Lazer ve lazer mesafe ölçüm teknolojisinin prensibi
ERDI LASER® Eyesafe Lazer Mesafe Ölçme Modülü, geniş bir ölçüm kapsamını yüksek doğrulukla birleştirerek 35 km'yi aşan uzun menzilli bir NATO hedef ölçüm kabiliyetine sahiptir. Düşük güç tüketimi ve kompakt boyutu, onu dronlar, hava platformları ve diğer optoelektronik cihazlar için mükemmel bir lazer mesafe ölçme çözümü haline getirir. UART (TTL_3.3V), RS232 veya RS422 iletişim elektriksel arayüzleri seçeneğiyle donatılmış ve yerleşik ana bilgisayar yazılımı, talimat setleri ve iletişim protokollerine sahip olan bu modül, kullanıcılar için kolay ikincil geliştirmeyi kolaylaştırır.
Lazer nedir?
Lazer (Işık Amplifikasyonu Uyarılmış Radyasyon Emisyonu), "Işık amplifikasyonu uyarılmı radyasyon emisyonu" anlamına gelir. Biraz uzun ve anlaşılması zor bir kelimedir, bu yüzden aşağıdaki şemaya bakarak başlayalım:
Kendiliğinden radyasyon, daha yüksek bir enerji seviyesindeki bir atomun kendiliğinden daha düşük bir enerji seviyesine geçiş yaptığı ve bu süreçte bir foton yaydığı süreci ifade eder. Basit bir ifadeyle, şu şekilde anlaşılabilir: Yerdeki en sabit pozisyonunda bir top düşünün. Bu top, harici bir kuvvet (pompalama olarak bilinir) tarafından havaya itildiğinde ve harici kuvvet ortadan kalktığı anda, top havadan düşer ve belirli miktarda enerji yayar. Bu top belirli bir atomu temsil ediyorsa, geçişi sırasında atom belirli bir dalga boyunda bir foton yayacaktır.
Lazer Cihazının Doğuşu
1960 yılında ABD'deki Hughes Araştırma Laboratuvarları'ndan Theodore Maiman, 694,3 nm'de kırmızı lazer ışığı yayan ilk yakut lazerini geliştirdi ve bu, dünyanın ilk lazer cihazı olarak kabul edildi.
Maiman'ın lazer cihazı tarafından yayılan lazer dalga boyu 694,3 nm'dir ve bu da görünür ışık spektrumuna girer, dolayısıyla lazer ışınının görünür kırmızı rengidir. Daha sonraki araştırma ve geliştirmede bilim insanları farklı dalga boylarına sahip lazerler icat ettiler. Şu anda en yaygın lazer dalga boyu 1064 nm'dir ve bu da görünür ışık spektrumunun dışında kalır ve bu nedenle insan gözü tarafından görülemez.
Lazerlerin Sınıflandırılması
Lazer üretiminin prensibini kavradıktan sonra, insanlar farklı lazer formları geliştirmeye başladılar. Lazer çalışma ortamına göre sınıflandırılırsa, gaz lazerleri, katı hal lazerleri, yarı iletken lazerler vb. olarak ayrılabilirler.
- Gaz lazerlerinin sınıflandırması atomik, moleküler ve iyonik lazerleri içerir. Gaz lazerlerinin çalışma ortamı, geniş bir lazer çıkış dalga boyu aralığıyla karakterize edilen gaz veya metal buharıdır. En yaygın tür, CO2'nin çalışma ortamı olarak hizmet ettiği ve elektriksel deşarj uyarımı yoluyla 10,6 um kızılötesi lazer ürettiği CO2 lazeridir.
Gaz lazerlerinin gazlı çalışma ortamlarından kaynaklanan hantal boyutları ve malzeme işleme için ideal olmayan uzun dalga boyları nedeniyle, gaz lazerleri hızla piyasadan kaldırıldı. Artık yalnızca belirli plastik parçalarda lazer markalama gibi belirli alanlarda kullanılıyorlar.
- Katı hal lazerlerinin sınıflandırılması: yakut, Nd:YAG vb.
Katı hal lazerleri, aktif ortamları olarak yakut, neodimyum katkılı cam ve itriyum alüminyum garnet (YAG) gibi malzemeler kullanır. Bu lazerler, aktivatör iyonları olarak bilinen az miktarda iyonun, ana malzemenin kristal veya cam matrisine eşit şekilde katkılanmasıyla oluşturulur. Katı hal lazerleri, aktif bir ortam, bir pompalama sistemi, bir rezonans boşluğu ve soğutma ve filtreleme sistemlerinden oluşur.
