Lasersuojaluokat etäisyysmittaustuotteille: kuinka silmäsuojausraja määrää energiabudjettisi

Komponentti ei ole tuote

Jokaisessa 905 nm:n tuotetiedotteessamme on sama huomautus, ja se on tärkein lause koko asiakirjassa:

Käyttötilasta riippuen nämä laitteet voivat lähettää erittäin keskittynyttä näkymätöntä infrapunavaloa, joka voi olla vaarallista ihmisen silmälle. Niitä sisältävien tuotteiden on noudatettava IEC 60825-1:n, Lasertuotteiden turvallisuus, suojausvaatimuksia.

Lue se huolellisesti, koska se on lausunto siitä, missä vastuu on. Laserdiodi on komponentti. Sillä ei ole luokitusta. Luokitus on valmiin tuotteen ominaisuus - diodi, sen ohjain, sen optiikka, sen kotelo ja sen laiteohjelmisto, arvioituna yhdessä. Sama 180 W diodi voi olla luokan 1 tuotteen tai luokan 4 tuotteen sisällä. Mikään diodissa ei muuttunut; muuttui optiikka, pulssin pituus, toistonopeus ja kotelo.

Siksi tämä artikkeli on kirjoitettu tuotemuotoilijalle eikä komponenttien ostajalle.

Mitä luokat tarkoittavat käytännössä

Luokat vaihtelevat vähiten haitallisesta eniten haitalliseen. IEC 60825-1 on kansainvälinen standardi; yksittäiset alueet ottavat sen käyttöön paikallisilla muunnelmillaan.

905 nm on näkymätön, joten luokka 2 ei ole käytettävissäsi. 905 nm tuote kuuluu luokkaan 1, 3R, 3B tai 4, ja niiden välinen ero on enimmäkseen kysymys siitä, kuinka paljon energiaa silmään saapuu standardin oletettujen olosuhteiden mukaan.

Mikä määrittää sallitun energian

Standardi määrittelee kullekin luokalle sallitun päästötason (AEL). AEL ei ole yksi luku; se riippuu kaikista seuraavista:

• Aallonpituus. Silmän läpäisykyky ja verkkokalvon absorptio vaihtelevat voimakkaasti spektrin mukaan, ja rajat vaihtelevat niiden mukana.
• Altistuksen kesto. Sallittu energia yksittäiselle pulssille riippuu siitä, kuinka kauan kyseinen pulssi kestää, eikä se pienene suhteessa kestoon. Suhde ei ole asia, joka pitäisi muistaa ulkoa: tarkista se nykyisestä standardin painoksesta oman pulssisi pituuden kohdalla.
• Pulssirakenne. Pulssimaisen lähteen on täytettävä raja kahdesti - kerran yksittäisen pulssin energialle ja kerran koko pulssijonolle. Nanosekuntipulssilähteellä yksittäisen pulssin testi on yleensä sitova testi.
• Mittausgeometria. Luokitus määritellään sen perusteella, mitä kulkee tietyn aukon läpi määritetyllä etäisyydellä lähteestä, ei kokonaisteholle, joka lähetetään. Siksi laajemmalla ja kapeammalla säteellä voi olla eri rajat samalla teholla.
• Näennäinen lähteen koko. Kuinka suuri lähde näyttää mittauspaikasta on tärkeää, ja rajat ovat tiukempia pienille näennäisille lähteille.
• Optiikan keräys. Arvioinnin on myös pätevä oltava, kun säde kerätään linssillä - standardin tapa edustaa kiikareita tai kaukoputkea. "Säde hajaantuu niin paljon, ettei kukaan saisi kaikkea sitä silmäänsä" ei ole argumentti, joka kestäisi standardia.

Kaksi seurausta 905 nm:n suunnittelussa:

Kollimaatio tekee luokittelusta vaikeampaa, ei helpompaa. Nopea-akselinen kollimaattori keskittää säteen ja pienentää näkyvää lähteen kokoa. Molemmat vaikutukset ohjaavat kohti alhaisempaa sallittua energiaa. Suunnittelu, joka läpäisee luokan 1 paljaalla emitterillä, voi epäonnistua, kun FAC lisätään - katso FAC ja kuituliitos. Tämä on todellinen ja usein ohitettava vuorovaikutus optisen suunnittelun ja sääntelyvaatimusten välillä.

Lyhyet pulssit eivät kierrä rajoja. 100 ns pulssi on hyvin lyhyt tapahtuma, mutta standardi arvioi sen sellaisenaan - se ei keskiarvoista sitä pois pulssien välisen ajan perusteella. Tästä syystä lyhyen pulssin 905 nm järjestelmät rajoittuvat pieniinkin pulssien energioihin, ja miksi raja, ei diodi, yleensä määrittää kantaman ylärajan.

Miksi 1535 nm on erilainen

1535 nm:n aallonpituudella sarveiskalvo ja linssi imevät valon ennen kuin se saavuttaa verkkokalvon. Siten suurin sallittu altistus on vastaavasti korkeampi - suunnilleen miljoona kertaa korkeampi säteilyaltistuksen suhteen, mikä on syy siihen, miksi termi "silmälle turvallinen aallonpituus" ylipäätään on olemassa.

