H.E.A.T. LÁSER
(Calor / energía / análisis / temperatura)
Actualización 21 de julio: añadido nuevos gráficos de prueba real y de la parcelas de temperatura-energía.
Introducción:
Escribí un artículo para laserpointerforums y los críticos eran buenos para mí, así que pensé que sería reescribir el artículo un weebit diferentemente y hacer un Instructable. Aquí está el artículo original, si alguien desea leerlo: http://laserpointerforums.com/f42/h-e-t-light-coherent-64606.html
Uno de los problemas que se enfrentan aficionados es determinar el poder de su oambos. En algún momento queremos saber si tenemos lo que pagamos y a veces tenemos dos de lo mismo y quiero saber que es el más poderoso. Con los lasers, el más brillante no siempre es el más poderoso ya que el ojo es sensible a diferentes longitudes de onda de una manera no uniforme. Informe sobre cómo el ojo ve láser de luz te puede saltar a la Wikipedia y hacer algunas lecturas: http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_pointer
Animo a todos a leer el enlace anterior; específicamente la sección de peligros. Al hacer cualquier experimentación de láser, gafas su láser específicos para el bloqueo de la longitud de onda (color) para el láser específico. Si estás en láseres extrema, usted puede considerar profesionales anteojos que bloquean varias longitudes de onda. Si invitas a otros a ser testigo de los experimentos del laser o jugar, asegúrese de que tienen gafas, también.
Ahora, pasemos a lo que estamos aquí para - una discusión sobre la energía del láser.
Primera parte - entendiendo la energía del láser y la energía
La terminología más común para los consumidores con respecto a la energía del Laser es milivatios, mW (etiqueta apropiada mW, pero a menudo se muestra como mw.) Punteros de laser rojo de almacén del dólar común están debajo de 5mW. Directo de Wikipedia:
"En los Estados Unidos, los láseres se clasifican por el American National Standards Institute [3] y alimento y droga Administration (FDA). Punteros láser visible (400 – 700 nm) operando a potencia de menos de 1 mW son clase 2 o II y punteros láser visible con potencia de 1 a 5 mW Clase 3A o IIIa. Clase 3B o láser IIIb (de funcionamiento entre 5-500 mW) y los láseres de clase 4 o IV (funcionamiento por encima de 500 mW) no puede promoverse legalmente como punteros láser. "
Energía del láser es diferente de la energía del Laser. Si usted tiene absolutamente un ardiente deseo de conocer los detalles, leer
http://www.MRL.Columbia.edu/NTM/Level1/CH03/HTML/l1c03s02.html
pero haré un resumen a la nota que el poder es energía en el tiempo. por lo tanto, la energía es una dimensión atemporal que representa la fuerza óptica del haz láser en comparación con el radio de la viga. A veces oigo energía óptica siendo mencionado como intensidad de la viga pero uno debe ser cuidadoso en el uso de esta terminología: http://en.wikipedia.org/wiki/Gaussian_beam
Qué pasa si sólo desea grabar algo!
Los profesionales hacen sus mediciones de energía láser con medidores de potencia láser relativamente caro: estas comienzan en el nivel "hobby" de alrededor de $100 y subir en el mil$ de dólares en instrumentos de calidad de laboratorio. Generalmente, el más costoso, "más cerca" el medidor está diseñado para informe similar para el National Institute of Standards and Technology (NIST). Antes de 1988 NIST fue llamado la Oficina Nacional de normas, de NBS. NIST pasó cerca de 1 billón de dólares en el 2009 haciendo cosas "NIST" y emplear a más de 2900 empleados. Sus dólares de impuestos en el trabajo. Pero, es importante puesto que sin estándares, ¿alguien sabría qué vatios eran ¿qué?
Existen dos métodos generales de determinar potencia del láser en el mercado de dólar razonable: uno es el diodo óptico y el otro es el termopar. Con el diodo óptico, el láser provoca una corriente de flujo y la corriente se mueve un metro, o se amplifica o acondicionada y medida con la electrónica. La física de la utilización de un diodo es bien entendida y la exactitud es justa pero el problema más molesto es que este tipo de detector se debe "ajustar" a la longitud de onda (color) del láser. Por lo tanto, esperar a un interruptor, entrar en un menú, o hacer algunos otros esfuerzo manual para informar a los metro láser de potencia (LPM) que usted está usando un láser inferidos, láser rojo, láser verde, láser azul, etc.. La termocupla ha estado alrededor por más de 100 años y se entiende bien. Esencialmente, el rayo láser es absorbido por un blanco negro que calienta la parte de la termopar mientras otra parte se mantiene sin calefacción (fijo frío o en la sala de ambiente - esencialmente una temperatura estable). Una corriente eléctrica se produce y se mide por metros u otros aparatos electrónicos de una manera similar a la forma del diodo corriente se mide y muestra.
