Źródło lasera
Długość fali i koherencja decydują o jakości sygnału, charakterystyce efektu speckle oraz użytecznym zakresie pomiarowym. Dlatego lasery HeNe i SWIR sprawdzają się na różnych powierzchniach.
5 min czytaniaLaserowa wibrometria Dopplera – Technika
Źródła laserowe do precyzyjnych pomiarów drgań
Wprowadzenie do świata laserów i wibrometrów
Rodzaj źródła laserowego odgrywa kluczową rolę w precyzyjnych, bezkontaktowych pomiarach drgań, zwłaszcza przy projektowaniu nowoczesnych wibrometrów laserowo-dopplerowskich (LDV) przeznaczonych do różnych zastosowań. Poniżej omówimy bliżej dwa rodzaje źródeł laserowych oraz ich zastosowania w wibrometrii.
Laser helowo-neonowy (HeNe): klasyka wibrometrii
Helowo-neonowe źródła laserowe (źródła laserowe HeNe) od wielu lat stosuje się w konwencjonalnych wibrometrach laserowo-dopplerowskich. Dzięki swoim unikalnym właściwościom są one przydatnym narzędziem do bezkontaktowego pomiaru drgań. Ze względu na wyjątkowe właściwości i wszechstronność laser helowo-neonowy jest nieodzownym narzędziem w wibrometrii. Ten laser gazowy zawiera mieszaninę helu i neonu oraz emituje światło czerwone o długości fali 632,8 nm.
Komercyjne lasery HeNe są stosunkowo niewielkimi urządzeniami, w których długość rezonatora wynosi zwykle od 15 do 50 cm, a czasami nawet około 1 metra, aby uzyskać najwyższą moc. Ich optyczna moc wyjściowa mieści się w zakresie od 0.5 do 50 mW. Dokładna długość fali czerwonych laserów He-Ne w próżni wynosi 632.991 nm, natomiast w powietrzu, wskutek załamania, około 632.816 nm.
Wiązka emitowana przez lasery HeNe jest widoczna dla ludzkiego oka i można ją ustawić bez dodatkowych przyrządów. Jej stosunkowo krótka długość fali umożliwia precyzyjne skupienie wiązki laserowej na bardzo małym punkcie pomiarowym, dzięki czemu laser HeNe szczególnie dobrze nadaje się do pomiaru mikrostruktur i drobnych detali.
Wibrometry z laserami HeNe są powszechnie stosowane, gdy obiekt pomiarowy rozprasza wstecznie wystarczająco silny sygnał, powierzchnia pomiarowa ma dostateczny współczynnik odbicia lub pomiary mają być prowadzone przez wodę, ponieważ światło o długości fali 633 nm przenika przez nią niemal bez przeszkód.
Laser na podczerwień: wszechstronne rozwiązanie
Optomet wykorzystuje najnowszą i najbardziej zaawansowaną technologię laserową krótkofalowej podczerwieni (SWIR), aby zapewnić najwyższą jakość sygnału w wymagających zadaniach pomiarowych.
Zastosowany laser SWIR emituje niewidzialne światło o długości fali 1.550 nm i mocy wyjściowej do 10 mW. Odpowiada to dziesięciokrotnie większej mocy wyjściowej niż w przypadku lasera HeNe. W połączeniu z fotodetektorami o sprawności przekraczającej 98 % zapewnia to o 20 dB wyższy stosunek sygnału do szumu (SNR) w porównaniu z konwencjonalnymi wibrometrami HeNe-LDV.
Pomimo większej mocy laser SWIR spełnia wymagania najwyższej klasy bezpieczeństwa laserowego 1 zgodnie z normą EN 60825-1 i tym samym jest bezpieczny dla oczu. Ciecz wewnątrz oka pochłania promieniowanie podczerwone, chroniąc w ten sposób oko. Niewidzialna wiązka pomiarowa jest pozycjonowana za pomocą współosiowego zielonego lasera pilotującego (długość fali: ok. 532 nm). Moc lasera pilotującego jest ograniczona do 1 mW, co odpowiada klasie bezpieczeństwa laserowego 2 zgodnie z normą EN 60825-1. Dlatego wibrometry Optomet-SWIR jako kompletne systemy są zawsze klasyfikowane w klasie bezpieczeństwa laserowego 2.
