Opracowanie mobilnego systemu pomiarowego do oceny zagrożenia pracowników promieniowaniem UV na stanowiskach pracy

Celem głównym zadania było opracowanie mobilnego systemu pomiarowego do oceny zagrożenia pracowników promieniowaniem UV na stanowiskach pracy.

Na podstawie analizy stanu wiedzy w aspekcie zapotrzebowania rynkowego na wykonywanie pomiarów promieniowania nadfioletowego, dostępnej w tym zakresie aparatury pomiarowej oraz najnowszych trendów w rozwoju detektorów do pomiaru promieniowania UV i metod ich kalibracji nie znaleziono żadnych doniesień literaturowych odnośnie do wykorzystania smartfona z odpowiednią aplikacją do celów oceny zagrożenia pracowników tym promieniowaniem na stanowiskach pracy. Istnieją jedynie informacje o aplikacjach na smartfony, które służą tylko informowaniu opinii publicznej o aktualnych poziomach promieniowania UV w określonym rejonie przez przesłanie odpowiedniego komunikatu. Natomiast zapoznano się z kilkoma opisami badań porównawczych wykonanych aparaturą konsumencką oraz techniczną, które wskazały na znaczne rozbieżności w wynikach pomiarów, co ma znaczący wpływ na zapewnianie dokładności pomiarów, a tym samym oceny zagrożenia zdrowia pracowników. Oznacza to w praktyce, że skonstruowanie dobrego miernika nie jest łatwym zadaniem. Ponadto, po opracowaniu i skonstruowaniu głowicy pomiarowej UV należy ją prawidłowo wykalibrować. Niewątpliwie jest to trudny do wykonania proces, który wymaga wiedzy i specjalistycznego sprzętu, w tym źródeł wzorcowych.

Opracowanie założeń technicznych sytemu do pomiaru promieniowania UV wymagało dokonania analizy dostępnych półprzewodnikowych detektorów promieniowania nadfioletowego, którą oparto na 2 wiodących światowych producentach – Thorlabs oraz Hamamatsu. W celu oszacowania zakresu pomiarowego promieniowania nadfioletowego na stanowiskach pracy dokonano analizy wyników pomiarów reprezentatywnych źródeł UV. W opracowanym algorytmie obliczeniowym aplikacji mobilnej do oceny zagrożenia pracowników promieniowaniem nadfioletowym na stanowiskach pracy uwzględniono specyfikę wykonywania tych pomiarów oraz niezbędne obliczenia, mające na celu wyznaczenie poziomu ekspozycji i przypisanie mu odpowiedniego poziomu ryzyka w skali trójstopniowej.

Na tej podstawie został opracowany i wykonany model detektora i mobilnej aplikacji, która umożliwia ocenę zagrożenia promieniowaniem z zakresu UV skorygowanego do krzywej S(λ) oraz UV-A – zgodnie z wymaganiami aktualnego Rozporządzenia MPiPS. Elementami detekcyjnymi w zaprojektowanym układzie pomiarowym są 2 fotodiody: w torze pomiarowym UV – wykonana z GaAsP, typ G1116 firmy HAMAMATSU, a w torze pomiarowym UV-A – wykonana z węgliku krzemu (SiC), typ SG01L-18 firmy SGLUX The UV Experts. Model detektora jest zasilany z modułu zasilającego (akumulatorki AA enelop PRO firmy Panasonic) o napięciu 6 V i pojemności 2500 mAh, co zapewnia bardzo długi czas pracy urządzenia oraz minimalne rozładowywanie się akumulatorków podczas stanu spoczynku. Za pomocą modułu komunikacji bezprzewodowej Bluetooth Low Energy detektor pomiarowy komunikuje się z urządzeniem mobilnym (smartfonem). Sterowanie detektorami pomiarowymi odbywa się z wykorzystaniem smartfona z zainstalowaną na nim, specjalnie w tym celu opracowaną aplikacją do oceny zagrożenia promieniowaniem UV. Aplikacja umożliwia zapis wyników pomiarów w pamięci smartfona w dedykowanym do konkretnych pomiarów folderze, ustalenie czasu odświeżania (wartość min. 1 s), a także korzystanie z archiwalnych zapisów wyników pomiarów.

