光生物安全论文

光生物安全论文（精选8篇）

光生物安全论文 篇1

灯具是人类生活中不可缺少的电器, 随着LED技术不断地突破、LED产品成本大幅度降低, LED灯使用的迅速推广, LED灯因为节能、环保、高亮度优点被使用者喜爱。LED灯虽然有诸多优点, 却存在被人忽略的的光生物安全风险。从2002年开始, 有关人类第三种非视觉光接收器 (细胞) 、光辐射对生理节律及内分泌系统的影响等基础研究的开展, 为大家研究LED照明在应用过程中呈现的潜在危害提供了依据。研究表明, LED光辐射影响人类生物节律的调理, 不规范的LED照明能够在人群中引起失眠、晕厥、头痛、情感妨碍等广泛的神经系统反常。特别是随着LED技术的发展, 市场上出现了越来越多的大功率、高亮度的LED产品, 由于芯片功率的提升, 芯片射出光的辐射亮度大幅度提高;通过增大驱动电流、多芯片集成, LED产品的功率越来越高;通过增加二次光学设计, 如, 采用透镜会聚等, LED的光束越来越窄, 视网膜受到的辐射越来越强[1]。有关光生物安全的问题必须引起重视和研究, 检测灯具产生的光辐射对人类健康的影响非常重要。

目前, 在我国LED光源和灯具的光生物安全性还未列入强制性检验的项目, 但是如果要出口欧盟、北美等国家时, 光生物安全则是必不可少的检测项。该文运用GB/T 20145-2006《灯和灯系统的光生物安全性》对灯具的辐照度、辐射亮度作了测试, 并对检测结果的辐射危害类型进行分析归类, 以避免光生物辐射对用户的危害。

1 LED光生物安全测试过程

GB/T 20145-2006中规定:普通照明用灯或灯系, 评价其危害主要是从皮肤和眼睛的光化学紫外危害, 眼睛的近紫外危害, 蓝光危害, 眼睛的红外辐射等方面来评价, 光生物安全性检测主要对辐照度、辐亮度等方面进行测试。

1.1 辐照度测量

该实验采用光谱辐射分析仪SUV-3000、ST-80C照度计测量系统。在辐射照度测试之前, 首先应对光谱分析仪作定标校正。

1.1.1 照度校正

把紫外氘灯装在移动小车上并接好线, 将紫外氘灯与探头贴近, 调节紫外氘灯的位置使之与照度探头在同一水平线, 氘灯与照度计的距离按氘灯计量证书计量时的距离。在SR-3000E软件上点击“零位采集”, 零位采集完成后, 打开紫外氘灯电源, 慢慢调到氘灯计量证书上计量的电参数, 并稳定5 min。紫外氘灯稳定后, 点击“光谱校正”, 系统开始紫外照度部分校正。校正完成后, 熄灭紫外氘灯并取下放好, 换上光强标准灯并接好线, 让灯的照度口正对探头, 灯与探头的距离为50 cm。打开光强标准灯的对准激光, 调节光强标准灯的位置使之与探头在同一水平线。在灯和探头面前各放一个光阑, 注意光阑孔中心要与探头中心、标准灯中心在同一水平线上, 慢慢地调到光强标准灯计量证书上的电参数, 让其稳定5 min, 接着系统开始可见光部分的照度校正。待校正完成之后, 点击“光色测量”, 比较测得的照度与证书上的照度, 照度相差小于1%, 则认为此次校正有效, 否则应重新校正。慢慢地将电源电调至0 V, 待光强灯冷却并取下放好。

1.1.2 辐照度测试

安装待测试的LED灯具, 进行样品的辐照度测试 (如图1) 。

对于普通照明用灯来说, 标准要求其危害值应在产生500勒克斯 (lx) 照度的距离处测定, 调节测试距离使得该灯具产生500勒克斯 (lx) 的照度值后, 还应考虑到人眼的生理防护距离为20 cm, 因此, 必须保证测试距离大于人眼的生理距离。另外, 测量波长的间隔选择也至关重要, 在测量前必须明确。光源危害值的计算方法是将光谱扫描后进行危害函数加权, 而波长间距和波长精度对加权值的影响是非常大的, 比如:在波长300 nm处, 波长变化3 nm, 紫外光谱加权函数变化达250%, 由此可见波长间距与波长精度对测试结果的影响有多大, 故在测量中应区别设置波长间隔。一般来说, 测量间距的选择是这样的, 对于小于400 nm的光谱采用1 nm的扫描步长;大于400 nm的光谱采用5 nm的扫描步长。而波长精度在不同波段也是分开不同的要求, 如果想要测量误差小于3%时, 标准所推荐的波长精度见表1。在紫外波段特别是300~325 nm波段段长间距和波长精度要求是最高的。

测得的照度光谱分布如图2所示。

1.2 辐亮度测量

1.2.1 亮度校正

与辐照度测量一样, 应首先进行亮度校正。用可见光线取代紫外光线, 视网膜亮度计镜头正对导轨末端的对准激光, 调节镜头是镜头孔处于十字架的中央, 关掉对准激光。装上光强标准灯并连好线, 将光强标准灯有毛玻璃的一面对准视网膜亮度计, 使其亮度计朝向视网膜亮度计, 慢慢点亮标准灯, 使灯两端电参数和计量证书上一致, 让灯稳定5 min。调整镜头切面与亮度计之间的距离, 使亮度计上的毛玻璃成像清晰, 且在亮度计所成像的白色光圈中间区域内 (如图3) 。

运行“SR-3000L”软件, 点击“零位采集”, 零位采集完成后点击“光谱校正”, 在弹出的对话框中输入计量证书上的标准光度值, 点击确定, 系统开始亮度校正。

1.2.2 辐亮度测试

校正完成后, 安装好被测样品, 点亮被测样品并稳定, 调节镜头位置使被测样品成像清晰, 调节曝光时间使“Max Exposure:XXXXX”信号值介于50 000~65 000之间 (注意保持样品与镜头的距离不变, 即镜头移动多少距离, 样品也移动多少距离) 。测试特定爆辐时间下不同波段射出光的爆辐参数, 得出光谱分布数据 (如图4) 。

2 测试结果

LED球泡灯的光生物安全测试结果如表2所示。

3 结果分析

依据表2可对该次测试的LED球灯泡的辐射危险类别进行分析和判定。对于眼睛光化学紫外和近紫外危害, 从测试结果中得知, 被测灯的紫外辐射有效积分光谱照度Es, LED球泡灯为0.000E+00, 小于标准限值;而近紫外光谱照度EUVA, LED球泡灯为1.438E-04, 小于标准限值, 故LED球灯泡均无光化学紫外和近紫外危害。

在测量皮肤和眼睛的光化学紫外危害和眼睛的近紫外危害时, 由于眼睛的生理特征等原因, 特别在测试某一方向比较长的灯时, 必须注意限制视场光阑的使用。限制视场光阑的张角不应大于1.4 rad, 然后再根据受试光源端面到探测器端面的距离来计算出光阑的限制长度[2]。

