【導(dǎo)讀】前兩天,看到頭條上有一個(gè)有趣的帖子,討論為什么普通燈泡里通有交流電,電流的大小方向時(shí)時(shí)刻刻都在改變,而我們看不到燈泡在閃爍?
這個(gè)問(wèn)題如果我再向自己已經(jīng)上大學(xué)的兒子提出,他會(huì)嘲笑這問(wèn)題太簡(jiǎn)單了。帖子的作者也大體羅列了兩個(gè)原因,使得人感覺(jué)不到燈泡在閃爍:
原因1::燈泡的亮度變化(閃爍)的頻率應(yīng)該和普通家用交流電的頻率(50Hz)相同,由于 人的視覺(jué)暫留 效應(yīng)也不會(huì)覺(jué)察到燈泡的閃爍。
原因2: 燈泡(白熾燈)的燈絲具有熱慣性,雖然交流電的幅值變化所引起的電功率的波動(dòng),但反映到燈絲溫度上就比較平滑,所以實(shí)際上波動(dòng)較小,人眼不易覺(jué)察。
視覺(jué)暫留效果
人類(lèi)感知燈光閃爍的能力與視覺(jué)暫留現(xiàn)象還不完全一致,人們對(duì)于燈光閃爍感知的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于視覺(jué)暫留(大約1/15秒鐘左右)對(duì)應(yīng)的頻率。為了消除閃爍影響,普通膠片電影播放機(jī)對(duì)每一幀圖片要閃爍兩次。
人眼不同部位對(duì)于閃爍感知能力也不同。視覺(jué)邊緣(人眼余光)部分能夠感知閃爍的頻率比人眼中心位置更高,因此由此側(cè)目能夠看到某些閃爍,當(dāng)正眼看的時(shí)候就覺(jué)察不出來(lái)了。
由于視覺(jué)暫留涉及到人的感知能力,不太容易測(cè)量。但是對(duì)于普通的燈具發(fā)出的光強(qiáng)到底變化大多,變化的頻率有多少是可以通過(guò)光電傳感器測(cè)量的。
在 SP-45ML光電二極管放大電路及其動(dòng)態(tài)特性 中介紹了一個(gè)基于SP-45ML光電管的光強(qiáng)測(cè)量電路及其動(dòng)態(tài)特性,它的輸出電壓與輸入光強(qiáng)(光的能量)成線性關(guān)系。相應(yīng)頻率大于25kHz,可以用來(lái)對(duì)于常見(jiàn)到的燈光的光強(qiáng)變化進(jìn)行的測(cè)量。
SP-45ML光電二極管放大模塊及其光導(dǎo)纖維
根據(jù)測(cè)量結(jié)果可以確定常見(jiàn)到的燈具:
● 光強(qiáng)變化大小到底是多少?
● 光強(qiáng)變化的頻率是到底多少?
01幾種電燈泡亮度測(cè)試
下面選擇辦公室里有的幾種燈泡,點(diǎn)亮后使用 光導(dǎo)纖維 將燈光引入 SP-45ML光電二極管放大模塊 。使用示波器觀察測(cè)量模塊輸出電壓波形,反映燈光強(qiáng)度的變化。
1.小型白熾燈
白熾燈是由電功率所產(chǎn)生的熱能使得燈泡內(nèi)鎢絲達(dá)到高溫后發(fā)射出熱輻射。熱輻射的大小和頻譜與燈絲溫度有關(guān)系。在平穩(wěn)狀態(tài)下,輸入電功率與輻射能力(保安熱傳導(dǎo)耗散能量)保持平衡。燈泡消耗的熱能量與輸入電壓幅值,燈絲(熱)電阻都有關(guān)系。
小型白熾燈的亮度測(cè)試
下圖顯示了燈泡的光強(qiáng)信號(hào)(藍(lán)色)和施加電壓信號(hào)(橙色,經(jīng)過(guò)變壓器降壓耦合后的波形)。 可以看到白熾燈的光強(qiáng)變化的頻率是輸入交流電壓頻率的兩倍(100Hz)。
交流電與光強(qiáng)波形
由于燈絲的熱慣性,所以發(fā)射的光強(qiáng)是在一定范圍內(nèi)波動(dòng),波形呈現(xiàn)為正弦波。波動(dòng)的范圍是光強(qiáng)平均值的50%左右。下面是具體的測(cè)量數(shù)據(jù)。
■ 亮度參數(shù)
● 頻率: 100Hz
● 均值:Mean:2.801,MIN=2.133, MAX=3.508, Max-Min=1.375
● 亮度變化率:
2.LED燈
下面是另外一個(gè)白色LED燈。外觀與一只白熾燈泡相類(lèi)似,內(nèi)部包括有交流轉(zhuǎn)直流和LED驅(qū)動(dòng)電路、LED燈盤(pán)封裝在一起。
LED燈
測(cè)量到的光強(qiáng)(藍(lán)色)信號(hào)基本上是恒定。不隨著交流電壓的變化而改變。我們知道 LED光強(qiáng)與流過(guò)的電流成正比 ,這類(lèi)燈泡內(nèi)驅(qū)動(dòng) LED電路往往具有恒流功能 ,所以整體光強(qiáng)較為恒定。
交流電與光強(qiáng)曲線
為了提高效率,LED驅(qū)動(dòng)電路采用PWM驅(qū)動(dòng)。所以如果放大光強(qiáng)信號(hào),可以看到LED燈光強(qiáng)呈現(xiàn)高頻波動(dòng)的情況,頻率大約為10kHz。光強(qiáng)的變化頻率很高。遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人類(lèi)能夠感知的頻域范圍。
LED燈亮度高頻波動(dòng)
