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GB T 20145 2006 灯和灯系统的光生物安全性 1

时间:2012-5-28 14:42:50 作者:标准吧 来源:GB 阅读:4022次
GB T 20145 2006 灯和灯系统的光生物安全性 1
GB/T 20145—2006/CIE S 009/E:2002

灯和灯系统的光生物安全性

 

1        范围

本标准对评估灯和灯系统.包括各种灯昊的光生物安全性给予指导。对于所有非相干宽带电光源,

也包括发电二级管(LED)但不包括激光,在200nm至3000nm波长范围的光学辐射的光生物危害的评估和控制,本标准对爆辐射限值参考测量技术和分级计划进行了明确规定。

 

2        规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的

修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。

    CIE 17.4:1987  国际照明词汇ILV(IEC.CIE联合出版)

CIE 53:1982  辐射计和光度计性能的评价方法

CIE 63:1984  光源的光谱辐射测量

CIE 105:1993  脉冲光学辐射源的光谱辐射测量

ISO  测量不确定度的表示指南(ISO,Geneva,1995,ISBN92-67-10188-9)

 

3        术语、定义、符号及缩写

本标准采用下列术语、定义、符号及缩写

3.1

光化学剂量  actinic dose

用相应的波长条件下的光化学反应光谱值进行加权的剂量。

单位:J·m-2

 注:这个定义意味着在考虑光化学作用的时候使用了光化学反应光谱,该反应光谱归一化到其最大值。由于剂量单位相同,所以当给出一个量值时,有必要指出这个数值指的是哪种剂量或是光化学剂量。

3.2

对边角  angular subtense

O

由视见光源对应于观察者的眼睛或测量点形成的视角。在本标准中的对边角指的是全角,而不是半角。

单位:rad

注:用作投射装置的反射镜和透镜通常会改变对边角,也就是说,视见光源的对边角不用于实际光源的对边角。

3.3

孔径、孔径光阑  aperture ,aperture stop

用于限定平均光辐射测量区域的开孔。对光谱辐射度测量来说,这个开孔通常是放在辐射度计/光谱辐射度计入射狭缝前面的一个小积分球的入口。

3.4

蓝光危害  bleu light hazard;BLH

由波长主要介于400nm与500nm的辐射照射后引起的光化学作用,导致视网膜损伤的潜能。如果照射时间超过10s,这种损害机理起主要作用,而且是热损害机理的数倍之多。

   


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  3.5

    连续发光灯  continuous wave lamp;CW lamp

    工作时,连续光输出时间大于0.25 s的灯,即非脉冲灯。

    注:在本标准中.普通照明(GLS)灯泡是指连续灯。

  3.6

    红斑  erythema

    皮肤发红的现象。在拳标准中是指由于阳光或人造光源辐射导致的炎症而引起的皮肤发红。,

    注:留下的红斑的桎度用于作为紫外治疗中所使用的剂量的指导。

  3.7

    辐照距离  exposure distance

    人受灯或灯系统辐照的最近点的距离。对于向空间各方向辐射的灯,这个距离从灯丝或弧光灯的

中心开始测量。对于有透镜的反射刳灯,这个距离从透镜的外侧边缘开始测量,对于没有透镜的反射型灯,从反射器的端面开始测量。

    单位:m

  3.8

    曝辐限值  exposure limit;EL

    不会导致不利的生物作用的眼睛或皮肤所能承受的辐照水平。

3.9  眼睛运动  eye movements

正常尺的眼睛,当注视一个物体时,盒以几赫兹的频率做轻馓的无规则运动。这种眼睛的快速运动导致一个点光源的图像被散布于视网膜的一个区域上,这个区域的大小相当于约0.011弧度的对边角。此外,对于由目标决定的眼睛运动来说,例如阅读,如果注视时间超过100s左右,注视的能力就会下降,从而导致辐射能量在视网膜上的进一步散布。

3.10

视场  field of view

探测器(例如辐射度计/光谱辐射计)所能“看到”的立体角(接受角),探测器在这个区域内接收辐射。

单位:sr

注1:视场不应与视见光源的对边角o相混淆。

注2:有时候使用平面角来描述旋转对称的视场立体角。

3.11

普通照明用灯  general lighting service lamps ;(GLS)lamps

用于照亮空间的灯泡,这一空间一般被人占据或观察。例如用于办公室、学校、家庭、工厂、道路或汽车照明的灯泡。但是并不包括用于电影放映、复印、“太阳黑子”、工业加工、医疗和探照灯等方面的灯。

3.12

危害距离  hazard distance

参见皮肤危害距离或眼睛危害距离。

3.13

照度(表面上一点的)  illuminace

EV

投射到包含该点的面元上的光通量d∮v除以该面元面积dA.

EV=d∮v/dA       ……………………………………(1)

单位:lx

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 3.14

    红外辐射infrared radiation; IR

    波长大于可晃辐射波长的光学辐射。

    注:780 nm到10~ nm^个区域的红外辐射通常被分为:IR-A(T80 nrn—l 400 nm),IR-B(1 400 nm-~3 000 nm).

    IR'C(3 000 nm~l06 rim)。

红外辐射经常用人射到轰面的单位面积上的光谱总辐射量(辐射照度)来衡量。红外辐射应用的例子:工业加热、干燥、烘烤和照相复制-有些应用,例如短外观测豕统,使用了对某一限定波长范围敏感的探测器。在这些应用中,光源和探测器的光谱特性非常重要。

3.15

预期使用  intended use

按照供应商提供的说明书、指导和信息来使用产品、享有服务或进行操作。

3.16 

辐照度(在表面上的一点)  irradiace

投射到包含该点的面元上的辐射通量d∮除以该面元面积dA。

E=d∮/Da              ………………………………………………(2)

单位:W·m-2

3. 17

    灯lamp

    为产生光辐射(通常是可见的)而制作的光源。

    注:“灯”这个术语有时用干某些类型的灯具。

         这些类型的灯萁由灯和灯罩、反射器、封闭球形罩、灯箱或其他附件组成。在本标准中,灯是指赊激光以外的电光源'这些光源产生电磁谱中可见艮域的辐射.那些能够发光并集成有光学控制组件(如透镜或反射器,的装置'也认为是灯。例如有透镜的LED,端部带有透镜的灯和反射型灯,它们由抛仞线型或椭圆型反射器件和位于其中的光源组成,通常有一个透桡封益。

