Misurare lo sfarfallio delle lampade


Perché misurare il “Flicker” delle lampade

Il “Flicker”, in italiano “Sfarfallio”, è la instabilità della luce prodotta dalle lampade.

Le lampade solitamente sono alimentate dalla rete elettrica, con corrente alternata la cui frequenza è 50Hz (o 60 Hz in alcuni paesi). In questi sistemi la tensione varia da positiva a negativa 50 volte al secondo e attraversa lo zero due volte per ogni ciclo.

Quindi le lampade a incandescenza, alogene o fluorescenti (e anche quelle a LED se mal progettate), si accendono e spengono cento volte al secondo e producono luce con uno sfarfallio alla frequenza di 100 Hz (o 120 Hz).

Gli esseri umani non percepiscono coscientemente uno sfarfallio a frequenze superiori ai 50Hz, ma i ricettori di luce e i neuroni del cervello ne vengono influenzati. Per cui il lampeggiare delle sorgenti luminose, anche se invisibile, può ugualmente provocare disturbi e malesseri.

 

Effetti sulla salute

Numerosi studi hanno evidenziato che uno sfarfallio, anche se del tutto invisibile all’occhio umano, può causare emicranie, affaticamento della vista e nausea. Normalmente si tratta solo di una sensazione di disagio, ma in alcuni casi (soggetti sensibili e esposizione prolungata) la acuità visiva e la salute in generale possono risentirne.

E’ stato anche dimostrato che se l’ambiente di lavoro ha luci che sfarfallano i lavoratori si stancano prima e la produzione diminuisce. Le donne e i bambini sono più sensibili a questi effetti, gli uomini e le persone anziane lo sono di meno.

Un Caicco Testa NeraGli animali domestici sono più sensibili di noi allo sfarfallio. Alcuni di essi, ad esempio gli uccelli, vedono variazioni di luce fino a frequenze intorno ai 200 Hz, quindi dieci volte maggiori di quello che vediamo noi. Per loro un film appare come una sequenza di fotografie. E alcune lampade possono apparire come lampade stroboscopiche ed essere molto fastidiose.

 

 

Tipi di lampadeLamp Types

Le lampade a incandescenza e alogene hanno inevitabilmente uno sfarfallio medio alto (dal 10% al 30%) e non è possibile ridurlo in nessun modo.

 

Gli antichi tubi al neon con alimentatore passivo (un induttore costruito con molte spire di rame avvolto su ferro) hanno uno sfarfallio ancora più alto (dal 30% al 50%).

 

 

Le lampade fluorescenti CFL (Compact Fluorescent Lamp), dette anche “a risparmio energetico” hanno alimentatori elettronici a commutazione. Per cui teoricamente potrebbero avere uno sfarfallio pari a zero. In pratica però per esigenze di spazio e di costo tutte le CFL hanno uno sfarfallio medio alto, più o meno uguale alle fluorescenti classiche e alle alogene (dal 10% al 30%).

 

 

Le lampade a LED sono le uniche con uno sfarfallio molto basso (fino allo 0.1%). Ma se il loro alimentatore è mal progettato possono sfarfallare anche peggio di ogni altra lampada e arrivare a sfiorare il 100%.

 

 

Valori sicuri per la salute 

In questi anni (2017) esistono circuiti integrati progettati appositamente per fornire ai LED una corrente perfettamente stabilizzata. Questi integrati sono anche molto economici e possono lavorare con alimentazione che va da 85 a 265 volt, sia a 50 che a 60 Hz.

Utilizzando questi integrati, in un circuito ben progettato, lo sfarfallio è praticamente zero e l’efficienza è massima. Con questi integrati, e led di buona qualità, alcuni costruttori riescono a superare i 100 lumen per watt.

