紫外光源的光安全性参数测量及评价方法[2]

　　三、测量原理

　　光谱辐射法：在每一个波长处测量光源的光谱辐射功率，通过计算机对相应波段的光谱数据积分或对生物光接收响应函数加权积分后，获得特定波段的辐射照度（或辐射功率）和光生物有效辐射量。测试原理如图2所示。
　　
　　光源放在黑色的紫外辐射箱内，在离光源一定距离上接收光源的辐照度信号，该光信号通过紫外石英光纤引到C-T单色仪和滤光片组成的分光系统中，经过光栅单色仪分光后，出射光谱由光电倍增管PMT接收，并转换成电信号，再经过放大后由测控单片机测量。同时，测控单片机控制波长驱动及控制系统，逐一波长地测量光源的光谱辐照度。

　　四、光源的安全分析

　　为了对紫外光源进行安全分析及评价，我们测试了两种紫外灯。

　　1、紫外线汞灯
　　紫外线汞灯辐射峰值波长为254nm，谱线波长短，能量强，主要用于灭菌等用途。根据图2的原理，将紫外汞灯放在紫外辐射箱中，测试其紫外光谱辐照度分布。
　　测试条件： 光接收头离光源中心距离为1米。灯管电流0.297A，灯管电压102V，功率29.2W。
　　测量结果：光谱辐射分布如图3所示。
　　光照度：30.94 lx；辐射照度：89.21uW/cm2
　　杀菌用254nm有效辐射照度：63.374uW/cm2
　　皮肤和眼睛的光化学危害有效辐射照度：31.9318uW/cm2
　　眼睛的近紫外危害有效辐射照度：3.5935uW/cm2
　　
　　由于紫外线汞灯正常工作时光谱辐照度分布是固定不变的，又因各加权函数V(λ)、SUV (λ)等也是固定不变的，由此可知各类有效辐照度与光照度之比为常数。由此可知，只要将光照度控制在一定范围内，即可控制各类危害的有效辐射照度值，由此可得以下结论。

           
　　a)皮肤和眼睛的光化学危害　　　　　　　
　　b)眼睛的近紫外危害
            

　　由公式(2a)、(2b)得：　　　　　　

　　注：以上(3)、(4)式中与图4中的E代表光照度，下面2中(5)、(6)式和图6中同。

　　　
               图3：紫外线汞灯光谱分布　　　　　　图4：紫外线汞灯光安全评价曲线图

　　由上述式子可划画出安全评价曲线，如图4(由于两曲线光照度值相差较大，为清楚起见，光照度取对数形式，图6同理)所示，由图可知：

　　a)要在该紫外线汞灯照射下同时避免上述两类紫外线危害，必须使该灯工作于图中两条曲线以下区域的公共部分(图4中就是指光化学危害评价曲线与照射时间坐标轴之间的那部分区域)。

　　b)该紫外线汞灯造成眼睛近紫外危害的可能性大大小于造成皮肤和眼睛光化学危害的可能性。原因是造成眼睛近紫外危害的波段315~400nm内光谱辐照度较小（图3）。

　　c)举例说明：为防止紫外危害，当人体被照射时间为1000s时，必须控制人体被照射区域的光照度小于2.9068lx，此时的杀菌用254nm有效辐射照度最大只能为5.954 uW/cm2。如果我们在光照度为10lx下使用该灯，人接受照射的时间要小于290.68s，而此时该灯杀菌用254nm有效辐射照度为20.48 uW/cm2。