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CN106649958A - 一种基于光生物效应的建筑室内led筒灯评价方法 - Google Patents

一种基于光生物效应的建筑室内led筒灯评价方法 Download PDF

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CN106649958A
CN106649958A CN201610879626.3A CN201610879626A CN106649958A CN 106649958 A CN106649958 A CN 106649958A CN 201610879626 A CN201610879626 A CN 201610879626A CN 106649958 A CN106649958 A CN 106649958A
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CN
China
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photobiological
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led
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CN201610879626.3A
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English (en)
Inventor
王田虎
罗印升
颜怡
刘晓杰
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Jiangsu University of Technology
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Jiangsu University of Technology
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Publication date
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Abstract

本发明公开了一种基于光生物效应的建筑室内LED筒灯评价方法，属于半导体照明技术领域，通过建立人体生理参数和视觉质量的关系，实现了直观的计算LED灯筒对人体引起的生理变化的方法，解决了对LED筒灯的舒适性的评价难的问题。

Description

一种基于光生物效应的建筑室内LED筒灯评价方法
技术领域
本发明属于半导体照明技术领域。
背景技术
LED筒灯作为一种应用前景广泛的照明灯具，已广泛应用于建筑室内照明，如商场、办公室、医院、家庭等，然其除了照明功能影响视觉效果外，还会影响人体的生理功能。
目前，现有的LED筒灯照明标准及规范仅对视觉效果有规定，而未考虑光生物效应的作用，如采用不同的LED筒灯照明光源，会产生不同的光生物效应，将对人的视觉心理、生理反应、工作效率等造成不同程度的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于光生物效应的建筑室内LED筒灯评价方法，通过建立人体生理参数和视觉质量的关系，实现了直观的计算LED灯筒对人体引起的生理变化的方法，解决了对LED筒灯的舒适性的评价难的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于光生物效应的建筑室内LED筒灯评价方法，包括如下步骤：
步骤1：将LED灯筒在固定色温下持续点亮10分钟，并将LED灯筒的色温值输入到中心服务器；
步骤2：用户处于LED灯筒的照射范围内，并利用心率测试仪测试用户的心率，心率测试仪测通过互联网连接中心服务器；
步骤3：心率测试仪将用户心率发送给中心服务器，中心服务器利用matlab软件，并根据一下步骤建立用于评价基于生理参数的光生物效应响应的数学模型：
步骤A：设定ФB表示光生物效应等效光通，并通过如下公式计算出ФB的值：
其中KB代表等效最大光谱光效函数，B(λ)代表光生物效应的响应函数，P(λ)是绝对光谱能量分布函数；λ代表光波长；
步骤B：设定B/P函数，通过如下公式计算B/P函数的值，并与光生物效应等效光通量ФB相比较，得出评价照明的光生物效应的大小强弱；
步骤C：将实验心理学中物理量与感受量间等效光通量的差值，转化为引起生理参数变化的比值，并用S表示由光生物效应引起的生理参数变化率，并根据如下公式计算出S值：
其中x，x1，x2，x3表示LED筒灯色温，Sx表示在某一色温下光生物效应引起的生理参数变化率；αx表示在LED筒灯色温为x时的人体生理参数的变化率；P′x表示在LED筒灯色温为x时的光谱能量分布函数；
步骤D：设定光生物效应的响应函数B(λ)，并采用如下公式计算出光生物效应的响应函数B(λ)的值：
其中λmax为波长的峰值，A为该式的系数；
步骤4：根据光生物效应响应的数学模型和计算出的光生物效应的响应函数B(λ)的值建立基于生理参数的光生物效应响应评价表，并通过打印设备打印基于生理参数的光生物效应响应评价表，最后通过基于生理参数的光生物效应响应评价表来评价LED筒灯的舒适性。所述LED灯筒的色温值为3000K、4000K和6000K。
所述λ光波长的取值为435nm或490nm。
本发明所述的一种基于光生物效应的建筑室内LED筒灯评价方法，通过建立人体生理参数和视觉质量的关系，并通过在中心服务器中建立光生物效应响应的数学模型，实现了直观的计算LED灯筒对人体引起的生理变化的方法，解决了对LED筒灯的舒适性的评价难的问题，为对LED筒灯的舒适性的评价提供了直观的数学标准。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示的一种基于光生物效应的建筑室内LED筒灯评价方法，包括如下步骤：
步骤1：将LED灯筒在固定色温下持续点亮10分钟，并将LED灯筒的色温值输入到中心服务器；
步骤2：用户处于LED灯筒的照射范围内，并利用心率测试仪测试用户的心率，心率测试仪测通过互联网连接中心服务器；
步骤3：心率测试仪将用户心率发送给中心服务器，中心服务器利用matlab软件，并根据一下步骤建立用于评价基于生理参数的光生物效应响应的数学模型：
步骤A：设定ФB表示光生物效应等效光通，并通过如下公式计算出ФB的值：
其中KB代表等效最大光谱光效函数，B(λ)代表光生物效应的响应函数，P(λ)是绝对光谱能量分布函数；λ代表光波长；
步骤B：设定B/P函数，通过如下公式计算B/P函数的值，并与光生物效应等效光通量ФB相比较，得出评价照明的光生物效应的大小强弱；
步骤C：将实验心理学中物理量与感受量间等效光通量的差值，转化为引起生理参数变化的比值，并用S表示由光生物效应引起的生理参数变化率，并根据如下公式计算出S值：
其中x，x1，x2，x3表示LED筒灯色温，Sx表示在某一色温下光生物效应引起的生理参数变化率；αx表示在LED筒灯色温为x时的人体生理参数的变化率；P′x表示在LED筒灯色温为x时的光谱能量分布函数；
步骤D：设定光生物效应的响应函数B(λ)，并采用如下公式计算出光生物效应的响应函数B(λ)的值：
其中λmax为波长的峰值，A为该式的系数；
步骤4：根据光生物效应响应的数学模型和计算出的光生物效应的响应函数B(λ)的值建立基于生理参数的光生物效应响应评价表，并通过打印设备打印基于生理参数的光生物效应响应评价表，最后通过基于生理参数的光生物效应响应评价表来评价LED筒灯的舒适性。所述LED灯筒的色温值为3000K、4000K和6000K。
所述λ光波长的取值为435nm或490nm。
以3寸5W可调节不同色温(3000K、400OK和6000K)的LED筒灯为例,其中表1给出了三种不同色温的LED筒灯在波长为435nm和490nm的相对光谱能量分布。
首先，设置实验初始条件环境温度为250C，分别将LED筒灯设置在3000K、4000K和6000K色温下各点亮并维持10min，利用心率测试仪在上述光环境下测试受测者的心率。
心率测试仪将受测者的心率信息发送给中心服务器，中心服务器记录结果并计算得出在3000K光环境时人体心率的变化率大约为5.16％，在4000K光环境时人体心率的变化率大约为5.56％，在6000K光环境时人体心率的变化率大约为7.01％。
波长(λ) 6000K 4000K 3000K
435nm 495 404 275
490nm 251 216 139
表1
中心服务器首先将心率变化率和表1的相对光谱能量值代入步骤A所述的公式中，并计算得出如下关系式：
中心服务器对上述关系式做进一步的相关推导，计算得到435nm和490nm时人体心率变化S的响应比值关系式，人体心率变化S的响应比值关系式如下：
中心服务器将人体心率变化S的响应比值关系式与步骤C中所述的公式结合，并进一步推导出如下关系式：
中心服务器对上述关系式进一步推导得出如下关系式：
中心服务器再将A的取值代入步骤D中所述的公式中，并计算出光生物效应的响应函数B(λ)的值；
中心服务器根据光生物效应响应的数学模型和计算出的光生物效应的响应函数B(λ)的值建立基于生理参数的光生物效应响应评价表，并通过基于生理参数的光生物效应响应评价表来评价LED筒灯的舒适性。
本发明所述的一种基于光生物效应的建筑室内LED筒灯评价方法，通过建立人体生理参数和视觉质量的关系，并通过在中心服务器中建立光生物效应响应的数学模型，实现了直观的计算LED灯筒对人体引起的生理变化的方法，解决了对LED筒灯的舒适性的评价难的问题，为对LED筒灯的舒适性的评价提供了直观的数学标准。

