LASER-H.E.A.T
(Wärme / Energie / Analyse / Temperatur)
21 Juli Update: neue Grafiken des eigentlichen Tests und Temperatur-Power Grundstücke hinzugefügt.
Einführung:
Ich schrieb einen Artikel für Laserpointerforums und die Kritiker waren freundlich zu mir, so dass ich dachte, ich würde den Artikel ein Weebit anders umschreiben und machen ein Instructable. Hier ist der original-Artikel, wenn jemand es lesen will: http://laserpointerforums.com/f42/h-e-t-light-coherent-64606.html
Ein Problem, dass Hobbyisten bestimmt die Kraft ihrer Laser. Irgendwann wollen wir nur wissen, ob wir bekamen, was wir bezahlt und manchmal wir haben zwei der gleichen und wollen wissen, welche der stärkste ist. Mit Lasern ist die hellste nicht immer die mächtigste da das Auge empfindlich auf unterschiedliche Wellenlängen in gewissem Sinne nicht gleichmäßig ist. Überblick, wie das Auge sieht Sie Laserlicht kann springen über Wikipedia und lesen: http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_pointer
Ich ermutige alle zu den obigen Link zu lesen; speziell der Abschnitt Gefahren. Bei jedem Laser zu experimentieren, tragen Sie Ihre Laser-Schutzbrillen, die speziell für die Wellenlänge (Farbe)-Sperrung für den speziellen Laser. Wenn Sie in extremen Laser sind, sollten Sie professionelle Schutzbrillen, die mehreren Wellenlängen zu blockieren. Wenn Sie andere einladen, um Ihre Laser-Experimente zu bezeugen oder spielen, sorgen dafür, dass haben sie Brillen, auch.
Jetzt gehen wir weiter, was wir hier für - eine Diskussion über die Laserenergie.
Teil 1 - Laser-Energie & Kraft zu verstehen
Die am häufigsten verwendete Terminologie für Verbraucher in Bezug auf Laserleistung ist Milliwatt, mW (richtige Etikette mW aber oft als Mw angezeigt.) Gemeinsamen Discounter rote Laser-Pointer sind unter 5 MW. Direkt aus Wikipedia:
"In den USA sind Laser von der American National Standards Institute [3] und Food and Drug Administration (FDA) klassifiziert. Sichtbare Laser-Pointer (400 – 700 nm) bei weniger als 1 mW Leistung sind Klasse 2 oder II und sichtbaren Laser-Pointer mit 1 – 5 mW Leistung sind Klasse 3A oder IIIa. Klasse 3 b oder IIIb Laser (zwischen 5-500 mW in Betrieb) und Klasse 4 oder IV Laser (über 500 mW) kann nicht als Laserpointer gesetzlich gefördert werden. "
Laser-Energie unterscheidet sich von der Laserleistung. Wenn Sie unbedingt einen brennenden Wunsch, die Besonderheiten kennen, lesen
http://www.MRL.Columbia.edu/NTM/Level1/ch03/HTML/l1c03s02.HTML
aber ich werde zusammenfassen, um zu beachten, dass Power Energie im Laufe der Zeit; Energie ist daher eine zeitlose Dimension entspricht der optischen Kraft des Laserstrahls im Verhältnis zu den Strahl-Radius. Manchmal höre ich optische Energie um als Intensität Strahlen verwiesen wird, aber muss man vorsichtig im Umgang mit dieser Terminologie: http://en.wikipedia.org/wiki/Gaussian_beam
Was passiert, wenn Sie nur etwas brennen möchten!
Die Profis tun ihre Laser-Leistungsmessungen mit relativ teure Laser-Leistungsmesser: diese Ebene der "Hobby" von etwa $100 beginnen und gehen bis in die tausend$ Dollar für Labor-Qualität-Instrumente. Im Allgemeinen ist desto teurer, desto "näher" das Messgerät Bericht ähnlich wie das National Institute of Standards and Technology (NIST) entwickelt. Vor 1988 hieß NIST National Bureau of Standards, NBS. NIST verbrachte fast 1 Milliarde Dollar im Jahr 2009 "NIST" Dinge tun, und beschäftigt mehr als 2900 Mitarbeiter. Ihre Steuergelder bei der Arbeit. Aber es ist wichtig, Arbeit seit ohne Standards, wie würde jemand wissen, was Watt waren was?