¿Hay otra forma? Sí, podemos utilizar el láser para calentar un objeto por encima de la temperatura y registrar el aumento de la temperatura. Ese aumento de la temperatura estará relacionado entonces con la potencia del láser. ¿Recuerda aquellas viejas clases de física y química secundaria diseñadas para enseñarnos sobre agua fría y caliente, calor específico, y cómo funcionaba un calorímetro? Otro dispositivo viejo: http://en.wikipedia.org/wiki/Calorimeter
Si trabajamos con un objeto uniforme y tenemos acceso a un termómetro razonablemente preciso y un medidor de potencia laser (LPM) para calibrar nuestro objeto uniforme, entonces podemos utilizar el termómetro y unas tablas de conversión o un poco de matemáticas y derivar el poder de nuestro láser sin necesidad ya de la LPM. (Mayoría de las universidades tiene LPM en el Departamento de física y algunos acceso controlado puede concederse a la comunidad por el jefe de departamento. Algunos clubes de láser tienen reuniones donde una LPM se trae en la reunión con el fin de la calibración o láseres de potencia desconocida). De hecho, si éramos realmente buenos nuestros objetivos láser uniforme con exactamente las mismas especificaciones de fabricación cada vez, después podríamos sólo fotocopia de las cartas o apagar la formula en Internet para que todos puedan utilizar. Por supuesto, uniforme en este contexto esencialmente representaría "idénticos", por lo menos a un par de por ciento.
Parte dos: yo no soy el primero (intentar esta hazaña simple)
Hacia atrás hace unos años un entusiasta compañero láser publicó un artículo sobre Laserpointerforums en la construcción de un barato casero LPM. Su idea era utilizar algunos comunes de aluminio de la cocina, alguna pintura negra y un barato portátil con termómetro IR digital $20 y algunos muy simples de matemáticas. Wow... un montón de foro ruido sobrevino desde nuestro buen experimentador era incapaz o poco dispuesto a divulgar la física elaborada y utilizada para derivar la solución simple de matemáticas. Yo terminar mis comentarios de este pionero valiente y decir, "Resto en paz..." Supongo que él pasó a hacer grandes cosas y sólo mantuvo luego a sí mismo.
Si hay una lección que aprender de los foros, es que si registra algo polémico, mejor podrás probarlo. ' lo suficientemente dicho.
Tomó un enfoque diferente, un enfoque parecido a Edison y otros que experimentado y experimentado y experimentado hasta que entendieron sus experimentos. Sí, hay un montón de "experimentado" en esa última frase, pero esencialmente se trata de cuánto de la vieja ciencia se llevó a cabo. Einstein y otros hicieron su experimentación a nivel fórmula en vez de en el laboratorio. Personalmente, me parece un poco aburrido... Me gusta mi laboratorio, hay una especie de paz en mi poca fortaleza de la soledad.
Tercera parte - la experimentación, la búsqueda de hacer un blanco de láser
He publicado un Instructable no hace mucho sobre cómo hacer un termómetro de registro (logging). Este es un dispositivo muy preciso que es precisión de 0,02 grados C y está calibrada de fábrica. Parte costo bajo es $30.
Ver:
Ahora, armado con este dispositivo sensible, establecidas para crear un medidor de potencia láser. Necesitaba un objetivo y hay algunos criterios que deben cumplirse:
-Objetivo debe ser baratos y fáciles de crear y duplicar!