具體測(cè)量光強(qiáng)波動(dòng)的范圍,大約是36%左右。
■ 亮度波動(dòng)參數(shù)
● 平均值: mean=0.5648
● MIN=0.46575, MAX=0.672, MAX-MIN=0.20625
● 亮度波動(dòng):
3.小型日光燈
這是辦公室中另外一個(gè)小型日光燈。它的內(nèi)部安裝有電子鎮(zhèn)流器,所產(chǎn)生的高壓脈沖能夠激發(fā)日光燈管點(diǎn)亮。
小型日光燈的光強(qiáng)變化
下圖顯示了小型日光燈的亮度變化??梢钥吹剿牧炼茸兓群苄?,頻率是100Hz。從亮度曲線上來(lái)看基板上是全波整流,電容濾波之后帶動(dòng)負(fù)載的電壓波形。
這說(shuō)明在小型日光燈內(nèi)的電子鎮(zhèn)流器沒(méi)有對(duì)全波整流之后的直流電壓進(jìn)行穩(wěn)壓,而且濾波電容的容值相對(duì)較小。
日光燈光強(qiáng)
下面是具體亮度變化數(shù)值。亮度變化幅值大約為21%左右。
● 平均值: mean=2.043
● MIN=1.805, MAX=2.242, MAX-MIN=0.4375
● 亮度波動(dòng):
4.普通日光燈
現(xiàn)在辦公室中還是用著普通的日光燈。這種光源在1934年被發(fā)明以來(lái)仍然被廣泛使用。
雖然燈管在屋頂,借助于長(zhǎng)長(zhǎng)的光導(dǎo)纖維很容易將燈光引入光強(qiáng)測(cè)量模塊。
普通的日光燈管
下圖顯示了普通的日光燈的光強(qiáng)隨著輸入電壓的變化的情況。和前面白熾燈相比,日光燈光強(qiáng)波動(dòng)也是100Hz,但波動(dòng)的波形不一樣。白熾燈由于是燈絲的熱慣性,所以光強(qiáng)波動(dòng)呈現(xiàn)出正弦波動(dòng)曲線。日光燈的光強(qiáng)實(shí)際上利用了熒光粉的余輝現(xiàn)象,光強(qiáng)并沒(méi)有隨著電壓降低下降到0。當(dāng)電壓重新升高,所激發(fā)出的紫外線超過(guò)余輝強(qiáng)度后,光強(qiáng)立即上升,此時(shí)并沒(méi)有熱慣性,所以光強(qiáng)由弱變強(qiáng)非常快。
普通日光燈光強(qiáng)變化
通過(guò)對(duì)光強(qiáng)數(shù)值分析,可以看到日光燈的光強(qiáng)變化范圍很大。光強(qiáng)變化與平均值相比接近90%!
日光燈光強(qiáng)變化這么大,為什么平時(shí)覺(jué)察不到呢?主要原因還是因?yàn)樽兓l率(100Hz)超出了人眼感知的范圍)。不過(guò)據(jù)說(shuō)某些人可以利用眼的余光能夠還是能夠感知到這100Hz的閃爍。
● 平均值: mean=0.4426
● MIN=0.2112, MAX=0.6019, MAX-MIN=0.3906
● 亮度波動(dòng):
5.小型鹵素?zé)襞?/div>
下面是在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上對(duì)于樣品拍照時(shí)補(bǔ)光用的小型鹵素?zé)襞?,本質(zhì)上也是白熾燈,只是內(nèi)部增加了鹵素氣體來(lái)延長(zhǎng)燈泡的使用壽命。
小型鹵素?zé)襞?/div>
下面是該燈泡強(qiáng)度變化(藍(lán)色),相比于前面白熾燈,它的光強(qiáng)變化更小。大約只有20%左右。
小型鹵素?zé)舻牧炼茸兓?/div>
● 平均值: mean=3.899
● MIN=3.485, MAX=4.329, MAX-MIN=0.844
● 亮度波動(dòng):
6.半波整流后的白熾燈
由于白熾燈消耗的電能與輸入電壓的平方成正比,所以它的亮度變化是輸入交流電頻率的兩倍。如果使用二極管將輸入交流電進(jìn)行半波整流,那么燈泡的亮度變化就應(yīng)該與輸入交流電的頻率一致了。
半波整流對(duì)白熾燈供電
下圖顯示了交流電經(jīng)過(guò)一支二極管之后施加在白熾燈上,燈泡亮度的變化。 亮度變化與輸入電壓的頻率一致,都是50Hz。同時(shí)亮度變化幅值也大大增加了,亮度變化之與平均值的比值達(dá)到了150%左右。
半波整流后的白熾燈亮度
● 平均值: mean=2.241
● MIN=1.0162, MAX=3.4912, MAX-MIN=3.375
● 亮度波動(dòng):
如果現(xiàn)場(chǎng)觀察經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)半波整流后驅(qū)動(dòng)的白熾燈,實(shí)際上是可以感知到它在閃爍的。
結(jié)論
通過(guò)簡(jiǎn)單的SP-45ML光電二極管測(cè)量普通的燈具光強(qiáng)的亮度變化,可以看到有幾種不同的情況:
● 普通的白熾燈亮度會(huì)發(fā)生20% ~ 50% 的變化,變化曲線呈現(xiàn)正弦波動(dòng),頻率是100Hz。
● 普通的日光燈亮度變化有90%左右,呈現(xiàn)全波整流波形,頻率是100Hz.