Es gibt zwei breite Methoden bestimmen Laserleistung auf dem günstigen Dollar-Markt: eine ist die optische Diode und die andere ist die Thermosäule. Mit der optischen Diode der Laserstrahl bewirkt, dass einen Strom fließen und der Strom bewegt sich einen Meter oder ist verstärkt oder konditioniert und mit Elektronik gemessen. Die Physik der Verwendung einer Diode sind gut verstanden und die Genauigkeit ist fair, aber das nervigste Problem ist, dass diese Art des Detektors auf die Wellenlänge (Farbe) des Lasers "angepasst" muss. So erwarten einen Schalter umlegen, geben ein Menü, oder einige andere manuellen Aufwand, Laser Power Meter (LPM) zu informieren, dass du eine abgeleitet Laser, roter Laser, grüner Laser, blaue Laser usw. verwendest zu tun. Die Thermosäule ist seit weit über 100 Jahren und ist auch gut verstanden. Im Wesentlichen wird der Laserstrahl durch ein schwarzes Ziel absorbiert, die Bestandteil der Thermosäule erwärmt, während ein anderer Teil unbeheizten gehalten wird (feste kalt oder im Zimmer ambient - im Wesentlichen eine stabile Temperatur.) Ein elektrischer Strom produziert und von einem Meter gemessen oder sonstige Elektronik in gewissem Sinne ähnlich wie die aktuellen Diode wird gemessen und angezeigt.
Gibt es eine andere Möglichkeit? Ja, können wir den Laser zum Heizen eines Objekts oberhalb der Raumtemperatur und Aufzeichnen des Temperaturanstiegs. Dieser Temperaturanstieg wird dann auf die Leistung des Lasers bezogen werden. Denken Sie daran, diese alten Gymnasium Physik und Chemie Klassen entwickelt, um uns über warmes und kaltes Wasser, spezifische Wärme, und wie funktioniert ein Kalorimeter Lehren? Ein weiteres altes Gerät: http://en.wikipedia.org/wiki/Calorimeter
Wenn wir mit einer einheitlichen Sache arbeiten und wir Zugriff auf eine hinreichend genaue Thermometer und einem Laser-Leistungsmesser (LPM haben), unsere einheitliche Objekt zu kalibrieren, können wir dann verwenden Sie das Thermometer und ein paar Umrechnungstabellen oder ein wenig Mathematik und leiten die Kraft unserer Laser ohne die LPM nicht mehr. (Die meisten Hochschulen haben LPM in der Physik-Abteilung und einige kontrollierter Zugang gewährt werden durch den Leiter der Abteilung für die Gemeinschaft. Einige Laser-Clubs haben Beisammensein wo ein LPM wird in der Sitzung zum Zweck der Kalibrierung gebracht oder Laser Leistung unbekannt.) In der Tat würden wir bei der Herstellung unserer einheitlichen Laser Ziele genau den gleichen Spezifikationen jedes Mal wirklich gut, könnte dann wir nur Fotokopie der Charts oder löschte die Formel im Internet für jedermann zu benutzen. Natürlich würde Uniform in diesem Zusammenhang im Wesentlichen "identisch", zumindest ein paar Prozent dar.
Teil 2: Ich bin nicht der erste (versuchen Sie diese einfache Leistung)
Zurück veröffentlichte vor ein paar Jahren ein anderen Laser-Enthusiasten einen Artikel über Laserpointerforums auf den Aufbau eine billige hausgemachte LPM. Seine Idee war, einige gemeinsame Aluminiumfolie aus der Küche, etwas schwarze Farbe und eine billige handheld unter $20 digitale IR-Thermometer und einige sehr einfache Mathematik zu verwenden. Wow... eine Menge Forum Lärm folgte, da unsere gute Experimentator war nicht imstande oder abgeneigt, die aufwendige Physik und Mathematik verwendet, um die einfache Lösung abzuleiten zu verbreiten. Ich werde am Ende meiner Kommentare von diesem mutigen Pionier und einfach sagen, "Ruhe in Frieden..." Ich nehme an, er fuhr fort, um große Dinge zu tun und hielt sie nur sich selbst danach.