Non vi è quindi alcun motivo di produrre lampade che abbiano uno sfarfallio misurabile, se non per risparmiare qualche centesimo o per barare sui dati di efficienza (alcuni costruttori sfruttano la confusione tra potenza luminosa di picco e potenza consumata media e producono appositamente lampade che flickerano per poter dichiarare valori di lumen per watt molto alti).

Quindi, dato che è possibile produrre lampade con zero sfarfallio, non ha senso fare studi biologici o litigare su di essi. Il valore di sfarfallio DEVE essere bassissimo, praticamente zero.

Secondo noi l’unica illuminazione sicura è una illuminazione che dia valori:

  • Minori di 1.0% (con il metodo “Percent Flicker”)
  • Minori di 0.5% (con il “Flicker Index” corretto e riportato in percentuale)

Very low flicker
In questa immagine si vedono i valori misurati su led a striscia cinesi (60 led per metro del tipo 5050) alimentati con un alimentatore cinese stabilizzato da 12 volt, 5 ampere. Pur essendo componenti economici, che si trovano normalmente su eBay, il loro sfarfallio è praticamente zero.

 

Apparecchi di misura commercialiCommercial Flicker Meter

Lo sfarfallio delle lampade si misura con apparecchi chiamati “Flicker Meter”. Questo è un nome comune per i sistemi che misurano la “fastidiosità” dello sfarfallio. I valori misurati da questi apparecchi vengono calcolati utilizzando formule standardizzate. Sono apparecchi precisissimi, sicuramente più precisi di un apparecchio “fai da te”, ed hanno un solo difetto, costano una esagerazione. Ad esempio quello che si vede qui a destra costa più di milletrecento dollari.
http://www.gamma-sci.com/product/uprtek-mf250n-flicker-meter

Ma in realtà non abbiamo bisogno di tutta questa precisione. Poco ci importa di sapere se il valore è 33.5% piuttosto che 33.6%. E ci importerebbe anche poco di sbagliare, ad esempio, dal 20% al 30%. Perché se c’è del flickering e si misura qualcosa oltre l’uno per cento allora la lampada è comunque da scartare (il perché è spiegato nel precedente capitolo “Valori sicuri per la salute”).


Un misuratore “Fai da te”

Per molti di noi che non sono installatori è impensabile comprare un costoso apparecchio commerciale. Ma per fortuna possiamo costruire un ottimo apparecchietto “fai da te” con meno di 10 euro (se abbiamo già un Master e un Tablet che usiamo per altro).


Componenti

Per questo progetto servono solo tre componenti:

1) Il solito modulo Master, che utilizziamo in tutti i progetti thereminici.

2) Un foto-transistor. Vanno praticamente tutti bene ma se dovete comprarlo è consigliabile scegliere un TEPT4400 oppure un TEPT5700 che hanno una alta sensibilità e sono dei cilindri come i LED, per cui sono comodi da fissare. Basta fare un foro da 3 mm o da 5 mm nella plastica e infilarli a pressione.

    

3) Un potenziometro da 100 k ohm lineari


Schema elettrico

Con un potenziometro da 100 k lineari, si adatta la sensibilità alla luminosità da misurare.

Oppure si potrebbe utilizzare un singolo resistore da 10 k.

In questo caso per regolare il segnale si allontana o avvicina il misuratore alla lampada fino a che la applicazione indica che il segnale è adeguato.


Contenitore

Questo apparecchio potrebbe anche essere lasciato nudo con i fili volanti. Ma ogni volta che lo si utilizza i fili si piegherebbero e finirebbero per spezzarsi. Quindi è bene trovargli una scatoletta da utilizzare come contenitore.

Non è necessario che sia un contenitore metallico. Potrebbe essere una scatola di plastica o di legno, oppure solo una assicella aperta, su cui fissare il modulo Master e gli altri componenti, in modo che non si muovano uno rispetto all’altro.

I fili rosso e marrone che vanno al potenziometro vanno collegati uno al centrale e uno da un lato. Se si sbaglia lato il potenziometro lavorerà al contrario (diminuirà il segnale ruotandolo in senso orario) in tal caso basterà saldare il filo sul lato opposto.

