Lampen knipperen wanneer ze aanstaan. Althans de meeste doen dat. En met knipperen wordt dan bedoeld de variatie in verlichtingssterkte. Er zijn berichten in de media geweest dat er (led)lampen zouden zijn die zoveel knipperden dat ze hoofdpijn bezorgden aan de mensen die in dat licht werkten.
OliNo heeft een manier om de verlichtingssterktevariaties te meten en er een getal aan te hangen; een zogenaamde verlichtingssterkte-modulatie-index. Dit artikel legt uit hoe gemeten wordt en geeft een aantal voorbeelden.
2014 02 01 update: op dit artikel is een uitbreiding geschreven, wat ingaat op hoeveel een lamp maximaal mag knipperen.
Fotodiode
Een lichtgevoelige fotodiode kan makkelijk de mogelijk zichtbare variaties in verlichtingssterkte waarnemen; een mens kan misschien nog net 100 Hz knipperingen zien (afhankelijk van persoon tot persoon), en dat is geen enkel probleem voor een fotodiode.
De fotodiode die de verlichtingssterktevariaties van de gemeten lamp opneemt
In dit geval is het een OSD50-E maar het kan eender een ander model zijn, zolang de diode maar snel genoeg is. Zie daarvoor de datasheet en kijk naar de “risetime”.
Schema en werking
De fotodiode wordt op een manier gebruikt zodat deze makkelijk een grote variatie van verlichtingssterktes kan meten. Gebruikelijk is het over de fotodiode een sperspanning aan te sluiten zodanig dat de capaciteit van de diode kleiner wordt en daarmee zijn snelheid nog groter.
Gebruik van de fotodiode in sper, en een serieweerstand waarover de spanningsvariaties worden gemeten
In serie met de fotodiode komt een weerstand en over de weerstand wordt de spanning gemeten. Bij meer lichtinval loopt er meer stroom en valt er meer spanning over de weerstand. Met de kiesbare weerstanden van verschillende waarde is er zo een instelbare versterkingsfactor.
Echter hoe groter de weerstand des te trager het geheel wordt; de diode heeft een interne capaciteit (Cintern_max = 270 pF bij een sperspanning van 12 V) en die staat in serie met de weerstanden. De waarde R*C geeft een indicatie van de stijgtijd (in sommige publicaties wordt uitgegaan van 2.2*R*C) en dus van de traagheid; hoe hoger de serieweerstand, des te hoger de versterking en des te trager het geheel.
Het meetapparaat, met de standenschakelaar, batterijen en de fotocel en de bananenpluggen die de verbinding leggen om de spanning te meten
Metingen
De metingen worden uitgevoerd met door de fotodiode dichtbij de lamp te houden. Door een juiste instelling van de meetweerstand volgt een bepaalde stijgtijd (bij benadering 2.2*R*C, wat overeenkomt met een maximale frequentie van bij benadering 1/(3*stijgtijd) ) en door zorg te dragen voor een minimale sperspanning blijft de diode ook lineair (met de sperspanning worden de gecreerde ladingsdragers snel uit de diode getrokken voordat ze tijd hebben om te recombineren). De spanning wordt gemeten met een data-acquisitiekaart die met 10 kS/s meet. Dus het signaal dat de verlichtingssterktevariaties aangeeft moet geen frequentiecomponenten hebben hoger dan 5 kHz.
Bij het meten wordt een maximale meetspanning van 7 V aangehouden. Hiermee blijft een minimale sperspanning over van 5 V voor de diode. In de datasheet volgt een diode-junctie-capaciteit van 300 pF. Met de weerstanden uit het schema volgt dan voor de stijgtijden en maximale frequentie (de laatste twee bij benadering):
| Rserie [Ohm] | Stijgtijd [us] | Frequentiemaximaal [Hz] |
|---|---|---|
| 1k | 0.7 | 500k |
| 10k | 7 | 50k |
| 100k | 70 | 5k |
| 1M | 700 | 500 |
In deze tabel is geen rekening gehouden met extra capaciteit van de aansluitdraden dus wellicht is de stijgtijd wat langer en daarmee de frequentie wat lager.
De 100 k Ohm weerstand is een goede instelling die ervoor zorgt dat er geen frequenties in het signaal voorkomen die niet met samplefrequentie van 10 kS/s te bemonsteren zijn. Deze bemonisteringsstelheid geeft een maximale frequentie van bijna 5 kHz wat ruim voldoende is voor het bepalen van of het licht van een lamp nu knippert of niet; een menselijk oog kan toch niet meer dan 100 variaties per seconde zien.
