Рис. 3. Фотография ноутбука с ПО ПУ СЛК

На фотографии представлены два монитора входящие в состав стенда с лазерным оборудованием. На левом мониторе представлены показания мощности излучения лазера и средней температуры лазерных модулей. На нижней части фотографии находится монитор ноутбука с ПО ПУ СЛК. Как видно по фотографии, показании реализованного ПО и показания собственного оборудования практически идентичны. Разница объясняется тем, что излучение лазера не постоянно и в разные моменты времени может немного отличатся от заданного значения. Данные от лазера передаются только по требованию. ПО изготовителя лазера и ПО ПУ СЛК запросили информацию в разное время, поэтому данные немного отличаются.

5. ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЗАЩИТА ОТ ЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Излучение лазера - это излучение атомами вещества порций квантов электромагнитного излучения определенной длинны волны и часты. Данное излучение является вынужденным. Само слово «laser» - это аббревиатура означающая следующее: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. То есть, усиление света с помощью индуцированного излучения. По своей структуре лазер - это генератор электромагнитного излучения, использующий вынужденное излучение атомов. Сам лазер обычно состоит из следующих частей: активная среда лазерной установки, источник питания, оптический резонатор и система охлаждения. Основная идея использования лазера состоит в использовании монохроматического света, то есть света в спектре которого содержится всего одна частота, и получения малой расходимости, то есть высокой степени фокусировки луча. Кроме этого, волны в лазере когерентные - у волн одинаковые частоты и длины волн, сдвиг фазы постоянен во времени. При таких параметрах электромагнитного излучения при воздействии на другие вещества происходит локальный термоэффект. При высокой степени когерентности, монохромотичности и малой расходимости лазерное излучение позволяет получить плотность потока мощности на поверхности облучаемой лазером достигающую 1011 - 1014 Вт/см2.

Излучение лазеров обычно происходит в оптическом или близком к нему диапазонах - инфракрасном и ультрафиолетовым.

Лазеры часто классифицируют по характеру режима работы. При такой классификации есть три типа лазера: лазеры непрерывного действия, импульсные лазеры и импульсные лазеры с модуляцией добротности. Последний тип лазера позволяет создавать излучение с импульсами большой мощности и длительностью порядка наносекунд или даже пикосекунд.

Чаще всего, в качестве источников энергии в твердотельных лазерных установках используются газоразрядные импульсные лампы или лампы непрерывного горения. В газовых лазерах чаще всего используются генераторы СВЧ. Электрическая энергия поступает от высоковольтных батарей.

Главные характеристики лазерного излучения следующие:

· длина волны электромагнитного излучения, мкм;

· плотность мощности, Вт/см2. Данная характеристика численно равна отношению потока лазерного излучения падающего на поверхность вещества деленная на значение площади этого участка;

· энергетическая экспозиция, Дж/см2. Данная величина схода со значением плотности мощности. Это значение энергии потока к площади излучения на веществе;

· длительность импульса, с. Данная величина отсутствует у лазеров непрерывного действия;

· длительность воздействия, с. Данная величина показывает время воздействия лазерного излучения на материал. Чаще всего данная величина используется как показатель длительности воздействия на человека во время рабочей смены;

· частота повторения импульсов, Гц, -- количество импульсов за 1 с.

Нормирование лазерного излучения производится по СанПиН 5804 - 91 «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров»[15].

Данный документ устанавливает два вида предельно допустимых значений лазерного излучения: для однократного излучения и для постоянного (хронического) излучения. Рассматриваются излучения, направленное на глаза или кожу.

Лазерный луч делят на следующие виды излучения:

· прямое излучение. Это излучение выходящее из лазерного устройства. Лазерный луч при таком излучении не рассеян и сфокусирован;

· рассеянное излучение. Рассеивание происходит за счет прохождение луча через среду распространения или за счет отражения от вещества;

· зеркально-отраженное излучение. Это излучение, отражённое от поверхности под таким же углом равным углу падения. При соприкосновении с отражающей поверхностью небольшая часть энергии передается веществу;

· диффузно-отраженное или диффузионное излучение. Это излучение лазера, отраженное по всем возможным направлениям.

