Деятельность Предприятия связи (стр. 16 из 18)

Глава 6 Безопасность и жизнедеятельность на предприятиях связи

В проекте рассматривается волоконно-оптическая система передачи информации (ВОСП), которая осуществляется при помощи световых импульсов с длиной волны 1550 км.

Передающим устройством в ВОЛС является лазер, рассчитанный на работу в составе многоканальных систем связи.

Лазер – это источник электромагнитного излучения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов, основанный на вынужденном изучении атомов и молекул.

В данном проекте применяются одномодовые лазеры с распределенной обратной связью. Данный лазер является источником узконаправленного монохроматического излучения в инфракрасной области спектра.

Эти лазеры рассчитаны в качестве источника излучения для волоконно-оптических систем передачи. На рисунке 6.1 представлена упрощенная схема с РОС.

1) активная полупроводниковая среда;

2) волоконно-оптический кабель;

3) светозащитный кожух;

4) кабель накачки;

5) корпус.

Излучение поступает в волоконно-оптический кабель, по которому передается излучение. Светозащитный кожух предназначен для поглощения отраженного излучения на границе ''активная среда-торец волоконно- оптического световода''. С помощью кабеля 4 к активной среде подводится ток накачки. Параметры и значения лазера с РОС приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Технические характеристики лазера с РОС

Параметры	Значения
Длина волны, м	1,55х10^-6
Мощность излучения, Вт	(2 – 4)х10^-3
Долговечность активного	10⁶
Габаритные размеры, мм	60х10х10
Потребляемая мощность, мВт	До 2

Лазеры, используемые в волоконно-оптических системах передачи, являются полупроводниковыми приборами, и предназначены для стационарного применения, т.к. являются чувствительными к вибрации и перепаду температуры. Большая вибрация и резкий скачок температуры приводят к сокращению срока службы лазера. Для обеспечения нормальной работы таких лазеров достаточно естественных систем охлаждения.

6.1 Воздействие лазерного излучения на организм человека

При воздействии лазерного излучения на организм человека выделяют два биологического эффекта: первичный и вторичный.

При первичном эффекте наблюдаются изменения в непосредственно облучаемых тканях организма.

При вторичных эффектах наблюдаются различные побочные явления.

Непосредственное воздействие на человека оказывает лазерное излучение любой длины волны, однако, со спектральными особенностями поражаемых органов и различными предельно допустимыми дозами облучения. Обычно различают воздействие на глаза и кожные покровы.

При попадании луча лазера в глаз лучи преломляются в оптической системе глаза и фокусируются на сетчатке, где будет сконцентрирована наибольшая энергия луча. Основной элемент зрительного аппарата человека- сетчатка глаза – может быть поражена лишь излучением видимого (от 0,4 мкм) и ближнего инфракрасного диапазонов (до 1,4 мкм), что объясняется спектральными характеристиками человеческого глаза. При этом хрусталик и глазное яблоко, действуя как дополнительная фокусирующая оптика, существенно повышает концентрацию энергии на сетчатке, что в свою очередь, на несколько порядков понижает максимально допустимый уровень облученности зрачка.

При уровне энергии в 0,008 Дж. от лазера, работающего в видимой части спектра, в течение 1мс повреждается сетчатка глаза, а для лазера работающего в инфракрасной части спектра, еще при меньшем уровне энергии (0,001 Дж) повреждается прозрачная среда и сетчатка глаза.

Луч может пройти вдоль зрительной от глаза, тогда будет повреждена центральная ямка и наступит сбойное нарушение зрения вплоть до слепоты. Для лазеров, работающих в невидимой части спектра, необходимы особые меры безопасности, т.к. можно получить дозу облучения, не зная причины ее возникновения.

Невидимое ультрафиолетовое (0,2 < λ <.0,4 мкм) или инфракрасное излучение (1,4 < λ < 1000 мкм) практически не доходит до сетчатки и потому может повреждать лишь наружные части глаз человека: ультрафиолетовое излучение вызывает фото кератит; средневолновое инфракрасное излучение (1,4 < λ < 3 мкм) – отек, катаракту и ожог роговой оболочки глаза; дальнее инфракрасное излучение (3 мкм < λ < 1мм) – ожог роговицы. При лазерном облучении кожных покровов могут наблюдаться изменения непосредственно облучаемых тканей: от легкой эритемы до поверхностного обугливания. При повреждении внутренних тканей и органов происходят отеки, кровоизлияния, свертывание и распад крови.

