Bahaya LED IR

Saya ingin membangun sistem tag laser DIY. Milestag situs web merekomendasikan Vishay Tsal-6100 sebagai IR-LED. Berikut adalah datasheet: http://www.mouser.com/ds/2/427/tsal6100-279822.pdf

Karena saya ingin memfokuskan cahaya (mungkin satu atau dua derajat divergensi setelah lensa), saya mulai berpikir tentang bahaya potensial bagi mata. Membaca tentang topik itu mengungkapkan bahwa cahaya IR bisa sangat bermasalah. Mata tidak melihat panjang gelombang IR dan tidak bisa bereaksi terhadap paparan berlebih. Karena itu sangat penting untuk berada dalam batas standar keselamatan.

Seperti IEC 62471 yang tampaknya menjadi norma yang berlaku. Bahkan Vishay telah menerbitkan dokumen dengan data tentang LED mereka yang dirujuk terhadap norma ini: http://www.vishay.com/docs/81935/eyesafe.pdf

Tsal6100 digambarkan sebagai 400mW / sr dalam skenario kasus terburuk. Ini seharusnya berarti bahwa LED "bebas" = tidak lebih berbahaya daripada kelas 1.

Tapi apa artinya itu? Spesifikasi mengatakan 230mW / sr jadi sepertinya mereka sudah memasukkan semacam margin keselamatan. Saya tidak dapat menemukan jarak di mana intensitas ini tercapai. Jika spesifikasi merekam 230mW / sr pada jarak 1m dan kasus terburuk menurut norma adalah 50cm maka balok fokus (diameter 10cm ^ 2, beberapa sudut divergensi) mungkin memiliki intensitas yang jauh lebih tinggi.

Pertanyaan saya: Bagaimana cara saya menghitung intensitas sinar saya? Bagaimana saya tahu jika LED aman digunakan?

Memperbarui:

Saya membaca pada unit mW / sr dan menemukan definisi ini:

phi sebagai intensitas
omega sebagai sudut

Setengah sudut sebelum memfokuskan LED adalah 10 derajat, setelah lensa saya berharap mendapatkan sesuatu seperti 1 derajat. Jadi faktornya adalah sekitar 10. Saya menerapkan beberapa matematika:

Jika saya memahami ini dengan benar, sinar cahaya terfokus 10 kali lebih kuat, seperti yang tidak fokus. Apakah ini benar ?

Masalah baru adalah: Bagaimana cara saya mendapatkan area sumber? Seharusnya permukaan lensa.

Saya mencoba memasukkan nilai dalam kalkulator ini: http://www.intersil.com/en/products/optoelectronics/ambient-light-sensors/eye-safety.html

(banyak terima kasih kepada Dave untuk tautannya yang bagus)

tetapi ada banyak bidang yang saya tidak tahu cara mengisi. LED dengan 2300mW selalu ternyata mematikan, dan itu sepertinya tidak benar.

Sebagai pemeriksaan kewarasan, saya mencoba menyalin nilai dari lembar spesifikasi ke dalam kalkulator. Ternyata LED itu berbahaya, bahkan tidak fokus. Sekarang saya yakin bahwa saya membuat kesalahan, karena Vishay mengatakan bahwa produk ini "dikecualikan".

Apa jenis LED untuk pengaturan saya? Saya memilih "Lensed"
Jika saya memilih lensa, apa sebenarnya "area sumber diperluas"? Permukaan lensa?

Bisakah Anda membantu saya dan mencoba memasukkan nilai sendiri? Kalkulator adalah lembar kerja Excel. Saya menyalinnya ke dropbox saya, jadi Anda bisa menggunakan Microsoft Excel online. Berikut ini tautannya: https://www.dropbox.com/s/r28n3p6bdf5m7hs/exposure-calculator.xlsx?dl=0

Sekali lagi, tautan ke lembar spesifikasi adalah: http://www.mouser.com/ds/2/427/tsal6100-279822.pdf

Pembaruan Besar:

Untuk lebih tepat tentang masalah saya dengan kalkulator: Untuk mendapatkan batas yang menarik seperti batas paparan dan faktor keamanan, perlu untuk memilih "tipe perangkat kedekatan intersil". Untuk bidang ini Anda dapat memilih antara "sensor jarak kedekatan" atau "sensor jarak jarak jauh".

