O telêmetro a laser é um princípio interessante de operação e critérios de seleção. telêmetros

A capacidade da radiação eletromagnética de se propagar a uma velocidade constante torna possível determinar a distância de um objeto. Assim, com o método de variação de pulso, a seguinte proporção é usada:

L = ct/2,

Onde L é a distância ao objeto,
- c - velocidade de propagação da radiação,
- t - o tempo de passagem do impulso para o alvo e de volta.

A consideração dessa relação mostra que a precisão potencial da medição de distância é determinada pela precisão da medição do tempo de passagem do pulso de energia para o objeto e vice-versa. É claro que quanto mais curto o pulso, melhor.

A tarefa de determinar a distância entre o telêmetro e o alvo é reduzida a medir o intervalo de tempo correspondente entre o sinal de sondagem e o sinal refletido do alvo. Existem três métodos para medir o alcance, dependendo do tipo de modulação da radiação laser usada no telêmetro: pulso, fase ou pulso de fase.

A essência do método de alcance pulsado é que um pulso de sondagem é enviado ao objeto, que também inicia um contador de tempo no telêmetro. Quando o pulso refletido pelo objeto atinge o telêmetro, ele para o contador. A distância ao objeto é determinada pelo intervalo de tempo (atraso do pulso refletido).

Com o método de variação de fase, a radiação laser é modulada de acordo com uma lei senoidal usando um modulador (um cristal eletro-óptico que altera seus parâmetros sob a influência de um sinal elétrico). Normalmente, é usado um sinal senoidal com uma frequência de 10 ... 150 MHz (frequência de medição). A radiação refletida entra na ótica receptora e no fotodetector, onde o sinal modulador é extraído. Dependendo da distância ao objeto, a fase do sinal refletido muda em relação à fase do sinal no modulador. Medindo a diferença de fase, determine a distância até o objeto.

Os modelos mais populares de telêmetros a laser para caça entre nossos clientes:

O uso de telêmetros a laser para fins militares.

O alcance do laser é uma das primeiras áreas de aplicação prática de lasers em equipamentos militares estrangeiros. Os primeiros experimentos datam de 1961 e agora os telêmetros a laser são usados ​​​​em equipamentos militares terrestres (artilharia, tanque) e na aviação (telemetros, altímetros, designadores de alvo) e na marinha. Esta técnica foi testada em combate no Vietnã e no Oriente Médio. Atualmente, vários telêmetros são adotados nos exércitos de vários países.

O primeiro telêmetro a laser XM-23 foi testado no Vietnã e adotado pelo Exército dos EUA. Foi projetado para o uso de postos avançados de observação das forças terrestres. A fonte de radiação era um laser com potência de saída de 2,5 W e duração de pulso de 30 ns. Os circuitos integrados foram amplamente utilizados no projeto do telêmetro. O emissor, o receptor e os elementos ópticos são montados em um monobloco, que possui escalas para leitura precisa do azimute e ângulo de elevação do alvo. O telêmetro era alimentado por uma bateria de níquel-cádmio de 24 V, que fornece 100 medições de alcance sem recarga.

Um dos primeiros modelos de produção é um telêmetro sueco projetado para uso em sistemas de controle de artilharia naval e costeira. O design do telêmetro foi particularmente durável, o que possibilitou seu uso em condições difíceis. O telêmetro pode ser emparelhado, se necessário, com um intensificador de imagem ou uma mira de televisão. O modo de operação do telêmetro fornecia medições a cada 2s por 20s ou a cada 4s por um longo período.