Воздействие лазерного излучения с живой тканью происходит также, как и с обычным веществом. За счет огромного потока энергии происходит резкий нагрев тканей. Данные нагрев ведет к ожогу. Происходит вскипание тканевой, межтканевой и клеточной жидкостей. Образовавшийся пар повышает давление внутри тканей. Давление достигает огромных значений и происходит взрыв тканей. Ударная волна взрыва наносит вред тканям, находящимся поблизости.

Наиболее опасным лазерным воздействием для человека является воздействие на глаза. Воздействие лазерного излучения на глаза человека завит от множества факторов: длительность импульса лазерного излучения, распределение энергии луча на поверхности, направленность лазерного излучения, различия в структуре сетчатке глаза и ее пигментация, а также характеристики фокусирования луча хрусталиком глаза каждого отдельного человека. Самым опасным излучением считается излучение проходящие по вдоль зрительной оси человеческого глаза.

Кроме опасности для глаз, лазерное излучение представляет опасность для кожи человека и его внутренних органов. Воздействие лазерного излучения с кожей вызывает термический ожег. На степень воздействия влияют характеристики излучения, такие как энергетический поток, частота излучения, длительность воздействия. Кроме того, степень воздействия зависит от характеристик человека, такие как цвет кожи и пигментация.

Различные виды излучения, такие как зеркальное излучение, диффузионное излучение и рассеянное влияют на организм человека в целом. Такое воздействие может привести к нарушениям центральной нервной системы, нарушениям работы эндокринных желез и даже увеличение физического утомления.

Лазерные устройства делят на 4 группы. К определённой группе лазер относят исходя из его опасности для человека:

1. Лазеры I класса. Это абсолютные безопасные для человека лазеры;

2. Лазер II класса. Выходное излучение лазеров данного класса опасно для кожи или глаз. Но опасность представляют только коллимированное излучение. То есть, излучение выходящее непосредственно из лазера или не рассеянное излучение отраженное от зеркальных поверхностей. Другие виды излучения безопасны для человека;

3. Лазер III класса. К данному классу лазеров относятся лазеры, с опасным для человека коллимированным излучением. Кроме того, опасность для глаз и кожи человека представляет диффузионное излучение находящиеся на расстоянии 10 см от отражающей поверхности;

4. Лазер IV класса. Лазер относится к данному классу если даже его диффузионное излучение представляет опасность для кожи и глаз человека.

Для контроля значений параметров лазерного устройства требуется дозиметрия. Дозиметрия лазерного излучения - это набор методов, используемых для определения степени опасности и вредного влияния лазерного излучения в заданной точке пространства на организм человека. Лазерная дозиметрия описана в документе: МУ 5309-90 «Методические указания для органов и учреждений санитарно-эпидемиологических служб по проведению дозиметрического контроля и гигиенической оценки лазерного излучения» [16].

Существует два вида дозиметрии: теоретическая и экспериментальная. Теоретическая или как её ещё называют, расчетная дозиметрия изучает методы измерения значений лазерного излучения в местах, где может находится человек. Данный вид дозиметрии рассматривает методы расчета и степень опасности излучения. Экспериментальная дозиметрия рассматривает конкретные методы измерения лазерного излучения в точке [17].

Измерения плотности энергии лазерного излучения использует приборы, основанные на калориметрических и фотометрических методах. Калориметрический метод подсчитывает поглощённую энергию, преобразуя энергию волны в тепловую энергию. Фотометрический подход преобразует энергию потока лазерного излучения в электрическую энергию.

Гигиеническая оценка лазерных устройств измеряет не параметры лазерного излучения, а характер воздействия излучения на конкретные органы человека. В основном это глаза и кожа. Гигиеническая оценка лазера рассматривает характеристики, которые наиболее сильно влияют на взаимодействия с человеком. Измерения производятся в зонах, где, согласно планам работ, должен н находится персонал и там, где невозможно уменьшить количество рассеянного и отраженного излучения до нуля.

Измерение лазерного излучения можно производить с помощью лазерного дозиметра ИЛД-2М (ИЛД-2). Данный дозиметр обеспечивает измерение лазерного излучения в диапазонах 0,49--1,15 мкм и 2,0--11,0 мкм. Этот прибор способен измерять энергию, энергическую экспозицию и степень облученности.