Jika tidak ada pilihan, bidang untuk faktor keselamatan tetap kosong.

Mungkin kita bisa menyelesaikan masalah tanpa kalkulator ini?

Saya memikirkan unit ini mW / sr. Ternyata itu tidak tergantung pada jarak. Jadi untuk mendapatkan efek pada mata, mungkin perlu untuk menentukan fraksi area yang benar-benar "mengenai" mata. Pada jarak 10 m dari LED IR, setengah sudut 10 ° telah menghasilkan lingkaran dengan jari-jari 1,73 m dan luas 9,4 m ^ 2. Mata (bukan pupil, aku tidak sepenuhnya yakin apa yang bisa membahayakan) mungkin memiliki luas 3cm ^ 2. Persentase yang sangat rendah, tentu tidak berbahaya.

Jadi saya bisa berasumsi bahwa lensa menciptakan sinar cahaya paralel sempurna dan kemudian menciptakan fraksi antara area permukaan lensa dan area permukaan mata.

Ini membuat pertanyaan saya lebih sederhana: Kekuatan apa yang tidak berbahaya bagi mata. Dengan asumsi area mata tetap, dapatkah Anda menghitung diameter lensa yang membuat LED tidak berbahaya? Apakah pendekatan ini oke?

Saya memeriksa dokumen keselamatan Vishay:

Dalam kasus IR - Emitter, batas yang mendominasi adalah risiko kornea / lensa dalam kisaran panjang gelombang dari 780 nm hingga 3000 nm. Ini membatasi irradiansi ke E_e = 100 W / m ^ 2 yang dinyatakan sebagai intensitas nilai I_e = 4 W / sr dengan kondisi pengukuran standar dengan jarak 0,2 m dalam pikiran

Ini menentukan: Jarak menonton 0,2 m dan batas 4 W / sr. Menurut pemikiran saya di atas, mereka mungkin menghitung kerucut pada jarak ini dan kemudian menentukan persentase luas permukaan mata. Maka Anda bisa mendapatkan nilai konkret untuk I_e = 4 W / sr.

Yang berarti saya bisa mendapatkan nilai untuk jarak lain. Daya per area maksimum 4W / sr untuk jarak 0,2m. Pada 0,1 m area kerucut adalah 1/4 dari area itu, jadi saya akan mendapatkan maksimum 1W / sr untuk I_e - Berpikir: Kerucut adalah 1/4 dari area itu -> persentase permukaan mata adalah 4 kali lebih tinggi - > Daya per area harus 1/4 nilai referensi. Dan pada 0,05 m hanya 250mw / sr akan diizinkan.

Untuk TSAL-6100 dokumen mengatakan: "intensitas maksimum pada peringkat maks absolut" 400mW / sr.

Karena itu saya percaya bahwa saya bisa menggunakan LED dengan f> 0,063m. Perhitungan di balik itu: Daya maksimum per area TSAL adalah 400mW / sr. Ini 10 kali lebih rendah dari daya referensi per area. Area kerucut menurun kuadratik dengan ketinggian kerucut. Maka saya dapat mengurangi jarak dengan sqrt (10). Ini mengarah ke jarak menonton 6,3 cm.

Saya percaya bahwa 6.3cm adalah batas keamanan untuk melihat langsung ke TSAL-6100. Bisakah Anda memeriksa perhitungan saya.

Jika saya memasang lensa tepat di tempat ini dengan panjang fokus tepat 6.3xxx cm, maka dari jarak berapa pun saya akan melihat LED dari jarak 6.3cm. Yang merupakan margin keamanan yang tepat.

Sesuatu yang masih mengganggu saya: LED berbeda memiliki sudut setengah berbeda. Kenapa mereka bisa menentukan satu beton I_e untuk semua IR-LED mereka? Kerucut TSAL-6200 (20 ° setengah sudut) jauh lebih besar daripada TSAL-6100. Oleh karena itu fraksi cahaya yang masuk ke mata harus lebih kecil. Karena itu saya harus lebih besar.

Mungkin seluruh pendekatan saya rusak?

led infrared

— lhk
sumber

Steradian adalah ukuran sudut, sehingga level daya tidak tergantung pada jarak. Jika Anda akan memfokuskan output LED Anda, Anda mengubahnya, dan Anda harus belajar bagaimana melakukan perhitungan.