Aşağıdaki resimde, ortadaki siyah kare, açık renkli şeffaf bir cam parçası gibi görünen lazer kristalini temsil eder. Nadir toprak metalleriyle katkılanmış şeffaf bir kristalden oluşur. Bu nadir toprak metallerinin benzersiz atomik yapısı, ışığa maruz kaldığında popülasyonun tersine dönmesine (yerdeki birçok topun havaya itildiğini hayal edin) olanak tanır. Parçacıklar geçişe uğradığında ve foton yaydığında ve yeterli foton olduğunda lazer ışığı oluşur. Yayılan lazer ışığının tek bir yöne yönlendirildiğinden emin olmak için, tam yansımalı bir ayna (sol lens) ve yarı yansıtıcı bir çıkış aynası (sağ lens) kullanılır. Lazer ışığı yayıldıktan sonra, lazer enerjisi oluşturmak için belirli optik tasarımlardan geçer.
Aşağıdaki görüntü tipik bir YAG fiber optik lazer iletim cihazını tasvir etmektedir. Resimde, gri kısım Nd iyonlarıyla katkılanmış lazer kristal çubuğudur. Lazer ışığı üretmek için kırmızı bir ksenon lambasıyla ışınlanır. Lazer iletim için fibere bağlandıktan sonra, iş parçasının yüzeyine ulaşır.
Lazer ışığı yayan ksenon lambanın belirli bir aşınma ve yıpranma miktarı nedeniyle, evdeki floresan lambaların bir süre kullanıldıktan sonra bozulabilmesine benzer şekilde, floresan lambalarla aydınlatılan lazerde iyileştirmeler yapılmıştır. Floresan lamba, iç elektron geçişleri yoluyla foton yayan bir yarı iletkenle değiştirilirse, lazerin ömrü önemli ölçüde uzayacaktır. YAG katı hal lazerinde iki açıdan iyileştirmeler yapılmıştır: bir yandan, lazeri uyaran ksenon lamba (sarf malzemesi) bir yarı iletkenle (fotodiyot) değiştirilmiştir; diğer yandan, lazer kristal çubuğu, nadir toprak iyonlarını doğrudan elyafa doplamak üzere değiştirilmiştir. Sonuç olarak, hantal bir katı hal lazeri küçük bir lazer jeneratörüne entegre edilmiştir. Entegrasyondan sonra, bu tür lazere fiber lazer adı verilir.
Yarı iletken lazerler söz konusu olduğunda, bunlar basitçe bir fotodiyot olarak anlaşılabilir. Diyotun içinde bir PN bağlantısı vardır. Belirli bir akım uygulandığında, yarı iletken içinde elektron geçişleri meydana gelir, fotonlar serbest bırakılır ve böylece lazer ışığı üretilir.
Yarı iletken tarafından açığa çıkan lazer enerjisi nispeten küçük olduğunda, düşük güç tüketen yarı iletken aygıtlar fiber lazerler için pompa kaynağı (uyartım kaynağı) olarak kullanılabilir ve böylece fiber lazer oluşturulabilir.
Yarı iletken lazerin gücü, malzemeleri işlemek için doğrudan çıktı verilebilecek bir seviyeye daha da artırılırsa, doğrudan yarı iletken lazer olur. Şu anda, piyasadaki doğrudan yarı iletken lazerler 10.000 watt seviyesine ulaşmıştır.
Yukarıda belirtilen lazerlere ek olarak, insanlar yakıt lazerleri olarak da bilinen sıvı lazerleri de icat ettiler. Katı lazerlerle karşılaştırıldığında, sıvı lazerler hacim ve çalışma malzemeleri açısından daha karmaşıktır ve nadiren kullanılırlar.
Lazer Mesafe Ölçerlerin Prensibi
Lazerleri endüstride malzeme işleme için kullanmanın yanı sıra, havacılık ve askeriye gibi diğer alanlar da sürekli olarak lazer uygulamaları geliştirmektedir. Lazerlerin havacılık ve askeri uygulamalarda kullanımı sürekli olarak artmaktadır ve bu alandaki ana lazer uygulaması lazer mesafe ölçümüdür. Lazer mesafe ölçümü ilkesi, mesafenin hız ile zamana çarpımına eşit olmasıdır. Işığın hızı sabit olduğundan ve ışığın yayılma süresi bir algılama cihazı tarafından tespit edilebildiğinden, ölçülen nesneye olan mesafe hesaplanabilir.
