Датчики лазерного излучения - VISTAGRUP.RU

Датчики лазерного излучения

Лазерные датчики: что это такое, принцип работы, виды, для чего используются

Современные системы безопасности устанавливаются на жилых, коммерческих и промышленных объектах. Их задача – моментально выявить постороннюю активность и запустить определенный механизм реагирования – включение сигнализации, вызов охраны и т. д. Важным компонентом охранных систем стали лазерные датчики – высокоточные приборы, способные выявить движение и с высокой точностью определить размеры объекта. Они имеют небольшие габариты и потребляют минимум энергии, при этом обеспечивают надежную защиту от вторжения посторонних.

Принцип работы и особенности

Основу работы https://techtrends.ru/catalog/lazernye-datchiki/» target=»blank»>лазерного датчика составляет триангуляционный принцип – измерение расстояния до любого объекта с помощью треугольника. Приемник излучает лазерный луч с высокой параллельностью пучка – он попадает на поверхность и отражается от нее под определенным углом в зависимости от расстояния до объекта. Поверхность подавляющего большинства предметов шершавая – на ней имеется множество бугорков, поэтому луч отражается от этих неровностей и попадает в приемник. Исключение составляют только полностью зеркальные поверхности – они идеально гладкие, поэтому луч отражается обратно к излучателю в соответствии с физическими законами.

Отраженный от поверхности предмета луч попадает на приемник. Фотодиодная линия снабжена интегрированным микроконтроллером – он принимает и считывает информацию, и на основе луча определяет размеры объекта и его положение в пространстве. Полученные данные конвертируются в нужное значение выходного тока, в результате запускается определенный механизм срабатывания.

Фотодиодная линия приемника подавляет интерферирующие отражения лазерного луча, в результате данные измерения оказываются максимально точными. Датчик определяет расстояние до объекта, оценивает его размеры, и на базе полученной информации срабатывает установленный автоматический механизм. Он может запускать звуковую и световую сигнализацию, вызывать охрану к месту срабатывания и т.д.

Промышленные оптические дальномеры используют принцип измерения времени пролета луча. Они оценивают время от момента излучения до момента приема луча, и ввиду этого параметра определяется расстояние до предмета. Фазовые датчики способны работать на большом расстоянии, но по точности измерений они уступают триангуляционным.

Виды и характеристики лазерных датчиков

На любом охраняемом объекте устанавливается несколько датчиков на разных уровнях – они одновременно фиксируют перемещение постороннего объекта, что позволяет точно оценить его природу. Чтобы избежать ложных срабатываний, система не реагирует на кратковременное затемнение – лазер не сработает из-за падающего листа или другого мелкого объекта. При этом на серьезную угрозу датчик будет срабатывать мгновенно.

Охранные датчики могут устанавливаться на большом расстоянии друг от друга и от приемника. Точность измерения сохраняется на расстоянии до 200 метров, что позволяет с небольшими затратами обеспечить охрану всего периметра.

Наиболее распространенная разновидность – датчики фазового типа. Они способны оценивать не только расстояние до предмета, но и его форму и размеры. Это делает их особенно удобными при установке охранных сигнализаций. При выборе такого оборудования необходимо обращать внимание на следующие параметры работы:

  1. Измерительный диапазон. Чем он больше, тем более эффективным окажется датчик, однако и стоимость такого оборудования будет выше.
  2. Точность измерений. Благодаря точности определения угла отражения микроконтроллером, датчик способен до сантиметра оценить расстояние до предмета.
  3. Формат выходного сигнала, который микроконтроллер отправляет для дальнейшего реагирования.
  4. Диапазон рабочей температуры. Датчики можно подобрать для установки в помещениях и на открытом воздухе.
  5. Габаритные размеры. Система безопасности должна быть эффективной, но максимально незаметной.

Датчики принято делить на несколько видов в зависимости от цели использования. Выделяют датчики перемещения для определения постороннего проникновения, датчики расстояния, смещения и т.д. Все они работают по общим принципам.

Где используются лазерные датчики

Лазерные датчики перемещения и расстояния широко востребованы в автоматизированных охранных системах. Лучи могут проходить в коридорах, на территории, в проходных зонах, дверных проемах и не только. Как только система зафиксирует пересечение лазерного луча, микроконтроллер определит размеры объекта и расстояние до него, при выявлении угрозы он отправит сигнал на пульт охраны и запустит сигнализацию. Высокая точность измерений позволяет уменьшить число охранников – периметр будет постоянно под контролем, и даже небольшой объект не сможет остаться незамеченным.

Однако лазерные датчики востребованы не только в охранной сфере. Возможность точно измерить расстояние бесконтактным способом используется во многих промышленных и иных отраслях:

  1. Деревообработка и металлообработка. С помощью лазерных датчиков на станках контролируется линия отреза заготовок – это позволяет идеально обрабатывать детали и не допускать отклонений от чертежа.
  2. Строительство. Измерения с помощью датчиков точно показывают расстояние от одной точки до другой, что необходимо при проектировании и переносе проекта на местность.
  3. Различные отрасли производства. Лазерные датчики определяют положение предметов на конвейерной ленте, оценивают наполненность различных емкостей и выполняют многие другие функции.
  4. Определение габаритов предметов в различных целях. Лазер позволяет на расстоянии оценить длину, ширину, высоту, толщину объекта с точностью до миллиметра.

При выборе датчика для определенного варианта использования необходимо учитывать особенности его эксплуатации, температурный диапазон, дальность расстояния и другие параметры. Такое оборудование выпускается десятками производителей.

