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激光雷达进入美国为啥要美国食药监高抬贵手?
时间:2019-07-29来源:点击:1728分享:

日前,自动驾驶工程师乔杜里先生(Jit Ray Chowdhury)在CES2019期间用相机拍摄自动驾驶汽车,其所持的Sony a7相机被Aeye公司生产的激光雷达烧坏一事引起了热议。人们最担心的是:激光雷达这次烧坏了相机,下一次会不会灼伤人眼?

理论上,美国老百姓日常生活中应该不用担心激光电子产品带来的辐射。美国食品药品监督管理局(FDA)对激光辐射产品有严格要求:必须经美国FDA认证的辐射安全产品方可允许进入老百姓的日常生活。

作者就激光雷达为啥需要FDA认证激光雷达辐射安全的认知误区,以及激光雷达的FDA辐射安全认证之步骤跟大家做一个知识分享。

激光雷达FDA认证为哪般?

激光雷达在工作时需要主动发出激光,因而在世界各国被认定为激光辐射产品,被纳入FDA监管产品名录。美国FDA的管辖范围远远超过食品和药品,可以说跟老百姓日常生活安全的很多事FDA都能管外国生产的激光辐射产品进入美国,必须出具美国颁发的FDA证书,只有以下七个情况可以例外:

1.    该物品的生产日期早于美国FDA颁布激光辐射认证法规的时间。(不适于激光雷达)

2.    FDA发布的文件明确规定该物品不受辐射安全监管(不适于激光雷达)

3. 该物品是进入美国的人个物品或是归还给美国人的私人物品(不适于激光雷达)

4. 该物品持有者不居住美国且该产品将退回其持有者。

5. 该物品属于零部件或配件(显然不适于激光雷达)。

6.该物品被进口方用于产品开发的原型样机,并且贴了标签:“仅用于测试/评估”该物品不允许销售,将来必须退回出口国,或被销毁,或被留样测试。美国进口该类激光辐射物品的数量上限是200个。

7. 该物品将依据FDA指导文件进行再加工,并贴标签“仅限于出口” ,没有FDA的允许,该物品不允许销售,分发或转移。

美国是无人驾驶的桥头堡,很多激光雷达企业都希望进入美国市场。但没有美国FDA颁发的辐射安全证书,激光雷达只能以原型样机的形式进入美国并终将退出美国,且累计数量不超过200台,超过200台就随时可能面临FDA的稽查并被勒令退回或销毁。

激光雷达辐射安全的认知误区知多少?

误区一:激光雷达的辐射安全仅跟波长有关

暴露在激光下达到一定时间会危害人体,尤其是人眼和皮肤,其中对人眼的危害体现在视网膜损失,不同波长的激光杀伤力不同。一个激光辐射产品的安全等级分为Class 1, Class 1 C, Class 1 M, Class 2, Class 2M, Class 3R, Class 3B, Class 4共8个等级。FDA对激光雷达的安全认证要求其测试必须满足Class 1。

激光雷达的安全等级是否满足Class 1,需要考虑特定波长的激光产品在完全工作时间内的激光输出功率,即激光辐射的安全性是波长、输出功率,和激光辐射时间的综合作用的结果。目前市场上三维成像激光雷达最常用的波长是905nm和1550 nm,也少部分企业用850nm。表1是判断激光辐射产品是否满足Class 1的限值。

表1. Class 1激光雷达的波长在辐射时间下的输出功率上限

波长λ(nm)

暴露于激光辐射的时间(t)秒

10-9~10-7

10-7~5*10-6

5*10-6~1.3*10-5

1.3*10-5~0.35

0.35~10

10~100

700~1050

7.7*10-7 * C 4 J

7*10-4*t0.75 C4 J

3.9*10-4* C4 W

1500~1800

8*10-3 J

1.8*10-2 t0.75J

1*10-2 W

C4= 100.002(λ-700)

IEC 60825标准之3.37条强调:不能因为一款产品的激光波长大于1400nm就可以声称其“人眼安全”,因为任何波长的激光当其能量/功率超过一定限值时,都可能造成伤害。

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误区二:用1550nm光纤激光器做光源比905nm半导体激光器更安全

根据表1的计算公式,当人眼暴露于905nm波长的激光雷达时,其激光输出功率的上限=3.9*10-4* C4 W=3.9*10-4*100.002(905-700) W=1.002 mW;而波长1550nm的激光雷达的激光辐射上限是10 mW,两者之间差了十倍。

但是(敲黑板),由于半导体激光器的发射效率比光纤激光器高10倍左右,要达到同样的测距,使用光纤激光器的激光雷达的每束激光的发射功率需要比半导体激光器高十倍。另外,激光雷达不仅要发射激光,还要接收反射回来的激光并将光信号转化为电信号,即光电转换器件。硅基的光电转换器件(APD,俗称激光雪崩二极管)目前价格很低,被激光雷达企业广泛采用。众所周知,APD对905nm的敏感性比对1550nm高6倍。换一句话说, 综合发射效率和接收效率,采用1550nm光纤激光器的激光雷达,要达到同样探测距离,其激光输出功率要比905nm的半导体激光器高60倍。所以,1550nm光纤激光器做光源的激光雷达不一定人眼安全。前面说到“烧伤”相机的Aeye公司生产的激光雷达就是1550nm波长。

举个例子,北科天绘获得美国FDA辐射安全认证的R-Fans和C-Fans激光雷达,都是采用的905nm波长的半导体激光器。

误区三:FDA辐射安全认证一劳永逸

由于FDA对激光辐射产品实现全生命周期管理,产品生产出来以后,在其使用过程中终身受FDA相关机构的监管,包括产品因为合理可预见的单一故障而导致辐射输出变化。以水平视场360度的机械式激光雷达为例,扫描机构以5-20Hz的频率旋转,当人眼(瞳孔直径约7mm)在70mm的距离盯住激光雷达,每旋转一圈人暴露于激光辐射的时间可达0.003秒。设备每工作1秒钟,人眼累计暴露于激光辐射的时间是0.016秒。当旋转部件故障时,原来随着旋转在水平360度方向均匀发射激光的激光雷达变为向某一方向发射激光,设备每工作1秒钟,人眼累计暴露于激光的时间最大可达1秒。一般FDA认证实验室测试激光辐射安全性时,通常采用的激光辐射持续时间为100秒,也是充分考虑了故障发生时的最大辐射。FDA每季度会对认证产品进行抽样调查,一旦发现异常,FDA会启动重新认证。

激光雷达的FDA辐射安全认证之步骤

FDA辐射安全认证工作涉及范围很广,全是细节工作,基本没有捷径。北科天绘的所有汽车激光雷达产品都已获得FDA辐射安全认证,为了便于大家理解,小编将激光雷达的FDA认证工作分解成以下几块:

1、 激光光源的安全性论证(厂家、波长、能量、配件/分系统、发光方式和光路、辐射防护、维护措施等)

2、 激光雷达设计和工艺的安全性论证 (激光雷达的功能模块和制造工艺)

3、 有FDA认可资质的实验室根据国际电工委员会标准IEC 60825 进行测试并出具激光安全性测试报告(特定波长、光源角度、测试距离、孔径和辐射时间下的可达发射限值、辐射功率等)

4、 品质保障措施论证(针对辐射安全进行的设计保障,关键元器件控制、生产和安装中的关键控制步骤、测试控制步骤、测试装备和设施、出厂报告和检查列表、产品生命周期内的质保措施等)

5、 标签标识认可(满足FDA相关的法规要求)

6、 产品的用户和服务手册

7、 产品参数表/产品说明书