Nagli razvoj rasvjetne tehnologije bazirane na LED diodama doveo je do potrebe za mjerenje flikera i stroboskopskog efekta LED rasvjete. LED rasvjeta je tehnologija koja je bazirana na poluvodičima, tehnologija koja vrlo brzo reagira na promjenjive uvjete napajanja. Iz tog razloga parametri napajanja imaju izravan utjecaj na svjetlosne parametre LED rasvjetnih tijela.

Zbog toga prilikom dizajniranja upravljačkih programa i izvora napajanja potrebno je uz parametre izvedbe LED rasvjete uključiti mjerenje TLA (Temporary Light Artefacts), tj. efekte treperenja (flicker) i efekt stroboskopa (stroboscopic). U članku ćemo spomenuti više o navedenim mjerenjima i parametrima jer utječu na udobnost vizualnog rada i sigurnosti na radu.

Negativni utjecaji na vizualnu percepciju ljudi

  • Treperenje može pogoršati udobnost u vidnom radu i u ekstremnim slučajevima, dovesti do neuroloških problema kao što su migrenske glavobolje ili čak epilepsija.

  • Treperenje je krajnje nepoželjno u sportskim objektima, stadionima, TV rasvjeta, koncertnim dvoranama, gdje se koriste kvalitetne filmske kamere, kada postane vidljiv učinak promjene intenziteta svjetlosti.

  • Periferni vid je osjetljiviji na efekt treperenja, što predstavlja rizik za sigurnost u prometu, jer može poremetiti koncentraciju vozača u prometu.

  • Stroboskopski efekt u industrijskom okruženju može izazvati nesreće jer dovodi do poremećaja u percepciji brzine rotirajućih objekata npr. dijelova strojeva.

  • U ekstremnim slučajevima stroboskopski efekt može utjecati na reproducirano brzo kretanje sportaša ili lopte.

Što točno trebamo mjeriti?

Direktiva o ekološkom dizajnu (Ecodesign directive) je politika koja je na snazi u svim zemljama Europske unije, a usmjerena je na poboljšanje energetske učinkovitosti, promicanje održivog gospodarstva te omogućavanje jednostavne provjere parametara kvalitete izvora svjetlosti i rasvjetnih tijela. Ekodizajn EU 2019/2020 nameće nove obveze proizvođačima rasvjete, a novi zahtjevi ostaju relevantna tema već nekoliko godina.

Direktiva o ekološkom dizajnu uvodi potrebu za mjerenjem parametara PstML i SVM. PstLM je kratica za ”Short Term Perceptibility” za modulaciju svjetla, a koja određuje otpornost sustava napajanja izvora svjetlosti na mrežne smetnje. U laboratorijskim uvjetima se izvodi odgovarajuća simulacija takvih smetnji pomoću generatora signala. SVM (Stroboskopska mjera vidljivosti) je određivanje vjerojatnosti pojave stroboskopskog efekta.

Prema inženjerskom društvu za rasvjetu (IES – The Illuminating Engineering Society, nekadašnje Illuminating Engineering Society of North America – IESNA) treperenje LED rasvjete najvažnije procjeniti na temelju mjerenja amplitude signala (postotka treperenja – flicker percent) i oblika (indeks treperenja – flicker index).

Zahtjevi ECODESIGN DIRECTIVE:

  • PstLM ≤ 1

PstLM = 1 znači 50% šanse da će promatrač otkriti treperenje.

  • SVM ≤ 0,9 prije 1. rujna 2024. i nakon ovog datuma primjenjuje se prag od SVM≤ 0,4

Prag vidljivosti efekta stroboskopa je SVM ≥ 1, za SVM ≤ 1 efekt stroboskopa neće biti vidljiv promatraču.

Preporuke IESNA:

  • Postotak treperenja (FP) prema preporukama IEEE 1789 predlažu postotke vrijednosti treperenja:
  1. Niska razina rizika <0,08 puta frekvencije treperenja (8% pri 100 Hz),
  2. Razina bez vidljivog učinka neće premašiti 0,0333 x frekvencija treperenja (3% za 100 Hz).
  • Indeks treperenja (FI) izvor svjetlosti ne smije prelaziti vrijednost indeksa treperenja=0,1.

Što su flikeri (treperenje) svjetlosti?

Fliker svjetlosti je periodična i brza promjena fotometrijskih veličina izvora svjetlosti spojene na elektroenergetski sustav. Frekvencija treperenja izražena je u Hz ili kHz, te definira brzinu promjene intenziteta svjetlosti i neovisna je o karakteru promjena (pravokutni, sinusni). Razine treperenja vidljive ljudima predstavljaju periodične promjene s frekvencijom od nekoliko Hz do 100 Hz.

