ГОСТ Р МЭК/ТО 60825-9-2009. Безопасность лазерной аппаратуры. Часть 9. Компиляция максимально допустимой экспозиции некогерентного оптического излучения

.
Наименование документа:ГОСТ Р МЭК/ТО 60825-9-2009
Тип документа:ГОСТ Р МЭК/ТО
Статус документа:Действует
Название:Безопасность лазерной аппаратуры. Часть 9. Компиляция максимально допустимой экспозиции некогерентного оптического излучения
Название англ.:Safety of laser products. Part 9. Compilation of maximum permissible exposure to incoherent optical radiation
Область применения:Стандарт приводит в соответствие действие значения максимально возможной экспозиции (МВЭ) при экспонировании некогерентного оптического излучения от искусственных источников на глаз человека или его кожу в диапазоне длин волн от 180 до 3000 нм с предельным согласованием. Цель стандарта - определить требования для защиты человека от некогерентного оптического излучения в диапазоне длин волн от 180 нм до 1мм указывая безопасные уровни оптического излучения.
Краткое содержание:

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Определения

4 Максимальная возможная экспозиция

4.1 Общие замечания

4.2 Апертура измерения

4.3 Диаметр зрачка

4.4 Повторяющиеся импульсы, модулированное или сканирующее излучение

4.5 Угол стягивания источника

4.6 Временная база

4.7 Энергетическая яркость и энергетическая освещенность

4.8 Максимально возможная экспозиция для глаза

4.9 Максимально возможная экспозиция для кожи

4.10 Фотометрические свойства

5 Измерения

5.1 Условия измерений

5.2 Методы измерений

Приложение А Спектральная функция светло-голубой опасности и тепловой опасности клетчатки согласно IСNIRР

Приложение В Пределы ультрафиолетовой экспозиции и спектральных весовых функций согласно IСNIRР

Приложение С Относительная спектральная световая эффективность согласно МЭК

Приложение D Спектр действия

Библиография

Комментарий:Введен впервые
Дата добавления в базу:01.09.2013
Дата актуализации:01.12.2013
Дата введение:01.01.2011
Доступно сейчас для просмотра:100% текста. Полная версия документа.
Организации:
Связанные документы:

ГОСТ Р 1.0-2004 Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения

Федеральный закон 184-ФЗ О техническом регулировании

.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО
ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ
СТАНДАРТ
РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ

ГОСТ Р
МЭК/ТО 60825-9-
2009

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛАЗЕРНОЙ АППАРАТУРЫ

Часть 9

Компиляция максимально допустимой экспозиции
некогерентного оптического излучения

IEC/TR 60825-9:1999
Safety of laser products - Part 9:
Compilation of maximum permissible exposure
to incoherent optical radiation
(IDT)

Москва
Стандартинформ
2011

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1. ПОДГОТОВЛЕН Автономной некоммерческой организацией «Научно-технический центр сертификации электрооборудования «ИСЭП»

2. ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартам ТК 452 «Безопасность аудио-, видео-, электронной аппаратуры, оборудования информационных технологий и телекоммуникационного оборудования. Устройства отображения информации»

3. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 декабря 2009 г. № 723-ст

4. Настоящий стандарт идентичен стандарту МЭК/ТО 60825-9:1999 «Безопасность лазерной аппаратуры. Часть 9. Компиляция максимально допустимой экспозиции некогерентного оптического излучения» (IEC/TR 60825-9:1999 «Safety of laser products - Part 9: Compilation of maximum permissible exposure to incoherent optical radiation»)

5. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

СОДЕРЖАНИЕ

1. Область применения. 2

2. Нормативные ссылки. 3

3. Определения. 4

4. Максимальная возможная экспозиция. 10

4.1. Общие замечания. 10

4.2. Апертура измерения. 10

4.3. Диаметр зрачка. 10

4.4. Повторяющиеся импульсы, модулированное или сканирующее излучение. 11

4.5. Угол стягивания источника. 13

4.6. Временная база. 14

4.7. Энергетическая яркость и энергетическая освещенность. 14

4.8. Максимально возможная экспозиция для глаза. 15

4.9. Максимально возможная экспозиция для кожи. 20

4.10. Фотометрические свойства. 21

5. Измерения. 21

5.1. Условия измерений. 21

5.2. Методы измерений. 22

Приложение A. Спектральная функция светло-голубой опасности и тепловой опасности клетчатки согласно ICNIRP. 25

Приложение B. Пределы ультрафиолетовой экспозиции и спектральных весовых функций согласно ICNIRP. 25

Приложение C. Относительная спектральная световая эффективность согласно МЭК.. 26

Приложение D. Спектр действия. 26

Библиография. 29

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛАЗЕРНОЙ АППАРАТУРЫ

Часть 9

Компиляция максимально допустимой экспозиции некогерентного оптического излучения

Safety of laser products. Part 9. Compilation of maximum permissible exposure to incoherent optical radiation

Дата введения - 2011-01-01

1. Область применения

Настоящий стандарт приводит в соответствие действие значения максимально возможной экспозиции (МВЭ) при экспонировании некогерентного оптического излучения от искусственных источников на глаз человека или его кожу в диапазоне длин волн от 180 до 3000 нм с предельным согласованием.

Эти величины базируются на доступной экспериментально изученной информации и могут использоваться только как инструкция при контроле экспозиции излучения искусственных источников, и не будут рассматриваться как линейный процесс между безопасностью и опасными уровнями.

Примечание - Значения МВЭ, приведенные в стандарте, применяются весьма индивидуально, однако некоторые индивидуумы чувствительны или особо чувствительны к оптическому излучению из-за генетического фактора, возраста, персональных привычек (курение, алкоголь или др.); им требуются для безопасности разные уровни экспозиции. У таких индивидуумов может быть неадекватная реакция на нарушение здоровья при максимальной и минимальной дозах воздействующего оптического излучения. Медики должны искать дополнительную оценку опасной величины для дополнительной защиты.

Эти величины главным образом относятся к экспозиции искусственных источников. Они могут также использоваться для оценки экспозиции солнечного излучения.

Значения МВЭ не должны применяться при экспозиции пациентов оптическим излучением с целью медицинского лечения.

Максимальные значения допустимой дозы при экспозиции излучением лазерных источников определены в МЭК 60825-1.

Примечание 1 - Базисными документами настоящего стандарта являются МЭК 60825-1 (лазерное излучение) и IRPA/CNIRP инструкции (некогерентное излучение). Пределы ACGIH незначительно отличаются по диапазону длин волн и абсолютному значению.

Примечание 2 - Несмотря на тот факт, что светоизлучающие диоды испускают главным образом некогерентное излучение, в настоящее время они относятся к МЭК 60825-1.

Примечание 3 - Механизм разрушения, как известно, для когерентных и некогерентных источников различен. Однако во многих случаях предельные значения величин в МЭК 60825-1 более консервативны, чем в настоящем стандарте. Особенно точно надо определять диапазон длин волн для лазеров, который указан в МЭК 60825-1.

Примечание 4 - Экспозиционные уровни МВЭ должны быть различными для глаз или воздействия на кожу.

Примечание 5 - В спектральных диапазонах УФ-В и УФ-С значения МВЭ обуславливают минимальную дозу излучения, вызывающую биологические изменения на поверхности роговицы сетчатки. Уровни, производящие опасные эффекты, в 2 - 3 раза больше.

1.1. Цель настоящего стандарта - определить требования для защиты человека от некогерентного оптического излучения в диапазоне длин волн от 180 нм до 1 мм, указывая безопасные уровни оптического излучения. Это излучение считается опасным для большинства индивидуумов; значения ниже безопасного уровня не вызывают никаких вредных эффектов. Только знание об этих уровнях и возможных эффектах воздействия на основе МВЭ позволяет определять экспозицию оптического излучения, безопасную для человека при восьмичасовом рабочем дне.

1.2. Методы измерения показывают, как измерять и рассчитывать уровень оптической радиации для намерения сравнить его с максимально допустимой экспозицией.

2. Нормативные ссылки

МЭК 60050-845:1987 Международный электротехнический словарь - Глава 845: Освещение (IEC 60050-845:1987 International electrotechnical vocabulary, chapter 845: lighting)

МЭК 60825-1:1993 Безопасность лазерной аппаратуры - Часть 1: Классификация оборудования, требования и руководство пользователя (IEC 60825-1:1993 Safety of laser products - Part 1: Equipment classification, requirements and users guide1)

____________

1 Стандарт заменен на МЭК 60825-1:2007 Безопасность лазерной аппаратуры - Часть 1: Классификация оборудования и требования (IEC 60825-1:2007-03 Safety of laser products - Part 1: Equipment classification and requirements.) Для однозначного соблюдения требований настоящего стандарта, выраженных в датированных ссылках, рекомендуется использовать только данный ссылочный документ.

