ЛЕКЦИЯ 5 4 страница

 

 

Приложение 1

 

ПЕРЕЧЕНЬ

ГОСУДАРСТВЕННЫХ СТАНДАРТОВ И ДРУГИХ НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ

 

ГОСТ 8.357-79 Средства измерения параметров лазерного излучения. Диапазоны энергетические, спектральные, временные.

ГОСТ 12.0.001-82 ССБТ. Основные положения.

ГОСТ 12.0.002-80 ССБТ. Термины и определения.

ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация.

ГОСТ 12.1.001-83 ССБТ. Ультразвук. Общие требования безопасности.

ГОСТ 12.1.002-84 ССБТ. Электрические поля промышленной частоты.

ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности.

ГОСТ 12.1.004-85 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.

ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

ГОСТ 12.1.006-84 ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот.

ГОСТ 12.1.010-76 ССБТ. Взрывобезопасность. Общие требования.

ГОСТ 12.1.007-76 CCБT. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности.

ГОСТ 12.1.014-84 ССБТ. Воздух рабочей зоны. Метод измерения концентрации вредных веществ индикаторными трубками.

ГОСТ 12.1.016-79 ССБТ. Воздух рабочей зоны. Требования к методикам измерения концентрации вредных веществ.

ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты.

ГОСТ 12.1.029-80 ССБТ. Средства и методы защиты от шума. Классификация.

ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление.

ГОСТ 12.1.040-83 ССБТ. Лазерная безопасность. Общие положения.

ГОСТ 12.1.042-84 ССБТ. Вибрация. Методы измерения на рабочих местах.

ГОСТ 12.1.043-84 ССБТ. Вибрация. Методы измерения на рабочих местах в производственных помещениях.

ГОСТ 12.2.003-74 ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности.

ГОСТ 12.2.007.0-75 ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности.

ГОСТ 12.2.007.3-75 ССБТ. Электротехнические устройства на напряжение свыше 1000 В. Требования безопасности.

ГОСТ 12.2.049-80 ССБТ. Оборудование производственное. Общие эргономические требования.

ГОСТ 12.2.061-81 ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности.

ГОСТ 12.3.002-75 ССБТ. Процессы производственные. Общие требования безопасности.

ГОСТ 12.4.001-80 ССБТ. Очки защитные. Термины и определения.

ГОСТ 12.4.003-80 ССБТ. Очки защитные. Типы.

ГОСТ 12.4.009-83 ССБТ. Пожарная техника для защиты объектов. Основные виды. Размещение и обслуживание.

ГОСТ 12.4.011-87 ССБТ. Средства защиты работающих. Общие требования и классификация.

ГОСТ 12.4.012-83 ССБТ. Вибрация. Средства измерения.

ГОСТ 12.4.013-85 ССБТ. Очки защитные. Общие технические условия.

ГОСТ 12.4.023-84 ССБТ. Щитки защитные лицевые. Общие технические требования и методы контроля.

ГОСТ 12.4.026-76 ССБТ. Цвета сигнальные и знаки безопасности.

ГОСТ 12.4.115-82 ССБТ. Средства индивидуальной защиты работающих. Общие требования к маркировке.

ГОСТ 12.4.120-83 ССБТ. Средства коллективной защиты от ионизирующего излучения.

ГОСТ 12.4.123-83 ССБТ. Средства коллективной защиты от ИК излучения. Общие технические требования.

ГОСТ 12.4.125-83 ССБТ. Средства коллективной защиты работающих от воздействия механических факторов. Классификация.

ГОСТ 12.4.153-85 ССБТ. Очки защитные. Номенклатура показателей качества.

ГОСТ 7601-78 Физическая оптика. Термины, буквенные обозначения и определения основных величин.

ГОСТ 9411-81Е Стекло цветное оптическое. Технические условия.

ГОСТ 15093-75 Изделия квантовой электроники. Лазеры и устройства управления лазерным излучением. Термины и определения.

ГОСТ 16948-79 Источники света искусственные. Методы определения плотности потока энергии УФ излучения.

ГОСТ 19605-74 Организация труда. Основные понятия. Термины и определения.

ГОСТ 20445-75 Здания и сооружения промышленных предприятий. Метод измерения шума на рабочих местах.

ГОСТ 24286-88 Фотометрия импульсная. Термины и определения.

ГОСТ 24453-80 Измерения параметров и характеристик лазерного излучения. Термины, определения и буквенные обозначения величин.

ГОСТ 24469-80 Средства измерения параметров лазерного излучения. Общие технические требования.

ГОСТ 24940-81 Здания и сооружения. Метод измерения освещенности.

