《激光的安全与防护.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光的安全与防护.doc（13页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、激光的安全与防护1 前言激光是指通过受激发射放大的光，它具有单色性好，相干性好，方向性好以及能量密度高的特性。产生激光的介质主要有四种类型，固体（晶体、玻璃等）、气体（原子气体、离子气体、分子气体）、液体（有机或无机液体）和半导体。这些激光介质发射出的激光覆盖了电磁波的大部分范围，可以从远紫外（100nm）波段到远红外（10mm）波段。激光束通过与材料无接触相互作用，使材料加热、熔化或气化，从而实现切割、焊接、表面处理等加工过程。为了防止各种伤害事故发生，必须做好激光设备的安全防护措施，具体包括以下几个方面：1.1激光设备的安全防护。1.2对人身的保护。1.3其他防护措施。1.4激光安全国家标
2、准a) 激光产品的辐射安全：GB7247.1-2001b) 激光防护设备的安全标准： GB18151-2000c) 激光安全标志标准： GB18217-2000d) 激光作业场的安全标准： GB10435-1989e) 军用激光安全标准共45项图2-1 激光打印机2 激光产品的分类根据激光对人体的危险度分类，可分为一到四级。2.1 Class12.1.1 功率低输出激光（功率小于 0.4mW）。2.1.2 生物危害性特点该设备不产生任何生物性危害。不论何种条件下对眼睛和皮肤，都不会超过最大允许暴露值（The maximum permissible exposure，简称MPE值），甚至通过光学
3、系统聚焦后也不会超过MPE值。基本不会对眼睛产生危害，可以保证设计上的安全，不必特别管理。安全级别1级的激光设备，低输出激光，一般功率小于0.4mW。2.1.3 典型应用如激光教鞭，CD 播放机，小型激光打印机、CD-ROM 设备，地质勘探设备和实验室分析仪器等。2.1.4 安全规范要求任何可能观看的光束都是被屏蔽的，且在激光暴露时激光系统是互锁的。大型激光打印机如DECLPS-40是由10毫瓦（3B类）氦氖激光驱动的，尽管实际的激光器是3B类，但打印机是互锁的，以避免和暴露的激光束发生任何接触。2.2 Class22.2.1 功率低输出的可视激光（功率0.4mW-1mW）。2.2.2 生物危
4、害性特点人闭合眼睛的反应时间为 0.25 秒，用这段时间算出的曝光量不可以超过MPE值。通常 1mW以下的激光，会导致晕眩无法思考，用闭合眼睛来保护，一般即可消除症状。不要直接在光束内观察，也不要用小于 1mW的激光直接照射别人的眼睛，避免用远望设备观察 Class2的激光。2.2.3 典型应用如课堂演示，激光教鞭，瞄准设备、激光棒及条码扫描器等。图2-2 条形码扫描仪2.2.4 安全规范要求不会灼伤皮肤，不会引起火灾。由于眼睛反射可以防止一些眼部损害，所以这类激光器不被视为危险的光学设备。例如当眼遇到明亮的光线时，会自动眨眼，或者转动头部以避开这些强光线。这就是所谓的反射行为或反射时间。在这
5、段时间内这类激光产品不会对眼睛造成伤害，在这类激光设备上应放置黄色警告标签。2.3 Class3A2.3.1 功率为可见光的连续激光，输出为 15mW 的激光束，光束的能量密度不要超过 25W/m 。2.3.2 生物危害性特点避免用远望设备观察3A激光，这样可能增大危险，同Class2一样，不要直接在光束内观察，也不要用 Class3A的激光直接照射别人的眼睛。不会灼伤皮肤。但在某种条件下，这类激光可以对眼睛造成致盲以及其他损伤。2.3.3典型应用3A 的典型应用和Class2级有很多相同之处，如激光教鞭，激光扫描仪激 光棒及直线校准仪器等。图2-3 直线校准仪器2.3.4 安全规范要求这类激