Desde o início dos anos 70, telêmetros a laser foram instalados em tanques estrangeiros. A instalação de telêmetros a laser em tanques interessou imediatamente os desenvolvedores de armas estrangeiras. Isso se deve ao fato de que em um tanque é possível introduzir um telêmetro no sistema de controle de tiro do tanque, aumentando assim suas qualidades de combate. Em comparação com os ópticos, eles apresentam várias vantagens: alta velocidade, processo automatizado de inserir o alcance medido em dispositivos de mira, alta precisão de medição, tamanho pequeno, peso etc. Para isso, o telêmetro AN / VVS-1 foi desenvolvido em os EUA para o tanque M60A. Não diferia em design de um telêmetro de artilharia a laser em um rubi, no entanto, além de emitir dados de alcance em um display digital, tinha um dispositivo que fornecia entrada de alcance na calculadora do sistema de controle de fogo do tanque. Nesse caso, a medição do alcance pode ser realizada tanto pelo artilheiro quanto pelo comandante do tanque. Modo de operação do telêmetro - 15 medições por minuto durante uma hora.

Os telêmetros a laser instalados em tanques modernos permitem medir o alcance do alvo na faixa de 200 m a 8.000 m (em tanques americanos e franceses) e de 200 a 10.000 m (em tanques britânicos e da Alemanha Ocidental) com uma precisão de 10 m. A maioria Os elementos ativos dos telêmetros a laser atualmente instalados em tanques e veículos de combate de infantaria de produção ocidental são baseados em um cristal de granada com uma mistura de neodímio (o elemento ativo é um cristal de granada de ítrio-alumínio Y3A15O3, no qual os íons de neodímio III+ são introduzidos como centros ativos). Esses lasers geram radiação em um comprimento de onda de 1,06 mícrons. Existem também telêmetros a laser nos quais o elemento ativo é um cristal de rubi rosa. Aqui, a base é um cristal de óxido de alumínio A12O3 e os elementos ativos são os íons de cromo Cr3*. Os lasers de rubi geram radiação em um comprimento de onda de 0,69 mícrons.

Recentemente, telêmetros a laser de dióxido de carbono começaram a ser usados ​​em veículos de combate estrangeiros. Em um laser de CO2 em um tubo de descarga de gás existe uma mistura que consiste em dióxido de carbono (CO2), nitrogênio molecular (N,) e vários pequenos aditivos na forma de hélio, vapor de água, etc. Os centros ativos são moléculas de CO2. A vantagem do laser de dióxido de carbono é que sua radiação (comprimento de onda de 10,6 µm) é relativamente segura para os olhos e proporciona melhor penetração através de fumaça e neblina. Além disso, um laser de emissão constante operando neste comprimento de onda pode ser usado para iluminar um alvo ao trabalhar com uma mira de imagem térmica.

O rápido desenvolvimento da microeletrônica garantiu a redução do peso e do tamanho dos telêmetros a laser, o que possibilitou a criação de telêmetros portáteis. O telêmetro a laser norueguês LP-4 teve muito sucesso. Ele tinha um obturador óptico-mecânico como Q-switch. A parte receptora do telêmetro também é a visão do operador. O diâmetro do sistema óptico é de 70 mm. O receptor é um fotodiodo portátil. O contador é equipado com um circuito de estroboscópio de alcance, operando na configuração do operador de 200 a 3000 m. No circuito de mira óptica, um filtro protetor é colocado na frente da ocular para proteger o olho da exposição ao seu próprio laser ao receber um pulso refletido. O emissor e o receptor são montados em um invólucro. O ângulo de elevação do alvo é determinado até ~25 graus. A bateria forneceu 150 medições de alcance sem recarga, seu peso é de apenas 1 kg. O telêmetro foi comprado pelo Canadá, Suécia, Dinamarca, Itália, Austrália.

Telêmetros a laser portáteis foram desenvolvidos para unidades de infantaria e observadores avançados de artilharia. Um desses telêmetros é feito na forma de binóculos. A fonte de radiação e o receptor são montados em um invólucro comum com uma mira óptica monocular de seis vezes maior, em cujo campo de visão existe um painel de luz de LEDs, que são claramente distinguíveis tanto à noite quanto durante o dia. O laser usa uma granada de alumínio e ítrio como fonte de radiação, com um Q-switch em niobato de lítio. Isso fornece uma potência de pico de 1,5 MW. A parte receptora usa um fotodetector de avalanche duplo com um amplificador de baixo ruído de banda larga, o que permite detectar pulsos curtos com baixa potência. Sinais falsos refletidos de objetos próximos são eliminados usando um circuito de gating de alcance. A fonte de energia é uma bateria recarregável de pequeno porte que fornece 250 medições sem recarga. As unidades eletrônicas do telêmetro são feitas em circuitos integrados, o que possibilitou aumentar a massa do telêmetro junto com a fonte de alimentação para 2kg.

