LASER H.E.A.T.
(Chaleur / énergie / analyse / température)
Mise à jour du 21 juillet : ajouté de nouveaux graphismes des essais et des parcelles de température-puissance.
Introduction :
J’ai écrit un article pour laserpointerforums et les critiques ont été gentil avec moi, alors j’ai pensé que je voudrais réécrire l’article un weebit différemment et faire une Instructable. Voici l’article original, si quelqu'un veut le lire : http://laserpointerforums.com/f42/h-e-t-light-coherent-64606.html
Un des problèmes auxquels sont confrontés les amateurs consiste à déterminer la puissance de leur laser(s). Parfois, nous voulons juste savoir si nous avons obtenu ce que nous avons payé et parfois nous avons deux de la même et veulent savoir qui est le plus puissant. Avec les lasers, les plus brillants ne sont pas toujours le plus puissant car le œil est sensible aux longueurs d’onde différentes de manière non uniforme. Pour l’examen de la façon dont le œil perçoit laser lumière vous pouvez sauter sur Wikipedia et faire de la lecture : http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_pointer
Je vous encourage fortement à tous de lire le lien ci-dessus ; plus précisément la section risques. Lorsque vous effectuez toute expérimentation de laser, portez vos lunettes de protection laser qui sont spécifiques à la longueur d’onde (couleur) de blocage pour le laser spécifique. Si vous êtes dans les lasers extrêmes, vous pouvez envisager de lunettes professionnels qui bloquent plusieurs longueurs d’onde. Si vous invitez d’autres personnes à assister à vos expériences de laser ou de jouer, de veiller à ce qu’ils ont des lunettes, aussi.
Maintenant, passons à ce que nous sommes ici pour - un débat sur l’énergie du Laser.
Première partie - comprendre la puissance et l’énergie Laser
La terminologie plus commune pour les consommateurs au sujet de la puissance du Laser est milliwatts, mW (étiquette appropriée mW mais souvent montré comme mw.) Commune pointeurs laser rouge de dollar magasin relèvent de 5mW. Direct de Wikipedia :
« Aux États-Unis, les lasers sont classés par l’American National Standards Institute [3] et de l’alimentation et la Drug Administration (FDA). Pointeurs laser visible (400-700 nm) opérant à moins de 1 mW puissance sont de classe 2 ou II, et les pointeurs laser visible avec 1 à 5 mW puissance sont classe 3 a ou IIIa. Classe 3 b ou lasers IIIb (fonctionnement entre 5 et 500 mW) et les lasers de classe 4 ou IV (au-dessus de 500 mW) ne peuvent pas être légalement promues comme pointeurs laser. »
L’énergie laser est différente de la puissance du Laser. Si vous devez absolument un désir brûlant pour connaître les détails, lire
http://www.mrl.Columbia.edu/NTM/Level1/CH03/html/l1c03s02.html
mais je vais résumer pour noter que la puissance est l’énergie au fil du temps ; l’énergie est donc une dimension intemporelle qui représente la force optique du faisceau laser par rapport au rayon de la poutre. Parfois j’entends énergie optique étant mentionné comme intensité de faisceau, mais il faut être prudent dans l’utilisation de cette terminologie : http://en.wikipedia.org/wiki/Gaussian_beam
Que se passe-t-il si vous voulez juste graver quelque chose !
Les pros faire leurs mesures de puissance de laser à l’aide de mesureurs de puissance de Laser relativement cher : celles-ci commencent au niveau « hobby » d’environ 100 $ et monter dans le mille$ de dollars pour des instruments de qualité laboratoire. En règle générale, plus cher, le « closer » le compteur est conçu pour rapport similaire à la National Institute of Standards and Technology (NIST). Avant 1988, NIST s’appelait le National Bureau of Standards, NBS. NIST a dépensé près de 1 milliard de dollars en 2009 à faire des trucs "NIST" et employant plus de 2900 employés. Vos impôts au travail. Mais, c’est un travail important depuis l’absence de normes, comment quelqu'un sait ce que Watts étaient ce qui ?
Il existe deux méthodes larges de puissance de laser de déterminer sur le marché du dollar raisonnable : on est la diode optique et l’autre est la thermopile. Avec la diode optique, le faisceau laser provoque un courant de circuler et le courant se déplace d’un mètre, ou est amplifié ou conditionné et mesuré avec l’électronique. La physique à l’aide d’une diode est bien comprise et la précision est juste, mais le problème plus gênant, c’est que ce type de détecteur doit être « ajusté » à la longueur d’onde (couleur) du laser. Donc s’attendre à la chiquenaude d’un commutateur, entrer dans un menu, ou faire quelques autres efforts manuels pour informer le compteur de puissance de Laser (LPM) que vous utilisez une présumée laser, laser rouge, laser vert, laser bleu, etc.. La thermopile existe depuis plus de 100 ans et est aussi bien entendue. Essentiellement, le faisceau laser est absorbé par une cible noire qui chauffe la partie de la thermopile alors qu’une autre partie est conservée non chauffée (fixes, froid ou à la pièce ambiante - essentiellement une température stable). Un courant électrique est produit et mesuré par un compteur ou autres appareils électroniques d’une manière similaire à la façon dont la diode courante est mesuré et affiché.