ГОСТ 25811-83 Средства измерений средней мощности лазерного излучения. Типы. Основные параметры. Методы измерений.

ГОСТ 26086-84 Лазеры. Методы измерения диаметра пучка и энергетической расходимости лазерного излучения.

ГОСТ 26148-84 Фотометрия. Термины и определения.

СН 245-71 Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий.

Нормы радиационной безопасности НРБ-76/87.

Санитарные нормы ультрафиолетового излучения № 4557-88.

Санитарные нормы микроклимата производственных помещений № 4080-86.

СНиП II-4-79 Нормы проектирования. Естественное и искусственное освещение.

Санитарные правила работы с источниками неиспользуемого рентгеновского излучения № 1960-79.

Санитарные нормы допустимых уровней шума на рабочих местах № 3223-85.

Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ). Москва. Атомиздат. 1972.

Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей (ПТБ). Москва. Атомиздат. 1972.

 

 

Приложение 2

 

ПРИМЕРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ УРОВНЕЙ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И КЛАССОВ ЛАЗЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ

 

П2.1. Определение ПДУ и классов лазеров

Пример 1.

Одномодовый лазер на молекулярном азоте с длиной волны излучения 337,1 нм генерирует непрерывную последовательность равных по амплитуде импульсов с частотой F_и = 5 · 10³ Гц. Длительность отдельного импульса t _и = 5 нс. Диаметр пучка вблизи выходного зеркала лазера по уровню интенсивности ехр(-2) равен d_п = 3 · 10^-3 м. Средняя мощность излучения = 0,5 Вт.

Найти предельно допустимые энергетические параметры излучения и определить класс лазера.

а) ПДУ однократного облучения глаз.

Для определения ПДУ необходимо знать максимальную длительность воздействия t. При случайном воздействии на глаза излучения УФ диапазона спектра (180-380 нм) эта величина принимается равной 10 с (как и при воздействии на кожу).

Таким образом, задача сводится к определению или серии импульсов с заданными параметрами при длительности воздействия 10 с.

Определяем в соответствии с п.3.8.2 как наименьшее из значений Е ₁ и Е ₂.

(2П.1)

Значения Н_пду (t _и) и Е_пду (t) задаются п.3.2 (табл.3.1, рис.3.1 и 3.2) и составляют, соответственно, 37 Дж·м^-2 и 800 Вт·м^-2.

Число импульсов в серии определяется по формуле:

N = F_и t + 1 (2П.2)

В общем случае величина N, вычисленная по формуле (2П.2), округляется до ближайшего меньшего целочисленного значения.

Для рассматриваемых условий N = 5 · 10⁴. Тогда, в соответствии с формулами (2П.1), сравнивая E ₁ = 800 Вт·м^-2 и E ₂ = 830 Вт·м^-2, получаем, что предельно допустимое значение облученности при однократном воздействии на глаза серии импульсов рассматриваемого лазерного излучения следует принять равным Е ₁.

= 800 Вт·м^-2

Соответствующее значение энергетической экспозиции равно

Дж·м^-2

Для УФ диапазона спектра нормируемой величиной является также суточная доза H ^S(3·10⁴), которая, в соответствии с таблицей 3.2, не должна превышать 8 · 10³ Дж·м^-2. Рассчитанная выше величина равна ; таким образом, условие 8) п.3.2.2 выполняется.

В общем случае, если расчетная величина больше , ее следует уменьшить до значения и соответственно откорректировать величину .

б) ПДУ для однократного облучения кожи.

Время случайного воздействия на кожу излучения УФ, видимого ИК диапазонов, в соответствии с действующими международными нормами, принимается равным 10 с.

Таким образом, так же как и для глаз, расчетное значение составляет 800 Вт·м^-2, а - 8 · 10³ Дж·м^-2.

В рассматриваемом случае значение равно суточной дозе, т.е. является предельным. Любое повторное облучение кожи недопустимо.

в) ПДУ при хроническом воздействии на глаза и кожу

В соответствии с п.3.3, при хроническом воздействии предельно допустимое значение облученности составит 80 Вт·м^-2, а соответствующее значение предельно допустимой энергетической экспозиции за время t = 10 с - 800 Дж·м^-2.

Максимальная суточная доза также составляет 800 Дж·м^-2. Следовательно, при рассматриваемых условиях для одного работающего допустимо проведение не более одной производственной операции продолжительностью 10 с в течение суток.

Если практические условия требуют проведения нескольких производственных операций в течение рабочего дня, предельно допустимая облученность глаз и кожи в рабочей зоне должна быть уменьшена таким образом, чтобы суммарная доза (см. п.3.2.2) не превышала значения, указанного в п.3.3.

