可穿戴產品光輻射安全評價系統研究

許巧云

（福建省產品質量檢驗研究院 福州 350015）

引言

智能可穿戴產品通常包括眼接觸式和皮膚接觸式，通過與人體相關部位的接觸，起到生理指標監測、理療、信息顯示等功能。因此，此類設備通常會發射光輻射，涉及的波長范圍涵蓋紫外到紅外。目前，對此類產品光輻射的安全測量并無專門標準予以規范，導致此類商品的檢測、標識和使用的混亂、容易引發安全事故。隨著智能腕表、便攜理療、AR/VR等可穿戴設備使用的日益廣泛，加之其具有的近眼或近膚接觸的特性，因此，其光輻射安全問題不容忽視。同時，國內相關的軟件企業也未涉足該方面研究。本項目所開發的光輻射安全風險評價分析系統，能夠根據實驗數據快速的分析出智能可穿戴產品光輻射安全評價等級，大大節約人力和時間，提高工作效率。

1 軟件評價系統設計

光輻射安全風險評價分析系統總共有2大子系統，他們分別是：連續發射光源評價系統、脈沖光源評價系統。這兩大系統是根據所測試光源種類來區分的。連續發射光源評價分析系統根據IEC 62471-5:2015表3中的連續發光光源不同危險類別的發射限值運算判斷智能可穿戴產品光輻射安全評價等級。脈沖光源評價系統是先根據脈沖持續時間和測試對象角確定最大接收角amax。再根據測試對象角和時間基準中的脈沖數選擇C5和α的計算方式，最終求出Lr和Lir的限值，來判斷智能可能可穿戴產品光輻射安全評價等級。另外的ES、EUVA和LB同連續發射光源評價系統的算法一致。

1.1 運行環境

軟件應在以下兩種環境中運行：

1）計算機硬件

選用高檔微機或專用服務器，其中：CPU:PentiumII/266或以上；內存(RAM):>=64M；硬盤:4.3G以上*2(備份)；顯示器:15”高分辨率彩顯，網卡:NE2000或PCI網卡；CD-ROM:24速或以上；軟驅1.44MB+鍵盤/鼠標。

2）計算機軟件

采用C#語言進行編譯并生成相應執行文件格式，在Windows 7以上運行，電腦必須安裝.net framework 3.5的運行環境。

1.2 系統總結構

本項目依托現代信息技術，設計了光輻射安全風險評價分析系統（見圖1）。其計算過程由計算機自動完成。對于分析的算法都程序化，保證計算過程不會出錯。使試驗人員脫離了繁復的計算工作，提高實驗室的工作效率。

圖1 系統界面

1）系統框架圖

光輻射安全風險評價分析系統總共有2大子系統，他們分別是：連續發射光源評價系統、脈沖光源評價系統。光輻射安全風險評價分析系統通過對光學測試數據進行分析運算可以精確快速的判斷出所測試的智能可能可穿戴產品安全評價是屬于哪個級別。其框架圖如圖2所示。

圖2 系統框架圖

2）系統總的流程圖（見圖3）

圖3 系統流程圖

當程序開始運行之后，根據可穿戴產品的光源類型選擇光源類型按鈕，連續發射光源評價分析系統根據IEC 62471-5:2015表3中的連續發光光源不同危險類別的發射限值運算判斷智能可能可穿戴產品光輻射安全評價等級。脈沖光源評價系統是先根據脈沖持續時間和測試對象角確定最大接收角amax。再根據測試對象角和時間基準中的脈沖數選擇C5和α的計算方式，最終求出Lr和Lir的限值，來判斷智能可能可穿戴產品光輻射安全評價等級。另外的ES、EUVA和LB同連續發射光源評價系統的算法一致。

1.2.1 連續發射光源評價系統

此系統是針對光源類型為連續發射光源的可穿戴產品。其流程圖如圖4所示。

連續發射光源評價分析系統根據IEC 62471-5:2015表3中的連續發光光源不同危險類別的發射限值運算判斷智能可能可穿戴產品光輻射安全評價等級。

1.2.2 脈沖光源評價系統

此系統是針對光源類型為脈沖發射光源的可穿戴產品。其流程圖如圖5所示。

圖5 脈沖發光光源系統流程圖

脈沖光源評價系統是先根據脈沖持續時間和測試對象角確定最大接收角amax。再根據測試對象角和時間基準中的脈沖數選擇C5和α的計算方式，最終求出Lr和Lir的限值，來判斷智能可能可穿戴產品光輻射安全評價等級。