ИСО 1000:1992 Единицы СИ и рекомендации по применению кратных и дольных от них и некоторых других единиц (ISO 1000:1992 SI units and recommendations for the use of their multiples and of certain other units)

ИСО 11145:1994 Оптика и оптические приборы. Лазеры и лазерное оборудование. Словарь и условные обозначения (ISO 11145:1994 Optics and optical instruments - Lasers and laser-related equipment - Vocabulary and symbols)

ИСО/МЭК 51:1999 Аспекты безопасности. Руководящие указания по включению их в стандарты (ISO/IEC Guide 51:1999 Safety aspects - Guidelines for their inclusion in standards)

3. Определения

В настоящем стандарте приводятся следующие определения. Основные определения даны в соответствии с ИСО 1000:1992, ИСО 11145:1994 и МЭК 60050(845):1987. Некоторые из этих определений повторены в соответствующих определениях в МЭК 60825-1 и в ИСО/МЭК 51. Отклонения от основных документов сделаны преднамеренно и особо оговариваются.

3.1 угловое увеличением (angular magnification M): Угловое увеличение М оптического прибора есть отношение угла наблюдения объекта, опирающегося на входной зрачок прибора (aприб), к углу наблюдения объекта глазом без прибора (aгл)

Примечание - В технической оптике угол наблюдения объекта без оптического прибора базируется на расстоянии наилучшего видения 25 см. В стандарте минимальное расстояние наблюдения должно быть не меньше 10 см.

3.2. Стягиваемый угол (angular subtense): Угол наблюдения a видимого размера источника при наблюдении глазом (рисунок 1) или полученный точкой измерения (см. также максимальный стягиваемый угол и минимальный стягиваемый угол), единица измерения - радиан.

3.3 апертура, конечная апертура (aperture, aperture stop): Конечная апертура есть раскрываемый контур, в пределах которого лежит площадь, с которой измеряется излучение (см. также измерительная апертура).

Рисунок 1 - Определение стягиваемого угла a видимого размера источника

3.4 видимый размер (apparent source): Реальный или виртуальный размер (источника оптического излучения), который формирует наименьшее возможное изображение на сетчатке.

Примечание - Такое определение используется, чтобы найти положение видимого элемента излучения в диапазоне длин волн от 380 до 1400 нм с приближением видимого размера в пределах аккомодации глаза (обычно ³ 100 мм).

3.5 опасность синего света (blue light hazard): Возможность фотохимического повреждения сетчатки, вызываемого экспозицией излучения на длинах волн главным образом между 380 и 500 нм.

3.6 когерентность (coherence): Характеристика электромагнитного поля, где в двух его точках разность фаз по времени и пространству одинакова.

3.7 длина когерентности (coherence length): Расстояние в пучке направленного распространения, при котором сохраняется постоянство разности фаз.

3.8 диодный излучатель (diode emitter): Любой полупроводниковый прибор с p-n переходом, который может продуцировать электромагнитное излучение за счет рекомбинации в полупроводнике в диапазоне длин волн от 180 нм до 1 мм.

3.9 дистанция экспозиции (exposure distance): Самое короткое расстояние от оптического источника до ближайшего места человека, которое может подвергнуться воздействию излучения.

3.10 длительность экспозиции (exposure duration): Длительность импульса или серии, или цуга импульсов, или продолжительной эмиссии, падающей на человеческое тело, которое подвергается прямому воздействию излучения.

3.11 некогерентное излучение (incoherent): Излучение считается некогерентным, если длина когерентности меньше 1 мм.

3.12 инфракрасное излучение (infrared radiation): Для практических целей любое электромагнитное излучение в длинноволновом диапазоне 780 нм - 1 мм. Инфракрасный спектр разделен по результатам производимой биологической опасности на три диапазона: ИК-А, ИК-В, ИК-С.

3.13 инфракрасное излучение А (ИК-А) (infrared A (IR-A)): Оптическое излучение, которое распространяется в спектральном интервале от 780 до 1400 нм.

3.14 инфракрасное излучение В (ИК-В) (infrared В (IR-B)): Оптическое излучение, которое распространяется в спектральном интервале от 1400 до 3000 нм.

3.15 инфракрасное излучение С (ИК-С) (infrared С (IR-C)): Оптическое излучение, которое распространяется в спектральном интервале от 3000 нм до 1 мм.

3.16 предназначенное использование (intended use): Использование продукта, процесса или услуги в соответствии с требованиями, инструкциями и информацией, представленной поставщиком.

3.17 промежуточный источник (intermediate source): В основном, источник, формирующий изображение на сетчатке, такой большой, что тепловой поток в радиальном направлении (перпендикулярно оптической оси) от центра изображения к ближайшей границе биологической ткани соизмерим с тепловым потоком в осевом направлении (параллельно оптической оси).

Удлиненный промежуточный источник - источник, формирующий на сетчатке изображение большего размера, чем размер, на который действует максимально возможная экспозиция от малого источника и от большого источника. Это удлинение необходимо потому, что некоторый глаз подвижен и может захватить большее поле излучения, которое в единицах МВЭ указано в представленных таблицах стандарта.

Примечание - В настоящем стандарте промежуточный источник в его основном значении воздействует на сетчатку в углах между 1,5 и 100 мрад, т.е. диаметр изображения на сетчатке лежит между 25 и 1700 мкм. Эти пределы относятся к времени экспозиции меньше, чем 0,7 с.

В настоящем стандарте удлиненный промежуточный источник охватывает углы между 11 и 100 мрад, т.е. диаметр изображения на сетчатке лежит между 187 и 1700 мкм. Эти пределы не превышают время экспозиции больше 10 с.

Для времени экспозиции между 0,7 и 10 с стягиваемый угол промежуточного источника зависит от времени экспозиции (таблица 3).

3.18 энергетическая освещенность (irradiance): (E, Вт/м2): Частное от деления мощности излучения dP, падающего на элемент поверхности, на площадь dA этого элемента

E = dP/dA.

3.19 большой источник (large source): Источник, формирующий изображение на сетчатке, такой большой, что тепловой поток в радиальном направлении (перпендикулярно оптической оси) от центра изображения к ближайшей границе биологической ткани соизмерим с тепловым потоком в осевом направлении (параллельно оптической оси).

Примечание - В этом стандарте большой источник имеет стягиваемый угол больше, чем 100 мрад на сетчатке, т.е. диаметр его изображения на сетчатке больше 1700 мкм.

3.20 свет (light): Видимое излучение.

3.21 светоизлучающий диод (СИД) (light emitting diode (LED)): Диодный излучатель (Оптическое излучение СИД производится исключительно процессами спонтанной эмиссии).

3.22 максимальный угол стягивания (aмакс) (maximum angular subtense (amax)): Значения угла стягиваемого видимого размера источника, при котором источник считается большим - большой источник (см. также таблицу 3).

3.23 максимальная возможная экспозиция (МВЭ) (maximum permissible exposure (MPE)): Значение экспозиции для глаза или кожи, которое при нормальных условиях не противоречит результатам появления биологических эффектов. Значение МВЭ зависит от длины волны излучения, времени экспозиции, состояния ткани и размера экспонированного места. Для видимого и ближнего инфракрасного излучения в диапазоне 380 - 1400 нм стягиваемый угол источника зависит от размера изображения на сетчатке.

3.24 измерительная апертура (measurement aperture): Круглая площадь используется при измерении энергетической освещенности, экспозиции излучения, энергетической яркости и суммарного времени воздействия излучения. Эта апертура определяет площадь, при которой значения этих величин усредняются по числу измерений для сравнения со значением МВЭ.

3.25 монохроматическое излучение (monochromatic radiation): Излучение, характеризуемое одной длиной волны, как излучение линии в газоразрядной лампе низкого давления. На практике - излучения очень маленького интервала длин волн, приписываемого излучению одной длины волны, если биологическое действие спектра в этом интервале не сильно отличается.

3.26 оптическое излучение (optical radiation): Электромагнитное излучение на длинах волн между 100 нм и 1 мм. Ультрафиолетовое излучение в области длин волн меньше 180 нм (называемое вакуумным УФ) полностью поглощается кислородом воздуха. В этом стандарте диапазон длин волн оптического излучения ограничен с меньшей стороны излучением с длиной волн 180 нм.

Примечание - Принимая во внимание безопасность излучения, спектральный диапазон между 380 и 1400 нм нуждается в специальном рассмотрении, так как глаз пропускает излучение в этом спектральном диапазоне на сетчатку, где оно фокусируется, энергетическая освещенность может быть увеличена в несколько раз по абсолютному значению по сравнению с освещенностью роговой оболочки глаза.

3.27 фотометрические величины (photometric quantities): Все радиометрические величины находятся в соответствии с фотометрическими величинами через визуальное восприятие света. Для фотометрического излучения с длиной волны λ фотометрические величины могут быть рассчитаны через радиометрические величины, умножая последние на относительную спектральную эффективность V(λ) (см. приложение С) или V'(λ) и максимальную спектральную эффективность излучения Км или Км:

Км = 683 лм/Вт для фотопического зрения и

Км = 1700 лм/Вт для скотопического (ночного) зрения.