对于视网膜蓝光危害, 标准要求在灯具曝辐时间t不超过10 000s的情况下, 蓝光加权辐亮度Lb不应超过100 W/m2·sr-1。测试结果中, LED球泡灯的蓝光加权辐亮度Lb为106.0, 小于标准限值, 故LED球灯泡均无蓝光危害。

对于视网膜热危害, LED球泡灯的热危害加权辐亮度Lr为2 215, 小于标准限值, 故符合该项目无危险类灯的要求。

对于视网膜热危害爆辐限值——对微弱视觉刺激的危害分析, LED球泡灯的近红外辐亮度Lir为2.789E+00, 小于标准限值, 故LED球灯泡均视网膜热危害。

对于眼睛红外辐射 (380~3 000 nm) 的危害, LED球泡灯的红外辐射Eir为4976E-03小于标准限值, 故LED球灯泡无近红外视网膜危害。

4 结语

该文是基于GB/T 20145-2006标准对LED球泡灯的光生物安全性进行了检测, 并对其危害等级进行了评估和分析。根据上述实验结果分析, 该次检测的LED球泡灯在光生物安全检测中都属于无危险类灯具。

评价灯和灯系统光生物安全性的检测十分复杂, 因为所测量的不是一个简单的点光源, 而是一个扩展光源, 而且需要评价的也不是单一光谱的光源, 而是宽波段光源, 所以, 测量中我们需要考虑照明系统的环境中的一些实际情况做出判断, 客观评价灯和灯系统的安全等级的分类。就目前而言, 我国关于光生物安全测量的相关技术及设备已相对成熟, 能够满足相关标准的测量要求。

摘要：随着LED技术的发展, LED照明产品光效、亮度不断地提高, 光对人体皮肤、眼睛的危害随之受到人们的关注, 光生物安全的评价技术越来越受到重视。运用GB/T 20145-2006《灯和灯系统的光生物安全性》, 采用光生物安全性的测试系统, 对LED球灯泡进行了光生物安全测试, 涵盖辐照度、辐亮度等项目测试, 并探讨和分析LED光生物安全的检测方法与测试影响因素, 探讨一种更为严格的光生物安全测试方法。

关键词：光生物安全,LED灯具,光危害,辐照度,辐亮度

参考文献

[1]高勋.基于云计算的Web结构挖掘算法研究[D].北京:北京交通大学, 2010.

[2]虞建栋.光生物安全性的测试与评价研究[D].杭州:浙江大学, 2006.

[3]徐学基.关于发光二极管产品的光生物安全性及其标准问题 (一) [J].光源与照明, 2011 (4) :29-31.

[4]徐学基.关于发光二极管产品的光生物安全性及其标准问题 (二) [J].光源与照明, 2012 (1) :36-39.

光网络安全及防范技术探析 篇2

关键词：光网络；安全防范；技术分析

中图分类号：TP393.08

目前电子交换与信息处理技术的进步已经接近电子技术的在极限，相应速度、漂移等各种弊端大大限制了交数据的速率。为了进一步改善电子技术速率被限制的问题，网络技术专家开始对光技术进行实践研究。将光技术应用至交换系统当中能够充分凸显光网络的优越性。但是由于当前光逻辑器件尚未成熟，同时海量的数据传输率给网络故障带来了巨大的压力，因此对光网络安全与方法技术进行研究是很有必要的。

1 光网络概述

1.1 光网络概念

光网络主要是指用户在传输信号过程中使用的技术为光波技术，从源节点到目的节点的传输过程中是应用光交叉连接设备的。光传输系统的容量与光节点处理能力十分卓越，光节点无需通过电子处理，因此信息容量巨大，从而可以有效的提高输送效率，并且可容纳多种类型的信号直接与光网络连接。但是当前光逻辑器件还存在一定弊端，因此光网络的覆盖范围十分有限。为了使光网络能覆盖更广大的地域，需要充分利用光电转换来避免光信号在传输中的损伤，开展光网络的科学高效控制与管理[1]。

1.2 光网络优势

用户在传输信息过程全部以光信号的形式实现，因此其优势也十分显著，主要表现在以下几个方面：（1）带宽巨大。光网络在光域实现信号交换，能够充分利用光线的带宽资源，实现海量传输，并且能够保证传输质量。超长距离，超大信息容量能够满足未来信息传输的需求；（2）结构简洁。光网络使用的是头面光通路连接，其中不存在光电转换与存储设备。在光网络中大多数器件都为无源器件，后期维护工作简单；（3）高处理速度。光网络不需要进行光电转换，避免了节点处理工作的难点；（4）误码率低。由于不需要进行光电转换，才因此其信号的误差率也大大降低；（5）兼容性强。光网络能够实现与当前通信网络与未来数据网络相连接，兼容性极好，同时还能够实现未来网络的更新；（6）可重构性。根据通信容量的需求调节改变网络结构，十分灵活实用[2]。

2 光网络的安全隐患

2.1 带内干扰

带内干扰属于服务破坏類型，攻击者使用高能发射机，插入设计特殊信号进行带内干扰，降低接收器解释传输数据的能力。改攻击不仅能够降低链路上的信号，还能够降低连接到该节点其他链路上的信号。

2.2 带外干扰

带外干扰属于服务破坏类型，攻击者通过泄露组件或交叉调制效果来降低通信信号的功率。攻击者在范放大器通带范围内，选择与当前通信波段波长不同的地方插入信号，由于光纤放大器无法分辨攻击信号与合法信号，均为为其提供增益作用，而攻击信号得到增益后即会占用合法信号增益，进而扩散至全部的透明节点。

2.3 非法探测

非法探测属于监听类型，攻击者监听相邻信号，通过共享介质泄露的窜扰来获得信息。攻击者可以通过组件串扰与光放大器缺陷两种方式来实现非法探测。

3 光网络防范技术

3.1 保护

首先最为基础的是要考虑到光纤通信中最为基础的物理故障问题。对光纤的保护层进行加固处理，预防光纤出现断裂现象，其次，设计高安全性的组件与网络设备，将防范攻击的能力进行强化，避免由于弯曲泄露光。在信道与网络组件之间安置隔离装置，综合使用滤波器与解复用器对光曾攻击进行预防。通过限幅放大器放大，对最大输出功率设定上限值，从而保护通信组件。如图1所示，该图为设置了波长保护装置的光网络，在解复用器前加用了保护EDFA放大器与隔离攻击行为的装置，并且加用了滤波器，有效的防止了光网络被攻击。

