ASCISSE S.r.l. Fonometri Microclima Vibrazioni Termocamere Illuminamento Campi elettromagnetici

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1 ASCISSE S.r.l. Fonometri Microclima Vibrazioni Termocamere Illuminamento Campi elettromagnetici Via F.A. Pigafetta, Roma Tel Fax E.mail web SEMINARIO TECNICO : RADIAZIONI OTTICHE ARTIFICIALI 15 DICEMBRE

2 Radiazioni Ottiche Artificiali

3 Cenni di Radiometria Lo spettro delle radiazioni ottiche (Titolo VIII, C. V) Radiazioni ultraviolette: UVC ( nm) UVB ( nm) UVA ( nm) Radiazioni visibili ( nm) Radiazioni infrarosse: IRA ( nm) IRB ( nm) IRC (3000 nm 1 mm) Nell allegato XXXVII si prende in considerazione solo le lunghezze d onda comprese tra 180nm3000nm N.B. λ: lunghezza d onda, espressa in nanometri

4 Irradiamento L Irradiamento E i in punto è definito come la densità di flusso energetico dφi che attraversa l unità di area da E = i dφ da da d L unita di misura dell irradiamento è [W/m 2 ] e se calcolato alle diverse lunghezze d onda si ha l irradiamento spettrale [W/(m 2 nm)]

5 Irradiamento L irradiamento su una superficie è massimo quando la luce incide perpendicolarmente sulla superficie e diminuisce con l angolo d incidenza secondo la legge (Legge del coseno): E = E i i _ 0 cos( θ ) dove: E i è l irradiamento sulla superficie di interesse, E i_o è l irradiamento che si avrebbe se la superficie fosse perpendicolare al flusso, θ è l angolo tra la perpendicolare alla superficie e la direzione del flusso. Per una sorgente puntiforme (o che la si possa considerare tale) che irradia uniformemente in tutte le direzioni (isotropa), l irradiamento prodotto su una superficie diminuisce con il quadrato della distanza.

6 Legge del Coseno ( ϑ, ϕ = 0) cos( θ ) dθ f = f 2 2 CIE 69

7 Radianza La radianza L i in un punto è definita come il flusso energetico d 2 Φi attraverso una superficie da per unità di angolo solido.dω: 2 Φ L = i d da dω L unita di misura della radianza è [W/(m 2 sr)] e se calcolata alle diverse lunghezze d onda si ha la radianza spettrale [W/(m 2 nm sr)]. L angolo solido è l angolo sotteso da una superficie chiusa S rispetto ad un punto P. Si calcola come il rapporto tra la superficie proiettata su una sfera di raggio R con centro in P e R 2. L unità di misura dell angolo solido è lo steradiante [sr] ed il suo valore è compreso tra 0 e 4π.

8 RadianzaIrradiamento La radianza e l irradiamento sono due grandezze differenti. La radianza descrive la distribuzione angolare della radiazione mentre l irradiamento somma la radiazione su tutte le direzioni. La relazione fondamentale che lega l irradiamento alla radianza; E i = Ω L i ( θ, φ ) cos( θ ) dω sotto la condizione che la radianza sia uniforme allora il termine L(θ,φ) può essere portato fuori dall integrale e l espressione si semplifica nella seguente maniera: E = d L F i L cos(θ ) ω = i i Ω Dove F dipende solamente dalla geometria del problema In queste particolari condizioni è possibile ottenere il valore di radianza da quello di irradiamento infatti dalla formula si ha che : E L = i i F Oss.: per angoli piccoli F non è altro che l angolo solido sotto cui è vista la sorgente dall osservatore.

9 Fotometria Definizioni analoghe valgono in campo fotometrico dove l irradiamento sarà sostituito da l illuminamento [lux] e la radianza sarà sostituita dalla luminanza [cd/m 2 ], più in generale il legame tra una qualsiasi grandezza radiometrica spettrale GR(λ) e la corrispettiva grandezza fotometrica GF è dato dalla seguente formula: GF = GR( λ) V ( λ) dλ 380 dove : V(λ) è la curva di visione fotopica, 380nm 780nm sono gli estremi di integrazione, fuori da questi estremi V(λ)=0.

10 Fotometria Visione Scotopica V'(l) Visione Fotopica V(λ ) Bastoncelli Coni Lambda (nm) La curva di visione fotopica rappresenta l efficienza luminosa dell occhio umano in condizioni di luce diurna (in condizioni di basso illuminamento la curva di risposta dell occhio umano cambia ed allora si parla di visione Scotopica).