3.18

    灯系统lamp system

    任何与灯结合在一起或计划与灯结合在一起的芦品或部件。

3.19

  大光源large source

  光源在视网膜上的影像昃寸足够大,以至于肽影像中心沿着径向发射到周围的生物组织的辐射热

流与轴向辐射热流相比可以忽略不计。

3.20

    潋光laser

    由受激发射产生的,发出相干光辐射的光源。

3.21

    光light

    参见3.44可见辐射。

3. 22

    发光二极管  light emitting diode; LED

    被电流激发时能没有增益的发出光辐射的p-n结的固态器件。

3. 23

    流明  lumen

   光通量的SI单位:由一个发光强度为l cd的均匀点光源在单位立体角(球面度)内发射的光通量,

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或等般为频率曲540×10TM Hz、辐射通量为l/683W的单色辐射柬的光通量。

3.24

    灯具iuminaire

    凡是能按设计分配、透出或转变一个或多个光源发出光线的一种器萁,芽包括支撑、固定和保护光源必需的所有部件.但不包括光源本身,以夏磐需的电路辅助装置和牾他们与电源连接的设备。

    注:灯具翱灯系统通常被认为是同义词.在本标准中,灯具被限定于用于普通照明中发光的装置,而灯系统则是指灯在普通照明领域之外的应用。

3.25

    亮度(实际的戢假想的表面上的给定点在给定方向上的)luminance

    Lv

    由公式(3)定义的量。式中d∮v是经过给定点的光束元在包含给定方向的立体角d O内传播的光

通量;dA是包含给定点的该光束的截面面积;Q是截面法线与辐射束方向之间的夹角。

 

Lv= d∮v/ dA·cosQ·dO           ……………………………………(3)

    单位:cd·m-2

  3. 26

    勒克斯lux

    照度的SI单位:由1 Ix的光通量均匀分布在1 mz的表面上所产生的照度。

  3.27

    阪睛危害距离ocular hazard distance

    与光源间的一个距离,如果小于这个距离,那么在给定的辐照时间内,受到的辐射亮度或辐射照度含超过合理的曝辐限值。

    单位:m

 3.28

    光学辐射  optical radiation

    溲长在x射线过渡蹑(波长约为1 nm)和秃线电波(波怅约为106 nm)之间的电磁辐射。

    波长范围低于180 nm(真空紫外)的紫外辐射在空气中被氧气强烈地吸收。在本标准中,光学辐射的波段限制为波长大于200 nm,而且,踉睛将380 nm至l 400 nm之间的光学辐射传输到视网腋。

3.29

    光致角膜炎和光致结膜炎photokeratoconj unctivitis

角膜和结膜由于受到紫外照射所导致的炎症反应。波长小于320nm的紫外辐射最容易导致这种情况。该反应光谱的峰值大约位于270nm.

注:针对光致角膜炎和光致结膜炎已经出版了不同的反应光谱(CIE106/2 和CIE106/3:1993);然而,最近的研究建议对这两者使用同一个反应光谱(CIE106/1:1993)。

3.30

脉冲灯  pulsed  lamp

以单个脉冲或一系列脉冲的形式释放能量的灯,每一个脉冲的宽度小于0.25s。发射连续的脉冲系列或调制辐射能量的灯,其峰值辐射能量至少是平均辐射能量的10倍以上。

注1:灯在脉冲宽度是指脉冲上升沿能量达到一半这一点与脉冲下降沿能量下降到一半这一点之间的时间间隔。

注2:在本标准中,普通照明灯泡定义为连续发光灯(见3.5)。脉冲灯如:照像闪光灯、复印机中的闪光灯、脉冲调制LED和频闪闪光灯等。

 

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3.31

    辐射亮度(实际的或假想的表面上的绐定点在给定方向上的)  radiance

    由公式(4)定义的量:

  L= d∮/ dA·cosQ·dO                  …………………………(4)

    式中d∮是经过给定点的辐射束元在包含给定方向的立体角元dn内传播的辐射通量,dA是包含

给定点的该辐射束的截面面积#口是截面法线与辐射束方向之间的夹角。

  单位:W·m-2·sr-1

  如果将公式中的辐射通量d∮换成辐射能量dQ,该定义儇成为时间积分辐射亮度的定义。

3.32

    辐射能量radiant energy

在给定的椅续时间At内,辐射通量Q的时间积分。见式(5)

Q=∫0∮·dt                     ………………………………(5)

单位:J

3.33

曝辐射量(表面上一点的.在给定时程内的)radiant exposure

在给定的时程向,投射副包禽该点的面元上的辐射能量dQ除姒该面元面积dA。见式(6a)

6a)

单位:J·㎡

曝辐射量也可等效定义为在整个给定时程出内,给定点上受到的辐照度E的时间积分.见式(6b)

H=∫△tEdt                 ……………………………………(6b)

3.34

    辐射功率  radiant power

    ∮

    以辐射形式发射、俅输戒接收的功率.辐射功率通常被称为辐射通量。

    单位:watt (W)

3.35

    视网膜retina

    位于眼球内后部,对光刺激敏感的胺,它包括光感受器(锥状细胞和柱状细腿)和神经细腿,后者将刺激光感受器所产生的信号传递给视神经.