Наименование соответствующих радиометрических и фотометрических величин представлено в таблице 1. Символы обеих величин одинаковы. Если необходимо, они могут различаться индексами: e (энергетический) для радиометрических величин и v (визуальный) для фотометрических величин.

Таблица 1 - Сравнительный перечень радиометрических и фотометрических величин

Радиометрические величины

Символ

Радиометрические величины

Наименование

Единица

Наименование

Единица

Мощность излучения

Вт

Р, Ф

Световой поток

лм

Энергия излучения

Дж

Q

Количество света

лм · с

Энергетическая освещенность

Вт/м2

Е

Освещенность

лм/м2 = лк

Энергетическая экспозиция

Дж/м2

Н

Световая экспозиция

лкс

Энергетическая яркость

Вт/(ср · м2)

L

Яркость

лм/(ср · м2)

Энергетическая сила света

Вт/ср

I

Сила света

кд = лм/ср

Интегральная по времени энергетическая яркость

Дж/(ср · м2)

Li

Интегральная по времени яркость

лм · с/(ср · м2)

3.28 длительность импульса (pulse duration): Максимальное время, требующееся для измерения двух точек пересечения импульса ветви нарастания и убывания с прямой, проведенной параллельно оси абсцисс на уровне половины максимального значения.

3.29 яркость L, Li [Вт/(ср · м2), Дж/(ср · м2)] (radiance): Яркость L в данном направлении данной точки есть частное отделения потока излучения dP, переносимого через точку и распространяющегося в заданном направлении, на телесный угол dΩ, в котором распространяется поток, элементарную площадь поверхности dA, содержащую эту точку, и косинус угла распространения потока в направлении e (см. рисунок 2)

                                                         (1)

Рисунок 2 - Определение яркости

Одно из определений содержит время интегрирования яркости Li, и тогда поток излучения dP заменяется на энергию излучения dQ

                                                         (2)

Примечание 1 - Это определение - упрощенная версия [МЭК 60050(845), термин 845-01-34], достаточная для целей настоящего стандарта. В случаях сомнения следует пользоваться определением [МЭК 60050(845)].

Примечание 2 - Яркость и яркость, интегрированная по времени, не измеряются оптическими приборами. Однако, если яркость измеряется в первой среде L1 с показателем преломления n1 и желательно определить яркость во второй среде L2 с показателем преломления n2, яркость первой среды L1 должна быть умножена на коэффициент . Когда первая среда является воздухом (n1 = 1), а вторая - глаз (n2 = 1,336 для жидкостной влаги и стекловидного тела), этот коэффициент равен 0,56. При МВЭ используется яркость, измеренная в воздухе, потому что этот коэффициент уже учтен в таблицах этого стандарта.

3.30 энергия излучения, Q (Дж) (radiant energy): Интеграл по времени мощности излучения за данный период t

                                                              (3)

3.31 энергетическая экспозиция, H (Дж/м2) (radiant exposure): Интеграл по времени от энергетической освещенности в данной точке за данную длительность t, т.е. отношение энергии излучения dQ, падающей на элемент поверхности, к площади dA этого элемента

                                                        (4)

3.32 мощность излучения (поток), P, (Ф) [Вт (лм)] (radiant power (flux)): Мощность, испускаемая, передаваемая или принимаемая в виде излучения [МЭК 60050(845), термин 845-01-24].

3.33 коэффициент отражения ρ (reflectance): Отношение отраженного потока излучения к падающему потоку излучения при данных условиях [МЭК 60050(845), термин 845-04-58].

3.34 сканирующее излучение (scanned radiation): Излучение, имеющее временное изменение направления с началом возникновения или диаграммой распространения по отношению к стационарному базовому положению.

3.35 малый источник (small source): По существу источник формирует изображение на клетчатке, которое так мало, что тепло легко струится в радиальном направлении (перпендикулярно оптической оси) от центра изображения к окружающим биологическим тканям.

С удлинением источник с размером изображения на сетчатке меньше, чем размер, на котором базируется значение максимальной допустимой экспозиции. Это удлинение необходимо потому, что глаз подвижен, что учитывается в данных о МВЭ в таблицах настоящего стандарта (см. также 3.17 и 3.19).

Примечание - В настоящем стандарте малый источник в своем основном значении стягивает угол меньше, чем 1,5 мрад на сетчатке, т.е. диаметр его изображения на сетчатке меньше, чем 25 мкм. Этот размер применим для времени экспозиции 0,7 с.

Малый источник в своем удлиненном значении стягивает угол меньше, чем 11 мрад на сетчатке, т.е. диаметр его изображения на сетчатке меньше, чем 187 мкм. Этот размер применим для времени экспозиции 10 с; для времени экспозиции между 0,7 и 10 с определяется углом, зависимым от времени экспозиции (см. таблицу 3).

Термин «точечный источник» не может быть использован для малого источника, так как это приводит к путанице: «точечный источник» может быть пятном большим, чем обычно считают за «точку». В настоящем стандарте термин «малый источник» поэтому используется в подобном смысле.

3.36 телесный угол, (ср) (solid angle): Телесный угол с его вершиной в центре сферы радиуса r есть отношение площади А, вырезаемой этим углом на поверхности сферы, на квадрат радиуса (см. рисунок 3)

Ω = A/r2.

Полный телесный угол равен 4p ср.

Рисунок 3 - Определение телесного угла

3.37 спектральная освещенность, Еλ [Вт/(м2 · нм)](spectral irradiance): Отношение мощности излучения dP в интервале длин волн dλ, падающего на элемент поверхности площадью dA этого элемента, и интервала длин волн dλ

Eλ = dP/(dA · dλ).

3.38 спектральная энергетическая яркость, Lλ [Вт/(м2 · ср · нм)] (spectral radiance): Спектральная яркость Lλ в интервале длин волн dλ в заданном направлении в данной точке есть частное от деления мощности излучения, проходящего через точку и распространяемого в телесном угле dΩ в направлении e и ограниченного спектральным интервалом dλ, и произведения площади проекции пучка на плоскость, перпендикулярную к направлению (cosedA), содержащему эту точку, телесный угол и интервал длин волн (см. рисунок 2)

3.39 интегральная по времени яркость, Li [Дж/(м2 · ср)] (time integrated radiance): Интеграл яркости за данное время экспозиции, выражаемый как энергия излучения с единицы площади излучающей поверхности в единице телесного угла эмиссии.

3.40 ультрафиолетовое излучение (ultraviolet radiation): Практически любое излучение в диапазоне длин волн от 100 до 400 нм. Ультрафиолетовый спектр разделен на три спектральные области, обусловливающие разную степень фотобиологической опасности: ультрафиолет А, ультрафиолет В, ультрафиолет С. Ультрафиолетовое излучение меньше 180 нм называется вакуумным ультрафиолетовым излучением.

Примечание - Во многих стандартах длинноволновая граница ультрафиолетового спектрального диапазона фиксируется 380 нм.

3.41 ультрафиолет А (УФ-А) (ultraviolet A (UV-A)): Оптическое излучение, которое охватывает полностью спектральный диапазон от 315 до 400 нм (см. также вышеприведенные примечания).

3.42 ультрафиолет В (УФ-В) (ultraviolet В (UV-B)): Оптическое излучение, которое охватывает полностью спектральный диапазон от 280 до 315 нм.

3.43 ультрафиолет С (УФ-С) (ultraviolet С (UV-C)): Оптическое излучение, которое охватывает полностью спектральный диапазон от 100 до 280 нм (см. также вышеприведенные примечания).

Примечание - Ультрафиолетовое излучение в диапазоне ниже 180 нм (называемое вакуумным УФ) полностью поглощается кислородом воздуха. Для целей этого стандарта нижней границей диапазона длин волн УФ-С принимается 180 нм.

3.44 видимое излучение (visible radiation (light)): Любое оптическое излучение, которое может непосредственно вызвать зрительное ощущение [МЭК 60050(845), термин 845-01-03].

Примечание - В настоящем стандарте значения электромагнитного излучения, в котором длины волн монохроматических компонент лежат между 380 и 780 нм.

4. Максимальная возможная экспозиция

4.1. Общие замечания

Величина устанавливает нижние уровни вредных факторов, основанных на современных данных, полученных экспериментальным путем. Они применяются, чтобы учитывать экспозицию в течение восьмичасового периода. МВЭ должна использоваться как руководство при контроле экспозиций и не должна рассматриваться как строго определенное разделение между безопасными и опасными уровнями. Эти предельные уровни не применяются к световой чувствительности человека или частей его тела, подвергаемых экспозиции.

4.2. Апертура измерения

Примерная апертура, которая должна использоваться при всех измерениях и расчетах уровней экспозиции, определяется как диаметр круга, в пределах которого действует освещенность или экспозиция излучения. Значения этих апертур показаны в таблице 2.