图1 组件串扰的安全保护示意图

3.2 攻击探测

3.2.1 统计分析法。探测宽带功率和光谱分析法是统计分析方法的主要方面。探测宽带功率法主要是对光信号在较大谱宽中功率的变化进行测量，通过探测宽带功率来获知网络节点的工作情况。如果测量得出的结果与预期值距离较大，那么就可以得知光信号在节点中发生了故障或被攻击。然而由于要将测量结果与预期值进行对比，微小的功率变化需要长时间的测量，因此需要较长时间来完成统计分析过程。光谱分析法主要是测量光信号的频谱。OSA与功率探测相比所获得的信息更加详细，其能够观察光谱的变化。例如OSA可以再信道区分为两个功率相同，光谱却不同的信号。这一功能探测功率法却无法实现。然而光谱分析法所获得的信息花费的时间更长，反应时间更长。

3.2.2 特定信号分析法。监控信号分析与光时域反射法是特定信号分析法包含的两种方法。监控信号分析以探测传输状态为主要目的。监控信号与传输信号分别是通过不同的载波频率来实现的。光时域反射法可以分析监控信号和其反射信号两种信号，它可以用来对光纤的故障、弯曲与损耗进行诊断。

3.3 光纤传感器的应用

上文中阐述的光时域反射法就是利用分布式光纤传感技术实现的。分布式光纤传感器是一种应用前景广阔的光纤技术，其能够通过光波在光纤中传播过程中所产生的散射光的频率与功率和外界环境之间的联系，对光纤路径分布的物理参数进行连续的检测。可以说，结构应变分布式监测器最好的就是分布式光纤传感器，其能够在不损害结构的情况下，通过逛到纤维的性质，实现光纤的多点与连续点测量，从而起到多台独立传感器的作用。在光纤网络中最常见的网络故障就是光纤出现断裂，因此这就需要对光网络的物理层保护进行强化，而在进行物理层保护中大多是使用分布式光纤传感器进行控制。随着光网络的发展，光纤传感器将会在抵御光纤攻击、定期或监测上起到更加至关重要的作用。

4 结束语

当前电子技术下的网络传输功能存在限制数据传输速率的种种弊端，而光网络即将凭借其优势逐渐替代传统的网络传输系统。虽然光网络的传输速率极高，但是由于其本身依然存在尚未弥补的缺陷，非常容易受到攻击，导致信息安全事故。因此在光网络技术要成了主流技术必须着重关注其安全防范技术的选择。在光网络安全防范技术中，存在物理层保护、光信道层保护、光传输层光组件保护等多种保护措施。相信在今后的技术研发中，光网络安全防范技术将更加完善，更加有效。

参考文献：

[1]许健.计算机网络安全及防范技术探析[J].现代商贸工业，2011（03）：271.

[2]陈观.浅谈计算机网络安全及防范技术[J].科学之友，2010（22）：150-151.

[3]曹铭志.光纤传感器应用于全光网络安全防范探析[J].信息通信，2012（02）：247-248.

作者简介：李宪民（1978.08-），男，河南人，网络工程师，技师，研究方向：操作系统、网络技术。

光生物安全论文 篇3

本文是借助有关资料编译有关内容来叙述LED的光生物效应及其标准问题, 供大家参阅。全文分三期发表。

1 光生物效应的影响

光生物是研究光辐射与生物器官组织相互作用的学科。大家知道光辐射是一种电磁辐射, 通常定义它的波长范围是从深度紫外 (100 nm) 到远红外 (1 mm) 。由于空气对光辐射的吸收和远红外光的电能量很低, 实际光辐射的有效波长范围是局限于200～3 000 nm。

对于人来讲, 人体器官会很好的吸收受辐照光的能量, 紫外光能渗透人体几个微米, 而红外光能渗透几个毫米。人体最受光辐射曝照危害的器官部分是人的眼和皮肤。本文就讨论光辐射曝照对人眼和皮肤的危害。其影响是光能量在人眼和皮肤上的各种能量转换过程, 也可以认为是人眼和皮肤与光化学和热量的作用过程。图1示出人眼对辐射光谱的透射曲线和光辐射的波长范围。从图1可见, 在短波长 (紫外光) 区域光化学反应是主要的, 因为那里光子能量最大, 波长越短, 光化学反应越重要。而在长波长 (红外) 区域, 热效应占优, 波长越长, 热效应越大。

光化学反应是借紫外光子能量激发细胞分子中的电子, 导致细胞分子化学键的断裂或重新排列。这会直接影响DNA, 造成原来配对在一起的DNA被搞乱了。另外光化学反应也会生成高度活跃的自由基。这种自由基与DNA的作用会使细胞结构性的重新组织, 如果与人眼视网膜的感光器作用会使细胞功能变坏, 甚至死亡。更严重的是DNA损坏了, 如果DNA不配对了, 可能会引起癌变。

光化学反应的特征是与光辐射的特征波长关系非常灵敏。

图2是光辐射危害的权重函数关系。从图2可见, 蓝光 (450 nm) 和紫外光 (270 nm) 对视网膜和人体伤害是非常灵敏的, 而且特别要注意的是光化学反应过程与光辐射剂量有关, 也就是低剂量、长时间辐射与高剂量、短时间辐照同样具有相同危害结果。

至于热效应的机理是光的吸收会引起被曝照部分器官的温度升高, 这样会造成机体蛋白质变得丧失弹性和热致细胞损坏。在低热量曝照时, 由于热导作用被曝照器官的热效应会有所缓和。

2 光生物效应对人皮肤和眼睛的危害

光生物效应对人皮肤和眼睛要考虑三种曝照的危害:皮肤的曝照危害、眼睛前表面 (即角膜、结膜和水晶体) 的曝照危害和视网膜的曝照危害。

我们知道, 皮肤有三层结构:表皮、真皮和皮下组织。一般来讲, 波长越长的光穿透皮肤的能力越强。波长400 nm的光仅能透过表面约1 mm, 波长500 nm的光可深入皮肤0.5～2 mm区域, 而波长大于800 nm的红外光可透过真皮的网状层组织进入皮下真皮组织。见图3所示。

当人皮肤受照时, 一部分入射光会被皮肤反射, 而其余的会透过表皮和真皮穿透入人体。在紫外光的辐照下, 皮肤表面的DNA直接受到光化学反应的危害, 造成红斑而皮肤晒焦。另一种伤害是生成了反应性自由基, 它们会伤害DNA和皮肤的细胞胶原 (蛋白) , 这种组织性蛋白质是使皮肤富有弹性。胶原 (蛋白) 的损伤会造成皮肤起皱纹和老化。然而人皮肤受紫外光多次曝照后会发展出一种保护性的结构, 它使表面层皮肤增厚, 这样会减少紫外光的渗透和生成能吸收紫外光的黑色素, 于是皮肤变成棕褐色。

