LED球燈泡的光生物安全測試與分析

李芹 王杰 趙海波 孟祥瑋 郭陽

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.24.179

摘 要：隨著LED技術(shù)的發(fā)展，LED照明產(chǎn)品光效、亮度不斷地提高，光對人體皮膚、眼睛的危害隨之受到人們的關(guān)注，光生物安全的評價技術(shù)越來越受到重視。運用GB/T 20145-2006《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》，采用光生物安全性的測試系統(tǒng)，對LED球燈泡進行了光生物安全測試，涵蓋輻照度、輻亮度等項目測試，并探討和分析LED光生物安全的檢測方法與測試影響因素，探討一種更為嚴(yán)格的光生物安全測試方法。

關(guān)鍵詞：光生物安全 LED燈具 光危害 輻照度 輻亮度

中圖分類號：TM923.34 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）08（c）-0179-04

燈具是人類生活中不可缺少的電器，隨著LED技術(shù)不斷地突破、LED產(chǎn)品成本大幅度降低，LED燈使用的迅速推廣，LED燈因為節(jié)能、環(huán)保、高亮度優(yōu)點被使用者喜愛。LED燈雖然有諸多優(yōu)點，卻存在被人忽略的的光生物安全風(fēng)險。從2002年開始，有關(guān)人類第三種非視覺光接收器（細胞）、光輻射對生理節(jié)律及內(nèi)分泌系統(tǒng)的影響等基礎(chǔ)研究的開展，為大家研究LED照明在應(yīng)用過程中呈現(xiàn)的潛在危害提供了依據(jù)。研究表明，LED光輻射影響人類生物節(jié)律的調(diào)理，不規(guī)范的LED照明能夠在人群中引起失眠、暈厥、頭痛、情感妨礙等廣泛的神經(jīng)系統(tǒng)反常。特別是隨著LED技術(shù)的發(fā)展，市場上出現(xiàn)了越來越多的大功率、高亮度的LED產(chǎn)品，由于芯片功率的提升，芯片射出光的輻射亮度大幅度提高；通過增大驅(qū)動電流、多芯片集成，LED產(chǎn)品的功率越來越高；通過增加二次光學(xué)設(shè)計，如，采用透鏡會聚等，LED的光束越來越窄，視網(wǎng)膜受到的輻射越來越強[1]。有關(guān)光生物安全的問題必須引起重視和研究，檢測燈具產(chǎn)生的光輻射對人類健康的影響非常重要。

目前，在我國LED光源和燈具的光生物安全性還未列入強制性檢驗的項目，但是如果要出口歐盟、北美等國家時，光生物安全則是必不可少的檢測項。該文運用GB/T 20145-2006《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》對燈具的輻照度、輻射亮度作了測試，并對檢測結(jié)果的輻射危害類型進行分析歸類，以避免光生物輻射對用戶的危害。

1 LED光生物安全測試過程

GB/T 20145-2006中規(guī)定：普通照明用燈或燈系，評價其危害主要是從皮膚和眼睛的光化學(xué)紫外危害，眼睛的近紫外危害，藍光危害，眼睛的紅外輻射等方面來評價，光生物安全性檢測主要對輻照度、輻亮度等方面進行測試。