Per fissare i fili è stato utilizzato un pezzetto di vetronite con sei piazzole di rame, incollato alla scatola con una goccia di colla ciano-acrilica (Attack). Al posto di questa piastrina si potrebbe utilizzare un pezzetto di mille-fori o anche saldare i fili uno all’altro e poi incollarli alla plastica del fondo.

Il contenitore utilizzato in questa immagine è un “Teko_10011” che si trova facilmente, anche su eBay. Questi contenitori sono ottimi per farci stare i Master e piccoli circuiti. 


L’apparecchio finito

Sulla sinistra si vede la presa USB, in alto la manopola del potenziometro di regolazione e in basso a destra il sensore (un foto-transistor TEPT5700 che ha la parte superiore quasi piatta).

In questa immagine il foto-transistor è inserito in un porta-led, ma l’apparecchio funzionerà ugualmente bene anche se si fa un foro approssimativo nella plastica e si fissa il foto-transistor con una goccia di colla.


Il software di misura

Per calcolare i valori di sfarfallio si utilizza la applicazione “Flicker Meter”

  • Si scarica la applicazione da questa pagina.
  • Si scompatta il file zip in una qualunque cartella del computer.
  • Si collega il cavo USB e si lancia la applicazione.

Per poter lanciare facilmente la applicazione è bene creare un link al file “Theremino_FlickerMeter.exe” sul desktop, oppure nella barra delle applicazioni, o nel riquadro “start” di Windows 10.

Durante l’avvio del “Flicker_Meter” viene avviata anche la applicazione “Theremino_HAL”, che si occupa della comunicazione via USB con l’apparecchio di misura. Normalmente Theremino_HAL dovrebbe avviarsi minimizzata e richiudersi da sola alla fine. Non è necessario modificare i suoi parametri tranne in casi speciali.

– – – – –

Le istruzioni per l’uso e altri file di documentazione e approfondimento si scaricano dalla stessa pagina da cui si scarica la applicazione “Flicker Meter”.

Date almeno una occhiata al file “Test lamps”, per vedere quanto sfarfallano anche le lampade comuni, che abbiamo sempre creduto esenti da flickering.

 – – – – – –

Un saluto a tutti gli amici di questo grande sito.
Un sito basato sulla amicizia, dove si va d’accordo e si collabora.

VOTO
5 commenti
    • theremino dice:

      I due componenti dello schema si collegano al modulo Master.
      I collegamenti sono i fili arancio, rosso e marrone che si vedono bene nella immagine.

      Il modulo Master lo si prende così come è. E’ un po’ come un Arduino ma più facile da usare perché non lo si deve programmare, lo si collega alla USB e subito funziona.

      Quindi solitamente si considera il Master come un mouse e un oscilloscopio e non interessa conoscere il suo interno. Comunque se vuoi vedere lo schema del Master lo trovi qui:
      https://www.theremino.com/technical/schematics

      Il Master puoi costruirlo “fai da te” ma ti servirebbe anche un programmatore di PIC e finiresti per spendere molto di più che a comprarlo. Per cui di solito lo si compra su eBay oppure qui:
      http://www.thereminoshop.com

      Approvazioni
  1. Poloverde dice:

    Interessante ma come schema trovo solo quello del collegamento del potenziometro o resistenza e del fotodiodo manca lo schema completo e l’integrato usato e degli altri cpmponenti

    Approvazioni
  2. Just4Fun
    Just4Fun dice:

    Interessante, pensavo che l’inerzia termica della lampade a tungsteno le rendesse praticamente immuni al flickering… Hmmm…
    Se un giorno avrò tempo (cosa attualmente assai improbabile… 🙂 ) voglio fare dei test.

    Approvazioni

Lascia un Commento

Vuoi partecipare alla discussione?
Fornisci il tuo contributo!

Lascia un commento