Воздействие излучения лазера небольшой интенсивности на обслуживающий персонал приводит к изменениям в центральной нервной системе, сердечно-сосудистой системе, эндокринных желез; повышение утомляемости организма и глаз, колебания артериального давления, головные боли, повышенная возбудимость, нарушение сна, потливость.

6.2 Предельно-допустимые уровни излучения проводникового лазера

Произведем расчет предельно-допустимых уровней излучения полу проводникового лазера.

Исходные данные:

-длина волны изучения – 1550 км;

-расстояние R от точки наблюдения до освещаемой поверхности – 0,5 м;

-угол θ между нормалью к поверхности и направлением наблюдения – 45°;

-фоновая освещенность Фр роговицы – 100лк;

-диаметр d источника излучения – 0,02·10^-2 м.

Чтобы найти плотность энергии лазерного излучения, необходимо рассчитать угловой размер источника излучения:

(6.1)

Энергетическая экспозиция Нn для первичных биологических эффектов находится по формуле:

(6.2)

где Н1 – энергетическая экспозиция на уровне глаза в зависимости от углового размера источника излучения при максимальном значении диаметра зрачка глаза (Н1 =51 Дж/м²).

К1 - поправочный коэффициент на длину волны излучения и диаметр зрачка (К1=2,1).

(6.3)

Энергетическая экспозиция Нв для вторичных биологических эффектов определяется по формуле:

(6.4)

где Н2 – энергетическая экспозиция на роговице глаза в зависимости от длины волны излучения и диаметра зрачка (Н2 = 680 Дж/м²).

(6.5)

Для определения класса опасности для полупроводникового лазера, необходимо рассчитать величину энергии излучения Ес с учетом поправочного коэффициента:

(6.6)

где Р- максимальная выходная мощность излучения лазера (Р = 4 · 10¯³Вт).

К – коэффициент учитывающий диаметр пучка (К=0,25)

(6.7)

Произведем классификацию лазера.

Данный лазер по первичным биологическим эффектам относится ко II классу опасности, а по вторичным биологическим эффектам к Ш классу, с помощью найденных предельно допустимых уровней излучения, для различных типов лазерного излучения (прямого, отраженного), определим допустимые расстояния на которых может работать оператор. При этом специальная одежда оператора состоит из белого комбинезона.

Необходимые исходные данные:

- мощность излучения Р= 4 · 10^-3 Вт;

- телесный угол излучения φ = 2˚;

- длительность смены tсм = 3600с;

- коэффициент отражения ρ = 0,5

- коэффициент пропускания белой плотной материи τ = 0,1 при количестве слоев m = 1.

Допустимое расстояние, на котором может находиться оператор:

(6.8)

где Еобл – максимальная энергия облучения.

(6.9)

где

(6.10)

(6.11)

(6.12)

(6.13)

(6.14)

(6.15)

Лазеры данного типа используют в качестве среды распространения выходного излучения волоконно-оптический кабель, который плотно стыкуется с активной средой лазера. Поэтому поражение прямым излучением возможно только в том случае, когда оператор направит включенный лазер непосредственно либо на участок кожи, либо в глаз.

Для того, чтобы предотвратить поражение персонала рассеянным или отраженным излучением лазера, активная среда помещена в защитный корпус. Внутренняя поверхность корпуса состоит из материала с высокой степенью поглощения на рабочей длине волны лазера. В случае неплотного контакта активной среды лазера с оптическим световодом, предусматривается изолирующий корпус с высокой степенью поглощения.

Для предотвращения не квалифицированного доступа к лазеру, в аппаратуре предусмотрена блокирующая система.

Эта система основана на обратной связи между передающими и приемными пунктами. В случае пропадания излучения на выходных цепях приемного пункта, в обратном направлении, т.е. от приемного пункта к передающему пункту, передается сигнал блокировки лазера передающей стороны. Промежуток между временем пропадания сигнала и отключением лазера составляет порядка 0,2-0,3 мс.