Şematik diyagramı aşağıdaki gibidir:
Lazer mesafe ölçerlerin kullanım alanları nelerdir?
Lazer mesafe ölçerler havacılıkta yaygın olarak kullanılır. Apollo 15, Ay'a iniş görevi sırasında özel bir ekipman parçası götürdü - Dünya'dan yayılan lazer ışınını yansıtmak için kullanılan büyük bir köşe reflektörü. Gidiş dönüş süresini kaydederek, Dünya ile Ay arasındaki mesafe hesaplanabilir. Bu arada, lazer mesafe ölçerler diğer havacılık alanlarında da kullanılır:
- Lazer mesafe ölçerlerin askeri uygulamaları:
Savaş uçakları ve kara muharebe ekipmanlarındaki birçok fotoelektrik arama ve izleme sistemi, düşmana olan mesafeyi doğru bir şekilde belirleyebilen ve buna uygun savunma hazırlıkları yapabilen lazer mesafe ölçerlerle donatılmıştır. Bunlar arasında, kara muharebe tüfekleri gibi bazı kara muharebe silahları, düşman ile kendimiz arasındaki mesafeyi bilmek için lazer mesafe ölçerlerle donatılmıştır. Lazer mesafe ölçerlerin orduda uygulanmasıyla birlikte, insanlar sürekli olarak lazer silah keşif sistemlerini incelemektedir.
Bunlar arasında, kızılötesi kamera, lazer ışınını gözlemlemek, lazer ışınına dayalı olarak ışık kaynağını izlemek ve lazer ışınını konumlandırmak için kullanılabilir, kızılötesi kamera tarafından gözlemlenen lazer kaynağının durumunda gösterildiği gibi:
-
Lazer Mesafe Ölçme Sisteminin Arazi Ölçümü ve Haritalamada Uygulanması
Arazi ölçümü ve haritalamada kullanılan lazer mesafe ölçerler, genellikle yükseklik verilerini ölçmek için uçaklara veya uydulara monte edilen lazer altimetreler olarak bilinir. Örneğin, "Chang'e-1" ve "Chang'e-2" lazer altimetreleri, ay yüzeyinin üç boyutlu yükseklik verilerini elde etmekle görevli ay keşif uydularının temel yükleriydi. "Chang'e-1" uydusu 2007'de fırlatılırken, "Chang'e-2" uydusu 2010'da fırlatıldı. Yükseklik verilerini bir CCD stereo kameradan alınan görüntülerle birleştirerek, ay yüzeyinin temel arazi şekilleri elde edildi, yapısal birimler çizildi ve Ay'ın ön jeolojik ve yapısal anahat haritası derlendi. "Chang'e-2" lazer altimetresi, yükseklik verilerine ek olarak, sonraki yumuşak inişler için referans verileri sağlayan ay yüzeyi yansıma bilgilerini de elde etti. -
Uzay Aracının Otonom İnişinde Lazer Mesafe Ölçme Uygulaması
Ay, Mars veya asteroitler gibi hedef gök cisimlerinin yüzeylerine saha keşfi ve hatta örnek dönüşü için insansız sondalar kullanmak, evrenin insan tarafından keşfedilmesi için önemli bir yol ve gelecekteki derin uzay keşif faaliyetlerinin geliştirilmesinde önemli bir noktadır. Diğer gezegen yüzeylerine yumuşak inişler için uydular veya sondalar fırlatmak, uzay keşfinde önemli bir yöndür. -
Otonom Uzay Buluşması ve Yerleştirmede Lazer Mesafe Belirlemenin Uygulanması
Otonom uzay buluşması ve kenetlenmesi son derece karmaşık ve hassas bir süreçtir. Buluşma süreci, iki veya daha fazla uzay aracının uzay yörüngesinde önceden belirlenmiş bir konum ve zamanda, 100 km ila 10 m çalışma mesafesinde buluşmasını ifade eder. Bu süreç, ölçüm için GPS rehberliği, mikrodalga radarı, lidar ve optik görüntüleme sensörleri gerektirir. Uzay kenetlenmesi, iki uzay aracının uzay yörüngesinde, 10 m ila 0 m çalışma mesafesinde buluştuktan sonra mekanik olarak birbirine bağlanmasını ifade eder. Bu süreç, öncelikle gelişmiş video rehberlik sensörlerine (AVGS) dayanır.
