Проектирование круглосуточной оптико-телевизионной системы

помощью электропаяльника, на автоматах различной конструкции, методом окунания (лужения) и волновой пайки.

Процесс пайки может сопровождаться загрязнением воздушной среды свинцом как непосредственно при пайке, так и в периоды, когда паяльники и ванночки находятся в рабочем состоянии. Может также происходить загрязнение свинцом рабочих поверхностей и кожи рук работающих.

Анализ вредных и опасных факторов при сборке лазерного изделия.

Уровни опасных и вредных производственных факторов на рабочем месте не должны превышать значений, установленных действующими нормативными документами. Биологические эффекты воздействия лазерного излучения на организм определяются механизмами взаимодействия излучения с тканями (тепловой, фотохимический, ударно-акустический и др.) и зависят от длины волны излучения, длительности импульса (воздействия), частоты следования импульсов, площади облучаемого участка, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов. Лазерное излучение с длиной волны от 380 до 1400 нм наибольшую опасность представляет для сетчатой оболочки глаза. Повреждение кожи может быть вызвано лазерным излучением любой длины волны.

Оценим вероятность возникновения всех сопутствующих опасностей.

Лазерное излучение (прямое, отраженное и рассеянное).

Прямое лазерное излучение может попасть на сетчатку глаза при взгляде в коллимированный пучок, также оно может попасть на кожу.

Отраженное лазерное излучение может попасть на сетчатку глаза, если облученная область какой-либо поверхности попадет в поле зрения рабочего. На кожу отраженное лазерное излучение воздействует постоянно.

Так как сборка происходит в цехах с чистой атмосферой, а мощность излучения невелика, то рассеянием можно пренебречь.

Сопутствующие ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучения от источников накачки отсутствует, так как накачка осуществляется электрическим током.

Высокое напряжение в цепях управления и источниках электропитания.

Напряжение на p-n переходе в рабочем режиме согласно техническому паспорту лазера составляет 8 В и не является опасным.

Электромагнитное излучение промышленной частоты и радиочастотного диапазона.

Имеет пренебрежимо малую амплитуду из-за небольшого напряжения тока накачки.

Рентгеновское излучение отсутствует.

Шум и вибрация отсутствуют ввиду отсутствия движущихся частей.

Токсические газы и пары отсутствуют, так лазер не требует охлаждения токсичными хладагентами.

Температура поверхностей лазерного изделия не повышается до опасного уровня, так как тепло эффективно отводится в массивный металлический корпус системы подсветки.

Опасность взрыва отсутствует.

Анализ вредных и опасных факторов при эксплуатации.

При эксплуатации лазерного изделия будет иметь место только один из вышеперечисленных факторов:

Лазерное излучение (прямое).

Прямое лазерное излучение может попасть на сетчатку глаза при взгляде в коллимированный пучок.

Расчет параметров лазерного изделия, необходимых для определения предельно допустимого уровня мощности

Определение времени воздействия на рабочего

Согласно [15], время воздействия лазерного излучения на сетчатку следует принимать равным t = 10 с, так как длина волны излучения лежит за границами видимого диапазона и мигательный рефлекс не сработает, а время неподвижности рабочего принимают равным 10 с.

Определение типа воздействия.

Так как лазер излучает в импульсном режиме, то типом воздействия является серия импульсов.

Определение числа импульсов в серии.

Число импульсов в серии определяется по формуле[15]:

N = Fи · t = 100 000(51),

где

Fи – частота следования импульсов,

t – время воздействия на рабочего.

Определение средней мощности излучения в серии.

Средняя мощность излучения в серии на выходе из коллиматора определяется как

(52),

где

Pи - мощность одного импульса.

τи - длительность импульса.

Определения угла зрения на источник отраженного излучения.

Примем θ = 60°.

Определение площади апертуры при воздействии на глаз и на кожу.

Согласно [15], примем

Saкожа = 106 м2,

Saзр = 3,85 ∙ 10-5 м2.

Определение ПДУ лазерного излучения

Общие положения

Нормируемыми параметрами лазерного излучения являются энергетическая экспозиция H и облученность E, усредненные по ограничивающей апертуре.

Для определения предельно допустимых уровней Hпду и Eпду при воздействии лазерного излучения на кожу усреднение производится по ограничивающей апертуре диаметром 1,1 х 103 м (площадь апертуры Sа = 106 м2).

Наряду с энергетической экспозицией и облученностью нормируемыми параметрами являются также энергия W и мощность P излучения, прошедшего через указанную ограничивающую апертуру.

При оценке воздействия на глаза лазерного излучения в диапазоне II (380 < λ <= 1400 нм) нормирование энергии и мощности лазерного излучения, прошедшего через ограничивающую апертуру диаметром 7 х 10-3 м, является первостепенным.

