B.6 Quali requisiti deve avere la strumentazione di misura?

A)   Radiazioni Ottiche Non Coerenti

Esistono due categorie di strumenti per valutare gli indicatori di rischio da esposizione a radiazione ottica: i radiometri a banda larga e gli spettroradiometri. I primi restituiscono un valore globale della grandezza fisica o efficace per la quale sono costruiti e tarati, i secondi restituiscono la distribuzione spettrale della radianza o dell’irradianza a partire dalla quale si calcolano le grandezze fisiche o efficaci globali da confrontare con i limiti. 

I vantaggi dell’utilizzo dei radiometri sono le dimensioni contenute, la semplicità d’uso, la velocità di acquisizione. Tuttavia, la misura con tali strumenti può essere affetta da un’incertezza anche elevata (superiore al 30%) dovuta al fatto che la risposta spettrale e quella angolare non coincidono con le risposte ideali. In particolare, nel caso in cui si misuri una grandezza efficace, la risposta spettrale dovrebbe coincidere con il relativo spettro di azione mentre, nel caso in cui si misuri una grandezza fisica, la risposta spettrale dovrebbe essere piatta nell’intervallo voluto e nulla altrove. Per quanto riguarda la risposta angolare, essa dovrebbe coincidere con la risposta coseno nelle misure di irradianza e con l’angolo di vista a nelle misure di radianza. Per questo motivo l’incertezza riportata sul certificato di taratura è valida soltanto nel caso in cui si misuri una sorgente avente lo stesso spettro di emissione della sorgente utilizzata in taratura e in condizioni geometriche analoghe a quelle di taratura. In caso contrario nella stima dell’incertezza occorre inserire i contributi legati alle differenze tra le risposte spettrale e angolare del radiometri e quelle ideali. Questi valori (indicati con f1’ e f2/f2’ nella norma tecnica di riferimento CEI 53-1982 ’Methods of characterizing the perforamance radiometers and photometers’) generalmente dovrebbero essere dichiarati dal costruttore. Possono comunque essere calcolati qualora siano noti le risposte spettrale e angolare del radiometro e lo spettro della sorgente di taratura. Pertanto l’utilizzo di questi radiometri finalizzato al confronto con i limiti di legge richiede un’attenta stima dell’incertezza ai fini del confronto con i limiti (FAQ B.4).

Gli spettroradiometri consentono misure più accurate in quanto restituiscono lo spettro della sorgente, che deve poi essere integrato e pesato in funzione dell’indicatore di rischio da valutare. Non esiste pertanto il problema dell’incertezza associata alla risposta spettrale non ottimale, se l’intero spettro di emissione della sorgente rientra nell’intervallo di lunghezze d’onda per il quale lo strumento garantisce linearità di risposta e riferibilità metrologica. Rispetto ai radiometri gli spettroradiometri  possono essere più accurati ma sono in genere più costosi e di più difficile impiego. Si dividono in due tipologie: spettroradiometri a scansione e array di CCD.

Gli spettroradiometri a scansione consentono misure molto precise anche nella regione spettrale UV, più critica per gli array di CCD come discusso nel paragrafo successivo. Questa maggiore precisione si ottiene grazie all’impiego, come rivelatore, di un fotomoltiplicatore, molto sensibile alla radiazione UV, e all’utilizzo, per scomporre la radiazione, di un doppio monocromatore che riduce notevolmente la luce parassita (stray light) rispetto al solo singolo  (da 10^-4 a 10^-8 ). Possono tuttavia risultare di difficile impiego negli ambienti di lavoro a causa dell’ingombro importante e della variabilità della taratura in funzione dei fattori ambientali. Non sono inoltre indicati per la misura di sorgenti variabili a causa del tempo impiegato per la scansione.