11 Fotometria vs Radiometria Fotometriche (V) Radiometriche (λ) Flusso Luminoso lm Flusso Energetico W W/nm Intensità Luminosa cd (lm/sr) Intensità Energetica W/sr W/(sr nm) Illuminamento lx (lm/m 2 ) Irradiamento W/m 2 W/(m 2 nm) Luminanaza cd/m 2 (lm/(sr m 2 )) Radianza W/(sr m 2 ) W/(sr m 2 nm) Tcc K (quantità spettrali) X V = 780nm 380nm 683 X V ( λ) dλ λ 780nm 2 E( lux) = 683 E( W /( m nm)) V ( λ) dλ 380nm

12 D.L. 81/8 Capo V allegato XXXVII Valori limite di esposizione ROA non coerenti

13 Curva di ponderazione S(λ) dipendenza dalla lunghezza d onda degli effetti avversi sulla salute dell occhio e della pelle (v.tabella 1.2, Allegato XXXVII, D.lgs. 81/08)

14 Curva di ponderazione B(λ) dipendenza dalla lunghezza d onda della lesione fotochimica provocata all occhio dalla radiazione di luce blu (v. Tabella 1.3, All. XXXVII, D.lgs. 81/08).

15 Curva di ponderazione R(λ) dipendenza dalla lunghezza d onda delle lesioni termiche provocate sull occhio dalle radiazioni visibili e IRA (v. Tabella 1.3, All. XXXVII, D.lgs. 81/08).

16 Danni da Radiazione negli Occhi

17 Danni da Radiazione nella cute

18 Danni da Radiazione RADIAZIONE OTTICA OCCHIO CUTE ULTRAVIOLETTO VISIBILE fotocheratocongiuntivite (UVBUVC), cataratta fotochimica (UVB) fotoretinite (in particolare da luce blu, nm) eritema (UVBUVC), sensibilizzazione (UVAUVB), fotoinvecchiamento (UVC UVBUVA), cancerogenesi (UVBUVA) fotodermatosi INFRAROSSO ustioni corneali (IRCIRB), cataratta termica (IRBIRA), danno termico retinico (IRA) vasodilatazione, eritema, ustioni

19 Radiometro a Banda Larga HD2402 HD2402 è un fotoradiometro datalogger portatile per eseguire misure di radiazioni ottiche non coerenti in accordo alla direttiva europea 2006/25/CE e al decreto legislativo n. 81 del 9 aprile Lo strumento è composto da: Una serie di sensori per coprire le differenti porzioni spettrali che rappresenta il sistema ottico di raccolta della radiazione Eventuali filtri Un piccolo laser che serve ad indicare la sorgente analizzata Elemento sensibile Data logger Software di elaborazione Dimensioni contenute Rapidità di esecuzione delle misure Semplicità d uso Curve di ponderazione accurate e su vari ordini di grandezza

20 Radiometro a Banda Larga HD2402 I vari sensori operano nei seguenti campi spettrali: Sensore fotometrico per la misura dell'illuminamento (luxmetro) nel campo spettrale nm. Sensore radiometrico per la banda UV ( nm) con fattore di peso spettrale S(λ). λ Sensore radiometrico per la banda UVA ( nm). Sensore radiometrico per la banda nm (blu) con fattore di peso spettrale B(λ). Sensore radiometrico per la banda IR ( nm) con fattore di peso spettrale R(λ). Sensore a termopila per la misura dell'irradiamento nell'infrarosso, campo spettrale nm.

21 FILTRO S(λ) 1.00E E E E E E E

22 FILTRO UVA

23 FILTRO B(λ)

24 FILTRO R(λ)

25 Piranometro Lam bda (nm )

26 Valori limite di esposizione

27 Valori limite di esposizione

28 Valori limite di esposizione

29 Radiazioni Ultraviolette Sterilizzazione Essiccazione inchiostri, vernici Fotoincisione Analisi chimiche e biologiche Controlli difetti di fabbricazione Lampade per uso medico (es.: fototerapia dermatologica) e/o estetico Luce pulsata IPL Saldatura ad arco / al laser

30 Radiazione Visibile Sorgenti di illuminazione artificiale (lampade ad alogenuri metallici, al mercurio ) Lampade per uso medico (fototerapia neonatale e dermatologica) / estetico Luce pulsata IPL (Intense Pulsed Light) Saldatura

31 Radiazione Infrarossa Riscaldatori radianti Forni di fusione metalli e vetro Cementerie Lampade per riscaldamento ad incandescenza, scarica, ad arco Dispositivi militari per la visione notturna

32 Sorgenti che producono ROA insignificanti Lampade fluorescenti a soffitto con diffusore Lampade fluorescenti a soffitto compatte Illuminazione a soffitto a tungsteno Lampade al tungsteno per illuminazione Display PC Trappole insetti UVA Fotocopiatrici Indicatori LED Palmari Indicatori luminosi dei veicoli (eccetto fari anteriori) Flash macchine fotografiche Illuminazione stradale Riscaldatori a Gas

