10.06.2021

По многочисленным просьбам пользователей лазерного дозиметра ЛД-07 мы разработали калькулятор, в котором в автоматическом режиме проводятся вычисления коэффициента степени опасности лазерного излучения (КСОЛ) при работе оператора с лазерной установкой при воздействии на глаза и кожу для конкретной точки контроля.

При проведении СОУТ параметр КСОЛ используется для определения степени опасности условий труда при воздействии лазерного излучения.

Определение КСОЛ является сложной задачей в связи со множеством таблиц, обилием определений и дополнительных условий в нормативно-технической документации. Калькулятор обеспечивает автоматический расчёт параметра: такой подход избавляет пользователей от рутинных вычислений и позволяет быстрее перейти к интерпретации результатов.

Калькулятор обеспечен всей необходимой дополнительной информацией и различными подсказками. В него интегрированы 24 алгоритма вычислений, которые применяются с учётом различных факторов и параметров лазерной установки в соответствии с СанПиН 2.1.3685-21.

Все обозначения приведенных в калькуляторе физических величин соответствуют ГОСТ 12.1.031-2010.

Калькулятор адаптирован применительно к лазерному дозиметру ЛД-07, в котором не предусмотрен спектральный диапазон I (длина волны лазерного излучения – 180 ≤ λ ≤ 380 нм). Данный спектральный диапазон в калькуляторе не рассматривается.

Прямые измерения облученности E (Вт/см²) и энергетической экспозиции H (Дж/см²) проводятся дозиметром ЛД-07 согласно руководству по эксплуатации (РЭ) в двух диапазонах длин волн:

• спектральный диапазон II - 380 ≤ λ ≤1400 нм.
• спектральный диапазон III - 1400 ≤ λ ≤10⁵ нм.

Действительные значения облученности E^Д и энергетической экспозиции H^Д определяются калькулятором согласно алгоритму, представленному в п. 5.1 РЭ ЛД-07.

В качестве исходных данных для вычисления ПДУ в калькуляторе использованы таблицы 5.17; 5.18; 5.19; 5.20 (СанПиН 2.1.3685-21). Таблицы позволяют рассчитать значения E и H для конкретной длины волны и времени воздействия лазерного излучения.

Проверка алгоритмов расчетов калькулятора проводилась путем сравнения полученный значений ПДУ с данными, выраженными в графическом виде (рис. 3.3; 3.4; 3.5; 3.7; 3.8; 3.9; 3.10), которые представлены в первичной публикации СанПиН 5804-91.

Значение КСОЛ определяется с помощью следующих соотношений:

• R = W^Д / W_ПДУ;
• R = P^Д / W_ПДУ,

W^Д, P^Д - измеренное действительное значение поглощенной энергии (мощности) лазерного излучения к точке контроля на границе рабочей зоны (ГРЗ), либо на границе зоны возможного повреждения глаз (ГЗГ). Или показание дозиметра, которое получено в процессе измерений.
W_ПДУ [Дж] ; P_ПДУ [Вт] – предельно допустимое значение энергия (мощности) лазерного излучения, полученные из таблиц 5.17; 5.18; 5.19; 5.20 с учетом возможных поправочных коэффициентов для рассеянного лазерного излучения (таблица 5.55);
Основной объем вычислений в калькуляторе приходится на получение именно этих значений ПДУ для конкретного случая.

ВЫВОД: при однократном воздействии уровень лазерного излучения не превышает ПДУ.

ВЫВОД: при однократном воздействии уровень лазерного излучения превышает ПДУ.

ВЫВОД: при однократном воздействии уровень лазерного излучения превышает ПДУ.

• непрерывное лазерное излучение (спектральная плотность мощности на частоте генерирования не обращается в нуль при заданном интервале времени, превышающем 0,25с);
  t_ВНП - длительность воздействия непрерывного лазерного излучения (с);
• импульсное лазерное излучение (излучение в виде отдельных импульсов длительностью не более 0,1с с интервалами между импульсами не более 1с.)
  τ_И – длительность лазерного импульса, (с);
• серия импульсов лазерного излучения (излучение в виде последовательности импульсов, длительностью не более 0,1с, общее время которых не превышает время контроля)
  t_ВСИ– длительность воздействия серии импульсов (с);

• коллимированное лазерное излучение - излучение, заключенное в ограниченном телесном угле;
• зеркально-отраженное лазерное излучение - излучение, отраженное под углом, равным углу падения;
• рассеяние - изменение пространственного распределения пучка лучей, отклоняемых во множестве направлений поверхностью или средой без изменения длины волны излучения