Плюсы и минусы применения лазерных датчиков

Лазерные датчики получили широкое распространение благодаря нескольким важным преимуществам:

  1. Большая дальность срабатывания. В зависимости от типа, прибор может определять расстояние в сотни метров.
  2. Удобство юстировки. Оно обусловлено тем, что световое пятно от лазера хорошо заметно.
  3. Защита от засвечивания. Лазерный луч имеет узкий монохромный спектр, что исключает ложное срабатывание микроконтроллера. Приемник будет реагировать только на попадание лазера определенного цвета.
  4. Защита от помех. Датчик работает в импульсном режиме, поэтому не подвержен воздействиям внешней среды.

Лучевые датчики способны точно определять расстояние до объекта, мгновенно реагировать на вторжение в охраняемую зону, при этом они работают совершенно бесшумно и потребляют небольшое количество энергии. Любой объект получит эффективную постоянную защиту, и даже попадание небольшого предмета в охраняемую зону будет зафиксировано. Такие датчики отличаются надежностью и долговечностью благодаря простоте конструкции.

Минусом можно назвать достаточно высокую стоимость такой системы контроля доступа. Датчики необходимо устанавливать на разных уровнях, чтобы нельзя было обойти луч и избежать контакта. Чем крупнее объект, тем большие расходы потребуются на обеспечение его безопасности. Однако все расходы будут оправданы защитой от вторжения посторонних. Современное оснащение позволяет установить надежный круглосуточный контроль над каждым помещением даже при минимальном количестве охранного персонала.

Высококачественные https://techtrends.ru/catalog/lazernye-datchiki/» target=»blank»>лазерные датчики Omron по привлекательным ценам всегда можно подобрать в нашем интернет-магазине — самостоятельно, или обратившись к нашим специалистам.

  • Роботизация производственных линий
  • Роботехническая лаборатория
  • Системы технического зрения
  • Обязательная маркировка товаров
  • Автоматизация производства
  • Модернизация производства
  • Комплексная поставка оборудования
  • Программирование промышленных контроллеров
  • Сборка электрощитов управления
  • Диагностика и ремонт оборудования
  • Пищевая промышленность
  • Упаковка и маркировка
  • Обрабатывающая промышленность
  • Техническая консультация специалистов
  • Предпроектный анализ объекта управления
  • Составление технического задания
  • Разработка проекта
  • Заказ и поставка оборудования
  • Тестирование оборудования
  • Разработка проектной документации
  • Монтаж и пусконаладка АСУ на объекте
  • Обучение персонала заказчика
  • Гарантийное и послегарантийное обслуживание
  • Ремонт вышедшего из строя оборудования
  • Срочный ремонт и замена оборудования
  • Пищевая промышленность
  • Упаковка и маркировка
  • Деревообработка
  • Обрабатывающая промышленность
  • OMRON
  • Schneider Electric
  • SICK
  • EATON
  • YASKAWA
  • Delta
  • SIEMENS
  • ABB
  • Bussmann
  • Обучение
  • Статьи
  • О нас
  • Наши клиенты
  • Отзывы
  • Сертификаты
  • Контакты
  1. Любая информация, переданная Сторонами друг другу при пользовании ресурсами Сайта (http://www.techtrends.ru), является конфиденциальной информацией.
  2. Пользователь дает разрешение Администрации Сайта на сбор, обработку и хранение своих личных персональных данных, а также на рассылку текстовой и графической информации рекламного характера.
  3. Стороны обязуются соблюдать данное соглашение, регламентирующее правоотношения связанные с установлением, изменением и прекращением режима конфиденциальности в отношении личной информации Сторон и не разглашать конфиденциальную информацию третьим лицам.
  4. Администрация Сайта собирает два вида информации о Пользователе:

— персональную информацию, которую Пользователь сознательно раскрыл Администрации Сайта в целях пользования ресурсами Сайта;
— техническую информацию, автоматически собираемую программным обеспечением Сайта во время его посещения.

Танковые системы регистрации лазерного излучения

Помеховое воздействие на системы наведения управляемого вооружения впервые появилось в оснащении танков в 80-е годы и получили наименование комплекса оптико-электронного противодействия (КОЭП). В авангарде стояли израильская ARPAM, советская «Штора» и польская (!) «Bobravka». Техника первого поколения регистрировала одиночный лазерный импульс как признак дальнометрирования, а вот серию импульсов воспринимала уже как работу целеуказателя для наведения полуактивной головки самонаведения атакующей ракеты. В качестве сенсоров применяли кремниевые фотодиоды со спектральным диапазоном 0,6-1,1 мкм, причем селекция была настроена на выделение импульсов короче 200 мкс. Подобная аппаратура был относительно проста и дешева, поэтому получила широкое применение в мировой танковой технике. Наиболее совершенные образцы, RL1 от компании TRT и R111 от Marconi, имели дополнительный ночной канал регистрации непрерывного инфракрасного излучения вражеских активных приборов ночного видения. От такого хайтека со временем отказались – было много ложных срабатываний, а также сказалось появление пассивного ночного видения и тепловизоров. Пытались инженеры сделать всеракурсные системы обнаружения лазерной подсветки – фирма Fotona предложила единый прибор LIRD с приемным сектором в 360 0 по азимуту.