Gli spettroradiometri ad array di CCD sono strumenti compatti che offrono un misura istantanea dello spettro di emissione della sorgente, cosa che li rende idonei anche alla misura di sorgenti variabili. Tuttavia a causa della presenza solo di un singolo monocromatore, la stray light elevata (10^-4) nella regione UV rende critica la misura  di sorgenti che emettono in questa banda, soprattutto nel caso di sorgenti con elevata emissione nel visibile, che richiede l’attuazione di accorgimenti ad hoc per prevenire importanti artefatti di misura. Alcuni di questi strumenti prevedono un sistema di termalizzazione del sensore per mezzo di una o più celle Peltier. Questa caratteristica permette di diminuire drasticamente il rumore termico del sensore dovuto al riscaldamento dello stesso causato dall’elettronica interna e dalla luce introdotta nello strumento per la misura.

Si evidenzia che nel caso di sorgenti che emettono su tutto lo spettro di radiazione ottica non è possibile utilizzare un unico strumento dotato di un unico sensore per verificare il rispetto di tutti i limiti riportati nel decreto, poiché non sono disponibili rivelatori con una sensibilità adeguata. Per rivelare la radiazione UV generalmente si utilizzano fotomoltiplicatori, per la radiazione visibile e il vicino infrarosso rivelatori a stato solido e per l’infrarosso le termopile. Le termopile in realtà rispondono in tutto l’intervallo spettrale della radiazione ottica. Per selezionare gli specifici intervalli spettrali d’interesse previsti dal decreto è pertanto necessario utilizzare dei filtri che, riducendo il segnale che incide sul rivelatore, aumentano significativamente l’intensità che la radiazione deve avere per essere rilevata. Questo limita l’uso delle termopile a sorgenti sufficientemente intense.

Tutti gli strumenti devono essere dotati di un’opportuna ottica di raccolta delle radiazioni: un correttore di coseno o una sfera integratrice qualora si debbano fare misure di irradianza, un'ottica telescopica o un'ottica priva di lenti, ma dotata di diaframmi circolari che delimitino il campo di vista, nel caso si effettuino misure di radianza. In questo ultimo caso queste ottiche potranno essere solidali con lo spettroradiometro (o con la sonda del radiometro) o collegate allo strumento (rivelatore) mediante ottiche di collimazione e/o fibre ottiche.

Le misure di esposizione radiante si ottengono integrando il dato di irradianza efficace per la durata dell’esposizione oppure possono venire fornite automaticamente dalla strumentazione.

B)   Radiazioni ottiche coerenti (LASER)

La misura più semplice è quella della potenza media, che si effettua con rivelatori a termopila che di solito sono in grado di misurare anche l’energia di singoli impulsi Q=P_pT_p, che permette comunque di ricavare la potenza media dalla relazione di cui al quesito B.2.2

Il vantaggio dei rivelatori a termopila è il costo contenuto e la risposta indipendente dalla lunghezza d’onda in un ampio intervallo. Lo svantaggio principale è costituito dalla velocità di risposta che non permette di misurare variazioni temporali di potenza su tempi inferiori al secondo. Se occorre misurare la frequenza di ripetizione o la durata dei singoli impulsi, è necessario dotarsi di un rivelatore a fotodiodo, eventualmente accoppiato con oscilloscopio a memoria digitale. La risposta dei fotodiodi è molto rapida, permettendo anche la valutazione della forma dell’impulso ma  richiede di solito la conoscenza precisa della lunghezza d’onda per fornire un dato accurato di intensità. Quando è necessario valutare la presenza di componenti armoniche può servire la misura della lunghezza d’onda con spettroradiometro. Tale misura, finalizzata unicamente a riconoscere la presenza di componenti spettrali diverse è più facilmente attuabile sulla radiazione diffusa da una superficie opportuna, da scegliere come descritto in B.2.3. L’eventuale caratterizzazione spettrale del fascio diretto richiede strumentazione adatta alla potenza del laser e va al di là degli scopi delle misure di sicurezza laser.

Il misuratore di potenza/energia deve essere tarato con la periodicità indicata dal costruttore. Lo spettroradiometro e il fotodiodo per la valutazione della forma dell’impulso forniscono informazioni complementari alla misura “assoluta” di potenza/energia, in questo senso possono essere eseguite con strumenti non tarati in energia.

Se invece si utilizza un rivelatore a fotodiodo anche per la misura di potenza/energia anche questo deve essere tarato con la periodicità indicata dal costruttore.