1.1 輻照度測量

該實驗采用光譜輻射分析儀SUV-3000、ST-80C照度計測量系統(tǒng)。在輻射照度測試之前，首先應(yīng)對光譜分析儀作定標(biāo)校正。

1.1.1 照度校正

把紫外氘燈裝在移動小車上并接好線，將紫外氘燈與探頭貼近，調(diào)節(jié)紫外氘燈的位置使之與照度探頭在同一水平線，氘燈與照度計的距離按氘燈計量證書計量時的距離。在SR-3000E軟件上點擊“零位采集”，零位采集完成后，打開紫外氘燈電源，慢慢調(diào)到氘燈計量證書上計量的電參數(shù)，并穩(wěn)定5 min。紫外氘燈穩(wěn)定后，點擊“光譜校正”，系統(tǒng)開始紫外照度部分校正。校正完成后，熄滅紫外氘燈并取下放好，換上光強標(biāo)準(zhǔn)燈并接好線，讓燈的照度口正對探頭，燈與探頭的距離為50 cm。打開光強標(biāo)準(zhǔn)燈的對準(zhǔn)激光，調(diào)節(jié)光強標(biāo)準(zhǔn)燈的位置使之與探頭在同一水平線。在燈和探頭面前各放一個光闌，注意光闌孔中心要與探頭中心、標(biāo)準(zhǔn)燈中心在同一水平線上，慢慢地調(diào)到光強標(biāo)準(zhǔn)燈計量證書上的電參數(shù)，讓其穩(wěn)定5 min，接著系統(tǒng)開始可見光部分的照度校正。待校正完成之后，點擊“光色測量”，比較測得的照度與證書上的照度，照度相差小于1%，則認為此次校正有效，否則應(yīng)重新校正。慢慢地將電源電調(diào)至0 V，待光強燈冷卻并取下放好。

1.1.2 輻照度測試

安裝待測試的LED燈具，進行樣品的輻照度測試（如圖1）。

對于普通照明用燈來說，標(biāo)準(zhǔn)要求其危害值應(yīng)在產(chǎn)生500勒克斯（lx）照度的距離處測定，調(diào)節(jié)測試距離使得該燈具產(chǎn)生500勒克斯（lx）的照度值后，還應(yīng)考慮到人眼的生理防護距離為20 cm，因此，必須保證測試距離大于人眼的生理距離。另外，測量波長的間隔選擇也至關(guān)重要，在測量前必須明確。光源危害值的計算方法是將光譜掃描后進行危害函數(shù)加權(quán)，而波長間距和波長精度對加權(quán)值的影響是非常大的，比如：在波長300 nm處，波長變化3 nm，紫外光譜加權(quán)函數(shù)變化達250%，由此可見波長間距與波長精度對測試結(jié)果的影響有多大，故在測量中應(yīng)區(qū)別設(shè)置波長間隔。一般來說，測量間距的選擇是這樣的，對于小于400 nm的光譜采用1 nm的掃描步長；大于400 nm的 光譜采用5 nm的掃描步長。而波長精度在不同波段也是分開不同的要求，如果想要測量誤差小于3%時，標(biāo)準(zhǔn)所推薦的波長精度見表1。在紫外波段特別是300～325 nm波段段長間距和波長精度要求是最高的。

測得的照度光譜分布如圖2所示。

1.2 輻亮度測量

1.2.1 亮度校正

與輻照度測量一樣，應(yīng)首先進行亮度校正。用可見光線取代紫外光線，視網(wǎng)膜亮度計鏡頭正對導(dǎo)軌末端的對準(zhǔn)激光，調(diào)節(jié)鏡頭是鏡頭孔處于十字架的中央，關(guān)掉對準(zhǔn)激光。裝上光強標(biāo)準(zhǔn)燈并連好線，將光強標(biāo)準(zhǔn)燈有毛玻璃的一面對準(zhǔn)視網(wǎng)膜亮度計，使其亮度計朝向視網(wǎng)膜亮度計，慢慢點亮標(biāo)準(zhǔn)燈，使燈兩端電參數(shù)和計量證書上一致，讓燈穩(wěn)定5 min。調(diào)整鏡頭切面與亮度計之間的距離，使亮度計上的毛玻璃成像清晰，且在亮度計所成像的白色光圈中間區(qū)域內(nèi)（如圖3）。

運行“SR-3000L”軟件，點擊“零位采集”，零位采集完成后點擊“光譜校正”，在彈出的對話框中輸入計量證書上的標(biāo)準(zhǔn)光度值，點擊確定，系統(tǒng)開始亮度校正。