Существуют санитарные нормы, назначенные Министерством здравоохранения РФ при работе с лазером. Данные нормы устанавливают максимально разрешенные значения облучения глаз, в частности сетчатки глаза. Например, для рубиновых лазерных установок с импульсным лазерным излучением максимальное значение плотности энергии потока должно быть не выше 2 * 10-8 Дж/см2. Для ниодимовых лазеров 2*10-7 Дж/см2; для работающего в непрерывном режиме гелий-неонового лазера предельная плотность потока энергии составляет 1* 10-6 Вт/см2. То есть, предельное значение меняется в зависимости от типа лазера и режима его работы. Для остальных лазерных устройств следует полностью исключить взаимодействие лазерного излучения с глазом человека.

При работе с лазером необходимо использовать средства защиты. Основная задача средств защиты - это снижение уровня лазерного излучения до приемлемого значения. Данные средства защиты не должны нарушать технологический и рабочий процесс.

Средства защиты делятся на два класса: индивидуальные и коллективные. Требования к средствам безопасности описаны системе стандартов безопасности труда: ГОСТ 12.4.011 - 89 [18].

Индивидуальные средства защиты это:

· защитные очки, щитки, насадки;

· средства защиты рук;

· специальная одежда.

После изготовления лазера производители часто снабжают лазерную установку различными средствами защиты.

Лазеры с II по IV класс оснащены различными сигнальными устройствами. Большинство лазеров III и IV классов оснащены огнестойким защищающим экраном. Для этих лазеров должны производится замирения уровня шума и уровня вибрации.

При эксплуатации лазеров IV класса необходимо измерять степень ионизации и наличие токсических веществ. Персонал обязан носить защитные маски. Лазер должны быть размещен в отдельном помещении. Стены и потолок этого помещения должны иметь матовую поверхность.

Для защиты глаз в качестве средств индивидуальной защиты используются защитные очки со светофильтрами. Для защиты от лазерного излучения с длинами волн 0,49 - 0,53 мкм светофильтры должны соответствовать СЗС-22. Для защиты от излучения с длинной волны 0,69 - 1,06 мкм следует использовать светофильтры, соответствующие стандарту ОС-14. Данные светофильтры могут быть вмонтированы в маски.

Для защиты кожи следует использовать перчатки и халаты.

Средства индивидуальной защиты должны входить в комплекс мероприятий по обеспечению безопасных условий труда только в тех случаях, когда коллективные способы защиты не позволяют обеспечить безопасное ведение работ на лазерных установках.

Средства индивидуальной защиты обеспечивают защиту от лазерного излучения. Они обеспечивают снижение величины лазерного излучения до допустимого. Кроме индивидуальных средств, существуют также средства коллективной защиты.

К коллективным средствам защиты относят:

· защитные экраны или кожухи. Данные средства защиты препятствуют проникновению лазерного излучения на рабочие места. Лучше всего, что бы экраны поглощали свет частоты равный частоте лазера и пропускали остальной спектр;

· размещение пульта управления лазерной установкой в отдельном помещении. Наблюдение за лазерным устройством может происходить за счет видеокамеры или через специальное стекло;

· экранирование импульсных ламп защитным кожухом или помещение их в камеру, которая поглощает излучение;

· использование различным систем блокировок. Например, лазер не включится, если на диодные лампы падает свет;

· использование сигнализаций. Например, использование световой сигнализации показывающей, что в помещении включено лазерное излучение;

· окраску внутренних поверхностей помещений, а также находящихся в них предметов, за исключением специальной аппаратуры, в матовый цвет с минимальным коэффициентом отражения, обеспечивающим максимальное рассеяние света на длине волны излучения.

Если система наблюдения совмещена с оптической системой лазера, то необходимо применять светофильтры и автоматические блокирующие экраны, которые будут защищать глаза оператора в момент излучения. Запрещено производить визуальный контроль попадания лазерного луча на вещество без советующих средств защиты глаз.

Выбор средств защиты, описанных выше, должен производится в зависимости от класса лазера, от степени интенсивности излучения и характера работы. Уровень защиты не должен значительно снижаться при воздействии на него других факторов, каких как вибрация, температура и т.д.

Кроме средств защиты, также существуют методы защиты. Методы защиты делят на организационно-техническими, санитарно-гигиеническими и лечебно-профилактическими.