Таблица 2 - Минимальные диаметры апертур, применяемых при измерении освещенности, экспозиции, яркости и интегральной по времени яркости

Спектральный диапазон, применяемый в МВЭ

Пункты

Длительность экспозиции, с

Диаметр апертуры измерения в случае экспонирования, мм

Глаз

Кожа

180 нм до 400 нм

4.8.1

t £ 3

1

1

t > 3

7

7

> 380 до 1400 нм

4.8.2.1, 4.8.2.2

Любая

7

3,5

> 1400 до 3000 нм

4.8.2.3

t £ 3

1

1

t > 3

3,5

3,5

Могут использоваться большие апертуры измерения по сравнению с данными в таблице 2, если освещенность равномерна по диаметру апертуры измерения и если строго измерена чувствительность приемника в системе измерений. Однако с источниками оптического излучения нельзя достичь равномерной освещенности из-за структуры излучения (имеются более горячие точки), рекомендуется пользоваться данными таблицы и для горячих точек.

Когда применяется МВЭ для кожи, рекомендуется использовать приемники, ответ которых пропорционален косинусу угла падения излучения. Значения экспозиции для глаза при излучении в диапазоне длин волн от 380 до 1400 нм могут измеряться с диаметром апертуры 7 мм (глаз человека).

4.3. Диаметр зрачка

МВЭ применительно к глазу в диапазоне длин волн от 380 до 1400 нм (4.8.2) базируется на стандартном диаметре зрачка ds 7 мм для времени < 0,5 с и 3 мм для времени > 0,5 с. В зависимости от яркости наблюдаемого светового поля диаметр зрачка варьируется между значением меньше, чем 2 мм, и больше, чем 7 мм. Диаметр зрачка варьируется также от индивидуальных особенностей человека, от предмета наблюдения, возраста и др. Формула (5) может быть использована для расчета диаметра зрачка dзp, мм, от значения яркости L, кд/м2, объекта наблюдения

                                           (5)

Рисунок 4 показывает зависимость диаметра зрачка от яркости.

Рисунок 4 - Зависимость диаметра зрачка от яркости наблюдаемого поля в соответствии с [5].

Корректировка значений МВЭ в диапазоне длин волн от 380 до 1400 нм и для времени > 0,5 с в отношении к стандартному диаметру зрачка ds (диаметр зрачка используют для определения МВЭ) производится в пропорциональной зависимости от площади зрачка:

 или                                          (6)

 или                                         (7)

                                                (8)

Примечание - В случаях, когда источник излучения используется при очень разных условиях освещения (например, в течение дня, ночью и т.д.), будет наиболее безопасным рассчитывать безопасность излучения при диаметре зрачка 7 мм.

4.4. Повторяющиеся импульсы, модулированное или сканирующее излучение

Поскольку критерий экспозиции установлен для многократного импульса, необходимо установить ограничения при использовании повторяющихся импульсов излучения. Наиболее целесообразно использовать источники, имитирующие непрерывное излучение. Однако, если мгновенное значение выходного излучения периодически падает ниже 10 % его усредненного значения, применяются следующие методы.

Для длин волн < 380 нм значение величины МВЭ определяется использованием в большинстве случаев следующих ограничивающих требований a) и b).

Значение величины МВЭ для длин волн > 380 нм определяется использованием в большинстве случаев ограничительных мер b) и c).

a) Энергетическая экспозиция Hsp (соответственно интегральная по времени яркость Lsp) при любом одиночном импульсе длительностью t внутри последовательности импульсов не превышает значение МВЭ НМВЭ (LМВЭ) для одиночного импульса длительностью t

Hsp £ HМВЭ(t),                                                             (9)

соответственно

Lsp £ LМВЭ(t).                                                           (10)

b) Усредненная по времени энергетическая освещенность Em (соответственно яркость Lm) последовательности импульсов в течение T не должна превышать значение МВЭ EМВЭ (соответственно LМВЭ) для одиночного импульса в последовательности T:

Em £ EМВЭ (T),                                                           (11)

соответственно

Lm £ LМВЭ (T).                                                            (12)

Усредненная по времени энергетическая освещенность Em (соответственно яркость Lm) за длительность экспозиции T может быть рассчитана следующими соотношениями:

Em = N · Hsp/T,                                                        (13)

соответственно

Lm = N · Lsp/T,                                                         (14)

где N - полное число импульсов в течение длительности экспозиции T.

с) Энергетическая экспозиция Hsp (соответственно интегральная по времени энергетическая яркость Lsp) любого одиночного импульса длительностью t умножается на корректирующий коэффициент С5. Этот корректирующий коэффициент С5 применяется только для длительности импульса короче 0,25 с:

Hsp £ HМВЭ(t) · C5,                                                       (15)

соответственно

Lsp £ LМВЭ(t) · C5,                                                         (16)

где С5 = N-1/4;

N - ожидаемое полное число импульсов в экспозиции.

Эти два уравнения эквивалентны следующим уравнениям:

                                            (17)

соответственно

                                             (18)

Когда последовательность импульсов состоит из импульсов разной длительности ti или разных одиночных импульсов, энергетическая экспозиция Hspj (соответственно интегральная по времени яркость Lspi), получается из (17) и (18) с учетом уравнений (15) и (16):

                                                     (19)

соответственно

                                                      (20)

где Ni - число импульсов длительностью ti;

N = ΣNi - ожидаемое полное число импульсов в экспозиции.

В некоторых случаях экспозиция излучения одиночного импульса Hsp может быть ниже МВЭ, которая получена для непрерывной экспозиции на некотором значении пиковой мощности, используемой для установления времени экспозиции. Учитывая сказанное, может быть использована МВЭ для непрерывного излучения.

4.5. Угол стягивания источника

Согласованное ограничение угла стягивания видимого источника используется в диапазоне длин волн от 380 до 1400 нм, где излучение может фокусироваться преломляющей частью глаза на сетчатке.

Два ограничения угла стягивания используются в настоящем стандарте: угол, детерминированный пределом между малым источником и промежуточным источником (минимальный угол стягивания aмин), и угол, детерминированный пределом между промежуточным источником и большим источником (максимальный угол стягивания aмакс).

Меньшие значения минимального угла стягивания (aмин) МВЭ не зависят от размера источника. Значение aмин зависит от длительности экспозиции t (таблица 3).

Примечание - Зависимость минимального угла стягивания от длительности экспозиции определяется временем вращения глаза. Для времени > 10 с энергия, попадающая на площадь сетчатки, будет больше, чем для времени 0,7 с. Этот угол aмин равен 11 мрад. Для очень продолжительной экспозиции 1000 с и более, когда способность вращения глаза становится доминантой, угол будет больше 100 мрад.

Таблица 3 - Предельные углы стягивания для глаза

Угол

Время экспозиции

aмин = 1,45 мрад

для t < 0,7 с

aмин = 2 · t3/4 мрад

для 0,7 c £ t < 10 с

aмин = 11 мрад

для t ³ 10 с

aмакс = 100 мрад = 0,1 рад

Большие значения максимального угла стягивания (aмакс) МВЭ не зависят от размера источника. Значение aмакс не зависит от времени экспозиции t (таблица 3) и для всех случаев составляет 100 мрад.

Промежуточные значения между минимальным углом стягивания и максимальным углом стягивания влияют на МВЭ из-за опасности теплового воздействия на сетчатку. Значения величин, выражаемых как энергетическая яркость и интегральная по времени яркость, обратно пропорциональны размеру источника. Для описания зависимости МВЭ от размера источника используется корректирующий коэффициент Сa:

Сa = aмин для a £ aмин;

Ca = a для aмин < a £ aмакс;

Ca = aмакс для aмакс < a.

Значения предельных углов стягивания необходимы для того, чтобы использовать согласование применения длительности экспозиции, т.е. aмин = 1,5 мрад для одиночных импульсов короче, чем 0,7 с, и aмин = 11 мрад для длительности экспозиции больше, чем 10 с.

Угол стягивания удлиненного источника определяется арифметическим значением максимальных и минимальных углов размера источника. Любой размер угла, больше чем aмин или меньше 1,5 мрад, должен лимитироваться aмин или 1,5 мрад соответственно вместо прежнего значения размера.

Угол стягивания источника определяется на расстоянии, при котором производится экспозиция. Наилучшее расстояние, при котором глаз человека способен резко фокусироваться, составляет 100 мм. При меньшем расстоянии изображение источника света будет не сфокусированным и смазанным. Но расстояние меньше 100 мм применяется, поэтому в этом стандарте оно используется для расчета угла стягивания источника.

4.6. Временная база

Любое необходимое согласование со значениями МВЭ базируется на ожидаемой длительности экспозиции. Когда наблюдаются яркие источники, имеющие яркость природных объектов более 104 кд/м2, предельным временем экспозиции будет 0,25 с. Когда МВЭ выражается в Дж/м2 и ожидается ее действие в течение 8 часов, это свидетельствует о том, что при нормальных экспозиционных условиях этого достаточно, чтобы интегрировать освещенность в ультрафиолетовой спектральной области в течение 8 часов и применить нормы восьмичасовой МВЭ.

4.7. Энергетическая яркость и энергетическая освещенность

В следующих разделах МВЭ характеризуется как энергетическая яркость (соответственно интегральная по времени энергетическая яркость), а в некоторых - как энергетическая освещенность (соответственно энергетическая экспозиция).