3.36

    视网膜灼伤retinal burn

    光化学或热导致的视网膜损伤。

3.37

    视网膜危害区  retinal hazard region

    介于380 nm和1 400 nm之间的光谱区域(可见区和IR-A),在这个区域内,正常的眼睛介质能将

光学辐射传输到视网膜上。

3.38

    皮肤危害距离  skin hazard diatance

    在这个距离上.经过8h的照射,辐射照度将超过合理的曝辐限值。

    单使:m

3.39

  光谱分布spectral distribution

  在波长A处,包含A的波长间隔dA内的辐射量或光度量或光子量dz(A)与该波长间隔之商。见式(7)


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  X。=dx(A)/dA               ………………………………(7)

    单值.[x]·nm-1

注:光谱分布更适于所涉及的函数X^(A)在4曝辐限值

3.40

光谱辐照度  spectral irradiance

入射在一个面元上的一定波长间隔内发生出的辐射功率d∮(A)与该面元的面积dA和波长间隔dn之商。见式(8)

En=d∮(n)/dA·dn      ……………………………………(8)

单位:W·m-2·nm1

3.41

光谱辐亮度(在一定波长间隔dn内,给定点在给定方向的)spectral radiance

Ln

通过给定点并沿给定点方向立体角传播的辐射功率d∮(n)与波长间隔dn、通过给定点并垂直于给定方向的光束截面积(cosQdA)以及立体角的dQ之商。见式(9)

 

Ln=d∮(n)/dA·cosQ·dQ·dn     ……………………………………(9)

单位:W·m2·nm-1·sr-1

3.42

球面度  steradian

立体角的SI单位;顶点处在球心的立体角所切割的球面面积等于一正方形面积,正方形的边长等于球的半径。

3.43

紫外辐射  ultraviolet radiantion;UV

波长小于可见辐射波长的光辐射。

注:100nm~400nm范围内的紫外辐射通常被分为:UV-A、315nm~400nm;UA-B、280nm~315nm;UA-C、100nm~280nm。

这些对紫外辐射的指定不应被看作是精确的限定,尤其在考虑光生物作用的时候。

在光生物学的某些领域,紫外波段被分为200nm~290nm、290nm~320nm、320nm~400nm。有时候这些波段分别被(不正确地)称为UV-A、UA-B、UA-C。波长小于180nm的紫外辐射被认为时真空紫外辐射。注意的是尽管380nm~400nm这个波段位于前面所定义的紫外辐射波段中,但是这个波段被认为时可见辐射。

3.44

可见辐射  visible radiation

任何具有能够直接引起视觉的光辐射。

注:可见辐射的光谱范围没有精确的界限,因为它取决于到达视网膜的辐射功率和观察者的响应度,下限一般在360nm~400nm之间,上限在760nm~830nm。

3.45     视角  visual angle

物体或细节对应于观测点所形成的角。尽管视角可以用毫弧度、角度或分来衡量,但是视角的SI单位是弧度。

 

曝辐限值

4.1概述

    入在灯和灯系统附近受到的辐射不应趄过下面所讲述的曝辐限值。曝辐限值(EL)的具体值来自

 

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于不同的ICNIRP导则.这些导则是根据实验研究中(见附录A摘要)所得到的最有用的信息制定的。

    跟辐限值表明了这样一种条件,在该条件下,在一般人群中,几乎所有人可以被反复照射而没有任何对身体健康不利的影响。然而,这并不包括一些对光特别敏感的人,也没有旬括整天和光敏剂打交道的人,因淘光敏剂会使人变得对光十分敏感,以致受到光辐射后容易产生对健康不利的影响。总体上来说,些九比不感光的人或者是没有整天与光敏剂打交道的人更易在光辐射中受到对健康不利的影饷。光敏感度因人而异,变化很大,因此不可能对这一部分人建立曝辐限值。

在本标准中曝辐跟值适用于连续照射源.辐射持续时间不能少于0.01 ms,也不能大于8h,该曝辐限值不应该被用作辐射控制的导则,但不应该被看作是安全与不安全的严格分界线。

在宽波段的可见光火IR-A辐射下,眼睛所允许的曝辐限值以光谱的光谱辐亮度Ln和总辐射亮度E为基础,这两个值在观察者眼睛所在位置测量得到。一般来说,只有当光源的亮度超过104cd·㎡时,才需要详细的精确的光谱数据。如果光源亮度小于这个值,则不会超出曝辐限值。这种曝辐限值将在4.3中给出。

 

4.2      与视网膜曝辐限值的确定和应用有关的特殊参数

4.2.1    瞳孔直径

进入眼睛并被视网膜吸收的辐射通量(380nm~1400nm)正比于瞳孔的面积。总所周知,在低亮度(<0.01cd·m-2时,瞳孔的直径大约为7mm,当亮度达到10000 cd·m-2时,瞳孔的直径会减小到大约2mm。在这里,最大亮度(对应0.011弧度的圆形视场的平均值)小于10cd·m-2的刺激被定义为微弱视觉刺激。对于一个给定的亮度,不同人地瞳孔直径差异相当大。因此,在建立这些曝辐限值时,仅假定了两种不同的瞳孔直径尺寸,如下所述:

·当亮度足够高(>10cd·m-2),并且辐射持续时间大于0.25,例如应用于蓝光危害或视网膜热危害时,使用3mm瞳孔直径(面积为m㎡)来计算出曝辐限值。

·当亮度很低时,即红外辐射仅产生很小或根本不产生视觉刺激,曝辐限值时采用7mm瞳孔直径(面积为38.5m㎡)为基础的。7mm瞳孔直径也用于对脉冲光源导致的/或辐射持续时间小于0.25s导致的光生物危害的评价。

·当周围环境光辐射很强并且使用近红外光源来作为辐射源始,采用3mm瞳孔直径计算曝辐限值,而且曝辐限值通过乘以瞳孔直径比的平方米调整到比较高的数值。在这种情况下,曝辐限值可增加(7/3)2=5.5倍。

4.2.2    光源的对边角和测量视场

对于波长在380mm~1400nm之间的辐射,视网膜受辐射面积在决定蓝光危害和视网膜热危害的曝辐限值上是一重要的因素。因为眼睛的角膜和晶状体将可视光源聚焦在视网膜上,因此描述受辐照面积的最好方法是把这个面积和可视光源的对边角a联系起来。由于眼睛在生理上的局限,在静止眼睛的视网膜上能成像的图像最小值为a min,甚至对点光源来说也是如此。在本标准中,a min的值为0.0017弧度。测量与0.25s(闪光反射时间)的视网膜的热危害曝辐限值相关的可视点光源发出的辐射时,无论是测量脉冲光源还是高辐亮度的连续发光光源,都应当使用0.0017弧度的对边角作为测量的视场。

