Nguy hiểm của IR LED


12

Tôi muốn xây dựng một hệ thống thẻ laser DIY. Trang web milestag đề xuất Vishay Tsal-6100 là IR-LED. Đây là một bảng dữ liệu: http://www.mouser.com/ds/2/427/tsal6100-279822.pdf

Vì tôi muốn tập trung ánh sáng (có thể phân kỳ một hoặc hai độ sau ống kính), tôi bắt đầu nghĩ về những nguy hiểm tiềm tàng đối với mắt. Đọc về chủ đề này cho thấy rằng ánh sáng hồng ngoại có thể rất có vấn đề. Mắt không nhìn thấy các bước sóng IR và không thể phản ứng với phơi sáng quá mức. Do đó, điều tối quan trọng là phải nằm trong giới hạn của các tiêu chuẩn an toàn.

Chẳng hạn như IEC 62471 dường như là tiêu chuẩn áp dụng. Trên thực tế, Vishay đã công khai một tài liệu với dữ liệu về đèn LED của họ được tham chiếu theo định mức này: http://www.vishay.com/docs/81935/eyesafe.pdf

Tsal6100 được mô tả là 400mW / sr trong trường hợp xấu nhất. Điều này có nghĩa là đèn LED "được miễn" = ít nguy hiểm hơn loại 1.

Nhưng điều đó có nghĩa gì ? Thông số kỹ thuật cho biết 230mW / sr vì vậy có vẻ như chúng đã bao gồm một số loại lề an toàn. Tôi không thể tìm thấy khoảng cách mà cường độ này đạt được. Nếu thông số kỹ thuật ghi 230mW / sr ở khoảng cách 1m và trường hợp xấu nhất theo định mức là 50 cm thì một chùm tia hội tụ (đường kính 10cm ^ 2, một vài góc phân kỳ) có thể có cường độ cao hơn nhiều.

Câu hỏi của tôi: Làm thế nào để tôi tính toán cường độ của chùm tia của tôi? Làm thế nào để tôi biết nếu đèn LED an toàn để sử dụng?

Cập nhật:

Tôi đọc lên đơn vị mW / sr và tìm thấy định nghĩa này:

định nghĩa trên wikipedia

  • phi như cường độ
  • omega như góc

Góc nửa trước khi lấy nét đèn LED là 10 độ, sau ống kính tôi hy vọng sẽ có được thứ gì đó như 1 độ. Vì vậy, hệ số khoảng 10. Tôi đã áp dụng một số phép toán:

phối hợp biến đổi

Nếu tôi hiểu điều này một cách chính xác, một chùm ánh sáng tập trung mạnh gấp 10 lần, như một tia sáng không tập trung. Thê nay đung không ?

Một vấn đề mới là: Làm thế nào để tôi có được khu vực nguồn? Nên là bề mặt của thấu kính.

Tôi đã cố gắng nhập các giá trị trong máy tính này: http://www.intersil.com/en/products/optoelectronics/ambient-light-sensors/eye-squil.html

(cảm ơn rất nhiều vì Dave đã liên kết tuyệt vời)

nhưng có nhiều lĩnh vực mà tôi không biết cách điền vào. Một đèn LED với 2300mW luôn gây chết người và điều đó có vẻ không đúng.

Để kiểm tra độ tỉnh táo, tôi đã cố gắng chỉ sao chép các giá trị từ bảng thông số vào máy tính. Hóa ra đèn LED nguy hiểm, thậm chí không tập trung. Bây giờ tôi chắc chắn rằng tôi đã phạm một số sai lầm, vì Vishay nói rằng sản phẩm này đã được "miễn trừ".

  1. Loại đèn LED cho thiết lập của tôi là gì? Tôi đã chọn "Lensed"
  2. Nếu tôi chọn ống kính, chính xác "khu vực nguồn mở rộng" là gì? Bề mặt của thấu kính?

Bạn có thể giúp tôi và cố gắng tự nhập các giá trị không? Máy tính là một bảng tính Excel. Tôi đã sao chép nó vào dropbox của mình, vì vậy bạn chỉ có thể sử dụng Microsoft Excel trực tuyến. Đây là một liên kết: https://www.dropbox.com/s/r28n3p6bdf5m7hs/exposeure-calculator.xlsx?dl=0

Một lần nữa, liên kết đến bảng thông số là: http://www.mouser.com/ds/2/427/tsal6100-279822.pdf


Cập nhật lớn:

Để chính xác hơn về các vấn đề của tôi với máy tính: Để có được các giới hạn thú vị như giới hạn phơi nhiễm và hệ số an toàn, cần phải chọn "loại thiết bị gần nhau". Đối với trường này, bạn có thể chọn giữa "cảm biến tiệm cận tiêu chuẩn" hoặc "cảm biến tiệm cận tầm xa".

