Дипломная работа: Проектирование круглосуточной оптико-телевизионной системы

2)  Система подсветки. Представляет собой пять сонаправленных полупроводников инжекционных лазеров, работающих в импульсном режиме. Управление излучением осуществляется электронной схемой, выполненной на печатной плате. Излучение лазеров невидимо для глаза и преобразуется оптикой системы подсветки в коллимированные пучки.

Характеристики лазерной системы:

·  Тип активной среды: полупроводниковая структура на основе Ga-As.

·  Тип накачки: инжекция носителей электрическим током.

·  Длина волны излучения λ = 850 нм.

·  Длительность импульса  τи = 10-7 с.

·  Частота следования импульсов  Fи = 10 кГц.

·  Мощность одного импульса Pи = 20 Вт.

·  Угловая расходимость пучка

на выходе из коллиматораσ = 0,5°.

·  Диаметр коллимированного пучка

на выходе из коллиматора dп = 8 · 10-3 м.

Из вышесказанного следует, что необходимо уделить внимание вопросам безопасности электромонтажа и лазерной безопасности при сборке и эксплуатации изделия.

6.2  Анализ вредных и опасных факторов при изготовлении и эксплуатации изделия

Анализ вредных и опасных факторов при сборке.

Анализ вредных и опасных факторов при пайке

Пайка мелких изделий сплавами, содержащими свинец, производится при температуре 180—350° вручную с помощью электропаяльника, на автоматах различной конструкции, методом окунания (лужения) и волновой пайки.

Процесс пайки может сопровождаться загрязнением воздушной среды свинцом как непосредственно при пайке, так и в периоды, когда паяльники и ванночки находятся в рабочем состоянии. Может также происходить загрязнение свинцом рабочих поверхностей и кожи рук работающих.

Анализ вредных и опасных факторов при сборке лазерного изделия.

Уровни опасных и вредных производственных факторов на рабочем месте не должны превышать значений, установленных действующими нормативными документами. Биологические эффекты воздействия лазерного излучения на организм определяются механизмами взаимодействия излучения с тканями (тепловой, фотохимический, ударно-акустический и др.) и зависят от длины волны излучения, длительности импульса (воздействия), частоты следования импульсов, площади облучаемого участка, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов. Лазерное излучение с длиной волны от 380 до 1400 нм наибольшую опасность представляет для сетчатой оболочки глаза. Повреждение кожи может быть вызвано лазерным излучением любой длины волны.

Оценим вероятность возникновения всех сопутствующих опасностей.

·  Лазерное излучение (прямое, отраженное и рассеянное).

Прямое лазерное излучение может попасть на сетчатку глаза при взгляде в коллимированный пучок, также оно может попасть на кожу.

Отраженное лазерное излучение может попасть на сетчатку глаза, если облученная область какой-либо поверхности попадет в поле зрения рабочего. На кожу отраженное лазерное излучение воздействует постоянно.

Так как сборка происходит в цехах с чистой атмосферой, а мощность излучения невелика, то рассеянием можно пренебречь.

·  Сопутствующие ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучения от источников накачки отсутствует, так как накачка осуществляется электрическим током.

·  Высокое напряжение в цепях управления и источниках электропитания.

Напряжение на p-n переходе в рабочем режиме согласно техническому паспорту лазера составляет 8 В и не является опасным.

·  Электромагнитное излучение промышленной частоты и радиочастотного диапазона.

Имеет пренебрежимо малую амплитуду из-за небольшого напряжения тока накачки.

·  Рентгеновское излучение отсутствует.

·  Шум и вибрация отсутствуют ввиду отсутствия движущихся частей.

·  Токсические газы и пары отсутствуют, так лазер не требует охлаждения токсичными хладагентами.

·  Температура поверхностей лазерного изделия не повышается до опасного уровня, так как тепло эффективно отводится в массивный металлический корпус системы подсветки.

·  Опасность взрыва отсутствует.

Анализ вредных и опасных факторов при эксплуатации.

При эксплуатации лазерного изделия будет иметь место только один из вышеперечисленных факторов:

Лазерное излучение (прямое).

Прямое лазерное излучение может попасть на сетчатку глаза при взгляде в коллимированный пучок.