Meetwaardes en gemeten parameters
Er wordt gesampled met 10 kS/s gedurende 1 seconde. De resultaten worden gemiddeld over een periode van 40 ms. Dit wordt dan getoond.
Gemeten verlichtingssterktevariaties bij een gloeilamp
Hierbij een voorbeeld van de gemeten verlichtingssterktevariaties bij een gloeilamp gemeten. Het 100 % niveau komt overeen met ongeveer 7 V en de meetstand was bij een serieweerstand van 100 kΩ. Door de sensor op de juiste afstand te houden van de lamp kan zo 7 V maximaal verkregen worden.
Uit deze gegevens zijn de volgende parameterwaardes te halen:
knipperfrequentie fknipper =100 Hz, oftewel de grondharmonische van het knipperende effect is 100 Hz.
modulatie index = 0.21 ofwel 21 %, oftewel de maximale amplitude van de veriatie is 21 % van de gemiddelde waarde.
De modulatie-index wordt berekend als: (EVmax – EVmin)/(EVmax + EVmin).
Meetvoorbeelden aan lampen
In dit gedeelte wordt een aantal lampen gemeten en de resultaten getoond. Dit is een kleine selectie. In het vervolg zullen de lampmetingen gedaan door OliNo een aparte knippermeting bevatten.
| lamp type | EV grafiek | modulatie-index | foto lamp | opmerking |
|---|---|---|---|---|
| Led TL buis |  |
0.35 |  |
1* (beetje) |
| Elektro Magnetische Lamp |
 |
0.22 |  |
– |
| PAR ledlamp |  |
0.55 |  |
1* |
| 40W gloeilamp |  |
0.21 |  |
– |
| Ledlamp |  |
0.00 |  |
– |
| Ledlamp met externe driver |
 |
0.99 |  |
1* |
| Spaarlamp |  |
0.09 |  |
– |
| Ledlamp E14 |  |
0.00 |  |
– |
| Gloeilamp E14 |  |
0.20 |  |
– |
| Spaarlamp E14 |  |
0.09 |  |
– |
| Ledspot GU10 |  |
0.01 |  |
– |
| Halogeen GU10 |  |
0.13 |  |
– |
| Ledspot GU10 |  |
0.00 |  |
– |
| Ledlamp GU53 op 12VAC |
|
0.66 |  |
1* |
| Ledlamp GU53 op 12VDC |
 |
0.00 | |
– |
| Ledlamp GU53 op 12VAC |
 |
0.33 |  |
– |
| Ledlamp GU53 op 12VDC |
 |
0.00 | |
– |
| Halogeen GU53 op 12VAC |
 |
0.03 |  |
– |
| Halogeen GU53 op 12VDC |
 |
0.00 | |
– |
1* dit geeft een zogenaamd stroboscoop effect bij het zwaaien met je hand in dit licht
Het valt verder op dat de gloeilampen toch 20 % modulatie indexwaarde hebben, wat niet als hinderlijk ervaren wordt.
Wat wel hinderlijk kan zijn (afhankelijk van de persoon) lijkt vanaf een modulatie-index van 0.4 en hoger.
Ledlampen kunnen zo gemaakt worden dat ze (nagenoeg) geen variatie in de verlichtingssterkte laten zien.
GU53 lampjes op DC laten ook geen lichtsterktevariaties zien, wat was te verwachten.
Stroboscoop effect
Het flikkeren van de lampen veroorzaakt ook een zogenaamd stroboscoop effect. Door foto’s te maken van een bewegende hand met een sluitertijd van 1/10 sec, dit is 10x langer dan de periode tijd van de grondharmonische freqentie van 100 Hz, kun je een duidelijk verschil zien tussen de lampen met een verschillende modulatie index. Lampen die knipperen zullen ervoor zorgen dat de onderdelen van de hand, in dit geval de vingers en een ring, duidelijk individueel zichtbaar zijn. Zodra je een lamp neemt die niet knippert, oftwel een zeer lage modulatie index, dan wordt de bewegende hand 1 grote blur (geen stroboscoop effect meer).
