IR LED的危险


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我想建立一个DIY激光标签系统。网站里程碑建议使用Vishay Tsal-6100作为IR-LED。这是一个数据表:http : //www.mouser.com/ds/2/427/tsal6100-279822.pdf

由于我想聚焦光线(可能在镜头后发散一两个角度),因此我开始考虑对眼睛的潜在危险。阅读有关该主题的信息表明,红外光可能会非常成问题。眼睛看不到红外波长,也无法对过度曝光做出反应。因此,至关重要的是要确保其在安全标准范围内。

例如IEC 62471,这似乎是适用的规范。实际上,Vishay已发布了一份文档,其中包含有关此规范的LED数据:http : //www.vishay.com/docs/81935/eyesafe.pdf

在最坏的情况下,Tsal6100被描述为400mW / sr。据认为,这意味着该LED是“免税的” =危险程度低于1级。

但是,这是什么意思 ?规格为230mW / sr,因此似乎它们已经包含某种安全裕度。我找不到达到此强度的距离。如果规格在1m距离处记录到230mW / sr,并且根据规范,最坏的情况是50cm,则聚焦光束(直径10cm ^ 2,一些角度发散)的强度可能更高。

我的问题:如何计算光束强度?我如何知道LED是否可以安全使用?

更新:

我阅读了mW / sr单位,发现以下定义:

维基百科上的定义

  • 视强度
  • 欧米茄作为角度

聚焦LED之前的半角是10度,镜头之后我希望得到1度。因此系数约为10。我应用了一些数学运算:

坐标变换

如果我正确理解这一点,那么聚焦光束的强度是未聚焦光束的十倍。这是正确的吗 ?

一个新问题是:如何获得源区域?应该是镜头的表面。

我试图在此计算器中输入值:http : //www.intersil.com/en/products/optoelectronics/ambient-light-sensors/eye-safety.html

(非常感谢戴夫的大力支持)

但是有很多领域我只是不知道该如何填写。2300mW的LED总是致命的,这似乎不正确。

作为健全性检查,我试图将规格表中的值复制到计算器中。事实证明,LED危险,甚至没有聚焦。现在,我确定我犯了一些错误,因为Vishay表示此产品是“免税品”。

  1. 我的设置中的LED是什么类型?我选择了“镜头”
  2. 如果我选择镜头,那么“扩展源区域”到底是什么?镜片的表面?

您能否帮助我并尝试输入自己的价值观?计算器是一个Excel电子表格。我将其复制到我的保管箱中,因此您可以在线使用Microsoft Excel。这是链接:https : //www.dropbox.com/s/r28n3p6bdf5m7hs/exposure-calculator.xlsx?dl=0

再次,规格表的链接是:http : //www.mouser.com/ds/2/427/tsal6100-279822.pdf


大更新:

要更精确地了解我的计算器问题:为了获得有趣的限值,例如暴露限值和安全系数,必须选择“ Intersil接近式设备类型”。对于此字段,您可以在“标准接近传感器”或“远程接近传感器”之间进行选择。

如果没有选择,安全系数字段将保留为空。

也许不用这个计算器就可以解决问题?

我考虑过这个单位mW / sr。显然,它不依赖于距离。因此,为了获得对眼睛的影响,可能有必要确定实际“击中”眼睛的区域的比例。在距IR LED 10m处,半角10°产生了一个半径为1.73m且面积为9.4m ^ 2的圆。眼睛(不是瞳孔,我不太确定会伤害什么)的面积可能为3cm ^ 2。那是一个非常低的百分比,肯定是无害的。

因此,我可以假设镜片会产生完全平行的光束,然后在镜片表面积和眼睛表面积之间产生分数。

这使我的问题更简单:什么力量对眼睛无害。假设眼睛的面积固定,您能计算出使LED无害的透镜直径吗?这种方法行吗?

我对照Vishay安全文件进行了检查:

在红外发射器的情况下,主要限制是在780 nm至3000 nm波长范围内的角膜/晶状体风险。这将辐照度限制为E_e = 100 W / m ^ 2,该辐照度表示为强度I_e = 4 W / sr,同时考虑到该标准的测量条件(距离0.2 m)

这指定:可视距离为0.2m,限制为4 W / sr。根据我上面的想法,他们可能计算了该距离处的视锥,然后确定了眼睛表面积的百分比。然后,您可以得出I_e = 4 W / sr的具体值。

这意味着我可以获取其他距离的值。对于0.2m的距离,每个区域的最大功率为4W / sr。在0.1m处,视锥面积为该面积的1/4,因此I_e的最大值为1W / sr-思考:视锥为该面积的1/4->眼表百分比是视线面积的4倍- >单位面积的功率必须是参考值的1/4。在0.05m时,仅允许250mw / sr。

对于TSAL-6100,文件说:“绝对最大额定值下的最大强度” 400mW / sr。

因此,我相信我可以使用f> 0.063m的LED。其后的计算结果:TSAL的每区域最大功率为400mW / sr。这比每个区域的参考功率低10倍。锥底面积随着锥高而平方减小。因此,我可以将距离减少sqrt(10)。这导致了6.3厘米的可视距离。

我认为6.3厘米是直接观察TSAL-6100的安全极限。你能检查一下我的计算结果吗?

如果我将透镜恰好在焦距为6.3xxx cm的这个位置上安装,那么无论从任何距离看,我都好像从6.3cm的距离看LED。确切的安全裕度。

仍然让我感到困扰的是:不同的LED具有不同的半角。他们怎么能为所有红外LED指定一个具体的I_e?TSAL-6200(20°半角)的圆锥比TSAL-6100的圆锥大得多。因此,进入眼睛的光的比例应较小。因此,I_e应该更大。

也许我的整个方法被打破了?