光辐射热的烧伤也是存在的, 但是人对热烧的痛感很灵敏, 一痛就有反应, 这样人受热的曝照量不会太大, 所以人们较少考虑皮肤受光热的危害。

对于人眼的光生物危害, 人眼表面结构受光曝照的结果与皮肤的相似, 而人眼受光曝照还有更进一步的作用, 尤其是受紫外光的曝照会造成光致角膜炎 (电光眼炎和雪盲症) 。这是光化学发生在角膜和结膜的发炎反应。另一个紫外光危害是可能造成水晶体的白内障。在长期高剂量红外光的曝照下, 热效应也会造成红外性白内障。从图1可见人眼水晶体对紫外光是不透明的。对于视网膜的曝照, 只要考虑波长300～1 400 nm光的影响。在此主要的破坏机理是当受光曝照时间大于10 s时, 人眼会受蓝光光化学的伤害 (患光致视网膜炎) 。这是因为生成了自由基, 这些自由基不仅会破坏感光器和视网膜外表面的细胞层, 而且还会破坏支持感光器的功能。受这些光辐射在短时间的曝照后, 主要也会造成蛋白质和视网膜关键生物组成部分的变性。

我们知道人眼被赐予一些只对激励视觉起保护的功能 (波长范围为380～780 nm) 。该功能是目光转移响应和眼睛的连续运动 (眼扫视) 。目光转移响应功能是控制眼睛眨动, 头部运动以及瞳孔收缩以限制进入视网膜的光量。而眼睛的连续运动是保证在视网膜的相同面积上不被连续曝照。这些功能也会光辐射的过度曝照而受到危害。

3 制定发光二极管 () 安全性标准的进展

国际非电离辐射保护委员会 (ICNIRP) 考虑到这些光致生物效应问题, 原先公布了每种有关危害的曝光极限值 (EL) , 这些极限值是根据已报导的光辐射效应致损伤的极限值和对动物器官实验得出的。其中提出了一个安全因子, 但没有计及反常的光敏性或在体内或皮肤上存在光敏剂的情况 (包括某些药物、化妆品或者植物等) 。

当1993年Nichia推出氮化镓蓝光LED可商业化时, 国际电工委员会 (IEC) 就决定把LED的光生物安全性包括在现有的激光标准IEC60825范围内, 这是国际电工委员会在第一时间考虑LED的光生物安全性问题。该决定基于两个方面情况, 首先考虑LED在技术上是处于激光和传统灯泡之间的产品, 它发射窄带光谱, 尺寸小, 以及发射光空间分布高度定向性;其次是因为红外LED和激光二极管都用于光导纤维通讯系统。

在1996年和2001年, 由于当时对所有激光器安全性的见解都已经作过修正, 原来就企图把LED更好容纳于激光的标准。可是遇到的困难是过度估计了LED的伤害, 因为没有考虑LED发射的发散特性。这是与激光有所不同的。

在IEC60825发展的同时, 1996年北美照明工程师学会 (IESNA) 公布了“灯和灯系统光生物安全性的推荐实施条例:总的要求”ANSI/IESNA RP27.1, 该条例宣布了一系列关于非激光光源的标准。

2002年国际照明委员会 (CIE) 采用了ANSI/IESNA的主体, 出版了CIE标准S009/E-2002 (即灯和灯系统的光生物安全性) , 于是把该标准传播到全世界。

在2007年专家们考虑到把激光标准应用到LED会过于谨慎, 而且LED性能的发展, 以及LED应用领域参与者的增加, 国际电工委员会决定把LED的标准从激光标准里移出, 更新了IEC60825。

IEC62471-2006的引入在2006年国际电工委员会与国际照明委员会一起采用现成的CIES009/E-2002指导方针, 公布了IEC62471:2006“灯和灯系统的光生物安全性”作为双重标识标准。该标准范围是引导去估计灯和灯系统的光生物安全性, 不包括发射光的波长区域在200～3 000 nm的激光。

根据国际非电离辐射保护委员会的数据, 这里考虑了六种危害情况, 曝光时间高达8 h, 相当于一个工作日, 没有考虑长时间曝光的反应效应。表1列出对皮肤和人眼的六种生物危害。

注:*已计入危险的权重函数

根据可允许的曝光时间 (不超出每种危害的剂量) , 表2列出四个层次的分析结构:无害、伤害1, 伤害2和伤害3。

注:IEC62471:2006标准。灯和灯系统含四层分类结构。不包括激光。发射光谱波长范围是200～3 000 nm。

在视网膜危害情况里, 考虑了眼睛转移的响应时间, 这种分类系统与激光有所不同。估算包括一系列复杂的测量工作。在考虑皮肤和眼睛前表面的伤害时, 测量光谱辐照度, 测量的光谱波长范围为200～3 000 nm。而在考虑视网膜的伤害时, 要测量光谱辐亮度, 测量的光谱波长区域为300～1 400 nm。测量得在特定的模拟光物理现象的几何条件下完成, 例如眼睛运动对视网膜辐照度影响。同时还要考虑测量距离与有关光源的应用有关。这些将在以后再分析探究。

参考文献

[1]L.Lyons:LEDs Magazine, issue46, 31-35, Oct.2011.

美开发光生物法乙烯路线 篇4

美国能源部国家可再生能源实验室 (NREL) 日前宣布, 该实验室开发了一种新的光生物过程:培养特定的细菌以二氧化碳为食物, 持续生产乙烯气体。经实验室验证, 应用该过程乙烯生产速率已经达到171毫克/升·天, 高于生产乙醇、丁醇或其他藻类生物燃料的微生物光合成的生产速率。

目前, 工业乙烯由化石燃料来生产, 并且这是化学工业最大的二氧化碳排放过程。应用石油长链烃类的蒸汽裂解法, 每生产1吨乙烯会产生1.5～3吨二氧化碳。相比之下, NREL开发的新方法使用二氧化碳生产乙烯, 每生产1吨乙烯可减排6吨的二氧化碳。

光生物安全论文 篇5

近年来, 随着激光生命科学技术的发展, 光学方法在医学诊断及应用上也越来越广泛, 测定光在生物组织传播的光学特性也变得越来越重要, 研究光子与生物组织相互作用后的光学特性能够极大推动激光在生物医学上的应用和发展, 对探索生物组织的新陈代谢、肿瘤病变状态等也具有重要的研究意义[1]。然而, 由于生物组织在生物医学上被看作为是浑浊介质, 其对可见光和近红外波长具有很强的散射效应, 这种强的散射特性限制光在组织的穿透深度和成像的对比度, 这样使得光子技术只能用于活体浅表组织, 从而降低了光在医学领域中的检测、成像的运用以及治疗效果。

为了解决这一问题, Tuchin等[2]在1997年首次提出了用光透明技术来减少生物组织中光的散射。即采用高渗透试剂——具有高渗透压的溶液, 例如葡萄糖、甘露醇、丙二醇、甘油等对组织进行光学渗透, 提高组织内部的折射率匹配, 从而有效地减少组织的光散射, 增加光穿透深度, 提高成像质量。这种技术即为组织透明 (tissue clearing) [3], 在组织透明过程中所使用的高折射率的生物相容性的化学试剂被称为光透明剂 (optical clearing agent) 。组织光透明适用于很多不同的生物样品, 如人的脑膜、角膜、皮肤、血液、大脑皮层和胃等[3]。本文综述了当今光透明剂控制生物组织光学特性的最新研究概况及其应用前景。