Y a-t-il un autre moyen ? Oui, nous pouvons utiliser le laser pour chauffer un objet au-dessus de la température ambiante et enregistrer l’élévation de température. Cette augmentation de température sera alors liée à la puissance du laser. N’oubliez pas ces vieux phisique et chimie lycée destinée à nous apprendre sur l’eau chaude et froide, la chaleur spécifique et comment fonctionnait un calorimètre ? Un autre ancien de l’appareil : http://en.wikipedia.org/wiki/Calorimeter
Si nous travaillons avec un objet uniform et nous avons accès à un thermomètre raisonnablement précis et un mesureur de puissance de laser (LPM) pour calibrer notre objet uniforme, nous pouvons ensuite utiliser le thermomètre et quelques tableaux de conversion ou un peu de mathématiques et calculer la puissance de notre laser sans avoir besoin de la LPM plus. (La plupart des collèges ont LPM au département de physique et certains accès limité peut être accordée à la Communauté par le chef de département. Certains clubs de laser ont des rencontres où une LPM est amené dans la réunion aux fins d’étalonnage ou lasers à puissance nominale inconnu.) En fait, si nous étions vraiment bons à nos cibles laser uniforme selon exactement les mêmes spécifications de fabrication chaque fois, alors nous pourrions juste photocopie les charts ou éteindre la formule sur Internet pour tout le monde à utiliser. Bien sûr, uniforme dans ce contexte essentiellement représenterait « identique », au moins à deux pour cent.
Deuxième partie : je ne suis pas le premier (à essayer cet exploit simple)
Retour quelques années auparavant, un passionné de collègues laser a publié un article sur Laserpointerforums sur la construction d’une LPM maison bon marché. Son idée était d’utiliser certaines communes provenant d’aluminium la cuisine, peu de peinture noire et un bon marché poche sous thermomètre infrarouge numérique de 20 $ et quelques calculs très simples. Wow... beaucoup de forum bruit s’ensuivit puisque notre bon expérimentateur est incapable ou refuse de divulguer les complexe physique et les mathématiques utilisées pour calculer la solution simple. Je vais finir mes commentaires de ce pionnier courageux et dire: « Reste en paix... » Je suppose qu’il a continué à faire de grandes choses et juste eux gardé à lui-même par la suite.
S’il y a une leçon à apprendre sur les forums, c’est que si vous postez quelque chose controversée, il vaut mieux être en mesure de le prouver. ' nuff said.
J’ai pris une approche différente, une approche peu comme Edison et autres qui expérimente et expérimenté et expérimenté jusqu'à ce qu’ils ont compris leurs expériences. Oui, il y a beaucoup de « expérimenté » dans cette dernière phrase, mais essentiellement, c’est combien de la science ancienne a été réalisée. Einstein et autres ont fait leur expérimentation au niveau formule plutôt qu’en laboratoire. Personnellement, je trouve cela un peu ennuyeux... J’aime vraiment mon laboratoire, il y a une sorte de paix dans ma petite forteresse de la solitude.
Partie III - l’expérimentation, la quête pour faire une cible laser
J’ai publié une Instructable il n’y a pas si longtemps de faire un thermomètre enregistreur (enregistrement). Il s’agit d’un dispositif très précis qui est précis à 0,02 C degrés et est calibré d’usine. Coût de la partie est inférieur à 30 $.
Voir :
Maintenant, munis de ce dispositif sensible, j’ai décidé de créer un mesureur de puissance de laser. J’avais besoin d’une cible, et il y a quelques critères qui doivent être respectées :
-Cible devrait être aussi simple à créer et dupliquer et pas cher !
-Cible doit absorber laser différentes longueurs d’onde uniformément - c'est-à-dire, agissent comme un objet de corps noir
-Cible doit émettre l’énergie absorbée uniformément (émissivité près 1.0)
-Cible doit être stable et permettre des tests répétés produire des résultats similaires
-Cible doit être thermiquement stable de moins de 5 MW au moins 500 MW (stable à 750 MW)
J’ai essayé la cible de feuille d’aluminium qui a été mentionnée quelques années en arrière. Il m’a rendu fou ; certifiably fou. J’ai utilisé des ciseaux, couteau hobby, un autre couteau hobby avec une lame neuve, même une véritable polygonale lame de rasoir tout à rien n’y fait. Papier d’aluminium est choses étranges... Je me demande quelle merveilleuse machine est utilisée pour mettre ce genre de choses en douceur sur un rouleau ? Comme une feuille de route de papier, une fois déplié, il jamais goes back quasi-absence. J’ai essayé un peut de Rust-Oleum(R) noir et j’ai essayé plasti-kote(R) et ils ont tous deux ne fonctionnent pas comme je l’avais espéré, mais la peinture BBQ de plasti-kote(R) fait le mieux et il était possible de reproduire mais a été difficile d’obtenir une couche uniforme et garder la peinture hors de moi-même était impossible. Finalement, j’ai trouvé un autre produit que j’ai pu brosser sur et utilisé pour les tests finaux que j’ai publié dans le laserpointerforums et que je vais répéter ici. J’ai utilisé des lamelles de verre conçus pour recouvrir des lames de microscope de verre pour le matériel de base cible. Les résultats sont fantastiques, à mon avis et pas cher.