6、光产品应该有：(1)激光发射指示灯，表明激光器是否在工作； (2)应该使用电源钥匙开关，阻止他人擅自使用； (3)应该贴有一个黄色警告的标签。2.4 Class 3B2.4.1 功率为5500mW 的连续激光。2.4.2 生物危害性特点 Class3B激光在最小照射距离为13cm，最大照射时间十秒以下为安全。直接在光束内观察有危险，尤其不能用 Class3B 的激光直接照射别人的眼睛。在功率达到数百微瓦，可能够烧焦皮肤。比如250mw激光器照射一张红纸，不到 2 秒钟就点燃了。这类激光产品明确定义为对眼睛有危害，尤其是在功率比较高时，将造成眼睛损伤。2.4.3 典型应用如光谱测定、用于物理治疗
7、的激光治疗仪和娱乐灯光表演等。2.4.4 安全规范要求这类激光产品必须具备： (1)钥匙开关，阻止他人擅自使用； (2)激光发射指示灯，表明激光器是否在工作； (3)启动电源后有 3 至 5 秒延迟时间使操作者离开光束路径；(4)装有急停开关，随时关断激光光束； (5)在激光器上必须贴有红色的危险标签。2.5 Class 42.5.1图2-4 激光治疗仪图功率为高输出连续激光大于500mW。2.5.2 生物危害性特点图2-5 激光切割机高过第三级，有火灾的危险，扩散反射也有危险，尤其值得注意。孩童请避免直接观看此类激光。这类激光产品一定能够造成眼睛损伤。就像灼烧皮肤和点燃衣物一样，激光能够引燃
8、其他材料。一个1000 W二氧化碳激光器可以在一块钢板上打孔，因此如果使用不当，会对人体产生很大的损害。2.5.3典型应用如外科手术，研究，切割，激光刻章机和激光雕刻机等。第4类激光器如2000W二氧化碳激光器可以切割厚钢板。2.5.4安全规范要求这类激光系统必须具备： (1) 钥匙开关，阻止他人擅自使用； (2) 保险装置，防止工作时系统的保护盖被打开； (3) 激光发射指示灯，表明激光器是否在工作； (4) 装有急停开关，随时关断激光光束； (5) 在激光器上贴好红色危险标签，这类激光反射光束和主光束一样都很危险。3 激光辐射的危害激光辐射(Laser radiation)：由激光产品的受
9、控受激发射而产生的波长为180nm-1mm的所有电磁辐射。最大允许照射量(MPE)：正常情况下人体受到激光照射不会产生不良后果的激光辐射水平。影响因素主要有：a)激光输出功率或能量；b)激光辐射波长；c)激光辐射时间；d)激光光束尺寸等。眼标称危害距离（nominal ocular hazard distance，简称NOHD）：光束辐照量等于相应角膜的最大允许照射量的距离。强烈的激光辐射：干扰人体的生物钟，产生头痛、乏力、记忆力衰退、激动、心悸、心率失常、血压失常等症状。对脑和神经系统的影响：松果体素减少、节律紊乱。损伤细胞膜，影响儿童发育，影响生殖系统。直接激光辐射：对视力造成永久性伤害甚
10、至失明。直接的激光辐射：灼伤人的皮肤（特别是紫外到蓝光波段）。3.1 激光辐射对生物组织的基本影响 激光辐射对眼睛的危害可以分为以下几个方面：紫外辐射C（180nm280nm）：光致角膜炎；紫外辐射B（280nm315nm）：光致角膜炎；紫外辐射A（315nm400nm）：光化学反应；可见光（400nm700nm）：光化学和热效应所致的视网膜损伤；红外辐射A（700nm1400nm）：白内障、视网膜灼伤；红外辐射B（1400nm3000nm）：白内障、水分蒸发、角膜灼伤；红外辐射C（3000nm1mm）：仅为角膜灼伤。激光辐射对不皮肤的危害可以分为以下几个方面：紫外辐射C（180nm280nm
11、）：红斑（阳光灼伤）、加速皮肤的老化、色素沉着；紫外辐射B（280nm315nm）：色素沉着、暗色、光敏感作用、皮肤灼伤；紫外辐射A（315nm400nm）：暗色、光敏感作用、皮肤灼伤；可见光（400nm700nm）：暗色、光敏感作用、皮肤灼伤；红外辐射A（700nm1400nm）：皮肤灼伤；红外辐射B（1400nm3000nm）：皮肤灼伤；红外辐射C（3000nm1mm）：皮肤灼伤。3.1.1 激光辐射对眼睛的伤害激光对视觉的伤害是激光产品最大的潜在危害。不同激光波长对眼睛的伤害是不同的： a)可见光激光：眼屈光介质(角膜、房水、晶状体）对可见光谱（400nm700nm)的激光透过率很高，吸
