用计算机程序控制激光测距机的安全评价实验
用计算机程序控制激光测距机的安全评价实验
作者:徐贵道
一、安全侧试及其形晌因寮
进行安全测试时一般用测量辐照量和动物实脸的方法, 测量观察目镜出瞳处回波的辐照水平, 评价其安全程度, 测量不同距离上辐照的分布推算眼的致伤及安全边界和要求测试的其他安全项目。目前对致伤及安全边界的推算方法是在野外不同距离上测其辐照量, 并进行动物眼损伤实验, 由此找出距离与辐照量的关系以及辐照量与损伤发生率的关系。由后者经统计学处理推算出损伤发生率为帕时的辐照量, 由此量经距离和辐照量的关系推算出致伤边界。若将的辐照量除上安全系数便为要全边界上的辐照量, 同理由此量可推算出相应的安全边界。
致伤及安全距离准确与否, 取决于辐照量和动物损伤实验的准确度。在野外远距离条件下进行测量与动物实验影响因素较多。主要有:
1.输出能量及输出模式的影响。除了激光器件输出能不稳定外, 输出模式的变化是激光安全侧试与评价的最大困难。我们知道,对TEM00基模的光束因光强分布有一定规律测试较为简单, 而多数激 光器输出为多模, 尤其是固体激光器。目前激光测距机多用Nd:YAG固体激光器。由于YAG晶体各种光学缺陷,使输出光束中的能量分布极不均匀, 常集中于一点或几点上, 形成所谓“ 热点” , 其热点的形状、大小及辐照量的强弱都是随机的, 不同的测距机相差很大, 千变万化。这些热点给安
全测试与评价造成了很大困难, 也是潜在危害的根源。
2.波长的影响。对可见波长的光束, 我们是通过靶标的反射光或衰减的反射光目分辨其热点的强弱, 并找到最强点大致所在的位置,再用能量计进一步确定侧试点。对目前国内广泛使用的不可见红外侧距机, 如激光测距机, 要想在远距离大面积上准确的确定测试点是相当困难的。
3.各部机械稳定性因素的影响。因工作是在野外进行的, 可以设想, 在远离测距机进行测试和动物实验时, 如果测距机稍有漂移或颤动, 轻者可使所测热点偏移或脱离测试仪器,严重者不知光束漂至何方, 造成很大的测试误差, 甚至无法进行测量。所以各部机械稳定性特别是测距机的机械稳定性至关重要。
4.大气影响。大气除对激光衰减以外,由于大气的湍流效应, 使光波各参量发生随机起伏, 造成光束闪烁、弯曲、分裂、扩展以及空间相干和偏振的变化 , 因而影响了辐照量的测量。
5.测试仪器的影响。测试仪器的光、机、电性能也影响测试结果。
本实验的关键是正确的选择光束横截面上的测试点。此点应是诸热点中辐照量最高的点由于光束的抖动和漂移, 在此点上最大辐照量出现的概率应为最高。由子影响因素较多, 正确选择测试点较为困难。
二、数学模型
在激光安全评价中, 主要是测知距离与辐鹿量以及辐照量与动物损伤发生率的关系,以便推算致伤及安全距离。
对多模或由于各种因素影响而造成的非均匀光束, 公式中无相应的修正系数, 若不考虑使用条件而进行计算会引入很大的误差,影响评价结果‘幻。实际上, 对这种千变万化的多模或非均匀光束, 给出统一的计算公式或修正系是困难的, 因而目前也就没有统一的计算公式。我部编写的程序中有适用及两种微机的版本存储了。个数学模型, 它可根据所测数据自动选择出最佳数学公式, 为上述工作提供了方便。
三、BAS和ED50软件在滋光安全实验中的应用
BAS软件在本工作中有两个用途指导控制侧试过程, 根据所侧数据由计算机自动选择出实验数学模型推算实验结果。
1.对测试过程的拉制
