लेसर सेन्सरचे तत्त्व आणि वापर

लेझर सेन्सर हे सेन्सर आहेत जे मोजण्यासाठी लेसर तंत्रज्ञान वापरतात. यात लेसर, लेसर डिटेक्टर आणि मापन सर्किट असते. लेझर सेन्सर हे एक नवीन प्रकारचे मोजण्याचे साधन आहे. त्याचे फायदे असे आहेत की ते संपर्क नसलेले लांब-अंतर मोजमाप, वेगवान गती, उच्च अचूकता, मोठी श्रेणी, मजबूत अँटी-लाइट आणि इलेक्ट्रिकल हस्तक्षेप क्षमता इ.
1960 च्या दशकात प्रकाश आणि लेझर लेझर ही सर्वात महत्त्वपूर्ण वैज्ञानिक आणि तांत्रिक उपलब्धी होती. हे झपाट्याने विकसित झाले आहे आणि राष्ट्रीय संरक्षण, उत्पादन, औषध आणि गैर-विद्युत मापन यासारख्या विविध पैलूंमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले गेले आहे. सामान्य प्रकाशाच्या विपरीत, लेसरद्वारे लेसर तयार करणे आवश्यक आहे. लेसरच्या कार्यरत पदार्थासाठी, सामान्य परिस्थितीत, बहुतेक अणू स्थिर निम्न ऊर्जा पातळी E1 मध्ये असतात. योग्य वारंवारतेच्या बाह्य प्रकाशाच्या कृती अंतर्गत, कमी उर्जा पातळीतील अणू फोटॉन ऊर्जा शोषून घेतात आणि उच्च ऊर्जा पातळी E2 वर संक्रमण करण्यास उत्साहित असतात. फोटॉन ऊर्जा E=E2-E1=hv, जेथे h प्लँकचा स्थिरांक आहे आणि v ही फोटॉन वारंवारता आहे. याउलट, वारंवारता v सह प्रकाशाच्या इंडक्शन अंतर्गत, ऊर्जा पातळी E2 वरील अणू ऊर्जा सोडण्यासाठी आणि प्रकाश उत्सर्जित करण्यासाठी कमी ऊर्जा स्तरावर संक्रमण करतात, ज्याला उत्तेजित रेडिएशन म्हणतात. लेसर प्रथम उच्च उर्जा पातळीमध्ये (म्हणजे लोकसंख्येच्या उलट वितरण) मध्ये कार्यरत पदार्थाचे अणू असामान्यपणे बनवते, ज्यामुळे उत्तेजित विकिरण प्रक्रिया प्रबळ होऊ शकते, ज्यामुळे वारंवारता v चा प्रेरित प्रकाश वाढविला जातो आणि त्यातून जाऊ शकतो. समांतर मिरर हिमस्खलन-प्रकारचे प्रवर्धन शक्तिशाली उत्तेजित किरणोत्सर्ग निर्माण करण्यासाठी तयार केले जाते, ज्याला लेसर म्हणून संबोधले जाते.

लेसरमध्ये 3 महत्वाचे गुणधर्म आहेत:
1. उच्च डायरेक्टिव्हिटी (म्हणजे, उच्च डायरेक्टिव्हिटी, प्रकाशाच्या वेगाचा लहान विचलन कोन), लेसर बीमची विस्तार श्रेणी काही किलोमीटरपासून काही सेंटीमीटर अंतरावर आहे;
2. उच्च मोनोक्रोमॅटिकिटी, लेसरची वारंवारता रुंदी सामान्य प्रकाशापेक्षा 10 पट जास्त आहे;
3. उच्च चमक, लेसर बीम अभिसरण वापरून अनेक दशलक्ष अंश कमाल तापमान व्युत्पन्न केले जाऊ शकते.

कार्यरत पदार्थानुसार लेझर 4 प्रकारांमध्ये विभागले जाऊ शकतात:
1. सॉलिड-स्टेट लेसर: त्याचा कार्यरत पदार्थ घन असतो. रुबी लेसर, निओडीमियम-डोपड य्ट्रियम अॅल्युमिनियम गार्नेट लेसर (म्हणजे YAG लेसर) आणि निओडीमियम ग्लास लेसर हे सामान्यतः वापरले जातात. त्यांची रचना साधारणतः सारखीच आहे आणि ते लहान, मजबूत आणि उच्च-शक्तीने वैशिष्ट्यीकृत आहेत. निओडीमियम-ग्लास लेसर सध्या सर्वाधिक पल्स आउटपुट पॉवर असलेली उपकरणे आहेत, जी दहापट मेगावॅटपर्यंत पोहोचतात.
2. गॅस लेसर: त्याचा कार्यरत पदार्थ गॅस आहे. आता विविध वायू अणू, आयन, धातूची वाफ, वायू रेणू लेसर आहेत. सामान्यतः कार्बन डायऑक्साइड लेसर, हेलियम निऑन लेसर आणि कार्बन मोनोऑक्साइड लेसर वापरले जातात, ज्यांचा आकार सामान्य डिस्चार्ज ट्यूब्ससारखा असतो आणि स्थिर उत्पादन, चांगली एकरंगीता आणि दीर्घ आयुष्य, परंतु कमी शक्ती आणि कमी रूपांतरण कार्यक्षमतेसह वैशिष्ट्यीकृत आहेत.
3. लिक्विड लेसर: हे चेलेट लेसर, इनऑरगॅनिक लिक्विड लेसर आणि ऑरगॅनिक डाई लेसर मध्ये विभागले जाऊ शकते, त्यापैकी सर्वात महत्वाचे म्हणजे ऑर्गेनिक डाई लेसर, त्याचे सर्वात मोठे वैशिष्ट्य म्हणजे तरंगलांबी सतत समायोजित करता येते.
4. सेमीकंडक्टर लेसर: हे तुलनेने तरुण लेसर आहे, आणि अधिक प्रौढ म्हणजे GaAs लेसर आहे. हे उच्च कार्यक्षमता, लहान आकार, हलके वजन आणि साधी रचना द्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहे आणि विमाने, युद्धनौका, टाक्या आणि पायदळ वाहून नेण्यासाठी योग्य आहे. रेंजफाइंडर आणि प्रेक्षणीय स्थळे बनवता येतात. तथापि, आउटपुट पॉवर लहान आहे, दिशात्मकता खराब आहे आणि सभोवतालच्या तापमानामुळे त्याचा मोठ्या प्रमाणावर परिणाम होतो.