2 硬件測量系統要求

2.1 光譜測量設備

用于可穿戴設備光輻射安全測量的光譜輻射分析儀，光譜響應范圍應覆蓋光輻射危害的作用光譜范圍200～3000 nm。光譜輻射分析儀的雜散光應小于0.3 %。

對于不同危害類型和危險級別的可穿戴設備，其輻射值可能相差5個數量級。因此，光譜輻射分析儀應具有足夠寬的動態響應范圍，線性度應優于0.3 %。

光譜輻射分析儀的光譜響應函數（狹縫函數）應符合等腰三角形函數。對于每一波長逐步測量方式，采樣波長間隔應與光譜輻射分析儀的光譜響應帶寬相同，或是它的1/N（N為整數）。在200～400nm波長范圍，儀器的光譜響應帶寬應不大于4nm；400～600nm波長范圍，儀器的光譜響應帶寬應不大于8nm；600～1400nm范圍，應不大于20nm。若光譜輻射分析儀的光譜響應函數偏離等腰三角形函數，則應采用更小的帶寬和采樣間隔。

光譜輻射分析儀的波長精度會明顯影響光生物作用的加權有效輻射量，其波長精度：在200～300 nm范圍應不大于0.2 nm；300～325 nm范圍應不大于0.1 nm；325～600 nm范圍應不大于0.2 nm；600～1400 nm范圍應不大于2 nm。

2.2 光譜輻照度測量設備

光譜輻照度測量設備通常由輻照度接收器和光譜輻射分析儀組成，應滿足以下要求：光譜輻射分析儀應滿足2.1的要求；輻照度接收器至少在規定的測量視場角范圍應具有余弦響應；輻照度測量的接收孔徑應該是一個圓形，需使用合適的孔徑光闌來限制接收的光束。

2.3 光譜輻亮度測量設備

光譜輻亮度測量設備應滿足以下要求：滿足2.1光譜測量要求；測量設備的測量視場角應該與輻射危險類別相對應的接收角一致，兩者偏差不大于±3 %；入射孔徑應該是一個圓形，需使用合適的孔徑光闌來限制入射的光束，對于與眼睛光輻射危害有關的測量中，測量系統的入射孔徑應與人眼瞳孔大小相匹配，偏差應不大±3 %；測量設備的入射孔徑位置應該標出，方便確定測量距離，位置精度應不低于1 mm。

2.4 校準光源

光輻射安全測量用的校準（輻照度和輻亮度）光源應滿足下列要求：光譜范圍至少覆蓋200～3000 nm，在該范圍的光譜分布應該是連續、平滑分布；輻照度或輻亮度值應該與危險類別所對應的發射限值相接近；在測量設備的接收(入射)孔徑上，光束的不均勻度應低于5 %；輻亮度校準光源的輻亮度不均勻度應小于5 %，并充滿輻射亮度計的測量視場；光源的不穩定度應小于0.5 %。

使用校準光源時，發射光的方向、使用范圍應與計量校準時的狀態一致。測量儀器應定期進行校準，當測量裝置（如鏡頭、探測器、接收光纖）發生變動時，應重新校準。

2.5 其他要求

2.5.1 測量距離

應參照被測可穿戴設備的說明書提供的預期使用狀態所對應的距離作為測量距離。對于未提供預期使用狀態，或未標明使用距離的被測可穿戴設備，應以可接近距離作為測量距離。

2.5.2 可達發射值

在光輻射安全測量中，需判別被測可穿戴設備最大的光輻射的區域和方向，從而測量對應可達發射的輻照度或輻亮度。對于不同的危險類別進行分類，最大輻射可能對應于光源的不同區域和方向。應根據危險類別對應的測量視場角，從表觀光源的輻亮度分布中獲得最大輻亮度。

3 小結

本文針對智能可穿戴產品特點和使用特性，搭建智能可穿戴產品光輻射安全評價測試系統，探尋智能可穿戴產品產生光生物危害的規律，在大量試驗驗證基礎上，建立智能可穿戴產品光輻射安全評價方法，可為相關的檢測和研究機構開展智能可穿戴產品光輻射安全風險評價分析工作提供借鑒和參考。