12、收率低。造成眼底视网膜和脉络膜损伤。 b)近红外、远红外激光：1064nm激光（YAG、Nd玻璃）能量一半损伤屈光介质 ，一半损伤视网膜。10600nm辐射（CO2激光）可完全被角膜吸收。c)紫外激光：眼屈光介质透过率随波长变短迅速下降，被角膜吸收，引起角膜炎和结膜炎。瞳孔大小及损害程度：a)缩小的瞳孔可以减少进入眼底的激光量。b)瞳孔越大进入眼内的激光量越大，眼底损伤程度越重，越不可逆转。图3-1 眼睛的水平切面图c)在光线较暗的室内，瞳孔散开就大，在这样的环境中调试，使用激光器者，必须慎重保护眼睛。因此时眼睛的瞳孔处于最大状态，进光量虽少，也最容易伤害眼睛视网膜。缩小的瞳孔，除能减少进光量
13、而外，瞳孔外的激光量可被虹膜吸收、而将热量由虹膜的微血管扩散转移。d)一般人的眼睛在暗的环境时，瞳孔直径为78mm，在可见的强光下可以缩小到只有1.5mm，通常在白天瞳孔直径约23mm。因而，最大瞳孔与最小瞳孔之间的透光面积相差20倍以上。激光入射角与眼伤害关系：激光不与视轴同步，偏离角度越大，视网膜的损伤越轻，虹膜可挡住偏离的激光而不会进入眼底。由于黄斑部位中央凹在视觉功能中起的作用极重要，而且这部位又最容易受损伤，所以直视激光束的危险程度要比偏离视轴一个角度射入眼睛的危险程度大很多，必须绝对避免。眼底色素含量多少与受到激光伤害程度有特定关系：色素组织极容易吸收激光能量，故色素含量多少直接影
14、响到激光对视网膜的损伤程度。机体肤色深浅与眼底色素呈正相关联系，皮肤色重者，其眼底所含的色素数量也多；皮肤色白者，眼底含色素数量相对较少。3.1.3激光辐射对皮肤的伤害与激光对眼睛的损伤相比激光对皮肤的损伤要轻得多。激光对皮肤的损伤程度与激光的照射剂量、激光的波长、肤色深浅、组织水分以及皮肤的角质层厚薄诸因素有关，以前三个因素为主要。激光剂量与皮肤损害程度的关系： a)激光损伤皮肤的机理主要是激光的热作用。b)照射皮肤时使用的激光功率密度（或能量密度）越大，则皮肤受到的损伤越大，二者呈正相关比例。 c)皮肤吸收超过安全阈值的激光能量后，受照部位的皮肤将随剂量的增大而依次出现热致红斑、水泡、凝固
15、及热致炭化。 d) 皮肤对10.6m波长红外激光吸收率很高，透过率很低，皮肤对CO2激光产生强烈吸收，使皮肤的局部温度快速升高，极容易造成损害。激光波长与皮肤损害程度的关系： a) 红外激光对皮肤主要作用是热烧伤，此类激光照射皮肤，功率比较小时致毛细血管扩张，皮肤发红发热。随着激光功率密度增大，热损伤程度也随着增大。 b)紫外激光对皮肤的作用主要是光作用，在紫外激光照射皮肤时可以引起皮肤红斑、老化，过量时严重的致癌变。对皮肤危害性最大的紫外光波在270290nm，波长比270290nm大的或小的其危害程度都相对地减少。皮肤的颜色越深，意味着皮肤里细胞含有的黑色素颗粒越多，色素颗粒可以将各种不同
16、波长的激光能量转变成热能，在吸收激光能量后，局部形成一个热源，并很快向四周扩散热能，从而引起细胞及组织破坏和死亡。皮肤内含的黑色素颗粒越多，形成的热源也将越多，光能转变成热能效率越高，造成蛋白质凝固变性率越大，细胞死亡率越大。肤色越浅的人，受到的损伤越轻。3.2使用激光产品所伴随的其它危害大气污染：激光加工产生的靶材气化物和反应产物（佩带口罩）；伴随辐射危害：由闪光灯等泵浦源引起的紫外、可见及红外辐射；电气危害：激光器电源，有的可达几万伏；低温制冷剂：低温液体引起皮肤灼伤；材料加工：废气、飞溅物；其他危害：高功率激光系统的电容器组、光泵系统爆炸危险。4 激光安全防护措施4.1工程技术要求4.1