2生物组织光透明的应用研究

2.1光谱法

通过对离体组织的漫反射光谱检测结果发现位于波长为500和630 nm附近的吸收峰在组织癌变前后存在着明显的差别, 这是由于癌变组织中含有比正常组织更多的血液量, 且癌变组织一般都要消耗更多的氧, 所以去氧血红蛋白的含量大大增多, 这为我们利用可见光的漫反射光谱分析组织的特性提供了依据, 可见, 通过漫反射光谱可简便、快速地鉴别组织的癌变。朱等用光谱法研究了不同浓度甘油作用于小鼠皮肤后其光谱的变化。

目前国内外也已有相当多的研究小组用光谱法来研究光透明剂对组织透明性的改变。Alexey等用光谱法研究了葡萄糖溶液对在体皮肤光透明性的影响, 其实验装置如图1, 其实验结果如图2。

其研究采用反射光谱法探测, 用40%的葡萄糖溶液采用皮内注射的方法注射入皮肤, 结果表明, 皮肤更加透明, 从而增加了光渗透入组织的能力。

2.2 OCT法

由于光谱法不能测量不同深度处的光学参数, 光学相干层析成像 (OCT) 技术却可以实现不同深度的实时测量, 能够获得组织微观结构的高分辨横截面成像, 但是成像深度仅为10-20微米, 所以, 近年来越来越多的采用OCT研究光透明剂控制组织光学特性的报道。徐等采用超声诱导的方式使光透明剂更有效的进入组织, 同时采用OCT法来检测光透明剂作用于组织前后组织的光学特性的改变, 研究表明, 离体的皮肤组织和在体的皮肤组织分别用60%的甘油和60%甘油与超声共同作用后用OCT对组织进行成像, 实验的结果如图3, 图4所示。

研究表明, 在没有甘油作用时, OCT的成像深度大约为1.3mm, 在甘油和超声共同作用后, 采用OCT法不仅能测出渗透率和光透明度, 而且可以区分上皮组织的不同层结构。结果表明, 光透明剂和光学相干层析成像技术结合可以很好地应用于眼科的诊断和治疗。

2.3二次谐波成像法

光透明剂对生物组织背向二次谐波成像影响的研究现正在起步当中, SHG成像法能够降低OCT成像中的一些限制因素, 所以SHG不管是在研究还是临床应用方面都有很大优势。

所以, 相对于在磷酸缓冲液 (PBS) 中, 浸泡在甘油中的动脉血管组织的全衰减系数大约减少了51%。

2.4共焦显微镜法

从上世纪80年代起, 激光显微光谱分析技术逐步应用于生物医学中, 来对生物组织进行成像, 其是在荧光成像的基础上加装了激光扫描装置, 用光源出射的光准确地入射到位于共轭点处的被测物, 可以获得更高的对比度和不同组织深度的信息, 共聚焦显微成像技术把光学成像的分辨率提高了百分之三十到百分之四十。将光谱分析技术结合在共聚焦扫描显微成像技术和光谱技术的显微光谱分析法中可以更加准确地检测早期癌变。这种成像技术也面临扫描深度的问题, 所以也常将其和光透明技术相结合来进行癌症检测研究。Meglinski等在2003年提出一个理论模型来模拟皮肤被光透明剂作用时, 其共聚焦显微成像能达到的最大深度, 此理论模型是基于Monte Carlo模型的, 检测了在使用甘油0min、10min和20min时共聚焦探测器在300, 600和900μm处测得的信号分布图, 经分析比较可以看出甘油作用于组织后, 其共聚焦的成像深度几乎增加了3倍, 可见, 共聚焦成像技术能够很好地应用于生物医学诊断和激光治疗。

2.5双光子显微成像

双光子显微成像技术是结合共聚焦显微镜和双光子激发技术的一种新技术, 其克服了传统激光扫描共聚焦显微镜依赖小孔光阑成像对荧光收集效率的强烈损失、焦平面外的激发区域背景荧光干扰和光生物损伤区域大的确定, 采用在辐照光路中标记多个荧光标记物, 但只有处在聚焦光焦点处的标记物才能发出荧光, 而且其分辨率可以达到亚微米尺度, 而且, 双光子过程的激发光的波长可设计在生物光学窗口的范围内, 避开了生命体系所不能承受的紫外一可见光损伤。所以目前也有相关研究采用双光子显微成像来对光透明剂作用后的组织进行成像。Cicchi等在2005年的研究表明, 在人的离体真皮组织中施加甘油, 丙二醇和葡萄糖这些光透明剂前后图像总的强度和对比度在增加, 双光子显微成像的成像深度和对比度得到明显的改善, 并且在成像完成后将各个样品放入磷酸缓冲液后检测发现葡萄糖作用过的组织样品是可逆的。

3生物组织光透明研究的展望

激光应用于医学临床上的治疗和诊断以及光学成像技术的是当前快速发展的国际前沿领域, 然而, 由于光在入射到生物组织上时同时存在反射、折射、吸收和散射的效应, 来对光束在生物组织中的传播产生干扰, 从而限制了光在生物组织中的穿透深度, 使得光子技术只能应用于活体组织的浅表部位, 因此, 深入研究不同光学透明剂在不同生物组织的中的渗透速率是十分必要的。生物组织的光透明机理的研究有助于其在医学诊断实用中针对目标组织选取合适的有效光透明剂, 从而达到更好的、更准确的医学诊断结果。可见, 生物组织光透明性的研究不仅有助于了解光透明的作用机制, 也有利于光子仪器在生物和医学中的应用, 可为临床医学诊断提供针对目标组织实现光透明的有效途径, 其研究成果有望在不远的将来被广泛应用于临床医学诊断和治疗。

摘要：光透明剂是一种高折射率的生物相容性的化学试剂, 光透明剂控制生物组织光学特性是最近发展起来的技术, 通过施加甘油、葡萄糖、甘露醇、丙二醇、甘油等光透明剂来改善生物组织对光的散射, 可以有效地提高光在组织中的穿透深度, 增加组织的成像深度和对比度。本论文综述了目前光透明剂的种类和光透明特性以及光透明剂控制生物组织光学特性的原理和测量方法, 并简述了光透明技术的应用前景。

关键词：光透明技术,组织光学特性控制,光透明剂,生物组织

参考文献

[1]WEI Huajiang, XING Da, LU Jianjun el at.Total attenuation coefficients of human bladder at different lasers measured by using the direct and indirect methods in vitro[J].LASER TECHNOLOGY, 2005, 29 (4) :420-422 (in chinese) .

[2]Valery V.Tuchin, Irina L.Maksimova, Dmitry A.Zimnyakov et al.Light Propagation In Tissues With Controlled Optical Properties[J].JOURNAL OF BIOMEDICAL OPTICS, 1997, 2 (4) :401-407.