Аналогичную технику разработали в конторах Marconi и Goodrich Corporation под наименованиями, соответственно, Type 453 и AN/VVR-3. Эта схема не прижилась по причине неизбежного попадания выступающих частей танка в приемный сектор аппаратуры, что приводили либо к появлению «слепых» зон, либо к переотражению луча и искажению сигнала. Поэтому сенсоры просто разместили по периметру бронетехники, тем самым обеспечив круговой обзор. Такую схему воплотили в серии английская HELIO с комплектом сенсорных головок LWD-2, израильтяне с LWS-2 в системе ARPAM, советские инженеры с ТШУ-1-11 и ТШУ-1-1 в знаменитой «Шторе» и шведы из Saab Electronic Defence Systems c сенсорами LWS300 в активной защите LEDS-100.

Читайте также  Датчик движения для включения света как подключить?

Общими чертами обозначенной техники является приемный сектор каждой из головок в диапазоне от 45 0 до 90 0 по азимуту и 3 0 …60 0 по углу места. Такая конфигурация обзора объясняется тактическими приемами использования противотанкового управляемого оружия. Удар можно ожидать либо с наземных объектов, либо с летающей техники, которая с опаской относится к прикрывающей танки ПВО. Поэтому ударные самолеты и вертолеты обычно подсвечивают танки с малых высот в секторе 0…20 0 по углу места с последующим запуском ракеты. Конструкторы учли возможные колебания корпуса бронированной машины и сектор обзора сенсоров по углу места стал несколько больше угла воздушной атаки. Почему не поставить сенсор с большим углом обзора? Дело в том, что сверху по танку работают лазеры неконтактных взрывателей артиллерийских снарядов и мин, которым, по большому счету, помехи ставить поздно и бесполезно. Проблему также составляет Солнце, излучение которого способно засветить приемное устройство со всеми вытекающими последствиями. Современные дальномеры и целеуказатели, в большинстве своем, использую лазеры длиной волны 1,06 и 1,54 мкм – именно под такие параметры и заточена чувствительность приемных головок систем регистрации.

Следующим шагом развития аппаратуры стало расширение его функционала до способности определить не только сам факт облучения, но и направление на источник лазерного излучения. Системы первого поколения могли лишь приблизительно указать на вражеский подсвет – все из-за ограниченного количества сенсоров с широким сектором обзора по азимуту. Для более точного позиционирования противника пришлось бы обвешивать танк несколькими десятками фотоприемных устройств. Поэтому на сцену вышли матричные сенсоры, как например, фотодиод ФД-246 прибора ТШУ-1-11 системы «Штора-1». Фоточувствительное поле данного фотоприемника разделено на 12 секторов в форме полос, на которые проецируется лазерное излучение, прошедшее через цилиндрическую линзу. Если упрощенно, то сектор фотоприемника, зафиксировавший наиболее интенсивную подсветку лазером, будет определять направление на источника излучения. Чуть позже появился германиевый лазерный сенсор ФД-246АМ, предназначенный для определения лазера со спектральным диапазоном 1,6 мкм. Такая техника позволяет добиться достаточно высокого разрешения в 2. 3 0 в пределах просматриваемого приемной головкой сектора до 90 0 . Существует и другой способ определения направления на источник лазера. Для этого производится совместная обработка сигналов с нескольких сенсоров, входные зрачки которых расположены под углом. Угловая координата находится из соотношения сигналов этих приемников лазерного излучения.

Требования к разрешающей способности аппаратуры регистрации лазерного излучения зависят от назначения комплексов. Если необходимо точно навести силовой лазерный излучатель для создания помех (китайский JD-3 на танке «Объект 99» и американский комплекс Stingray), то разрешение требуется порядка одной-двух угловых минут. Менее строго к разрешению (до 3…4 0 ) подходят в системах, когда необходимо развернуть орудие на направление лазерного подсвета – это реализовано в КОЭП «Штора», «Varta», LEDS-100. И уже совсем низкое разрешение допустимо для постановки дымовых завес перед сектором предполагаемого пуска ракеты – до 20 0 (польская Bobravka и английская Cerberus). На данный момент регистрация лазерного излучения стал обязательным требованием ко всем КОЭП, используемых на танках, но управляемое вооружение перешло на качественно другой принцип наведения, что поставило перед инженерами новые вопросы.

Система телеориентирования ракеты по лазерному лучи стала очень распространенным «бонусом» противотанкового управляемого оружия. Разработали её в СССР в 60-е годы и реализовали на целом ряде противотанковых комплексов: «Бастион», «Шексна», «Свирь», «Рефлекс» и «Корнет», а также в стане потенциального противника – MAPATS от Rafael, Trigat концерна MBDA, LNGWE фирмы Denel Dynamics, а также Stugna, ALTA от украинского «Артем». Луч лазера в данном случае выдает командный сигнал в хвост ракеты, точнее, в бортовое фотоприемное устройство. И делает это чрезвычайно хитро – лазерный кодированный луч являет собой непрерывную последовательность импульсов с частотами килогерцового диапазона. Чувствуете, о чем идет речь? Каждый импульс лазера, попадающий на приемное окно КОЭП, ниже их порогового уровня реакции. То есть все системы оказались слепыми перед командно-лучевой системой наведения боеприпасов. Масла в огонь подлили с панкратической системой излучателя, в соответствии с которой ширина лазерного луча соответствует картинной плоскости фотоприемника ракеты, а по мере удаления боеприпаса угол расходимости луча вообще уменьшается! То есть в современных ПТУРах лазер вообще может не попасть на танк – он будет фокусироваться исключительно на хвосте летящей ракеты. Это, естественно, стало вызовом – в настоящее время ведутся интенсивные работы по созданию приемной головки с повышенной чувствительностью, способной определять сложный командно-лучевой сигнал лазера.