Чтобы рассчитать энергетическую освещенность по энергетической яркости при угле наблюдения e = 0 (см. 3.29), достаточно последнюю умножить на телесный угол Ω, связывающий источник с глазом

E = L · Ω.                                                               (21)

Эта формула предполагает малый телесный угол Ω. Более общее выражение будет таким

dE = L · dΩ.                                                             (22)

Для малого круглого источника между плоским углом a и телесным углом Ω существует следующее соотношение

                                                                 (23)

Это приводит к следующему соотношению между энергетической освещенностью и энергетической яркостью для угла стягивания a

                                                   (24)

Эквивалентные соотношения применяются для интегральной по времени яркости и энергетической экспозиции.

Примечание 1 - Прибор, определяющий энергетическую яркость по нормали, измеряет мощность излучения, проходящую через различные апертуры и в определенном заданном угле. В настоящем стандарте, когда применяются эти соотношения, МВЭ выражается через энергетическую яркость, телесный угол Ω при измерениях должен быть рассчитан с использованием aмин.

Примечание 2 - Когда величина МВЭ выражается энергетической яркостью по измеренной энергетической освещенности с использованием этих зависимостей, энергетическая освещенность должна быть измерена с телесным углом Ω, связанным с наименьшим размером источника a, но не больше, чем .

4.8. Максимально возможная экспозиция для глаза

4.8.1. Ультрафиолетовый спектральный диапазон

4.8.1.1. Спектральный диапазон между 180 и 400 нм

В спектральном диапазоне между 180 и 400 нм эффективная энергетическая освещенность Eeff и соответственно энергетическая экспозиция Heff рассчитываются по следующим формулам:

                                                    (25)

соответственно

                                                   (26)

где Eλ(λ) - спектральная энергетическая освещенность;

Нλ(λ) - спектральная энергетическая экспозиция;

S(λ) - относительная спектральная эффективность (приложение В и рисунок 5);

- спектральный интервал.

Рисунок 5 - Относительная спектральная эффективность S(λ)

Максимальная допустимая эффективная экспозиция излучения Heff равна

Heff = 30 Дж/м2.                                                            (27)

Для данной эффективной освещенности допустимое время экспозиции tмакс, в секундах, для экспозиции ультрафиолетового излучения в случае незащищенного глаза определяется по формуле

                                                            (28)

Время экспозиции можно также определить по таблице 4, в которой дана максимально допустимая эффективная освещенность для длительности экспозиции за день.

Таблица 4 - Максимально допустимая экспозиция УФ излучения

Длительность экспозиции за день

Максимально допустимая освещенность Eeff, В/м2

Длительность экспозиции за день

Максимально допустимая освещенность Eeff, В/м2

8 ч

0,001

5 мин

0,1

4 ч

0,002

30 с

1

2 ч

0,004

10 с

3

1 ч

0,008

5 с

6

30 мин

0,017

1 с

30

15 мин

0,033

0,5 с

60

10 мин

0,05

0,1 с

300

4.8.1.2. Спектральный диапазон между 315 и 400 нм

Максимально допустимая экспозиция полного излучения в восьмичасовой период в спектральный диапазон между 315 и 400 нм такая

Hуф = 104 Дж/м2.                                                          (29)

Примечание - В спектральном диапазоне от 315 до 400 нм ACGIH устанавливает энергетическую экспозицию 104 Дж/м2, ограниченную длительностью 1000 с, а при большей длительности - значение энергетической экспозиции 10 Дж/м2.

4.8.2. Видимый и инфракрасный спектральные диапазоны

Следующие три опасные функции могут быть названы так: тепловая опасность клетчатки, фотохимическая светло-голубая опасность клетчатки, радиационная инфракрасная опасность для роговицы и хрусталика. Наибольшее ограничение каждого из трех воздействий вносит источник излучения.

Значения максимально допустимой экспозиции 4.8.2.1 и 4.8.2.2 усреднены для стандартного диаметра зрачка по 4.3.

4.8.2.1. Тепловая опасность клетчатки (от 380 до 1400 нм)

Определение эффективной яркости LRTH источника для диапазона от 380 до 1400 нм производится по следующей формуле

                                                 (30)

где Lλ(λ) - спектральная энергетическая яркость;

Rλ(λ) - функция тепловой опасности клетчатки (см. приложение А и рисунок 6);

Dλ - спектральный интервал.

Чтобы защитить клетчатку глаза человека от вреда теплового воздействия, значение максимально допустимой эффективной яркости LRTH при длительности экспозиции t:

10 c < t                                               (31)

18 мкс £ t < 10 с                                         (32)

t < 18 мкс                                             (33)

где t - длительность экспозиции в секундах;

Ca - корректирующий коэффициент согласно 4.5 в радианах.

Рисунок 6 - Функция тепловой опасности клетчатки R(λ) и функция светло-голубой опасности клетчатки B(λ)

Максимально допустимая энергетическая яркость определяется с использованием этих функций в диапазоне длин волн между 1050 и 1150 нм для aмин и aмакс соответственно (рисунок 7).

Рисунок 7 - Зависимость максимально допустимой энергетической яркости от времени при значениях LIR и LRTH

Для любого источника со стягиваемым углом a большим, чем 0,1 рад, эти предельные значения рассчитываются так:

10 c < t                                             (34)

18 мкс £ t £ 10 c                                   (35)

t < 18 мкс                                              (36)

где t - время экспозиции в секундах.

Для инфракрасных источников со слабыми визуальными стимулами, неадекватными, чтобы произвести зрительное ощущение, эффективная инфракрасная энергетическая яркость LIR определяется по следующей формуле (слабый визуальный стимул здесь такой, у которого максимальная яркость, усредненная в круглом поле зрения с углом 0,011 рад, составляет меньше, чем 10 кд/м2)

                                                    (37)

где R(a) - весовая функция тепловой опасности клетчатки (см. приложение А и рисунок 6);

Lλ(λ) - спектральная энергетическая яркость источника.

Чтобы защитить клетчатку глаза человека от вреда теплового воздействия, значение максимально допустимой эффективной инфракрасной яркости LIR должно быть

t ³ 10 c                                                      (38)

где Сa - корректирующий коэффициент согласно 4.5 в радианах.

Вид функции для aмин и соответственно aмакс в диапазоне длин волн между 1050 и 1150 нм показан на рисунке 7.

Для длительности экспозиции короче 10 с применяют уравнения (32) и (33).

4.8.2.2. Фотохимическая светло-голубая опасность клетчатки (от 300 до 700 нм)

Определение эффективной светло-голубой энергетической яркости LB источника производится по следующей формуле

                                                  (39)

где Lλ(λ) - спектральная энергетическая яркость и весовая функция светло-голубой опасности (см. приложение А и рисунок 6).

Чтобы защитить клетчатку глаза человека от вреда воздействия светло-голубого излучения, значение максимально допустимой эффективной инфракрасной яркости LB должно быть:

t £ 10000 c                                              (40)

где t - время экспозиции в секундах, и

t > 10000 с                                                    (41)

Примечание - Для длительности экспозиции короче 10 с предельные значения тепловой опасности клетчатки LRTH обычно меньше, чем предельные значения для светло-голубой опасности.

Когда (32) не удовлетворяет испытаниям, максимальная длительность tмакс определяется по формуле

                                                      (42)

Для определения эффективной светло-голубой освещенности EB пользуются следующей формулой

                                                (43)

где Eλ(λ) - спектральная энергетическая освещенность,

B(λ) - весовая функция светло-голубой опасности сетчатки (см. приложение А и рисунок 6) и

Dλ - спектральный интервал.

Чтобы защитить клетчатку глаза человека от вреда воздействия светло-голубого излучения при угле стягивания источника a < 0,011 рад, значение максимально допустимой эффективной светло-голубой энергетической освещенности LB должно быть:

t £ 10000 с                                                (44)

t > 10000 с                                                   (45)

где t - длительность экспозиции в секундах.

Когда проводить расчеты длительности по формуле (44) не представляется возможным, это время tмакс определяется по формуле

                                                           (46)

4.8.2.3. Инфракрасная радиационная опасность для роговицы и хрусталика глаза (от 780 до 3000 нм)

Чтобы избежать опасности теплового воздействия на роговицу и по возможности уменьшить воздействие на хрусталик глаза (вызывающее катаракту), в спектральном диапазоне между 780 и 3000 нм полную энергетическую освещенность EIR ограничивают:

t ³ 1000 c EIR = 100 Вт/м2;                                                 (47)

t < 1000 c                                                 (48)

где t - длительность экспозиции в секундах.

При холодной окружающей среде эти пределы могут быть увеличены до 400 Вт/м2 при 0 °C и 300 Вт/м2 при 10 °C, когда инфракрасные источники используют тепловое излучение.

Значения максимально допустимой экспозиции этого раздела усреднены для стандартного диаметра зрачка по 4.3, однако апертуру измерений выбирают согласно таблице 2.

