可穿戴产品光辐射安全评价系统研究

许巧云

（福建省产品质量检验研究院 福州 350015）

引言

智能可穿戴产品通常包括眼接触式和皮肤接触式，通过与人体相关部位的接触，起到生理指标监测、理疗、信息显示等功能。因此，此类设备通常会发射光辐射，涉及的波长范围涵盖紫外到红外。目前，对此类产品光辐射的安全测量并无专门标准予以规范，导致此类商品的检测、标识和使用的混乱、容易引发安全事故。随着智能腕表、便携理疗、AR/VR等可穿戴设备使用的日益广泛，加之其具有的近眼或近肤接触的特性，因此，其光辐射安全问题不容忽视。同时，国内相关的软件企业也未涉足该方面研究。本项目所开发的光辐射安全风险评价分析系统，能够根据实验数据快速的分析出智能可穿戴产品光辐射安全评价等级，大大节约人力和时间，提高工作效率。

1 软件评价系统设计

光辐射安全风险评价分析系统总共有2大子系统，他们分别是：连续发射光源评价系统、脉冲光源评价系统。这两大系统是根据所测试光源种类来区分的。连续发射光源评价分析系统根据IEC 62471-5:2015表3中的连续发光光源不同危险类别的发射限值运算判断智能可穿戴产品光辐射安全评价等级。脉冲光源评价系统是先根据脉冲持续时间和测试对象角确定最大接收角amax。再根据测试对象角和时间基准中的脉冲数选择C5和α的计算方式，最终求出Lr和Lir的限值，来判断智能可能可穿戴产品光辐射安全评价等级。另外的ES、EUVA和LB同连续发射光源评价系统的算法一致。

1.1 运行环境

软件应在以下两种环境中运行：

1）计算机硬件

选用高档微机或专用服务器，其中：CPU:PentiumII/266或以上；内存(RAM):>=64M；硬盘:4.3G以上*2(备份)；显示器:15”高分辨率彩显，网卡:NE2000或PCI网卡；CD-ROM:24速或以上；软驱1.44MB+键盘/鼠标。

2）计算机软件

采用C#语言进行编译并生成相应执行文件格式，在Windows 7以上运行，电脑必须安装.net framework 3.5的运行环境。

1.2 系统总结构

本项目依托现代信息技术，设计了光辐射安全风险评价分析系统（见图1）。其计算过程由计算机自动完成。对于分析的算法都程序化，保证计算过程不会出错。使试验人员脱离了繁复的计算工作，提高实验室的工作效率。

图1 系统界面

1）系统框架图

光辐射安全风险评价分析系统总共有2大子系统，他们分别是：连续发射光源评价系统、脉冲光源评价系统。光辐射安全风险评价分析系统通过对光学测试数据进行分析运算可以精确快速的判断出所测试的智能可能可穿戴产品安全评价是属于哪个级别。其框架图如图2所示。

图2 系统框架图

2）系统总的流程图（见图3）

图3 系统流程图

当程序开始运行之后，根据可穿戴产品的光源类型选择光源类型按钮，连续发射光源评价分析系统根据IEC 62471-5:2015表3中的连续发光光源不同危险类别的发射限值运算判断智能可能可穿戴产品光辐射安全评价等级。脉冲光源评价系统是先根据脉冲持续时间和测试对象角确定最大接收角amax。再根据测试对象角和时间基准中的脉冲数选择C5和α的计算方式，最终求出Lr和Lir的限值，来判断智能可能可穿戴产品光辐射安全评价等级。另外的ES、EUVA和LB同连续发射光源评价系统的算法一致。

1.2.1 连续发射光源评价系统

此系统是针对光源类型为连续发射光源的可穿戴产品。其流程图如图4所示。

连续发射光源评价分析系统根据IEC 62471-5:2015表3中的连续发光光源不同危险类别的发射限值运算判断智能可能可穿戴产品光辐射安全评价等级。

1.2.2 脉冲光源评价系统

此系统是针对光源类型为脉冲发射光源的可穿戴产品。其流程图如图5所示。

图5 脉冲发光光源系统流程图

脉冲光源评价系统是先根据脉冲持续时间和测试对象角确定最大接收角amax。再根据测试对象角和时间基准中的脉冲数选择C5和α的计算方式，最终求出Lr和Lir的限值，来判断智能可能可穿戴产品光辐射安全评价等级。