Claims (3)

1.一种基于光生物效应的建筑室内LED筒灯评价方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：将LED灯筒在固定色温下持续点亮10分钟，并将LED灯筒的色温值输入到中心服务器；
步骤2：用户处于LED灯筒的照射范围内，并利用心率测试仪测试用户的心率，心率测试仪测通过互联网连接中心服务器；
步骤3：心率测试仪将用户心率发送给中心服务器，中心服服务利用matlab软件，并根据一下步骤建立用于评价基于生理参数的光生物效应响应的数学模型：
步骤A：设定ФB表示光生物效应等效光通，并通过如下公式计算出ФB的值：
Φ B = K B ∫ 380 780 P ( λ ) . B ( λ ) . d λ ;
其中KB代表等效最大光谱光效函数，B(λ)代表光生物效应的响应函数，P(λ)是绝对光谱能量分布函数；λ代表光波长；
步骤B：设定B/P函数，通过如下公式计算B/P函数的值，并与光生物效应等效光通量ФB相比较，得出评价照明的光生物效应的大小强弱；
步骤C：将实验心理学中物理量与感受量间等效光通量的差值，转化为引起生理参数变化的比值，并用S表示由光生物效应引起的生理参数变化率，并根据如下公式计算出S值：
S x = K l o g [ α x Σ 380 780 P x ′ ( λ ) B ( λ ) Δ λ ]
10 S x 3 S x 1 10 S x 2 S x 1 = 0.83 Σ 380 780 P x 3 ′ ( λ ) B ( λ ) Δ λ - Σ 380 780 P x 1 ′ ( λ ) B ( λ ) Δ λ 0.80 Σ 380 780 P x 2 ′ ( λ ) B ( λ ) Δ λ - Σ 380 780 P x 1 ′ ( λ ) B ( λ ) Δ λ
其中x，x1，x2，x3表示LED筒灯色温，Sx表示在某一色温下光生物效应引起的生理参数变化率；αx表示在LED筒灯色温为x时的人体生理参数的变化率；P′x表示在LED筒灯色温为x时的光谱能量分布函数；
步骤D：设定光生物效应的响应函数B(λ)，并采用如下公式计算出光生物效应的响应函数B(λ)的值：
B ( λ ) = e - 2 ( λ - λ m a x A ) 2 ;
其中λmax为波长的峰值，A为该式的系数；
步骤4：根据光生物效应响应的数学模型和计算出的光生物效应的响应函数B(λ)的值建立基于生理参数的光生物效应响应评价表，并通过打印设备打印基于生理参数的光生物效应响应评价表，最后通过基于生理参数的光生物效应响应评价表来评价LED筒灯的舒适性。
2.如权利要求1所述的一种基于光生物效应的建筑室内LED筒灯评价方法，其特征在于：所述LED灯筒的色温值为3000K、4000K和6000K。
3.如权利要求1所述的一种基于光生物效应的建筑室内LED筒灯评价方法，其特征在于：所述λ光波长的取值为435nm或490nm。
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