В частности, если рассматриваемый в настоящем примере лазер необходимо использовать при проведении 10 технологических операций с временными промежутками большими 10 минут (см. п.3.8.2), предельно допустимое значение облученности глаз и кожи составит

= 8 Вт·м^-2

В этом случае при проведении контрольных замеров в рабочей зоне средняя мощность коллимированного или рассеянного излучения, проходящего через круглую ограничивающую апертуру диаметром 1,1 · 10^-3 м, не должна превышать Вт.

Если предельно допустимые энергетические параметры УФ излучения в рабочей зоне определены, в качестве нормируемого параметра, эквивалентного суточной дозе , может быть использовано максимально допустимое число воздействий на оператора отдельных импульсов излучения М (см. п.3.2.2). Значение М рассчитывается по формуле

(2П.3)

Если число импульсов в серии N при проведении одной производственной операции фиксировано, максимально допустимое число операций в течение рабочего дня равно M / N.

Для лазеров УФ диапазона спектра, работающих в режиме одиночных вспышек, длительность воздействия t равна длительности импульса излучения t _и. В этом случае формула (2П.3) может быть переписана в виде:

(2П.4)

г) Определение класса лазера.

Для того, чтобы определить класс лазера, необходимо сопоставить фактические энергетические параметры генерируемого излучения с нормируемыми предельно допустимыми значениями для однократного воздействия.

Как показано выше, ПДУ энергетической экспозиции для рассматриваемого лазера при однократном воздействии составляет для глаз и кожи 8 · 10³ Дж·м^-2. Согласно п.3.8.2, энергетическая экспозиция для одного импульса при этом равна 0,16 Дж·м^-2.

Проверяем выполнение условий в соответствии с таблицей 4.1.

Зная, что средняя мощность излучения Р = 0,5 Вт, для одного импульса из серии получаем

Дж·м^-2

Выполняется условие для II класса:

Поскольку ПДУ при однократном облучении равно значению ПДУ облученности для непрерывного излучения в течение 10 с, определение класса может быть проведено по режиму непрерывного излучения.

Пример 2.

Лазер на стекле с неодимом, работающий в режиме модуляции добротности и удвоения частоты, генерирует одиночные импульсы. Поток излучения включает две пространственно совмещенные спектральные компоненты: l₁ = 1060 нм, W ₁ = 0,8 Дж и l₂ = 530 нм, W ₂ = 0,4 Дж. Длительности импульсов излучения обеих спектральных компонент t _и = 2·10^-2. Диаметр пучка вблизи выходного зеркала лазера d_п = 1,2·10^-2 м.

Найти предельно допустимые параметры излучения в условиях хронического воздействия на глаза и кожу.

Определить класс лазера.

В соответствии с требованиями п.3.10. определим и при воздействии на глаза коллимированного излучения с длинами волн 1060 нм и 530 нм.

Используя данные таблицы 3.3 (рис.3.3), с учетом дополнительного коэффициента запаса для хронического воздействия (п.3.5) получим:

Дж; Дж.

Относительные энерговклады излучения с длинами волн 1060 и 530 нм – С ₁ и С ₂ равны

Тогда значение составляет:

Дж

Значение для кожи определяется аналогичным образом с использованием данных таблицы 3.6 (рис.3.7) и с учетом поправки для хронического воздействия составляет 4,5·10^-5 Дж при ограничивающей апертуре 1,1·10^-3 м.

Проверяем выполнение условий таблицы 4.1, определяющих принадлежность лазера к определенному классу опасности. Получаем, что

Дж

Рассматриваемый лазер относится к III классу опасности.

Пример 3.

Лазер на центрах окраски LiF: F ^-2 генерирует серию из 15 импульсов. Длительность каждого импульса t _и = 8·10^-11 с, F_и = 10⁸ Гц. Интервал между сериями импульсов больше 200 с. Длина волны излучения l = 1200 нм. Суммарная энергия серии импульсов W^c (t) = 10^-4 Дж. Отношение энергии импульса, имеющего максимальную амплитуду, к средней энергии всех импульсов в серии x = 2,5. Диаметр пучка вблизи выходного зеркала d_п = 5·10^-3 м.

Найти предельно допустимые параметры излучения при воздействии на глаза и определить класс лазера.