4.8.3. Общее представление о максимально возможной экспозиции глаз

Таблица 5 дает общее представление о значениях максимально возможной экспозиции для глаза.

Таблица 5 - Максимально возможная экспозиция глаза

Свойство и весовые функции

Длина волны λ, нм

Длительность экспозиции t, с

10-9 - 1,8 · 10-5

1,8 · 10-5 - 10

10 - 103

103 - 104

104 - 3 · 104

180 до 400

30 Дж/м2

315 до 400

104 Дж/м2

300 до 700

1 · 106/t, Вт/м2 · ср

380 до 1400

780 до 1400 Яркость < 10 кд/м2

780 до 3000

100 Вт/м2

4.9. Максимально возможная экспозиция для кожи

4.9.1. Ультрафиолетовый спектральный диапазон (от 180 до 400 нм)

В ультрафиолетовом спектральном диапазоне между 180 и 400 нм эффективная энергетическая освещенность Eeff, соответственно экспозиция излучения Heff рассчитываются по следующим весовым формулам:

                                                  (49)

соответственно

                                                 (50)

где Eλ(λ) - спектральная освещенность;

Hλ(λ) - спектральная экспозиция излучения;

S(λ) - относительная спектральная эффективность (см. приложение В и рисунок 5);

Dλ - спектральный интервал.

Максимальная допустимая эффективная экспозиция излучения Heff равна

Heff = 30 Дж/м2.                                                           (51)

Для данной эффективной освещенности допустимое время экспозиции tмакс в секундах для экспозиции ультрафиолетового излучения в случае незащищенной кожи определяется так

                                                         (52)

Время экспозиции можно также определить по таблице 4.

4.9.2. Видимый и инфракрасный спектральные диапазоны

Чтобы защитить кожу от теплового вредного воздействия в спектральном диапазоне между 380 и 3000 нм, максимальная возможная экспозиция H для длительности экспозиции t < 10 с должна быть равна

H = 2 · 104 · t1/4 Дж/м2,                                                     (53)

где t - длительность экспозиции в секундах. Этот предел предохраняет от тепловых ожогов кожи.

Не установлен предел для длительности экспозиции более 10 с, поэтому нормальная реакция организма будет определять предел действия излучения. Предельные значения длительностей экспозиции доминируют при тепловых воздействиях.

4.10. Фотометрические свойства

Для некоторых источников излучения эмиссия характеризуется фотометрическими свойствами (обычно для фотопического зрения). Если эмиссия главным образом монохроматическая, то соответствующее радиометрическое свойство может быть рассчитано через фотометрические свойства с учетом относительной спектральной эффективности V(λ) (см. приложение С) и максимальной спектральной эффективности излучения Kм (см. 3.27). Для широкополосных источников этот расчет невозможен, если спектральное распределение эмиссии неизвестно.

5. Измерения

5.1. Условия измерений

Измерения должны проводиться при следующих условиях:

5.1.1. Точки в пространстве, доступные человеку в условиях экспозиции, необходимо предвидеть и оценить их степень риска.

Когда устанавливается экспозиция для глаза в диапазоне длин волн от 380 до 1400 нм, минимальное расстояние измерительной апертуры от видимого источника должно быть увязано с минимальным расстоянием наблюдателя при измерениях. Однако оно не должно быть меньше 100 мм. Угол стягивания a должен определяться на некотором расстоянии от действительного источника.

5.1.2. Приемник излучения измерительного прибора так располагают и так ориентируют, чтобы получить максимальный результат регистрации излучения и усреднить результаты по круглому водному пятну измерительной апертуры согласно таблице 2.

5.1.3. При нахождении LRTH и LIR в случае видимых источников с углом стягивания a больше, чем aмин, при расчете МВЭ круглая измерительная апертура диаметром 7 мм (см. также 4.2 и 4.3) и эффективный угол приближаются к aмин. Для определения горячего пятна его надо сканировать.

5.1.4. При нахождении LRTH и LIR в случае видимых источников с углом стягивания a меньше, чем aмин, при расчете МВЭ круглая измерительная апертура диаметром 7 мм (см. также 4.2 и 4.3) и эффективный угол приближаются к aмин.

5.1.5. Время, зависимое от aмин, необходимо только при расчетах времени экспозиции между 0,7 с и 10 с, где оно является влияющей величиной. В большинстве случаев будет достаточно применять источники со следующими двумя углами: 1,5 мрад и 11 мрад.

5.1.6. Светло-голубая опасность сетчатки должна определяться с углами, равными aмин. Так как светло-голубая опасность сетчатки наиболее заметна при больших временах экспозиции (больше, чем 10 с), в большинстве случаев достаточно использовать источник с углом приема 11 мрад.

5.1.7. В случае, когда источник состоит из множества точек или линий или источник неравномерного излучения с углом стягивании больше aмин и работает в диапазоне длин волн от 380 до 1400 нм, при измерении или нахождении тепловой опасности клетчатки необходимо измерять каждую точку или группу точек, чтобы быть уверенным в выполнении ограничений МВЭ для каждого угла a каждого участка излучения, где aмин £ a £ aмакс также хорошо отвечает согласованным требованиям во всех возможных положениях и не превышает aмакс.

5.1.8. Для нахождения МВЭ величина стягиваемого источником угла a определяется значением наименьшего и наибольшего размера источника. В расчетах наименьшее значение никогда не берется меньше, чем aмин, а наибольшее значение никогда не берется больше, чем aмакс.

5.1.9. МВЭ в диапазоне длин волн от 380 до 1400 нм в приложении к коже определяется приемником, имеющим отсчеты, пропорциональные косинусу угла падающего излучения.

5.2. Методы измерений

Методы измерений, описанные далее, являются по возможности упрощенными методами. Могут использоваться любые другие эквивалентные методы. В этих измерениях должны использоваться подходящие измерительные средства с известными неопределенностями измерений.

5.2.1. Измерение (интегральной по времени) энергетической яркости

Как дано в определении, (интегральная по времени) энергетическая яркость L (Li) может быть определена (рисунок 8) измерением мощности излучения, проходящего через заданную апертуру измерений, имеющую площадь A, найденную на расстоянии измерений. Плоский угол обусловливает часть излучения источника, в которой излучение усредняется. Этот плоский угол aа фактически определяет согласованный телесный угол Ω измеряемого места. Для малых круглых источников может быть использовано уравнение (23) для соотношения плоского угла a и телесного угла Ω.

Рисунок 8 - Условия измерения для определения (интегральной по времени) яркости

Яркость источника рассчитывается через мощность излучения P, проходящего через апертуру измерений, имеющую площадь A и телесный угол Ω

L = P/(Ω · A).                                                             (54)

Интегральная по времени яркость Li измеряется тем же путем, однако вместо измерения мощности излучения P измеряют энергию излучения Q

L = Q/(Ω · A).                                                             (55)

5.2.2. Измерение размеров видимого источника

5.2.2.1. Открытые источники

В большинстве случаев физические размеры источников излучения известны. В этих случаях размеры видимого источника равны размерам источника.

Когда размеры источника неизвестны и источник не поддается измерениям, источник изображается, например, линзой. Как пример, такой метод показан на рисунке 9. Линза с фокусным расстоянием f имеет диаметр, достаточный, чтобы перехватывать полную испускаемую радиацию источника. В случаях, где это невозможно, минимальный диаметр dl линзы получается из следующего соотношения

dl = 7 мм · (g/100 мм),                                                     (56)

где g - расстояние от (первая главная плоскость) линзы до источника. Эти размеры показаны на рисунке 9.

Рисунок 9 - Определение угла стягивания источника

Если b - расстояние от изображения до (вторая главная плоскость) линзы, то диаметр d источника определится соотношением

d = d' · (g/b),                                                            (57)

где d' - диаметр изображения в плоскости изображения. Для определения d' следует руководствоваться методами 5.2.2.3 и 5.2.2.4.

5.2.2.2. Комбинация источник/линза

Если излучатель состоит из соединения источника и оптического элемента (например, линза и/или зеркало), то расстояние от источника до линзы, фокусное расстояние оптического элемента и положение действительной плоскости оптического элемента неизвестны. В этом случае можно использовать рисунок 10, чтобы определять угол, стягиваемый источником. Диаметр второй линзы должен быть больше, чем диаметр комплекта излучателя. Для определения d' следует пользоваться методами 5.2.2.3 и 5.2.2.4.

Увеличение М источника определяется как , где f0 - фокусное расстояние линзы комплекта излучателя, а a - расстояние между правой и соответственно левой главной плоскостью двух линз. Определение размера изображения d' с линзами разного фокусного расстояния f и различного расстояния a между двумя линзами осложнено тем, что имеется две неизвестных величины f0 и d, которые должны быть установлены. Если a достаточно большое, то нет необходимости определять отдельно точное положение главной плоскости в неизвестной линзе, так как это едва ли внесет вклад в погрешность измерений.

