Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6516:1999 Phương tiện bảo vệ mắt cá nhân - Phương pháp thử nghiệm

• Số hiệu: TCVN6516:1999
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 1999

Loại mắt kính và kính lọc	Nguồn dùng để đo độ truyền xạ	Yêu cầu kỹ thuật liên quan tới các phép đo trong phổ hồng ngoại
Mắt kính không có tác dụng lọc	CIE nguồn A, 2 856 K	Không có yêu cầu kỹ thuật
Kính lọc hàn	CIE nguồn A, 2 856 K	Giá trị trung bình của độ truyền qua phổ trong miền hồng ngoại gần từ 780 nm đến 1 300 nm và hồng ngoại trung bình từ 1 300 nm đến 2 000 nm
Kính lọc UV (tử ngoại)	CIE nguồn A, 2 856 K	Không có yêu cầu kỹ thuật
Kính lọc IR (hồng ngoại)	CIE nguồn P, 1 900 K	Xem kính lọc hàn
Kính lọc ánh sáng ban ngày	CIE nguồn C, 6 774 K	Các giá trị được tính bằng cách dùng sự phân bố theo phổ của năng lượng bức xạ mặt trời trên phổ hồng ngoại. Có thể thu được giá trị gần đúng bằng cách dùng CIE nguồn A và một đầu dò (detector) trung hòa cùng với kính lọc nêu trong ISO 4853

Bảng 2 cho các sai số gắn với phương pháp đo, tức là sai số tương đối về độ truyền xạ đo được, với các phương pháp ấy.

Bảng 2

Giá trị độ truyền xạ, %

Sai số tương đối

%

từ

đến

100

17,9

...

...

...

17,9

8,5

10

8,5

0,44

10

0,44

0,023

15

...

...

...

0,001 2

20

0,001 2

0,000 023

30

Hệ số độ chói rút gọn

25

7  Đo màu sắc

Màu sắc của kính lọc được đặc trưng bởi giá trị các tọa độ trong hệ đo mầu chuẩn xác định theo các phương pháp mô tả chi tiết trong tiêu chuẩn CIE, dùng các thành phần của một nguồn sáng trong tọa độ sắc màu. Các nguồn sáng cần dùng được quy định trong Bảng 1.

...

...

...

Phụ lục A

Thử nghiệm mắt kính chưa lắp

Phương pháp đo độ khúc xạ và loạn thị nhỏ trên những diện nhỏ

Phương pháp sau đây cho phép đo độ khúc xạ và loạn thị nhỏ. Độ lệch của một chùm sáng song song đường kính 5 mm (đường kính của con ngươi mắt) được quan sát trực tiếp bằng một photo điôt (điôt quang điện). Trong khi phương pháp kính viễn vọng (kính ngắm) cho giá trị trung bình của các đại lượng ứng với các tính chất khúc xạ trên những diện rộng, phương pháp này cho phép đo các đại lượng ấy trên những diện nhỏ. Độ phân giải phải lớn hơn 10^-5 m^-1.

A.1  Mở đầu

Các đại lượng ứng với các tính chất khúc xạ của kính lọc bảo vệ không được vượt quá một giá trị cực đại nào đó, nên cần phải đo độ khúc xạ, loạn thị và lăng kính của các kính lọc ấy.

Trong Điều 3, các đại lượng khúc xạ được đo bằng phương pháp trong đó hình thử nghiệm được quan sát qua một kính ngắm. Khi một mắt kính có các tính chất khúc xạ được đặt trong chùm sáng thì ảnh trở thành không rõ nét và phải điều chỉnh lại kính ngắm. Độ điều chỉnh là một hàm phi tuyến của độ khúc xạ của mẫu thử.

Nhược điểm của phương pháp này là chỉ đo được giá trị trung bình của các đại lượng khúc xạ trên những diện lớn, điều này có nghĩa là mẫu thử có thể đạt yêu cầu trên một diện lớn bằng diện khi đo giá trị trung bình, mặc dù các đại lượng khúc xạ tại từng điểm riêng biệt có thể vượt quá các giá trị cực đại cho phép. Hơn nữa, những kính lọc như vậy lại tạo ra những ảnh không rõ nét, do đó gây khó khăn có việc điều chỉnh ảnh của hình thử nghiệm. Để khắc phục bất lợi này, người ta đã phát triển một phương pháp nhờ đó có thể đo được các đại lượng khúc xạ trên những diện phù hợp với kích thước của con ngươi mắt người.

Những trang sau đây mô tả hệ đo và cách bố trí thí nghiệm và đưa ra chi tiết các kết quả đo được và so sánh chúng với kết quả thu được bằng phương pháp kính viễn vọng.

...

...

...

Khi xác định các đại lượng khúc xạ bằng phương pháp kính viễn vọng, phải giả định rằng các đại lượng đó là không đổi trên toàn bộ thị trường có đường kính 20 mm của kính ngắm. Bằng cách điều chỉnh kính ngắm ảnh trở thành rõ nét. Độ khúc xạ của kính ngắm (1/f_F) và của mắt kính (1/f_p) được cộng với nhau và khoảng cách tới ảnh b cùng khoảng cách tới vật cố định g liên hệ với độ khúc xạ bằng công thức:

Vì trong phương pháp này diện tích trên đó xác định giá trị trung bình lớn hơn diện tích đồng đều về phương diện độ khúc xạ của nhiều kính lọc, nên cần phát triển một phương pháp cho phép xác định độ khúc xạ của những diện nhỏ phù hợp với đường kính con ngươi.

Phép đo dựa trên nguyên tắc sau đây (Hình 7): nếu hai tia song song 1 và 2 đi qua mắt kính thử nghiệm tại hai điểm khác nhau thì chúng gặp nhau trên mặt phẳng tiêu ở cách mắt kính thử nghiệm một khoảng f và độ khúc xạ là 1/f. Trong trường hợp mắt kính thử nghiệm có độ cong khác nhau theo hai phương vuông góc với nhau, hoặc khi ánh sáng rọi xiên vào một mặt cầu thì sẽ có độ loạn thị bằng hiệu các độ khúc xạ theo hai phương chính. Nếu thêm vào đó tia trung tâm 1 lại bị lệch một góc δ, thì mắt kính thử ngoài độ khúc xạ còn có độ lăng kính Δ:

Khi đặt mắt kính để thử nghiệm, cần chú ý đặt sao cho quang tâm của nó trùng với tâm nhìn, nếu không sẽ xuất hiện thêm một hiệu ứng lăng kính không mong muốn.

Nếu độ lệch của tia sáng được đo trong một mặt phẳng ở cách thị kính một khoảng ω thì để được độ khúc xạ theo các điều kiện hình học trình bày trên Hình 7, áp dụng công thức sau:

trong đó:

...

...

...

v là khoảng cách giữa các điểm của các tia khúc xạ trong mặt phẳng đo (Hình 7)

Để tính độ lăng kính, áp dụng công thức sau:

Độ loạn thị bằng hiệu các độ khúc xạ theo hai phương chính.

Hình 7 - Xác định khoảng cách f từ mặt phẳng tiêu tới thị kính thử nghiệm bằng hai tia song song 1 và 2

u là khoảng cách giữa hai tia song song 1 và 2

v là khoảng cách giữa các tia khúc xạ 1 và 2 trong mặt phẳng đo

ω là khoảng cách giữa mẫu thử và mặt phẳng đo

...

...

...

v_o là độ lệch của tia trung tâm khỏi quang trụ trong mặt phẳng đo.

A.3  Cách bố trí thí nghiệm

Thiết bị đo gồm các phần chủ yếu sau đây (xem Hình 8)

a) Một nguồn laze cho một chùm sáng song song, càng hẹp càng tốt

b) Một bàn trượt để dịch chuyển giá giữ mẫu thử theo một đường xoắn ốc

c) Một photo điôt nhạy vị trí, có dòng quang điện được ghi trên máy ghi XY

Nguồn sáng là một máy phát laze He - Ne có đặc trưng kỹ thuật thích hợp (2 mW) cung cấp một chùm ánh sáng đơn sắc, liên tục.

Hai thấu kính với một chắn sáng có lỗ đặt tại tiêu điểm chung làm cho chùm tia laze mở rộng ra tới đường kính 5 mm, ứng được với kích thước trung bình của con ngươi mắt. Cách bố trí này cũng cho một vệt sáng đều.

Bàn trượt dịch chuyển mẫu thử một cách liên tục theo đường xoắn ốc trong một mặt phẳng vuông góc với phương của chùm tia laze. Trong quá trình đo, mắt kính thử nghiệm không được xoay đối với photo điôt để ánh sáng luôn luôn hướng theo một phương cố định.

...

...

...

Hình 8 - Bố trí thí nghiệm để đo độ khúc xạ và loạn thị nhỏ

He-Ne

là laze He-Ne

L₁, L₂

là thấu kính

B

là chắn sáng có lỗ 20 μm

S₁, S₂

...

...

...

Sp

là đường xoắn ốc

Sch

là bàn trượt

F_x, F_y

là thanh định hướng theo các phương x, y

A

là mẫu thử

Ph

...

...

...

V

là bộ tiền khuyếch đại

X-Y

là máy ghi X-Y

Bước của đường xoắn ốc là 1,08 mm. Chùm tia laze đường kính 5 mm liên tục quét toàn bộ mặt kính thử. Bằng những dấu ghi thích hợp, có thể ghi đồng thời vị trí của chùm tia laze trên kính lọc và độ lệch của nó.

Độ lệch của chùm tia laze được ghi bởi một photo điôt nhạy vị trí (xem Hình 9). Trên photo điôt này (PIN-SC 25), một hệ trục tọa độ vuông góc được thiết lập nhờ năm điểm nối. Khi tâm 5 được chiếu sáng thì dòng quang điện của bốn điểm còn lại đều bằng nhau. Khi vệt sáng chạy trên mặt nhạy sáng thì dòng quang điện của các điểm nối từ 1 đến 4 thay đổi tùy theo vị trí của vết sáng đối với tâm. Dòng quang điện của điểm 5 là không đổi và tỷ lệ với thông lượng bức xạ xung quanh.

Hình 9 - Photo điốt nhạy vị trí

Do sự biến thiên của dòng quang điện giữa các điểm nối, hiệu điện thế giữa các điểm nối trên một trục tỷ lệ với độ dịch chuyển trên trục đó (xem Hình 9), cũng như với thông lượng bức xạ xung quanh.

...

...

...

A.4  Phép đo

A.4.1  Giải thích các kết quả đo khác nhau

Khi tiến hành các phép đo thì mắt kính thử được quét theo một đường xoắn ốc. Chùm tia laze không bị lệch luôn luôn hướng vào tâm của photo điôt và chỉ có mẫu thử dịch chuyển. Điều đó cho phép đo khoảng cách (u - v) ngay trên mặt phẳng của cái thu bức xạ.1)

Vì các phương X và Y được tế bào quang điện và máy ghi “đọc” theo cùng một cách, nên đường xoắn ốc phụ thuộc các tính chất khúc xạ của mắt kính thử, khi vẽ trên máy ghi sẽ được hoặc phóng to hoặc thu nhỏ.

Với một mắt kính thử phẳng, phương của chùm sáng không phụ thuộc vị trí của nó trên mặt kính thử, vì nó không thay đổi khi đi qua mắt kính thử. Do đó, ở mức xấp xỉ đầu tiên ảnh trên máy ghi sẽ là một điểm. Với một mắt kính thử cong không có độ khúc xạ, tức là một kính cong, thì điểm ấy có thể rộng ra một chút vì sự lệch của ánh sáng trong mắt kính.

Mắt kính có độ khúc xạ đồng đều (thấu kính) có thể coi là có cùng tiêu cự trên mọi cầu đới khu vực. Do đó, đường cong quét được sao lại, có thu nhỏ hoặc phóng đại tùy theo độ khúc xạ (xem Hình 10) nhưng hình dạng của nó không thay đổi. Đường xoắn ốc quét trên mẫu cũng được vẽ trên máy ghi thành một đường xoắn ốc mà khoảng cách giũa hai đường kế cận không đổi (xem Hình 11a)

Hình 10 - Sơ đồ tạo ảnh trên mặt phẳng đo

Mắt kính có loạn thị, tức là có tiêu cự khác nhau theo các phương hướng trục khác nhau, cũng có một đường ghi tương tự. Vì kích thước của đường cong phụ thuộc độ khúc xạ nên khoảng cách từ một đường tới đường tiếp theo là khác nhau theo các phương hướng trục khác nhau, và do đó, đường xoắn ốc sẽ bị méo đi.

...

...

...

Với mắt kính thử có tiêu cự thay đổi một cách không đều thì đường xoắn ốc bị méo (xem Hình 11.c). Từ đường xoắn ốc bị méo này, có thể thu được một bản phân tích đầy đủ về độ khúc xạ tại mọi điểm trên mặt của mắt kính thử.

Hình 11 - Đường cong đo được với các mắt kính có tính chất khúc xạ khác nhau

A.4.2  Hiệu chuẩn

Như đã nêu trong điều A.3, dòng quang điện của máy thu phụ thuộc tuyến tính vào độ lệch của vệt sáng khỏi tâm điện, cũng như vào cường độ của nó. Tuy nhiên, để xác định độ khúc xạ, thì chỉ độ lệch là đáng chú ý, và vì vậy cần loại trừ yếu tố cường độ.

Phương pháp hiệu chuẩn tốt nhất là đo dòng quang điện của máy thu tại điểm 5 và tính đến nó trong phép tính. Với mắt kính thử có mật độ quang cao thì phương pháp này không chính xác, vì dòng quang điện nhỏ sinh ra có thể tương đương với cỡ của tín hiệu sinh ra khi không có ánh sáng vào.

Với một tấm thử hình nêm, có độ lăng kính xác định, thì cách bố trí thử nghiệm này có thể hiệu chuẩn cho một kính lọc bất kỳ. Nếu đầu tiên đo độ khúc xạ của tấm hình nêm với kính lọc sáng là mắt kính thử đặt ngay trước máy thu, và sau đó lại đo độ khúc xạ của mắt kính thử, và đặt tấm hình nêm ngay trước máy thu làm kính lọc sáng, thì trong cả hai phép đo, thông lượng bức xạ xung quanh là bằng nhau..

Một laze 2 mW có độ truyền xạ 10^-4 là thích hợp cho các phép đo độ khúc xạ xuống tới 0,06 m^-1.

A.4.3  So sánh với phương pháp kính viễn vọng

...

...

...

Đo mắt kính thử có hiệu ứng loạn thị theo các phương hướng trục khác nhau (xem Hình 12b và c) thì khó hơn, vì điều chỉnh hình thử nghiệm với hai tiêu cự cực trị của mắt kính thử có thể phụ thuộc vào người quan sát và vào sự điều chỉnh mắt kính đối với quang trục của cách bố trí thực nghiệm.

Khi thử nghiệm các mắt kính có tiêu cự biến thiên bất kỳ thì hoàn toàn không thể thu nhỏ được một ảnh rõ nét (xem Hình 12d). Trong trường hợp ấy, không thể xác định chính xác độ khúc xạ và các kết quả thu được với phương pháp kính viễn vọng đối với diện rộng là vô nghĩa.

A.5  Kết luận

So với phương pháp kính viễn vọng, phương pháp này có ưu điểm là có thể xác định được các đại lượng khúc xạ của những diện rất nhỏ. Nhờ đó, độ khúc xạ không đều của một số mắt kính, mà bằng phương pháp kính viễn vọng chỉ ghi nhận được một giá trị trung bình, thì với phương pháp này chúng có thể xác định được một cách chính xác.

Việc xác định độ của một mắt kính bằng phương pháp này không phụ thuộc vào người thực hiện phép đo, vì độ lệch của chùm sáng sử dụng trong phép tính đã được đo bằng điện nhờ một photo điôt.

Thiết bị mới này có độ nhạy chừng 10^-5 m^-1, và do đó tốt hơn khúc xạ kế chỉ đo được độ khúc xạ tới 0,1 m^-1.

Hình 12 - Ảnh của hình thử nghiệm thu được bằng phương pháp kính viễn vọng trong các phép đo kính lọc có tính chất khúc xạ khác nhau

...

...

...

Phương pháp kiểm tra mắt kính đã lắp

Phương pháp thử nghiệm để xác định hiệu ứng lăng kính (phương pháp tùy chọn A)

B.1  Thiết bị

Cách bố trí thực nghiệm được trình bày trên Hình 13.

Kích thước tính bằng milimét

Hình 13 - Bố trí thực nghiệm trong phương pháp tùy chọn A

B.2  Cách tiến hành

Ảnh S của một bóng đèn dây tóc 6V-5A tạo bởi một kính hiển vi 40 X được dùng làm nguồn điểm. S ở tiêu điểm của thấu kính O₁. Không đặt kính có gọng lên giá, thì ảnh S thành S’ trên màn E. Màn chắn D, có đục hai lỗ tròn đường kính 5 mm, có tâm cách nhau 66 mm, cho hai chùm sáng song song qua lỗ vào các mắt kính OD và OG.

...

...

...

B.3  Đánh giá kết quả

Kính được đánh giá là đạt yêu cầu khi cả hai ảnh l_d và I_g phải nằm trong hình chữ nhật dung sai (xem Hình 14)

Hình 14 - Hình chữ nhật dung sai

Các cạnh của hình chữ nhật có kích thước phù hợp với các dung sai được chấp nhận cho các độ lệch, tức là độ lệch thẳng đứng ΔD_v, độ lệch nằm ngang ΔD_H và tiêu cự của O₂, nếu:

F là tiêu cự của O₂, biểu thị bằng milimét

ΔD_v là dung sai lăng kính thẳng đứng, biểu thị bằng centimet trên mét

ΔD_H là dung sai lăng kính nằm ngang, biểu thị bằng centimet trên mét

do đó:

...

...

...

Cũng cần tính đến kích thước của các ảnh l_d và l_g trong các phép tính. Phải dùng ánh sáng đơn sắc để tránh sự tán xạ của các thấu kính, như thế các ảnh l_d và I_g sẽ rõ nét hơn.

Phương pháp này vẫn áp dụng được nếu kính có gọng được thay bằng kính không gọng hoặc tấm che mặt.

Phụ lục C

Phương pháp kiểm tra mắt kính đã lắp

Phương pháp thử nghiệm để xác định hiệu ứng lăng kính (Phương pháp tùy chọn B)

C.1  Thiết bị

Cách bố trí thí nghiệm được trình bày trên Hình 15, trong đó:

L_s

...

...

...

J

là lọc sắc giao thoa, λ max. = 555 nm ± 20 nm

L₁

là kính tụ sáng

LB₁

là chắn sáng có một lỗ đường kính 5 mm

P

là phương tiện bảo vệ mắt cần thử nghiệm

LB₂

...

...

...

L₂

là thấu kính tiêu cự 1 000 mm, đường kính 75 mm

B

là mặt phẳng tiêu

C.2  Cách tiến hành

Phương tiện bảo vệ mắt được đặt cách mặt phẳng tiêu B 2 m, trước thấu kính L₂, sao cho trục của phương tiện bảo vệ mắt song song với quang trục của hệ thí nghiệm. Trong trường hợp kính có gọng có độ nghiêng điều chỉnh được, thì đặt ở độ nghiêng 15°. Chắn sáng LB₁ được điều chỉnh sao cho ảnh của nó trên mặt phẳng tiêu B rõ nét khi không đặt phương tiện bảo vệ mắt (P).

Sau khi đặt phương tiện bảo vệ mắt trên đường đi của các tia sáng, khoảng cách theo phương ngang và thẳng đứng của hai ảnh đã dịch chuyển được xác định. Nửa giá trị của chúng đo bằng centimet là hiệu ứng lăng kính, đo bằng centimet trên mét.

C.3  Đánh giá kết quả

Các kết quả đo, được coi là thỏa mãn nếu các giá trị của hiệu ứng lăng kính, xác định theo Điều C.2 không vượt quá các giá trị nêu trong Bảng 2 của TCVN 5082 : 1990 (ISO 4849).

...

...

...

Hình 15 - Bố trí thí nghiệm dùng cho phương pháp tùy chọn B

1) Trên mặt phẳng đo, lượng này ứng với khoảng cách giữa các độ lệch của tia trung tâm 1 và tia 2 (xem Hình 7).