● 帶有電子整流器的日光燈,亮度變化較小,大約20%,變化曲線呈現(xiàn)全波整流,電容濾波的波形。頻率是100Hz。
● 白色LED等,強(qiáng)度變化頻率大約是10kHz,亮度波動(dòng)范圍35%。
在國(guó)內(nèi),交流電頻率為50Hz,普通燈具的光強(qiáng)頻率都會(huì)超過(guò)100Hz,人眼不會(huì)感知到燈光閃爍。
在有的時(shí)候,普通的日光燈如果一端的燈絲損耗較大,使得發(fā)射電子的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于另外一端,此時(shí)日光燈的就具有類(lèi)似二極管整流的特性。此時(shí)燈光閃爍頻率就是50Hz。很多人就會(huì)感覺(jué)到燈光在閃爍。
如果你感覺(jué)到頭上的日光燈閃爍了,是時(shí)候該更換一只新的燈管了。
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問(wèn)題,請(qǐng)聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀:
特別推薦
- 克服碳化硅制造挑戰(zhàn),助力未來(lái)電力電子應(yīng)用
- 了解交流電壓的產(chǎn)生
- 單結(jié)晶體管符號(hào)和結(jié)構(gòu)
- 英飛凌推出用于汽車(chē)應(yīng)用識(shí)別和認(rèn)證的新型指紋傳感器IC
- Vishay推出負(fù)載電壓達(dá)100 V的業(yè)內(nèi)先進(jìn)的1 Form A固態(tài)繼電器
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車(chē)載PoC電感器LQW32FT_8H系列
技術(shù)文章更多>>
- 高性能碳化硅隔離柵極驅(qū)動(dòng)器如何選型,一文告訴您
- 貿(mào)澤電子新品推薦:2024年第三季度推出將近7000個(gè)新物料
- 大聯(lián)大世平集團(tuán)的駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)(DMS)方案榮獲第六屆“金輯獎(jiǎng)之最佳技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用”獎(jiǎng)
- X-CUBE-STL:支持更多STM32, 揭開(kāi)功能安全的神秘面紗
- 觸摸式OLED顯示屏有望重新定義汽車(chē)用戶(hù)界面
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車(chē)規(guī)與基于V2X的車(chē)輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車(chē)安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車(chē)模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車(chē)用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門(mén)搜索
友情鏈接(QQ:317243736)
我愛(ài)方案網(wǎng) ICGOO元器件商城 創(chuàng)芯在線檢測(cè) 芯片查詢(xún) 天天IC網(wǎng) 電子產(chǎn)品世界 無(wú)線通信模塊 控制工程網(wǎng) 電子開(kāi)發(fā)網(wǎng) 電子技術(shù)應(yīng)用 與非網(wǎng) 世紀(jì)電源網(wǎng) 21ic電子技術(shù)資料下載 電源網(wǎng) 電子發(fā)燒友網(wǎng) 中電網(wǎng) 中國(guó)工業(yè)電器網(wǎng) 連接器 礦山設(shè)備網(wǎng) 工博士 智慧農(nóng)業(yè) 工業(yè)路由器 天工網(wǎng) 乾坤芯 電子元器件采購(gòu)網(wǎng) 亞馬遜KOL 聚合物鋰電池 工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備 企業(yè)查詢(xún) 工業(yè)路由器 元器件商城 連接器 USB中文網(wǎng) 今日招標(biāo)網(wǎng) 塑料機(jī)械網(wǎng) 農(nóng)業(yè)機(jī)械 中國(guó)IT產(chǎn)經(jīng)新聞網(wǎng) 高低溫試驗(yàn)箱
?
關(guān)閉
?
關(guān)閉