标准搜索结果: 'GB/T 7247.13-2018'
| 标准编号 | GB/T 7247.13-2018 (GB/T7247.13-2018) | | 中文名称 | 激光产品的安全 第13部分：激光产品的分类测量 | | 英文名称 | Safety of laser products -- Part 13: Measurements for classification of laser products | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | L51 | | 国际标准分类 | 31.260 | | 字数估计 | 54,516 | | 发布日期 | 2018-07-13 | | 实施日期 | 2019-02-01 | | 起草单位 | 北京泰瑞特检测技术服务有限责任公司(国家广播电视产品质量监督检验中心)、中国科学院光电研究院、北京工业大学、中国计量科学研究院、深圳市大族激光科技股份有限公司、武汉华工激光工程有限责任公司、中国电子科技集团公司第十一研究所 | | 归口单位 | 全国光辐射安全和激光设备标准化技术委员会(SAC/TC 284) | | 提出机构 | 中国机械工业联合会 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 7247.13-2018
Safety of laser products--Part 13: Measurements for classification of laser products
ICS 31.260
L51
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 7247.13-2013
激光产品的安全
第13部分:激光产品的分类测量
(IEC TR60825-13:2011,IDT)
2018-07-13发布
2019-02-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
中国国家标准化管理委员会 发 布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 适用性 2
4.1 一般要求 2
4.2 初始条件 2
5 仪器要求 4
6 分类流程 4
7 计算可达发射极限的参数 6
7.1 波长(λ) 6
7.2 多波长光源 8
7.3 宽谱光源 9
7.4 光源时间特性 10
7.5 对向角(α) 12
7.6 发射持续时间 21
7.7 测量条件 21
7.8 扫描光束 25
附录A(资料性附录) 范例 31
附录B(资料性附录) 常用转换 46
参考文献 47
图1 连续波激光器分类流程图 5
图2 脉冲激光器分类流程图 6
图3 重要的波长和波长范围 7
图4 脉冲持续时间定义 11
图5 平顶脉冲和不规则脉冲 12
图6 对象角示例 13
图7 高斯光束的束腰位置 14
图8 表观光源测量示意图 16
图9 线性阵列表观光源尺寸 18
图10 光源测量示意图 19
图11 简单非圆光源的有效对向角 21
图12 扫描光束顶点之外的静止表观光源成像图 26
图13 扫描光束顶点之外的扫描表观光源成像图 26
图14 具有任意扫描角倍增系数的扫描镜 30
图A.1 距扫描顶点的距离为C6=1时多条光栅线穿过测量孔径 35
表1 参考点 13
表2 四光源阵列 19
表A.1 光源数量例子 44
表A.2 光源数量例子 45
前言
《激光产品的安全》分为以下部分:
---第1部分:设备分类、要求;
---第2部分:光纤通信系统(OFCS)的安全;
---第3部分:激光显示与表演指南;
---第4部分:激光防护屏;
---第5部分:生产者关于GB 7247.1的检查清单;
---第8部分:医疗激光设备的安全使用指南;
---第9部分:非相干光辐射最大允许照射量;
---第12部分:用于信息传输的自由空间光通信系统的安全;
---第13部分:激光产品的分类测量;
---第14部分:用户指南;
---第17部分:在高功率光纤通信系统使用被动光学元件和光缆的安全。
本部分为《激光产品的安全》的第13部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分代替GB/T 7247.13-2013《激光产品的安全 第13部分:激光产品的分类测量》。
本部分与GB/T 7247.13-2013相比,主要技术差异如下:
---增加了超短脉冲激光器的定义(见3.13);
---修改了分类流程(见第6章,2013年版的第6章);
---修改了表观光源的内容(见7.5.1,2013年版的7.5);
---修改了扫描激光器的内容(见7.4.3.2,2013年版的7.4.2.1);
---增加了用于确定任意光源对向角的方法(见7.5.3.4);
---增加了危害评估的测量条件(见7.7.3);
---增加了扫描角倍增系数的内容(见7.8.9);
---修改了附录A,增加了范例(见附录A,2013年版的附录A);
---增加了附录B:常用转换(见附录B)。
本部分使用翻译法等同采用IEC TR60825-13:2011《激光产品的安全 第13部分:激光产品的分
类测量》。
本部分做了下列编辑性修改:
---修改了原文中超短脉冲激光器的定义,由原文的“能够发射短于100fs的脉冲并且包含相当大
的光谱成分的激光器。”改为“能够发射短于100ps的脉冲并且包含相当大的光谱成分的激光
器。”(见3.13);
---增加了“注:对于超短脉冲,采用其他适宜的仪器测量”(见7.6.2)。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。
本部分由中国机械工业联合会提出。
本部分由全国光辐射安全和激光设备标准化技术委员会(SAC/TC284)归口。
本部分起草单位:北京泰瑞特检测技术服务有限责任公司(国家广播电视产品质量监督检验中心)、
中国科学院光电研究院、北京工业大学、中国计量科学研究院、深圳市大族激光科技股份有限公司、武汉
华工激光工程有限责任公司、中国电子科技集团公司第十一研究所。
本部分主要起草人:刘志刚、高宏伟、吴爱平、孙殿中、陈虹、邓玉强、卢飞星、周小庄、李婷、曾丽霞、
戚燕。
本部分所代替标准的历次版本发布情况为:
---GB/T 7247.13-2013。
激光产品的安全
第13部分:激光产品的分类测量
1 范围
《激光产品的安全》的本部分为制造商、检测机构、安全人员及其他人士提供了进行辐射测量或分析
的实用指导,是依据GB 7247.1-2012建立的激光能量发射水平的测量和分析方法。本部分所述的测
量程序旨在作为激光产品的分类指南。如果其他程序更好或者更适合也可以接受。
本部分为计算可达发射极限(AELs)和最大允许照射量(MPEs)提供了信息,由于计算这些限值的
某些参数还依赖于其他测量值。
本部分适用于激光器,包括扩展光源和激光器阵列。本部分的使用者宜注意,相对更严格的方法,
本部分中对扩展光源观察条件的程序可能产生更保守的结果。
注:关于更复杂光源的评估工作仍在继续,而且将作为国际通用办法达成一致。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB 7247.1-2012 激光产品的安全 第1部分:设备分类、要求(IEC 60825-1:2007,IDT)
3 术语和定义
GB 7247.1-2012界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
角速度 angularvelocity
扫描光束的速度,单位:弧度/秒。
3.2
光束轮廓 beamprofile
光束横截面的辐射分布。
3.3
光束束腰 beamwaist
轴对称光束的最小直径。
注:对于非轴对称光束,沿着每条主轴可以有一个离光源不同距离的束腰。
3.4
电荷耦合器件 charge-coupleddevice
CCD
利用氧化金属半导体技术(MOS)、表面存储和信息转换的自扫描半导体成像器件。
3.5
临界频率 criticalfrequency
在激光危害评估时,用于判别适用于连续波(CW)模型的脉冲激光重复频率。重复频率高于此频
率时,脉冲激光可按连续波(CW)模型处理。
3.6
高斯光束轮廓 Gaussianbeamprofile
在最低阶横模(TEM00)工作时,激光束的轮廓。
注:高斯光束轮廓也可能由非TEM00激光束通过光束整形光学元件得到。
3.7
测量孔径 measurementaperture
用于对激光器进行分类的孔径,以确定相对于每一类别的AEL激光的功率或能量。
3.8
PRF
每秒产生的脉冲数,单位:赫兹(Hz)。
3.9
Q开关 Q-switch
通过增强激光介质储存和释放能量的性能,产生窄脉宽、高峰值功率激光脉冲的器件。
3.10
调Q激光器 Q-switchedlaser
采用Q开关的方式产生高功率、短脉冲的激光器。
3.11