当时间大于0.25s时,时速的眼睛运动就会使光源像木模糊,形成一个更大的角度,这个角度在本标准中称之为aeff.当辐射时间为10s时,点光源的模糊像覆盖了视网膜上更大的区域,这个区域的大小大约为0.011弧度。因此,在用于测量与持续10s照射下的视网膜热危害或是蓝光危害的曝辐限值对应的辐亮度时,有效对边角aeff应该是0.011弧度。由于连续性,在0.25s与10s之间的aeff被认为从a min 到0.11弧度逐渐增加,并且与时间的平方根成正比,也就是aeff与amin·t0.3成比例,即
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aeff=amin√t/0.25。由于很少有数据可用于支持这个时间关系式,因此使用它时要十分注意。因为光源的辐亮度通常是在0.25 s或者是在I0 s被评价的,这可以通过在第6章中描述的危险标准来确定.所以一般不需要这个时间的关系式。

    另外,对于蓝光危害,当照射时间大于100 s时,由于眼睛运动使视网膜上被一个小光源照射的区域进一步扩散成一个较失的区域,这其中不电括眼睛被用医学方法固定住的情况,;例如在做眼科手术时的情形。为了测量与光源蓝光危害的曝辐限值相对应的辐亮度,在时间短于100 s时,有效对边角aeff被设定为0.011弧度,当时间大于10 000 s时被设定成0.1弧度。为了方便,在100 s至10 000 s之间,可以大致认为aeff与时间的平方根成正比逐渐增加,也就是说,aeff=o. 011·√t/100(注意,这个公式不是精确的)。在本标准中,对所有类型的视网膜危害对边角的最大值amax都是0.1弧度。因虼请注意.超过10 000 s的aeff等于amax .

    对于那些对边角大于amax的可视光源,对视网膜危害的曝辐限值与光源的尺寸无关。

    长方形的光源的对边角由光源的最大和最小角度尺寸的数学平均值决定。例如,对于一个长

20 mm-直径3 mm的管状的光源,在距离光轴线正前方r=200mm处的a将由平均尺寸Z决定:

Z=  (20+3)/2=11.5 mm

    因此

A= Z/r=11.5/200=0.058 rad

任何大于amax的角度将被限定为amax,而且任何角度小于amin的辐射角度将被限定为amin,这一规律优先于数学平均值,因此,在上面的例子中,如果光源的长度大于20mm,那么,在计算有效光源辐射角度的时候只能用20mm来计算有效的光源尺寸。

 

4.3      辐射危害的曝辐限值

4.3.1    皮肤和眼睛的光化学紫外危害曝辐限值

    入射到没有采取保护措施的皮肤和眼睛的紫外辐射的曝辐限值仅适用于照射时间在8h以内的情况。在任何一天中连续超过8h的辐射在这里都不予考虑。有效辐射的曝辐限值为30J·m-2

为了保护眼睛或皮肤不受由宽带光源产生的紫外辐射的损伤,光源的有效积分光谱辐照度Es不应超过由公式(10)定义的限值。

 

Es·t=∑400200∑E.(A.t)·Suv(A)·△t·△A≤30(J·m-2)        ……………………(10)

式中:

E.(A.t)——光谱辐照度,单位先W·m-2·nm-1;

Suv(A)——光化学紫外危害加权函数;

△A——波长带宽,单位为nm;

     t—一辐射持续时间,单位为s。

    光化学危害函数Suv(A)以图的形式在图1中给出。由于该函数的值分布于好几个数量级,所以

Suv(A)以对数形式给出。此外,在表1中给出了Suv (it)的光谱值。

    皮肤和跟睛在没有保护的情况干,允许在紫外辐射下照射的时间由公式(11)确定.

   tmax=30/E                              …………………………(11)

式中;

tmax——允许紫外照射的时间,单位为s;

 E——有效紫外辐射照度,单位为W·㎡。


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波长/nm

紫外危害函数Suv(^)

波长/nm

紫外危害函数Suv(A)

200

O.030

313b

0. 006

205

0.05]

315

0.003

210

O.075

316

0. 002 4

215

0. 095

317

0.002 0

220

0.120

318

0.001 6

225

0. 150

319

0.001 2

230

O.190

320

0.001 0

235

0. 240

322

0.000 67

240

0. 300

323

0.000 54

245

0. 360

325

0. 000 50

250

O.430

328

0. 000 44

254"

0. 500

330

0.000 4!

255

0.520

3330

O.000 37

260

O.650

335

0.000 34

265

0. 810

340

0. 000 2$

270

1. 000

345

0.000 24

275

0.960

350

0. 000 20

280b

0.880

355

0.000 16

285

0. 770

360

O.000 13

290

0.640

365"

0. 000 11

295

0. 540

370

O.000 093

297s

0. 460

375

0.000 077

300

0. 300

380

O.000 064

303b

0. 120

385

0. 000 053

305

0. 060

390

0.000 044

308

0. 026

395

0. 000 036

310

0.015

400

0. 000 030

     a波长的选择是有伉表性的l其他波长的数据可通过插值法得到。

     b汞的发射谔线。

 

4.3.2  眼睛的近紫外危害曝辐限值

    光谱范围在315 nm~400 nm(UV-A)之间的光辐射对眼睛的总的曝辐射量,在时间小于1 000 s

的情况下将不能魍过10 000 J.m-2;在时间穴于1 000 s(大约16 min)的情况下,对没有保护措施的眼睛的UV-A波段辐照度Eova不应该超过10 W·m-2。

    这些标准可以表示如下;

        Euva·t=∑400315∑En(A,t)·△t△A≤10 000    (J·㎡)(t<1 000 s)……(12a)


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Euva≤10    (W·m-2)(t≥1 000 s)                 ……………………(12b)

式中:  .