Prikaz mjerenja postotka flikera i indeksa u LED rasvjeti

Slika prikazuje sinusoidnu promjenu intenziteta svjetlosti (struje fotodiode) tijekom vremena.

Postotak treperenja (FP) je mjera treperenja koja se temelji na maksimalnoj i minimalnoj amplitudi treperenja. Ako se valni oblik promijeni (uz zadržavanje vrijednosti amplituda treperenja), npr. od sinusoidnog do pravokutnog, tada vrijednost faktora treperenja ostaje ista. Raspon mogućih vrijednosti kreće se od 0% (bez treperenja) do 100%.

Indeks treperenja (FI) je mjera treperenja koja se temelji na određivanju integrala (površina) ispod krivulje. Za razliku od prethodnog parametra, indeks treperenja uzima u obzir ne samo amplitudu valnog oblika, već i njegov oblik. Vrijednost mjerenja može biti u rasponu od 0 (u slučaju nedostatka flikera) do 1.

Što je stroboskopski efekt i mjera stroboskopske vidljivosti?

Stroboskopska mjera vidljivosti (SVM) je mjera vjerojatnosti pojave stroboskopskog efekta. Razvila ga je skupina znanstvenika iz ‘Philips Researcha’ uzimajući u obzir vizualnu percepciju različitih frekvencija treperenja izvora svjetlosti. Ona uzima u obzir frekvenciju, vrstu modulacije i dubinu modulacije. Odgovara zbroju komponenti Fourierove Cm transformacije podijeljenom s Tm, shvaćenom kao prag detekcije odgovarajuće frekvencije za treperenje sinusoidne modulacije.

Za razliku od FI i FP, SVM uzima u obzir različitu osjetljivost ljudskog slikovnog sustava (oka i mozga) na frekvenciju treperenja. Ako granica od ≤ 0,4 bude službeno dogovorena, to bi moglo značiti da većina dostupnih LED rasvjetnih proizvoda spojenih na električnu mrežu neće biti u skladu sa standardom.

Potrebna mjerna oprema za mjerenje flikera i SVM

Mjerila treperenja svjetlosti razlikuju se u vremenskom rasponu mjerenja, frekvencijama uzorkovanja, maksimalnoj frekvenciji prijenosa i frekvencijskoj rezoluciji ovisno o veličini FFT-a (Brza Fourierova transformacija).

Parametri treperenja određuju se brzim fotodetektorskim sustavima opremljenim fotodiodom s odgovarajućom V-lambda korekcijom. Vrhunski uređaji uzorkuju signal s visokom stopom uzorkovanja koja je 10x veća od najveće očekivane frekvencije mjerenog signala, što je važno za točnu reprodukciju oblika signala treperenja.

Frekvencija od 1000 Hz dovoljna je za mjerenje titranja na razini od 100 Hz. Međutim, u slučaju mjerenja izvora koji trepere s frekvencijom od 10 kHz, mora se koristiti mjerna oprema s minimalnom frekvencijom uzorkovanja od 100 kHz.

Mjerenje flikera i stroboskopskog efekta LED rasvjete

Laboratorijsko mjerenje

Proizvođači najčešće žele specificirati parametre treperenja LED rasvjete u laboratorijskim uvjetima kako bi te parametre uključili u tehnički list. Takvo ispitivanje treba izvesti u tamnoj prostoriji ili integrirajućoj sferi, gdje nema drugih izvora svjetlosti koji bi mogli ometati mjerenje.

Terensko mjerenje

Mjerenje na licu mjesta nekoliko izvora svjetlosti ugrađenih u prostoriju, mnogo je teži zadatak zbog superpozicije (međusobnog preklapanja valova) promjena intenziteta svjetlosti. Međutim, periodične revizije instalacije mogu nas uvjeriti u stvarne performanse rasvjete, a pojačano treperenje može ukazivati na oštećenje sustava napajanja ili promjenu toplinskih uvjeta LED modula.

Mjerenja-su-napravljena-s-GL-SPECTIS-1.0T-Flicker

Primjer mjerenja s GL SPECTIS 1.0T Flicker s frekvencijom uzorkovanja od 125 kHz

Pri karakteriziranju titranja svjetlosti jedno od osnovnih problema je određivanje frekvencije titranja izvora svjetlosti.

Budući da često postoje dodatni izvori treperenja kada se mjerenja izvode izvan laboratorija, zbog toga se brza Fourierova transformacija (FFT) koristi u mjernim sustavima za analizu signala kako bi se identificirale sve komponente prisutne u signalu.

Također je važno moći vidjeti registrirani signal u dijagramu tijekom određenog vremena, što omogućuje procjenu oblika signala (sinusoidalni, pravokutni, trokutasti), modulacije ili frekvencije.

IZVORI

Podijelite članak na društvenoj mreži