瑞利距离 Rayleighdistance
Zr
沿光束传播的方向,从光束束腰到光束直径或光束宽度增大到束腰的 2倍的距离。
注:瑞利距离通常被称作1/2共焦参数。
3.12
响应度 responsivity
以R=O/I表达的探测器的输出与对应输入的比,O 为探测器的电输出,I为光功率或能量的
输入。
3.13
超短脉冲激光器 ultrashortpulselaser
能够发射短于100ps的脉冲并且包含相当大的光谱成分的激光器。
4 适用性
4.1 一般要求
本部分适用于(但不限于)制造商、测试实验室、安全工作人员以及工业或政府机构官员的参考文
件。本部分也包含了标准对关于测量事项的解释并提供了补充说明材料。
4.2 初始条件
在进行辐射测量以确定产品分类或符合GB 7247.1-2012的其他适用要求之前,应首先确定激光
器的几个参数。
a) 发射波长(s)
激光器可能发射一个或多个不同波长的激光辐射。
一般能够从激光器的制造商处获得发射波长、多波长或光谱分布。依据激光器的类型,制造商
可以指定一个波长范围而不是单一波长值,或者通过测量确定发射波长或光谱分布,但这超出
了本部分的范围。多波长(AEL)评估见7.1。
b) 工作方式
工作方式是指能量发射的时间特性。有些激光器发射连续波(CW)辐射,另一些激光器以脉
冲辐射发射能量。脉冲激光器可以是单脉冲、重复脉冲、调Q和锁模方式。在固定位置对连
续波辐射进行扫描或调制均产生脉冲串。
此外,对脉冲串编码时要有一个平均的占空比(出光时间与工作时间之比,以十进制小数或百
分比表示)。
c) 合理可预见的单一故障条件
GB 7247.1-2012规定试验宜在每一个合理可预见的单一故障条件下进行。制造商有责任确
保在任何情况下可达辐射不超过指定类别的AEL。
d) 测量不确定度
在测量激光辐射时考虑潜在误差源非常重要。第5章讲述了测量不确定度。
e) 伴随辐射(见GB 7247.1-2012中伴随辐射的定义)
进入测量孔径的伴随辐射可能影响激光功率或能量和脉冲持续时间的测量值,测试人员宜确
保测量装置能够遮挡进入探测器的伴随辐射或考虑伴随辐射的影响。
f) 产品配置
如果测量的目的是分类,在操作、维护和保养手册中列出的所有的控制和设定都要被组合调整
到可产生最大可接触的辐射水平。测量也要求使用可能增加辐射危险的附件(例如,光学校准
器),这些附件是由激光产品的制造商提供或指定用于整机产品的。
注:这包括产品的任何配置,可能不使用工具即可获得,或者要违背操作和维护指南中的警告使包含控制和设定的
联锁开关失效。例如:当滤波器、扩散器或者透镜等光学元件在激光束的光学路径中可以不需要工具就可以移
走时,产品测试就要在可导致最高危害水平的配置下进行。制造商提供的说明书中不要移开光学元件的警告
不能用来证明分类是更低等级的。分类是基于工程师对产品的设计,而不是基于使用者适当的行为。
如果测量是为了确定安全联锁、标签和用户信息的要求,应按照GB 7247.1-2012在适用于每一个
指定的使用类别(操作、保养和维修)的配置下评估产品。
IEC/TC76承认存在等效测量程序,其所得结果与本部分所述的程序的结果一样有效。需要测量
时,本部分所述的测量程序足以满足GB 7247.1-2012的测量要求。在很多情况下,可能不需要实际的
光辐射测量,可以通过对准确标识的光源的分析和实际产品的设计来确定是否符合GB 7247.1-2012
的要求。
适用时,可接触辐射水平的测量应在操作和保养时人可接触的空间位置上。(例如,如果操作时可
能需要移开部分防护罩或断开安全联锁装置,在那个产品配置中测量点应是可以接触的。)因此,在某些
情况下,尤其是在合理可预见的单一故障条件下,可能有必要在规定的测量位置部分拆解产品进行测
量。当一个最终激光产品包含其他激光产品或系统时,符合GB 7247.1-2012规定的是该最终激光
产品。
测量时,应使测量仪器探测器的位置及导向面向激光产品,保证检测到最大辐射。可以移动探测器
或者改变角度以获得仪表上的最大读数。应采取相适宜的措施以避免或消除测量中伴随辐射的影响。
例如,有必要和激光系统的输出端保持一定的距离进行测量,以避免来自闪光灯或泵浦二极管/激光二
极管辐射对测量数据影响。又如,可以用线性滤波器来滤除伴随辐射。
5 仪器要求
使用的测量仪器宜符合IEC 61040的要求。使用哪一类仪器(测量不确定度近似值在1类和20类
之间)取决于所需的精度要求。
当所用仪器不完全符合IEC 61040的要求时,应单独地评估不同误差源对总测量不确定度的影响。