光生物安全论文 篇6

虽然血卟啉衍生物已经在临床中广泛使用[1],但是它也有一些不利的方面比如说药物的化学纯度和延迟的皮肤光毒性,等等。了解药物作用细胞的时间及程度以及照光的强度有利于临床更加有效地应用血卟啉衍生物。

1 材料和方法

1.1 材料

Hep-2细胞株购于协和医科大学基础所。血卟啉衍生物购于中国医学科学院光学所。MTT购于北京华美公司。

1.2 方法

1.2.1 药物浓度对Hep-2细胞杀伤效应的影响

使用104个细胞种植于单个d=3.5 cm的培养皿中。1 d后在细胞中加入0、10、50、100和200μg/m L不同浓度的血卟啉衍生物。24 h后放进630 nm光中照射(10 J/cm2)。将照过光的细胞在避光的条件下培养24 h。去除上清,细胞中加入含0.2 mg/m L MTT的无血清培养基RPMI 1640,37℃继续培养4 h。小心弃上清,并加入200μL DMSO溶解MTT甲(月替)沉淀,用微型超声振荡器混匀后,酶标仪上以试验波长为570 nm,参比波长450 nm测定光密度值。

1.2.2 照光能量对Hep-2细胞杀伤效应的影响

使用104个细胞种植于单个d=3.5 cm的培养皿中。1 d后加入50μg/m L的血卟啉衍生物。24 h后将细胞放在不同的能量下光照(0、10、20、40和50J/cm2)。再在避光条件下培养24 h。使用MTT法测量细胞的死亡率。

1.3 统计学处理

使用Microsoft Excel 2007软件进行检验分析。

2 结果

2.1 药物浓度对He p-2细胞杀伤效应的影响

实验结果显示血卟啉衍生物在100μg/m L以上浓度时,细胞的死亡率增加不明显。

2.2照射能量对He p-2细胞杀伤效应的影响

实验结果显示光照能量在40 J/cm2时细胞的死亡率没有明显的增加,见图2。

3 讨论

光动力疗法是通过生物光敏作用杀伤肿瘤或其他病理性增生组织而达到治疗目的的一种正在研究发展中的新型医疗技术。其优点是毒性小、收效快、靶向性强,在杀伤肿瘤细胞的同时不危及正常组织[2,3]。

血卟啉衍生物能够定位浓集于恶性肿瘤,在光辐射下敏化肿瘤,作为治疗试剂,已被广泛研究。其突出优点是在于能选择性消灭局部浅表性的和复发的恶性肿瘤,可在手术前指示肿瘤浸润程度,与放疗和化疗均无交叉“抗性”,并存在一定程度的协同作用[4,5]。血卟啉衍生物是用于光动力治疗的第一代光敏剂,已在临床广泛使用,其他新合成的光敏剂经常与之对比,进行疗效评价[6,7]。

光动力治疗肿瘤的基本原理是:机体生长活跃的组织,如肿瘤能够较多摄取及较长时间潴留光敏剂物质血卟啉衍生物,其浓度大大高于正常组织,在相应波长的光(主要是激光)的照射下激活,产生有细胞毒作用的单态氧或氧自由基,并释放前列腺素、淋巴因子、血栓素等细胞因子,破坏肿瘤组织的微血管和肿瘤细胞生物膜,引起了细胞器的破坏,从而杀伤肿瘤细胞,导致肿瘤坏死、脱落,达到治疗的目的。动物实验和临床应用均发现有较好的疗效[8,9,10]。它作为一种治疗头颈部肿瘤的药物一直处于不断完善的过程中。

本实验将Hep-2细胞株作为研究对象,探讨不同剂量的血卟啉衍生物在相同能量的光照下对细胞的毒性作用以及不同光照强度在相同剂量下对细胞的毒性作用。实验结果显示,在较低浓度时细胞就会大量死亡,细胞的死亡率同药物的浓度有明显的相关。但是随着浓度的增加,细胞的死亡率出现相对的稳定状态,在浓度100μg/m L之后细胞的死亡率没有明显的增加。提示在临床的使用过程中,选择合适的药物浓度非常重要,既可以有效地杀伤细胞,又可以最大程度地保护皮肤等正常组织。同样随着光照强度的增加,细胞的死亡率也会增加,但这也是在较小剂量范围内。随着浓度的不断增加,细胞的死亡率也处于一个相对稳定的状态。这也为临床中使用不同的光照能量提供参考。

摘要：目的探讨使用血卟啉衍生物对喉癌细胞进行光动力学治疗的有效照光时间和有效药物使用量。方法使用波长630nm的激光照射同血卟啉衍生物共同培养的喉癌Hep-2细胞株,使用MTT法评价不同的用药浓度(0、5、10、50、100和200μg/mL)和不同的光照能量密度(10、20、30、40和50J/cm2)细胞毒的作用。结果随着药物浓度的增加细胞的死亡率增加,但是在100μg/mL以上增加不明显。随着光密度的增加细胞的死亡率增加,在40J/cm2以后死亡率没有明显的增加。结论血卟啉衍生物在630nm的激光照射下能够有效地在体外杀伤肿瘤细胞,其杀伤的最佳效果与用药浓度和照射能量有关。

关键词：血卟啉衍生物,光化学疗法,Hep-2细胞系

参考文献

[1]MERRILL A.Biel photodynamic therapy of head and neck can-cers[J].Seminar Surg Oncology,1995,11:355-359.

[2]OCHSNER M.Photophysical and photobiological processes in the photodynamic therapy of tumor[J].Photochem photobiol B,1997,39:1-18.

[3]JULIA G LEVY.Photodynamic therapy[J].Tibtech January,1995,13:14-18.

[4]张汉华,于东防.光动力学疗法中血卟啉衍生物的研究进展[J].中国药学杂志,1993,28(4):208-212.[4]ZHANG HH,YU DF.The progress in the research of hemopor-phyrin ramifications in optical dynamic therapies[J].Chinese Pharmacy,1993,28(4):208-212.Chinese

[5]MOHAMED A E,NEVILLE R,PINSRONE F.Selective viro tu-morlocalization of uroporphyrin isomer in mouse mammary carci-noma:superiority over other porphyrins in a comparative study[J].Cancer Research,1986,46(9):4390-4394.

[6]许德余.肿瘤光化学诊治药物研究的进展[J].中国医药工业杂志,1987,18(1):31-36.[6]XU DY.The progress in the research of treating tumors withactinochemistrical medicine[J].Chinese Pharmaceutical Industry,1987,18(1):31-36.Chinese

[7]吴云霞,邢达.血卟啉衍生物与血清白蛋白作用的光谱特性研究[J].光谱学与光谱分析,2005,25(10):1630-1633.[7]WU YX,XING D.A research on the spectrum specialities of the recirocity between hemoporphyrin ramifications and serum al-bumin[J].Spectrum and Spectral Analysis,2005,25(10):1630-1633.Chinese

[8]MAIER A,TOMASELLI F,MATZI V,et al.Photosensitization with hematoporphyrin derivative compared to5-aminolaevulinic acid for photodynamic therapy of esophageal carcinoma[J].Ann Thorac Surg,2001,72(4):1136-1140.