Wenn es eine Lektion über Foren gelernt werden, ist es, wenn Sie etwas umstritten, Sie werden besser in der Lage, es zu beweisen. "nuff said.
Ich habe einen anderen Ansatz, ein Ansatz ähnlich wie Edison und andere, experimentiert und experimentierte und experimentierte, bis sie ihre Experimente verstanden. Ja, es gibt eine Menge "experimentiert" in diesem letzten Satz, aber im Wesentlichen darum, wie viel von der alten Wissenschaft durchgeführt wurde. Einstein und andere haben ihre experimentieren auf die Formel Ebene statt im Labor. Persönlich finde ich, dass etwas langweilig... Ich mag mein Labor, es ist eine Art von Frieden in meinem kleinen Festung der Einsamkeit.
Teil 3 - experimentieren, das Streben nach macht ein Laser-Ziel
Ich habe veröffentlicht ein Instructable vor nicht langer Zeit darum, einen Aufzeichnung (Logging) Thermometer. Dies ist eine hochgenaue Gerät, das genau auf 0,02 Grad C und ist werkseitig kalibriert. Teil kostet unter $30.
Siehe:
Nun, bewaffnet mit diesem sensiblen Gerät, habe ich dargelegt, erstelle ich einen Laser-Leistungsmesser. Ich brauchte ein Ziel und es gibt ein paar Kriterien, die erfüllt sein müssen:
-Ziel sollte es sein einfach zu erstellen und zu duplizieren und billig zu!
-Ziel muss verschiedene Laser, die Wellenlängen gleichmäßig - das heißt, wie eine Black-Body-Objekt handeln aufnehmen
-Ziel sollte die absorbierte Energie gleichmäßig emittieren (Emissionsgrad nahe 1,0)
-Ziel sollte stabil sein und wiederholten Tests, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen
-Das Ziel sollte sein von weniger als 5 MW, thermisch stabil zumindest 500mW (Prüfung auf 750mW)
Ich habe versucht, das Aluminium-Folie-Ziel, das erwähnt wurde ein paar Jahre zurück. Es machte mich verrückt; nachweisbar verrückt. Ich habe ein anderes Hobby Messer, Schere, Hobby Messer mit einer neuen Klinge, sogar eine echte geraden Rasierklinge, ohne Erfolg. Alu-Folie ist seltsame Sachen... Ich frage mich, was für wunderbare Maschine verwendet wird, um das Zeug reibungslos auf eine Rolle? Wie eine Papier-Straßenkarte glattes einmal entfaltet, es nie geht zurück. Ich habe versucht, eine Dose schwarze Rust-Oleum(R) und ich versuchte plasti-kote(R) und beide funktionierte nicht wie ich gehofft hatte, aber die BBQ-Farbe vom plasti-kote(R) am besten und es wiederholbare war aber eine gleichmäßige Beschichtung schwierig war und halten die Farbe ab mich unmöglich war. Schließlich fand ich ein anderes Produkt ich könnte Pinsel auf und verwendet es für die Endprüfung, dass ich in der Laserpointerforums veröffentlicht, die ich hier nicht wiederholen wird. Ich benutzte Glas Deckel-rutscht zum abdecken von Glas-Objektträger für die base Target-Material entwickelt. Die Ergebnisse sind fantastisch, meiner Meinung nach, und billig.
Teil IV: Feuerprobe
Es gab etwas Rauch auf hohe Laserleistungen mit BBQ-Farbe; Ich erwarte, dass ich hatte nicht das Produkt lange genug-wie ein kleines Kind heilen lassen, ich werde unruhig. Der Testlauf mit meinem Arktis-Laser und die Aluminium-Folie, beschichtet mit BBQ Farbe ging über 500ºF, bevor ich das Ziel zerstört; Das war nicht mein Ziel, obwohl es irgendwie nett war... Nachdem ich den Akku aus der Rauchmelder habe. Analyse; die Folie war einfach zu dünn, um genügend Masse, um mit 750mW rein optische Energie aus meinen Wicked Laser thermisch stabil sein müssen.