Таким должны стать лазерная помеховая станция BRILLIANT (Beamrider Laser Localization Imaging and Neutralization Tracker), разрабатываемая в Канаде институтом DRDS Valcartier, а также наработки Marconi и BAE Systema Avionics. Но уже есть и серийные образцы – универсальные индикаторы 300Mg и AN/VVR3 оснащены отдельным каналом определения командно-лучевых систем. Правда, это пока только заверения разработчиков.

Настоящую опасность несет программа модернизации танков Abrams SEP и SEP2, в соответствии с которыми бронемашины оснащают тепловизионным прицелом GPS, в котором дальномер имеет лазер на углекислом газе с «инфракрасной» длиной волны 10,6 мкм. То есть на данный момент абсолютно большинство танков в мире не способны будут распознать облучения дальномером этого танка, так как они «заточены» под длину волны лазера в 1,06 и 1,54 мкм. А в США модернизировали уже более 2 тыс. своих Abrams таким образом. Скоро и целеуказатели перейдут на углекислотный лазер! Неожиданно отличились поляки, поставив на свой PT-91 приемную головку SSC-1 Obra от фирмы PCO, способную различать лазерное излучение в диапазоне 0,6…11 мкм. Всем остальным сейчас снова придется возвращать на броню инфракрасные фотоприемники (как это ранее делали Marconi и Goodrich Corporation) на основе тройных соединений кадмия, ртути и теллура, способные распознавать лазеры инфракрасного диапазона. Для этого будут сооружены системы их электрические охлаждения, а в будущем, возможно, все инфракрасные каналы КОЭП переведут на неохлаждаемые микроболометры. И это все при сохранении кругового обзора, а также традиционных каналов для лазеров с длиной волны в 1,06 и 1,54 мкм. В любом случае инженеры от оборонной промышленности сидеть сложа руки не будут.

Высокоскоростное измерение лазерного излучения высокой мощности

Б. Ньюманн, С. Райт Artifex Engineering, Германия

* Статья опубликована в журнале Фотоника № 1 / 69 / 2018

ФУНКЦИОНАЛЬНОСТЬ ОПРЕДЕЛЯЮТ ДАТЧИКИ

Измерение оптической мощности лазерного излучения основано на использовании датчиков, преобразующих оптическую мощность в измеряемое напряжение или силу тока. Физические принципы, заложенные в основу работы датчика, определяют функциональность всего измерительного устройства. Для измерения мощности лазерного излучения используют два типа стандартных датчиков:

Тип датчика Физические принципы Описание
Фотодиод Электронно-дырочная генерация Генерация неравновесных электронно-дырочных пар происходит вследствие поглощения фотонов в полупроводниковом материале. Внешняя электрическая цепь, подключенная к устройству, обеспечивает циркуляцию тока неравновесных носителей заряда в системе. Величина тока пропорциональна поглощенной оптической мощности.
Термопара Эффект Зеебека Устройство, изготовленное с использованием двух различных металлов, соединенных между собой в двух отдельных точках. Вследствие разности температур между этими точками возникает напряжение. Такое устройство называется «термопара».

СЕНСОРЫ НА ОСНОВЕ ТЕРМОПАРЫ

Термоэлемент представляет собой датчик, состоящий из массива термопар. Отдельные термопары соединены термически параллельно, но в электрической цепи они представляют собой последовательное соединение. Такое соединение имеет важное практическое значение для повышения чувствительности измерительного устройства, так как чувствительность (V/°C) одной термопары крайне низкая.


Рис.1. Детекторы лазерной мощности: a) – термопары; b) – термоэлементы

Поверхность детектора покрыта черным абсорбирующим материалом. Назначением такого покрытия является максимальное поглощение мощности падающего лазерного излучения, независимо от его длины волны.
С учетом этих фактов становится очевидным, что конструкция термопары имеет следующие характеристики:

  • Термопары имеют низкую чувствительность к световому излучению.
  • Термопары должны быть изолированы от внешних источников тепла, которые вносят ошибку в результаты измерений. Типичными внешними источниками тепла могут быть: циркулирующий воздух от приборов, охлаждаемых вентилятором, или даже рука оператора, положенная к головке датчика. Это ограничивает до нескольких милливатт нижний диапазон измеряемой мощности. С другой стороны, термопары являются идеальным инструментом для измерения высокой мощности, если поверхность датчика не повреждена, а тепло может быть отведено посредством воздушного или водяного охлаждения.
  • Материал абсорбента является определяющим фактором для точности измерений оптической мощности. Однако следует помнить, что с течением времени покрытие стирается, что ведет к необходимости повторной калибровки.
  • Термопары очень медленно реагируют на измерения, основанные на изменении теплового потока. Среднее время отклика варьируется от одной до нескольких секунд.

СЕНСОРЫ НА ОСНОВЕ ФОТОДИОДОВ

Фотодиод представляет собой полупроводниковое устройство, конструкция которого подразумевает наличие двух электродов (анода и катода), между которыми возникает градиент электрического потенциала. Каждый электрод через тонкие провода соединен с двумя выходными контактами. Поскольку эта конструкция чувствительна к механическим воздействиям, то устройство заключено в металлический корпус с защитным прозрачным окном, через которое может проникать излучение.