Quatrième partie - Test de fumée
Il y avait de fumée à des puissances laser haute à l’aide de la peinture pour barbecue ; Je m’attends que je n'avais pas laisser le produit guérir longtemps assez-comme un gamin, j’ai hâte. L’essai de fonctionnement avec mon Laser de l’Arctique et la feuille d’aluminium recouvert de peinture BBQ passèrent 500ºF avant que j’ai détruit la cible ; qui n’était pas mon but, même si c’était peu soignée... après que j’ai pris la batterie sur le détecteur de fumée. Analyse ; le film était tout simplement trop mince pour avoir une masse suffisante pour être thermiquement stable avec 750 MW d’énergie optique pure de mon Laser méchants.
Contrôle ultérieur avec les bordereaux de verre et carbone noir laque a donné des résultats excellents et une plage de températures plus modérée autour de 225 ° f pour le laser bleu de 750 MW. Wow ! J’ai répété et répété avec les mêmes lectures. J’ai utilisé un réel l/min pour tester la puissance et c’est tout de suite à 750 MW. J’ai testé chaque laser, tout d’abord avec le l/min, puis avec le thermomètre numérique « logging » et de nouveau avec le LPM à veiller à ce que je n'avais pas consommer trop d’énergie de la batterie et provoqué une fausse lecture.
Part Five - résultats
Mise à jour 21/07/2011 : J’ai ajouté de nouveaux graphiques montrant la température montée et puissance mètre Mensurations. Tests de thèses ont été faites en utilisant un nouveau design de la cible, donc s’il vous plaît ne pas directement comparer les résultats de « photo » avec les résultats dans le tableau ci-dessous - élévation thermique de l’énergie laser est issu de nombreuses caractéristiques : convection, conduction et rayonnement. Avec les nouveaux objectifs, j’ai augmenté la conduction de conception afin d’assurer un temps de montée thermique plus faible et finalement une température plus basse. J’ai été capable de le faire en raison de l’extrême précision du capteur IR utilisé (0.02K degré). Remarque que pour des raisons « amortissement », le logiciel dans le PICAXE limite la sortie série à 0,1 K - cependant, l’utilisateur final peut changer ce logiciel facilement puisque la source est librement disponible.
Référence :
Pour cet article, j’ai couru 7 essais avec différents lasers.
Couleur de nm puissance mesurée mW (LPM)
5mW 650 rouge 5
30mW 405 Violet 28
30mW vert 532 39
50mW vert 532 50
200mW rouge 660 197
200mW 808 IR 217
750 MW 445 bleu 750
Mettre tout cela dans Excel et graphiques, j’ai eu les résultats montrés dans les images jointes. J’ai manqué l’équation à 3 termes, mais en utilisant la cible de test « calibré » un, je peux facilement vérifier maintenant puissance laser en mesurant simplement l’élévation de la température de la cible de verre noir avec mon thermomètre très précis de journalisation et je peux le faire pour une variété de longueurs d’onde de laser commune sachant que mes résultats seront précis. De plus, j’ai tous les résultats enregistrés dans mon PC pour une utilisation ultérieure ; par exemple, je peux toujours revenir en arrière et retester un laser spécifique si je pense que la diode s’est dégradée.
Remarque :
Il existe trois façons que l’énergie thermique est dissipée : convection, conduction et rayonnement. Parce qu’il y a des composants de la convection et de conduction et parce que ceux-ci peuvent changer avec les courants d’air, densité de l’air (élévation) et d’autres variables, il est important de comprendre que les tests ont certaines variables d’environnementales nature et résultats représentatifs exigent des conditions identiques aux conditions à l’étalonnage. Toutefois, la principale composante de la dissipation de la chaleur lors de nos tests est la composante de rayonnement, donc une précision raisonnable devrait être réalisée - adéquate pour une utilisation hobby.
Pour votre sécurité :
S’il vous plaît ne pas utiliser n’importe quel matériau brillant autour de faisceaux laser. Je sais que ma photo montre aluminium brillant, mais je portais mes lunettes de protection laser et j’ai repensé depuis la zone avant d’être entièrement noire avec aucune réflexion.
Profiter,
-Ray