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球面度是一个角度量度,因此功率水平与距离无关。如果要聚焦LED的输出,则可以更改此设置,并且需要学习如何进行计算。
WhatRoughBeast

你是对的。我阅读了本机,并尝试进行必要的计算。然后,我尝试在dave提供的计算器中输入新值。我无法正常工作
-lhk

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“聚焦前的半角...”将其视为圆锥形,L是底部的“单位面积功率”除以圆锥形的高度。如果将角度减小到1/10,则面积减小到(1/10)²= 1/100。如果保留功率,则系数为100!
sweber'2

@sweber,这是一个更容易理解的定义,谢谢。但是关于到LED的距离的独立性呢,我认为该单位不取决于观察距离。定义方式,底部区域为(sin(phi)* h)^ 2 * pi。除以h,我们仍然依赖h。这意味着如果假设该单位mw / sr是单位面积的功率,并且相对于h保持恒定,则P(h)= C * mw / sr * A(h)/ h = C2 * h。led功率随h线性增加。恐怕我听不懂。
lhk

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抱歉,我在上面的评论-实际上您必须将表面除以高度的平方。通常,以sr表示的二面角是单位球面上的表面(半径= 1)。这意味着整个球体的最大值为4pi。
sweber '16

Answers:


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Le Goog已从Intersil采购了带有相关方程式的“ IEC 62471”文档。谢谢Le Goog。

请尝试使用Google-ing安全标准。这是Intersil的演练。

编辑:好的,我真的应该很直接,只是告诉你做数学。Ee = Ie /(d ^ 2)=(400mW / sr)/(0.2m ^ 2)= 10 W / m ^ 2。

根据上面我提供给您的intersil表中的定义,如果没有时间限制或时间限制超过1000秒(您不需要传输激光标签的命中数据)所有Ee波长的总和应该小于100 W / m ^ 2(您将获得)。相反,IRLED的最小安全观看距离为(0.4W / sr)/(100W / m ^ 2)= d ^ 2 = 0.004-> sqrt(0.004)= 0.063246m。所以是的,您的最小安全距离数学是正确的。但我想再次指出,您的激光标签系统不需要花费1000秒就能发送脉冲光。您更有可能靠近而不会遭受无法弥补的伤害(严重的是,大多数激光标签系统会产生约0.1秒的脉冲光)。无论如何,请使用数学。(不是计算器)

编辑2:关于激光标签的具体示例。 入侵LightStrike

提供的链接提供了市场上已有的激光标签版本的一些基本信息(现有的,不确定是否已售出)。使用他的解码,传输“命中数据”的最坏情况时间为6750us +(32位标记* 900us)+(32位* 3700us(对于一个而言))=〜4秒。没有人应该等待那么长时间,这个例子只是使用已知产品方案的最坏情况。离开那4秒钟,不到1000秒。使用我链接的intersil信息表中的Eq.1。Ee <= 18000 *(4sec)^-0.75或Ee <= 6363.96 W / m ^ 2。再次应用反向数学以获得最小安全距离,我们将得到(0.4 W / sr)/(6363.96 W / m ^ 2)= d ^ 2 = 6.28539e-5-> sqrt(6.28539e-5)= 0.007928m或大约8mm。因此,如果您将其与打光激光标签标记器一起使用,则最小安全距离为8mm。结果将根据课程的编码而有所不同。我希望这为您提供了足够多的信息来判断设备的安全性(这是第一个问题)。如果您碰巧还有其他问题,请在新问题中提问,以便其他人有机会为您提供帮助。


非常感谢您的链接。不幸的是,我无法让计算器产生看似正确的值。当然,在我的设置中,LED确实很危险。但是即使对于规格表中的值,也超出了安全限制。我相应地更新了我的问题
lhk

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听起来几乎令人反感。首先是关于Google的坏双关语,现在是“请使用数学”?那正是我所做的。我试图提出一个有意义的问题,然后你把这本书扔给了我。该标准中引用的计算器基本上已损坏。根据接收器的类型,您可以使任何LED危害眼睛,有时甚至不吐出任何数值。因此,我尝试根据该mW / sr单位重新表述该问题,共享我的结果并要求进行验证。您刚刚复制了我的结果。关于不同半角的问题呢?
lhk

@ lhk,W / sr是实验室中的测量值。它实际上不依赖于角度或半角度。如果碰巧有两个LED具有相同的W / sr和不同的半角,则一个LED在物理上比另一个LED更亮。即,它将更多的电能转换为光能。我根本没有复制您的结果。我自己做了,然后确认了您的结果。“所以,您的最小安全距离数学是正确的。” <-这就是本节的反馈->“我相信6.3厘米是直接查看TSAL-6100的安全极限。您能检查一下我的计算吗?”
戴夫

@lhk,关于数学的评论是,我链接了该页面,但从未滚动过页面3。了解该问题所需的所有信息都在该讲义的前3页中。我什至没有意识到有一个计算器。但是,根据我的经验,互联网计算器是经过严格维护的,通常没有用。我还指出了您所做假设中的一些不足。您专门说过您将在激光标签系统中使用它。我熟悉那些。所以我告诉您您使用的方程式错误。您应该使用intersil的“ EQ。1”
Dave

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@shinzou任何足够明亮的光都会伤害人眼,尤其是“不可见”光,因为它不会引起“眨眼反应”。对于此特定示例,绝对最安全的距离应为8毫米。换句话说,如果他出售了激光标签标记器而无法观察到任何比8mm更近的红外灯(通过物理上存在的塑料屏障),那么就不会有安全问题了。
戴夫
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