— WhatRoughBeast

Kamu benar. Saya membaca di unit dan mencoba melakukan perhitungan yang diperlukan. Kemudian saya mencoba memasukkan nilai-nilai baru dalam kalkulator yang disediakan oleh dave. Saya tidak bisa menjalankannya

— lhk

"Setengah sudut sebelum fokus ..." Anggap saja seperti kerucut, dan L adalah "kekuatan per area" di bagian bawah, dibagi dengan ketinggian kerucut. Jika Anda mengurangi sudut ke 1/10, area berkurang menjadi (1/10) ² = 1/100. Jika Anda mempertahankan kekuatan, Anda memiliki faktor 100!

— sweber

@sweber, itu definisi yang jauh lebih mudah diakses, terima kasih. Tapi bagaimana dengan independensi jarak ke led, saya pikir unit tidak tergantung pada jarak pandang. Cara Anda mendefinisikannya, area di bagian bawah adalah (sin (phi) * h) ^ 2 * pi. Bagilah dengan h dan kita masih memiliki ketergantungan pada h. Yang berarti bahwa jika unit ini mw / sr seharusnya adalah daya per area dan tetap konstan wrt ke h, maka P (h) = C * mw / sr * A (h) / h = C2 * h. Peningkatan linear kekuatan led dengan h? Saya khawatir saya tidak mengerti.

— lhk

Maaf atas komentar saya di atas - sebenarnya Anda harus membagi permukaan dengan kuadrat ketinggian. Secara umum, sudut dihedral yang diukur dalam sr adalah permukaan pada satuan satuan (jari-jari = 1). Ini berarti nilai maks adalah 4pi untuk seluruh bola.

— sweber

Le Goog telah mendapatkan dokumen tentang "IEC 62471" dari Intersil dengan persamaan yang relevan. Terima kasih, Le Goog.

Silakan coba Google menggunakan standar keamanan. Inilah jalan Intersil.

Sunting: Oke, saya benar-benar harus lurus ke depan dan hanya mengatakan kepada Anda untuk melakukan perhitungan. Ee = Ie / (d ^ 2) = (400mW / sr) / (0,2m ^ 2) = 10 W / m ^ 2.

Menurut definisi dalam lembar intersil yang saya berikan kepada Anda di atas, jika tidak ada batas waktu atau jika batas waktu melebihi 1000 detik (yang Anda tidak perlu mengirimkan data hit untuk tag laser) Jumlah semua panjang gelombang Ee harus kurang dari 100 W / m ^ 2 (yang akan Anda dapatkan). Kebalikannya adalah bahwa jarak menonton aman minimum untuk IRLED Anda adalah (0,4W / sr) / (100W / m ^ 2) = d ^ 2 = 0,004 -> sqrt (0,004) = 0,063246m. Jadi ya matematika Anda untuk jarak aman min benar. Tetapi sekali lagi saya hanya ingin menunjukkan bahwa sistem tag laser Anda tidak membutuhkan 1000 detik untuk mengirim cahaya berdenyut. Kemungkinan besar Anda bisa lebih dekat dan tidak menderita kerusakan yang tidak dapat diperbaiki (serius, sebagian besar sistem tag laser melakukan sekitar 0,1 detik cahaya berdenyut). Bagaimanapun, Silakan gunakan matematika. (bukan kalkulator)

