Методы и средства контроля лазерного излучения

Комплекс методов и средств определения значений параметров лазерного излучения в заданной точке пространства с целью выявления степени опасности и вредности для организма человека называется дозиметрией лазерного излучения.

Сущность дозиметрического контроля лазерного излучения заключается в сценке тех характеристик излучения, которые определяют его способность вызывать биологические эффекты, и сопоставлении их с нормируемыми величинами.

Методы проведения дозиметрического контроля установлены в МУ № 5309-90 и частично рассмотрены в СаНиП № 5804-91, утвержденными Минздравом.

В основе методов лазерной дозиметрии лежит принцип наибольшего риска. В соответствии с ним оценка степени опасности проводится для наихудших, с точки зрения биологического воздействия, условий, то есть измерение уровней лазерного облучения осуществляется при работе лазера в режиме максимальной мощности, определенной условиями эксплуатации. В процессе поиска и наведения измерительного прибора на объект излучения должно быть найдено такое положение, при котором регистрируются максимальные уровни лазерного излучения. При работе лазера в импульсно - периодическом режиме измеряются энергетические характеристики максимального импульса серии.

Для измерения лазерного излучения существуют специальные средства измерения - лазерные дозиметры. На рис. 11.1. приведена классификация дозиметров лазерного излучения по ряду признаков, определяющих их функциональные, технические и эксплуатационные свойства.

11.1 Классификация дозиметров лазерного излучения

Дозиметрами индикаторного типа обеспечивается световая или звуковая индикация превышения ПДУ облучения в точке контроля для каких-то конкретных режимов и условий работы лазерной установки.

Измерительные дозиметры являются более универсальными приборами и предназначены для измерения значений нормируемых параметров в широком спектральном, энергетическом и временном диапазонах.

Дозиметры анализирующего типа позволяют не только измерять интенсивность лазерного излучения в плоскости изображения оптической системы, но и производить анализ распределения освещенности в изображении источников прямого, отраженного и рассеянного излучения.

Для измерения энергетических и временных параметров лазерного излучения в заданной точке пространства при определении степени опасности облучения организма человека используют, как правило, дозиметры измерительного типа. Структурная схема наиболее распространенного прибора - измерителя для лазерной дозиметрии ИЛД-2- приведена на рис. 11.2.

В схему прибора входят сменные фотоприемные устройства ФПУ «А» и ФПУ «В» (на схеме не показан) с рабочими спектральными диапазонами 0,49-11,5мкм и 2-11 мкм соответственно (на схеме показан только ФПУ «А») и электронный блок преобразования и регистрации БПР. ФПУ «А» включает сменные апертурные диафрагмы 1, сменные ослабители излучения 2, оптический блок 3, кремниевый фотодиод 7 (типа ФД-24К), блок согласования 9. При измерении длительности импульсов излучения на выходе блока 3 устанавливается малоинерционный фотодиод 8. Модуляция непрерывного сигнала осуществляется полудиском 5, одновременно модулируется световой поток источника опорного излучения 4, попадающий на фотодиод 6. Сигналы с выходов фотодиодов 6, 8 и блока 9 подаются на блок согласования 10 и далее на блок преобразования и регистрации.

Лазерный дозиметр должен определять, какой будет энергетическая экспозиция сетчатки глаза человека, поэтому он должен представлять собой модель усредненного глаза. В связи с этим в оптическую систему лазерного дозиметра входит объектив с фокусным расстоянием, равным фокусному расстоянию глаза, диаметром входного зрачка, равный диаметру зрачки человека, и угловым размером кружка рассеивания в плоскости изображения около 1 мрад, имитирующим восприятие глазом человека источников лазерного излучения в зависимости от их угловых размеров.

Приемниками лазерного излучения являются, в конкретном случае, фотодиоды. В общем случае в качестве приемников лазерного излучения, как правило, используются:

• в спектральном диапазоне 0,2-0,4 мкм - кремниевые фотодиоды, с повышенной чувствительностью в синей части спектра;

• в спектральном диапазоне 0,4 —1,4 мкм — кремниевые и германиевые фотодиоды, а также пироэлектрики;

• в спектральном диапазоне 1,4 - 12 мкм - тепловые приемники (боломечры, радиационные термоэлементы, пироэлектрики).

Применяемые приемники лазерного излучения для контроля уровня облучения глаза имеют контрастно - частотную характеристику (КЧХ), аналогичную КЧХ оптической системы глаза.

Дозиметры лазерного излучения должны соответствовать требованиям ГОСТ 24469 -80. При измерениях энергетических параметров лазерного излучения предел допускаемой погрешности не должен превышать 30%.

Применяемая аппаратура должна быть аттестована органами Госстандарт и пройти государственную поверку. Характеристики основных рабочих средств, применяемых при дозиметрии лазерного излучения, приведены в табл. 10.3

Таблица 10.3

Технические характеристики основных рабочих средств измерений, применяемых при дозиметрии лазерного излучения