6.3  Расчет параметров лазерного изделия, необходимых для определения предельно допустимого уровня мощности

Определение времени воздействия на рабочего

Согласно [15], время воздействия лазерного излучения на сетчатку следует принимать равным t = 10 с, так как длина волны излучения лежит за границами видимого диапазона и мигательный рефлекс не сработает, а время неподвижности рабочего принимают равным 10 с.

Определение типа воздействия.

Так как лазер излучает в импульсном режиме, то типом воздействия является серия импульсов.

Определение числа импульсов в серии.

Число импульсов в серии определяется по формуле[15]:

N = Fи · t = 100 000(51),

где

Fи – частота следования импульсов,

t – время воздействия на рабочего.

Определение средней мощности излучения в серии.

Средняя мощность излучения в серии на выходе из коллиматора определяется как

 (52),

где

Pи - мощность одного импульса.

τи - длительность импульса.

Определения угла зрения на источник отраженного излучения.

Примем θ = 60°.

Определение площади апертуры при воздействии на глаз и на кожу.

Согласно [15], примем

Saкожа = 106 м2,

Saзр = 3,85 ∙ 10-5 м2.

6.4  Определение ПДУ лазерного излучения

Общие положения

Нормируемыми параметрами лазерного излучения являются энергетическая экспозиция H и облученность E, усредненные по ограничивающей апертуре.

Для определения предельно допустимых уровней Hпду и Eпду при воздействии лазерного излучения на кожу усреднение производится по ограничивающей апертуре диаметром 1,1 х 103 м (площадь апертуры Sа = 106 м2).

Наряду с энергетической экспозицией и облученностью нормируемыми параметрами являются также энергия W и мощность P излучения, прошедшего через указанную ограничивающую апертуру.

При оценке воздействия на глаза лазерного излучения в диапазоне II (380 < λ <= 1400 нм) нормирование энергии и мощности лазерного излучения, прошедшего через ограничивающую апертуру диаметром 7 х 10-3 м, является первостепенным.

Указанные выше энергетические параметры связаны соотношениями:

 ;  (53)

Параметры Hпду, Eпду и Wпду, Pпду могут использоваться независимо в соответствии с решаемой задачей.

Воспользовавшись параметрами, рассчитанными в п.6.3, и таблицами (3.1)-(3.7)[15], а так же зависимостями (3.1)-(3.15)[15], определим предельно допустимые уровни вышеперечисленных характеристик излучения.

ПДУ лазерного излучения при однократном воздействии коллимированного лазерного излучения в диапазоне II.

Pпду(t) = 1,39 · 10-4 Вт.

ПДУ при воздействии на глаза серии импульсов коллимированного лазерного излучения в диапазоне II.

= 8,62 · 10-5 Вт.

ПДУ лазерного излучения в диапазоне 380 < l £ 1400 нм при хроническом воздействии на глаза.

Для определения предельно допустимых значений Wпду и Рпду коллимированного или рассеянного лазерного излучения в диапазоне II (380 < l £ 1400 нм) при хроническом воздействии на глаза необходимо уменьшить в 10 раз соответствующие предельные значения для однократного воздействия

ПДУ лазерного излучения в диапазоне 380 < l £ 1400 нм при однократном облучении кожи.

Eпду(t) = 1,58 · 103 Вт· м-2 ;

Pпду(t) = 10-6 · Eпду(t) = 1,58 · 10-3 Вт.

ПДУ лазерного излучения в диапазоне 380 < l £ 1400 нм при хроническом облучении кожи.

Для определения предельно допустимых значений Нпду и Wпду при хроническом воздействии на кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения в диапазоне II (380 < l £ 1400 нм) необходимо уменьшить в 10 раз соответствующие предельные значения

Определение класса лазерной опасности.

Согласно таблице для определения классов лазеров по степени опасности генерируемого излучения [15], исследуемый лазер принадлежит ко II классу опасности.

6.5  Расчет лазерноопасной зоны

Для коллимированного излучения

Так как в результате расходимости излучения освещенность постепенно падает с расстоянием, выведем формулу для нахождения мощности излучения на заданном расстоянии от коллиматора.

Рис. 20. Геометрия распространения лазерного излучения.

На выходе из коллиматора пучок имеет радиус AB = dп/2 = 4 мм .

При этом мощность равна

Угол CBD – это половина угла расходимости лазерного излучения σ = 0,9°.

Будем считать, что зрачок наблюдателя находится на отрезке CE.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17