Ex(a,t)一一光诸辐照度,单但为W·m-2·nm-1;

△A——波长带宽,单位为nm;

T——辐射持续时间,单位为s。

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图1  皮肤和眼睛光化学紫外危害的光谱加权函数Suv(A)

当眼睛没有保护措施时,小于1 000 s的紫外照射允许时间由公式(13)计算。

Tmax≤ 10 000/Euva    (s)          ………………………………(13)

  

注:对近紫外区域对眼睛的照射.ICNlRP在1989年改变了上面的曝辐限值,把10 000 J.m一2曝辐射量的辐照时间从1000 s增加到I0 000 s(8.6 h),并将辐照时间为10 000 s≤f≤30 000 s(B h)的辐射照度改变为1 W/mt。

 

4.3.3视网膜蓝光危軎曝辐限值

    为了防止长期受到蓝光辐射的视网膜产生视网腠光化半损伤,光源的光谱辐亮度与蓝光危害函数

B(A)加权积分后的能量,也就是蓝光加权辐亮度Lb不应该超过于面限值:见式(14a)、(14b)

Lb·t= ∑700300∑Ln(A,t)·B(A)·△t·△A≤10 6(J·m-2.sr-1)    (t≤104s)         ……(14a)

 

 Lb= ∑700300∑Ln(A,t)·B(A)·△A≤10 6(W·m-2.sr-1)    (t≤104s)      ……(14b)

  

 式中:

   Ln(A,t)——光谱辐亮度,单位为W·㎡·sr-1m-1

    B(A)——蓝光危害加权函数;

    △A——波长带宽,单位均nm;

     t——辐射持续时间,单位为s。

    蓝光加权函数目B(A)与视网膜热加权函数R(A)的昀线在图2中以图形的方式显示出来。和图1一

样,因为函数值的范围包括了好几个数量级,因此坐标值用对数刻度。此外.B(A)和R(A)的光谱值列于表2中。


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表2讳价宽波段的光源对视网膜危害的光谵加权函数

波长/nm

蓝光危害加权函数B(A)

菸危害函数R(A)

300

O.01

 

305

0.01

 

310

0. 01

 

315

0.01

 

320

0.01

 

325

0. 01

 

330

O.01

 

335

0.01

 

340

0.01

 

345

0. 01

 

350

O.Ol

 

355

0.01

 

360

0.01

 

365

0,01

 

370

0.01

 

375

0. Ol

 

380

0,01   

0.1

385

0,013

0.13

390

D.025

0.25

395

0.05

0.5

400

0. lO

1.0

405

0. 20

2.0

410

0. 40

4.0

415

0. 80

8.0

420

0. 90

9.0

425

0. 95

9.5

430

0. 98

9.8

435

1.00

10.0

440

1. 00

10.0

445

0. 97

9.7

450

0.94

9.4

455

0.90

9.0

460

0. 80

8.0

465

0. 70

7.0

470

0.62

6.2

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表2(续)

波长/nm

蓝光危害加权函数B(A)

热危害函数R(A)

475

0. 55

5.5

480

0. 45

4.5

485

0. 40

4.0

490

0. 22

2.2

495

0. 16

1.6

500~600

10【(450-A】、50】

1.0

600~700

0. 001

1.0

700~1 050

 

10【(700-A】、50】

1 050~1 150

 

0.2

1 150~] 200

 

O. 2×100.02(1150-A)

1 200—1 400

 

O.02

若光源的加权辐亮度Ln超过I00 W.m-2.sr-I,则最大允许照射时间t。。应该由公式(15)计算。

Tmax=106/LB  (s)    (t≤104 s)                …………………………(15)

式中:

Tmax——最大允许的照射时间,单位为s;

LB——蓝光危害加叔辐亮度。

注1:光谱辐亮度Ll应该是在正圆锥嘭规场吒rr平均得到的,如4.2.2所述。

注2:对于由几个相豆术临近的光源组成的复合光源,本标准佼适用于其中单个光源。当考虑所有光源的平均辐亮度时,本标准将光源视为一个整体。

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圈2视网膜危客的光谱加权函数:B(A)和R(A)

4.3.4视网膜蓝光危富曝辐限值  小光源

    对于对边角小于0.011弧度的小型光源,从4.3.3中推导出了一个基于光谱福照度而不是基于光

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谱亮度的简单方程。通过对方程25的应用,可以看出L和E之间的关系,对于一个对边角为0.011弧

度的光源来说,系数大概是104。因此,眼睛的光谱辐照度E^与蓝光危害函数B(A)(见表2)加权积分后不应超出市面的限值,见式(16a)、(16b).

Lb·t= ∑700300∑Ea(A,t)·B(A)·△t·△A≤10 (J·m-2)    (t≤104s)           ……(16a)

 

Lb= ∑700300∑Ea(A,t)·B(A)·△A≤1    (W·m-2  )    (t>104s)         ……(16a)

 

    式中:

    En(A,t)——光谱辐亮度,单位为W·㎡·nm-1

    B(A)——蓝光危害加权函数;

    △A——波长带宽,单位均nm;

     t——辐射持续时间,单位为s。

对于蓝光加权辐照度Eb超过0.01 W·m-2的光源,最大允许的辐照时阍应该由公式(17)计算.

  tmax=100/Eb    (s) (t≤100s)          ………………………………(17)

   

式中:

   tmax——最大允许的照射时间,单位为s;

    Eb一一蓝光危害加权辐照度。

    注1:请注意不同b限值的时间考察点是100 s而芥是公式(15)中给定的10 000 s。产生这个改变的原因是,当照射时间超过I00 s后,认为视网膜上被照射的面积与时间的平方根成正比关系增加。因此视网膜上的有效的

    辐照度减小,在介于lOO s和10 000 s的照射时间阶段,认为视网膜辐照沉积与时间光关,这是由于假设眼睛

    进行由任务定向的移动.这个特性在显示ED的图6中得到了表述;

    注2:对于跟科装置或者是对于外科手术期间的静止不动的眼瞌,辐照时间被延伸到了i0 000 s。这意味着在那些

    情况下,蓝光加权辐照度应小于10-2W·m-2,也就是吨公式(16b)中给出的值要小100倍。

4.3.5视网膜热危害曝辐限值

    为了防止视网膜热损伤,光源的积分光谱辐亮度k与灼伤危富加权函数R(A)(从表2和图2可

知)加权后得出的值,也就是热危害加权辐亮度不应该超过公式(18)定义的限值:

 Lr= ∑1400380La·R(A)·△A≤50000/a·t0.25(W·m-2.sr-1)(10us≤t≤ 10s)       ……(18)

 

式中:

   Lr——光谱辐亮度,单位为W·m-2·sr-1·nm-1 ;

 R(A)——热危害加权函数;

△A——波长带宽,单位均nm;

t——观察持续时间(对于脉冲灯则是脉冲宽度),单位为s;

a——光源的对边角,单位为rad。

注1:Ln应该是在角度再0.0017和0.1弧度之间的正圆锥形视场中平均得到的。

注2:对于由几个相互不临近的光源组成的复合光源,本标准仅适用于其中单个光源。当考虑所有光源的平均辐亮度时,本标准将光源视为一个整体。

4.3.6     视网膜热危害曝辐限值——对微弱视觉刺激

对于一个红外热光源或者是任何近红外的光源,它们所产生的微弱视觉刺激不足以产生不适反应,当用眼睛观察且辐照时间大于10s时,其近红外(780nm~1400nm之间)辐亮度Lir应被限值在:

