萬(wàn)里鵬

（襄陽(yáng)市路燈管理處，湖北 襄陽(yáng) 441000）

1 概述

隨著城市道路照明要求的不斷提高，對(duì)安裝、選取路燈提出了更高的要求，LED路燈光源逐漸成為路燈行業(yè)的首選。而大范圍安裝LED路燈產(chǎn)生的藍(lán)光危害也不容忽視。LED路燈產(chǎn)生的藍(lán)光會(huì)損傷行人的視網(wǎng)膜組織，引起視網(wǎng)膜病變，導(dǎo)致視力下降。IEC 62471和《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》 （GB／T 20145—2006）及《燈具 第1部分：一般要求與試驗(yàn)》（GB 7000.1—2015）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，都對(duì)LED燈具的藍(lán)光危害等級(jí)、測(cè)量原理和測(cè)量方法作了具體規(guī)定。藍(lán)光危害性試驗(yàn)已成為國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和燈具CCC認(rèn)證的重要試驗(yàn)項(xiàng)目。在LED燈具藍(lán)光危害測(cè)試中，根據(jù)藍(lán)光加權(quán)輻亮度評(píng)估危害等級(jí)，藍(lán)光加權(quán)輻亮度取決于光源的光譜能量分布和視野中的平均亮度，涉及的參數(shù)復(fù)雜。因此，為對(duì)LED路燈的藍(lán)光分量進(jìn)行科學(xué)把控，藍(lán)光加權(quán)輻亮度這個(gè)參數(shù)的測(cè)量尤為重要。

2 藍(lán)光的危害及計(jì)算方法

藍(lán)光是指波長(zhǎng)為380～500 nm的可見光范圍，根據(jù)IEC 62471和《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》（GB／T 20145—2006），光源的藍(lán)光危害可以通過(guò)測(cè)量藍(lán)光加權(quán)輻亮度和曝輻時(shí)間來(lái)表示。當(dāng)光源的藍(lán)光加權(quán)輻亮度、曝輻時(shí)間同時(shí)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的指標(biāo)時(shí)，會(huì)對(duì)人眼的視網(wǎng)膜產(chǎn)生一定的危害。

藍(lán)光危害計(jì)算主要測(cè)試項(xiàng)目為被測(cè)光源的輻射度、藍(lán)光加權(quán)輻亮度、曝輻時(shí)間等。被測(cè)光源在不同波長(zhǎng)下產(chǎn)生的光譜輻射度乘以相應(yīng)的藍(lán)光危害加權(quán)函數(shù)，對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行積分運(yùn)算，得到藍(lán)光加權(quán)輻亮度。根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為防止因長(zhǎng)期藍(lán)光輻射對(duì)人眼造成的損傷，LED路燈的藍(lán)光加權(quán)輻亮度需滿足要求

式中：LB為藍(lán)光加權(quán)輻亮度，W／（m2·Sr）；Lλ為光譜輻亮度，W／（m2·Sr·μm）；B（λ）為藍(lán)光危害加權(quán)函數(shù)；Δλ為波長(zhǎng)帶寬，nm；t為輻射持續(xù)時(shí)間，s。