Nếu không có lựa chọn nào được thực hiện, các trường cho các yếu tố an toàn vẫn trống.

Có lẽ chúng ta có thể giải quyết vấn đề mà không cần máy tính này?

Tôi nghĩ về đơn vị này mW / sr. Rõ ràng nó không phụ thuộc vào khoảng cách. Vì vậy, để có được hiệu ứng trên mắt, có lẽ cần phải xác định phần nhỏ của khu vực thực sự "đập" vào mắt. Ở khoảng cách 10m so với đèn LED IR, nửa góc 10 ° đã tạo ra một vòng tròn có bán kính 1,73m và diện tích 9,4m ^ 2. Mắt (không phải đồng tử, tôi không hoàn toàn chắc chắn những gì có thể gây hại) có thể có diện tích 3cm ^ 2. Đó là một tỷ lệ rất thấp, chắc chắn vô hại.

Vì vậy, tôi có thể giả định rằng ống kính tạo ra một chùm ánh sáng song song hoàn hảo và sau đó tạo ra phân số giữa diện tích bề mặt ống kính và diện tích bề mặt mắt.

Điều này làm cho câu hỏi của tôi đơn giản hơn: sức mạnh nào là vô hại cho mắt. Giả sử một vùng cố định cho mắt, bạn có thể tính đường kính thấu kính làm cho đèn LED vô hại không? Cách tiếp cận này có ổn không?

Tôi đã kiểm tra tài liệu an toàn của Vishay:

Trong trường hợp IR - Emitters, giới hạn thống trị là rủi ro giác mạc / ống kính trong phạm vi bước sóng từ 780nm đến 3000 nm. Điều này giới hạn sự chiếu xạ ở E_e = 100 W / m ^ 2, được biểu thị bằng cường độ giá trị của I_e = 4 W / sr với điều kiện đo của tiêu chuẩn đó với khoảng cách 0,2 m

Điều này chỉ định: Khoảng cách xem 0,2m và giới hạn 4 W / sr. Theo suy nghĩ của tôi ở trên, có lẽ họ đã tính toán hình nón ở khoảng cách này và sau đó xác định tỷ lệ phần trăm diện tích bề mặt của mắt. Sau đó, bạn có thể nhận được một giá trị cụ thể cho I_e = 4 W / sr.

Điều đó có nghĩa là tôi có thể nhận được các giá trị cho các khoảng cách khác. Công suất trên mỗi khu vực tối đa là 4W / sr cho khoảng cách 0,2m. Với 0,1m, diện tích hình nón bằng 1/4 diện tích đó, vì vậy tôi sẽ nhận được tối đa 1W / sr cho I_e - Suy nghĩ: Hình nón bằng 1/4 diện tích đó -> tỷ lệ bề mặt mắt cao gấp 4 lần - > Công suất trên mỗi khu vực phải bằng 1/4 giá trị tham chiếu. Và ở 0,05m, chỉ được phép 250 mw / sr.

Đối với TSAL-6100, tài liệu nói: "cường độ tối đa ở mức tối đa tuyệt đối" 400mW / sr.

Do đó tôi tin rằng tôi có thể sử dụng đèn LED với f> 0,063m. Tính toán đằng sau: Công suất tối đa trên mỗi khu vực của TSAL là 400mW / sr. Con số này thấp hơn 10 lần so với công suất tham chiếu trên mỗi khu vực. Diện tích đáy hình nón giảm bậc hai với chiều cao hình nón. Do đó tôi có thể giảm khoảng cách bằng sqrt (10). Điều này dẫn đến khoảng cách xem là 6,3cm.

Tôi tin rằng 6,3cm là giới hạn an toàn khi nhìn trực tiếp vào TSAL-6100. Bạn có thể kiểm tra tính toán của tôi

Nếu tôi lắp ống kính vào chính xác vị trí này với tiêu cự chính xác 6,3xxx cm, thì từ bất kỳ khoảng cách nào, nó sẽ giống như tôi nhìn vào đèn LED từ khoảng cách 6,3cm. Đó là biên an toàn chính xác.

Một cái gì đó vẫn còn lỗi với tôi: Đèn LED khác nhau có một nửa góc khác nhau. Tại sao họ có thể chỉ định một I_e cụ thể cho tất cả các đèn LED IR của họ? Hình nón của TSAL-6200 (nửa góc 20 °) lớn hơn nhiều so với TSAL-6100. Do đó, phần ánh sáng đi vào mắt phải nhỏ hơn. Do đó I_e nên lớn hơn.

Có lẽ toàn bộ cách tiếp cận của tôi bị phá vỡ?



3
Steradian là một thước đo góc, và do đó mức độ sức mạnh không phụ thuộc vào khoảng cách. Nếu bạn tập trung đầu ra của đèn LED, bạn sẽ thay đổi điều này và bạn sẽ cần học cách thực hiện các phép tính.
WhatRoughBeast

Bạn đúng. Tôi đọc lên đơn vị và cố gắng làm các tính toán cần thiết. Sau đó, tôi đã cố gắng nhập các giá trị mới trong máy tính được cung cấp bởi dave. Tôi không thể làm cho nó hoạt động
lhk

1
"Nửa góc trước khi lấy nét ..." Hãy nghĩ về nó giống như một hình nón và L là "công suất trên một khu vực" ở phía dưới, chia cho chiều cao của hình nón. Nếu bạn giảm góc xuống 1/10, diện tích giảm xuống (1/10) ² = 1/100. Nếu bạn bảo toàn sức mạnh, bạn có hệ số 100!
sweber

@sweber, đó là một định nghĩa dễ tiếp cận hơn nhiều, cảm ơn. Nhưng những gì về sự độc lập của khoảng cách với đèn led, tôi nghĩ rằng đơn vị đó không phụ thuộc vào khoảng cách xem. Cách bạn xác định nó, khu vực ở phía dưới là (sin (phi) * h) ^ 2 * pi. Chia cho h và chúng ta vẫn phụ thuộc vào h. Điều đó có nghĩa là nếu đơn vị này mw / sr được coi là công suất trên mỗi khu vực và không đổi wrt thành h, thì P (h) = C * mw / sr * A (h) / h = C2 * h. Tăng tuyến tính của công suất led với h? Tôi sợ tôi không hiểu.
lhk

1
Xin lỗi cho nhận xét của tôi ở trên - thực sự bạn phải chia bề mặt cho bình phương chiều cao. Nói chung, góc dih thờ đo bằng sr là một bề mặt trên một mặt cầu đơn vị (bán kính = 1). Điều này ngụ ý giá trị tối đa là 4pi cho toàn bộ hình cầu.
sweber

Câu trả lời:


1

Le Goog đã mua một tài liệu về "IEC 62471" từ Intersil với các phương trình liên quan. Cảm ơn bạn, Le Goog.

Vui lòng thử Google-ing tiêu chuẩn an toàn. Đây là Intersil đi bộ qua.

Chỉnh sửa: Được rồi, tôi thực sự nên thẳng thắn và chỉ bảo bạn làm toán. Ee = Ie / (d ^ 2) = (400mW / sr) / (0,2m ^ 2) = 10 W / m ^ 2.

Theo các định nghĩa trong bảng xen kẽ mà tôi đã cung cấp cho bạn ở trên, nếu không có giới hạn thời gian hoặc nếu giới hạn thời gian vượt quá 1000 giây (bạn không cần truyền dữ liệu lần truy cập cho thẻ laser) Tổng của tất cả các bước sóng Ee nên nhỏ hơn 100 W / m ^ 2 (mà bạn sẽ nhận được). Mặt trái của nó là khoảng cách xem an toàn tối thiểu cho IRLED của bạn sẽ là (0,4W / sr) / (100W / m ^ 2) = d ^ 2 = 0,004 -> sqrt (0,004) = 0,063246m. Vì vậy, có toán học của bạn cho khoảng cách an toàn tối thiểu là chính xác. Nhưng một lần nữa tôi muốn chỉ ra rằng hệ thống thẻ laser của bạn không mất 1000 giây để gửi ánh sáng xung. Nhiều khả năng bạn có thể đến gần hơn và không bị tổn hại không thể khắc phục (nghiêm trọng, hầu hết các hệ thống thẻ laser thực hiện khoảng 0,1 giây ánh sáng xung). Dù sao, xin vui lòng sử dụng toán học. (không phải máy tính)

Chỉnh sửa 2: Một ví dụ cụ thể về thẻ laser. Hack LightStrike

Liên kết được cung cấp có một số thông tin cơ bản về một phiên bản thẻ laser tồn tại trên thị trường (tồn tại, không chắc chắn nếu được bán nữa). Sử dụng giải mã của mình, thời gian trường hợp xấu nhất để truyền "dữ liệu lần truy cập" là 6750us + (điểm đánh dấu 32 điểm * 900us) + (32 bit * 3700us (cho một lần)) = ~ 4 giây. Không ai nên chờ đợi lâu và ví dụ này chỉ là một ví dụ tồi tệ nhất sử dụng sơ đồ sản phẩm đã biết. Mất 4 giây, chưa đến 1000 giây. Sử dụng Eq.1 từ bảng thông tin xen kẽ mà tôi đã liên kết. Ee <= 18000 * (4 giây) ^ - 0,75 hoặc Ee <= 6363,96 W / m ^ 2. Một lần nữa áp dụng phép toán ngược để đạt được khoảng cách an toàn tối thiểu, chúng ta sẽ nhận được (0,4 W / sr) / (6363,96 W / m ^ 2) = d ^ 2 = 6.28539e-5 -> sqrt (6.28539e-5) = 0,007928m hoặc khoảng 8 mm. Vì vậy, khoảng cách an toàn tối thiểu của bạn là 8 mm nếu bạn sử dụng nó với điểm đánh dấu bằng laser lightstrike. Kết quả sẽ thay đổi dựa trên mã hóa của khóa học. Tôi hy vọng điều này đã cung cấp cho bạn quá nhiều thông tin để đánh giá sự an toàn của thiết bị (đây là câu hỏi đầu tiên). Nếu bạn có thêm bất kỳ câu hỏi nào, xin vui lòng hỏi họ trong một câu hỏi mới để những người khác có cơ hội giúp bạn.


Cảm ơn bạn rất nhiều về đường link dẫn. Thật không may, tôi không thể có được máy tính để tạo ra các giá trị có vẻ đúng. Tất nhiên có thể là trong thiết lập của tôi, đèn LED thực sự nguy hiểm. Nhưng ngay cả đối với các giá trị từ bảng thông số kỹ thuật, các giới hạn an toàn vẫn bị vượt quá. Tôi đã cập nhật câu hỏi của mình cho phù hợp
lhk

1
Nghe có vẻ xúc phạm. Đầu tiên chơi chữ xấu về google và bây giờ "Hãy sử dụng toán học"? Đó chính xác là những gì tôi đã làm. Tôi đã cố gắng hình thành một câu hỏi có ý nghĩa và bạn đã ném cuốn sách về phía tôi. Máy tính được tham chiếu trong tiêu chuẩn đó về cơ bản bị hỏng. Tùy thuộc vào loại máy thu, bạn có thể nhận được bất kỳ đèn LED nào gây nguy hiểm cho mắt, đôi khi nó thậm chí không làm mất giá trị. Vì vậy, tôi đã cố gắng viết lại câu hỏi dựa trên đơn vị mW / sr đó, chia sẻ kết quả của mình và yêu cầu xác minh. Bạn chỉ cần sao chép kết quả của tôi. Điều gì về câu hỏi liên quan đến các góc khác nhau?
lhk

@lhk, W / sr là giá trị đo được trong phòng thí nghiệm. Nó thực sự không phụ thuộc vào góc hoặc nửa góc. Nếu có hai đèn LED có cùng W / sr và nửa góc khác nhau, thì một đèn LED sẽ sáng hơn vật lý kia. IE nó chuyển đổi nhiều năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng. Tôi đã không sao chép kết quả của bạn cả. Tôi đã tự làm chúng và sau đó xác nhận kết quả của bạn. "Vì vậy, có toán học của bạn cho khoảng cách an toàn tối thiểu là chính xác." <- Đó được gọi là phản hồi cho phần này tại đây -> "Tôi tin rằng 6,3cm là giới hạn an toàn để nhìn trực tiếp vào TSAL-6100. Bạn có thể kiểm tra tính toán của tôi không."
Dave

@lhk, Nhận xét về toán học là tôi đã liên kết trang đó chưa bao giờ cuộn qua trang 3. Mọi thứ bạn cần để hiểu câu hỏi của bạn nằm trên 3 trang đầu tiên của tài liệu đó. Tôi thậm chí không nhận ra rằng có một máy tính. Tuy nhiên, đó là kinh nghiệm của tôi rằng máy tính internet được duy trì khủng khiếp và thường vô dụng. Tôi cũng chỉ ra một số truyện ngắn trong giả định bạn đưa ra. Bạn đặc biệt nói rằng bạn sẽ sử dụng điều này trong một hệ thống thẻ laser. Tôi quen thuộc với những thứ đó. Vì vậy, tôi nói với bạn rằng bạn đang sử dụng phương trình sai. Bạn nên sử dụng "EQ. 1" của
interil

1
@shinzou MỌI ÁNH SÁNG đủ sáng có thể gây hại cho mắt người, đặc biệt là ánh sáng "không nhìn thấy" vì nó không gợi ra "phản ứng chớp mắt". Đối với ví dụ cụ thể NÀY, khoảng cách an toàn tuyệt đối nhất sẽ là 8 mm. Nói cách khác, nếu anh ta bán điểm đánh dấu thẻ laser của mình với khả năng không thể xem IR dẫn gần hơn 8 mm (thông qua một số rào cản bằng nhựa hiện tại) thì không thể có mối lo ngại AN TOÀN.
Dave
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.