IEC 61040中给出了需要考虑的要点:
---响应度随时间的变化;
---探测器表面响应度的不均匀性;
---响应度在照射期间的变化;
---响应度随温度的变化;
---响应度随入射角的变化;
---非线性;
---响应度随波长的变化;
---响应度随偏振的变化;
---重复脉冲辐射随时间变化的平均误差;
---零点漂移;
---校准不确定度。
校准宜溯源到国家基准。
确定仪器测量不确定度的试验应参照IEC 61040进行。
CCD阵列和照相机的测量不确定度参见ISO 11146-3。
6 分类流程
依据产品的已知或测量参数可进行AEL和测量条件的计算。此外,应分析增加危险的故障条件。
然后,产品的发射测量(或几个不同的测量)将确定发射是否处于预想的AEL类别之内。
GB 7247.1-2012中表4~表9提供了可达发射极限。这些表格的行为波长范围,列为发射持续时
间,在每一行和列所对应的每一格中,有一个或多个公式,公式中包含了GB 7247.1-2012表10中定义
的参数。
图1和图2给出了分类流程。最初的方法是使用GB 7247.1-2012中9.3.2的默认(简单的)评估。
如果不知道辐射表观光源尺寸,保守的做法是认为发射的光束是从点光源C6=1发出的。如果认为产
品的输出是由扩展光源产生的,并且在400nm~1400nm的波长范围内,而且不接受简化的分类评
定,可以使用另一种较为复杂的评估方法来确定分类。对可见光的光化学危害,需要考虑对向角α等附
加参数,对向角α是距离和测量接受角γp的函数。
首先,确定激光是脉冲波还是连续波。如果脉冲持续时间大于0.25s,则认为激光是连续波。对于
连续波激光参照图1中的流程图,对于脉冲激光,参照图2中的流程图。
然后,应确定波长。
如果激光是脉冲的或扫描的,应确定脉冲宽度(PW)和脉冲重复频率(PRF)。
确定激光属于哪一类或哪几类。例如,对于不在400nm~700nm范围内的低功率应用,可以考虑
1类,1M类和3R类。对于可见波长光源,可以考虑1类,1M类,2类,2M类和3R类。
其次,应确定分类的时间基准。这可以根据GB 7247.1-2012中的默认值[8.3e)]来确定,或从T2
参数的定义(GB 7247.1-2012中表10)来确定,或通过考虑产品特定的时间输出特性来确定。
通过以上信息可以找到GB 7247.1-2012中包含适用公式的表4~表9的行和列,由此确定AEL
限值。
下一步,应确定测量条件(GB 7247.1-2012中9.3和表11)。对于脉冲激光,应评估GB 7247.1-2012
中8.3f)给出的条件,以确保所有的条件都在AEL之内。
一旦确定了AEL,就可对输出数据进行该评估。输出数据可以由制造商提供,也可以直接测量。
如果输出数据由制造商提供,应核实其测试方法符合GB 7247.1-2012中第9章的规定。如果可达发
射小于AEL,可将此激光器指定为该类别。对于一台脉冲激光器,该类AEL适用于时间基准内的所有
发射持续时间。
如果可达发射不小于AEL,宜选择更高一级的AEL进行评估。重复该步骤直至可达发射不超过
AEL或者激光产品被指定为4类。
应按照GB 7247.1-2012对系统进行评估,以确保合理可预见的单一故障不会导致激光器发射辐
射超过指定类别的AEL。如果满足该判据,就可以知道激光器的分类。
图1 连续波激光器分类流程图
图2 脉冲激光器分类流程图
注1:如果某一产品被指定为某一类,可能满足不止一个条件。例如,在400nm~600nm波长范围适用的某一类产
品既不能超过热极限值也不能超过光化学极限值(每个都有各自的测量条件)。同样,如果一个产品为脉冲输
出,则三个极限值(单脉冲、脉冲串和平均功率)都不能被超过。
注2:如果使用一个扩展光源,AEL与光源的距离之间是函数关系,使用最不利的测量距离进行分类。
注3:如果不能满足1类或2类的要求,宜采用1M类或2M类的要求来评估产品的发射类别。如果产品发射满足
1类或2类的要求,则不必满足3R类的要求。
7 计算可达发射极限的参数
7.1 波长(λ)
7.1.1 确定波长
确定波长一般不需要很高的精度,通常光生物性危害随波长变化不大。以下是几个例外的情况(见
图3):
a) 302.5nm~315nm:该范围内,参数T1 和C2 变化显著;
b) 450nm~600nm:该范围内,光化学危害降低1000倍;
c) 1150nm~1200nm:该范围内,热危害降低8倍;
d) 400nm:大于400nm的波长,主要是对视网膜的危害,小于该波长,主要是非视网膜的危害;