Рисунок 10 - Определение угла стягивания источника

5.2.2.3. Источник с круговой симметрией

Приемная система используется с круглой апертурой перед ней. При измерениях диаметр приемника и апертура должны быть больше изображения источника. При измерении полной мощности эта сборка располагается в плоскости изображения источника и центрирована относительно оптической оси.

Диаметр апертуры уменьшается до тех пор, пока проходящая через апертуру мощность не станет равной 63 % полной мощности. Рекомендуется повторять измерение диаметра пучка несколько раз. Диаметр апертуры этого положения определяет диаметр пучка в этом положении. Измеряется только минимальный диаметр изображения, если апертура позиционируется в плоскости резкого изображения источника. Рекомендуется повторять измерения диаметра пучка несколько раз в разных местах пространства предполагаемого положения плоского изображения.

5.2.2.4. Удлиненные источники

В случае прямоугольного и другого удлиненного источника метод определения размера пучка соответствует методу круглых источников. Однако вместо круглой апертуры используется прямоугольная апертура, если она перекрывает 63 % полной проходящей мощности. Такие некруговые источники обычно имеют два предпочтительных направления, в которых стороны прямоугольника параллельны. Предпочтительное направление определяется наименее возможным пучком по ширине и ортогональному направлению. Предпочтительные направления определяются с самого начала; это может быть сделано поворотом щели в плоскости, перпендикулярной плоскости распространения пучка.

Для того чтобы определить наименее возможную неперпендикулярность, которая определяет 63 % полной мощности, рекомендуется использовать повторяющийся метод. При измерении полной мощности прямоугольная апертура в плоскости приемника должна быть достаточно большой, но не влиять на предельное значение мощности, проходящей в любом другом направлении. Приемник и прямоугольный пучок должны быть центрированы по оптической оси в направлении распространения пучка. Теперь ширина прямоугольника может быть уменьшена в одном размере до корня квадратного из 0,63, т.е. 0,79 полной мощности, проходящей через прямоугольник. Для того чтобы проверить центрирование прямоугольной апертуры к пучку в случае источника неравномерной яркости, прямоугольник следует передвигать и поворачивать в разных направлениях. Эта процедура повторяется до тех пор, пока наименее возможная ширина будет обнаружена.

Такая же процедура должна быть повторена для второй предполагаемой стороны прямоугольника.

Обе операции повторяются до тех пор, пока результаты определения ширины и длины изображения источника (прямоугольного) не будут изменяться.

5.2.3. Определение стягиваемого угла

Стягиваемый угол определяется на расстоянии, которое предполагается использовать при установлении экспозиции от видимого источника. Это расстояние должно быть не меньше 100 мм.

Стягиваемый угол источника определяется отношением диаметра источника d к расстоянию наблюдения. Минимальное значение расстояния наблюдения задается предполагаемым минимальным значением расстояния аккомодации и равно 100 мм. В случае удлиненного источника устанавливаются два стягиваемых угла: один для короткого размера, а другой - для длинного размера. На рисунке 9 угол a стягивается изображением, получаемым линзой, и может быть определен так

a = arctg(d'/b).                                                               (58)

Это может быть углом, который стягивается глазом, если расстояние видимости будет g. Стягиваемый угол варьируется расстоянием видимости g':

a = (d'/b) · (g/g').                                                          (59)

На рисунках 9 и 10 угол a стягивается изображением, получаемым линзой, и может определяться a = d'/b.

Приложение A

Спектральная функция светло-голубой опасности и тепловой опасности клетчатки согласно ICNIRP

Длина волны, нм

Функция В(λ) светло-голубой опасности

Функция R(λ) тепловой опасности клетчатки

300 - 380

0,01

-

380

0,01

0,1

385

0,013

0,13

390

0,025

0,25

395

0,05

0,5

400

0,10

1,0

405

0,20

2,0

410

0,40

4,0

415

0,80

8,0

420

0,90

9,0

425

0,95

9,5

430

0,98

9,8

435

1,00

10,0

440

1,00

10,0

445

0,97

9,7

450

0,94

9,4

455

0,90

9,0

460

0,80

8,0

465

0,70

7,0

470

0,62

6,2

475

0,55

5,5

480

0,45

4,5

485

0,40

4,0

490

0,22

2,2

495

0,16

1,6

500

0,10

1,0

> 500 - 600

100,02 · (450 - λ)*

1

> 600 - 700

0,001

1

> 700 - 1050

-

100,002 · (700 - λ)*

> 1050 - 1150

-

0,2

> 1150 - 1200

-

0,2 · 100,02 · (1150 - λ)*

> 1200 - 1400

-

0,02

* Длина волны λ, нм.

Приложение B

Пределы ультрафиолетовой экспозиции и спектральных весовых функций согласно ICNIRP

Длина волны, нм

Максимально возможная экспозиция, Дж/м2

Относительная спектральная эффективность S(λ)

Длина волны, нм

Максимально возможная экспозиция, Дж/м2

Относительная спектральная эффективность S(λ)

180

2500

0,012

310

2000

0,015

190

1600

0,019

313

5000

0,0060

200

1000

0,030

315

10000

0,0030

205

590

0,051

316

13000

0,0024

210

400

0,075

317

15000

0,0020

215

320

0,095

318

19000

0,0016

220

250

0,120

319

25000

0,0012

225

200

0,150

320

29000

0,0010

230

160

0,190

322

45000

0,00067

235

130

0,240

323

56000

0,00054

240

100

0,300

325

60000

0,00050

245

83

0,360

328

68000

0,00044

250

70

0,430

330

73000

0,00041

254

60

0,500

333

81000

0,00037

255

58

0,520

335

88000

0,00028

260

46

0,650

340

110000

0,00028

265

37

0,810

345

130000

0,00024

270

30

1,000

350

150000

0,00020

275

31

0,960

355

190000

0,00016

280

34

0,880

360

230000

0,00013

285

39

0,770

365

270000

0,00011

290

47

0,640

370

320000

0,000093

295

56

0,540

375

390000

0,000077

297

65

0,460

380

470000

0,000064

300

100

0,300

385

570000

0,000053

303

250

0,120

390

680000

0,000044

305

500

0,060

395

830000

0,000036

308

1200

0,026

400

1000000

0,000030

Приложение C

Относительная спектральная световая эффективность согласно МЭК

Длина волны, нм

Относительная спектральная световая эффективность фотопического зрения V(λ)

Длина волны, нм

Относительная спектральная световая эффективность фотопического зрения V(λ)

380

0,0000

580

0,870

390

0,0001

590

0,757

400

0,0004

600

0,631

410

0,0012

610

0,503

420

0,0040

620

0,381

430

0,0116

630

0,265

440

0,023

640

0,175

450

0,038

650

0,107

460

0,060

660

0,061

470

0,091

670

0,032

480

0,139

680

0,017

490

0,208

690

0,0082

500

0,323

700

0,0041

510

0,503

710

0,0021

520

0,710

720

0,00105

530

0,862

730

0,00052

540

0,954

740

0,00025

550

0,995

750

0,00012

555

1,0002

760

0,00006

560

0,995

770

0,00003

570

0,952

780

0,000015

Приложение D

Спектр действия

Биоэффективная мера чувствительности глаза и кожи к ультрафиолетовому и инфракрасному излучению значительно отличается по длине волны. Следовательно, различие «спектра действия» проявляется в установлении зависимости от дозы. В фотобиологии термин «спектр действия» - это относительная спектральная эффективность на различных длинах волн, вызывающая биологический эффект. МВЭ в настоящем стандарте устанавливает «пакет безопасных режимов» различных спектров действия. В УФ-излучении кривая спектра действия содержит безопасные режимы, например порог экспозиционной дозы (энергетической экспозиции) в диапазоне возможного возникновения минимальной эритемы и кератоконъюнктивитов. Взаимодействие означает, что энергетическая освещенность E и длительность экспозиции t имеют взаимные влияния, а постоянное произведение E и t (т.е. экспозиция излучения H) определяет данный эффект. Там, где биологические эффекты вызываются разными спектрами действия, необходимо оценивать их отдельно по данным, которые здесь представлены.

Директива по безопасным режимам имеет некоторый запас по безопасности, чтобы защитить всех, в том числе индивидуумов с повышенной чувствительностью. Точное значение этого запаса не может быть дано, но для персон со светлой пигментацией оно варьируется примерно от 3 до 20 единиц спектральной плотности излучения.

D.1. Эритема (кожи)

Порог чувствительности для эритемы (например, покраснение кожи от солнечного ожога) зависит от анатомического строения, длины волны и времени между экспозицией и реакцией. Кроме того, различия в значении меры чувствительности должны устанавливаться по отличительным признакам в клинических условиях, при которых минимальная эритема определяется с помощью радиометрической измерительной техники. Эритема есть нормальная фотохимическая реакция кожи на чрезмерное воздействие излучения в УФ-С и УФ-В диапазонах. УФ-А, добавленная к УФ-В, может значительно увеличить эритемную реакцию. Этот синергический эффект двух спектральных диапазонов известен как фотоаугментация.