[9]CHEKULAYEVA LV,SHEVCHUK IN,CHEKULAYEV VA,et al.Hydrogen peroxide,superoxide,and hydroxyl radicals are in-volved in the phototoxic action of hematoporphyrin derivative a-gainst tumor cells[J].J Environ Pathol Toxicol Oncol,2006,25(1-2):51-77.

光生物安全论文 篇7

彭功明在土壤学、植物学、植保学等方面有较深造诣。先后在《瓜果蔬菜报》、《中国果菜》、河南三农委员会、河南小康发展中心等单位任专家团技术总监、郑州兴农超低量 (施肥施药) 技术研究所, 任研究所研究员, 南阳东仑生物光碳科技有限公司专家团专家、技术总监。

经过多年的研究试验, 彭功明研制出了不含任何激素和化学成分、多种生物提取物、经科学组配, 生产出 (二氧化碳捕集剂) 光碳核肥, 捕集、吸附、利用空气中超高的二氧化碳替代化肥, 进行农业生产的技术革命从而解决了植物生长所必须的各种养分。二氧化碳捕集剂技术, 遵循以太阳能为能源的生物链规律, 利用太阳能合成的生命物质, 取得生命可使用的资源, 确立植物吸收空气中的二氧化碳, 在阳光的照射下制造碳水化合物 (叶绿素) 供植物生长积累, 是生物孕育、生长、成熟的一个不可逾越的基本规律。利用空气中的碳、氢、氧为植物生长的三大元素, 捕集空气中已经有350~380PPM的二氧化碳, 富集到作物上达到550PPM以上, 提高光合速率, 以此达到不施化肥也能高产的目的。

此技术在黄河两岸、长江南北等在不同地理位置、不同纬度、不同环境的反复验证, 完全可以替代化肥和化学农药, 从而达到农作物高产量、高品质、高效益、低投入的最高境界。经过多年试验验证, 二氧化碳捕集利用技术 (光碳核肥) 已经成熟, 可以在不同条件下, 大面积推广使用, 不但可以确保增产供给, 而且保障食品安全, 破解了农产品中亚硝酸盐、铅、砷、镉、汞、铬等重金属高残留。

LED显示屏光安全及标准化研究 篇8

LED显示屏 (以下简称LED屏) 的出现在户外大屏幕显示领域掀起了一场新的技术革命, 之前户外显示设备亮度过低、面积太小、成本太高等问题都得到了很好的解决。目前, LED屏广泛应用于公共信息发布、商业广告、交通信息提示等各种场合, 成为户外大屏幕显示的第一甚至是唯一的选择。

LED屏的高亮度很大程度缓解了白天日光照射在屏幕表面反光造成对比度下降、影响显示识别度的问题, 但随着夜色降临, 环境照度的迅速降低, LED屏显得分外刺眼, 容易形成交通隐患, 对周边居民的正常生活造成干扰。近年来随着LED屏的大量使用, 其光安全问题日益突出, 集中体现为涉及LED屏光安全问题的投诉增加, 如何解决LED屏光安全问题成为产业和全社会关注的焦点。

2 光安全研究对象和分类

光安全研究对象是发光体给观察者带来的包括光生物危害、视觉分辨力下降、生理和心理的不适感等不良影响。

光安全主要分为两个大类, 一是光生物安全, 二是干扰光。

(1) 光生物安全研究紫外、可见、红外光辐射对人体组织, 主要是对人眼和皮肤造成的伤害。主要的几种光生物危害有: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、视网膜热危害、眼睛的红外辐射危害、皮肤热危害等。眼睛是人体最重要的感觉器官之一, 自身的修复能力较差, 最容易受到外界光学辐射的伤害, 即使是可见光也可能对人眼造成伤害, 如过强的短波长蓝光容易引起视网膜上的感光细胞的光化学损伤和色素上皮功能的退化, 过强的辐照还会引起视网膜的热损伤。

(2) 干扰光主要分为两种:一是直接干扰光, 指视野内高亮度的发光体造成的视觉分辨力下降 (发光体亮度较高时发生, 较少出现) 或造成的心理不适感 (发光体亮度较低时发生, 较多出现) 的问题;

二是间接干扰光, 指发光体不直接出现在视野内, 干扰光物体表面反射进入人眼造成的问题 (如投射到居民住宅室内的干扰光危害) 。引起干扰光问题的发光体亮度一般远小于引起光生物安全问题的发光体的亮度。

GB/T 20145-2006《灯和灯系统的光生物安全性》指出, 考察光生物危害时, 对于宽波段的可见光只有当光源的亮度超过104 cd/m2时, 才需要详细精确的光谱数据。如果光源亮度小于这个值, 则不会超出曝辐限值。[1]

根据对LED屏生产厂家的调研以及现场实际测量可知, 目前LED屏最大亮度为6 000~8 000 cd/m2, 尚未达到可能造成光生物安全问题的亮度最低值, 因此可以认为, 目前LED屏不会对人造成包括视网膜蓝光危害在内的任何光生物危害。

本文对LED屏光安全的研究主要包括LED屏的直接干扰光和间接干扰光, 其中对于直接干扰光的研究只限于造成不适感的干扰光。

3 LED屏干扰光的成因分析

前面提到LED屏的光安全问题主要是干扰光的问题, 干扰光不是一个纯物理量, 它不仅与LED屏本身特性、观察者与LED屏的位置关系等有关, 还跟观察者心理和生理状态等有关, 其中主要影响因素有以下几方面:

(1) LED屏本身特性

最大亮度:目前LED屏最大亮度已经达到8 000 cd/m2左右, LED屏最大亮度越大, 干扰光越严重;

是否具有亮度自动调节功能:如果保持LED屏最大亮度8 000 cd/m2, 夜间造成的干扰光将是非常严重的, LED屏具备根据环境照度情况自动调节屏幕最大亮度, 则大大降低LED屏的干扰光;

屏幕尺寸:一般情况下尺寸越大, 造成的干扰光问题越严重。

(2) LED屏与观察者的位置关系

相对距离:一般情况下相对距离越近, 危害越大。

LED屏朝向与观察者视线关系:一般情况下显示屏越接近观察者视线方向危害越大。

对边角:LED屏对于观察者所张的立体角, 由距离、屏幕尺寸等决定, 一般情况下对边角越大危害越大。

(3) 环境照度

环境照度是影响干扰光评价的重要因素, 大家可能都有这样的体会, 白天的环境照度非常高, LED屏的干扰光不明显, 傍晚以后当环境照度开始下降, 才会感到LED屏的刺眼。