Читайте также  Датчики пожарной сигнализации дымовые противопожарные


Рис. 2. Принцип работы фотодиода [2] Рис. 3. Схема фотодиода [3]

Рассмотрим функциональные свойства фотодиода, связанные c особенностями его конструкции:

Фотодиод обладает высокой чувствительностью к возбуждающему излучению, поскольку происходит прямое преобразование падающих фотонов в электроны. Обычно квантовая эффективность фотодиодов может быть близкой к 100%. Это позволяет измерять низкую мощность светового потока вплоть до фемтосекундного диапазона. Сверху диапазон измеряемых величин мощности ограничен несколькими милливаттами, выше которых фотодиод переходит в режим насыщения, и генерируемый ток уже перестает расти пропорционально энергетическому световому потоку.

Приемная чувствительная площадка сенсора выполнена из полупроводникового материала. Кремний – материал, который чаще всего используется для регистрации излучения видимого диапазона, так как он имеет низкую себестоимость. Однако Ge и InGaAs, столь необходимые для создания фотодиодов для ближней ИК-области, в противоположность Si являются дорогостоящими. Также датчики сильно ограничены по своим размерам.

Так как приемная поверхность датчика плоская, то устройство представляет собой в некоторой степени зеркало. Полупроводниковые материалы имеют высокий показатель преломления, что приводит к частичному отражению входящего светового потока. Это вносит затруднения в точность измерений.

Защитное окно действует как фильтр: в зависимости от угла и положения падающего луча относительно чувствительной площадки фотодиод может проявлять разную интегральную чувствительность [3].
Может показаться, что фотодиод не подходит для измерений высокомощных лазерных источников, так как площадь сечения высокомощного лазерного пучка превышает чувствительную площадку детектора, и диапазон измерений детектора ограничен значением величины мощности в несколько милливатт. Поэтому многие пользователи идут на компромисс и просто используют термоэлектрические датчики.
Но как поступить, если для работы одновременно требуются высокое разрешение, широкий динамический диапазон и высокая скоростью вывода данных?

ИНТЕГРИРУЮЩИЕ СФЕРЫ

Интегрирующая сфера – это измерительное средство, лишенное недостатков фотодиодов и термоэлементов, о которых сказано выше. Это пассивное метрологическое средство измерений, содержащее полый шар с отверстиями («порты»), которые позволяют лазерному излучению проникать внутрь него и легко его покидать.


Рис. 4. Принцип работы интегрирующей сферы

Внутренняя поверхность шара имеет покрытие, обладающее высоким коэффициентом отражения в измеряемом диапазоне длин волн. Внутри сферы происходит равномерное распределение падающего лазерного излучения по всей поверхности сферы с помощью многочисленных сильно рассеивающих отражателей.

Полые сферы, изготовленные из специального полимера, подходят для измерений в диапазоне длин волн от 250 нм до 2,5 мкм. Алюминиевые сферы, покрытые сульфатом бария (BaSO4), несколько дешевле аналогов, но со временем покрытие приобретает желтую окраску, и следовательно, сферы становятся непригодными для высокоточных измерений мощности лазера. Для измерения мощности излучения в диапазоне длин волн 700 нм – 20 мкм используют сферы с шероховатой металлической поверхностью, покрытой золотом. В этот спектральный диапазон попадает излучение, генерируемое многими типами лазе-ров высокой мощности. Поэтому твердая медь или алюминий подходят в качестве хорошего материала теплопроводящей подложки интегрирующих сфер.


Рис.5. Комбинация сферы с фотодиодом и оптоволоконным портом

В боковую стенку интегрирующей сферы встроен фотодиод. Он регистрирует только часть лазерной мощности, попадающей в сферу. При этом характеристики падающего на датчик света отличаются от характеристик того излучения, которое падает на сферу:

Плотность мощности излучения получается полностью однородной.

Излучение не поляризовано, даже если входное излучение поляризовано.

Входная мощность сильно ослабляется.

Мы видим, что комбинация интегрирующей сферы и фотодиода позволяет спроектировать лазерный датчик мощности, обладающий преимуществами и фотодиода, и интегрирующей сферы. Подобный датчик может реагировать так же быстро, как фотодиод, и проводить измерения в широком диапазоне значений мощности, как интегрирующая сфера. Меняя размер интегрирующей сферы, можно изменять общую чувствительность системы. Кроме того, чувствительность детектора теперь не зависит от неоднородности плотности мощности и от поляризации излучения, генерируемого лазером. Детектор также не зависит от взаимного расположения падающего луча и поверхности приемной чувствительной площадки детектора, а также от угла падения на нее лазерного излучения.

Интегрирующую сферу можно использовать для измерений пучков с сечениями относительно больших диаметров, поскольку размер приемной площадки фотодиода в этом случае не будет проявлять себя как ограничивающий фактор. Плотность мощности излучения, попадающего на внутреннюю стенку сферы, также значительно меньше той, что попадает на поглощающий термоэлемент. Причина в том, что общая площадь внутренней поверхности сферы, по меньшей мере, в 20 раз больше площади входной апертуры. Таким образом, материал стенки может выдерживать более высокую плотность мощности, и со временем это качество существенно не изменяется.
В боковой части сферы дополнительно могут быть расположены иные измерительные порты, что дает преимущества иного рода. Например, волоконно-оптический порт может использоваться для одновременного измерения спектрального состава излучения лазера.

ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

В качестве примера использования интегрирующей сферы для измерений рассмотрим практику измерений флуктуаций мощности дискового лазера мощностью 5 кВт. Данный твердотельный лазер используется для обработки материалов. Измерительное устройство представляет собой интегрирующую сферу – медный шар диаметром 200 мм с золотым покрытием и с водяным охлаждением. Поскольку при таких высоких уровнях мощности происходит нагрев интегрирующей сферы, фотодиод требуется установить вне сферы – изменение температуры самого фотодиода может привести к снижению точности измерений мощности. Сфера была оснащена оптоволоконным портом SMA типа, который подключается к соответствующему порту измерителя мощности. Полная система (сфера-волокно-фотодиод) была предварительно откалибрована как единая измерительная установка измерения мощности. Счетчик мощности питается от USB и контролируется. Этим ограничивается число кабелей, используемых в измерениях (один USB-кабель и две линии подачи воды).

Рис.6-7. Установка интегрирующей сферы и измерителя мощности внутри кабины обработки
Рис. 8. Рабочая измерительная установка (вид через смотровое окно).
Обратите внимание на пирографическую камеру, показывающую температуру поверхности сферы (42 °C)

При использовании измерительной установки было обнаружено, что мощность лазера обладает высокой стабильностью, вплоть до величин 2500Вт. Однако когда мощность излучения возрастает до 5000Вт, наблюдалась долговременная флуктуация около 1,5%.

Рис.9. Результаты измерений мощности при Р = 2,5 кВт и Р = 5 кВт

Кроме того, в выходной мощности присутствуют колебания амплитуды, они составляют около 0,7%. Обращаем внимание, что эти более быстрые флуктуации зависят от временного масштаба, который не может быть измерен с помощью термоэлемента.

Рис.10. Расширенное представление результатов (см. рис. 9) измерения мощности при 5 кВт

ВЫВОДЫ
Интегрирующая сфера в сочетании с фотодиодом представляет собой практически идеальный датчик для измерения лазерной мощности. При работе с высокомощными лазерами эта комбинация позволяет обнаружить колебания рабочих параметров, которые для термоэлектриче-ского детектора незаметны вследствие слишком длительного временного отклика. С помощью подобной системы можно обнаружить колебания во время работы непрерывных лазерных источни-ков, переходные процессы и флуктуации мощности при запуске лазера, а также кратковременные падения мощности во время работы.
Кроме того, поскольку измерение практически не зависит от величины расходимости пучка, интегрирующие сферы могут использоваться для таких лазерных измерений, как пропускание и отражение на преломляющих и рассеивающих объектах. Например, интегрирующую сферу можно использовать для измерения передачи лазерно-свариваемых пластиковых материалов для определения оптимальных рабочих параметров сварочного лазера.

Детекторы лазерного излучения в Москве

  • Радар-детекторы автомобильные
  • Детекторы валют
  • Радиодетали и электронные компоненты
  • Детекторы проводки, труб и конструкций
  • Прочие измерительные инструменты
  • Строительные нивелиры и лазерные уровни
  • Прижимные устройства для деревообрабатывающих станков
  • Аксессуары для нивелиров и лазерных уровней

Детектор зеленого лазерного луча DEWALT DE0892G-XJ

Лазерный нивелир ACDC LN-12GR (12 лучей) Свет лазера — зеленый

Лазерный нивелир ACDC LN-3GR (3 луча) Свет лазера — зеленый

Детектор красного лазерного луча DEWALT DE0892-XJ

Детектор красного лазерного луча DEWALT DE0892-XJ

Optex LAC-1 детектор лазерного излучения

Детектор красного лазерного луча DEWALT DE0892-XJ

Лазерный нивелир ACDC LN-5GR (5 лучей) Свет лазера — зеленый

Детектор лазерного луча DeWALT DE0892G-XJ

Детектор ADA instruments LR-60 (А00478)

Детектор зеленого лазерного луча Dewalt DE0892G

Детектор красного лазерного луча DeWalt DE 0892

Детектор зеленого лазерного луча DEWALT DE0892G-XJ

Детектор DEWALT DE 0892 красного лазерного луча

Лазерный уровень FLUKE 180LR

Радар-детектор Inspector Spirit Air

Детектор лазерного луча DeWALT DE0892-XJ

Детектор зеленого лазерного луча DeWalt DE 0892 G

Детектор зеленого лазерного луча DEWALT DE0892G

Приемник лазерного луча Leica Rod-Eye 140

Приемник лазерного луча Leica RVL100

Приемник лазерного луча ADA LR-60 GREEN

Детектор ионизирующего излучения BR-6b

Лазерный уровень RGK LP-62

Детектор BOSCH LR 6 (0601069H00)

Лазерный уровень самовыравнивающийся RGK UL-44W Black

Детектор лазерный DeWalt DE 0772-XJ

Профессиональный Лазерный уровень (нивелир) 4D 16 линий оранжевый

Приемник лазерного луча Leica Rod-Eye 160

Приемник лазерного излучения Bosch LR1 601015400

Детектор Condtrol 2-17-199

Детектор для лазерного уровня Kapro 894-04G

Лазерный уровень RGK LP-62G

Детектор электромагнитного излучения, модель Gm3120, Espada

Детектор Espada GM3120

Приемник излучения RGK LD-9

Лазер с лучом «Точка» LD-G650A03

Лазерный уровень RGK PR-3G

Лазерная указка аккумуляторная, луч красный, дальность луча 2 км, 1200 мА 3.7 V, 100 mV

Приемник универсальный для уровней Fukuda FD-12

Лазерный уровень RGK PR-38G

Читайте также  Установка датчиков движения для освещения в подъезде

Портативный детектор Mbox IRD110, «антистокс»