1.2.2 輻亮度測試

校正完成后，安裝好被測樣品，點亮被測樣品并穩(wěn)定，調(diào)節(jié)鏡頭位置使被測樣品成像清晰，調(diào)節(jié)曝光時間使“Max Exposure：XXXXX”信號值介于50 000～65 000之間（注意保持樣品與鏡頭的距離不變，即鏡頭移動多少距離，樣品也移動多少距離）。測試特定爆輻時間下不同波段射出光的爆輻參數(shù)，得出光譜分布數(shù)據(jù)（如圖4）。

2 測試結(jié)果

LED球泡燈的光生物安全測試結(jié)果如表2所示。

3 結(jié)果分析

依據(jù)表2可對該次測試的LED球燈泡的輻射危險類別進行分析和判定。對于眼睛光化學(xué)紫外和近紫外危害，從測試結(jié)果中得知，被測燈的紫外輻射有效積分光譜照度Es，LED球泡燈為 0.000E+00，小于標(biāo)準(zhǔn)限值；而近紫外光譜照度EUVA，LED球泡燈為1.438E-04，小于標(biāo)準(zhǔn)限值，故LED球燈泡均無光化學(xué)紫外和近紫外危害。

在測量皮膚和眼睛的光化學(xué)紫外危害和眼睛的近紫外危害時，由于眼睛的生理特征等原因，特別在測試某一方向比較長的燈時，必須注意限制視場光闌的使用。限制視場光闌的張角不應(yīng)大于1.4 rad，然后再根據(jù)受試光源端面到探測器端面的距離來計算出光闌的限制長度[2]。

對于視網(wǎng)膜藍光危害，標(biāo)準(zhǔn)要求在燈具曝輻時間t不超過10 000s的情況下，藍光加權(quán)輻亮度Lb不應(yīng)超過100 W/m2·sr-1。測試結(jié)果中，LED球泡燈的藍光加權(quán)輻亮度Lb為106.0，小于標(biāo)準(zhǔn)限值，故LED球燈泡均無藍光危害。

對于視網(wǎng)膜熱危害，LED球泡燈的熱危害加權(quán)輻亮度Lr為2 215，小于標(biāo)準(zhǔn)限值，故符合該項目無危險類燈的要求。

對于視網(wǎng)膜熱危害爆輻限值——對微弱視覺刺激的危害分析，LED球泡燈的近紅外輻亮度Lir為2.789E+00，小于標(biāo)準(zhǔn)限值，故LED球燈泡均視網(wǎng)膜熱危害。

對于眼睛紅外輻射（380～3 000 nm）的危害，LED球泡燈的紅外輻射Eir為4976E-03小于標(biāo)準(zhǔn)限值，故LED球燈泡無近紅外視網(wǎng)膜危害。

4 結(jié)語

該文是基于GB/T 20145-2006標(biāo)準(zhǔn)對LED球泡燈的光生物安全性進行了檢測，并對其危害等級進行了評估和分析。根據(jù)上述實驗結(jié)果分析，該次檢測的LED球泡燈在光生物安全檢測中都屬于無危險類燈具。

評價燈和燈系統(tǒng)光生物安全性的檢測十分復(fù)雜，因為所測量的不是一個簡單的點光源，而是一個擴展光源，而且需要評價的也不是單一光譜的光源，而是寬波段光源，所以，測量中我們需要考慮照明系統(tǒng)的環(huán)境中的一些實際情況做出判斷，客觀評價燈和燈系統(tǒng)的安全等級的分類。就目前而言，我國關(guān)于光生物安全測量的相關(guān)技術(shù)及設(shè)備已相對成熟，能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的測量要求。

參考文獻

[1] 高勛.基于云計算的Web結(jié)構(gòu)挖掘算法研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2010.

[2] 虞建棟.光生物安全性的測試與評價研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2006.

[3] 徐學(xué)基.關(guān)于發(fā)光二極管產(chǎn)品的光生物安全性及其標(biāo)準(zhǔn)問題（一）[J].光源與照明，2011（4）：29-31.

[4] 徐學(xué)基.關(guān)于發(fā)光二極管產(chǎn)品的光生物安全性及其標(biāo)準(zhǔn)問題（二）[J].光源與照明，2012（1）：36-39.