17、.1防护罩每个激光产品必须装有防护罩以防止人员直接接触2类及以上的激光辐射。4.1.2挡板和安全联锁可接触的发射水平不低于给定类别的可达发射极限AEL（Accessible Emission Limit，简称AEL）值，激光产品需要安全联锁，安全联锁的设计必须能防止挡板移开。 4.1.3钥匙控制器 属于3B类和4类的任何激光系统必须安装钥匙控制器，钥匙控制器是指用钥匙操作的总开关。钥匙必须是可取下的，并要有专人保管,钥匙也可以是磁卡、密码系统。对于4类激光产品宜采用遥控操作，避免工作人员直接进入激光辐射区域。4.1.4激光辐射发射警告辐射发射警告应是可闻的或可视的报警。4.1.5光束终止器或衰
18、减器光束终止器或衰减器应能防止人员接触超过标准的激光辐射。4.1.6控制装置每一激光产品必须装有控制装置，确保在调整和使用时，不会受到标准规定的激光辐射。4.1.7伴随辐射要求激光产品的防护罩正常情况下应能防护伴随辐射（例如：紫外、可见、红外）的危害。4.2用户安全防护措施 用户通常可采用制造厂商提供的激光产品类别对激光设备进行分类，从而避免所有的测量。若有大于3A类的激光设备，宜指定一名激光安全员。对于3B类或4类激光器应使用可靠的防护围封，防护围封可移动部位或检修接头处应贴有警告标记。4.2.1人员培训对操作激光器的工作人员进行教育和培训。a)熟悉激光系统整个工作过程b)做好个人防护c)正
19、确执行危害控制程序d)正确使用警告标记e)建立事故报告程序f)了解激光对眼和皮肤的生物效应4.2.2工程技术管理a)管理使用激光器必须由专业（职）人员来进行，未经培训教育人员不得擅自开启使用激光器。b)在激光设备的触发系统上装设联锁钥匙开关，确保只有用钥匙打开联锁开关以后才能触发启动，拔出钥匙就不能启动。c)对于安放激光器的房间要有明亮的光线，人在明亮光线的环境中，眼睛的瞳孔缩小，在激光光束射入眼睛时。可减少透射到视网膜上的进光量。d)对于安放激光器的高度，激光束路径应避开正常人站立或坐着时的眼睛的水平位置，眼睛的视轴不能与出光口平行。4.2.3激光器应严格控制a)在存放使用的激光器房间内不准
20、把激光束对准人体，尤其是眼睛。因为激光对眼睛的损伤要恢复极其困难，均为永久性损害.b)在开动激光器之前，必须告诫现场中人员可能出现的危害，并戴上安全防护眼镜。c)在有强激光器的工作区内外明显的位置上及激光实验室的房门上张贴出危险标记。4.2.4激光受控区a) 必须只能在一定的区域内使用激光设备。b)按一般要求设立门卫及安全的弹簧锁、联锁等，以确保外人与未受保护人员不得进入受控区，即使门意外被打开时，激光器的激励也能立即停止。c)房间不应透光，以阻止有害激光束泄漏出去。同时设立紧急开关，使得处于危险情况下时能使激光器停止发射。d)在激光系统周围不要放置有镜面反射作用的物品。e)严格禁止与工作无关
21、的人员进入激光控制区 。 4.2.5调试激光器a) 调试激光器的光学系统时采取严格的防护措施，保证人的眼睛不受到原激光束及镜式反射束的照射。即视轴不与原光束及镜反光束同轴。b)调试激光器使用的反射镜、透镜及分束器等光学元件尽可能安装牢固。c)对于3B类激光器要尽可能使激光束末端终止于漫反射材料，使反射危害最小。d)对于4类激光器一定要提供合适的光束终止器，最好是充分冷却的金属或石墨靶标。4.2.6用光学仪器观察激光束a)使用的如为双筒镜、显微镜、望远镜之类光学仪器观察激光束，激光对眼睛损伤的可能性大大增加。b)非用此类光学仪器时必须经过严格的安全计算，添加滤光器和适当的联锁类防护设备，以保证人
22、眼所受到的照射量低于激光的安全标准值。 4.2.7室外及施工中的激光设施的安全要求a)在激光作业场所贴有醒目的警告安全标记。b)在激光的末端要有光路终止器。c) 激光光路宜设置在高于或低于人眼的位置。d)激光操作人员一定要经过培训。e)光路内宜清除可能产生意外反射的所有表面。f)禁止在眼标称危害距离内追踪交通车辆和飞机。4.2.8正确使用各类警示、安全标记a)在激光设备外壳和操作面板的显眼位置张贴警告标记，根据激光器的具体危害程度的大小采用符合标准的标记，以醒目为好。 b)3B类和4类激光产品工作区或其防护围封的入口处，宜加贴相应的警告标志。 4.2.9眼睛的保护a) 在采取以上措施以后，人眼