लेसर सेन्सर ऍप्लिकेशन्स
उच्च डायरेक्टिव्हिटी, उच्च मोनोक्रोमॅटिकिटी आणि लेसरची उच्च चमक या वैशिष्ट्यांचा वापर करून संपर्क नसलेले लांब-अंतर मोजमाप लक्षात येऊ शकते. लांबी, अंतर, कंपन, गती आणि अभिमुखता यासारख्या भौतिक प्रमाणांचे मोजमाप तसेच वातावरणातील प्रदूषकांचे दोष शोधणे आणि निरीक्षण करण्यासाठी लेझर सेन्सर्सचा वापर केला जातो.
लेसर लांबी मोजमाप:
लांबीचे अचूक मापन हे अचूक यंत्रसामग्री उत्पादन उद्योग आणि ऑप्टिकल प्रक्रिया उद्योगातील प्रमुख तंत्रज्ञानांपैकी एक आहे. आधुनिक लांबीचे मापन मुख्यतः प्रकाश लहरींच्या हस्तक्षेपाच्या घटनेचा वापर करून केले जाते आणि त्याची अचूकता प्रामुख्याने प्रकाशाच्या एकरंगीपणावर अवलंबून असते. लेझर हा सर्वात आदर्श प्रकाश स्रोत आहे, जो भूतकाळातील सर्वोत्तम मोनोक्रोमॅटिक प्रकाश स्रोत (क्रिप्टन-86 दिवा) पेक्षा 100,000 पट अधिक शुद्ध आहे. म्हणून, लेसर लांबी मापन श्रेणी मोठी आहे आणि अचूकता जास्त आहे. ऑप्टिकल तत्त्वानुसार, मोनोक्रोमॅटिक प्रकाशाची कमाल मापनीय लांबी L, तरंगलांबी λ आणि वर्णक्रमीय रेषा रुंदी δ हे L=λ/δ आहे. क्रिप्टन-86 दिव्याने मोजता येणारी कमाल लांबी 38.5 सेमी आहे. लांब वस्तूंसाठी, ते विभागांमध्ये मोजले जाणे आवश्यक आहे, ज्यामुळे अचूकता कमी होते. हेलियम-निऑन गॅस लेसर वापरल्यास, ते दहापट किलोमीटरपर्यंत मोजू शकते. साधारणपणे काही मीटरच्या आत लांबी मोजा आणि त्याची अचूकता 0.1 मायक्रॉनपर्यंत पोहोचू शकते.
लेझर श्रेणी:
त्याचे तत्त्व रेडिओ रडारसारखेच आहे. लेसरचे लक्ष्य लक्ष्यावर ठेवल्यानंतर आणि प्रक्षेपित केल्यानंतर, त्याचा राउंड-ट्रिप वेळ मोजला जातो आणि नंतर राउंड-ट्रिप अंतर मिळविण्यासाठी प्रकाशाच्या गतीने गुणाकार केला जातो. लेसरमध्ये उच्च डायरेक्टिव्हिटी, उच्च मोनोक्रोमॅटिकिटी आणि उच्च शक्तीचे फायदे असल्यामुळे, हे लांब अंतर मोजण्यासाठी, लक्ष्याचे अभिमुखता निश्चित करण्यासाठी, रिसीव्हिंग सिस्टमचे सिग्नल-टू-आवाज गुणोत्तर सुधारण्यासाठी आणि मोजमाप अचूकता सुनिश्चित करण्यासाठी खूप महत्वाचे आहेत. . अधिकाधिक लक्ष वेधले गेले. लेसर रेंजफाइंडरच्या आधारे विकसित केलेले लिडर केवळ अंतर मोजू शकत नाही तर लक्ष्याचा दिगंश, वेग आणि प्रवेग देखील मोजू शकते. रडार, 500 ते 2000 किलोमीटरपर्यंत, त्रुटी फक्त काही मीटर आहे. सध्या, रुबी लेसर, निओडीमियम ग्लास लेसर, कार्बन डायऑक्साइड लेसर आणि गॅलियम आर्सेनाइड लेसर हे लेसर रेंजफाइंडर्ससाठी प्रकाश स्रोत म्हणून वापरले जातात.

लेझर कंपन मापन:
x
लेझर गती मापन:
ही डॉपलर तत्त्वावर आधारित लेसर वेग मापन पद्धत देखील आहे. लेसर डॉप्लर फ्लोमीटर (लेझर फ्लोमीटर पहा) अधिक वापरला जातो, जो वारा बोगद्याचा वायुप्रवाह वेग, रॉकेट इंधन प्रवाह वेग, विमान जेट वायुप्रवाह वेग, वायुमंडलीय वाऱ्याचा वेग आणि कणांचा आकार आणि रासायनिक अभिक्रियांमधील अभिसरण गती इत्यादी मोजू शकतो.