-El objetivo debe absorber láser de diferentes longitudes de onda uniforme - es decir, actúan como un objeto de cuerpo negro
-El objetivo debe emitir la energía absorbida uniformemente (emisividad cerca de 1.0)
-Debe ser estable y permite la prueba repetida producir resultados similares
-El objetivo debe ser térmicamente estable de menos de 5mW a por lo menos 500mW (prueba a 750mW)
Probé el blanco de papel de aluminio que fue mencionado hace unos años. Se me hizo loco; respeto loco. Utilizar tijeras, cuchillo de la manía, otro cuchillo de la manía con una cuchilla nueva, incluso una verdadero borde recto hoja de afeitar que no sirve para nada. Papel de aluminio es extraño... ¿Me pregunto qué máquina maravillosa se usa para poner ese tipo de cosas sin problemas en un rollo? Como un mapa de papel, una vez que se desarrollaba, él nunca va volver liso. Probé una lata de Rust-Oleum(R) negro y he probado plasti-kote(R) y no funcionó como esperaba, pero la pintura BBQ de plasti-kote(R) lo mejor era repetible pero conseguir una capa uniforme era difícil y mantener la pintura fuera de mí mismo era imposible. Finalmente, he encontrado otro producto que podría cepillar en y utilizado para la prueba final que publiqué en el laserpointerforums y que voy a repetir aquí. He utilizado cubreobjetos de vidrio diseñados para cubrir los portaobjetos de vidrio para el material base blanco. Los resultados son fantásticos, en mi opinión y barato.
Parte 4 - prueba de humo
Había algo de humo en potencias de láser de alta utilizando la pintura de barbacoa; Espero que no había deja el producto cura tiempo suficiente-como un niño, me pongo ansioso. La prueba con mi Laser del Ártico y el papel de aluminio cubierto con pintura de barbacoa pasó 500 º f antes de destruyera el destino; que no era mi objetivo, aunque era clase de aseado... después de la batería en el detector de humo. Análisis; la lámina era simplemente demasiado delgada para tener suficiente masa para ser térmicamente estable con 750mW de pura energía óptica de mi láser malvados.
La prueba subsecuente con el vidrio se desliza y la capa de la laca del negro de carbón produjo excelentes resultados y una gama de temperaturas más moderada de alrededor de 225ºF para el láser azul de 750mW. ¡ Wow! Lo repitió y repitió con la lectura del mismo. Usé un LPM real para poner a prueba el poder y fue en 750mW. He probado cada láser, primero con el LPM, luego con el termómetro digital "registro" y otra vez con el LPM para asegurarse de que no había consumido demasiada energía de la batería y causado una falsa lectura.
Parte 5 - resultados
21/07/2011 actualización: He añadido nuevos gráficos que muestran la temperatura aumento y poder meter mediciones. Se han realizado ensayos de tesis utilizando un nuevo diseño de destino, así que por favor no no directamente comparar los resultados de la "imagen" con los resultados en la tabla - aumento térmico de la energía del láser se basa en muchas características: convección, conducción y radiación. Con los nuevos objetivos, aumenté la conducción por diseño para garantizar un menor tiempo de subida térmica y, en última instancia, una temperatura más baja. Fui capaz de hacerlo debido a la extrema precisión del sensor IR utilizado (grado 0.02K). Nota que por razones de 'amortiguación', el software en el PICAXE limita la salida serial a 0,1 K - sin embargo, el usuario puede cambiar este software fácilmente ya que la fuente está libremente disponible.
Referencia:
Para este artículo, me encontré 7 pruebas con varios láseres.
Potencia nm Color midió mW (LPM)
5Mw rojo 650 5
30mW violeta 405 28
30mW verde 532 39
50mW verde 532 50
200MW rojo 660 197
200mW 808 IR 217
750MW 445 azul 750
Poner todo esto en Excel y graficar, obtuve los resultados mostrados en las imágenes adjuntas. Se agotó la ecuación de 3 términos, pero con el objetivo de "calibrado" prueba una, ahora puedo comprobar fácilmente energía midiendo el aumento de la temperatura de la blanco de cristal negro con mi termómetro de registro altamente preciso y puedo hacerlo para una variedad de longitudes de onda láser común que se saber que mis resultados sean precisos. Además, tengo todos los resultados guardados en mi PC para su uso posterior; por ejemplo, siempre puedo volver atrás y volver a probar un láser específico si creo que el diodo ha sido degradado.
Nota:
Hay tres maneras que se disipa la energía térmica: convección, conducción y radiación. Porque hay componentes de convección y conducción y porque estas pueden cambiar con corrientes de aire, densidad del aire (elevación) y otras variables, es importante entender que las pruebas tienen algunas variables ambientales y resultados representativos requieren condiciones idénticas a las condiciones de calibración. Sin embargo, el mayor componente de disipación de calor en nuestras pruebas es el componente de radiación, para que precisión razonable debería lograrse - adecuado para el uso de hobby.
Para su seguridad:
No utilice cualquier material brillante en rayos láser. Sé que mi foto muestra papel de aluminio brillante, pero yo llevaba mis anteojos de protección láser y desde entonces he rediseñado la zona frontal para ser negro sin reflejos.
Disfrutar,
-Ray