Указанные выше энергетические параметры связаны соотношениями:

; (53)

Параметры Hпду, Eпду и Wпду, Pпду могут использоваться независимо в соответствии с решаемой задачей.

Воспользовавшись параметрами, рассчитанными в п.6.3, и таблицами (3.1)-(3.7)[15], а так же зависимостями (3.1)-(3.15)[15], определим предельно допустимые уровни вышеперечисленных характеристик излучения.

ПДУ лазерного излучения при однократном воздействии коллимированного лазерного излучения в диапазоне II.

Pпду(t) = 1,39 · 10-4 Вт.

ПДУ при воздействии на глаза серии импульсов коллимированного лазерного излучения в диапазоне II.

= 8,62 · 10-5 Вт.

ПДУ лазерного излучения в диапазоне 380 < l Ј 1400 нм при хроническом воздействии на глаза.

Для определения предельно допустимых значений Wпду и Рпду коллимированного или рассеянного лазерного излучения в диапазоне II (380 < l Ј 1400 нм) при хроническом воздействии на глаза необходимо уменьшить в 10 раз соответствующие предельные значения для однократного воздействия

ПДУ лазерного излучения в диапазоне 380 < l Ј 1400 нм при однократном облучении кожи.

Eпду(t) = 1,58 · 103 Вт· м-2 ;

Pпду(t) = 10-6 · Eпду(t) = 1,58 · 10-3 Вт.

ПДУ лазерного излучения в диапазоне 380 < l Ј 1400 нм при хроническом облучении кожи.

Для определения предельно допустимых значений Нпду и Wпду при хроническом воздействии на кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения в диапазоне II (380 < l Ј 1400 нм) необходимо уменьшить в 10 раз соответствующие предельные значения

Определение класса лазерной опасности.

Согласно таблице для определения классов лазеров по степени опасности генерируемого излучения [15], исследуемый лазер принадлежит ко II классу опасности.

Расчет лазерноопасной зоны

Для коллимированного излучения

Так как в результате расходимости излучения освещенность постепенно падает с расстоянием, выведем формулу для нахождения мощности излучения на заданном расстоянии от коллиматора.

Рис. 20. Геометрия распространения лазерного излучения.

На выходе из коллиматора пучок имеет радиус AB = dп/2 = 4 мм .

При этом мощность равна

Угол CBD – это половина угла расходимости лазерного излучения σ = 0,9°.

Будем считать, что зрачок наблюдателя находится на отрезке CE.

Тогда отрезок AE равен L – расстоянию до наблюдателя.

Найдем длину отрезка CE. Из прямоугольного треугольника BCD следует:

CD = L ∙ tg(σ)(54)

Очевидно, что

CE = CD + DE = dп/2 + L ∙ tg(σ)(55)

Значит, площадь пятна лазерного излучения на расстоянии L SL равна:

SL = π ∙ (dп/2 + L ∙ tg(σ))2(56)

Освещенность в пятне равна отношению мощности излучения к площади пятна[6]:

(57)

Чтобы найти мощность, воздействующую на зрачок наблюдателя на расстоянии L, необходимо умножить освещенность на площадь ограничивающей зрачок апертуры[6]:

(58)

Если мы приравняем эту мощность к предельно допустимой (см. п. 6.4.3) и решим полученное уравнение относительно L, то получим: Lбез = 3,1 м

Надо заметить, что диаметр пучка на таком расстоянии увеличиться с 8 мм до 49 мм, и зона опасности имеет форму очень узкого усеченного конуса.

Для диффузно отраженного излучения

Предположим, что отражающая поверхность имеет коэффициент отражения ρ = 0,7 и расположена прямо за коллиматором (самый опасный случай) Тогда сила излучения пятна будет равна[6]:

(59)

Телесный угол, опирающийся на зрачок наблюдателя, будет равен[]:

(60)

где l – расстояние, с которого ведется наблюдение.

Тогда согласно основным законам фотометрии[6] мощность, воздействующая на зрачок:

Pl = I ∙ Ω ∙ cos(θ)(61)

где θ = 60° - угол, под которым ведется наблюдение.

Подставив (59) и (60) в (61), и выразив l, получим

(62)

Можно сделать вывод: опасная зона для отраженного излучения так мала, что этим опасным факторов можно пренебречь.

Средства защиты от опасных факторов

Защита при изготовлении изделия

Защита от вредных испарений при пайке печатных плат и проводов питания и управления ЭОП, лазера.

