Építőgépeken alkalmazott újszerű vezérlési módok II.

Szakcikkek - 2011-09-07 20:21:33 cikk nyomtatása

Lézersugarak, lézeres műszerek és működési elvük II.

Különböző lézerrendszerekben alkalmazott inverziós módszerek

a.) Gázok: gázokban az inverziót elektronütköztetéssel érik el, így juttatnak energiát a gázlézerekbe. Az energia folyamatos bejuttatása egyszerű. Tehát a gázlézerek tartós üzeműek.
b.) Szilárd testek és folyadékok: ez esetben nem alkalmazható az elektronütköztetés. A pumpáló energiát itt fény szolgáltatja (villanófény). Ezek a lézerek szakaszos üzeműek.
c.) Félvezetők: elektromos árammal létrehozott inverzió. Ezek lehetnek folyamatos és impulzus üzeműek is.

A definíciója szerint a lézer, a fényt indukált emisszió útján erősítő rendszer, ám manapság a lézer olyan értelemben elterjedt berendezés, ami maga bocsát ki fényt, azaz egy fénykibocsátó oszcillátor. Ezt az oszcillátort úgy állítják elő, hogy a kibocsátott energia egy részét visszacsatolják a bemenetre, így öngerjesztés jön létre, és az erősítő rezgésbe jön. A közbeiktatott rezonátor a kimenő frekvencia sávszélességét határozza meg. A lézeroszcillátorhoz tehát az indukált emissziós rendszeren kívül mindig egy rezonátor és egy visszacsatolás tartozik. A következőkben ezt a berendezést nevezzük lézernek, amit az alábbi ábra mutat be.



Maga a lézeranyag az optikai rezonátorban helyezkedik el, ami frekvenciaválasztást és visszacsatolást is biztosít.
Az öngerjesztés kialakulásának folyamata:

1. pumpálással inverziót hozunk létre;
2. spontán emisszió indukálódik;
3. spontán emisszió egy része a tükrökre merőlegesen halad;
4. tükörről visszaverődve állóhullám keletkezik;
5. állóhullám felerősödik a lézeranyagban;
6. rezonátorból való hullámkivezetés a féligáteresztő tükörrel.

Az erősítésnek biztosítania kell a kívánt intenzitást, és pótolnia kell a veszteségeket is. Mivel az erősítés a pumpáló energiától és a lézeranyagban gerjesztett atomok számától is függ, ezért szilárdtest lézerekkel nagyobb erősítés érhető el.

A He-Ne lézer volt az első gázlézer, és az első lézer a történelemben, amivel folytonos lézersugarat sikerült előállítani. Működési elve röviden: gázkisülésben az atomok egy része ionizálódik, így ionizált atomok és elektronok vannak jelen. Az elektronok a He és Ne atomokkal ütközve azokat gerjesztik. A neonnak van lézerműködéshez alkalmas átmenete, héliumra az inverzió realizálásához van szükség.

Ennek a lézernek a hullámhossza λ = 632,8*10-6m, és a színe piros. A sugárnyaláb szétszóródásának csökkentésére a sugarat optikai rendszeren vezetik át, így az 1000m távolságban csak 40mm átmérőre nyílik szét.
A lézerfény koherens, azaz bármely részének fáziskülönbsége állandó, a fény pedig monokromatikus.

A lézer alkalmazási területei

a.) Iránykitűzés: főleg geodéziai feladatokhoz szükséges

b.)Szintezés: gépvezérléseknél a lézersík kitűzésénél van jelentősége pl: gréderek, szkréperek sík terep kialakításánál, kotrógépeknél konstans mélységű gödrök létrehozásánál, dózerek földterítési feladatainál.
Itt fontos szerepet kap a lézerfény vízszintessé tétele, ami csöves libellával, vagy kompenzátorral történik, újabb műszereknél ehhez a feladathoz is lézeres libellát alkalmaznak. A lenti ábra egy egyszerűsített folyadékkompenzátor vázlatát mutatja. A felsorolt példákban az irányítás számára lézersíkra van szükség, amit forgó lézersugárral, ferde tükörrel (prizmával) lehet előállítani.



c.) Távolságmérés: A lényege, hogy a mérendő távolságot egy általunk ismert etalonnal hasonlítjuk össze. Meghatározzuk, hogy az etalon hányszor fektethető a mérendő távolságra, a végső, nem kerek hossznál pedig csonka leolvasást végzünk. Esetünkben ez az ismert etalon a fény hullámhossza, de apró volta miatt ez jelentősen fel van nagyítva. Ennek módszere a fény amplitúdójának folyamatos változtatása (amplitúdó moduláció). Az így kapott burkológörbét mutatja az ábra, amely már többszöröse a kiindulási hullámhossznak, az ún. vivőhullámnak.



Az egyik végen elhelyezett adóberendezés által sugárzott lézer jelet a mérendő táv másik végén lévő prizma visszasugározza az adónak. Így a modulált fény a távolságot oda-vissza megteszi, ezért a távolság képlete a következőképpen alakul:

2*D = n*λ_i+(Δφ/2π) * λ_i

Ahol D a mérendő táv, λ_i a modulált fény hullámhossza, Δφ a kilépő és visszaérkező fény fázisszög különbsége.
Az egyértelműség biztosítására, hogy a kerek hullámhosszak számát meg tudják állapítani, háromféle módszert alkalmaznak:

- folyamatos frekvenciahangolás;
- két rögzített frekvencia és a köztük történő folyamatos hangolás;
- teljes ciklusszámlálás.

A fény modulálására KERR cellát, demodulálására pedig fotodiódát használnak.

A távmérés általános elvét mutatja az alábbi ábra.(FT = félig áteresztő tükör, T = tükör, R = reflektor)



Szilasi Zsolt tanulmánya alapján
Konzulens: Dr. Balpataki Antal

A Szakcikkek rovat további cikkei:

Útrehabilitáció hidegmaró alkalmazásával IV.
Építőgépeken alkalmazott újszerű vezérlési módok XI.
Útrehabilitáció hidegmaró alkalmazásával III.
Földmunkagépek minőségi vizsgálata I.
Építőgépeken alkalmazott újszerű vezérlési módok X.

A gépnet.hu legfrissebb hírei:

Az SSAB öt új termékcsaládot vezet be az egyedi ügyféligények kielégítésére
Strenx acél: magasság határok nélkül
Melior Laser: beszállítói pozíció új iparágakban
Laser Plus: acél, ami tökéletes simaságot garantál
Ruukki Laser Plus – tökéletes sima felület a lézervágás után

Legolvasottabb a gépneten:

BOSCH DLE 50 digitális lézeres távolságmérő TESZT!
Új anyagtípus: bórral ötvözött acél
Prémium termékek és szolgáltatások prémium vevőknek
„Az év gépe 2010” választás nyertesei
Geotermikus hőerőmű Iklódbördöcén