• однократное воздействие - воздействие излучения длительностью не более 3 ·10 ⁴ с (8,33 часа);
• хроническое воздействие - систематическое, повторяющееся воздействие для профессионалов;

E_ПДУ [Вт/м²] – облученность:
H_ПДУ [Дж/м²] – энергетическая экспозиция;
W_ПДУ [Дж] – энергия;
P_ПДУ [Вт] – мощность;

H_ПДУ = E_ПДУ × t, где t - время воздействия
H_ПДУ= W_ПДУ / S_a, где S_a - площадь ограничивающей апертуры
E_ПДУ = P_ПДУ / Sa

N_И - количество импульсов, поступивших за время контроля.
F_И - частота (Гц).

Для серии импульсов указанные величины связаны соотношениями:

Точки контроля как правило выбираются на границе рабочей зоны (ГРЗ) – вычисляют предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения для случая воздействия на кожу. На границе возможного повреждения глаз оператора (ГЗГ) – вычисляют ПДУ лазерного излучения для случая воздействия на глаза.

Если лазерное излучение носит непрерывный характер - его удобно описывать величиной поглощенной мощности [Вт], для импульсного излучения целесообразно использовать величину поглощенной энергии [Дж]. Поэтому принято, что при воздействии лазерного излучения в течение одной или менее секунды, ПДУ выражается в виде энергетической экспозиции H (Дж/см²), в противном случае ПДУ дается в виде облученности E (Вт/см²).

При оценке ПДУ импульсного лазерного излучения необходима проверка на критерий независимости воздействия отдельных импульсов. Критерии отличаются в зависимости от спектрального диапазона лазерного излучения, а также воздействия на глаза или кожу.

Спектральный диапазон лазерного излучения II.
Длина волны – 380 ≤ λ ≤1400 нм.
Воздействие на глаза.

Воздействие на глаза отдельных импульсов считается независимым если:

• длительность одного импульса не превышает 0,25с;
• частота следования в серии F_И меньше или равна 0,005 Гц (интервал между отдельными импульсами в серии больше или равен 200с).

Последовательность импульсов считается зависимой, если:

• интервал между отдельными импульсами в серии меньше 200с (частота следования в серии F_И больше 0,005 Гц)

Если импульсы зависимы W_ПДУ (t) равно меньшему из двух значений энергий W₁ и W₂ определяемые формулами:

W₁ = W_ПДУ (t),
W₂ = W_ПДУ (τ_И) × (N_И/ξ)^2/3;

ξ – определяется отношением максимальной энергии отдельного импульса в рассматриваемой серии к среднему значению:

ξ = W^С(τ_И) / W_СР^С(τ_И);

В тех случаях, когда значение ξ неизвестно, следует считать ξ = 1.

Значения ПДУ - W_ПДУ (t) и W_ПДУ (τ_И) берётся для временных интервалов t и τ_И, соответственно.

Спектральный диапазон лазерного излучения II.
Длина волны – 380 ≤ λ ≤1400 нм.
Воздействие на кожу.

Воздействие на кожу отдельных импульсов считается независимым если:

• длительность отдельного импульса в серии не превышает 10с, а частота следования в серии F_И меньше 1,7·10^-3 Гц (временной интервал между отдельными импульсами больше 10 минут).

Если импульсы зависимы W_ПДУ равно меньшему из двух значений энергий W₁ и W₂ определяемые формулами:

W₁ = W_ПДУ (t),
W₂ = W_ПДУ (τ_И)(N_И/ξ)^1/2;

Значения ПДУ - W_ПДУ (t) и W_ПДУ ( τ_И) берется для временных интервалов t и τ_И, соответственно.

Спектральный диапазон лазерного излучения III.
Длина волны – 1400 ≤ λ ≤105 нм.
Воздействие на глаза и кожу.

Воздействие на кожу отдельных импульсов считается независимым если:

• длительность отдельного импульса в серии не превышает 10с, а частота следования в серии FИ меньше 1,7·10^-3Гц (временной интервал между отдельными импульсами больше 10 минут).

Если импульсы зависимы W_ПДУ равно меньшему из двух значений энергий W₁ и W₂ определяемые формулами:

W₁ = W_ПДУ (t),
W₂ = W_ПДУ ( τ_И) (N_И/ξ)^1/2;

Значения ПДУ - W_ПДУ (t) и W_ПДУ (τ_И) берется для временных интервалов t и τ_И, соответственно.

