LASER H.E.A.T.
(Warmte / energie / analyse / temperatuur)
21 juli Update: toegevoegd nieuwe graphics werkelijke beproevings-en temperatuur-power percelen.
Inleiding:
Ik schreef een artikel voor laserpointerforums en de critici waren aardig voor me, dus ik dacht dat ik zou herschrijven van het artikel een weebit anders en maken van een Instructable. Hier is het originele artikel, als iemand wil lezen: http://laserpointerforums.com/f42/h-e-t-light-coherent-64606.html
Een probleem dat hobbyisten gezicht is het bepalen van de kracht van de laser. Ergens wil we weten of we wat we betaald kregen voor en soms we hebben twee van hetzelfde en wilt weten welke is de meest krachtige. Met lasers is de helderste niet altijd de meest krachtige omdat het oog gevoelig voor verschillende golflengten in een niet-uniforme manier is. Voor overzicht van hoe het oog laser licht u ziet kan over naar Wikipedia springen en wat te lezen: http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_pointer
Ik raden iedereen aan het lezen van de bovenstaande link; name de risico's sectie. Bij het doen van een laser experimenteren, draag je laser bril die specifiek zijn voor het blokkeren van de golflengte (kleur) voor de specifieke laser. Als u in extreme lasers bent, overwegen kunt u professionele bril waarmee meerdere golflengten worden geblokkeerd. Als u anderen uitnodigen om te getuigen van uw laser experimenten of spelen, zorgen ervoor dat hebben ze bril, ook.
Nu, laten we overgaan tot wat we hier zijn voor - een discussie over Laser energie.
Part One - begrip van Laser energie & Power
De meest voorkomende terminologie voor de consument met betrekking tot de macht van de Laser is milliwatt, mW (juiste etiket mW maar vaak weergegeven als mw.) Gemeenschappelijke dollaropslag rode laser pointers zijn onder 5mW. Direct uit Wikipedia:
"In de VS, lasers zijn ingedeeld door de American National Standards Institute [3] en de Food and Drug Administration (FDA). Zichtbare laser pointers (400-700 nm) op minder dan 1 mW vermogen zijn klasse 2 of II en zichtbare laser pointers bedienen met 1 – 5 mW macht zijn klasse 3A- of categorie IIIa. Klasse 3B of IIIb lasers (bedrijfsresultaat tussen 5-500 mW) en klasse 4 of IV lasers (operationele boven 500 mW) kan niet worden legaal bevorderd als laser pointers. "
Laser energie verschilt van Laser Power. Als u absoluut een brandend verlangen om te weten van de specifieke kenmerken moet, lezen
http://www.MRL.Columbia.edu/NTM/Level1/ch03/HTML/l1c03s02.html
maar ik zal samenvatten om er rekening mee dat macht energie na verloop van tijd; Daarom is energie een tijdloze dimensie waarmee de optische kracht van de laserstraal ten opzichte van de lichtbundel straal. Soms hoor ik optische energie wordt bedoeld als licht intensiteit maar moet men voorzichtig zijn in het gebruik van deze terminologie: http://en.wikipedia.org/wiki/Gaussian_beam
Wat als u gewoon wilt branden iets!
De profs doen hun laser macht metingen met behulp van relatief dure Laser Power meter: deze start op het niveau van de "hobby" van ongeveer $100 en opgaan in de duizenden$ dollars voor lab kwaliteit instrumenten. In het algemeen, hoe duurder, hoe "closer" de meter is ontworpen om verslag vergelijkbaar met het National Institute of Standards and Technology (NIST). Vóór 1988 NIST heette het National Bureau of Standards, NBS. NIST bracht bijna een miljard dollar terug in 2009 "NIST" dingen doen en meer dan 2900 werknemers in dienst. Uw fiscale dollar op het werk. Maar het is belangrijk werk sinds zonder normen, hoe zou iemand weten wat Watts waren wat?
Er zijn twee brede methoden bepalen laser macht op de markt van redelijke dollar: een is de optische diode en anderzijds de thermozuil. Met de optische diode, de laserstraal veroorzaakt een stroom vloeien en de huidige beweegt een meter, of is versterkt of geconditioneerd en gemeten met elektronica. De fysica van het gebruik van een diode zijn goed begrepen en de nauwkeurigheid is eerlijk, maar het meest irritante probleem is dat dit soort detector worden "" aan de golflengte (kleur) van de laser aangepast moet. Dus, verwachten Tik van een schakelaar, voert u een menu, of doen andere handmatige moeite te informeren van de Laser Power Meter (LPM) dat u een Inferred laser, rode laser, groene laser, blauwe laser, enz gebruikt. De thermozuil is al ruim 100 jaar en is ook goed begrepen. In wezen, de laserstraal wordt geabsorbeerd door een zwarte doelstelling die deel van de thermozuil verwarmt, terwijl een ander deel wordt gehouden onverwarmd (koud of op kamer ambient - in wezen een stabiele temperatuur vast.) Een elektrische stroom wordt geproduceerd en gemeten door een meter of andere elektronica op een wijze vergelijkbaar met de manier waarop de huidige diode wordt gemeten en weergegeven.