(4) 观察者的主观状态

年龄:婴儿、老人的眼球晶状体透过率与成年人不一样, 会对LED屏的干扰光产生不同感受。

职业:不同职业对于光的感受不同, 尤其是经常接触光敏剂的职业会对光比较敏感, 甚至某些职业 (如炉前工、电焊工) 可能会对视力造成损伤。

健康状况:眼疾病人的感受与正常人有所不同, 患有白化病等疾病的病人可能会有畏光反应。

心理状态:人在心情愉悦时和心情烦躁时对于LED屏干扰光的感受也会有区别。

(5) 显示内容

显示内容愉悦度:LED屏是传递视觉信息的工具, 显示内容的受欢迎程度影响观察者的主观感受。

画面快速变化 (闪烁) :图像的快速变化容易引起观察者的不适。

颜色 (蓝色、红色、白色等) :颜色不同的影响一般主要体现在光生物安全和亮度变化两个方面, 但对于目前的LED屏来说, 由于亮度未达到引起光生物安全问题的程度, 因此对于颜色影响的考虑仅限于其对亮度及其变化的贡献。

(6) 使用场所

使用场所性质一般不会影响LED屏干扰光的评价结果, 但不同使用场所 (居民区、商业区、医院、道路等) 可接受的干扰光程度会有所不同。

(7) 环境条件

温度、湿度、风速、噪声、振动、灰尘等环境条件:当环境条件恶劣时, 恶劣环境带来的不适感将影响对LED屏带来的不适感的判断, 人的主观感受受到环境条件的严重干扰使得评价失准。

4 LED屏光安全标准化需求

虽然LED屏的光安全问题受到广泛关注, 但目前国际上尚无LED屏光安全相关标准。目前实际工程中LED屏的光安全评估方法是组织人员进行现场观看, 由于主观评测本身在精确度方面的局限性以及具体流程方法不规范, 所得结果存在着可信度低、可比性差等问题, 如何准确评价成为一个困扰业界的难题。

要解决LED屏光安全问题, 首先必须建立一套LED屏光安全的统一、科学、有效的评价及测量方法标准, 规范LED屏光安全的评价, 使不同检测机构得到的数据和结论存在可比性, 通过对大量数据进行收集分析的基础上提出对LED屏光安全相关性能参数的技术要求, 进而指导LED屏的设计、安装和使用。

5 LED屏干扰光的标准化研究

5.1 标准化设想

目前来看, 为了规范LED屏的干扰光控制, 急需开展以下两项标准化工作:首先是要制定LED屏干扰光的评价规范, 对LED屏干扰光进行准确定义、界定清晰的适用范围, 提出干扰光评价的核心性能参数以及不同应用场所的具体指标要求;其次应制定配合评价规范使用的LED屏干扰光现场测量方法, 规定干扰光参数的测量程序、测量条件和测量设备要求等具体实施方法。

通过以上两项标准的制定, 以期促进LED屏干扰光问题的逐步解决。

5.2 评价规范

由于目前用户和制造商对于LED屏干扰光的概念比较陌生, 在LED屏干扰光的评价规范中, 应首先对LED屏干扰光进行准确定义, 对其可能造成的危害进行说明, 界定LED屏干扰光的适用范围;其次应规定衡量LED屏干扰光的核心性能参数, 其中应充分考虑包括但不仅限于:最大亮度、环境照度、对边角、安装距离和方位、夜晚关机时段等主要参数;最后, 应根据场所的工作性质以满足场所的功能要求为基本前提规定干扰光的指标数值, 如居民区不应影响居民正常作息等。

其中需要注意的是:LED屏亮度和显示内容变化都会引起干扰光问题, 但当LED屏亮度足够低时, 显示内容变化不会对观察者产生过量干扰, 再加之对于LED屏显示内容的控制的可操作性不强, 在性能指标中充分考虑显示内容变化的影响, 留出足够的冗余度, 可不单独对显示内容做进一步要求 (适用于一般情况, 对于特殊情况另行考虑) 。

环境照度对干扰光的评价结果产生重大影响, 实验表明一天当中环境照度变化非常大, 图1为实测的2011年4月23日20:02到4月24日19:01的时段内广州市区环境照度变化图, 天气为多云;一天当中最大环境照度值达到97 100 lx, 出现在正午时分, 最小环境照度值为0.1 lx, 出现在午夜时分, 环境照度在日出和日落时段 (一般是两个小时内) 变化非常大, 目前来看, 由于夜间干扰光问题较严重, 另傍晚时分由于环境照度急剧下降, 须重点关注这两个时段的干扰光评价问题。

LED屏干扰光的现场测量不是对LED屏产品本身的单独测量, 而是关注LED屏对观察者产生的影响, LED屏安装和使用不当可能会造成干扰光问题。测量方法应适用于户外现场测量, 现场环境复杂多变, 干扰较多, 应对温度、湿度、风速、噪声、振动、灰尘等环境条件进行适当限制以保证测量结果的准确性;应适用于已安装并投入正常使用的LED屏, 无需LED屏的生产商或使用方协助即可单独开展, 在不干扰LED屏正常播放内容的情况下对其进行测量。测量方法应注意测量位置的选择应具有代表性, 一般情况下测量距离应与LED屏的尺寸相适应。

6 标准化研究的技术难点

(1) LED屏干扰光研究基础薄弱

目前国际上对LED屏干扰光的研究很少, 甚至干扰光的研究在整个显示领域也不多见。造成这种现状的原因可能是目前显示领域的主流显示设备如液晶电视的最大亮度在300 cd/m2左右, 不存在明显的光安全问题, 室内的显示设备受众有限, 影响范围较小, 对于室内使用的显示设备, 人员可以通过降低显示设备亮度、提高环境照度、或者干脆关闭设备的方法来缓解不适;相反的, LED屏最大亮度在6 000~8 000 cd/m2, 亮度太高, 且大量安装在户外, 影响的人群较多, 而且受众只能被动接受, 以上情况都导致了LED屏光安全问题的突出, 再加上LED屏近几年发展快速, 相关的研究工作跟不上技术的发展。

(2) LED屏干扰光的成因复杂

LED屏光安全既与LED屏本身技术参数相关, 又与观察者所处位置、观察者心理生理状态等其他很多因素有关, 须关注的因素太多, 且不同因素相互影响, 数学模型建立比较困难。

(3) LED屏干扰光研究需要大量试验数据作为支撑

LED屏实际使用的环境条件、安装状态、使用情况各不相同, 要得到普遍适用的评价方法, 需要收集大量的数据作为研究分析的必要基础。

7 结语

LED屏干扰光的标准化研究工作是规范LED屏的设计、安装和使用的重要举措, 本文对LED屏干扰光的评价和测量方法标准化进行了初步的探讨和研究, 对做好LED屏干扰光标准化建设工作具有一定的探索意义。

摘要：论述了LED显示屏光安全以及干扰光的基本概念, 分析了LED显示屏干扰光的成因, 对LED显示屏干扰光的标准化工作进行了探讨和研究, 并提出LED屏干扰光标准化研究的技术难点, 对LED显示屏设计、安装和使用具有一定的现实意义和指导意义。

关键词：LED显示屏,光安全,干扰光,标准化

参考文献