При вычислениях ПДУ рассеянного лазерного излучения вводится поправочный коэффициент B, который зависит от длительности воздействия лазерного излучения, параметров лазерной установки, а также геометрии прохождения излучения в пространстве. Проводится оценка видимого углового размера αП пятна облучения на рассеивающей поверхности и вычисляется поправочный коэффициента B (данные вычисления проводятся только для спектрального диапазона II).

В калькуляторе приведены следующие схемы в виде рисунков, которые удобно использовать при вычислениях: Рис. А. - Схема, поясняющая методику вычисления угловых размеров пятна облучения на диффузно отражающей поверхности (ГОСТ 12.1.031- 2010 Приложение Г, рисунок Г.1). Рис. Б - Схема, поясняющая методику вычисления радиуса зеркально отраженного пучка в сечении, проходящем через точку контроля (ГОСТ 12.1.031-2010 Приложение В, рисунок В.1).

Определяется α_П (рад) - угловой размер пятна облучения на диффузно отражающей или рассеивающей поверхности по отношения к точке контроля по формуле (ГОСТ Р 12.1.031-2010 Приложение Г):

α_П = 2 × r_П × l_А^-1 × cos φ_A, где:
r_П = √a_П × b_П; (мм) – радиус эквивалентного по площади круглого окна облучения, являющимся источником диффузно отраженного излучения по отношению к точке контроля;
a_П (мм)- большая полуось эллипса;
b_П (мм) – малая полуось;
a_П = (r_ИЗ + l_ИЗ^θ) × (cos ν)^-1
b_П = r_ИЗ + l_ИЗ^θ;

Геометрические параметры точки контроля:

θ, рад - угол расходимости лазерного излучения в дальней зоне:
r_ИЗ, мм - радиус лазерного пучка на выходе излучателя
l_ИЗ, мм - расстояние от выходного окна излучателя ЛУ до точки пересечения оси лазерного пучка с зеркально, диффузно отражающей или рассеивающей поверхностью
l_А, мм - расстояние от точки контроля до центра соответствующего источника излучения
ν, градусы - угол между осью лазерного пучка, падающего на зеркально или диффузно отражающую, или рассеивающую поверхность, и нормалью к этой поверхности,
φ_A, градусы - угол между линией, соединяющей точку контроля с центром источника излучения, и нормалью к его поверхности, восстановленной из центра источника излучения (угол излучения)

Далее поправочный коэффициент B определяется из таблицы 5.55 (СанПиН 2.1.3685-21). Вычисленное значение α_П сравнивается с предельным углом, указанным в таблице 5.55.

При выполнении неравенства:

α_П ≤ α_пред; принимается значение B = 1;

В противном случае значение B определяется по соотношению, указанному во втором столбце таблицы 5.55, где выбрана строка, соответствующая временному интервалу воздействия.

Полученные значения H или E для коллимированного лазерного излучения умножаются на поправочный коэффициент B.

H^d_ПДУ = B × H_ПДУ;
или
E^d_ПДУ = B × E_ПДУ

Для оценки ПДУ хронического воздействия (систематическое, повторяющееся воздействие для профессионалов) лазерного излучения, следует значения ПДУ, полученные для однократного воздействия, уменьшить в 10 раз при воздействии излучения на глаза и кожу в спектральном диапазоне II. Для спектрального диапазона III соответствующие предельные значения для однократного воздействия следует уменьшить в 5 раз.

Значения диаметров d_a ограничивающих апертур и их площадей S_a указаны в исходных данных для таблиц 5.17; 5.18; 5.19; 5.20 1-4 (СанПиН 2.1.3685-21, cпектральный диапазон II и III).

Ограничивающая апертура:

• d_a -диаметр ограничивающей апертуры, м;
• S_a -площадь ограничивающей апертуры, м²

 

Спектральный диапазон II	da	Sa
Глаза	7·10-3 м	3,85·10-5 м2
Кожа	1,1·10-3 м	0,95·10-6 м2
Спектральный диапазон III	da	Sa
Глаза и кожа	1,1·10-3 м	0,95·10-6 м2

1. СанПиН 2.1.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».
2. ГОСТ 12.1.031-2010 – Система стандартов безопасности труда. Лазеры. Методы дозиметрического контроля лазерного излучения.
3. СанПиН №5804-91 «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров»., МИОТ, 1993г.

Замечены и скорректированы следующие опечатки, допущенные в СанПиН 2.1.3685-21:

• таблица 5.18, строка 600 ≤ λ ≤700 нм., следует читать E_ПДУ = 3,1/t^1/3Вт/м²;
• таблица 5.20, строка 380 ≤ λ ≤500 нм., следует читать H_ПДУ = 5,0·10³t^1/2 Дж/м².