Организационно-технические средства защиты отвечают за организацию работ. Например, работа должна быть спланированно таким образом, чтобы во время излучения лазера в помещении не находились люди. Таким образом человек будет защищен от лазерного излучения. Для защиты человека следует верно выбрать внутреннюю отделку помещения и правильно ее расположить. Лазерные установки должны быть рационально расположены. То есть, при их расположении должно учитываться, что для починки или проверки лазера требуется около метра свободного пространства для каждой стороны лазерного устройства. Где это возможно, следует использовать минимальное количество плотности потока излучения, которое позволяет достигнуть цели за приемлемое время. Место оператора лазерного устройства должны быть хорошо организованно, а сам оператор должен иметь индивидуальные средства защиты. Существуют случаи, когда невозможно организовать работу так, что на человека не воздействовало излучение. В этом случае данное излучение должно быть ограниченно во времени.

При работе с лазерным устройством должны быть назначены лица, ответственно за проведения работ. Данные лица должны производить инструктаж и рассказывать о технике безопасности при проведении работ с лазерным устройством.

Должен быть план противоаварийных работ и регламентация порядка ведения работ в аварийных условиях. Доступ к лазерному устройству должны получать только обученные люди. Люди, работающие с лазером в обязательном порядке должны пройти предварительный медицинский осмотр и должны быть проэкзаменованы на знание техники безопасности и проведения противоаварийных работ. Доступ других лиц к лазерной установке блокируется. Опасная зона должны быть помечена и огорожена. Обязательными также должны быть проверки лазерного устройства и здоровья оператора лазерного устройства.

По возможности, управление лазерным устройством должно быть дистанционным. Само управление следует максимально автоматизировать, чтобы уменьшить вероятность человеческой ошибки. Наблюдение за работой лазерной установкой следует вынести в отдельное помещение. При работе лазерного устройства следует иметь сигнализацию и систему блокировки.

Генератор лазера и лампа накачки должна быть помещена в светонепроницаемую камеру. Работа лампы накачки должна блокироваться при попадании на нее постороннего света, дневного или ламп освещения.

Рабочие места должны контролироваться на наличие опасных и вредных факторов.

При конструировании лазерных устройств должна быть обеспеченна возможность смены основных элементов, таких как светофильтры, экраны и наблюдательные стекла. Защита глаз и кожи должна производится при необходимости, только там, где лазерное излучение взаимодействует с человеком. Или они должны применятся там, где уровень излучения выше чем предельное значение.

При использовании ограждающих экранов нужно учитывать то, что эти экраны должны быть сделаны из огнестойкого материала. А также, этот матерел не должен выделять токсических веществ при нагреве.

В помещении с лазерной установкой или на рабочем месте оператора должна быть схема с указанием лазерноопасной зоны. Эта зона рассчитывается теоретическими методами или экспериментальными.

На рабочем месте должна быть схема с указанием лазерноопасной зоны, размеры которой определяют расчетным или экспериментальным методом.

ВЫВОДЫ

Данная дипломная работа выполнена в рамках ОКР «Разработка эскизного проекта с действующим макетным образцом судового лазерного комплекса для снижения ледовых нагрузок на суда и инженерные сооружения, работающие на континентальном шельфе» шифр «Ледорез-2. В процессе работы над данной ОКР были составлены 8 документов описывающих протоколы информационного взаимодействия и 8 документов описывающих ПО программных имитаторов.

Данная работа была представлена на конференции: «Конкурс молодых специалистов в области научных исследований, опытно-конструкторских работ и инновационных проектов ОАО «ЦНИИ «Курс». Основные положения данной работы публикуется в статье «Разработка специального программного обеспечения пульта управления судового лазерного комплекса» в журнале «Проблемы развития корабельного вооружения и судового радиоэлектронного оборудования».

В процессе работы над дипломом была проанализирована платформа .NET Framework. Были изучены ее возможности и различные технологии. В данном дипломном проекте были использованы сетевые технологии платформы .NET Framework. Были рассмотрены различные методы сериализации данных в байтовый массив.

ПО ПУ СЛК и программных имитаторов разрабатывались в команде. Для совместной разработки ПО в начале была разработана архитектура ПО. При разработке архитектуры ПО были использованы общеизвестные паттерны проектирования. Благодаря этому данное ПО хорошо вписывается в общую архитектуру ПО ПУ СЛК и программных имитаторов.