Лазерный уровень RGK PR-38R

FUBAG Отражатель лазерный (приемник) Laser detector

Детектор-отражатель FUBAG Laser detector [31647]

Топаз-4002 — 9-канальный лазерный источник оптического излучения

Приемник лазерных лучей для зеленых ротационных лазеров Laserliner SensoLite 110 G Set

Лазерный датчик своими руками: конструкция, инструкция по сборке

Для эффективной защиты имущества, находящегося в доме или квартире придумано и реализовано много разных систем безопасности. В основном, наиболее часто устанавливаются различного рода сигнализации, поддерживающие широкий спектр различных датчиков – это позволяет максимально эффективно контролировать все происходящее на объекте. Одним из устройств, которыми комплектуются современные системы охраны, является лазерный датчик движения, который способен уловить малейшее перемещение в охраняемой зоне. Отличительной особенностью таких устройств является не только их высокая чувствительность к перемещениям, а также и то, что лазерный датчик своими руками сделать достаточно просто. И, что главное, для этого не потребуются какие-либо дорогостоящие детали.

Область применения

Учитывая высокую эффективность детектирования движения с помощью такого типа датчиков, они устанавливаются на следующих объектах:

  • в финансовых компаниях и банковских учреждениях;
  • в офисных помещениях;
  • в коттеджах;
  • в квартирах.

Учитывая большую стоимость сигнализации на основе лазерных датчиков их «заводские версии» применяют в первых двух случаях. Для частных коттеджей и квартир лазерный детектор движения можно сделать и собственноручно.

Принцип работы

Функционирование лазерного датчика основано на использовании излучателя и приемника лазерного луча. Первый из них генерирует световой поток, который попадает на установленный напротив излучателя фотоэлемент.

Когда на фотоприемник луч лазера не попадает, его сопротивление очень большое, а при облучении световым лучом начинает формироваться поток фотоэлектронов, что приводит к увеличению проводимости и уменьшению электросопротивления фотоэлемента.

Пока чувствительный элемент облучается лучом, электрическая схема сигнализации является замкнутой и контакты релейной системы, управляющей внешними устройствами, остаются в исходном положении. Как только луч прерывается, происходит резкое увеличение сопротивления фотоэлемента – это обеспечивает размыкание электрической цепи и переключение релейной системы, что приводит к срабатыванию внешних исполнительных механизмов.

Принцип функционирования одинаков, что в «заводских» лазерных датчиках, что в тех, которые были созданы своими руками.

Конструкция

Для того чтобы самостоятельно сделать датчик движения на основе применения лазерного излучения потребуются базовые знания электроники, умение паять и недорогой набор комплектующих. Чтобы создать лазерный датчик в домашних условиях потребуется следующий набор:

  • лазерный излучатель;
  • фотоприемник;
  • релейный узел;
  • блок питания излучателя;
  • монтажные детали;
  • проводники;
  • набор для пайки;
  • набор инструментария.

В качестве излучателя можно выбрать лазерную указку, брелок, лазер, входящий в состав детских игрушек. Роль детектора излучения может эффективно выполнять обычный фоторезистор, сопротивление которого меняется при его облучении световым лучом. Наличие релейного механизма позволит управлять работой внешних устройств в момент, когда срабатывает датчик.

Создание датчика на основе указки является наиболее простой схемой, которую каждый в силах реализовать своими руками.

Инструкция по сбору лазерного датчика

Лазерный датчик движения состоит из двух основных элементов – излучателя и приемника генерируемого луча света. В роли излучателя, как уже говорилось выше, будет использована обычная лазерная указка. Поскольку она питается от нескольких батареек с небольшой емкостью, то изначально следует переработать ее систему питания. Чтобы получить требуемый номинал напряжения можно использовать низковольтный блок с включением его через реостат или после модернизации его функциональной части посредством установки дополнительного регулирующего резистора на выходе. Применение такого типа системы питания позволит получать непрерывный луч, генерирование которого будет происходить до тех пор, пока будет напряжение в сети, к которой подключен блок питания.

Приемник излучения будет построен на основе фоторезистора, который меняет свое сопротивления при попадании на него светового излучения. Чтобы он не реагировал на солнечный свет, который будет присутствовать в месте установки, его следует поместить в достаточно глубокий тубус темного цвета. Это исключит попадание внешнего освещения и ложных срабатываний сигнализации, в составе которой будет работать созданный своими руками лазерный детектор.

Чтобы датчик работал корректно, важно чтобы его излучатель и приемная часть располагались строго на одной оси. Это будет гарантировать, что лазерный луч будет попадать по центру фоторезистора, обеспечивая четкое срабатывание сигнализации в момент его перекрытия.

При установке датчика в состав охранной сигнализации к нему подключается релейная система. Она обеспечивает управление работой внешних исполнительных устройств в момент перекрытия. Через реле также подключается и система питания датчика. Это сделано для того, чтобы после включения сигнализации, когда сработал лазерный датчик, она не отключилась в тот момент, когда луч снова попадет на фотоэлемент. Благодаря этой схеме при единократном прерывании лазерного луча сигнализация будет работать постоянно, пока ее не отключат со специальной кнопки.

Заключение

Собрать датчик движения на основе лазера является достаточно простой задачей. Для реализации такого проекта достаточно небольших финансовых вложений, которые позволят на выходе получить элемент сигнализации, которая в «заводском» исполнении стоит достаточно больших денег. По функциональности самодельный лазерный датчик практически не уступает тому, который сделан в производственных условиях. Отличием самодельного датчика является возможность его простой модернизации. Меняя мощность лазера, и используя отражатели в виде зеркал, можно формировать лазерные ловушки, которые будут покрывать всю площадь охраняемого объекта.

