CN109916599B - 一种根据光源色温量化分析蓝光危害与节律效应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种根据光源色温量化分析蓝光危害与节律效应的方法。首先得到光源较为常见易得的色温数值；然后，根据KB＝1.48538×10‑7×Tc‑1.24574×10‑4、KC＝6.81334×10‑4×Tc‑0.50954分别计算被测光源蓝光危害因子及节律因子；以超过普通白色蜡烛烛光的蓝光危害因子及节律因子10％为安全阈值(烛光蓝光危害因子KB‑candle＝2.36689×10‑4W/ml、节律因子KC‑candle＝1.359)，判断被测光源光生物安全是否合格，当不合格时，给出超过安全阈值的百分数。本发明给出了光源蓝光危害因子及节律因子的简化计算方法，以及两因子的安全阈值，操作简单、物理意义明确。

Description

一种根据光源色温量化分析蓝光危害与节律效应的方法
技术领域
本发明涉及光生物安全领域，尤其涉及根据光源色温量化分析蓝光危害与节律效应的方法。
背景技术
蓝光危害是指人眼在400-500nm波段蓝光的照射下，光化学作用对视网膜的损伤。节律效应是指可见光中的蓝光成分通过抑制松果体分泌褪黑色素、刺激肾上腺分泌皮质醇，进而改变人体生理节律，调节警觉度和生物钟的现象，也称为非视觉效应。
目前，多家国际权威机构均对人工照明的蓝光危害和节律效应进行了规范或关注。例如：CIE S 009/E:2002和IEC/TR 62778分别给出了蓝光危害加权因子数据及蓝光危害因子计算公式(CIE：国际照明委员会、IEC：国际电工技术委员会)。CIE TN 003:2015、ISO/TC274N 201、2016年美国医学会等均呼吁关注人造光源的节律效应(ISO/TC274：国际标准化组织/光与照明技术委员会)。目前，业内常用蓝光危害因子KB和节律因子KC分别量化蓝光危害与节律效应强弱。蓝光危害因子KB与节律因子KC计算公式见1、2：
Figure BDA0001968826260000011
Figure BDA0001968826260000012
式中Km、Km'分别为明视觉与节律效应最大光谱光效能，大小分别为683lm/W、3616lm/W。B(λ)、C(λ)、V(λ)分别代表蓝光危害加权函数、节律作用函数及明视觉光谱光效函数。CIE分别在1924年与2006年给出了明视觉光谱光效函数V(λ)和蓝光危害加权函数B(λ)详细数据。2001年Brainard G C等人首次测定出了节律作用函数C(λ)数据，Enezi J和Baczynska K分别在2011年与2013年对节律作用函数C(λ)数据进行了修正。目前，相关函数数据已经得到业界公认。
通过式1、式2计算蓝光危害因子KB与节律因子KC，量化分析蓝光危害与节律效应强弱，需利用较为昂贵的光谱仪采集被测光源光谱分布数据P(λ)。例如：美国海洋光学公司的Ocean Optics USB2000+微型光谱仪国内售价高达1万元左右。另外，式1、式2相关数学运算较为复杂，需要利用Matlab、OrignPro等专业数学软件进行计算分析，对于普通大众，甚至基层质检人员具有一定难度。此外，目前未给出蓝光危害因子KB与节律因子KC安全阈值，且两因子较为抽象，不便于普通大众理解。
因此，有必要提出一种无需积分运算的，可简单快速得到被测光源两因子的方法，并给出两因子的安全阈值，及其光源蓝光危害与节律效应量化分析方法。以便于基层质检人员，甚至普通大众消费者快速便捷的判断光源蓝光危害与节律效应强弱。
发明内容
为解决目前人工照明的蓝光危害因子和节律因子计算比较复杂，积分无法直接运算，需要利用专业数学软件进行；光源两因子计算必须利用较为昂贵的专业设备光谱仪采集光谱分布数据；光源两因子未给出安全阈值。提出了一种可直接通过光源色温，简单快速计算光源两因子，结合相应安全阈值，对光源蓝光危害与节律效应进行量化分析方法。该方法可以让基层质检人员，甚至普通大众消费者快速便捷的判断光源蓝光危害与节律效应强弱，为人工照明设备的质检及选购提供参考。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种根据光源色温量化分析蓝光危害与节律效应的方法，包括如下步骤：
步骤1，得到被测光源色温Tc：
在被测光源铭牌或说明书上查找色温Tc数值，或利用光谱仪采集光源光谱分布数据，通过色度分析软件计算被测光源色温Tc数值；
步骤2，计算蓝光危害因子和节律因子：
根据被测光源色温Tc数值，计算被测光源蓝光危害因子KB和被测光源节律因子KC；
步骤3，判断蓝光危害是否合格：
3a)根据烛光蓝光危害因子KB-candle判断被测光源是否满足KB≤KB-candle，如果满足，则该被测光源蓝光危害合格；
3b)如果被测光源KB>KB-candle，则计算该条件下的被测光源蓝光危害因子与烛光的相对偏差RB；
3c)如果RB≤10％，则该被测光源蓝光危害合格，否则被测光源蓝光危害不合格，并输出被测光源蓝光危害超过安全值的RB-10％；
步骤4，判断节律效应是否合格：
4a)根据烛光节律因子KC-candle，判断被测光源是否满足KC≤KC-candle，如果满足，则该被测光源节律效应合格；
4b)如果被测光源KC>KC-candle，则计算该条件下的被测光源节律因子与烛光的相对偏差RC；
4c)如果RC≤10％，则该被测光源节律效应合格，否则被测光源节律效应不合格，并输出被测光源节律效应超过安全值的RC-10％；
步骤5，给出分析结果：
给出被测光源蓝光危害与节律效应是否合格，如果不合格，给出超过安全值的百分比。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
色温为光源的基本参数(90％以上人工照明产品铭牌或说明书中给出了色温数值)，利用本发明通过光源色温可直接简便的计算蓝光危害因子与节律因子，无需采集光源光谱数据及积分运算；以烛光为阈值参考，烛光为火光，该方法回归自然，用自然光评价人工照明，安全可靠。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为该量化分析方法流程图；
图2为烛光归一化光谱分布图；
图3为荧光灯归一化光谱分布图；
图4为高压钠灯归一化光谱分布图；
图5为白炽灯归一化光谱分布图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明的根据光源色温量化分析蓝光危害与节律效应的方法，包括如下步骤：
步骤1，得到被测光源色温Tc：
在被测光源铭牌或说明书上查找色温Tc数值，或利用光谱仪采集光源光谱分布数据，通过色度分析软件计算被测光源色温Tc数值。
步骤2，计算蓝光危害因子和节律因子：
根据被测光源色温Tc数值，计算被测光源蓝光危害因子KB和被测光源节律因子KC。
被测光源蓝光危害因子KB由下式得到：
KB＝a×Tc-b
式中，a、b分别为待定系数；Tc为被测光源色温；
被测光源节律因子KC由下式得到：
KC＝c×Tc-d
式中，c、d分别为待定系数。
步骤3，判断蓝光危害是否合格：
3a)根据烛光蓝光危害因子KB-candle判断被测光源是否满足KB≤KB-candle，如果满足，则该被测光源蓝光危害合格；
3b)如果被测光源KB>KB-candle，则计算该条件下的被测光源蓝光危害因子与烛光的相对偏差RB：
Figure BDA0001968826260000051
3c)如果RB≤10％，则该被测光源蓝光危害合格，否则被测光源蓝光危害不合格，并输出被测光源蓝光危害超过安全值的RB-10％。
步骤4，判断节律效应是否合格：
4a)根据烛光节律因子KC-candle，判断被测光源是否满足KC≤KC-candle，如果满足，则该被测光源节律效应合格；
4b)如果被测光源KC>KC-candle，则计算该条件下的被测光源节律因子与烛光的相对偏差RC：
Figure BDA0001968826260000061
4c)如果RC≤10％，则该被测光源节律效应合格，否则被测光源节律效应不合格，并输出被测光源节律效应超过安全值的RC-10％。
步骤5，给出分析结果：
给出被测光源蓝光危害与节律效应是否合格，如果不合格，给出超过安全值的百分比。