Длительность серии импульсов в рассматриваемом случае составляет (см. формулу (2П.2)):

t = (N - 1) / F_и = 1,4·10^-7 с

В соответствии с требованиями п.3.4.3. определим значения предельно допустимой энергии излучения для импульсов длительностью t _и = 8·10^-11 с и t = 1,4·10^-7 с для однократного воздействия на глаза коллимированного излучения. Согласно табл.3.3 (рис.3.3), эти значения равны:

Дж

Дж

По формуле (3.7) найдем значения W ₁ и W ₂:

W ₁ = 10^-6 Дж, W ₂ = 6·10^-7 Дж

Искомое значение предельно допустимой энергии серии импульсов для глаза составит Дж.

При условии хронического воздействия (п.3.7) эта величина принимается в 10 раз меньшей, т.е. -6·10^-8 Дж.

Для кожи Дж при однократном воздействии и Дж при хроническом воздействии.

Для определения класса лазера проверяем выполнение условий таблицы 4.1, подставляя в неравенства значения W_пду для однократного воздействия.

Выполняется условие для II класса опасности:

Дж

Пример 4.

Технологическая установка "Квант-15".

Характеристика установки:

- длина волны излучения l = 1060 нм;

- режим генерации - импульсно-модулированный;

- энергия одиночного импульса w = 8 Дж;

- длительность одного импульса t _и = 4·10^-3 с;

- частота следования импульсов F_и = 10 Гц;

- длительность одной технологической операции t = 2 с;

- диаметр пятна излучения на поверхности обрабатываемой детали d_п = 3 · 10^-4 м.

Требуется найти предельно допустимые энергетические параметры излучения в условиях хронического воздействия на глаза и кожу и определить класс лазерного изделия.

Измерение уровня диффузно отраженного излучения на границе рабочей зоны при диаметрах ограничивающей апертуры 7·10^-3 м и 1,1·10^-3 м показало, что максимальное значение суммарной энергии всех импульсов за время одной технологической операции (t = 2 с) равно, соответственно, 1,54·10^-2 Дж и 1,9·10^-4 Дж. Источник диффузного отраженного излучения для точек, расположенных на границе рабочей зоны, является точечным.

В соответствии с требованиями п.3.4.3. находим предельно допустимый уровень энергии серии импульсов коллимированного потока лазерного излучения для глаз, который равен минимальному из двух значений энергии W ₁ и W ₂.

W ₁ = W_пду (t), где t = 2 с;

где t _и = 4·10^-3 с, N = F_и · t + 1 = 21, x = 1 (нестабильность энергии импульсов неизвестна).

W_пду (t) определяем в соответствии с п.3.4.1 по таблице 3.4 (рис.3.5).

P_пду (t) = 5,9 · 10^-4 Вт

W ₁ = W_пду (t) = P_пду (t) · t = 1,2 · 10^-3 Дж

W_пду (t _и) определяем, в соответствии с п.3.4.1, по табл.3.3 (рис.3.4).

W_пду (t _и) = 2 · 10^-5 Дж

W ₂ = 2 · 10^-5 · (21)^2/3 = 1,52 · 10^-4 Дж

Так как W ₂ < W ₁, получаем

Дж

При хроническом воздействии на глаза, в соответствии с п.3.5,

Дж

Определяем предельно допустимый уровень энергии лазерного излучения для кожи, в соответствии с п.п.3.6 и 3.8.2, как минимальное значение из W ₁ и W ₂.

W₁ = W_пду (t), t = 2 с

По таблице 3.6 (рис.3.8) находим

Р_пду (t) = 1,15 · 10^-2 Вт, W₁ = W_пду (t) = 2,3 · 10^-2 Дж

По таблице 3.6 (рис.3.7) находим

W_пду (t _и) = 4,1 · 10^-3 Дж, W ₂ = 4,1 · 10^-3 · (21)^1/2 = 6,6 · 10^-3 Дж

W ₂ < W ₁. Таким образом, для кожи имеем Дж, а при хроническом воздействии – 6,6 · 10^-4 Дж.

Сравнение предельно допустимых значений энергии с соответствующими значениями W^c (t) на границе рабочей зоны показывает, что отраженное лазерное излучение представляет опасность для глаз и безопасно для кожи. Степень опасности отраженного излучения для глаз равна

Определение класса опасности по таблице 4.1 показывает, что данное лазерное изделие относится к III классу:

W (t) = 8 · N Дж = 168 Дж < p · 10⁴ · = 207,2 Дж

При эксплуатации установки необходимо исключить воздействие зеркально отраженного излучения, а для защиты от диффузно отраженного излучения необходимо использовать средства защиты с оптической плотностью D _l ³ 3,04, где D _l = lg h.

Пример 5.

Установка для сварки стекла.

Характеристика установки:

- длина волны излучения l = 10600 нм;

- режим работы - непрерывный;

- мощность излучения P = 30 Вт;

- длительность одной технологической операции t = 15 с;

- диаметр пятна излучения на поверхности обрабатываемой детали d_п = 1 мм.