當(dāng)LB＞100 W／（m2·Sr），最大允許照射時(shí)間

式中：tmax為最大允許的照射時(shí)間s，LB為藍(lán)光加權(quán)輻亮度。

藍(lán)光加權(quán)輻亮度LB的大小，與光源的藍(lán)光危害等級(jí)劃分有關(guān)［1］，見表1。

表1 藍(lán)光危害等級(jí)及對(duì)應(yīng)的藍(lán)光加權(quán)輻亮度

藍(lán)光危害的測(cè)量主要是檢測(cè)和研究被測(cè)光源的輻射亮度和藍(lán)光的光譜范圍。其中，藍(lán)光光譜傳感器可以測(cè)量色度學(xué)的相關(guān)參數(shù)，通過(guò)測(cè)量380～500 nm之間藍(lán)光的比重可得到相應(yīng)參數(shù)。對(duì)于被測(cè)光源的輻射度，有效輻射度一般采用成像測(cè)試方法。輻射標(biāo)準(zhǔn)法的測(cè)量圖如圖1所示。將光源成像在圖中探測(cè)器上，通過(guò)圓場(chǎng)孔徑，形成相對(duì)于平均視場(chǎng)的角度范圍，并通過(guò)圓形入射光瞳（光圈光闌）。在形成的立體角中，探測(cè)直徑與焦距之間的關(guān)系。圖中具有最小限制直徑D的孔徑等于脈沖光源的7 mm瞳孔直徑，這是光源生物物理意義上的平均孔徑。通過(guò)該成像原理，測(cè)量了平均視場(chǎng)中單位接收面積和單位立體角的入射輻射功率，得到了輻射度測(cè)量結(jié)果［2］。

圖1 輻射亮度標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)量示意圖

3 藍(lán)光測(cè)試系統(tǒng)與測(cè)試方法

3.1 系統(tǒng)主要組成

系統(tǒng)主要組成部分為藍(lán)光光譜傳感器、亮度傳感器、分析計(jì)算機(jī)及專用測(cè)試軟件。儀器實(shí)物圖如圖2所示。

圖2 儀器實(shí)物圖

3.2 測(cè)試方法

儀器主要通過(guò)藍(lán)光光譜傳感器測(cè)試藍(lán)光光譜，亮度傳感器測(cè)量光源亮度，將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，通過(guò)專用測(cè)試軟件，對(duì)采集的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)運(yùn)算，最終顯示被測(cè)光源的藍(lán)光危害等級(jí)。儀器結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，藍(lán)光光譜傳感器原理圖如圖4所示，儀器測(cè)試流程圖如圖5所示。

圖3 儀器結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 藍(lán)光光譜傳感器原理圖

圖5 測(cè)量原理示意圖

3.3 主要技術(shù)參數(shù)

1）藍(lán)光加權(quán)輻亮度：0～5 000 W／（m2·Sr）；

2）光譜輻亮度：0～15 000 W／（m2·Sr·μm）；

3）藍(lán)光危害：無(wú)危險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)、中等危險(xiǎn)、高危險(xiǎn)；

4）色溫測(cè)量范圍：1 500～25 000 K，分辨率：1 K，精度±5%；

5）顯色指數(shù)測(cè)量范圍：0～100，精度±5%；

6）波長(zhǎng)測(cè)量范圍：380～500 nm；

7）計(jì)算機(jī)配置：聯(lián)想ThinkPad E490；

8）通信方式：USB。

3.4 測(cè)試條件

1）選取合適的測(cè)量點(diǎn)。光源干擾少，路況安全，沒有樹蔭遮擋。

2）將測(cè)試車停在路燈正下方，把藍(lán)光分析儀放置在車頂，放置在路燈的正下方，用USB線連接操作電腦。

儀器的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量實(shí)物圖如圖6所示。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量實(shí)物圖

3.5 測(cè)試注意事項(xiàng)

1）測(cè)試光源必須點(diǎn)亮0.5 h以上，最好在深夜測(cè)量，避免其他雜光對(duì)測(cè)試結(jié)果的干擾。

2）多次采集數(shù)據(jù)，計(jì)算得出平均值，減少人為產(chǎn)生的誤差。

3）測(cè)試時(shí)必須選擇天氣情況良好，天氣晴朗的夜晚，在夜間24∶00點(diǎn)以后測(cè)量。

4）測(cè)試路段應(yīng)選擇標(biāo)志性路段。

5）測(cè)量時(shí)要注意將藍(lán)光光譜傳感器和電腦之間的連接線檢查好，確保通信正常。

4 結(jié)論

通過(guò)藍(lán)光測(cè)量系統(tǒng)，在道路測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)可直接測(cè)量藍(lán)光危害，得到路燈光源的藍(lán)光危害等級(jí)，及其相關(guān)的技術(shù)參數(shù)。測(cè)量系統(tǒng)提高了道路照明藍(lán)光檢測(cè)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，以及測(cè)量工作效率，為科學(xué)選取路燈光源提供保障，節(jié)省人力、物力，為城市的科學(xué)化發(fā)展提供技術(shù)保障。