Tuo ero on koko syy siihen, miksi LZ1535-perhe voi lähettää 40 µJ, 300 µJ tai 1000 µJ ilmaan 25 mm:n tai 40 mm:n aukosta ja silti määritellä itsensä silmälle turvalliseksi lähettimeksi, kun taas 905 nm:n suunnittelu kamppailee yksittäisten mikrojoulejen kanssa. Se myös selittää vaihdannan: silmälle turvallinen lähetin tarvitsee InGaAs-ilmaisimen, hitaamman toistonopeuden ja kiinteän tilan laserin diodin sijaan.

Mikään tästä ei tee 1535 nm:n tuotteesta automaattisesti luokan 1 tuotetta. Se siirtää rajan useilla kertaluvuilla; se ei poista sitä.

Käytännön suunnittelusäännöt, jotka vähentävät kuormitusta

1. Aloita turvallisuusarviointi ennen optisen suunnittelun lukitsemista. Aukon sijainti, kotelon geometria ja kollimaatio muuttavat kaikkia luokkaa, ja ohjainten jälkiasennus on kallista.
2. Aseta lähtöaukko paikkaan, johon silmä ei ylety. Upotettu ikkuna, vaimennin tai ylöspäin tai sivulle lähtevä säde poistaa pahimman tilanteen kokonaan.
3. Käytä lyhimpää pulssia, jonka resoluutionne sallii, ja pienintä energiaa, jonka kantamakaava sallii. Molemmat suuntaukset vähentävät vaaraa, ja molemmat ovat yleensä halvempia kuin luokan 3B lisäohjauksien lisääminen.
4. Harkitse vikatilanteita. Jumiutunut ajuri, joka pitää diodin päällä, rikkinäinen ikkuna, linssi, joka putoaa - standardi vaatii, että otat huomioon kohtuudella ennakoitavissa olevat olosuhteet, ja ajurivikavirhe, joka muuttaa 100 ns pulssin jatkuvaksi aaltomuodoksi, on ennakoitavissa oleva olosuhde. Se on myös diodin lämpötilaiseen vikatilaan liittyvä, joten suojaus palvelee molempia tarkoituksia.
5. Arvioi uudelleen jokaisen optisen muutoksen jälkeen. Kollimaattorin lisääminen, ikkunamateriaalin muuttaminen tai diffuuserin korvaaminen muuttaa luokitusta.
6. Mittaa valmis tuote. Luokitus suoritetaan koko yksiköllä, pahimman tapauksen toimintapisteessä, kalibroidulla instrumentilla, henkilön toimesta, joka tuntee standardin. Älä päättele sitä laserin datapohjasta.
7. Jos lähetät luokan 3B tai 4, tee asiakirjat oikein. Varoitusmerkinnät, aukot, avainvalvonta, lukot, aallonpituuden ja optisen tiheyden mukaiset suojalasit, ja henkilö, joka on vastuussa turvallisuusohjelmasta.

Milloin raja pakottaa toisenlaiseen suunnitteluun

Jos tarvitsemasi energia ylittää kohteesi luokan sallitun määrän, vaihtoehdot ovat yleensä seuraavassa järjestyksessä:

1. Suurempi vastaanottoaukko. Kantama kasvaa aukon pinta-alan neliöjuuren mukaan, eikä tämä maksa mitään lasersuojauksen osalta. Vastaanottolinssin halkaisijan kaksinkertaistaminen kasvattaa kantamaa 1,41-kertaiseksi ilman luokan muutosta.
2. Parempi vastaanotin. Siirtyminen PIN:stä APD:ään tai 5 mm:stä 16-kanavaiseen taulukkoon tuo herkkyyden, jota voidaan käyttää pienemmän lähetysteho vaatimuksen saavuttamiseen. Katso APD vastaan PIN.
3. Moniaaltopulssien keskiarvoistus. N paluupulssin keskiarvo parantaa signaali-kohinasuhdetta N:n neliöjuuren verran, joten kantamaa voidaan ostaa ajalla energian sijaan.
4. Käyttöjakson taloustiede. Jos tuote voi hyväksyä hitaamman päivitysnopeuden, mittauksen keskiarvotus useammin on yleensä halvempaa kuin enemmän energiaa.
5. Siirry aallonpituuteen 1535 nm. Tämä on rehellinen vastaus, kun vaatimus on aidosti useiden kilometrien etäisyys, eikä mikään määrä 905 nm:n suunnittelua sulje kuilua. Se maksaa detektorille, kertotaajuudelle ja lähteen monimutkaisuudelle – ja se antaa energiabudjetin.

Tämä sivu käsittelee insinööritaustaa, ei luokitusta. Standardi on auktoriteetti, ja jokainen tuote on arvioitava oman laitteistonsa perusteella. Missä tämä artikkeli ja IEC 60825-1:n nykyinen painos ovat erimielisiä, standardi voittaa.