Максимальный уровень диффузно отраженного излучения на границе рабочей зоны равен 1,2 · 10³ Вт·м^-2.

Требуется определить класс установки.

Предельно допустимый уровень облученности для излучения с длиной волны 10600 нм при однократном воздействии на глаза и кожу в течение 15 с, в соответствии с п.3.8.1 (табл.3.7), равен Е_пду (t) 1,3 · 10³ Вт·м^-2, а при хроническом воздействии, согласно п.3.9, - 260 Вт·м^-2.

Согласно таблице 4.1, лазер встроенный в установку, относится к II классу опасности:

P (t) = 30 Вт < p · 10^-2 · Е_пду (t) = 3,14 · 10^-2 · 1,3 · 10³ = 40,8 Вт

Сравнение облученности на границе рабочей зоны с предельно допустимым значением облученности показывает, что диффузно отраженное излучение не представляет опасности для глаз и кожи.

Пример 6.

Установка для спектроскопии.

Характеристика установки:

- длина волны излучения l = 340 нм;

- длительность одного импульса t _и = 10^-5 с;

- частота следования импульсов F_и = 10³ Гц;

- средняя мощность Р = 8 Вт;

- длительность одной операции t = 10 с;

- количество операций за рабочий день n = 250.

Максимальный уровень диффузно отраженного излучения на границе рабочей зоны создает облученность E_max = 10 Вт·м^-2. Суточная доза при выполнении 250 операций равна H ^S = 25 · 10³ Дж·м^-2.

Необходимо определить класс опасности лазерной установки.

Значение ПДУ энергетической облученности за время выполнения одной операции, согласно табл.3.1, пунктам 3.2.2 и 3.3, равно Е_пду = 800 Вт·м^-2, а для хронического воздействия, в соответствии с п.3.3, - 80 Вт·м^-2. Предельная суточная доза для однократного воздействия Дж·м^-2.

Для определения класса опасности проверяем выполнение условий таблицы 4.1.

Вт

Установка относится ко II классу.

Сравнение Е_пду и с максимальной облученностью E_max на границе рабочей зоны и суточной дозой H ^S при выполнении 250 операций показывает, что отраженное излучение при выполнении одной операции не представляет опасности, однако при выполнении за рабочий день запланированных 250 операций суточная доза H ^S превышает предельно допустимое значение в 31,2 раза.

При эксплуатации установки необходимо исключить воздействие зеркально отраженного излучения, а для защиты от диффузно отраженного излучения необходимо использовать средства защиты с оптической плотностью D _l >1,5 (D _l ³ lg 31,2).

Пример 7.

Пучок лазерного излучения с параметрами, приведенными в примере 3, расширяется оптической системой до диаметра d_п = 2 · 10^-2 м. Поток излучения направлен перпендикулярно плоской диффузно отражающей поверхности. Точка наблюдения расположена на прямой, проходящей через центр облучаемой площадки под углом q = 60°. Расстояние от поверхности до точки наблюдения l = 0,5 м.

Определить для наблюдателя.

Правила расчета ПДУ диффузно отраженного излучения изложены в пункте 3.4.2.

Для коллимированного излучения значение определено в примере 3 и составляет 6·10^-7 Дж при однократном воздействии.

Угловой размер источника диффузионного излучения a с достаточной степенью точности рассчитывается по формуле:

рад

В нашем случае a _пред = 3,5 · 10^-3 рад.

Поправочный коэффициент B при длительности облучения 1,5 · 10^-7 с, согласно таблице 3.5 (рис.3.6), равен

B = 8,2 · 10³ · a² + 1 = 4,28

Значение предельно допустимой энергии в точке наблюдения составляет Дж

 

П2.2. Особенности определения ПДУ лазерного излучения видимого и ближнего ИК диапазонов спектра при использовании оптических средств наблюдения

 

П2.2.1. Коллимированное лазерное излучение

Если для наблюдения источника лазерного излучения используются оптические приборы (бинокли, телескопы и т.д.), энергетическая экспозиция или облученность сетчатки глаза может существенно возрастать. Наиболее надежным методом оценки изменения степени опасности излучения является сопоставление результатов измерения энергии или мощности, проходящей через ограничивающую апертуру диаметром 7 мм, при непосредственном наблюдении и при наблюдении с использованием оптического прибора. В последнем случае ограничивающая апертура располагается вблизи окуляра в плоскости, соответствующей положению роговицы глаза. Отношение результатов измерений дает поправочный коэффициент для коррекции предельно допустимых уровней излучения, устанавливаемых настоящим документом.