- Uzay Enkazının Tespiti İçin Lazer Mesafe Ölçme Uygulaması
Uzay çöpü tespiti şu anda derin uzay lazer tespit teknolojisinin önemli uygulama alanlarından biridir. Uzun süredir uzay faaliyetleri yürüten ABD ve Rusya, üretilen toplam uzay çöpünün %90'ından fazlasını oluşturmaktadır. Hiç kimse uzay çöpünün tam sayısını sayamaz. Şu anda insanlar yalnızca 10 santimetre veya daha büyük çaplı çöpleri takip edip izleyebilmektedir. Şu anda 17.000'den fazla bu tür çöp bulunmaktadır ve dünyada yalnızca ABD ve Rusya bunların hepsini izleme yeteneğine sahiptir. Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA) her çöpe bir numara atamıştır. 1 santimetreden daha küçük onlarca milyon ila yüz milyonlarca çöp olduğu tahmin edilmektedir ve uzay araçları artık bunlarla çarpışmaktan kaçınamamaktadır. Yalnızca kendi koruyucu yeteneklerini güçlendirerek yanıt verebilirler. Uzay kaynaklarını güvenli ve sürdürülebilir bir şekilde geliştirmek ve kullanmak için uzay çöpleri için izleme ve takip teknolojisini sürekli olarak iyileştirmek, uzay çöpü ortamını analiz etme ve tahmin etme yeteneğini geliştirmek ve uzay çöplerini kontrol etmek için etkili önlemler aramak gerekmektedir.
Lazer Mesafe Ölçerlerin Geliştirme Yönü
Günümüzde lazer mesafe ölçerler daha küçük boyuta, daha yüksek hassasiyete ve daha uzun ölçüm mesafelerine doğru gelişmektedir. Bunlar arasında, piyasadaki ana akım lazer mesafe ölçer üreticileri arasında Keyence ve Leica yer almaktadır.
ERDI, 1535nm lazer mesafe ölçer alanında dünyanın ön saflarında yer almaktadır. Askeri savunma ve insan barışı değerlerine bağlı kalarak, şirket 1535nm erbiyum cam lazerleri üretmek ve 1535nm lazer mesafe ölçer modülleri serisi üretmek için kendi geliştirdiği 1535nm erbiyum cam lazer teknolojisini benimsemiştir. Bu modüller insan gözleri için güvenlidir, 1 ila 35 kilometrelik bir menzil kapasitesine, yüksek hassasiyete, istikrarlı performansa, düşük güç tüketimine, küçük boyuta ve kompakt yapıya sahiptir. 107 ışık emisyonuna izin verirler ve uzun bir hizmet ömrüne sahiptirler, dronlar, havadan ve diğer optoelektronik platformlar için mükemmel lazer mesafe ölçme çözümleri sunarlar. UART (TTL_3.3V), RS232 ve RS422 iletişim elektrik arayüzleriyle donatılmıştır (üçünden birini seçin). Dahili ana bilgisayar yazılımı, talimat seti ve iletişim protokolü ile kullanıcıların ikincil geliştirme yapması uygundur. Aşağıda çeşitli modellerin bazı temel parametreleri verilmiştir. Daha fazla 1535nm lazer mesafe ölçer ürünü için lütfen https://erdicn.com/collections/1535nm-laser-rangefinder-module adresini ziyaret edin .