下面通过具体实施例来进一步说明本发明。
实施例1：
本实施例的根据光源色温量化分析蓝光危害与节律效应的方法步骤如下：参见图1、图2、图3。
步骤1，得到被测荧光灯色温Tc：
在被测荧光灯说明书上查得色温Tc为5200K。
步骤2，计算蓝光危害因子和节律因子：
2a)将被测荧光灯色温Tc＝5200K数值代入，KB＝1.48538×10-7×Tc-1.24574×10-4计算被测荧光灯蓝光危害因子KB＝6.47824×10-4W/ml。
2b)将被测荧光灯色温Tc＝5200K数值代入，KC＝6.81334×10-4×Tc-0.50954计算被测荧光灯节律因子KC＝3.03339。
步骤3，判断蓝光危害是否合格：
3a)以普通白色蜡烛烛光为参考，其烛光蓝光危害因子KB-candle＝2.36689×10-4W/ml。由于被测荧光灯蓝光危害因子KB＝6.47824×10-4>2.36689×10-4，故需要继续分析。
3b)由于被测荧光灯蓝光危害因子KB＝6.47824×10-4>2.36689×10-4，根据下式计算被测荧光灯蓝光危害因子与烛光的相对偏差RB＝173.7026％
Figure BDA0001968826260000071
3c)由于被测荧光灯RB＝173.7026％>10％，因此，被测荧光灯蓝光危害不合格，并输出被测荧光灯蓝光危害超过安全值的163.7026％。
步骤4，判断节律效应是否合格：
4a)以普通白色蜡烛烛光为参考，其烛光节律因子KC-candle＝1.359。由于被测荧光灯节律因子KC＝3.03339>1.359，故需要继续分析。
4b)由于被测荧光灯节律因子KC＝3.03339>1.359根据下式计算被测荧光灯节律因子与烛光的相对偏差RC＝123.2075％
Figure BDA0001968826260000072
4c)由于被测荧光灯RC＝123.2075％>10％，因此，被测荧光灯节律效应不合格，并输出被测荧光灯节律效应超过安全值的113.2075％。
步骤5，给出分析结果：
被测荧光灯蓝光危害与节律效应均不合格，分别超过安全值的百分比为：163.7026％、113.2075％。普通白色蜡烛烛光归一化光谱分布见图2所示；色温5000K荧光灯归一化光谱分布见图3所示。
实施例2：
本实施例的根据光源色温量化分析蓝光危害与节律效应的方法步骤如下：参见图1、图2、图4。
步骤1，得到被测高压钠灯色温Tc：
在被测高压钠灯说明书上查得色温为2100K。
步骤2，计算蓝光危害因子和节律因子：
2a)将被测高压钠灯色温Tc＝2100K数值代入，KB＝1.48538×10-7×Tc-1.24574×10-4计算被测高压钠灯蓝光危害因子KB＝1.87256×10-4W/ml。
2b)将被测高压钠灯色温Tc＝2100K数值代入，KC＝6.81334×10-4×Tc-0.50954计算被测高压钠灯节律因子KC＝0.92126。
步骤3，判断蓝光危害是否合格：
以普通白色蜡烛烛光为参考，其烛光蓝光危害因子KB-candle＝2.36689×10-4W/ml。由于被测高压钠灯蓝光危害因子KB＝1.87256×10-4≤2.36689×10-4，因此，被测高压钠灯蓝光危害合格。
步骤4，判断节律效应是否合格：
4a)以普通白色蜡烛烛光为参考，其烛光节律因子KC-candle＝1.359。由于被测高压钠灯节律因子KC＝0.92126≤1.359，因此，被测高压钠灯节律效应合格。
步骤5，给出分析结果：
被测高压钠灯蓝光危害与节律效应均合格。150W高压钠灯归一化光谱分布见图4所示。
实施例3：
本实施例的根据光源色温量化分析蓝光危害与节律效应的方法步骤如下：参见图1、图2、图5。
步骤1，得到被测白炽灯色温Tc：
1a)在被测白炽灯说明书未上查到色温数据，需测量。
1b)使白炽灯在220V、50Hz市电下正常工作，在暗室中采集380-780nm可见光波段光谱分布，利用色度分析软件，由白炽灯光谱分布数据得到色温Tc为2550K。
步骤2，计算蓝光危害因子和节律因子：