Sunting 2: Contoh nyata tentang tag laser. Meretas LightStrike

Tautan yang diberikan memiliki beberapa info dasar tentang versi tag laser yang ada di pasaran (ada, tidak yakin apakah dijual lagi). Dengan menggunakan decode-nya, waktu kasus terburuk untuk mentransmisikan "data hit" adalah 6750us + (spidol 32interbit * 900us) + (32bits * 3700us (untuk satu)) = ~ 4 detik. Tidak seorang pun boleh menunggu selama itu dan contoh ini hanyalah contoh kasus terburuk menggunakan skema produk yang dikenal. Mematikan 4 detik, kurang dari 1000 detik. Menggunakan Persamaan.1 dari lembar info intersil yang saya tautkan. Ee <= 18000 * (4sec) ^ - 0,75 atau Ee <= 6363,96 W / m ^ 2. Sekali lagi menerapkan matematika terbalik untuk mendapatkan jarak aman minimum yang akan kita dapatkan (0,4 W / sr) / (6363,96 W / m ^ 2) = d ^ 2 = 6,28539e-5 -> sqrt (6,28539e-5) = 0,007928m atau sekitar 8mm. Jadi jarak aman minimum Anda adalah 8mm jika Anda menggunakan ini dengan penanda tag laser lightstrike. Hasil akan bervariasi berdasarkan pada pengkodean saja. Saya harap ini memberi Anda lebih dari cukup informasi untuk menilai keamanan perangkat Anda (yang merupakan pertanyaan pertama). Jika Anda memiliki pertanyaan lain, tanyakan dalam pertanyaan baru sehingga orang lain memiliki kesempatan untuk membantu Anda.

— Dave
sumber

terima kasih banyak atas tautannya. Sayangnya saya tidak bisa mendapatkan kalkulator untuk menghasilkan nilai yang tampaknya benar. Tentu saja bisa jadi dalam pengaturan saya, LED benar-benar berbahaya. Tetapi bahkan untuk nilai-nilai dari lembar spesifikasi, batas keamanan terlampaui. Saya memperbarui pertanyaan saya sesuai

— lhk

Kedengarannya hampir menyinggung. Pertama permainan buruk tentang google dan sekarang "Silakan gunakan matematika"? Itulah yang saya lakukan. Saya mencoba merumuskan pertanyaan yang bermakna dan Anda melemparkan buku itu kepada saya. Kalkulator yang dirujuk dalam standar itu pada dasarnya rusak. Tergantung pada jenis penerima, Anda bisa mendapatkan LED yang berbahaya bagi mata, kadang-kadang bahkan tidak mengeluarkan nilai. Jadi saya mencoba untuk mengulangi pertanyaan berdasarkan unit mW / sr itu, membagikan hasil saya dan meminta verifikasi. Anda baru saja menyalin hasil saya. Bagaimana dengan pertanyaan tentang setengah sudut yang berbeda?

— lhk

@ lhk, W / sr adalah nilai yang diukur di lab. Secara harfiah tidak ada ketergantungan pada sudut atau setengah sudut. Jika kebetulan ada dua LED dengan W / sr yang sama dan setengah sudut yang berbeda, maka satu LED secara fisik lebih terang daripada yang lainnya. Yaitu mengubah lebih banyak energi listrik menjadi energi cahaya. Saya tidak menyalin hasil Anda sama sekali. Saya melakukannya sendiri dan kemudian mengkonfirmasi hasil Anda. "Jadi ya matematika kamu untuk jarak aman min benar." <- Itu disebut umpan balik untuk bagian ini di sini -> "Saya percaya bahwa 6.3cm adalah batas keamanan untuk melihat langsung ke TSAL-6100. Bisakah Anda memeriksa perhitungan saya."

— Dave

@ lhk, Komentar tentang matematika adalah bahwa saya menautkan halaman tersebut karena tidak pernah menggulir halaman yang lalu. 3. Semua yang Anda butuhkan untuk memahami pertanyaan Anda ada di 3 halaman pertama selebaran itu. Saya bahkan tidak menyadari bahwa ada kalkulator. Namun pengalaman saya bahwa kalkulator internet sangat buruk dan umumnya tidak berguna. Saya juga menunjukkan beberapa kedatangan singkat dalam asumsi yang Anda buat. Anda secara khusus mengatakan bahwa Anda akan menggunakan ini dalam sistem tag laser. Saya kenal dengan itu. Jadi saya katakan bahwa Anda menggunakan persamaan yang salah. Anda harus menggunakan intersil "EQ. 1"

— Dave

@shinzou SETIAP CAHAYA yang cukup terang dapat membahayakan mata manusia, terutama cahaya "tidak terlihat" karena tidak menimbulkan "reaksi kedip." Untuk contoh spesifik ini, jarak teraman absolut adalah 8mm. Dengan kata lain, jika ia menjual penanda laser tag-nya dengan ketidakmampuan untuk melihat IR memimpin lebih dekat dari 8mm (melalui beberapa penghalang plastik yang ada secara fisik) maka tidak akan ada kekhawatiran KESELAMATAN.

— Dave