Источник лазерного излучения

Источники лазерного излучения для точного измерения вибраций

Введение в мир лазеров и виброметров

Тип источника лазерного излучения играет решающую роль в точном бесконтактном измерении вибраций, особенно при разработке современных лазерных доплеровских виброметров (LDV) для различных областей применения. Далее мы подробнее рассмотрим два типа источников лазерного излучения и их применение в виброметрии.

Гелий-неоновый лазер (HeNe): классика виброметрии

Гелий-неоновые источники лазерного излучения (лазеры HeNe) уже много лет используются в традиционных лазерных доплеровских виброметрах и благодаря своим уникальным свойствам являются эффективным инструментом для бесконтактного измерения вибраций. Благодаря уникальным характеристикам и универсальности гелий-неоновый лазер стал незаменимым инструментом в виброметрии. В этом газовом лазере используется смесь гелия и неона, а его излучение представляет собой красный свет с длиной волны 632,8 nm.

Коммерческие лазеры HeNe представляют собой сравнительно компактные устройства с длиной резонатора обычно от 15 до 50 cm, а для достижения максимальной мощности — иногда до 1 meter. Их выходная оптическая мощность составляет от 0.5 до 50 mW. Точная длина волны красных He-Ne-лазеров в вакууме составляет 632.991 nm, а в воздухе вследствие преломления — около 632.816 nm.

Излучение лазеров HeNe видимо человеческим глазом, поэтому луч можно юстировать без вспомогательных средств. Благодаря сравнительно короткой длине волны лазерный луч можно точно сфокусировать в очень малом измерительном пятне, что делает лазер HeNe особенно подходящим для измерения микроструктур и мельчайших деталей.

Виброметры с лазерами HeNe широко применяются, если от объекта измерения поступает достаточно сильный обратно рассеянный сигнал, измеряемая поверхность обладает достаточной отражательной способностью или измерения необходимо проводить через воду, поскольку излучение с длиной волны 633 nm проходит сквозь воду практически беспрепятственно.

Инфракрасный лазер: универсальное решение

Optomet использует новейшую и наиболее передовую технологию коротковолновых инфракрасных лазеров (SWIR), чтобы обеспечить наилучшее качество сигнала при решении сложных измерительных задач.

Используемый лазер SWIR излучает невидимый свет с длиной волны 1.550 nm и выходной мощностью до 10 mW. Это в десять раз превышает выходную мощность лазера HeNe. В сочетании с фотодетекторами, эффективность которых превышает 98 %, это обеспечивает на 20 dB более высокое отношение сигнал/шум (SNR) по сравнению с традиционными HeNe-LDV.

Несмотря на более высокую мощность, лазер SWIR относится к самому безопасному классу лазерной безопасности 1 согласно стандарту EN 60825-1 и поэтому безопасен для глаз. Содержащаяся в глазу жидкость поглощает инфракрасное излучение и тем самым защищает глаз. Для позиционирования невидимого измерительного луча используется соосный зелёный пилотный лазер (длина волны: прибл. 532 nm). Мощность пилотного лазера ограничена значением 1 mW, поэтому он относится к классу лазерной безопасности 2 согласно EN 60825-1. Таким образом, система Optomet-SWIR-виброметра в целом всегда имеет класс лазерной безопасности 2.

Сегодня, за исключением отдельных применений, в которых необходимы уникальные свойства лазеров HeNe, лазеры SWIR являются оптимальным выбором для лазерной доплеровской виброметрии, а Optomet занимает ведущие позиции в области SWIR-виброметрии. Благодаря сочетанию более высокой выходной мощности и более чувствительных фотодетекторов виброметры SWIR обеспечивают более высокое отношение сигнал/шум (SNR) и поэтому особенно хорошо подходят для сложных измерительных задач, в которых виброметры с традиционными источниками лазерного излучения достигают пределов своих возможностей.

Инфракрасные виброметры позволяют выполнять измерения даже на тёмных, шероховатых, изогнутых и других поверхностях с низкой отражательной способностью, устраняя необходимость в предварительной обработке поверхности. Измерения вибрации на больших расстояниях также являются бесспорной областью применения SWIR-LDV, как и измерения на раскалённых поверхностях и биологических тканях. Дополнительными преимуществами являются высокая температурная стабильность и длительный срок службы. Все эти характеристики присущи и новой серия SMART от Optomet.

Инфракрасный лазер: универсальное решение

За исключением отдельных областей применения, где необходимы уникальные свойства HeNe-лазеров, сегодня оптимальным выбором для лазерной доплеровской виброметрии являются SWIR-лазеры. Optomet занимает лидирующие позиции в области SWIR-виброметрии. Благодаря сочетанию повышенной выходной мощности и более чувствительных фотодетекторов SWIR-виброметры обеспечивают более высокое SNR и поэтому особенно хорошо подходят для сложных измерительных задач, в которых виброметры с традиционными лазерными источниками достигают пределов своих возможностей. При использовании инфракрасного виброметра предварительная обработка измеряемой поверхности не требуется даже для тёмных, шероховатых, изогнутых и других поверхностей с низкой отражательной способностью. Кроме того, измерения вибрации на больших расстояниях являются бесспорной областью применения SWIR-LDV, как и измерения на раскалённых поверхностях и биологических тканях. Дополнительными преимуществами являются высокая температурная стабильность и длительный срок службы. Все эти характеристики присущи и новой SMART series от Optomet.

Несмотря на повышенную мощность, SWIR-лазер относится к наиболее безопасному классу лазерной безопасности 1 согласно EN 60825-1 и поэтому безопасен для глаз. Жидкость внутри глаза поглощает инфракрасное излучение, тем самым защищая глаз. Для позиционирования невидимого измерительного луча используется коаксиальный зелёный пилотный лазер (длина волны: около 532 nm). Мощность пилотного лазера ограничена 1 mW, поэтому согласно EN 60825-1 он относится к классу лазерной безопасности 2. Таким образом, система Optomet SWIR Vibrometer в целом всегда относится к классу лазерной безопасности 2.

Практическое применение лазерных доплеровских виброметров

Лазерные доплеровские виброметры (LDV) — незаменимые инструменты во многих областях, включая инженерное дело, материаловедение, биологию, медицину и многое другое. Они обеспечивают бесконтактное высокоточное измерение колебаний и вибраций на поверхностях различных материалов и конструкций.

Области применения LDV практически не ограничены — от контроля качества на производстве до исследования биологических тканей. Способность получать данные высокого разрешения в режиме реального времени делает LDV незаменимым инструментом для научных исследований, разработок и контроля качества.

Будущее виброметрии: инновации и прогресс

Виброметрия — непрерывно развивающаяся область, прогресс которой обусловлен технологическими инновациями и новыми результатами исследований. Постоянное совершенствование лазерных источников и LDV-технологий позволяет повысить точность измерений и ещё больше расширить спектр применения.

Сегодня выбор виброметров широк как никогда: от классических HeNe-лазеров до современных инфракрасных лазеров. Optomet постоянно совершенствует свои продукты и услуги, предлагая клиентам инновационные решения для их измерительных задач.

Другие материалы об основах & измерительной технике