Lir= ∑1400380La·R(A)·△A≤6000/a (W·m-2.sr-1)( t> 10s)                 ……(19)

 


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  式中:

   Lr——光谱辐亮度,单位为W·m-2·sr-1·nm-1 ;

 R(A)——热危害加权函数;

t——辐照时间,单位为s;

△A——波长带宽,单位均nm;

a——光源的对边角,单位为rad。

    微弱视觉荆激在这里被定义为:最大亮度(在对边钼为0.011弧度的圆形视场上的平均值)低于

10cd.m-2的视觉刺激。

    注1:k应该在角度介于0.0ll和0.1弧度之间的圆锥形视场上计算得到.

     注2:因为认为光源的亮度是微弱的,所以在公式(20a)和(20b)中所表述的曝辐限值是基于7 mm直径的瞳孔得到

          的.在周围的环境光很高的情况下。采用3 mm直径的瞳孔进行计算,这意味着通过乘以瞳孔直径比的平方

    (5.5),曝辐眼值可以被调整到更高的值·也就是说曝辐限值可以增加到33 000/aW·m-2·sr-1(见4.2.1).

4.3.7眼睛的红外辐射危害曝辐限值

    为了避免对眼角膜的热危害以及对晶状体的后遗症(比如白内障),对于在波长780 nm~3 000 nm

之间的红外辐射,当照射时间小于1000s时,红外辐射的视觉曝辐限值应该不能超过公式(20a)限值。

 

Lir= ∑3000780E(A)·△A≤18000/t-0.75(W·m2)( t≤ 10s)    …………………………(20a)

对于照射时间大于1000s的情况,曝辐限值变式(20b)。

 

Eir= ∑3000780E(A)·△A≤100 (W·m-2)( t>1000s)    …………………………(20b)

  式中:

    Er——光谱辐亮度,单位为W·㎡·nm1 ;

  △A——波长带宽,单位均nm;

t——照射持续时间,单位为s;

注1:在寒冷的环境下,当红外光源被用作辐射取暖时,长时间曝辐限值可以增加,即在0℃时为400 W·m-2,在10℃时为300 W·m-2

注2:对于所有的白炽灯光源,IR-C的辐射作用已经被考虑在这些曝辐限值之中了。

4.3.7     皮肤热危害曝辐限值

可见光和红外辐射(380nm~3000nm)对皮肤的辐照应被限制见公式(21)。En·t=

 

3000380∑Ea(A·t)·△t·△A≤20000·t0.25(J·m-2)    (t≤104s)         ……………………(21)

式中:

    Er(A,t)——光谱辐亮度,单位为W·㎡·nm1 ;

  △A——波长带宽,单位均nm;

t——照射持续时间,单位为s;

注:这里的曝辐限值根据皮肤由于机体组织温度的升高而导致的损害,并且仅适用于小面积辐照的情况下。不提供辐照时间大于10s的曝辐限值。在低于产生皮肤伤的温度下,就会产生剧烈的疼痛,因此人受到的辐照常常被限定在舒适的程度。由于人与环境之间的热交换、身体的运动以及其他各种因素,所以不能对大面积的辐照和热应力作评价,这种情况也不能用来建立产品安全标准,但是必须通过环境热应力进行评估。

5 灯和灯泉统的测量

    应用于计算生物辐射值的光辐射测量向辐射度学家提出了重大的挑战。对于典型的光生物作用光

谱.例如SuvC2).其波长很小的变化会带来该值较大的变化。此外,带有玻壳的灯光源的辐射透过率随着波长的增加而增加,而此时Suv(A)却迅速减小。因此必须充分考虑加权结果的精度问题。

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    辐射照度的测量通常可按照惯例进行,而辐射亮度的测量并不具有规律可循,往往难于进行。尤其对于光生物危喜的情况,因为它们通常包括了一系列问题,而且随着危害评价的不同而变化。

    基于卧上原因,对不同类型的灯以及灯系统的光辐射测量的条件和过程进行长期的探讨是非常有

必要的。

    需要强调的是,在本标准中描述的测量过程被用来解释生物物理现象。特别包括了孔径或视场的

平均,这对于普通的辐射测量是不适合的。然而,如果非平均测量值与各自的曝辐射限值相比,其危害可能被过高估竹了。

    为了更好地对4.3中描述的不同曝辐限值,包括视场效应进行比较,在本章的最后给出了总结的图表。图6和表3总结了基于危险辐射量的每种照度最大值作为曝辐射时间函数。而图7和表4总结了基于视网膜危险辐射量的最大亮度值作为曝辐射时间函数。

    注:在条款l中谔价各种危害的较高波长范围是3 000 nm.由于信号响应较低以及难于得到定标光源,使用单色仪在红外区域进行光谱辐照度和光谱辐亮度测量通常是困难的,尤其是2 500 nm~3 000 nm波长范围.但是,当波长大于1 400 nm时,没有定义加权函数,因此在1 400 nm~3 000 nm宽波段测量,对于人眼和皮肤的红外危害条件的评估是适用的.