Zit ziedaar andere zin? Ja, we kunt de laser een object boven kamertemperatuur te verwarmen en de stijging van de temperatuur opnemen. Die stijging van de temperatuur zal dan worden gerelateerd aan de kracht van de laser. Onthoud deze oude middelbare school physic en scheikunde lessen ontworpen om ons te leren over warm en koud water, soortelijke warmte, en hoe een calorimeter werkte? Een ander oude apparaat: http://en.wikipedia.org/wiki/Calorimeter
Als we met een uniforme object werken en we toegang tot een redelijk nauwkeurige thermometer en een laser-Energiemeter (LPM hebben) om te kalibreren onze uniforme object, kunnen we dan gebruik van de thermometer en een paar conversie grafieken of een beetje wiskunde en ontlenen de kracht van onze laser zonder meer het LPM. (De meeste hogescholen hebben LPM in de faculteit Technische Natuurkunde en sommige gecontroleerde toegang kan worden verleend aan de Gemeenschap door het afdelingshoofd. Sommige laser clubs hebben borrels waar een LPM wordt gebracht aan de vergadering met het oog op kalibratie of power rating onbekende lasers.) In feite, mochten we echt goed in de productie van onze doelstellingen van de uniforme laser om exact dezelfde specificaties telkens, konden dan we gewoon fotokopie van de grafieken of de formule stak op het Internet voor iedereen te gebruiken. Natuurlijk, zou uniform in dit verband in wezen betekenen "identieke", ten minste een paar procent.
Deel twee: Ik ben niet de eerste (om te proberen deze eenvoudige prestatie)
Terug publiceerde een paar jaar geleden, een collega laser liefhebber een artikel over Laserpointerforums op het bouwen van een goedkope zelfgemaakte LPM. Zijn idee was om sommige gemeenschappelijke aluminiumfolie van de keuken, sommige zwarte verf, en een goedkope handbediende onder $20 digitale IR thermometer en sommige zeer eenvoudige wiskunde te gebruiken. Wow... een heleboel forum lawaai volgde sinds onze goede experimentator was niet in staat of niet bereid om te onthullen de uitgebreide natuurkunde en wiskunde gebruikt voor het afleiden van de eenvoudige oplossing. Ik zal mijn opmerkingen van deze dappere pionier beëindigen en gewoon zeggen: "Rest in Peace..." Ik neem aan dat hij ging op om grote dingen te doen en net hield hen zichzelf daarna.
Als er een les te leren over forum, is het dat als je iets controversieel post, kunt u beter wel om het te bewijzen. ' nuff said.
Ik nam een andere aanpak, een aanpak vergelijkbaar met Edison en anderen die experimenteerde en experimenteerde en experimenteerde totdat zij hun experimenten begrepen. Ja, er zijn een heleboel "geëxperimenteerd" in die laatste zin, maar in wezen is dit hoe veel van de oude wetenschap werd uitgevoerd. Einstein en anderen deden hun experimenteren op formule niveau in plaats van in het lab. Persoonlijk, ik vind dat een beetje saai... Ik hou echt van mijn laboratorium, er is een soort vrede in mijn kleine vesting van eenzaamheid.
Deel drie - experimenteren, de zoektocht voor het maken van een laser target
Publiceerde ik een Instructable niet zo lang geleden over het maken van een thermograaf (logboekregistratie). Dit is een zeer nauwkeurige apparaat dat nauwkeurig tot 0,02 C graden is en is fabriek gekalibreerd. Deel kosten bedraagt minder dan $30.
Zie:
Nu, gewapend met dit gevoelige apparaat, heb ik uiteengezet te maken van een energiemeter laser. Ik nodig een doel en er zijn een aantal criteria waaraan moeten worden voldaan:
-Target moet eenvoudig te maken en te dupliceren en goedkoop ook!
-Target moet absorberen verschillende laser golflengten gedragen uniform - dat wil zeggen, als een zwart-lichaam-object
-Target moet gelijkmatig de opgenomen energie uitstoten (stralingsvermogen in de buurt van 1.0)
-Target moet stabiel zijn en herhaalde testen voor de productie van vergelijkbare resultaten
-Target moet minder dan 5mW aan thermisch stabiel ten minste 500mW (testen aan 750mW)
Ik heb geprobeerd de aluminiumfolie doel dat werd genoemd een paar jaar terug. Het maakte me gek; certifiably gek. Ik gebruikte hobby mes, schaar, een andere hobby mes met een nieuw mes, zelfs een echte rechte scheermesje te tevergeefs. Aluminiumfolie is vreemd spul... Ik ben benieuwd welke prachtige machine wordt gebruikt om dat spul soepel op een broodje? Net als een papieren routekaart, eens ontvouwd, het nooit gaat terug unwrinkled. Ik heb geprobeerd een blikje van zwarte Rust-Oleum(R) en ik probeerde plasti-kote(R) en beiden werkten niet zoals ik had gehoopt, maar de BBQ-verf uit plasti-kote(R) deed best en herhaalbare was maar het krijgen van een uniforme coating moeilijk was en houden de verf uit mezelf was het onmogelijk. Uiteindelijk vond ik een ander product die ik kon borstel op en gebruikt het voor het definitieve testproces dat ik gepubliceerd in de laserpointerforums en die ik hier zal herhalen. Ik gebruikte glas cover-slips ontworpen voor de dekking van glas Microscoop dia's voor het basis doel materiaal. De resultaten zijn fantastisch, naar mijn mening, en goedkoop.