Обеспечивается требованиями к вентиляционным системам [16]:

Эксплуатация или ввод в эксплуатацию участков пайки, не оборудованных вентиляцией, запрещается. Вентиляционные установки должны включаться до начала работ и выключаться после их окончания. Работа вентиляционных установок должна контролироваться с помощью специальной сигнализации (световой, звуковой). Рабочие места следует оборудовать местными вытяжными устройствами, обеспечивающими скорость движения воздуха непосредственно на месте пайки не менее 0,6 м/сек, независимо от конструкции воздухоприемников. Все вентиляционные установки, обслуживающие участки, на которых производится пайка, должны иметь паспорта с указанием скорости воздуха на месте пайки — 0,6 м/сек. Запрещается совмещение в одну вентиляционную установку вентиляционных устройств, обслуживающих посты пайки и другое производственное оборудование. Внутренние поверхности воздуховодов вытяжных систем и вентиляторы должны периодически очищаться от флюса, загрязненного свинца. Конструкция и разводка вентиляционной сети должна обеспечивать возможность регулярной очистки воздуховодов. Необходимо соблюдать сроки очистки вентиляционных установок с интервалами от 0,5 до 1 месяца в зависимости от интенсивности технологического процесса. Паяльники, находящиеся в рабочем состоянии, постоянно должны находиться в зоне действия вытяжной вентиляции. Автоматы для пайки необходимо конструктивно обеспечивать аспирационными устройствами. Помещения, в которых размещаются участки пайки, необходимо обеспечивать приточным воздухом, подаваемым равномерно в верхнюю зону в количестве составляющем, примерно, 90% объема вытяжки. Подвижность воздуха в рабочей зоне должна быть не более 0,3 м/сек. Недостающие 10% приточного воздуха должны подаваться в смежные, более чистые помещения. Применение рециркуляции воздуха в помещении пайки не допускается.

Защита от лазерного излучения.

Средства защиты должны снижать уровни лазерного излучения, действующего на человека, до величин ниже ПДУ. Они не должны уменьшать эффективность технологического процесса и работоспособность человека. Их защитные характеристики должны оставаться неизменными в течение установленного срока эксплуатации.

Средства защиты от лазерного излучения подразделяются на коллективные и индивидуальные. Выбор средства защиты в каждом конкретном случае осуществляется с учетом требований безопасности для данного процесса.

Средства коллективной защиты (СКЗ) должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.4.011 и ГОСТ 12.2.049.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) применяются при проведении пуско-наладочных и ремонтных работ, работ с открытыми лазерными изделиями типа лидара и т.п.

Средства индивидуальной защиты должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.4.011 и маркироваться в соответствии с ГОСТ 12.4.115.

Средства индивидуальной защиты от лазерного излучения включают в себя средства защиты глаз и лица (защитные очки, щитки, насадки), средства защиты рук, специальную одежду.

При выборе средств индивидуальной защиты необходимо учитывать:

- рабочую длину волны излучения;

- оптическую плотность светофильтра.

Оптическая плотность светофильтров, применяемых в защитных очках, щитках и насадках, должна удовлетворять требованиям:

(63)

или (для диапазона 380 < l Ј 1400 нм)

(64)

где Hmax, Emax, Wmax, Pmax - максимальные значения энергетических параметров лазерного излучения в рабочей зоне,

Нпду, Епду, Wпду, Pпду - предельно допустимые уровни энергетических параметров при хроническом облучении.

Подставив в эти зависимости значения

Pmax = и Pпду = , получим:

Dλ ≥ 2,366

Из приложения 6[15] выберем подходящие очки.

Марка очков	Марка светофильтров	Диапазон защиты, нм	Оптическая плотность
ЗН22-72-СЗС22	СЗС22	630-680	3
		680-1200	6
		1200-1400	3
ЗНД4-72-СЗС22-СС23-1	СЗС22	630-680	3
		680-1200	6
		1200-1400	3
	ОС23-1	400-530	6
ЗН62-Л17	Л17	600-1100	4
		530	2
ЗН62-ОЖ	ОЖ	200-510	3

Марка очков ЗН62-Л17.

Марка светофильтра Л17.

Защитные лицевые щитки необходимо применять в тех случаях, когда лазерное излучение представляет опасность не только для глаз, но и для кожи лица, однако в данном случае излучение безвредно для кожи.

Защита от опасных факторов при эксплуатации.

Осуществляется путем нанесения соответствующих знаков и надписей.

