大功率LED路燈的光生物安全測(cè)試與分析

引言

隨著LED 技術(shù)的不斷進(jìn)步，LED 功效不斷增大，亮度不斷提高，過(guò)去LED 出射光不會(huì)對(duì)人體造成危害的時(shí)代已經(jīng)一去不復(fù)返，歐洲、北美等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)都開(kāi)始密切關(guān)注LED 產(chǎn)品的光生物安全性問(wèn)題，并著手制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)。但是，目前國(guó)內(nèi)對(duì)于LED 光生物安全測(cè)試技術(shù)的研究仍然非常薄弱，相關(guān)的測(cè)試系統(tǒng)與方法研究論文更是少之又少。

本文對(duì)一款目前LED 照明中被大量采用的大功率LED 路燈進(jìn)行光生物安全性檢測(cè)。首先對(duì)輻射照度、輻射亮度、表觀光源作了測(cè)試，最后對(duì)檢測(cè)結(jié)果的危害類(lèi)型進(jìn)行分析和歸類(lèi)?；谄胀ㄕ彰饔肔ED 光源不會(huì)產(chǎn)生800nm 以上的紅外部分光譜，本實(shí)驗(yàn)只針對(duì)200nm ～ 800nm 部分光譜范圍進(jìn)行測(cè)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，最大光強(qiáng)2839. 16 cd， 最大光強(qiáng)角度c: 180. 0° γ: 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(cè)試

一般來(lái)說(shuō)，LED 路燈的配光設(shè)計(jì)是根據(jù)道路照明需要設(shè)計(jì)的，所以路燈的中心軸位置獲取的視場(chǎng)亮度值往往不是最大值，該樣品的最大光強(qiáng)方向在:c: 180. 0° γ: 59. 0°?？紤]到測(cè)試需要針對(duì)路燈的最大危害方向進(jìn)行，因此在測(cè)量時(shí)需使用專(zhuān)用夾具，固定燈具的最大光強(qiáng)方向垂直于探測(cè)器端面方向。

本實(shí)驗(yàn)采用光譜輻射分析儀光譜測(cè)試范圍為200nm ～ 930nm。在輻射照度測(cè)試之前，首先應(yīng)對(duì)光譜分析儀作定標(biāo)校正，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示。

由于測(cè)試光譜范圍跨度較大，對(duì)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(duì)200nm ～ 350nm 光譜定標(biāo)采用300 mA 恒流供電的標(biāo)準(zhǔn)氘燈; 對(duì)350nm ～ 800nm 光譜信號(hào)定標(biāo)，采用標(biāo)準(zhǔn)鹵鎢燈作為光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈。

測(cè)試系統(tǒng)采用混光球開(kāi)孔的方法作為探測(cè)器的輸入口，小型混光球可以充分接收探測(cè)器前方的光度信號(hào)，由于在光生物安全系統(tǒng)測(cè)量中光度信號(hào)方向性較強(qiáng)，所以混光球在充分接收光度信號(hào)時(shí)也可以很好的對(duì)被測(cè)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(huì)使入射光發(fā)生偏振現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)多次反射可以使以同樣光譜特性的入射光充滿(mǎn)輻射的入射口徑，從而避免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(cè)試的LED 路燈，對(duì)該樣品的輻射照度進(jìn)行測(cè)量。一般情況下，普通照明最大使用照度為500 lx，所以在評(píng)估普通照明用燈時(shí)采用該照度去測(cè)量。另外，對(duì)于光源危害值的計(jì)算是將光譜掃描后進(jìn)行危害函數(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(cè)量波長(zhǎng)間隔為1nm，以保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

測(cè)量燈具最大光強(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，固定該距離進(jìn)行光譜測(cè)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)期最差使用條件的原則，必須保證該測(cè)試距離大于200mm。

500 lx 照度下獲取該燈具的相對(duì)光譜功率值，測(cè)得照度光譜分布圖如圖2:

通過(guò)軟件采集數(shù)據(jù)，自動(dòng)獲得到燈具在各個(gè)波段的光譜輻照度測(cè)試結(jié)果：

根據(jù)GB /T 20145—2006 《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全》的要求，對(duì)于連續(xù)輻射燈在規(guī)定曝輻時(shí)間內(nèi)的發(fā)射限值如表1 所示，對(duì)于無(wú)危險(xiǎn)類(lèi)的燈具不應(yīng)該超過(guò)任何一項(xiàng)限值。