|
LRF Özellikleri |
LRF00308C |
LRF0612C |
LRF0815C |
LRF1017C |
LRF1221C |
LRF1830C |
|
|
Genişletilmiş Menzil (km) |
4.2 |
7.1 |
20 |
20 |
25 |
30 |
|
|
NATO Aracına Menzil (2,3 × 2,3m) |
Tek Ölçüm (km) |
3.5 |
6 |
8 |
10 |
12 |
18 |
|
Sürekli (10Hz) (km) |
3.5 |
6 |
8 |
10 |
12 |
18 |
|
|
İnsan (.5 x 1.8m) tek Ölçüm (nm) |
2 |
3.8 |
4 |
5 |
6 |
9 |
|
|
İnsan (.5 x 1.8m) sürekli (10Hz) (nm) |
2 |
3.8 |
4 |
5 |
6 |
9 |
|
|
Dalga boyu (nm) |
1535±1 |
1535±1 |
1535±5 |
1535±5 |
1535±5 |
1535±5 |
|
|
Tek Ölçüm Süresi (sn) |
≤0,03 |
≤0,03 |
≤0,5 |
≤0,5 |
≤0,5 |
≤0,5 |
|
|
Sürekli Ölçüm (1, 4, 10, 20, 100, 200, 500 Hz) |
1~10(Ayarlanabilir) |
1~10(Ayarlanabilir) |
1~10(Ayarlanabilir) |
1~10(Ayarlanabilir) |
1~10(Ayarlanabilir) |
1~10(Ayarlanabilir) |
|
|
Hassasiyet (cm) |
±100 |
±100 |
200 |
200 |
200 |
200 |
|
|
Yanlış Tespit Oranı (%) |
≤%1 |
≤%1 |
≤%1 |
≤%1 |
≤%1 |
≤%1 |
|
|
Işın Uzaklaşması (Hrz × Vrt) (mrad) |
~0,6 |
~0,3 |
≤0,35 |
≤0,35 |
≤0,3 |
≤0,3 |
|
|
Hedef Ayrımı (m) |
20 |
50 |
30 |
30 |
30 |
30 |
|
|
Aralık Kapılama Çözünürlüğü (m) |
1 |
1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
|
|
Hizalama Lazeri (evet/hayır) |
Evet |
Evet |
Evet |
Evet |
Evet |
Evet |
|
|
Lazer Sınıfı |
Sınıf1 |
Sınıf1 |
Sınıf1 |
Sınıf1 |
Sınıf1 |
Sınıf1 |
|
|
Güç Tüketimi (W) |
≤2h |
≤4h |
2H |
2H |
2,5W |
3H |
|
|
Varsayımlarla Ömür Boyu MTBF |
≥1500 saat |
≥1500 saat |
1×10 6 Fırlatma sayısı |
1×10 6 Fırlatma sayısı |
1×10 6 Fırlatma sayısı |
1×10 6 Fırlatma sayısı |
|
|
Seri Arayüz |
Uart（TTL_3.3V） |
Uart（TTL_3.3V） |
422/TTL |
422/TTL |
422/TTL |
422/TTL |
|
|
Çalışma Sıcaklığı |
-40~70℃ |
-40~70℃ |
-40℃-＋65℃ |
-40℃-＋65℃ |
-40℃-＋65℃ |
-40℃-＋65℃ |
|
|
Boyutlar （mm) |
≤48×31×25 |
≤65×48×32 |
≤80×64×42 |
≤107×62×72 |
≤115×60×62 |
≤125×100×70 |
|
|
Ağırlık (g) |
≤32±1 |
≤58±1 |
≤180 |
≤280 |
≤350 |
≤410 |
|
Notlar:
- Hedef boyutu 2,3 x 2,3 m, görüş mesafesi 25 km, maksimum ölçüm süresi, hedef yansıtma oranı %30, tespit olasılığı %90.
- 6 km menzil ayarında. 12 km menzil ayarında ölçüm süresi 0,5- 2,4 saniyedir
- Menzil performansı uygulanan orana bağlıdır.
- Mesafeye ve hedefin yansıtıcılığına bağlı.
- Alınan sinyal seviyesine bağlı olarak. Üç (3) hedefe kadar: Birinci, İkinci ve Son *6) Güç tüketimi < 1,8 W, %85 menzil performansıyla seçilebilir.
- Güç tüketimi <2 W, %85 menzil performansıyla seçilebilir.
- Sınıf 1 / Sınıf 1M.
- CMM 10 Hz menzil performansı NATO hedefi 7300 / 13500 m
SMM= Tek Ölçüm Modu
CMM = Sürekli Ölçüm Modu
Özet:
"En hızlı bıçak" ve "en hassas cetvel" olarak bilinen lazerler, insanların hayatlarının çeşitli yönlerinde uygulanacak ve havacılık ve askeri alanlarda kapsamlı uygulamalar bulacaktır. Lazerler hem bir araçtır hem de bir silahtır. Hepimizin onları barışçıl bir şekilde kullanmamız ve dünya barışı için çabalamamız önemlidir.