Датчики лазерного излучения

  • Аксессуары
  • Блоки питания для ПЛК и датчиков
  • Датчики и преобразователи давления промышленные
  • Датчики линейных перемещений и расстояний
  • Датчики оптические для специальных задач
  • Датчики положения
  • Датчики, реле потока воздуха и промышленных газов
  • Датчики, реле потока жидкости
  • Датчики температуры промышленные
  • Датчики ускорения — акселерометры
  • Датчики угла наклона — инклинометры
  • Датчики угловых перемещений, энкодеры, потенциометры
  • Датчики щелевые
  • Индикаторы, преобразователи и регуляторы
  • Мониторинг и диагностика
  • Расходомеры жидкости
  • Расходомеры сжатого воздуха и промышленных газов
  • Сигнализаторы уровня жидкости и сыпучих веществ
  • Сканеры штрих-кодов промышленные
  • RFID компоненты
  • Уровнемеры
  • Сигнальное оборудование
  • Безопасность на производстве
  • Промышленные интерфейсы
  • Системы освещения на производстве
  • Бесконтактные системы передачи данных
  • Аксессуары
  • Блоки питания для ПЛК и датчиков
  • Датчики и преобразователи давления промышленные
  • Датчики линейных перемещений и расстояний
  • Датчики — преобразователи линейных перемещений
  • Датчики расстояния индуктивные
  • Датчики расстояния лазерные
  • Датчики расстояния ультразвуковые
  • Линейные энкодеры
  • Потенциометрические датчики линейных перемещений
  • Тросиковые датчики линейных перемещений
  • Все
  • Balluff
  • Banner Engineering
  • Datalogic
  • IFM Electronic
  • Leuze electronic
  • Pepperl+Fuchs
  • SICK

Каталог промышленных оптических датчиков расстояния — лазерных дальномеров Balluff, Banner, IFM Electronic, Leuze Electronic, Pepperl+Fuchs, SICK с аналоговыми выходами 4-20 мА, 0-10 В или цифровыми интерфейсами на различные диапазоны измерения. Бесконтактное измерение расстояние — постоянно возникающая задача в современном производстве, решить ее помогут лазерные датчики расстояния, представленые в данном разделе каталога.

Диапазон измерения: 0,05. 8 м. Источник излучения: лазер (класс 1), красный. Световое пятно: 7х7 мм. Разрешение: 3 мм. Точность: 30 мм. Время измерения: 3,5. 50 мс. Выходной сигнал: 4. 20 мA/0. 10 В + 2xPNP/NPN NO/NC. Интерфейс: IO-Link. Температурный диапазон эксплуатации: -40. +50 °C. Питание: 18. 30 V DC. Подключение: кабель 0,2 м с разъемом M12 5 pin.

Диапазон измерения: 0,2. 10 м (подавление заднего фона до 19 м) . Источник излучения: лазер (класс 2), красный. Световое пятно: 15х15 мм. Точность на максимальном расстоянии: ± 47,0 мм. Частота измерений: 1-50 Гц. Выходной сигнал: 4. 20 мA/0. 10 В + PNP NO/NC. Интерфейс: IO-Link. Температурный диапазон эксплуатации: -10. +60 °C. Питание: 18. 30 V DC. Подключение: разъем М12 5 pin.

Диапазон измерения: 1. 75 m (подавление заднего фона до 150 м) с отражателем E21159. Источник излучения: лазер (класс 2), красный. Световое пятно : 150х150 мм. Точность на максимальном расстоянии: ± 63,0 мм. Частота измерений: 1-33 Гц. Выходной сигнал: 4. 20 мA/0. 10 В + PNP NO/NC. Температурный диапазон эксплуатации: -10. +60 °C. Питание: 18. 30 V DC. Подключение: разъем М12 4 pin.

Диапазон измерения: 0,2. 10 м (подавление заднего фона до 100 м). Источник излучения: лазер (класс 2), красный. Световое пятно : 15х15 мм. Точность на максимальном расстоянии: ± 65,0 мм. Частота измерений: 1-33 Гц. Выходной сигнал: 4. 20 мA/0. 10 В + PNP NO/NC. Интерфейс: IO-Link. Температурный диапазон эксплуатации: -10. +60 °C. Питание: 18. 30 V DC. Подключение: разъем М12 5 pin.

Диапазон измерения: 0,3. 6 м (подавление заднего фона до 100 м). Источник излучения: лазер (класс 1), красный. Световое пятно : 8х8 мм. Точность на максимальном расстоянии: ± 165,0 мм. Частота измерений: 1-33 Гц. Выходной сигнал: 4. 20 мA/0. 10 В + PNP NO/NC. Температурный диапазон эксплуатации: -10. +60 °C. Питание: 18. 30 V DC. Подключение: разъем М12 4 pin.

Диапазон измерения: 0,2. 10 м (подавление заднего фона до 100 м). Источник излучения: лазер (класс 2), красный. Световое пятно : 15х15 мм. Точность на максимальном расстоянии: ± 65,0 мм. Частота переключений: 5 Гц. Выходной сигнал: PNP NO/NC. Температурный диапазон эксплуатации: -10. +60 °C. Питание: 18. 30 V DC. Подключение: разъем М12 4 pin.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: