玩具中激光器和发光二极管辐射测试方法

张少杰 谢晋雄 张 栋 蔡 屹 董邦勇

(深圳出入境检验检疫局 广东深圳 518045)

玩具中激光器和发光二极管辐射测试方法

张少杰 谢晋雄 张 栋 蔡 屹 董邦勇

(深圳出入境检验检疫局 广东深圳 518045)

玩具中激光器和发光二极管发出的过量辐射会导致人眼和皮肤的严重损伤,尤其容易对儿童造成伤害。本文论述了激光器和发光二极管辐射关键参数的测试方法和测试步骤,并对样品进行了具体测试。

玩具安全;激光器和发光二极管;辐射;可达发射极限

1 前言

激光器和发光二极管的辐照易含有高能量光辐射,过多的光能量传导到生物组织中,产生的光热伤害会导致器官损伤,这种损伤主要是由于器官对光辐射的吸收所致。过量的光辐射对人体组织的伤害主要体现在眼和皮肤上:短时间曝光会对眼睛造成角膜或视网膜(或两者同时)被灼伤;经常遭受超过一定限度能量的曝光,会引起角膜炎或者晶状体混浊(白内障)及视网膜损伤;高能量光辐射的强曝光可能会造成皮肤灼烧,而某些特定波长的紫外光会对皮肤产生致癌作用[1]。儿童好奇心强,对光辐射危害的规避能力较弱,过量光辐射对儿童的伤害问题已经引起了世界各国的高度重视,许多国家先后制定辐射分类标准,对过量光辐射加以限制[2-3]。

在光辐射测试中,由于光源发散性和关键参数复杂等问题,容易导致测试结果误差较大,因此,玩具中激光器和发光二极管辐射测试结果的准确性是一个急需解决的技术问题。本文给出了测试中波长、对向角和时间基准等参数的测试方法,以及具体的测试步骤。

2 测试中的关键参数

2.1 激光器和发光二极管的波长λ

玩具以额定电压供电,玩具中激光器和发光二极管在正常工作状态和最不利的非正常工作状态下,测量其所发出辐射的波长λ。测试时,用示波器测量激光器和发光二极管两端工作电压,再用稳压电源以工作电压对激光器和发光二极管两端直接供电,测试出波长值λ。

2.2 表观光源尺寸R、对向角α

2.2.1 表观光源尺寸R

当光源发射平行光束时,R的测量方法是直接测量光束照射在探测器(例如CCD探测器等)上的尺寸。

当光源发射发散光束时,测量原理如图1所示。测量时,将激光器和发光二极管固定在测试架上,用稳压直流电源对激光器和发光二极管供电,调整激光器和发光二极管、凸透镜和CCD,使它们处在同一光轴上,测量表观光源在探测器(例如CCD探测器等)上的成像光斑尺寸,再根据光学系统的放大倍率,计算出R。

图1 发散光源的表观光源尺寸测量

2.2.2 对向角α

当人眼观测点受玩具部件结构限制,导致人眼观测点距离表观光源距离大于100mm时,以人眼观测点到表观光源的最小距离来计算表观光源对向角α;当人眼观测点距离表观光源距离无限制时,人眼观测点到表观光源的距离设为100mm,计算表观光源对向角α。

2.3 时间基准

对于波长≤400nm的激光器和发光二极管,或者波长＞400nm但设计用于长时间观察的激光器和发光二极管,其测量时间基准为30000s;除上述情况之外,对于波长＞400nm的激光器和发光二极管,其测量时间基准为100s。

2.4 1类激光的可达发射极限(AEL)

1类激光的AEL可根据表1、表2计算[4]。

表1 1类激光的AEL

表2 1类激光可达发射极限的计算参数

3 测试方法

为消除环境因素对测试结果的影响,辐射测试需要在暗室条件下进行,测试的几何光路原理如图2所示。

图2 光路原理图

3.1 平行光束测定

当光源发射平行光束时,光源和圆形孔径光阑的测试距离r为2000 mm。根据波长选择不同直径的圆形孔径光阑,当315 nm＜波长＜400 nm时,圆形孔径光阑直径为25 mm;当400nm＜波长＜1400 nm时,圆形孔径光阑直径为50 mm。

3.2 发散光束测定

当光源发射发散光束时,圆形孔径光阑直径为7 mm。根据不同的波长确定测试距离r。当315 nm＜波长＜400 nm时,测试距离为14 mm;当400nm＜波长＜1400 nm时,测试距离r根据以下条件确定:

(1)对于光化学伤害测量,在曝光时间t小于100 s的情况下,当α＜1.5 mrad时,测试距离为14 mm;当1.5mrad＜α＜11 mrad时,测试距离为:100×(α/11 mrad)mm;当α＞11 mrad时,测试距离为100 mm。在曝光时间t＞100 s的情况下,当α＜1.5 mrad时,测试距离为14 mm;当1.5 mrad＜α＜γp时,测试距离为mm;当α＞γp时,测试距离为100 mm。

(2)对于光热伤害测试,当α＜αmin时,测试距离为14 mm;当αmin＜α＜αmax时,测试距离为:(100mm)当α＞αmax时,测试距离为[4]:100mm(其中αmax为100 mrad,αmin为1.5 mrad)。

最后,将测试结果和1类激光AEL相比较,如果超出1类激光AEL,那么被测玩具不符合1类激光安全;如果测试结果在1类激光AEL范围内,则认为被测玩具符合1类激光安全。

4 实际测试及结果

实际测试样品为含发光二极管的玩具剑,各参数测试结果如下:

发光二极管波长:λ=468 nm;

对向角:α=31.6 mrad;

工作电压:U=3.37 v

发光二极管光斑如图3所示。根据对应的计算公式:100mm得出光热伤害测试距离r=56.6 mm,辐射能量测试结果为1.576mw。

图3 发光二极管光斑

该玩具时间基准取100s,根据1类激光的AEL表计算得到对应的1类激光AEL为6.955 mw。测试结果小于对应的AEL,由此判定该玩具剑样品的发光二极管辐射符合相关标准的辐射安全要求。

5 结论

通过准确掌握激光器和发光二极管辐射关键参数的测试方法和具体步骤,注意消除测量误差,有利于准确测试激光器和发光二极管的辐射功率,从而有效开展玩具激光器和发光二极管的分类测试和危险评判。

[1] M H Niemz.Laser-Tissue Interactions Fundamentals and Applications[M].Spriger-Verlag Berlin Heidelberg,2004.

[2] GB7247.1-2001激光产品的安全第1部分:设备分类、要求和用户指南[S].

[3] GB19865-2005电玩具的安全[S].

[4] IEC60825.1-2007 Safety of laser products-Part 1:Equipment classification and requirements[S].

Radiation Testing Method of Lasers and Light Emitting Diodes in Toys

Zhang Shaojie,Xie Jinxiong,Zhang Dong,Cai Yi,Dong Bangyong

(Shenzhen Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Shenzhen,Guangdong,518045)

Lasers and light emitting diode devices emit excessive light radiation,which can cause eyes and skin damage and is harmful to children.This article provides the method to test the key parameters of the radiation,and explains the specific test procedures and shows the experimental results.

Safety of Toys;Lasers and Light Emitting Diode Device;Radiation;Accessible Emission Limit

O432.1;TS958.2+8