Спектр действия для различных уровней эритемы очень различен. При наиболее жестком случае эритемы максимум чувствительности находится между 290 и 300 нм. Минимальная эритемная доза (МЭД) по публикациям [6 - 8] для чистой кожи светлой пигментации составляет от 60 до 300 Дж/м2. Эти данные МЭД предлагают для этого типа кожи предельное значение экспозиции приблизительно в от 1,3 до 6,5 раз меньше, чем значения МЭД. Пигментация кожи и «кондиционирование» (утолщение слоя роговицы и дубление) могут увеличить МЭД на несколько единиц по абсолютной величине.

Экспериментальный спектр действия для разного типа кожи представлен в таблице D.1. Когда значение взвешивается относительным спектром действия, мера чувствительности дозы по абсолютной величине должна быть 250 Дж · м-2.

Значение максимальной допустимой экспозиции в настоящем стандарте основано на значениях для чувствительности кожи.

Таблица D.1 - Относительный спектр действия для формирования эритемы

Диапазон длин волн, нм

Относительный спектр действия для чувствительной кожи

Относительный спектр действия для среднечувствительной кожи

250 - 290

1

> 298 - 328

100,094 · (298 - λ)*

> 328 - 380

100,015 (140 - λ)*

100,029 · (230 - λ)*

* Длина волны λ, нм.

D.2. Пигментация (кожи)

Ультрафиолетовое излучение обычно вызывает пигментацию кожи (дубление). Пигментация восстанавливает чувствительность кожи к УФ-излучению поглощением радиации пигментом кожи.

Экспериментальный спектр действия для разных типов кожи представлен в таблице D.2. Когда значение взвешивается относительным спектром действия, мера чувствительности дозы по абсолютной величине должна быть 450 Дж · м-2.

Таблица D.2 - Относительный спектр действия для пигментации

Диапазон длин волн, нм

Относительный спектр действия для чувствительной кожи

Относительный спектр действия для среднечувствительной кожи

250 - 290

1

> 298 - 328

100,094 · (298 - λ)*

> 328 - 380

100,015 · (155 - λ)*

100,0077 · (4 + λ)*

* Длина волны λ, нм.

D.3. Преждевременное старение кожи и рак кожи

Чрезмерные повторные экспозиции ультрафиолетового излучения от солнца или от ультрафиолетовых облучателей могут привести к преждевременному старению кожи, скорее всего потому, что увеличивается риск развития кожных опухолей. Относительная эффективность различных длин волн, вызывающая преждевременное старение кожи и кожные опухоли, в настоящее время детально не известна. Однако изучение на животных указывает на то, что спектр действия для немеланомного типа кожи может способствовать доброкачественным опухолям за счет спектра действия эритемы. Экспериментальные изучения кожи мышей указывают на то, что УФ-В, как и УФ-А, комплектуют онкогенное вещество, имеющее отношение к сквамозному раку кожи с высочайшей эффективностью в УФ-В диапазоне. Различные эксперименты последних лет показывают, что ожоги солнца, особенно в детстве, но также в состоянии зрелости, провоцируют риск злокачественной меланомы кожи. Злокачественная меланома наиболее летальная форма рака кожи. Точная количественная доза воздействия для разных форм рака кожи до сих пор не установлена. Имеют место индивидуальные особенности человека. Определенные фенотипы с низкосортной кожей, обладающие слабой способностью проявлять пигментацию и так далее, более предрасположены для развития рака кожи.

D.4. Фотокератоконъюнктивит (глаз)

Актиничное УФ-излучение (УФ-В и УФ-С) сильно поглощается роговой оболочкой глаза и конъюнктивой (слизистая оболочка глаза). Передозировка этих тканей является причиной фотокератоконъюнктивита, как правило, от вспышки дуги сварочного агрегата, дуговых ламп и т.д. Конъюнктивиты имеют тенденцию развиваться медленно и сопровождаются эритемой кожи лица, окружающей веки. Некоторые люди имеют ощущение постороннего тела или песка в глазах, что может квалифицироваться как фотофобия (светобоязнь), слезотечение и тонический блефароспазм различной степени тяжести. Острые симптомы продолжаются от 6 до 74 часов, и дискомфорт исчезает обычно в течение 48 часов. Установленные требования по предельной экспозиции на длинах волн между 180 и 305 нм примерно от 1,3 до 4,6 раз меньше, чем порог минимального изменения [9].

Максимальная чувствительность человеческого глаза проявляется на 270 нм. Отклик на длинах волн (относительный спектр действия) между 220 и 310 нм не очень большой, как при эритеме с мерой чувствительности от 4 до 140 Дж/м2. Повреждения роговицы в диапазоне длин волн УФ-А не наблюдаются при требуемом уровне, не превышающем 140 Дж/м2.

D.5. Катаракта (глаз)

Длины волн больше 295 нм могут проходить через роговицу и поглощаться хрусталиком глаза. Временное и постоянное помутнения хрусталика глаза (катаракты) могут быть вызваны у кроликов и обезьян при экспозиции УФ-излучения, имеющего длины волн в интервале от 295 до 320 нм. Мера чувствительности к временному помутнению весьма значительно зависит от длины волны [10], при экспозиции от 1,5 до 140 Дж/м2. Пороги для долговременных помутнений обычно в два раза превышают пороги для преходящих помутнений.

Также известны случаи образования катаракты (наведенная катаракта) при длительном воздействии теплового излучения с высоким уровнем инфракрасного излучения. Чтобы избегать возможных замедленных эффектов на хрусталике глаза, полная энергетическая освещенность при длинах волн больше 780 нм должна лимитироваться 100 В/м2 для очень длинной (> 1000 с) экспозиции. Повышение температуры в глазу содействует появлению катаракты от инфракрасного излучения. Энергия, поглощенная роговицей, радужной оболочкой и хрусталиком глаза, способствует подъему температуры. Это повышение должно быть меньше, чем 1 К.

D.6. Ретинальное фотохимическое повреждение (глаз)

При экспозиции голубого света, главным образом в диапазоне длин волн меньше 500 нм, известны случаи фотохимического повреждения сетчатки. Этот эффект описывается функцией светло-голубой опасности (см. приложение А).

Библиография

[1]

ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienist), 1997 TLVs and BEIs; Threshold limit values for chemical substances and physical agents; Biological Exposure Indices, Cincinnati, ACGIH, 1997

[2]

Duchêne A. S. e. a. IRPA (International Radiation Protection Association) Guidelines on protection against non-ionising radiation//Pergamon Press - New York, 1991

[3]

INCIRP (International Comission on Non-Ionising Radiation Protection): Guidelines of limits of exposure to broad-band incoherent optical radiation (0,38 to 3 µm)//Health Physics 73 (1997) - 539 - 554

[4]

IRPA/INIRC (International Non-Ionising Radiation Committee): Guidelines on limits of exposure to ultraviolet radiation of wavelengths between 180 nm and 400 nm (Incoherent optical radiation)//Health Physics - Vol. 49 (1985), 331 - 340 and 56 (1989) - 971 - 972

[5]

Reeves P., JOSA 4, 35 - 43 (1920)

[6]

Everet M.A., Olson R.L, Sayer R.M. Ultraviolet erythema//Arch. Dermatol. 92 (1965) - 713 - 729

[7]

Freeman R.G., Owens D.W., Knox J.M., Hudson H.T. Relative energy requirements for an erythemal response of the skin to monochromatic wavelengths for ultraviolet present in the solar spectrum//J. Invest. Dermatol. 47 (1966) - 586 - 592

[8]

Parrish J.A., Jaenicke K.F., Anderson R.R. Erythema and melanogenesis action spectra of normal human skin//Photochem. Photobiol. 36 (1982) - 187 - 191

[9]

Pitts D.G., Tredici T.J. The effects ultraviolet on the eye//Am. Ind. Hyg. Ass. J. 32 (1971) - 235 - 246

[10]

Pitts D.G., Cullen A.P., Hacker P.D. Ocular ultraviolet effects from 295 nm to 400 nm in the rabbit eye//Nat. Inst. Occ. Safety and Health, Cincinnati, OH contract CDC-99-74-12, DHEW (NIOSH) Publ. - No. 77 - 175

 

Ключевые слова: лазер, лазерное излучение, мощность, энергия, испытание, измерение, опасные для жизни, максимально допустимая экспозиция, некогерентное оптическое излучение, условия измерений, опасность для глаз и кожи, стягиваемый угол, апертура, видимый размер, когерентность, опасные излучения, длительность экспозиции, УФ-видимое-ИК излучение, энергетическая освещенность, малый и большой источник, яркость, коэффициент отражения

 

.
Помните!
Вся полученная прибыль с сайта идет на развитие проекта, оплату услуг хостинг-провайдера, еженедельные обновления базы данных СНИПов, улучшение предоставлямых сервисов и услуг портала.
Скачайте «ГОСТ Р МЭК/ТО 60825-9-2009. Безопасность лазерной аппаратуры. Часть 9. Компиляция максимально допустимой экспозиции некогерентного оптического излучения» и внесите свой малый вклад в развитие сайта!