خلاصه مقاله: فلیکر نور مربوط به چراغ هایی است که با ولتاژ AC کار می کنند و معمولاً به اندازه دو برابر فرکانس خط برق شهری ایجاد می شود و اغلب افراد به راحتی متوجه آن نمی شوند. با وجود حجم گسترده چراغ های LED که امروزه در دسترس هستند، انتخاب مناسب ترین منبع نوری برای محل کار یا محل زندگی کار آسانی نیست. در این مقاله با نحوه اندازه گیری فلیکر نور در چراغ های LED آشنا خواهید شد. نحوه ساخت سنسور نور جهت اندازه گیری فلیکر موضوع اصلی این مقاله می باشد.
مفهوم فلیکر
فلیکر نور به تغییرات سریع و تکراری در شدت نور در طول زمان گفته می‌شود، و نور بصورت ناپایدار و در حال سوسو زدن به نظر می آید. زمانی که ولتاژ اعمال شده به منبع نوری تغییر می‌کند و یا ولتاژ خط برق نوسان دارد، فلیکر ایجاد می‌شود.
مفهوم فرکانس در شبکه های AC :
ولتاژ در شبکه‌های AC در هر چرخه به صورت یک موج سینوسی تغییر می‌کند و بین 230- تا 230+ ولت حرکت می کند. در شبکه‌های AC ، در هر چرخه ولتاژ از صفر ولت شروع و به 230+ ولت رسیده، سپس به صفر ولت برمی‌گردد و در نهایت به 230- ولت می‌رسد و دوباره به صفر ولت برمی‌گردد. همانطور که در شکل زیر می بینید، وقتی فرکانس 60 هرتز است طی یک دوره و سیکل 16.6 میلی ثانیه طول می کشد. بعبارت دیگر در شبکه‌های AC با فرکانس 60 هرتزاین فرآیند پریودیک 60 بار در ثانیه تکرار می‌شود. یعنی، در هر ثانیه، 60 دوره از این موج سینوسی تکرار می‌شود.
شکل 1
فلیکر در منابع نوری:
چراغ‌های روشنایی در شبکه‌های Ac با فرکانس 50 یا 60 هرتز کار می‌کنند و سیگنال ولتاژ و جریان آنها به صورت موج سینوسی پریودیک است که به طور مداوم در حال تغییر قطبیت و جهت است. در چراغ ها، Flicker ممکن است به دلیل وجود فرکانس و تغییر مقدار و قطبیت ولتاژ برق شبکه ایجاد شود. چراغ هایی که با استفاده از برق Ac (جریان متناوب) کار می‌کنند، فلیکر نور آنها دو برابر فرکانس خط برق یعنی 50-60 هرتز است یعنی فلیکر با فرکانس 100-120 هرتز( سیکل در ثانیه) ایجاد می شود. در واقع، منبع نوری 120 بار در ثانیه روشن و خاموش می‌شود بعبارت دیگر چون ولتاژ از220- ولت تا 220+ ولت، 60 بار در ثانیه تغییر می‌کند و در دو بار در یک سیکل، به صفر ولت می‌رسد در نتیجه منبع نوری در هر ثانیه 120 بار روشن و خاموش می شود. پس همانطور که گفتیم فلیکر درواقع تغییر سریع و مکرر در خروجی منبع نور در طول زمان است.
عوارض فلیکر بر انسان:
سوسوزدن یا Flicker نور می‌تواند به مشکلات زیر در افراد منجر شود:
1-خستگی چشمی: نور Flicker ممکن است باعث خستگی چشمی، سردرد و کاهش تمرکز شود.
2-افزایش ریسک سانحه رانندگی: اگر سیستم روشنایی خودرو یا جاده Flicker داشته باشد، افراد ممکن است مشکلات در رانندگی داشته باشند.
3-تحریک سیستم عصبی: Flicker می‌تواند سیستم عصبی را تحریک کند و باعث ایجاد اضطراب و استرس در افراد شود.
4-بی‌خوابی: نور Flicker ممکن است باعث بی‌خوابی شود و موجب اختلال در الگوی خواب شود.
5-بیشتر شدن علایم اختلال در حرکت: Flicker می‌تواند علایم اختلال در حرکت را بیشتر کند و باعث سرگیجه، تعریق و سردرد شود.
6-در موارد شدید، Flicker می‌تواند باعث تشدید علایم بیماری‌های مربوط به چشم، مانند بیماری ماکولا، گلوکوما و سایر بیماری‌های مرتبط با چشم شود.
فلیکر منابع نوری LED :
بدلیل اینکه ماژول های Led با استفاده از ولتاژ و جریان DC راه اندازی و درایو می شوند، در نتیجه موج ولتاژ و جریان دیگر سینوسی نیست که پریودیک باشد و تغییر سطح و تغییر قطبیت بدهد و در نتیجه منبع نوری هموراه روشن است و روشن-خاموش نمی شود. اما این حالت وضعیت ایده آل راه اندازی یک منبع نوری LED می باشد و ورودی ماژول (خروجی درایور ماژول) در واقعیت ولتاژ و جریان ثابت و صاف DC ندارد و دارای ریپل می باشد. وقتی می‌گوییم فلیکر یک چراغ LED کمتر از مثلا 10 درصد است، به این معنی است که تغییرات سطح نور آن در طول زمان کمتر از 10 درصد است. این میزان فلیکر با تقسیم میزان حداکثر تغییرات نور در طول زمان بر میزان نور متوسط در طول زمان به دست می‌آید. بنابراین، فلیکر کمتر به معنای تغییرات نور کمتر و پایدارتر در طول زمان است.
LED نحوه اندازه گیری فلیکر نور در لامپ های
با وجود حجم گسترده لامپ های LED که امروزه در دسترس هستند، انتخاب مناسب ترین لامپ برای محل کار یا محل زندگی کار آسانی نیست. کیفیت نور لامپ های LED، با توجه به توپولوژی طراحی لامپ و انتخاب اجزای کلیدی می تواند بسیار متفاوت باشد. فلیکر نور مربوط به خط AC معمولاً در دو برابر فرکانس خط (100 هرتز یا 120 هرتز) تغییر می کند و اغلب افراد به راحتی متوجه آن نمی شوند.
اما فلیکر در تابش نور با شدت بالا می تواند باعث تحریک و خستگی چشم و یا سردرد شود (در فرکانس های 3 تا 70 هرتز). در هنگام فیلمبرداری نیز، فلیکر زدن نور در محیط باعث ایجاد نویزهای آزاردهنده در فیلم ضبط شده می شود.
فلیکر نور در لامپ های LED ناشی از جریان متغیری است که از رشته های LED عبور می کند. رابطه ی بین شار نوری و جریان کاملاً خطی نیست و همانطور که در شکل نشان داده شده است به مشخصه های رشته LED بستگی دارد.
بنابراین میزان دقت اندازه گیری جریان متغیر در داخل رشته های LED به میزان اندازه گیری نور واقعی نیست.
شکل 2
با استفاده از قطعات موجود می توان به سادگی ابزار اندازه گیری فلیکر را ساخت. شکل 2 نحوه اندازه گیری فلیکر لامپ LED T8 را نشان می دهد. یک آیسی مبدل نور به ولتاژ در داخل جعبه سیاه رنگ وجود دارد و شکل موج خروجی آن بر روی یک اسیلوسکوپ نشان داده شده است. می توان شکل موج را بررسی کرد و درصد فلیکر نور را محاسبه نمود.
شکل 3
نحوه ساخت سنسور نور
شکل 4، شماتیک یک مدار مبدل نور به ولتاژ را با استفاده از آیسی TSL257 نشان می دهد.
شکل 4
TSL257 یک آیسی ساده و خطی مبدل نور به ولتاژ با کارایی مناسب است. این آیسی را می توان با استفاده از باتری لیتیوم-یون راه اندازی کرد و از آن دستگاه اندازه گیری قابل حمل ساخت. ولتاژ خروجی مستقیماً با شدت نور (تابش) متناسب است و می توان آن را به یک اسیلوسکوپ وصل کرد و در نتیجه نوسان نور را به صورت شکل موج روی صفحه نمایش اسکوپ نشان داد. برای اندازه گیری فلیکر نور، پهنای باند 2 کیلوهرتز (بر روی اسکوپ) کافی است. آی سی TSL257 مقرون به صرفه بوده و به سادگی در دسترس می باشد.
تصاویر زیر نحوه ساخت چنین ابزاری را نشان می دهند.
شکل 5
قطعات مورد نیاز: سیم کواکسیال، باتری Li-ION، آی سی TSL257، سوئیچ، یک خازن الکترولیتی 22μF /25V و یک جعبه ی پلاستیکی سیاه که سوراخ 3 میلی متری در قسمت بالایی آن ایجاد شده است. قسمت سنسور آیسی TSL257 باید روبروی سوراخ جعبه قرار گیرد.
شکل 6
سپس IC با چسب اپوکسی غیر شفاف در محل خود ثابت می شود. در نهایت سایر قطعات به هم متصل می شوند.
شکل 7
نور ورودی به سنسور TSL257 باید تا حد قابل توجهی کاهش یابد بدلیل اینکه این سنسور حساسیت بالایی نسبت به نور دارد .
برای این امر میتوان با قرار دادن 8 لایه از کاغذ A4 در مقابل قسمت سوراخ جعبه نور مناسب و کافی را به ورودی سنسور رساند.
در هنگام تست بایستی چراغ اضافی در محیط روشن نباشد. دستگاه تست ساخته شده باید در بالای چراغ مورد تست قرار گیرد تا بتوان به حداکثر میزان ولتاژ خروجی (3 ولت) دست یافت. هنگام تست اگر شکل موج نمایان در اسیلوسکوپ به صورت برش داده شده باشد، باید فاصله دستگاه تست تا منبع نور را افزایش داد و یا بر تعداد لایه های کاغذ افزود.
مقدار Peak-Peak و میانگین خروجی سنسور را اندازه گیری کنید. با میانگین گیری بیشتر می توان نویز را کاهش داد. برای اندازه گیری فلیکر شکل موج های سینوسی از رابطه زیر استفاده نمایید:
اگر شکل موج فلیکر نور سینوسی نباشد، میتوان مقدار فلیکر را از رابطه زیر محاسبه نمود:
در شکل های زیر، نمونه هایی از اندازه گیری فلیکر لامپ های LED را مشاهده می کنید. شکل موج آبی نشان دهنده ولتاژ خروجی و شکل موج بنفش نشان دهنده شدت نور اندازه گیری شده می باشد. همانطور که واضح است، فلیکر نور در لامپ های مختلف مقادیر متفاوتی دارد.
شکل 8