Nachfolgende Tests mit dem Glas rutscht und Ruß-Lack Beschichtung ergab sehr gute Ergebnisse und eine gemäßigtere Temperaturbereich von um 225ºF für den 750mW blauen Laser. Wow! Ich wiederholte es und mit der gleichen Lesungen wiederholt. Früher habe ich eine echte LPM um die Macht zu testen und es lag direkt am 750mW. Getestet habe ich jeder Laser, zuerst mit dem LPM, dann mit "logging" digitales Thermometer, und wieder mit dem LPM um sicherzustellen, dass ich nicht zu viel Batteriestrom verbraucht und verursacht eine falsche Lesung.
PKunst Five - Ergebnisse
21.07.2011-Update: Ich habe neue Grafiken zeigt die Temperatur steigen und Power Meter Messungen hinzugefügt. Thesen erfolgten unter Verwendung ein neuen Ziel-Design, also tun Sie bitte nicht direkt vergleichen die ""-Bildergebnisse mit den Ergebnissen in der Tabelle unten - thermischen Aufstieg aus der Laserenergie beruht auf viele Merkmale: Konvektion, Wärmeleitung und Strahlung. Mit den neuen Zielen erhöhte ich die Wärmeleitung durch Design, eine geringere thermische Anstiegszeit und letztlich eine niedrigere Temperatur zu gewährleisten. Ich war in der Lage, dies aufgrund der extremen Genauigkeit des IR-Sensors verwendet (0.02K Grad) zu tun. Beachten Sie, dass aus "Dämpfung" Gründen die Software in die PICAXE den seriellen Ausgang bis 0,1 K schränkt - kann jedoch der Endbenutzer diese Software leicht ändern, da die Quelle frei verfügbar ist.
Referenz:
In diesem Artikel lief ich 7 Tests mit verschiedenen Lasern.
Macht nm Farbe gemessen mW (LPM)
5MW 650 rot 5
30mW 405 violett 28
30mW 532 grün 39
50MW 532 grün 50
200MW 660 rot 197
200MW 808 IR 217
750MW 445 blau 750
Setzen all dies in Excel und grafisch darzustellen, habe ich die Ergebnisse in den angehängten Bildern gezeigt. Ich lief die Gleichung 3 Bedingungen, aber mit einem "kalibriert" Test-Target, ich kann jetzt leicht überprüfen, Laserleistung durch einfach messen die Temperaturerhöhung des Ziels Schwarzglas mit meiner sehr genaue Protokollierung Thermometer und kann ich dies für eine Vielzahl von gemeinsamen Laserwellenlängen, wohl wissend, dass meine Ergebnisse richtig sind. Außerdem habe ich alle Ergebnisse in meinem PC zur späteren Verwendung gespeichert. zum Beispiel kann ich immer zurück und erneut einen speziellen Laser testen, wenn ich denke, dass die Diode degradiert worden.
Hinweis:
Es gibt drei Möglichkeiten, dass Wärmeenergie abgeführt werden kann: Konvektion, Wärmeleitung und Strahlung. Da gibt es Komponenten von Konvektion und Wärmeleitung und diese mit Entwürfen, die Dichte der Luft (Höhe) und anderen Variablen ändern können, ist es wichtig zu verstehen, dass die Tests haben einige Variablen, die Umwelt in der Natur sind und repräsentative Ergebnisse identische Bedingungen an die Bedingungen am Kalibrierung erfordern. Allerdings ist die größte Bestandteil der Wärmeabfuhr in unseren Tests den Strahlungsanteil so hinreichender Genauigkeit - für die Hobby-Nutzung erreicht werden soll.
Für Ihre Sicherheit:
Bitte verwenden Sie glänzenden Material rund um Laserstrahlen nicht. Ich weiß mein Bild zeigt glänzende Aluminium-Folie, aber ich trug mein Laser Schutz Auge zu tragen und ich haben seitdem gestaltet und im vorderen Bereich zu ganz in schwarz mit keine Reflexionen.
Genießen Sie,
-Ray
