手持式电动工具中LED光源的蓝光危害测试与分析

程敏，尹海霞，杨琨，杨远礼

（ 中认尚动（上海）检测有限公司，上海 200233 ）

0 引言

近年来，随着发光二极管（简称“LED”）技术的不断成熟，单颗大功率LED的光效和亮度快速提升。为此，LED对人眼可能造成的蓝光辐射危害也随之而增加，尤其是蓝光对人眼视网膜的损害已不容忽视。所谓蓝光危害指的是由波长介于400 nm～500 nm辐射照射后引起的光化学作用而导致视网膜损伤。如果照射时间超过10 s，这种损伤机理起主要作用，所以蓝光危害主要取决于人眼在灯光下所积累接收的蓝光剂量。

1 蓝光辐射危害

根据当前研究表明，LED发出的光对人体的危害主要体现在对人眼视网膜的危害。

LED蓝光危害受照射时间影响，不同波长蓝光的危害权重不同。式(1)为光源的有效积分光谱辐亮度LB计算式，为防止蓝光辐射的视网膜光化学损伤，光源的光谱辐亮度Lλ(λ，t)与蓝光危害函数B(λ)加权积分后的能量不应超过式（1）、式（2）的限值。

式中 Lλ(λ，t)、Lλ—光谱辐亮度

B(λ)—蓝光危害加权函数

∆λ—波长带宽

t—辐射持续时间

通过上述公式可见蓝光危害与被照射时间存在一定关系，照射时间越长，危害越大。表1为蓝光危害加权函数。

表1 蓝光危害加权函数

通常所述的蓝光测试即测试光源加权光谱辐亮度LB，所述的蓝光危害大小即蓝光加权辐亮度LB大小。如光源的加权辐亮度超过100 W/(sr·m2)，则最大允许照射时间tmax应该由式(3)计算得到。

根据IEC 62471-2006标准内容阐述，蓝光视网膜危害等级中无危险类的极限条件是10 000 s以内的照射不造成视网膜蓝光危害；1类危险指的是100 s以内的照射不造成视网膜蓝光危害；2类危险指的是0.25 s以内的照射不造成视网膜蓝光危害；除此之外就是3类危险。按照蓝光加权光谱辐亮度LB测试结果分类见表2。

表2 蓝光危害危险等级曝辐限值

2 电动工具辅助照明

在电动工具上安装LED光源进行辅助照明是随着LED的出现而新增加的技术，是LED广泛应用的一个典型案例。电动工具是一种精细化操作工具，增加辅助照明后不仅可以提高工作效率，也可适当增加安全操作系数。目前大多电动工具附加的LED照明通常为一颗LED光源，所呈现的功能为两种，一种是功率较小的草帽型颗粒，亮度小，主要用于指示信号。另一种是采用大功率光源，能够满足照明需求，但随之而来的蓝光辐射较大。

GB/T 3883.1-2014《手持式、可移式电动工具和园林工具的安全 第1部分 通用要求》要求对带有LED光源的工具产品需用IEC 62471的方法评估光生物安全，对于LED光源来说主要是蓝光危害，所以本文重点进行了蓝光危害测试。

针对以上情况，搜集了一些带有LED光源的手持式电动工具，如图1～图4所示。图例所示工具LED光源的安装基本有两种形式，一种是光源直接裸露，另一种是通过透明塑料罩简单防护固定。

图1 充电式无刷冲击扳手

图2 冲击扳手中LED灯的安装情况

图3 非充电式手持式电钻

图4 电钻中LED光源安装情况

3 蓝光测试与评价

为了对手持式电动工具LED光源进行蓝光危害测试分析及评价，本文采用光生物安全测试系统OST-500对上述带有单颗LED光源的手持式冲击扳手（如图1所示）进行了蓝光测试。根据标准IEC 62471-2006《灯和灯系统的光生物安全性》的要求，测量距离为200 mm。

通过测试，得到LED光源的光谱分布，见图5。亮度、色温、照度和蓝光危害结果见表3。

图5 冲击扳手中LED光源光谱测试结果

表3 冲击扳手中LED光源蓝光危害测试结果

依据表3的测试结果可以得出，该LED光源采用的是高色温的芯片，结合表2的危害限值可归类其蓝光危害等级为1类危险，允许照射的最长时间为2 856 s，即0.8 h。

通过亮度计对电钻中草帽型LED光源（如图4所示）进行亮度测试，得到其亮度数据为26 000 cd/m2，根据蓝光危害和亮度的正比关系可以判定该LED光源的蓝光危害等级不会超过1类。

LED光源的蓝光危害与单颗LED光源的发光强度有关。基于此，本文另选取了单颗大功率LED光源进行了对比测试。单颗LED如图6所示，根据该光源的正常使用情况，将其点亮至1.4 W。测试得到光谱分布图如图7所示，亮度、色温、照度和蓝光危害结果见表4。

图6 单颗大功率LED光源

图7 单颗LED光源测试结果

表4 单颗LED光源蓝光危害测试结果

依据表4的测试结果可以得出，该LED光源采用高色温的芯片，结合表2的危害限值可归类其蓝光危害等级为2类危险，计算得到允许照射的最长时间为95.8 s。

4 结论

本文对充电式无刷冲击扳手中LED光源进行蓝光测试，基本了解到目前带LED光源的电动工具产品蓝光危害现状。通过对单颗大功率LED光源的蓝光测试结果进行分析，得出电动工具运用大功率LED光源所存在的蓝光危害风险。通过蓝光测试和相关计算，结合电动工具的使用情况，建议尽可能少的将单颗大功率LED光源应用在手持式电动工具，如无可避免，应按照相关标准的要求标注“禁止近距离观察发光光源”的警句或者相关符号。另外，即使是归类为1类危害的LED光源，使用时也不宜长时间盯着光源进行工作，否则也会因蓝光辐射而造成视网膜不可逆转的危害。

参考文献:

[1]全国照明电器标准化技术委员会.灯和灯系统的光生物安全性：GB/T 20145-2006[S].北京：中国标准出版社，2006.

[2]程敏.紫外线油烟机的光生物安全测试与分析[J].照明工程学报，2014(8).

[3]俞安琪.发光二极管照明产品蓝光危害的检测分析和富蓝化的分析与建议[J].光源与照明，2014(1).

[4]全国电动工具标准化技术委员会.手持式、可移式电动工具和园林工具的安全第1部分通用要求：GB/T 3883.1-2014 [S].北京：中国标准出版社，2014.