鉴于上述问题, 如果在实验过程中能有一个可近似描述该输出与距离关系的数学模型,可随时指出所选择的测试点是否为最佳点,就可控制测量的过程, 以减少影响因素, 提高测量的准确度。软件可完成上述任务众所周知, 近距离的光束光斑面积小, 测试点易于选择影响因素少, 测量准确度易于控制。远距离上的光束光斑面积较大, 由于各种因素的影响使光束产生无规则的抖动, 测量较困难。所谓控制主要是对远距离上的测量。
测量时, 首先仔细地测出近距离个点上的辐照量, 将组数据输入计算机,用程序以残差平方和及相关系数为特征指标, 自动选出最佳拟合公式, 并由选出的公式推知下一个未测距离上的辐照量, 当实测出该距离上的辐照量后, 再将。十个数组输入计算机, 再次进行拟合并推知十个点上的辐照量, 以此由近至远逐点测试。在选择测试点时, 实测的辐照量应近似或大于推算值, 表现在特征值残差平方和上应小于前一拟合数组,而相关系数则应大于前一拟合数组。测童时应通过加强机械稳定性等措施使最大辐照量出现的概率较高, 此时可认为所选择的测试点是最佳,否则应另行选择。
2.数据处理
数据处理分四步进行由在野外不同距离上测得的辐照求出辐照量与距离的数学公式。程序中存储了个常用数学公式, 若将所有实测的辐照量和对应的距离输入计算机后, 程序可根据数据处理中的残差平方和及相关系数自动选出最佳辐照量与距离的数学表达式。当已知安全辐照量值时, 由此式可求出安全边界, 也可由在野外不同距离上进行的动物损伤实验求出辐照量与损伤发生率的数学公式。
我部编写的。程序是以几率单位加权迭代回归法进行数据统计处理的程序。当将各辐照量和同距离上的动物照射点数及发生损伤的点数分组输入到计算机中, 程序可求出各辐照量所对应的损伤发生率的数学表达式。由此式可知在某一辐照量下动物损伤发生率的情况。文献中常以肠损伤发生率的辐照量。称为损伤闭值, 用以评价不同波长、不同装置输出激光对动物的损伤情况。在激光侧距机的安全评价时, 我们规定肠损伤发生率的辐照量为致伤剂量。
求致伤剂量和致伤距离。由以上求得的辐照皿与损伤发生率关系式计算出, 所对应的辐照—致伤剂量。再通过由程序求得的辐照量与距离关系式计算出致伤剂量所对应的距离, 此距离我们定义为致伤距离。
求安全边界。致伤辐照量除以安全系数一般取所得到的辐照量我们定义为安全剂量。同理, 由辐照量与距离关系式计算出安全剂量所对应距离并定义为安全距离或称安全边界。
四、讨论
如上所述, 野外远距离测试与动物实验影响因素较多, 有些因素是人为无法改变的, 只能因势利导, 充分利用人为可能利用的条件来改进测试与评价工作。微机控制激光安全测试与实验就是利用近距离的光束直径小易于选择测试点, 影响因素少易于掌握与控制的特点,在近距离仔细测量的基础上, 初步建立起相应的数学模型, 由此初级数学公式逐点由近向远距离推测, 并在推测过程中进一步修正其数学模型。由于预先推知了待测点上的辐照盆,克服了过去那种在较大光斑面积上曾在距离为处进行过实验, 此处光束直径约为(2.1m)盲目寻找测试点的落后方法, 因而缩短了测试时间, 提高了测试准确度。
由程序控制实验, 对测试准确度的提高是明显的。我们知道, 为激光安全标准制定提供生物学依据的损伤闭值研究, 是在实验室里,并对激光器件及输出各参数均有严格要求的条件下进行的, 所以测得的值准确度较高。
我们实验室测得1.06μm动态输出激光的值和用程序控制在野外条件下测得激光测距机的值比较接近, 过去未加控制测试时, 。可见由于使用了计算机程序控制和数据处理使测试准确度明显提高了。
本文章转自爱学术(aixueshu.com),如有侵权,请联系删除