2 硬件测量系统要求

2.1 光谱测量设备

用于可穿戴设备光辐射安全测量的光谱辐射分析仪，光谱响应范围应覆盖光辐射危害的作用光谱范围200～3000 nm。光谱辐射分析仪的杂散光应小于0.3 %。

对于不同危害类型和危险级别的可穿戴设备，其辐射值可能相差5个数量级。因此，光谱辐射分析仪应具有足够宽的动态响应范围，线性度应优于0.3 %。

光谱辐射分析仪的光谱响应函数（狭缝函数）应符合等腰三角形函数。对于每一波长逐步测量方式，采样波长间隔应与光谱辐射分析仪的光谱响应带宽相同，或是它的1/N（N为整数）。在200～400nm波长范围，仪器的光谱响应带宽应不大于4nm；400～600nm波长范围，仪器的光谱响应带宽应不大于8nm；600～1400nm范围，应不大于20nm。若光谱辐射分析仪的光谱响应函数偏离等腰三角形函数，则应采用更小的带宽和采样间隔。

光谱辐射分析仪的波长精度会明显影响光生物作用的加权有效辐射量，其波长精度：在200～300 nm范围应不大于0.2 nm；300～325 nm范围应不大于0.1 nm；325～600 nm范围应不大于0.2 nm；600～1400 nm范围应不大于2 nm。

2.2 光谱辐照度测量设备

光谱辐照度测量设备通常由辐照度接收器和光谱辐射分析仪组成，应满足以下要求：光谱辐射分析仪应满足2.1的要求；辐照度接收器至少在规定的测量视场角范围应具有余弦响应；辐照度测量的接收孔径应该是一个圆形，需使用合适的孔径光阑来限制接收的光束。

2.3 光谱辐亮度测量设备

光谱辐亮度测量设备应满足以下要求：满足2.1光谱测量要求；测量设备的测量视场角应该与辐射危险类别相对应的接收角一致，两者偏差不大于±3 %；入射孔径应该是一个圆形，需使用合适的孔径光阑来限制入射的光束，对于与眼睛光辐射危害有关的测量中，测量系统的入射孔径应与人眼瞳孔大小相匹配，偏差应不大±3 %；测量设备的入射孔径位置应该标出，方便确定测量距离，位置精度应不低于1 mm。

2.4 校准光源

光辐射安全测量用的校准（辐照度和辐亮度）光源应满足下列要求：光谱范围至少覆盖200～3000 nm，在该范围的光谱分布应该是连续、平滑分布；辐照度或辐亮度值应该与危险类别所对应的发射限值相接近；在测量设备的接收(入射)孔径上，光束的不均匀度应低于5 %；辐亮度校准光源的辐亮度不均匀度应小于5 %，并充满辐射亮度计的测量视场；光源的不稳定度应小于0.5 %。

使用校准光源时，发射光的方向、使用范围应与计量校准时的状态一致。测量仪器应定期进行校准，当测量装置（如镜头、探测器、接收光纤）发生变动时，应重新校准。

2.5 其他要求

2.5.1 测量距离

应参照被测可穿戴设备的说明书提供的预期使用状态所对应的距离作为测量距离。对于未提供预期使用状态，或未标明使用距离的被测可穿戴设备，应以可接近距离作为测量距离。

2.5.2 可达发射值

在光辐射安全测量中，需判别被测可穿戴设备最大的光辐射的区域和方向，从而测量对应可达发射的辐照度或辐亮度。对于不同的危险类别进行分类，最大辐射可能对应于光源的不同区域和方向。应根据危险类别对应的测量视场角，从表观光源的辐亮度分布中获得最大辐亮度。

3 小结

本文针对智能可穿戴产品特点和使用特性，搭建智能可穿戴产品光辐射安全评价测试系统，探寻智能可穿戴产品产生光生物危害的规律，在大量试验验证基础上，建立智能可穿戴产品光辐射安全评价方法，可为相关的检测和研究机构开展智能可穿戴产品光辐射安全风险评价分析工作提供借鉴和参考。