Väitös signaalinkäsittelyn ja data-analytiikan alalta, FM Ville Mantela

Väitöskirjan nimi: Measurements of temporally modulated LED light sources

Väittelijä: Ville Mantela
Vastaväittäjät: Dr. Carsten Dam-Hansen, DTU, Tanska
Kustos: Prof. Erkki Ikonen, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, informaatio- ja tietoliikennetekniikan laitos

Toisin kuin hehkulamput, LED valonlähteet vaativat toimiakseen elektroniikkaa muuntaakseen sähköverkon vaihtovirran tasavirraksi. Tämä vaikuttaa niiden valontuotantoon merkittävästi, ja usein tämä elektroniikka saattaa luoda odottamatonta vaihtelua valon tuotantoon lampussa. Tätä vaihtelua kutsutaan valon aikamodulaatioksi (TLM). 

Tietyt rajat ylittäessään TLM voi vaikuttaa ihmisten terveyteen, sekä turvallisuuteen. Tämän vuoksi muun muassa Euroopan Unioni on asettanut rajoituksia kahdelle aikamoduloidun valon ilmiöille (TLA), välkyntä ja stroboskooppi-ilmiö, ekologisen suunnittelun direktiivissään vuonna 2019. Direktiivin käytännön vaikutusta on ollut myös vaikeaa arvioida, sillä tutkimusta tästä ei ole aiemmin tehty. Myöskin aikaisemmin saatavilla olevat laskentatyökalut ovat olleet melko epätarkkoja, sillä ne ovat suunniteltu 5 % virherajojen kanssa. 

TLA parametrien mittaaminen on tehty aiemmin vain fotometristen suureiden, kuten suhteellisen valovirran muutoksen pohjalta. Tämä metodi toimii hyvin valkoisille lampuille, jotka saadaan mahdutettua mittalaitteisiin. On kuitenkin valonlähteitä, joiden mittaaminen perinteisillä metodeilla on hankalaa, kuten upotettavat valaisimet, joissa ei ole irrotettavaa valonlähdettä. 

Fotometrisistä mittauksista ei voida erottaa eriväristen valonlähteiden vaikutusta TLA arvoihin. Tähän voisi olla ratkaisuna hyperspektrikameran käyttämistä TLA mittauksiin. Hyperspektrikuvantamisessa voidaan mitata eri kohdista valon spektriä, toisin sanoen eri ”värejä” joita lähtee lampusta. 

Tutkimukseni vastaa näihin aikamoduloidun valon ongelmakohtiin luomalla paremmat laskentatyökalut, kokeilemalla hyperspektrikuvantamista mittausmetodina, sekä tutkimalla, miten Euroopan Unionin direktiivi on vaikuttanut käytännössä kuluttajille myytäviin valkoisiin LED lamppuihin. 

Väitöskirjani edistää aikamoduloitujen valojen tutkimusta seuraavasti: 

• Parannettujen laskentatyökalujen kehittäminen, sekä niiden julkaisu vapaasti käytettäväksi niitä tarvitseville.
• Uuden mittausmetodin luominen, jolla voidaan mitata sekä useampaa valonlähdettä kerralla, että voidaan mitata moniväristen valonlähteiden TLA arvoja eri kohdista valon spektriä
• Tutkittiin Euroopan Unionin direktiivin vaikutusta TLA arvoihin käytännössä markkinoilla oleviin valkoisiin LED valonlähteisiin. Tutkimukseni tuo sekä tietoa asetusten käytännönvaikutuksesta kuluttajille, sekä uusia työkaluja tiedeyhteisölle, sekä asetusten sääntelystä vastaaville elimille.

Avainsanat: välkyntä, stroboskooppi-ilmiö

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aaltodoc