视网膜蓝光危害有效辐射亮度LB测量不确定度评定

视网膜蓝光危害有效辐射亮度LB测量不确定度评定

张荣富滕金金

方圆广电检验检测股份有限公司  广东广州 510656

摘要：本文依据GB/T 20145—2006《灯和灯系统的光生物安全性》对LED灯蓝光危害加权辐亮度LB在测量过程中产生的不确定度进行分析研究，并且参考国家计量技术规范JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》给出了评定示例。

关键词：光生物安全；LED；蓝光危害加权辐亮度；蓝光危害

0 引言

光生物危害类型繁多，光生物安全测量是皮肤和眼睛的光化学紫外危害、眼睛的近紫外危害﹑视网膜蓝光危害(小光源视网膜蓝光危害)视网膜热危害、对微弱视觉刺激的视网膜热危害、眼睛的红外辐射、皮肤热危害等光辐射测量的集合。

1 视网膜蓝光危害

蓝光危害主要是指可见光范围（380nm~780nm）内的，选取标准中的具有代表性的视网膜蓝光危害有效辐射亮度LB这一参数,依据GB/T 20145—2006《灯和灯系统的光生物安全性》标准，进行测试和不确定度评定。LED灯的视网膜蓝光危害有效辐射亮度LB可以通过光生物安全测量系统直接测量得到，光生物安全测量系统主要由标准光源、光谱辐射计、供电系统、电测量系统等组成。

2测试方法

2.1 试验装置

光生物安全测试系统由光辐射安全专用光谱辐射分析仪和视觉仿生亮度计组成，如图1所示，将被测样品放置在光学轨道上并点亮并预热稳定，光通过光阑去除杂散光后，对准接收器被接收后，通过软件控制调节样品至光学轨道中心位置，并处于光学导轨的中心线上进行检测，最后计算机软件对结果进行记录分析及导出。

图1 光生物安全测量系统

2.2 测试方法

为保证测量仪器的精度，在做试验之前先使用光谱辐射亮度标准灯和光谱辐射照度标准灯对设备进行定标校准。定标后，安装试验样品灯进行测试。先使接收器自动切换平移台正对被测灯发光面,根据被测样品的供电要求点亮被测样品，等待被测样品发光稳定。测量300nm-800nm的光谱辐亮度，软件会控制接收器自动切换位移台移动至光学轨道中心位置。如灯具中心调整完成，可使用软件控制接收器自动切换平移台，将照度计正对被测样品最强发光方向。根据被测样品类型，可借助无线照度计确定500lx的距离，或借助激光测距仪及卡尺确定200mm的距离。测试距离调整完毕后，软件自动控制视觉仿生亮度计到所需位置，软件正常连接的状态下，在软件界面勾选上“自动曝光”，点击工具栏中的“连续曝光”采集图像。转动调节镜头对焦装置，直至亮度口面清晰的成像在软件界面上，点击“停止”。调节过程中若采集得到的图像较暗，也可勾掉“自动曝光”，在曝光时间上手动输入曝光时间即可；点击软件的“确定”，系统自动进行测试。测试完成后，在软件的菜单栏中点击“File(F)”→“Save(S)”完成测试数据的保存。

3不确定度评定

3.1蓝光加权辐射亮度LB标准不确定度的主要来源

对蓝光危害加权辐亮度测试结果的不确定度影响要素非常多，如环境温度湿度、环境杂散光影响、测试空间风速的影响、测量距离的影响、安装姿态的影响、电源电压和频率、标准灯的影响、测试仪器的系统误差等等，本次测试环境无杂散光干扰、环境温湿度控制稳定、无气流干扰、使用的电源输出电压和频率非常稳定，故重点考虑重复性测量、标准灯定标、测量距离、供电电源和光谱辐射仪器带入的不确定度，详见如下：

1）LED灯测量的重复性造成的测量不确定度uA

2）标准灯定标不确定度造成的测量不确定度uB1

3）光谱辐射计测试仪器引入的不确定度uB2

4）被测灯的安装距离引入的不确定度uB3

5）灯的供电电源电压造成的不确定度uB4

3.2不确定度分量的计算

3.2.1标准不确定度的A类评定uA

重复性：在相同条件（相同电压频率、环境温湿度等）进行10次重复测量，测量数据如下表1：

表1 重复10次LB测量值列表

其标准不确定度为：

uA/LavgX 100%

=0.009 / 0.3878 X 100%=2.3%

备注: n为测量次数

3.2.2标准灯定标不确定度造成的测量不确定度uB1

根据广州计量检测技术研究院校准证书，可以得到标准灯的扩展不确定度Urel为2.2%,包含因子k=2则其标准不确定度2.2%/2=1.1%，故标准不确定度分量

uB1=1.1%

3.2.3光谱辐射计测试仪器引入的不确定度uB2

测试仪器引入的不确定度重点考虑亮度计，根据亮度计的计量证书，其校准结果扩展不确定度为Urel=3.0%（k=2），则其相对标准不确定度3%/2=1.5%，故标准不确定度分量

uB2=1.5%

3.2.4被测灯的安装距离引入的不确定度uB3

按照GB/T 20145—2006标准要求,该样品的安装位置在离探头产生500 lx照度的距离下进行测量，灯的安装位置会造成误差。据相关研究资料,引入的不确定度为士1%,认为服从均匀分布,包含因子k=√3则其相对标准不确定度1%/=0.58%。，其标准不确定度为：

uB3=0.58%

3.2.5灯的供电电源电压造成的不确定度uB4

对样品灯的供电电源采用变频稳压电源,查询其校准证书可以得到,相对扩展不确定度Urel为0.18%，k=2，认为灵敏系数为1，则

uB4 =(Urel)/k = 0.09%

3.3合成标准不确定度

因灵敏系数为1，且各变量间互不相关，计算合成不确定度Urel如下：

Urel==3.02%

3.4扩展不确定度

本报告给出的扩展不确定度是由合成标准不确定乘以包含概率约为95%时对应的包含因子k=2得到，计算扩展不确定度Up

Up=k* Urel =2X3.02%=6.04%≈6.0%

4 结论

本次实验采用光生物安全测量系统对LED灯的视网膜蓝光危害进行测量和评定，从评定结果可以看出，标准灯的不确定度和光谱辐射计的不确定度对测量不确定度影响较大。因此在测量时应尽可能选择精度高的光谱辐射计,并且定期做期间核查，同时标准灯应定期计量,以确保标准灯的稳定度。对于其他引起不确定度的因素,也应尽量降低,比如对于灯的安装位置,应选择准确度等级高的照度探头进行定位,并定期对探头进行定标校准;对于暗室的温湿度和气流,应严格按照标准上规定的参数进行控制,目前实验室一般采用空调进行控制,要特别注意减少空调产生的气流,降低其对测量结果的影响。

参考文献：

[1] GB/T20145-2006灯和灯系统的光生物安全性.

[2] JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示

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