33 Sorgenti che producono ROA significative Arco Elettrico Lampade germicide Lampade per polimerizzazione (UVABLU) Lampade e sistemi LED per fototerapia Lampade ad alogenuri metallici (visione diretta) Fari di autoveicoli Lampade scialitiche da sala operatoria (visione diretta) Lampade abbronzanti Luce Nera

34 ESEMPIO 1 Esempio1 (Pag72 ) Si consideri un pannello luminoso composto da 3 lampada fluorescenti da 36W provvisto di diffusore plastico di dimensioni 0.575mx1.175m, che si intende valutare ad 1 m di distanza. Inseriamo i dati relativi ai parametri geometri nelle opportune caselle: Nel caso che si voglia che il Software esegua i calcoli come la guida la casella Calcolo rigoroso Alpha Omega non deve essere selezionata, altrimenti i calcoli dell angolo solido e degli angoli saranno eseguiti in maniera rigorosa. (in questo esempio i calcoli saranno eseguiti in maniera nonrigorosa). Supponendo di misurare con il luxmetro 1009 lux, andando sulla tabella Luxmetro, si avranno i seguenti risultati: In questo caso trattandosi di una sorgente per illuminazione ordinaria ed essendo la luminanza ricavata dai dati di illuminamento inferiore a cd/m2, così come riportato sulla guida non sono necessari ulteriori approfondimenti e la sorgente è sicura.

35 ESEMPIO 2 Esempio2 (Pag74 ) Si consideri un pannello luminoso composto da 1 lampada fluorescenti da 58W di dimensioni 153cmx2cm inserito in una plafoniera sprovvista di diffusore e valutata alla distanza di 1 metro. Supponendo che la misura in lux sia di 1120 lux, il dato in uscita di luminanza sarà di 36600cd/m2 (le piccole differenze con i numeri sulla guida sono dovuti al numero di decimali presi in considerazione nel calcolo). In questo caso il valor è maggiore di 10000cd/m2 è pertanto necessario valutare i limiti di esposizione. Supponendo che i valori misurati siano : E eff =0.60mW/m 2 (mostrato nella tabella 2) E UVA = 120 mw/m 2 (mostrato nella tabella 3) E B = 0.561W/m 2 (mostrato nella tabella 4) E R =7.84 W/m 2 (mostrato nella tabella 5) Allora nella tabella dei report si otterranno i seguenti risultati: I valori riportati assicurano che anche questa sorgente non supera nessuno dei valori limite. Osserviamo che il Valore limite d è differente da quello calcolato sulla guida.

36 ESEMPIO 3 Esempio 3 (Pag82 ) Si consideri una lampada ad alogenuri da 70W di dimensioni 18cmx18cm inserito in una plafoniera sprovvista di diffusore e valutata alla distanza di 1 metro. Valutazione rischio UV. Dimensione reale 0.5cmx10cm. Supponendo che i valori misurati siano : E eff=0.115mw/m 2 (mostrato nella tabella 2) E UVA = 915 mw/m 2 (mostrato nella tabella 3) E B = 2.39 W/m 2 (mostrato nella tabella 4) E R =30 W/m 2 (mostrato nella tabella 5) Allora nella tabella dei report si otterranno i seguenti risultati: I valori riportati mostrano che i alcuni valori limite sono superati; B, D C sotto condizione

37 Taratura HD2402 Luxmetro UVA UV BLU IR Piranometro cert.sit rapp. Tar cert.sit rapp. Tar rapp. Tar (270nm) rapp. Tar (440nm) rapp. Tar (680nm) rapp. Tar

38 Riferimenti CEI IEC Norma sulla Sicurezza fotobiologica delle lampade e dei sistemi di lampada A Non Binding Guide to the Artificial Optical Radiation Directive2006/25/EC Guidelines on Limits of Exposure to Ultraviolet Radiation of Wavelengths Between 180 nm and 400 nm (Incoherent Optical Radiation). Health Physics 87 (2): ; Guidelines on Limits of Exposure to BroadBand Incoherent Optical Radiation (0.38 to 3µm). Health Physics 73 (3): ; 1997.

39 Spettroradiometro Laboriosità Necessità di approfondite conoscenze tecniche costo elevato Stray light Straylight <0.05% at 600 nm; <0.10% at 435 nm

40 Misurare lo spettro

41 Perchè un radiometro Lo strumento indica 1W/m 2 se: 1 W/m 2 a 275nm W/m 2 a 365nm