23、还可能受到超安全标准值的激光照射时，必须根据此类激光器的波长，选用光密度合适的防护眼镜加强保护眼睛。b)不能完全依赖防护镜，即使佩带防护镜也不能直视激光束。4.2.10皮肤的保护a) 穿着由防燃材料制成的长袖工作服。b)激光受控区域，安装由防燃材料制成并且表面涂敷黑色或蓝色硅材料的幕帘和隔光板吸收紫外辐射并阻挡红外线。4.2.11医学监督a) 对于使用3B类和4类激光产品的工作人员应由有资质的医学人员进行医学检查。b)对于使用3B类和4类激光产品的工作人员在从事该工作前、工作期间、离开工作后要进行身体的医学检查，并保存原始纪录 。c)对于接触激光辐射较多的工作人员，多吃油菜、卷心菜、萝卜等具有
24、抗辐射作用的食品。5符合国家标准的各类适用的标签和警示标记5.1激光安全标记的定义 5.1.1安全标记（safety signs)用以表达特定安全信息的标记，由图形符号、安全色、几何形状（边框）或文字构成。5.1.2警告标记（warning signs)提醒人们对周围环境引起注意，以避免可能发生危险的图形。5.1.3说明标记（explanatory signs)提供特定提示信息（标明安全分类或防护措施等），由几何图形边框和文字构成。5.2激光安全标记的颜色和字体 5.2.1颜色衬底为黄色，边框、符号和文字为黑色。5.1.2字体字体为黑色，在规定的区域内应尽可能选用大的字号，最小字号的大小必须能
25、复印清楚。5.3激光安全标记的制作材料 满足不同自然环境的要求。耐用、防水、放燃。光照后不易退色。5.4激光安全标记的使用 5.4.1激光产品安全标记的使用a) 所有激光产品都必须贴有激光安全标记。b)每台设备必须同时具有激光警告、激光辐射分类说明、辐射窗口等安全标记。c)激光安全标记的粘贴位置必须位于人眼看得到并不受激光伤害的地方。5.4.2激光作业场所安全标记的使用a)所有3B类和4类激光产品工作的场所都必须贴有激光安全标记，可单独使用激光警告标记，也可同时使用激光警告和辐射场所安全分类说明标记。b)3A类激光产品作为测量、准直、调平使用时的工作场所应设有激光警告等安全标记。c)激光安全标
26、记的粘贴位置必须是激光防护区域的明显位置，有必要的话 ，应设置多个标记。d)永久性的激光防护区域应在出入口处设置激光安全标记。 5.5激光安全标记的检查与维护 激光安全标记至少每半年检查一次，如发现有退色、破损、变形等现象应及时修整或更换。在修整或更换激光安全标记时应有临时的标记替换，以避免意外的激光伤害。6个人安全防护用具的选择及使用6.1激光防护眼镜的选择 激光防护眼镜的选择需要考虑以下几方面因素：工作激光波长、激光的辐照度、防护镜对激光输出波长的光密度、可见光透射的要求、防护镜的质量及损坏阈值、舒适性、通风良好、防护镜材料吸收介质特性的退化或改变，材料强度（抗冲击性能）。6.2激光防护眼
27、镜的要求激光防护眼镜应有明显的标记，正确选择适用于特定激光的防护眼镜；佩带舒适，提供视野尽可能宽广；有一定的密封性，又要有良好的透气性，避免蒙雾；有适当的可见光透射；避免使用能产生有害镜反射的平面反射镜片；框架及侧面部分要有一定的防护能力。6.3激光防护眼镜的分类 6.3.1吸收型激光防护眼镜吸收型激光防护眼镜：在聚碳酸脂塑料或玻璃中加入染料，有选择吸收特定波长的激光。但缺点是对可见光透过率较低，会产生吸收饱和现象，降低防护效果。6.3.2反射型激光防护眼镜反射型激光防护眼镜：在玻璃基底上蒸镀多层介质膜，有选择地反射特定波长的激光。比吸收型防护镜能承受更强的激光。但存在缺点：反射光强很高，可能伤害他人的眼睛。6.4激光防护服的选择 尽可能为受到超过皮肤MPE值的辐射照射的工作人员提供适宜的防护衣。防护服宜用合适的耐火、耐热材料制成。防护服尽量不要暴露皮肤。13