Obecnie, poza niektórymi zastosowaniami wymagającymi wyjątkowych właściwości laserów HeNe, lasery SWIR stanowią optymalny wybór w laserowej wibrometrii dopplerowskiej, a Optomet odgrywa wiodącą rolę w dziedzinie wibrometrii SWIR. Dzięki połączeniu większej mocy wyjściowej i czulszych fotodetektorów wibrometry SWIR zapewniają wyższy SNR, dlatego szczególnie dobrze sprawdzają się w wymagających zadaniach pomiarowych, w których wibrometry z konwencjonalnymi źródłami laserowymi osiągają granice swoich możliwości.
Wibrometry na podczerwień umożliwiają pomiary nawet na ciemnych, chropowatych, zakrzywionych i innych powierzchniach o niskim współczynniku odbicia, eliminując konieczność przygotowywania powierzchni. Pomiary drgań z dużych odległości również są niekwestionowaną domeną wibrometrów laserowych SWIR, podobnie jak pomiary na rozgrzanych do czerwoności powierzchniach i tkankach biologicznych. Dodatkowymi zaletami są wysoka stabilność temperaturowa i długa żywotność. Wszystkie te cechy ma również nowa seria SMART firmy Optomet.
Laser na podczerwień: wszechstronne rozwiązanie
Poza nielicznymi zastosowaniami wymagającymi unikalnych właściwości laserów HeNe, lasery SWIR są obecnie optymalnym wyborem do wibrometrii laserowej Dopplera. Optomet odgrywa przy tym wiodącą rolę w dziedzinie wibrometrii SWIR. Dzięki połączeniu wyższej mocy wyjściowej z czulszymi fotodetektorami wibrometry SWIR zapewniają wyższy SNR, dlatego doskonale sprawdzają się w wymagających zadaniach pomiarowych, w których wibrometry z konwencjonalnymi źródłami laserowymi osiągają granice swoich możliwości. Nawet w przypadku ciemnych, chropowatych, zakrzywionych lub innych powierzchni o niskim współczynniku odbicia wibrometr na podczerwień eliminuje konieczność przygotowania powierzchni pomiarowej. Również pomiary drgań z dużych odległości są niekwestionowaną domeną wibrometrów laserowych SWIR, podobnie jak pomiary na rozgrzanych do czerwoności powierzchniach i tkankach biologicznych. Dodatkowymi zaletami są wysoka stabilność temperaturowa i długa żywotność. Wszystkie te cechy ma również nowa seria SMART firmy Optomet.
Pomimo wyższej mocy laser SWIR ma najwyższą klasę bezpieczeństwa laserowego 1 zgodnie z normą EN 60825-1 i jest dzięki temu bezpieczny dla oczu. Płyn znajdujący się w oku pochłania promieniowanie podczerwone, chroniąc w ten sposób oko. Niewidzialna wiązka pomiarowa jest pozycjonowana za pomocą współosiowo prowadzonego zielonego lasera pilotującego (długość fali: ok. 532 nm). Moc lasera pilotującego jest ograniczona do 1 mW, co skutkuje zaklasyfikowaniem go do klasy bezpieczeństwa laserowego 2 zgodnie z normą EN 60825-1. Dlatego cały system wibrometrów SWIR Optomet jest zawsze zaliczany do klasy bezpieczeństwa laserowego 2.
Zastosowania praktyczne: wibrometry laserowe Dopplera
Wibrometry laserowe Dopplera (LDV) są niezbędnymi narzędziami w wielu dziedzinach, w tym w inżynierii, materiałoznawstwie, biologii, medycynie i wielu innych. Umożliwiają bezkontaktowe, precyzyjne pomiary drgań na powierzchniach różnych materiałów i konstrukcji.
Od kontroli jakości w produkcji po badania tkanek biologicznych — możliwości zastosowania wibrometrów LDV są niemal nieograniczone. Dzięki możliwości dostarczania w czasie rzeczywistym danych o wysokiej rozdzielczości wibrometry LDV są nieodzownym narzędziem w badaniach, rozwoju i kontroli jakości.
Przyszłość wibrometrii: innowacje i postęp
Wibrometria jest stale rozwijającą się dziedziną, której postęp napędzają innowacje technologiczne i nowe wyniki badań. Ciągłe udoskonalanie źródeł laserowych i technologii LDV umożliwia wykonywanie bardziej precyzyjnych pomiarów oraz jeszcze szerszy zakres zastosowań.
Od klasycznych laserów HeNe po nowoczesne lasery na podczerwień — wybór wibrometrów jest dziś bardziej zróżnicowany niż kiedykolwiek wcześniej. W Optomet nieustannie pracujemy nad udoskonalaniem naszych produktów i usług oraz oferowaniem klientom innowacyjnych rozwiązań dostosowanych do ich zadań pomiarowych.