Me gustaría construir un sistema de etiquetas láser de bricolaje. El sitio web milestag recomienda un Vishay Tsal-6100 como IR-LED. Aquí hay una hoja de datos: http://www.mouser.com/ds/2/427/tsal6100-279822.pdf
Como quiero enfocar la luz (quizás una o dos grados de divergencia después de la lente), comencé a pensar en los posibles peligros para la vista. Leer sobre el tema revela que la luz IR puede ser muy problemática. El ojo no ve las longitudes de onda IR y no puede reaccionar a la sobreexposición. Por lo tanto, es crucial estar dentro de los límites de las normas de seguridad.
Como IEC 62471, que parece ser la norma aplicable. De hecho, Vishay ha publicado un documento con datos sobre sus LED a los que se hace referencia según esta norma: http://www.vishay.com/docs/81935/eyesafe.pdf
El Tsal6100 se describe como 400mW / sr en el peor de los casos. Se supone que esto significa que el LED está "exento" = menos peligroso que la clase 1.
Pero qué significa eso ? Las especificaciones dicen 230mW / sr, por lo que parece que ya incluyeron algún tipo de margen de seguridad. No pude encontrar la distancia a la que se alcanza esta intensidad. Si las especificaciones registran 230 mW / sr a 1 m de distancia y el peor de los casos según la norma es de 50 cm, entonces un haz enfocado (diámetro 10 cm ^ 2, divergencia de algunos ángulos) podría tener una intensidad mucho mayor.
Mi pregunta: ¿Cómo calculo la intensidad de mi haz? ¿Cómo sé si el LED es seguro de usar?
Actualizar:
Leí en la unidad mW / sr y encontré esta definición:
- phi como intensidad
- omega como angulo
El medio ángulo antes de enfocar el LED es de 10 grados, después de la lente espero obtener algo así como 1 grado. Entonces el factor es aproximadamente 10. Apliqué algunas matemáticas:
Si entiendo esto correctamente, un haz de luz enfocado es 10 veces más poderoso que el desenfocado. Es esto correcto ?
Un nuevo problema es: ¿Cómo obtengo el área de origen? Debe ser la superficie de la lente.
Traté de ingresar los valores en esta calculadora: http://www.intersil.com/en/products/optoelectronics/ambient-light-sensors/eye-safety.html
(Muchas gracias a Dave por el gran enlace)
pero hay muchos campos que simplemente no sé cómo llenar. Un LED con 2300 mW siempre resulta letal, y eso no parece correcto.
Como comprobación de cordura, intenté copiar los valores de la hoja de especificaciones en la calculadora. Resulta que el LED es peligroso, incluso fuera de foco. Ahora estoy seguro de que cometí un error, ya que Vishay dijo que este producto estaba "exento".
- ¿Cuál es el tipo de LED para mi configuración? Elegí "Lensed"
- Si elijo lentes, ¿qué es exactamente "área de fuente extendida"? La superficie de la lente?
¿Podrían ayudarme y tratar de ingresar los valores ustedes mismos? La calculadora es una hoja de cálculo de Excel. Lo copié en mi Dropbox, para que pueda usar Microsoft Excel en línea. Aquí hay un enlace: https://www.dropbox.com/s/r28n3p6bdf5m7hs/exposure-calculator.xlsx?dl=0
Nuevamente, el enlace a la hoja de especificaciones es: http://www.mouser.com/ds/2/427/tsal6100-279822.pdf
Gran actualización:
Para ser más preciso acerca de mis problemas con la calculadora: para obtener límites interesantes, como el límite de exposición y el factor de seguridad, es necesario elegir un "tipo de dispositivo de proximidad interesiliana". Para este campo, puede elegir entre "sensor de proximidad estándar" o "sensor de proximidad de largo alcance".
Si no se realiza una elección, los campos para los factores de seguridad permanecen vacíos.
¿Quizás podamos resolver el problema sin esta calculadora?
Pensé en esta unidad mW / sr. Aparentemente no depende de la distancia. Entonces, para obtener el efecto en el ojo, probablemente sea necesario determinar la fracción del área que realmente "golpea" el ojo. A una distancia de 10 m del LED IR, el medio ángulo de 10 ° ha producido un círculo con un radio de 1.73 my un área de 9.4 m ^ 2. El ojo (no la pupila, no estoy completamente seguro de qué se puede dañar) puede tener un área de 3 cm ^ 2. Ese es un porcentaje muy bajo, seguramente inofensivo.
Entonces podría suponer que la lente crea un haz de luz perfectamente paralelo y luego crea la fracción entre el área de la superficie de la lente y el área de la superficie del ojo.
Esto hace que mi pregunta sea más simple: qué poder es inofensivo para la vista. Suponiendo un área fija para el ojo, ¿puede calcular un diámetro de lente que haga que el LED sea inofensivo? ¿Está bien este enfoque?