В процессе работы был проанализирован протокол информационного взаимодействия с лазером. Были выделены основные команды и данные, необходимые для данного дипломного проекта и ОКР в целом. На основе анализа протокола информационного взаимодействия High Power Laser Monitoring (Ethernet) IPG Laser были созданы структуры команд запроса и команды ответа, а также, определенны основные параметры протоколов информационного взаимодействия.

На основании различных документов, таких как руководство пользователя, описания устройств и электронных схем, а также на основании консультации с соисполнителями были составлены протоколы информационного взаимодействия.

Реализованное ПО ПУ СЛК было протестировано и отработанно на программных имитаторах. ПО ПУ СЛК также отработалось на программном имитаторе соисполнителей аппаратного модуля подсистемы ориентации и стабилизации ФГ.

Для отработки и тестирования ПО информационного взаимодействия ПУ СЛК и лазера были проведены испытания с реальным лазерным устройством. Испытания проходили на территории предприятия изготовителя. После запуска ПО ПУ СЛК были посланы команды запроса данных лазера. С первой попытки данные были получены. Далее были сымитированы различные чрезвычайные ситуации, которые были отражены в полеченных от лазера данных. На лазер были переданы различные управляющие команды, которые также были успешно выполнены.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Рихтер Дж. CLR via С#. Программирование на платформе Microsoft .NET Framework 4.0 на языке С# / пер. с англ. - изд. 3-е обнов. - СПб.: Питер 2012. - 928 с.

2. Макаров А.В., Скоробогатов С.Ю., Чеповский А.М. Common Intermediate Language и системное программирование в Microsoft.NET : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению «Информатика и вычисл. техника» - М.: Интернет-Ун-т Информ. Технологий 2006. - 328 с.

3. Троелсон Э. Язык программирования C# 5.0 и .NET Framework 4.5 / пер. с англ. - изд. 6-е - М.: Вильямс 2013. - 1312 с.

4. Кровчик Э., Кумар В., Лагари Н., Мунгале А., Нагел К., Паркер Т., Шивакумар Ш. .NET. Сетевое программирование для профессионалов / М.: Лори 2005. - 400 с.

5. Крэйг Х. TCP/IP. Сетевое администрирование / пер. с англ. - изд. 3-е - СПб.: Символ-Плюс 2007. - 816 с.

6. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 4-е изд. - СПб.: Питер 2010. - 944 с.

7. Снейдр Й. Эффективное программирование TCP/IP / пер. с англ. - М.: ДМК Пресс - 320 с.

8. Шилдт Г. Полный справочник по C# / пер. с англ. - М.: Вильямс 2004. - 752 с.

9. Таненбаум Э., Остин Т. Архитектура компьютера / пер. с англ. - изд. 6-е - СПб.: Питер2013. -- 816 с.

10. Мартин Р., Мартин М. Принципы, паттерны и методики гибкой разработки на языке C# / пер. с англ. - СПб.: Символ-Плюс, 2011. - 768 с.

11. Натан А. WPF 4. Подробное руководство / пер. с англ. - СПб.: Символ-Плюс 2011. - 880 с.

12. Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования / пер. с англ. - СПб: Питер, 2001. - 368 с.

13. Мак-Дональд М. WPF 4: Windows Presentation Foundation в .NET 4.0 с примерами на С# 2010 для профессионалов / пер. с англ. -- М.: Вильямс 2011. - 1024 с.

14. Алекс Д. Асинхронное программирование в C# 5.0. / пер. с англ. - М.: ДМК Пресс 2013. - 120 с.

15. СанПиН 5804-91 Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров. - Введ. 31-07-91. - М.: Информационно-издательский центр Госкомсанэпиднадзора РФ, 1993

16. МУ 5309-90 Методические указания для органов и учреждений санитарно-эпидемиологических служб по проведению дозиметрического контроля и гигиенической оценки лазерного излучения. - Введ. 08-12-90.

17. ГОСТ Р 12.1.031-2010 Система стандартов безопасности труда. Лазеры. Методы дозиметрического контроля лазерного излучения - Введ. 21-12-10. - М.: Стандартинформ, 2012

18. ГОСТ 2.4.011-89 Система стандартов безопасности труда. Средства защиты работающих. Общие требования и классификация. - Введ. 01-07-90. - М.: Изд-во стандартов, 1989

Размещено на Allbest.ru