W celu zapewnienia poprawności wskazań modelu detektora pomiarowego opracowano system i stanowisko do ich kalibracji. W opracowanym systemie kalibracji zastosowano metodę porównania wskazań modelu detektora ze wskazaniem miernika odniesieniowego, oświetlanych tą samą wiązką promieniowania o znanym rozkładzie widmowym. Na podstawie wyników uzyskanych z kalibracji dokonano oszacowania błędów pomiarowych przez dokonanie oceny niepewności pomiaru promieniowania UV oraz promieniowania UV-A. Dla zakresu pomiarowego UV błąd pomiaru wynosi ± 6,5%, a dla zakresu UV-A ± 7,29%. Są to bardzo zadawalające wyniki, gdyż norma PN-EN 14255-1:2010 dopuszcza 30% dla pomiarów, których wyniki są porównywane z wartościami MDE, a 50% dla pomiarów bezpośrednich.

Poprawność wskazań tego systemu pomiarowego była sprawdzana podczas organizowanych w CIOP-PIB badań porównawczych, w których uczestniczyło 14 laboratoriów. Uzyskane wartości wskaźnika P_Ai stanowiły podstawowe kryterium oceny uczestników. Zgodnie z wymaganiami normy ISO 13528:2022 wynik uczestnika jest akceptowalny, jeśli |P_A| < 100%. Wartość P_A była wyznaczana niezależnie dla każdego zakresu pomiarowego i dla każdego uczestnika.

Zadanie 2.SP.07. Model detektora pomiarowego (na statywie) do oceny zagrożenia promieniowaniem UV wraz z modułem zasilającym

Dokonano również weryfikacji funkcjonalności aplikacji sterującej pomiarami oraz prawidłowości wskazań podczas badań użytkowych z udziałem użytkowników końcowych – pracowników działów BHP w 9 zakładach pracy. W tym przypadku odnoszono wyniki pomiarów uzyskane z mobilnego systemu pomiarowego do wskazań wzorcowanego radiometru ILT 1400 z zestawem odpowiednich sond, który jest częścią wyposażenia Pracowni Promieniowania Optycznego. Na podstawie wniosków z badań użytkowych z udziałem użytkowników końcowych wprowadzono drobne modyfikacje w aplikacji oraz w opracowanym materiale informacyjnym. Efektem wykonanych badań użytkowych była drobna modernizacja funkcjonalności sterowania procesem pomiaru za pomocą ekranu smartfona.

Zarówno wyniki badań porównawczych, jak i porównań z wynikami pomiarów uzyskanymi z radiometru ILT 1400 wskazują na poprawność wskazań mobilnego systemu pomiarowy, a także jego wysoką dokładność pomiarową. Należy pamiętać, że wskazania miernika ILT też są obarczone błędem. Ponadto, powstałe rozbieżności w wynikach pomiarów na rzeczywistych stanowiskach pracy związane są ze stopniem powtarzalności usytuowania detektora pomiarowego, jego ukierunkowania na źródło promieniowania, a podczas spawania związane są z niestabilnym źródłem UV (łuk spawalniczy) czy z trafieniem na maksymalne wartości. W przypadku pomiarów promieniowania UV-A wykonywanych zarówno miernikiem ILT, jak i mobilnym systemem pomiarowym są one dodatkowo obarczone stałym błędem wynikającym z niedopasowania względnej czułości widmowej zestawu: fotodioda GaAsP i filtr optyczny do wymaganej przez rozporządzenie względnej czułości, która powinna mieć kształt zbliżony do prostokąta.

Wyniki zadania przedstawiono w 3 publikacjach naukowych w materiałach informacyjnych zamieszczonych na stronie internetowej CIOP-PIB oraz zaprezentowano na 3 konferencjach krajowych i 2 konferencjach międzynarodowych.