夜景工程LED灯蓝光危害检测技术研究及应用

杨明伟

(垒知健研检测集团 福建 厦门 361110)

一、绪论

(一)课题的研究背景与意义

所谓的蓝光危害，是由波长介于 300nm 与 700nm 的辐射照射后引起的光化学作用，受到蓝光辐射的视网膜产生的光化学损伤。短波长的蓝光含有高光子能量，可对视网膜产生严重的伤害。这种损害机理起主要作用，而且是热损害机理的数倍之多。尤其对于婴儿、儿童以及对光辐射敏感的人群，对短波长的UV和深蓝色光的光生物作用与成年人不同，对视网膜黄斑区功能的影响尤为巨大，更引起广泛关注。

现市场上出现了越来越多的大功率、高亮度的LED产品，对于检测其蓝光危害的要求也越来越高，如何有效地、准确的检测出产品的蓝光危害程度成了更严峻、更值得研究的问题。只有准确地检测出LED产品的危害性，减轻对人体的伤害。让LED照明不仅仅只是高亮度的存在，也是安全的照明方式，对人们的生活和LED产品的发展越来越好。这些是本文研究的主要意义。

(二)研究内容

本文对蓝光危害安全性的测试与评价方法进行了专门的研究，组建了一套较完整的光生物安全性测试系统，分析了光生物安全性原理，研究了蓝光测试和评价的要求和方法，对比研究前后的数据进行评价。

开展了大量的实验研究主流产品的性能，并对蓝光的危害等级在照明标准中如何评定危害等级，和安全距离的标识进行研究。

本文的主要创新点：

将分布光度测量技术与光生物安全测量技术进行结合，能够有效解决复杂空间辐射分布照明产品的最大辐照测量误差。

针对组建的光生物安全性测试系统，从人、机、料、法、环、测等各方面进行分析，确定测量过程中对检测结果的影响因素和置信水平，并编制光生物辐射安全测试不确定度报告。

二、蓝光测试技术研究

(一)问题提出

基于目前光生物辐射安全的相关国际、国家检验标准，结合设备厂商说明书和标准方法进行蓝光的测试(所得到测试结果表1所示)。最后根据理论进行研究调试，完成相同样品、和同等测试条件的测试比对。

通过能力验证来评判实验结果的准确性。

根据人、机、料、法、环、测方案，分析测量过程中对测量结果的影响因素并评定不确定度，讨论一种更为严格更科学的测试方法。

在实验方面基于LED照明产品的结构复杂性选取一些具有研究价值的一些产品，本次实验样品包括泛光灯、射灯、装饰灯、LED灯泡、面板灯、筒灯、灯丝灯、教室灯、LED灯管和三防灯各一盏。

表1 测试结果

(二)辐亮度测量原理

一般有两种方法测试该有效辐射亮度：成像法(标准方法)和替代方法。

1.成像法(标准方法)

成像法辐亮度的测试就是测试视场角内的平均亮度，由光阑孔径限值接收的光能，由光圈限制视场角，最后被积分球接收。但是成像法测量比较麻烦，也可以采用替代方法。

2.替代方法

图1 替代法测试有效辐射亮度测量结构图

(1)替代原理：

γ = F/r=α eff

E = L·Ω

(三)校正系统

光生物安全测试系统是利用标准灯进行定标的，采用标准量值溯源，也是主要构成测量误差源的最主要因素。

1.紫外波段(200-360nm)校正

使用SIS-613紫外光辐射标准灯对其进行光谱定标，标准灯用支撑架固定好位置用激光对准器调整到中心位置，处于出光口面和光谱探头为同一水平两点上。紫外校正采用光谱定标法，经过中国科学计量研究校准后的标准灯，将光谱能量数据带入到校正系统中，此时需正确处理读取，否则系统校正误差很大，影响测试评判。标准光源的发光面需尽可能靠近光谱探头，以便获得最大信号。校正中，氘灯电源必需使用高精度稳流直流电源，确保光输出稳定3-5分钟。

注意：操作人员务必做好防护施，禁止双眼直接注视氘灯灯丝避免紫外线直接照射视网膜造成细胞癌变。

2.可见光波段校正(360-800nm)和 红外波段校正(800-1600nm)校正

使用D204 BH VIS-NIR光辐射强度标准灯对其进行光谱定标，注意标准灯需要支撑在夹具上对准导轨中心位置，处于出光口面和光谱探头为同一水平两点上，必需采用激光对准器操作。鉴于附带计量报告的标准灯将标准色温带入到校正系统，测光标准灯标准色温：3200K，校正第一次复测试色温：3202K，校正后第二次复测试色温：3204K；一般将色温校正误差控制在2%以内为合格再进行测试：

(四)测试数据整理

运用上文中介绍的理论研究和实验调试，对于被测样品，为了比对的需要基于上文同等测试条件下做了测试得到表2的结果。此外，根据实验结果可得知调试前后的数据对比情况。

为了评价本研究的有效性测试数据的准确性，我们参加了CNAS T0839 LED照明产品蓝光危害的测试能力验证，得到了满意的结果。

表2 数据结果

三、结论和展望

(一)课题结论

对各类典型光源进行展开测量研究，探索出一套简便而有效的测试和评价方法，并将其运用于生产实践中，确保测试的准确性以及光源产品的使用安全性。

具体结论如下：

1．测试技术方面，将分布光度测量技术与光生物安全测量技术进行结合，通过测量被测照明产品的空间光束分布情况，得到其最大辐射量值所对应的角度与辐射方向，然后在该方向角度下进行辐照度和辐亮度测量的方法，很好的解决了对于具有复杂的空间辐射分布照明产品光生物辐射的测量与评价。

2．校准技术方面，采用标准量值溯源，减少测量误差为确保量值可追溯性，制定了《OST-500光辐射安全系统操作和维护要点》和《光生物安全检测细则》各1份。

3．依据测试结果，帮助厂商根据实际应用情况确认LED灯具的危害等级。

4．测试准确度方面，评定了测量不确定度报告，同时参加了CNAS T0839 LED模组蓝光加权辐亮度检测的能力验证，取得了满意的结果，达到了预期的研究目的。

(二)展望

本论文主要对如何精准测量和LED蓝光的危害类别进行了实验方面的研究，对理论方面的研究有一定的参考作用。展望未来，当前的研究主要任务有以下几点：

1．学习在测量研究方面处于领先检测机构的先进经验，加强测试技术研究，提高实验室的装备水平和检测能力。

2．在 LED 的一些新兴应用领域，还缺乏高性能的检测设备。未来将进一步研究和完善检测技术以及测试系统，规避光生物安全危害测试误差，提升测试数据准确性，从而提高测试数据的可靠性。