e) 1400nm:大于1400nm 的波长主要是非视网膜的危害,小于该波长,主要是对视网膜的
危害。
图3 重要的波长和波长范围
对于窄带激光(或单波长激光),制造商仅需提供波长,7.1的其他部分以及7.2和7.3均不必考虑。
如果可能的波长范围(不同产品之间有差异)占上述a)、b)或c)规定的波长范围中很大的比例,可
以用其中最危险(最短)的波长判断,也可以用给定产品的实测波长判断。
在a)、b)或c)范围内,可能需要分段求和,确定在各波长处的极限值,以及各输出波长的权重。
7.2.2和7.3有详细讨论。
叠加危害指应一起考虑的危害。例如,小于400nm,或400nm~1400nm之间,或大于1400nm
的多波长辐射是叠加危害。对于每个区域的宽谱或多波长辐射,危害是叠加的,应按GB 7247.1-2012
中8.3b)所述进行分段求和。如果产品发射的多个激光波长处于上述两个范围(如,700nm和1500nm),
那么宜对每个波长用相应的AEL分别评价。对该产品进行分类时,选择用较高的级别。
对于可能的输出波长或输出光谱包含了大于1400nm和/或小于400nm的激光器,宜对AEL做
特殊考虑。边界波长两端的危害是不同的,影响也是不同的。为了对其进行分类,每一个光谱范围内的
功率或能量不应超过相应的AEL。
波长参数的测量和确定是激光危害评估和安全分类的基础,波长的确定决定了使用哪种类型的功
率计或能量计。一些辐射计探测元件在可见光和近红外波段响应非常灵敏,但在远红外、紫外波段则几
乎没有响应,反之亦然。此外,照射极限同样依赖于波长。在大多数情况下,没有必要直接测量激光的
工作波长。通常工作波长由制作商提供且是可信的。
对于能发射多个波长或激光波长处于视网膜危害区任一光谱边缘的激光器,发射光谱的确定至关
重要。有多种设备可测量激光波长或发射光谱。光谱仪和类似的仪器(如波长计)的操作都极为简单。
这些设备中大部分仅仅是通过采样光束并给出了数字读取波长或光谱。一些设备有几何结构和视野限
制区,但数据通常是非常可靠的。尤其是手动操作时,单色仪更加费时费力,但可靠精确。另一种选择
可以考虑光学滤波器,如光窄带通滤波器,但是他们有一定的局限性。这些滤波器的使用需要事先了解
大概是什么波长。同时,对多波长激光器或具有广泛发射的激光器,用滤波器确定波长或发射光谱相当
麻烦的,如果不是徒劳的。
7.1.2 眼危害区域
当充分暴露在大于400nm波长的辐射下时,存在热危害。
只有在发射激光波长处于400nm~600nm之间且照射时间超过1s时,才考虑视网膜受到的光化
学危害。
危害区域按以下分段:
---180nm~400nm:对于连续波辐射主要是光化学和非视网膜危害,对于脉冲辐射主要是热危
害。(GB 7247.1-2012中没有说明波长小于180nm的情况)
---400nm~600nm:在此范围,光化学危害和热危害都应考虑。发射时间小于10s(或波长处于
400nm~484nm区域、发射角1.5mrad~82mrad的表观光源发射时间小于1s)时不必考虑
光化学危害。
---400nm~1400nm:在此范围,是视网膜危害区域,主要考虑视网膜的危害。
---1400nm~1mm:波长大于1400nm时,辐射的穿透深度远小于400nm~1400nm波长时
的情况。此时的危害属热危害,但主要是非视网膜危害。
7.2 多波长光源
7.2.1 一般要求
多波长光源是指发射两个或两个以上分离的辐射波长的光源。多谱线激光明显属于这一类。这些
不同的波长可能落入导致不同生物效应的光谱危害区域,需要单独考虑,见7.1.1,7.1.2和图3。
超短脉冲激光可以包含一个相对较大的光谱带宽,对于这种带宽脉冲激光,如果AEL或 MPE限
值变化超过10%,宜采用7.3的方法进行评估。
7.2.2 单一危害区域
对于产生同种危害类型的辐射、具有不同波长的几个光源,应采用加权求和的方法确定产品是符合
还是超过给定类别的AEL。对于单一波长,判断标准可以表示为:
如果Pmeas< AEL,那么产品未超过该分类极限。
此处,Pmeas是所测功率(或能量或其他指定的量),AEL是分类功率(或能量或其他指定的量)极限
值。上式可重新表示为:
如果Pmeas/AEL< 1,那么产品未超过该分类极限。
按此形式,可以扩展到两个波长:
如果Pmeas(λ1)/AEL(λ1)+Pmeas(λ2)/AEL(λ2)< 1
那么产品未超过该分类极限。
对于两个以上的波长,可以扩展为一个通用求和公式:
如果 ∑
i=1,2,3
[Pmeas......
|