LASER H.E.A.T.
LASER H.E.A.T.
(Värme / energi / analys / temperatur)
21 juli uppdatera: lagt till nya bilder av verkliga tester och temperatur-power tomter.
Inledning:
Jag skrev en artikel för laserpointerforums och kritikerna var snäll mot mig, så jag tänkte jag skulle skriva om artikeln en weebit annorlunda och göra en Instructable. Här är den ursprungliga artikeln om någon vill läsa den: http://laserpointerforums.com/f42/h-e-t-light-coherent-64606.html
Ett problem som amatörer möter bestämmer kraften i deras laser(s). Någon gång vill vi bara veta om vi fick vad vi betalat för och ibland vi har två av samma och vill veta vilken är den mest kraftfulla. Med laser är den ljusaste inte alltid den mest kraftfulla eftersom ögat är känsligt för olika våglängder på ett ojämnt sätt. För granskning av hur ögat ser laser ljus du kan hoppa över till Wikipedia och göra lite läsning: http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_pointer
Jag rekommenderar alla att läsa länken ovan; särskilt avsnittet risker. När du gör någon laser experimentera, bära din laser glasögon som är specifika för våglängd (färg) blockering för särskilda laser. Om du är i extrem lasrar, kan du överväga professionell glasögon som blockerar flera våglängder. Om du bjuder in andra att bevittna din laser experiment eller spela, se till att har de glasögon, alltför.
Nu, låt oss gå vidare till vad vi är här för - en diskussion om Laser energi.
Del ett - förstå Laser energi & Power
Den vanligaste terminologin för konsumenterna när det gäller Laser Power är milliwatt, mW (korrekt etikett mW men ofta visat som mw.) Gemensamma dollar-store Röd laserpekare är under 5mW. Direkt från Wikipedia:
"I USA, lasrar är klassificerade av American National Standards Institute [3] och Food and Drug Administration (FDA). Synlig laserpekare (400-700 nm) på mindre än 1 mW power är klass 2 eller II synlig laserpekare med 1 – 5 mW power är klass 3A eller IIIa. Klass 3B eller IIIb laser (drift mellan 5 och 500 mW) och klass 4 eller IV lasrar (verksamma över 500 mW) lagligt kan inte främjas som laserpekare. "
Laser energi skiljer sig från Laser Power. Om du har absolut en brinnande önskan att veta detaljerna, läsa
http://www.MRL.Columbia.edu/NTM/Level1/ch03/HTML/l1c03s02.html
men jag kommer att sammanfatta för att notera att makt är energi över tiden; Energi är därför en tidlös dimension som representerar den optiska kraften av laserstrålen i förhållande till beam radien. Ibland hör jag optisk energi att vara som avses som helljus intensitet men man måste vara försiktig i användningen av denna terminologi: http://en.wikipedia.org/wiki/Gaussian_beam
Vad händer om du bara vill bränna något!
Proffsen gör deras laser power mätningar med hjälp av relativt dyra lasereffektmätare: dessa börjar på "hobby" nivå på omkring $100 och gå upp i de tusen$ dollar för lab kvalitet instrument. I allmänhet den dyrare, ju "närmare" mätaren är konstruerad för att rapporten liknar National Institute of Standards and Technology (NIST). Före 1988 kallades NIST National Bureau of Standards, NBS. NIST tillbringade nästan en miljard dollar tillbaka i 2009 "NIST" saker som tillsammans sysselsätter mer än 2900 anställda. Dina skattepengar på jobbet. Men det är ett viktigt arbete sedan utan normer, hur skulle någon veta vad watt var vad?
Det finns två breda metoder för att bestämma lasereffekten i rimlig dollar marketplace: en är optiska dioden och den andra är thermopile. Med optisk dioden, laserstrålen orsakar en ström att flyta och nuvarande rör sig en meter, eller är förstärks eller luftkonditionerade och mätt med elektronik. Fysiken i använder en diod är väl förstådda och noggrannhet är rättvist men problemet mest irriterande är att denna typ av detektor måste "justeras" till laser våglängd (färg). Så räkna med att en Vippomkopplare, ange en meny, eller göra några andra manuellt arbete att informera Laser Power Meter (LPM) att du använder en Inferred laser, röd laser, grön laser, blå laser, etc. Thermopile har funnits i över 100 år och är också väl förstådd. I huvudsak absorberas laserstrålen av ett svart mål som värmer del av thermopile medan en annan del är ouppvärmd (fast kallt eller på room ambient - i huvudsak en stabil temperatur.) En elektrisk ström produceras och mäts med en mätare eller annan elektronik på ett sätt som liknar sättet dioden nuvarande mäts och visas.
Finns det ett annat sätt? Ja, kan vi använda lasern värma ett objekt ovanför rumstemperatur och registrera temperaturstegringen. Att temperaturhöjningen kommer sedan relateras till kraften i lasern. Kom ihåg de gamla gymnasiet fysik och kemi klasser för att lära oss om varmt och kallt vatten, specifik värme och hur en kalorimeter fungerade? En annan gammal enhet: http://en.wikipedia.org/wiki/Calorimeter
Om vi arbetar med ett enhetligt objekt och vi har tillgång till en någorlunda korrekt termometer och en laser kraftmätare (LPM) att kalibrera våra enhetliga objekt, kan vi sedan använda termometern och några konvertering diagram eller lite matematik och härleda kraften i våra laser utan att behöva LPM längre. (De flesta högskolor har LPM i Fysikum och vissa kontrollerad tillgång beviljas till gemenskapen av prefekten. Vissa laser klubbar har sammankomster där en LPM hämtas till mötet för kalibrering eller power rating okänd lasrar.) I själva verket om vi riktigt bra på att tillverka våra enhetliga laser mål till exakt samma specifikationer varje gång, kunde då vi bara fotokopia kartlägger eller lägga formeln ut på Internet för alla att använda. Uniform i detta sammanhang skulle i huvudsak utgör naturligtvis "identiska", åtminstone till ett par procent.
Del 2: Jag är inte först (att prova denna enkla feat)
Tillbaka publicerade några år sedan en kollega laser entusiast en artikel om Laserpointerforums på att bygga en billig hemmagjord LPM. Hans idé var att använda vissa vanliga aluminiumfolie från köket, lite svart färg och en billig handhållen under $20 digital IR termometer och några mycket enkel matematik. Wow... en massa forum buller följde sedan våra bra försöksledaren var oförmögen eller ovillig att avslöja utarbeta fysik och matematik används för att härleda den enkla lösningen. Jag kommer att avsluta mina kommentarer för detta modiga banbrytare och bara säga, "Vila i frid..." Jag antar att han fortsatte för att göra bra saker och bara höll dem för sig själv efteråt.
Om det finns en läxa att lära om forum, är det om du lägger något kontroversiellt, du bättre ska kunna bevisa det. ' nuff said.
Jag tog en annan strategi, en strategi som Edison och andra som experimenterat och experimenterade och experimenterade tills de förstod sina experiment. Ja, det finns massor av "experimenterade" i den sista meningen, men i huvudsak detta är hur mycket av den gamla vetenskapen genomfördes. Einstein och andra gjorde sina experimentera på formeln nivå i stället för i labbet. Personligen tycker jag att något tråkigt... Jag gillar verkligen min laboratorium, det finns en typ av fred i min lilla fästningen av ensamhet.
Del tre - experimentera, strävan efter att göra en laser target
Jag publicerade en Instructable inte så länge sedan om att göra en termograf (loggning). Detta är en mycket exakt enhet som stämmer till 0,02 C grader och fabriken kalibreras. Delen kostar under $30.
Se:
Nu, beväpnade med denna känsliga enhet, I anges för att skapa en laser kraftmätare. Jag behövde ett mål och det finns några kriterier som måste uppfyllas:
-Målet bör vara enkla att skapa och kopiera och billigt också!
-Målet måste absorbera olika laser våglängder jämnt - det vill säga agera som en svart-body-objekt
-Målet bör avge den absorberade energin jämnt (emissivitet nära 1.0)
-Målet bör vara stabil och tillåter upprepade tester för att ge liknande resultat
-Målet bör vara termiskt stabil från mindre än 5mW till minst 500mW (testa att 750mW)
Jag försökte det aluminiumfolie mål som nämndes för några år sedan. Det gjorde mig galen; certifiably galen. Jag använde sax, hobbykniv, en annan hobbykniv med ett nytt blad, även ett verkligt raka kanter rakblad allt till ingen nytta. Aluminiumfolie är konstiga grejer... Jag undrar vilken fantastisk maskin för att sätta sånt smidigt en rulle? Som en väg karta, när ovikt, det aldrig går tillbaka utan skrynklor. Jag försökte en burk med svart Rust-Oleum(R) och jag försökte plasti-kote(R) och de båda fungerade inte som jag hade hoppats, men BBQ färgen från plasti-kote(R) gjorde bäst och det var repeterbara men att få en enhetlig beläggning var svårt och hålla färgen bort mig själv var omöjligt. Så småningom hittade jag en annan produkt som jag kunde borsta på och använt det för slutlig testning att jag publicerat i laserpointerforums och som jag upprepar här. Jag använde glas täckglas utformad för att täcka glas objektglas för basmål material. Resultaten är fantastiska, enligt min mening, och billigt.
Del fyra - rök Test
Det fanns lite rök på hög laser befogenheter med BBQ paint; Jag förväntar mig att jag inte hade låta produkten bota länge nog-som ett barn, jag får ångest. Provkörning med min Arctic Laser och aluminiumfolie överdragen med BBQ färg gick över 500ºF innan jag förstörde målet; som inte var mitt mål, även om det var typ av snygg... efter att jag tog ut batteriet ur brandvarnaren. Analys; folien var helt enkelt för tunn för att ha tillräcklig massa för att termiskt stabil med 750mW av ren optisk energi från min Wicked Laser.
Följande provande med glas följesedlar och kimrök lack beläggning gav bra resultat och en mer moderat temperaturområdet runt 225ºF för 750mW blå lasern. Wow! Jag upprepade det och upprepade det med den samma behandlingen. Jag använde en riktig LPM för att testa kraften och det var rätt på på 750mW. Jag testade varje laser, först med LPM, sedan med den "logging" digital termometern, och igen med LPM att se till att jag inte hade konsumeras för mycket batteri och orsakade en falsk behandling.
Part fem - resultat
07-21-2011 uppdatering: Jag har lagt ny grafik visar temperaturen stiga och power meter mätningar. Avhandlingar tester gjordes utnyttja en ny mål design, så snälla gör inte direkt jämför "bild" resultaten med resultat i diagrammet nedan - termisk stiga från laser energi baseras på många kännetecken: konvektion, ledning och strålning. Med de nya målen ökade jag överledning av design för att säkerställa en lägre termisk stigtiden och slutligen en lägre temperatur. Jag kunde göra detta på grund av den extrema noggrannheten av IR-sensorn används (0.02K grader). Observera att programvaran i PICAXE "dämpning" skäl begränsar seriell utgång till 0.1K - slutanvändaren kan dock ändra denna programvara enkelt eftersom källan är fritt tillgängliga.
Referens:
Den här artikeln sprang jag 7 tester med olika lasrar.
Power nm färg mäts mW (LPM)
5mW 650 röd 5
30mW 405 Violet 28
30mW 532 grön 39
50mW 532 grön 50
200mW 660 röd 197
200mW 808 IR 217
750MW 445 blå 750
Lägger allt detta i Excel och diagram, fick jag resultat visas i de bifogade bilderna. Jag sprang ekvationen ut till 3 termer, men använder en "kalibrerat" test mål, jag kan nu enkelt kontrollera lasereffekt genom att helt enkelt mäta temperaturhöjningen av svart glas målet med min mycket exakt loggning termometer och jag kan göra detta för en mängd olika gemensamma laser våglängder att veta att mina resultat kommer att vara exakt. Plus att jag har alla resultat sparas i min dator för senare användning. till exempel kan jag alltid gå tillbaka och testa igen en specifik laser om jag tror att dioden har försämrats.
Obs:
Det finns tre sätt att värmeenergi skingras: konvektion, ledning och strålning. Eftersom det finns delar av konvektion och ledning och eftersom dessa kan förändras med utkast, lufttätheten (höjd) och andra variabler, är det viktigt att förstå att testerna har vissa variabler som är miljöfaktorer i naturen och representativa resultat kräver identiska förhållanden till förhållandena på kalibrering. Men är den största delen av värmeavledning i våra tester komponenten för strålning, så rimlig noggrannhet bör uppnås - lämpliga för hobby bruk.
För din säkerhet:
Vänligen använd inte blanka material runt laserstrålar. Jag vet att min bild visar blanka aluminiumfolie, men jag hade på mig min laser skydd öga slitage och jag har sedan dess omgjorda främre området för att vara helt svart med några reflektioner.
Njuta av,
-Ray