Geen stroboscoop effect, verlichtingssterkte-modulatie-index 0.00
Geen stroboscoop effect, verlichtingssterkte-modulatie-index 0.00
Stroboscoop effect, verlichtingssterkte-modulatie-index 0.55
Sterk stroboscoop effect, verlichtingssterkte-modulatie-index 0.99
Als je in een omgeving werkt waarbij het van belang is dat je goed moet kunnen zien of iets beweegt of niet dan kun je beter voor een lamp kiezen met een lage verlichtingssterkte-modulatie-index.
8 reacties op “Het knipperen van lampen”
Misschien nog een extra reden om deze metingen te doen:
Bij draaiende machines moet extra aandacht besteed worden aan het knipperen van lampen omdat door het stroboscopisch effect het kan lijken dat een machine niet of met een ander toerental draait dan in werkelijkheid het geval is.
Hiervan hadden bijvoorbeeld traditionele TL-buizen (zonder HF voorschakelapparaat) last. Ook deze knipperen met 100Hz.
Onnodig om te vertellen dat dit gevaarlijke situaties kan opleveren.
p.s. Nog een tip : Vermeld bij de knipper index ook de grondfrequentie waarbij de knippering optreed (zal vaak 100Hz zijn denk ik).
Bas, in alle gevallen was de grondfrequentie 100 Hz. Behalve daar waar de verlichtingssterkte niet noemenswaardig varieerde (want dan kan ik niet goed de frequentie bepalen). Ik vermeld bij de aparte lampmetingartikelen ook de grondfrequentie.
Het lijkt me ook interessant om te zien wat er met het knipperen gebeurt als een (dimbare) lamp wordt gedimd.
De lamp komt dan gedurende de fase langere tijd zonder stroom, wat misschien invloed heeft op het knipperen.
De these is “een mens kan misschien nog net 100 Hz knipperingen zien”. Ik begrijp dat dit een directe waarneming is, een waarneming die dus actief is. Maar, wat zijn de passieve waarnemingen die door de hersenen geregistreerd worden? Of zijn de hoofdpijnklachten uit de lucht gegrepen door mensen die aandacht nodig hebben?
Wat me hier het meest aan opvalt is het feit dat LEDs op wisselstroom gewoon vreselijk knipperen. Dit is extra interessant voor de aquariumwereld, omdat veel voor aquaria-doeleinden aangeboden LED TL-vervangers op AC werken, en dus gewoon knipperen.
Vissen (en de meeste andere dieren for that matter) houden helemaal niet van die knippering. Dat is dus waarom je (schijnbaar) altijd het beste af zult zijn met LED op gelijkstroom.
Julius, je schaart nu, onterecht, alle ledlampen over 1 kam terwijl je kunt zien dat er wel degelijk leds zijn die zelfs in het geheel niet knipperen; zie daarvoor de geteste voorbeelden.
De geteste spaarlamp zou eventueel met een gewone TL overeen kunnen komen, en je ziet dat de in het voorbeeld geteste spaarlamp ook knippert. Zij het dat we blijkbaar van deze mate van knipperen geen last hebben.
De twee geteste led 12 V MR16 lampjes laten zien dat bij het aansluiten op 12 V AC ze wel knipperen, echter dat wil niet zeggen dat alle MR16 leds dat doen.
In ieder geval haal de MR16 resultaten hier neergezet zeker niet als geldig voor led-TL, dat zou in het geheel niet kloppen. Let eventueel op de komende lamprapporten van led-TL lampen en daar staan dan de knippertesten bij.
Prachtig document.
Is er ondertussen al een update op dit document geschreven in 2010 ?
Wat het meettoestelletje betreft, is er ondertussen al een voorkeur voor een andere foto diode ? Zou er in de handel al een gelijkwaardig meettoestelletje bestan om dezelfde metingen uit te voeren ?
@Frank, de update is dit artikel, wat ingaat op het niveau van knipperen. Ook is er een update over een nieuwe manier van knipper-evaluatie, dat staat in dit artikel uitgelegd.
het meetapparaat is nog steeds gelijk aan hierboven beschreven. Er zijn zeker kant-en-klare knippermeters te koop; apparaatjes met een lichtgevoelige cel en een stuk interne hardware om te samplen en berekeningen er op los te laten. Ikzelf houd het bij het bovenbeschrevene, omdat deze goed werkt en ik deze toch direct aansluit aan de al aanwezige analoge voltage input modules die ik heb.