5.1测量条件

    测量条件应作为评估曝辐射量和进行危险分类的一部分内容来指出。

5.1.1灯的老炼

    为了在测量过程中得到稳定的输出以及提供可重复的结果,灯需要进行适当的老炼。在最初的工

作期间灯的输出特性将发生变化,因药其部件正在处于平衡。如果测量一只没有进行过老炼的灯,在测量期间内和测量之间量值的变化将是显著的。由于灯的输出通常随着使用时间的增加而衰减,老化时间应当有所限制。

灯的老炼应当按照相应的灯标准执行。

注:放电灯典型的老炼时间是100h,如荧光或高强度放电(HID)型灯。老炼时间是灯寿命的1%。但是,上述老炼准则对于特殊的应用将发生改变,例如太阳灯。

5.1.2     试验环境

光源的精确测量需要一个可控制的环境。光源和测量设备的操作受环境因素的影响。此外在测量光路中臭氧的形成将影响测量精度,还存在安全性问题。对于特殊的测试环境,参照相应合适的IEC灯标准。如果缺少这样的标准,可参照相应的国家标准或制造商建议。

环境温度将严重影响某种光源的光输出,例如荧光灯。测量中采用的环境温度应当与相应的IEC灯标准一致。

某些光源的特性还易受气流的影响。这是指被测试灯表面的空气流动,而不是指为自身内部的自然转换。应当尽可能地减小这种空气流动,并与臭氧的产生导致的安全问题一并解决。当测试系统具有内部循环状态,测量也应当在同样的循环状态下进行。

5.1.3     外界辐射

应当特别注意确保外界辐射源的辐射和反射不会给测量结果带来重大影响。通常使用挡屏外界辐射。需要注意的是,视觉上呈现的黑色表面也可能会反射紫外和红外辐射。此外,在红外测量中必须考虑来自热屏的辐射,这是由于正对着挡屏的大入射角造成的。

5.1.4     灯的操作

测试灯的操作应当同相应的灯的标准一致。如果某种灯的类型无相应标准,应当按照制造商的建议进行操作。

5.1.5     灯系统的操作

    测试灯的供电电源应当与相应的标准一致。若没有,应当按照制造商的建议进行。

 

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5.2测量过程

5.2.1辐照度测量

这里的描述适用于宽带辐照度袖光谱辐照度的测量。一个理想的辐照度测量仪器包括一个直径为D的圆形平面探测器,且能充分满足所希望的信噪比要求,即:

·在一个正确的圆锥角内接收辐射,圆锥角的中轴线垂直于探测器平面;

·在垂直于探测器平面上具有余弦空间角度响应;

·在一个特定的波段范围A1~A2内,对于特定位置,光谱响应度恒定。

在此标准中,最小输入孔径的直径为7mm,最大输入孔径的直径为50mm.推荐小积分球上,开一个25mm的平面圆孔作为单色仪的输入。对于空间均匀的光辐射模型源,建议使用直径为25mm的孔径。对于那些空间辐射不均匀的源,例如带有窄光束反射器灯,其峰值辐照度(强度)与充满25mm孔径的测量值相比要高得多。在这种情况下,探测器孔径应当限值为7mm.

图3系统地说明了在辐照度或光谱辐照度测量中的主要内容。包括了限制视场的光阑(如果需要),半角A,光源到接收器的距离要远远大于探测器直径。

测量在能够给出最大读数的位置进行。仪器应当被定标,能够得到单位接收面积上的入射辐射功率。

注1:在某一位置改变入射光阑,需要做额定的工作区重新校准辐射计或光谱辐射计。如果辐照度随距离的变化已知,得到较小孔径的一种方法是将探测器光阑(假定使用的是25mm直径的光阑)移动,知道在200mm处7mm直径光阑的锥形角正好填满25mm的孔径。例如:距离大概是标准距离的3.5倍。

注2:测量辐照度不应当在一个比规定小的孔径内平均。因为这可能导致过高估计危害的结果。最小的平均孔径与生理和习惯的因素有关,使入射辐射在一个特定的面积内平均。

注3:由于一系列原因,包括人眼的生理特征,在4.3.1和1.3.2中讨论的紫外辐射的曝光水平应用光源,其张角不小于80°(1.4弧度)。即:光源对辐照面的法线有40°。因此对较大角度的来自光源的辐射仅在80°全角范围内测量。

应用于下列各种情况的辐照度测量见4.3。

·315nm~400nm人眼的曝辐限值。Euva;

·红外各种情况的曝辐限值,Eir;

·皮肤  热曝辐限值,Er;

应用于下列各种情况的光谱辐照度测量见4.3。

·200nm~400nm皮肤的眼睛曝辐限值,Es;

·视网膜的蓝光曝辐限值  对小光源的,Eb.

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图3辐照度测量示意图

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5.2.2辐亮度测量

5.2.2.1标准方法

    这里的描述适用予宽带辐亮度以及光谱辐亮度的测量。辐亮度测量使用的光学系统兜图4:

    ·将亮源成像到探测器上;

    ·具有一个圆形视场光阑,形贱旱均视场aeff的角度范围;

    ·具有一个圆形入射光瞳(孔径光阑),同辐照度刺量中一样是一个子均光阑,完成5.2.1中描述

    的同样要求。对于小的角度,成像系统中探测器直径与焦距之间的关系为d= aeffH。

同辐照度测量类似,图4中所述的最小限制直径为D的孔径光阑对于脉冲光源来说,相当于7mm

的瞳孔直径,对于CW光源来说是一个生物物理意义上的平均孔径。瞳孔很小,由于眼睛和头的移动允许这种孔径的平均。就脚辐照度测量中一样,如果入射辐照度足够均匀,孔径光阑可以超过7mm.

 

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图4测量辐亮度的一个设想装置

 

    仪器应当彼定标,能够读出在仪器于均视场上的单位接收面积单位立体角内的入射辐射功率。

    注:测量的辐亮度不应当是在比规定视场还小的视场上平均值.这样可弛会过高地估计了危害,平均视场的大小

        与眼睛活动的范围,即大面积光源像的辐射功率在视网膜上的分布有关。平均视场的大小站,不依赖于光源的

        面积a.对于那些对应角比规定视场角aeff小的光源,平均辐亮度值将小于实际光源的物理辐亮度。但是这种生理效应值与曝辐限值相比是适当的。

应用与下面各种情况的光谱辐亮度测量在本标准4.3中也有描述。

·视网膜的蓝光曝辐限值,Lb;

·视网膜的热曝辐限值,Lr;

·视网膜的热曝辐限值,——对微弱可见光刺激,Lir。

5.2.2.2              替代方法

辐亮度测量能够转化为辐照度测量。只要确定一个准确定义的视场,测量出的辐照度值除以此视场就能够得到辐亮度值。换而言之,对于一个成像辐亮度装置(上述),光源前加上圆形视场光阑的辐照度测量,就能够实现辐亮度测量(图5)。视场光阑的大小F,以及视场光阑到孔径光阑的距离r,确定了视场,见式(22)。

  R=F/r                    ………………………………(22)

