本文介绍了闪烁测量的一些基本理论，并从实际出发验证了用gigahertz-optik的设备在LED半导体中对fliker的测量。
LED照明的闪烁测量
1. 简要说明
固态照明 （SSL） 的广泛引入要求比磁镇流器荧光灯等上一代技术更彻底地考虑光闪烁的影响。原则上，LED 的光输出跟随电流;然而，交流主电源必须传输到 LED 本身所需的直流信号。因此，需要 LED 的电子驱动电路以及外部控制器和调光器，除了任何电源波动和瞬变的影响外，还可以在光输出中轻松引入调制。许多 LED 驱动器使用脉宽调制 （PWM） 进行调光控制，该调光采用具有不同占空比的单频高调制。除了交流电源频率引起的典型低频振荡外，这些电子电路还可以包含高频元件。
光源光输出随时间的变化通俗地称为“闪烁”，可能对观察者产生视觉和非视觉的有害影响。根据CIE TN 006：2016 [12]，这些效应更恰当地统称为“时间光伪影”（TLA）。视觉可感知的 TLA 分为三种类型：
闪烁：对于静态环境中的静态观察者来说，由光刺激引起的视觉不稳定感，其亮度或光谱分布随时间波动。
频闪效应：对于非静态环境中的静态观察者来说，由光刺激引起的运动感知变化，其亮度或光谱分布随时间波动。
幻影阵列效应（重影）：由光刺激引起的物体感知形状或空间位置的变化，其亮度或光谱分布随时间波动，适用于静态环境中的非静态观察者。
许多研究报告称，非视觉TLA还可能产生各种生理和心理影响，如偏头痛、癫痫发作、自闭症行为、眩晕、表现下降、情绪变化等[1-11]。IEEE 1789：2015 [13] 总结了已知影响。
指标 Pst 和 SVM zui近的重要性得到了提升。2021 年 9 月，生态设计指令已生效。它规定非调光 LED 和 OLED 必须遵守 Pst 小于 1.0 和 SVM 小于 0.9 的限制。SVM 限制预计将在 2024 年收紧至更低的Max 0.4。
已经开发了各种方法和指标，试图表征和量化 TLA 并提出可接受的限值。常用指标（例如 IEEE 1789）包括闪烁频率、闪烁指数和闪烁百分比。然而，这些指标有些局限，因为它们没有充分考虑人类对占空比和混合调制频率等因素影响的感知。IEC 61000 [14， 15] 短期闪烁等其他指标也越来越受到重视（PstLM） 和 CIE TN 006 [12] 频闪能见度测量 （SVM） 以及辅助 [16] 闪烁感知指标 （Mp).
为了满足测量技术的这一需求，Gigahertz-Optik GmbH 开发了我们的 BTS 产品（BiTechSensor 技术）的功能，除了完整的光度和比色测量（如勒克斯、颜色坐标、显色指数 （CRI）、光谱功率分布等）外，还提供全面的闪烁和频闪效果测量。BTS产品能够根据CIE TN 012：2021《光源和照明系统时间光调制测量指南》进行测量[17]。
2. 闪烁测量理论
以下是各个闪烁参数的更详细说明。
2.1 闪烁频率
闪烁频率是信号主要叠加的频率，例如：
图 1：100Hz 振荡的闪烁频率与失调的显示
2.2 闪烁百分比
闪烁百分比的规范被广泛使用（例如 IEEE 1789），也称为调制深度。它表示波形的幅度（相对于幅度）。该值范围在 0% 和 100% 之间，其中 0% 表示纯直流波形，100% 表示纯交流波形。该值对信号的占空比没有影响。
下面显示的是闪烁百分比计算的图形表示：
图 2：显示带偏移的 100Hz 振荡的闪烁百分比
2.3 闪烁指数
除了闪烁百分比，闪烁指数也非常重要。它表示曲线下面积与曲线上方面积的比率。中心线对应于平均光强度。在这里，值 0 对应于纯直流曲线，1 对应于纯交流曲线。该系数指定信号的占空比。
图 3：100Hz 振荡的闪烁指数与偏移的显示
2.4 SVM
频闪能见度测量 （SVM） 考虑了在通常高达 2 kHz 的光调制下对移动和旋转物体外观的影响。当平均光照水平> 100 lx 且zui快的运动是 <= 4 m/s 的中等速度手部运动时，它是合适的。如果SVM值等于1，则输入调制会产生一个仅可见的时间光伪影，即刚达到可见性阈值。换句话说，普通观察者将能够以 50% 的概率检测到人工制品。如果该值增加，则检测概率也会增加。该可见性阈值表示总体中普通人类观察者的平均检测能力。详细描述可以在开放获取文档 CIE TN006 [12] 和 IEC TR 63158 中找到。
2.5 PstLM
如果输入调制不是周期性信号，则无法轻松使用基于频率的方法（FFT 等），建议使用基于时域的分析。短期闪烁严重程度（ Ps） 来自 IEC 61000 [14， 15] 成为广泛接受的标准，现在在 CIE TN006 中提出，用于评估高达 80 Hz 频率的感知光闪烁。简而言之，执行以下步骤：归一化、时间过滤和统计处理。
SVM和 PsLM提供了良好的组合，因为基于频率的SVM方法和基于时间的 PsLM 允许分别量化频闪和光闪烁。
2.6 Assist Mp
Assist Mp 指标是一种闪烁感知指标，旨在准确预测人类对任何灯的闪烁感知。它主要处理低于80Hz的信号，这些信号不与移动物体或观察者相互作用（频闪或幻影阵列效应）[16]。
评估基于 5 个步骤。
1：光输出信号的采集
2：傅里叶变换的应用
3：韦伯时间对比度的计算
4：感知敏感性加权的应用
5：组合频率分量的测定
3. 使用 BTS256-EF 进行闪烁测量
3.1 功能概述
BTS256-EF 主要是一款光谱仪，但也是一款集成式照度计。这是通过千兆赫光学开发的 BiTec 传感器实现的。
图 4：BTS256-EF，一款专为移动使用而设计的光谱兼集成照度计。
该设备的特点之一是其紧凑的尺寸，非常适合移动使用。它具有防溅功能，这也使其非常适合户外应用。集成了一个大存储器，可以从中读取 S-BTS256 软件。由于集成了许多显示选项，该设备还具有用户友好的界面，其中一些可由用户自定义。匹配良好的余弦扩散器，可根据标准进行可追溯校准，保证了测量设备的精度，可选择与集成 WiFi 模块一起提供。
除了光度测量和暗视测量外，BiTec 传感器还可以进行闪烁分析，因为传感器中使用的二极管可以像示波器一样进行评估。这意味着 BTS256-EF 在每次测量期间对要测量的光源执行并行闪烁参数计算。这些值显示在不同的屏幕布局上：
图 5：闪烁参数、Emax、Emin、闪烁百分比、闪烁指数和闪烁频率的显示
除了计算闪烁参数外，BTS256-EF 还执行内部 FFT（快速傅里叶变换）。这使得检测信号中的其他频率分量成为可能。例如，100Hz 灯还可以包含 1 kHz 范围内的频率分量。在工作站上，多个光源可能重叠，这可能导致不同频率的叠加，从而其中一个信号相对于其他频率可能主导闪烁。然而，由于这些其他频率分量，研究闪烁效应及其权重可能很重要。由于设备中集成了 FFT 功能，因此可以在现场进行这种评估。zui多显示六个主要的频率分量。需要注意的是，由于噪声，FFT 中也可能存在分量非常低的高频信号，因此需要足够强的输入信号：
图 6：具有三个频率分量的闪烁测量示例。频率显示在左列中，信号中的百分位数分量显示在右列中。
除了数字显示外，还集成了数据记录器视图。这为用户提供了信号的光学概览。BTS256-EF 的高分辨率显示屏非常适合这一点，见图 7：
图 7：光信号的图形显示。计算出的周期显示在两条垂直虚线之间。
此外，BTS256-EF 能够在 S-BTS256 软件的帮助下分析 Assist Mp、SVM 和 Pst。为了使用户可以轻松获得这些数据，我们设计了一个特定的显示器：
图 8：S-BTS256 软件中的闪烁值显示
此外，还可以在数据记录器显示屏中分析时间信号。
图 9：S-BTS256 软件中闪烁信号的显示
3.2 测量精度和配置
在测量精度方面应注意几点。基本上，要测量的信号应该足够强（例如，建议至少 100lx）。只有这样，才能保证闪烁测量的良好信噪比。图10显示了闪烁测量信噪比较差的信号示例。当将图 8 与图 7 进行比较时，差异变得明显。这会导致频率和闪烁参数的计算精度降低。这种影响的明显程度取决于闪烁信号的幅度，即使存在噪声，也可以检测到大幅度。然而，小的闪烁信号可能低于噪声水平，因此无法检测到。作为指导，噪声的幅度应明显小于闪烁信号的幅度。
图 10：EA 78.11lx 信号表示信噪比不佳。因此，频率和闪烁参数计算的误差大大增加。
此外，二极管测量时间（菜单二极管设置→测量时间）应与待测信号相匹配。
图 11：从 BTS256-EF 器件菜单设置测量时间。
这意味着当预期频率非常高时，应选择二极管的zui短时间常数（即 50 毫秒）。生成的Max频率显示在相应的显示屏上（见图 7 的 5000 Hz）。另一方面，极低频信号需要更长的时间常数（参见图 11,1000 ms）。因此，频率分辨率要好得多，但要确定的Max频率因此降低。
图 12：低频信号的显示：在这里，要确定的信号强度的Max频率为 600 Hz。
这些测量时间配置导致 BTS256-EF 的整个测量时间发生变化。因此，如果不使用闪烁功能，建议将二极管设置为默认的 50 ms，以缩短器件的整个测量时间。
各种设置和生成参数的概述。用作手持设备，无需软件，受内部存储限制：
测量时间（传感器） | 测量时间（闪烁） | 采样率 | 上限截止频率 | 较低的截止频率 | 可接受的信噪比下的频率不确定度* | FFT 频率分辨率 |
50 毫秒 | 41.0 毫秒 | 20μs | 5kHz | 60赫兹 | 1%±0.5赫兹 | 25赫兹 |
100 毫秒 | 81.9 毫秒 | 40微秒 | 5kHz | 30赫兹 | 1%±0.5赫兹 | 12.5赫兹 |
200 毫秒 | 163.8 毫秒 | 80μs | 2.5kHz | 15赫兹 | 1%±0.5赫兹 | 6.3赫兹 |
500 毫秒 | 327.7 毫秒 | 160微秒 | 1.2kHz | 8赫兹 | 1%±0.5赫兹 | 3.2赫兹 |
1000 毫秒 | 655.4 毫秒 | 320微秒 | 0.6kHz | 4赫兹 | 1%±0.5赫兹 | 1.6赫兹 |
3000毫秒 | 2620 毫秒 | 1280微秒 | 150赫兹 | 1赫兹 | 1%±0.1赫兹 | 0.4赫兹 |
6000毫秒 | 5240 毫秒 | 2560微秒 | 75赫兹 | 0.5赫兹 | 1%±0.05赫兹 | 0.2赫兹 |
12000毫秒 | 10486 毫秒 | 5120微秒 | 33赫兹 | 0.25赫兹 | 1%±0.02赫兹 | 0.1赫兹 |
通过软件控制使用，可以进行上述分析或以下高分辨率分析：
测量时间（闪烁） | 采样率 | 截止频率上限 | 较低的截止频率 | 可接受的信噪比下的频率不确定度* | FFT 频率分辨率 |
zui小 1 毫秒 | 1 毫秒 （1kHz） | 200 赫兹
| 2.5 千赫 | 1% ± 0.5 赫兹 | 1 千赫 |
5 微秒 （200kHz） | 10 赫兹 | ||||
zui长 180 秒（3 分钟） | 1毫秒 （1kHz） | 200 赫兹
| 0.014 赫兹 | 1% ± 0.5 赫兹 | 0.05 赫兹 |
10 微秒 （100kHz） | 10 赫兹 |
信号电平也很重要，因为并非所有放大器范围都允许快速响应（3dB 范围 0 到 5 = 10 kHz，范围 6 到 8 = 200Hz）。有关详细信息，请参阅 BTS256-EF 的产品页面。
二极管测量时间 | 采样率 | 上限截止频率 | 较低的截止频率 | 可接受的信噪比下的频率不确定度* | FFT 频率分辨率 |
可由用户选择。Pst 评估需要 180 秒（3 分钟），其他评估可能需要更短的时间。 | 可选择，zui小值为 20μs （50kHz） | 5kHz | 60赫兹 | 1% ±0.5Hz | 25赫兹 |
4. 使用 PFL-200 进行闪烁测量
PFL-200 具有与 BTS256-EF 相同的放大器，但配备了 BNC （-1） 检测器以连接外部检测器。时序规格与 BTS256-EF 相同。
5. 使用 BTS2048-VL 进行闪烁测量
在 BTS2048-VL 中，实现了与 BTS256-EF 相同的信号放大器设计。因此，在闪烁方面可以实现相同的电光性能。BTS2048-VL 是一款高ji远程作 BTS 设备，可用于需要光谱辐射测量的多种应用，例如用作照度测量的传感器、积分球的检测器或测角测量的检测器（链接数据表）。
由于仪表是纯远程仪表，因此闪烁规格与BTS256-EF的远程作相同，并且可以评估所有参数：
6.总结
事实证明，在评估光源的闪烁时，几个测量参数很重要。这些包括闪烁频率、闪烁指数和闪烁百分比，PstLM（CIE：TN-006、IEC 61000-4-15、IEC 61547 和 IEC TR 61547-1）、Assist MP（Assist 第 3 卷，第 3 期）和 SVM（CIE TN-006）。其中一些量可以在手持模式下使用 BTS256-EF 直接测量;所有这些都可以在远程作中使用 BTS2556-EF 和 BTS2048-VL 进行测量。该器件能够使用集成的 FFT（快速傅里叶变换）分析功能，根据不同频率分量在光信号中的权重进行分析。当不同频率或主频率与高频分量叠加时，这一点尤其重要。这些仪表设计用于检测高达 5 kHz 的闪烁频率。与闪烁参数平行，BTS 技术还计算所有相关的光度数据，例如光强度、颜色坐标（x、y、u'、v'）、显色指数、TM-30-15、CIE2017 等。此外，BTS256-EF 因其紧凑和防溅的设计而脱颖而出，这些特性使其非常适合在现场进行闪烁检查的移动使用，例如在工作站或实验室中检查 IEC 61000。BTS2048-VL 正在成为高质量和高速 LED 测试（如分档等）的标准。由于它可以用作积分球的探测器，因此可以实现非常通用的测量系统。
Admesy 不仅在亮度，色度，光谱方面为大家提供了解决方案，并且也提供了测量Flicker闪烁值的解决方案。欢迎大家来电咨询。
关于昊量光电：
上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。
您可以通过我们昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。
参考资料
[1] Poplawski， M.E.， Miller， N.M.，固态照明中的闪烁：测量技术以及拟议的报告和应用标准，1太平洋西北guo家实验室，俄勒冈州波特兰，美国
[2] Bullough， JD、Sweater Hickcox， K.、Klein， TR、Lok， A. 和 Narendran， N.，2011 年。闪烁频闪效应的检测和可接受性，照明研究与技术 0：1-7。
[3] Bullough， JD、Skinner， NP 和 Sweater Hickcox， K. 2012。闪烁照明下的视觉性能和感知照明质量，第 13 届照明科学与技术国际研讨会论文集，2012 年 6 月 24 日至 29 日，纽约特洛伊，第 375-376 页。
[4] 芬顿，DM 和彭尼，R. 1985。“荧光灯和白炽灯对自闭症和智障儿童重复行为的影响”，《智力与发育障碍杂志》，第 11 卷，第 3 期，第 137-141 页。
[5] Fisher， RS、Harding， G.、Erba， G.、Barkley， GL 和 Wilkins， AJ 2005。“光和模式诱发的癫痫发作：美国癫痫基金会工作组的专家共识”，《癫痫症》，第 46 卷，第 9 期，第 1426-1441 页。
[6] 威尔金斯，AJ，VEITCH，JA，雷曼兄弟，B. 2010。LED 照明闪烁和潜在的健康问题：IEEE 标准PAR1789更新。2010 年能源转换大会和博览会 （ECCE） 论文集 IEEE，2010 年 9 月 12-16 日，第 171-178 页。
[7] IES RP-7：照明工业设施推荐实践，2001 年。照明工程学会，纽约，纽约。Rea， M.S.，IESNA 照明手册，第 9 版，2000 年。照明工程学会，纽约，纽约。
[8] Veitch， JA 和 McColl， SL，1995 年。“荧光灯的调制：闪烁率和光源对视觉性能和视觉舒适度的影响”，照明研究与技术：27，第 4 期，第 243 页。
[9] Vogels， I.、Sekulovski， D. 和 Perz， M.（2011 年成立）。LED 的可见伪影。飞利浦照明，荷兰埃因霍温。
[10] Wilkins， AJ、Nimmo-Smith， IM、Slater， A. 和 Bedocs， L.，1989 年。荧光灯、头痛和眼睛疲劳。照明研究与技术 21：11-18。
[11] 威尔金斯，AJ 和罗伯茨 JE，2013 年。在频率超过 1kHz 的扫视过程中可以感知到闪烁。照明研究与技术 45：124-132。
[12] CIE TN-006，国际照明委员会
[13] IEEE Std 1789：2015 IEEE 在高亮度 LED 中调制电流以减轻观众健康风险的推荐做法
[14] IEC 61000-4-15，国际电工委员会
[15] IEC 61547 和 IEC TR 61547-1，国际电工委员会
[16] Assist Mp，Assist 第 11 卷第 3 期，2015 年 1 月，照明研究中心
[17] CIE TN 012：2021 光源和照明系统时间光调制测量指南