Verifiqué el documento de seguridad de Vishay:
En el caso de emisores de IR, el límite dominante es el riesgo de córnea / lente en el rango de longitud de onda de 780 nm a 3000 nm. Esto limita la irradiancia a E_e = 100 W / m ^ 2, que se expresa como intensidad un valor de I_e = 4 W / sr con la condición de medición de ese estándar con 0.2 m de distancia en mente
Esto especifica: una distancia de visualización de 0.2 my un límite de 4 W / sr. Según mi pensamiento anterior, probablemente calcularon el cono a esta distancia y luego determinaron el porcentaje del área de la superficie del ojo. Entonces podría llegar a un valor concreto para I_e = 4 W / sr.
Lo que significa que podría obtener valores para otras distancias. La potencia por área es máxima de 4 W / sr para la distancia de 0.2 m. A 0.1m el área del cono es 1/4 de esa área, por lo que obtendría un máximo de 1W / sr para I_e - Pensamiento: El cono es 1/4 de esa área -> el porcentaje de la superficie del ojo es 4 veces más alto - > La potencia por área debe ser 1/4 del valor de referencia. Y a 0.05m solo se permitirían 250mw / sr.
Para TSAL-6100, el documento dice: "intensidad máxima a valores nominales máximos absolutos" 400mW / sr.
Por lo tanto, creo que podría usar un LED con f> 0.063m. Cálculo detrás de eso: la potencia máxima por área de TSAL es de 400 mW / sr. Esto es 10 veces menor que la potencia de referencia por área. El área del fondo del cono disminuye cuadráticamente con la altura del cono. Por lo tanto, puedo disminuir la distancia en sqrt (10). Esto lleva a una distancia de visualización de 6,3 cm.
Creo que 6.3 cm es el límite de seguridad para mirar directamente en un TSAL-6100. ¿Podrías revisar mis cálculos?
Si montara una lente exactamente en este punto con la distancia focal exacta de 6.3xxx cm, desde cualquier distancia sería como si mirara el LED desde una distancia de 6.3cm. Cuál es el margen de seguridad exacto.
Algo que todavía me molesta: diferentes LED tienen diferentes ángulos medios. ¿Cómo es que pueden especificar un concreto I_e para todos sus IR-LED? El cono de un TSAL-6200 (medio ángulo de 20 °) es mucho más grande que el del TSAL-6100. Por lo tanto, la fracción de la luz que ingresa al ojo debe ser menor. Por lo tanto, yo debería ser más grande.
Tal vez todo mi enfoque está roto?
Respuestas:
Le Goog ha adquirido un documento sobre "IEC 62471" de Intersil con las ecuaciones relevantes. Gracias Le Goog.
Por favor, intente con Google el estándar de seguridad. Aquí está el paseo de Intersil.
Editar: Bien, realmente debería haber sido directo y simplemente te dije que hicieras los cálculos. Ee = Ie / (d ^ 2) = (400mW / sr) / (0.2m ^ 2) = 10 W / m ^ 2.
De acuerdo con las definiciones en la hoja intersil que le proporcioné anteriormente, si no hay límite de tiempo o si el límite de tiempo excede 1000 segundos (que no debería necesitar transmitir los datos de acierto para la etiqueta láser) La suma de todas las longitudes de onda Ee debe ser inferior a 100 W / m ^ 2 (que obtendría). Lo contrario es que la distancia mínima de visualización segura para su IRLED sería (0.4W / sr) / (100W / m ^ 2) = d ^ 2 = 0.004 -> sqrt (0.004) = 0.063246m. Entonces sí, su matemática para la distancia de seguridad mínima fue correcta. Pero nuevamente quisiera señalar que su sistema de etiqueta láser no tarda 1000 segundos en enviar la luz pulsada. Es más probable que pueda acercarse y no sufrir daños irreparables (en serio, la mayoría de los sistemas de etiquetas láser producen aproximadamente 0.1 segundos de luz pulsada). De todos modos, utilice las matemáticas. (no calculadora)
Edición 2: Un ejemplo concreto sobre la etiqueta láser. Hackear el LightStrike
El enlace provisto tiene información básica sobre una versión de etiqueta láser que existe en el mercado (existía, no estoy seguro si se vendió más). Usando su decodificación, el peor momento para transmitir "datos de aciertos" es 6750us + (32interbit markers * 900us) + (32bits * 3700us (for one)) = ~ 4 segundos. Nadie debería esperar tanto tiempo y este ejemplo es solo el peor de los casos utilizando un esquema de producto conocido. Saliendo esos 4 segundos, son menos de 1000 segundos. Usando la ecuación 1 de la hoja de información intersil que he vinculado. Ee <= 18000 * (4 segundos) ^ - 0.75 o Ee <= 6363.96 W / m ^ 2. Nuevamente aplicando la matemática inversa para obtener la distancia de seguridad mínima que obtendríamos (0.4 W / sr) / (6363.96 W / m ^ 2) = d ^ 2 = 6.28539e-5 -> sqrt (6.28539e-5) = 0.007928m o alrededor de 8 mm. Por lo tanto, su distancia de seguridad mínima es de 8 mm si usara esto con un marcador de etiqueta láser de golpe de luz. Los resultados variarán según la codificación, por supuesto. Espero que esto le haya proporcionado información más que suficiente para juzgar la seguridad de su dispositivo (que es la primera pregunta). Si tiene más preguntas, hágalas en una nueva pregunta para que otros tengan la oportunidad de ayudarlo.
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