2a)将被测白炽灯色温Tc＝2550K数值代入，KB＝1.48538×10-7×Tc-1.24574×10-4计算被测白炽灯蓝光危害因子KB＝2.54198×10-4W/ml。
2b)将被测白炽灯色温Tc＝2550K数值代入，KC＝6.81334×10-4×Tc-0.50954计算被测白炽灯节律因子KC＝1.22786。
步骤3，判断蓝光危害是否合格：
3a)以普通白色蜡烛烛光为参考，其烛光蓝光危害因子KB-candle＝2.36689×10-4W/ml。由于被测白炽灯蓝光危害因子KB＝2.54198×10-4>2.36689×10-4，故需要继续分析。
3b)由于被测白炽灯蓝光危害因子KB＝2.54198×10-4>2.36689×10-4，根据下式计算被测白炽灯蓝光危害因子与烛光的相对偏差RB＝7.39747％
Figure BDA0001968826260000091
3c)由于被测白炽灯RB＝7.39747％＜10％，因此，被测白炽灯蓝光危害合格。
步骤4，判断节律效应是否合格：
4a)以普通白色蜡烛烛光为参考，其烛光节律因子KC-candle＝1.359。由于被测白炽灯节律因子KC＝1.22786≤1.359，因此，被测白炽灯节律效应合格。
步骤5，给出分析结果：
被测白炽灯蓝光危害与节律效应均合格。15W白炽灯归一化光谱分布见图5所示。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种根据光源色温量化分析蓝光危害与节律效应的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，得到被测光源色温Tc：
在被测光源铭牌或说明书上查找色温Tc数值，或利用光谱仪采集光源光谱分布数据，通过色度分析软件计算被测光源色温Tc数值；
步骤2，计算蓝光危害因子和节律因子：
根据被测光源色温Tc数值，计算被测光源蓝光危害因子KB和被测光源节律因子KC；
步骤3，判断蓝光危害是否合格：
3a)根据烛光蓝光危害因子KB-candle判断被测光源是否满足KB≤KB-candle，如果满足，则该被测光源蓝光危害合格；
3b)如果被测光源KB>KB-candle，则计算被测光源蓝光危害因子与烛光的相对偏差RB；
3c)如果RB≤10％，则该被测光源蓝光危害合格，否则被测光源蓝光危害不合格，并输出被测光源蓝光危害超过安全值的RB-10％；
步骤4，判断节律效应是否合格：
4a)根据烛光节律因子KC-candle，判断被测光源是否满足KC≤KC-candle，如果满足，则该被测光源节律效应合格；
4b)如果被测光源KC>KC-candle，则计算该条件下的被测光源节律因子与烛光的相对偏差RC；
4c)如果RC≤10％，则该被测光源节律效应合格，否则被测光源节律效应不合格，并输出被测光源节律效应超过安全值的RC-10％；
步骤5，给出分析结果：
给出被测光源蓝光危害与节律效应是否合格，如果不合格，给出超过安全值的百分比。
2.根据权利要求1所述的一种根据光源色温量化分析蓝光危害与节律效应的方法，其特征在于，所述步骤2中，被测光源蓝光危害因子KB由下式得到：
KB＝a×Tc-b
式中，a、b分别为待定系数；Tc为被测光源色温。
3.根据权利要求1所述的一种根据光源色温量化分析蓝光危害与节律效应的方法，其特征在于，所述步骤2中，被测光源节律因子KC由下式得到：
KC＝c×Tc-d
式中，c、d分别为待定系数；Tc为被测光源色温。
4.根据权利要求1所述的一种根据光源色温量化分析蓝光危害与节律效应的方法，其特征在于，所述步骤3b)中，如果被测光源KB>KB-candle，根据下式计算被测光源蓝光危害因子与烛光的相对偏差RB：
Figure FDA0002502422170000021
5.根据权利要求1所述的一种根据光源色温量化分析蓝光危害与节律效应的方法，其特征在于，所述步骤4b)中，如果被测光源KC>KC-candle，根据下式计算被测光源节律因子与烛光的相对偏差RC：
Figure FDA0002502422170000022
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