Знаки должны быть четкими, хорошо видимыми и надежно укреплены на изделии. Рамки текста и обозначения должны быть черными на желтом фоне. Если размеры или конструкция изделия не позволяют прикрепить к нему знак или надпись, то они должны быть внесены в паспорт. Любое лазерное изделие II класса должно иметь предупреждающий знак в соответствии с ГОСТ 12.4.026 (рис.36) и пояснительный знак с надписью:

ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

НЕ СМОТРИТЕ В ПУЧОК

ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА II

Pиc..21. Предупреждающий знак - знак лазерной опасности

Охрана окружающей среды

Загрязнение атмосферы

В данном изделии отсутствует протекание каких-либо химических реакций, в том числе и горения. При выходе из строя электрических цепей возможно короткое замыкание и расплав электронных компонентов, однако количество испарений пластиков и полупроводников при этом незначительно и ими можно пренебречь.

Температура же испарения металла и стекла слишком высока и не может быть достигнута даже при внештатных режимах работы.

Загрязнение гидросферы

В приборе не используются жидкости, и загрязнение сточных вод отсутствует.

Твердые отходы

Основными отходами (в порядке уменьшения массы) являются металл (сталь, алюминиевые сплавы), стекло, керамика, пластик.

В настоящее время отсутствует общая научная классификация твердых отходов, охватывающая все их многообразие по тем или иным принципам, что объясняется широтой их номенклатуры даже в рамках данного изделия.

Существующие классификации многообразны.

Так, твердые отходы классифицируют по отраслям промышленности (отходы химической, металлургической, топливной и других отраслей) или их группам, по конкретным производствам (например, отходы сернокислотного, содового и других производств), по тоннажности, степени использования, ценностным показателям, воздействию на окружающую среду, способности к возгоранию, коррозионному воздействию на оборудование и т. п.

Многообразие видов твердых отходов, значительное различие состава даже одноименных отходов в значительной степени усложняют задачи их утилизации, вызывая в ряде конкретных случаев необходимость изыскания своеобразных путей их решения.

Тем не менее, для большинства основных видов твердых отходов в настоящее время разработаны и частично реализуются экономически целесообразные технологии их утилизации.

Вывод

Проведен анализ вредных и опасных факторов при производстве и эксплуатации изделия.

Проведен расчет лазерно опасной зоны.

Рассмотрен вопрос обеспечения безопасности при сборке и эксплуатации изделия.

Произведен анализ возможности загрязнения окружающей среды.

7. Заключение

В данном дипломном проекте была разработана круглосуточная телевизионная система. В частности:

Приведено обоснование оптической схемы КТВС. Проведен габаритный расчет, который, к сожалению, показывает, что одновременное соблюдение требований ТЗ по габаритам и угловому полю не представляется возможным. Проведен расчет сквозной передаточной функции системы. Проведен расчет дальности действия, на основании которого выбрано число лазеров в ЛОС. Расчет показал, что дальность распознавания для ночного канала составляет 6700 м, для дневного – 11000 м. Проведен аберрационный расчет, в результате которого были получены конструктивные параметры оптических схем КТВС. Проведен анализ вариантов конструкции КТВС, выбран вариант с раздельными каналами для дневной и ночной работы прибора. Проведен анализ вариантов конструкции НУТВ, выбран вариант со структурой Объектив+ЭОП+Объектив+ПЗС. Разработана конструкция основных узлов КТВС. В конструкцию были внедрены конструктивные элементы, позволяющие провести юстировку осей трех каналов с точностью до 3’. Разработан технологический процесс изготовления и контроля вакуумно-плотной волоконной пластины, являющейся основой для МКП. Разработан процесс контроля МКП. Разработан технологический процесс изготовления и контроля ВОЭ180. Разработан сборочный чертеж для сборки вакуумного блока ЭОП. Проведен расчет сроков и оценка трудоемкости проведения НИОКР.

Проведен расчет затрат на выполнение НИОКР, который показал, что полная себестоимость разработки КТВС составляет 1 396 595 руб., при этом максимальные затраты связаны с накладными расходами (607500 руб.). Проведена оценка технического уровня НИОКР по разработке КТВС, на основе которой был сделан вывод о высоком техническом уровне создаваемого изделия. Проведен анализ вредных и опасных факторов при производстве и эксплуатации изделия. Проведен расчет лазерноопасной зоны. Рассмотрен вопрос обеспечения безопасности при сборке и эксплуатации изделия. Произведен анализ возможности загрязнения окружающей среды.

Подытожить работу можно сравнением разработанной КТВС с зарубежным аналогом:

Критерий сравнения	КТВС (дипломный проект)	ARGC-2400 (компания "Obzerv", Канада)
Разрешение изображения (пикс.)	800 х 600	640 х 480
Угловое поле	0,61° х 0,46°	0,61° х 0,46°
Диаметр вх. зрачка	250 мм	240 мм
Мощность импульса подсветки	100 Вт	15 Вт
Габариты	55 х 52 х 37 см3	80 х 63 х 30 см3
Дальность распознавания ночного канала (объект 1,8 х 0,5 м2)	6700 м	2600 м