    这种设置意味着视场光阑应能距离光源足够近,以得到所需要的视场。


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测量辐照度E和光源辐亮度L之阆的关系,对于正对光源的小角度探侧(口=0.3.31中定义),能够给出公式(23)。

    E=L·n                   ………………………………(23)

 

  这里n,单位为sr,是测量的视场,即图5中所示的平面角7所对的立体角。此外,对于很小的圆形光源,平面角y和立体角n之间的关系见式(24)。   

    D=∏·r2/4              ………………………………(24)

 

  因此,使用图5中所示的几何关糸,由光源的辐亮度计算辐照度的公式见式(25)。

E=L·∏·r2/4=L·∏·F2/4·r2             …………………………(25)

 

 

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图5可采用的辐亮度方法

 

    当使用辐照度得到辐亮度值去比较给定危害时,视场光阑的直径F必须设置得如公式(26).

    y=aeff               …………………………………….(26)

注:蓝光情况下对小光源辐照度的限制相当于对特定测量子均视场辐亮度的限制。辐照度极限由辐亮度极限乘以平均测量视场式(25)得出.

5.2.3光源大小的测量

    为确定光源的张角口.需要确定光源50%的辐射点。通常的方法是使用摄影术或固定点像机,只有

当确定光谱均匀性足够好时,可见辐射能够模拟红外辐射。光源频谱的变化能够导致在不同的频谱区

域具有不同的大小(参见Sliney and Wolbarsht,1980.clause 12.6.6.)。

5.2.4脉冲光源的脉冲宽度测量

    一个光源正常的脉冲持续时间At的琥定,需要确定达到50%峰值辐射所需戛的时间。当光谱的

均匀性足够好时,可见辐射能够作为红外和紫外辐射的近似,通常的方法是使用光电池和示波器。在脉冲中光谱的变化能导致不同光谱区域脉冲宽度的变化。

5.3分析法

5.3.1  加权曲线的插值

    表1定义的加权曲线通常不能解决光源的加叔辐射计算。在半对数坐标系中的任何区域,函数应

    
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当是线性的。因此对插值进行标准化,对于给定的对数值应用线性插值法,驭得到所需波长间隔的中间值。例如,推荐使用一个纳米间隔。内插数的反对数运算需要考虑内插加权因子。

5.3.2计算

    光源危害值的计算是将光诰扫描进行加权,得到总的加权量。为了提供一种可重复操作的方法,本标准埏议对于小于400 nm以下的光谱,内插或积分时的波长间隔为1 nm.加权和积分计算在分辨率为1 nm情况下进行。对于大于400 nm的汶长,推荐使用5nm的波长间隔。

5.3.3测量不确定度

    所有的测量结果的质量都必须用不确定度分析量忧。所有的计算结果必须附带有不确定值,使其

符合通常掺考文献中的规定。每一个结果的不确定度应按照扩展末确定度进行报告,根据ISO导则条

款2所定义,通过合成标准不确定度Uc进行计算,覆盖因子k=2。不确定度值应通过计算定标不确定

度和附录C中所描述的所有误差源得到。

 

表3对皮肤表面或角膜的曝辐眠值(辐照度基值)

 

危害名称

 

相应公式

波长范围

nm

曝辐时间

s

限制孔径弧度

(‘)

恒辐照曝辐限值

W·m—2

光化学  UV

皮肤和眼睛

Es=∑En·S(A)·△A

 

200~400

 

<30000

1.4(80)

 

30/t

眼睛UV

1. 4(80)

Euva=∑En·△A

315~400

≤1000

>1000

1.4(80)

 

10 000/t

10

蓝光小光源

<0.011

 

Eb=∑En·B(A)·△A

 

300~700

 

 

≤100

>100

<0.011

 

 

 

100/t

1.0

眼睛红外

380—3 000

Eir=∑En·△A

780~3000

 

≤1000

>1000

1.4(80)

 

18000/t0.75

 

皮肤热

Eh=∑En·△A

380~3000

<10

2∏sr

2000/t0.75

 

表4对视网膜的曝辐限值(辐亮度基值)一览表

 

危害名称

 

 

相应公式

 

搜长范围

 

nm

曝辐时间

s

 

 

视场弧度

 

恒亮度曝辐限值

 

W·m—2 sr-1

 

 

蓝  光

 

 

 

Lb=∑Ln·B(A)·△A

 

 

 

300—700

 

0, 25~10

10~100

100~10 000

≥10000

0.011·√(t/10)

0. 011

0.001 l√t

0.1

10 6/t

10 5/t

106/t.

100

 

视网膜热

 

 

Lr=∑Ln·R(A)·△A

 

 

380—1 400

 

<0.25

0. 25~I0

0.001 7

0. 011·√(t/10)

50000/(a ·t0.25)

50 000/(a·t0.25)

视网膜热

(微弱视刺激)

Lir=∑Ln·R(A)·△A

780—1 400

 

>10

 

0.011

 

6 000/a

 

GB/T  20145--2006/CIE S 009/E:2002

GB/T 20145-2006 灯和灯系统的光生物安全性_1/K

图6  恒曝的加权照度对时间的曝辐限值

GB/T 20145-2006 灯和灯系统的光生物安全性_1/K

图7  恒曝的加权亮度对时间的曝辐限值

 

本标准的分类是按照CIE TC G-47规定分类的,这使涉及灯的危险分类和灯辐射产生的光生物危

害值对距离的规定确定下来。既然从几方面详灯可能都存在危害,那么有个分级的方案便是需要的。

对本标准来说,下述准则是明确的:

    ·对普通照明(GI。S)的灯,见定义3.11,危害值(无论辐照度或辐亮度)均应在产生500 Ix照度的距离下给出,但这个距离不应小于200mm。

    ·对其余所有光源,包括脉冲灯,危害值是在200 mm的距离上给出的。

    本条款是对灯进行分类,然而,对灯具绒其他灯系统,可进行相似分类。对一般照明灯,进行辐照度测量的距离依测量能力而定。

    这个分类方案仅表现了潜在危险,是否能变成真正危害,那取决于利用率、曝光时间和照明设备的效果。表5总结了对4.3中讨论的每个危险分类所对应的不同辐照度和辐亮度发射限。

    注:在某些情况下,同一个灯既用于普通照明又有其特殊用途,对此按特殊用途评估等级.

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