，保存輻照度數(shù)據(jù)和測量距離數(shù)據(jù)。

運(yùn)行ProLMD軟件，安裝光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈（標(biāo)準(zhǔn)亮度端），使白色亮度口朝向視網(wǎng)膜亮度計(jì)鏡頭，調(diào)節(jié)鏡頭的對焦，使成像清晰，進(jìn)行標(biāo)定校準(zhǔn)。完成后，安裝樣品燈，樣品與鏡頭切面之間的距離仍為照度測試中的測量距離，測量亮度分布，并進(jìn)行輻亮度評(píng)價(jià)。再將所得到的灰度圖進(jìn)行轉(zhuǎn)化以顯示表觀光源區(qū)域，在保證包括所有顯示的表觀光源區(qū)域下，盡可能小地選取光源發(fā)光區(qū)域，保存所截取的圖像，進(jìn)行光源分析，獲取表光光源的對弦角。運(yùn)行SPR3000L軟件進(jìn)行輻亮度測量，保存測量結(jié)果。endprint

最后，將得到的輻照度、輻亮度及其輻亮度分析得到的結(jié)果，通過軟件運(yùn)算獲得最終的視網(wǎng)膜藍(lán)光危害有效輻射亮度LB。

3不確定度評(píng)定

3.1測量不確定度的主要來源

本項(xiàng)檢測的測量不確定度來源主要包括：

（1） 被測LED燈測量重復(fù)性造成的不確定度uA；

（2） 標(biāo)準(zhǔn)光源定標(biāo)不確定度造成的測量不確定度uB1；

（3） 光譜輻射計(jì)不確定度造成的測量不確定度uB2；

（4） 燈的供電電源電壓造成的不確定度uB3；

（5） 被測燈的安裝位置造成的不確定度uB4；

（6） 環(huán)境條件造成的不確定度uB5。

3.2視網(wǎng)膜藍(lán)光危害值不確定度分量的計(jì)算

3.2.1

標(biāo)準(zhǔn)不確定度A類評(píng)定

視網(wǎng)膜藍(lán)光危害實(shí)測值及計(jì)算見表1。

3.2.3

光譜輻射計(jì)測量不確定度uB2

（1） 波長準(zhǔn)確性

設(shè)備符合IEC/EN 62471要求，波長準(zhǔn)確性引起的測量不確定度分量urel1為3%，靈敏系數(shù)C1為1。

（2） 帶寬

設(shè)備符合IEC/EN 62471要求，帶寬引出的測量不確定度分量urel2為2%，靈敏系數(shù)C2為1。

（3） 光譜響應(yīng)

采用光譜法測量，無光譜響應(yīng)誤差。

（4） 雜散光

設(shè)備符合IEC/EN 62471要求，雜散光引起的測量不確定度分量urel3最大不超過1%，靈敏系數(shù)C3為1。

（5） 線性

設(shè)備非線性引起的測量不確定度分量urel4為0.3%，靈敏系數(shù)C4為1。

4結(jié)論

本次實(shí)驗(yàn)采用光生物安全測量系統(tǒng)對LED天花燈的視網(wǎng)膜藍(lán)光危害進(jìn)行測量和評(píng)定，從評(píng)定結(jié)果可以看出，標(biāo)準(zhǔn)燈的不確定度和光譜輻射計(jì)的不確定度對測量不確定度影響較大。因此在測量時(shí)應(yīng)盡可能選擇精度高的光譜輻射計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)燈應(yīng)定期計(jì)量，以確保標(biāo)準(zhǔn)燈的穩(wěn)定度。對于其他引起不確定度的因素，也應(yīng)盡量降低，比如燈的供電電源應(yīng)通過高精度電參數(shù)儀進(jìn)行監(jiān)測，并使用電參數(shù)儀校準(zhǔn)證書上給出的校準(zhǔn)修正值進(jìn)行校準(zhǔn)；對于燈的安裝位置，應(yīng)選擇準(zhǔn)確度等級(jí)高的照度探頭進(jìn)行定位，并定期對探頭進(jìn)行校準(zhǔn)；對于暗室的溫濕度和氣流，應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)上規(guī)定的參數(shù)進(jìn)行控制，目前實(shí)驗(yàn)室一般采用空調(diào)進(jìn)行控制，要特別注意減少空調(diào)產(chǎn)生的氣流，降低其對測量結(jié)果的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]虞建棟.光生物安全性的測試與評(píng)價(jià)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2006：167.

[2]劉婕，莊曉波，要華，等.光源藍(lán)光危害的測試與評(píng)估[J].照明工程學(xué)報(bào)，2013，24（增刊）：4550.

[3]李蘊(yùn)，黃昊培，陳凱，等.分布光度計(jì)測量LED路燈光通量的不確定度評(píng)定[J].光學(xué)儀器，2013，35（6）：710.

[4]李倩，孫建佩，潘建根.光生物安全測量技術(shù)研究和測定系統(tǒng)[C]∥2011全國新光源技術(shù)與市場研討會(huì)論文集.江門：中國照明電器協(xié)會(huì)，2011：300307.

[5]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 20145—2006燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[6]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJF 1059.1—2002測量不確定度評(píng)定與表示[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

（編輯：劉鐵英）endprint