Deel vier - rook Test
Er was wat rook op hoge laser powers met behulp van de BBQ-verf; Ik verwacht dat ik niet had laten het product genezen lang genoeg-als een kind, krijg ik angstig. De proefrit met mijn Arctic Laser en de aluminiumfolie bekleed met BBQ-verf ging over 500ºF voordat ik vernietigd de doelstelling; dat was niet mijn doel, hoewel het was soort van netjes... nadat ik nam de batterij uit de rookmelder. Analyse; de folie was gewoon te dun om voldoende massa thermisch stabiel met 750mW van zuiver optische energie uit mijn Snood Laser te zijn.
Verdere tests met het glas slips en carbon zwart lak coating leverde uitstekende resultaten en een meer gematigde temperatuurbereik van rond 225ºF voor de 750mW blauwe laser. Wow! Ik herhaalde het en het herhaald met de dezelfde lezingen. Ik gebruikte een echte LPM voor het testen van de macht en het was recht op op 750mW. Ik getest elk laser, eerst met het LPM, dan met de "logging" digitale thermometer, en opnieuw met het LPM ervoor te zorgen dat had ik niet teveel accu verbruikt en veroorzaakt een valse lezing.
Pkunst Five - resultaten
07-21-2011 update: Ik heb nieuwe afbeeldingen tonen de temperatuur stijgen en power meter metingen toegevoegd. Scripties tests werden uitgevoerd met behulp van een nieuw ontwerp van de doelgroep, dus doe niet direct vergelijken de resultaten van de "foto" met de resultaten in de grafiek hieronder - thermische stijging van de energie van de laser is gebaseerd op vele kenmerken: geleiding, convectie en straling. Met de nieuwe doelstellingen verhoogde ik de geleiding door het ontwerp om een lagere thermische-stijgtijd en uiteindelijk een lagere temperatuur. Ik was in staat om dit te doen vanwege de extreme nauwkeurigheid van de IR sensor gebruikt (0.02K graden). Opmerking dat de software in de PICAXE voor 'demping' redenen, de uitgang voor seriële tot 0.1K - beperkt echter de eindgebruiker kan deze software gemakkelijk wijzigen aangezien de broncode vrij beschikbaar is.
Referentie:
Voor dit artikel liep ik 7 tests met verschillende lasers.
Macht nm kleur gemeten mW (LPM)
5MW 650 Red 5
30mW 405 Violet 28
30mW 532 groen 39
50mW 532 groen 50
200mW 660 Red 197
200mW 808 IR 217
750mw 445 blauw 750
Aanbrengen van dit alles in Excel en grafieken, kreeg ik de resultaten die in de bijgevoegde afbeeldingen weergegeven. Ik liep de vergelijking met 3 voorwaarden, maar gebruikt het een doel van de "geijkte" test, ik kan nu gemakkelijk laser macht door gewoon het meten van de temperatuurstijging van het doel van zwart glas met mijn thermometer zeer nauwkeurige registratie controleren en kan ik dit voor een verscheidenheid van gemeenschappelijke laser golflengten wetende dat mijn resultaten nauwkeuriger zullen zijn. Plus heb ik alle resultaten opgeslagen in mijn PC voor later gebruik; Ik kan bijvoorbeeld altijd teruggaan en opnieuw testen van een specifieke laser als ik denk dat dat de diode is aangetast.
Opmerking:
Er zijn drie manieren dat de thermische energie is verdwenen: geleiding, convectie en straling. Omdat er onderdelen van convectie en geleiding zijn en omdat dit met concepten, dichtheid van de lucht (hoogte) en andere variabelen veranderen kunnen, is het belangrijk om te begrijpen dat de tests hebben sommige variabelen die in de natuur milieu en representatieve resultaten identieke omstandigheden aan de omstandigheden op de kalibratie vereisen. De grootste component van warmteafgifte in onze tests is echter de straling-component, zodat de redelijke nauwkeurigheid moet worden bereikt - geschikt voor hobby gebruik.
Voor uw veiligheid:
Gebruik geen glimmende materiaal rond laserstralen. Ik weet mijn afbeelding toont glanzend aluminiumfolie, maar ik droeg mijn laser bescherming eye slijtage en ik hebben sinds de voorste gedeelte om alle-zwarte herontworpen met geen reflecties.
Genieten,
-Ray