O próximo passo na aplicação militar de telêmetros a laser é sua integração com as armas pequenas individuais do soldado de infantaria.

Um exemplo é o rifle de assalto F2000 (Bélgica). Em vez de uma mira, um módulo especial de controle de incêndio pode ser instalado no F2000, que inclui um telêmetro a laser e um computador balístico. Com base nos dados do alcance do alvo, a calculadora define a marca de mira da mira tanto para disparar da própria metralhadora quanto do lançador de granadas (se instalado).

O sistema americano OICW (Objective Individual Combat Weapon) é uma tentativa de aumentar drasticamente a eficácia das armas de infantaria. O desenvolvimento está atualmente em fase de prototipagem. O início da produção está previsto para 2008, a entrada em serviço - para 2009. De acordo com os planos atuais, haverá 4 OICWs para cada esquadrão de infantaria. O OICW é um projeto modular que consiste em três módulos principais: o módulo "KE" (energia cinética), que é um rifle Heckler-Koch G36 ligeiramente modernizado; Módulo "HE" (alto explosivo), que é um lançador de granadas alimentado por carregador de 20 mm montado no topo do módulo "KE" e usando um gatilho que é comum com o módulo "KE"; e, por fim, o módulo de controle de tiro, que inclui miras diurnas / noturnas de televisão, telêmetro a laser e computador balístico, que define automaticamente a marca de mira na lente de acordo com o alcance do alvo, e também é usado para programar remotamente fusíveis para granadas de 20 mm. Antes de disparar, de acordo com os dados do telêmetro a laser, o fusível da granada é programado para detonar no ar a uma determinada distância, o que garante que os alvos cobertos sejam atingidos por estilhaços de cima ou de lado. A determinação do alcance para detonação remota é realizada contando as revoluções feitas pela granada em vôo.

orçamento estadual federal

Instituição educacional

Tecnologia do Estado de Kovrov

Academia eles. V.A. Degtyareva

Resumo sobre o tema:

"O princípio de operação de um telêmetro a laser"

Concluído:

aluno do grupo U-112

Terekhova A.S.

Verificado:

Kuznetsova S.V.

Kovrov 2014

história da criação

Princípio da Operação

Conclusão

A história da criação do laser

A palavra "laser" é composta pelas letras iniciais da frase em inglês Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, que traduzido para o russo significa: amplificação da luz por emissão estimulada. Assim, o próprio termo laser reflete o papel fundamental dos processos de emissão estimulada, que eles desempenham em geradores e amplificadores de luz coerente. Portanto, a história da criação de um laser deve começar em 1917, quando Albert Einstein introduziu pela primeira vez o conceito de emissão estimulada.

Este foi o primeiro passo em direção ao laser. O passo seguinte foi dado pelo físico soviético V. A. Fabrikant, que em 1939 apontou a possibilidade de usar a emissão estimulada para amplificar a radiação eletromagnética à medida que atravessa a matéria. A ideia apresentada por V. A. Fabrikant sugeria o uso de microssistemas com populações de nível inverso. Mais tarde, após o fim da Grande Guerra Patriótica, V. A. Fabrikant voltou a essa ideia e, com base em sua pesquisa, apresentou em 1951 (junto com M. M. Vudynsky e F. A. Butaeva) um pedido de invenção de um método de amplificação de radiação usando emissões forçadas. Para este pedido foi emitido um certificado, no qual, no título "Objeto da invenção", estava escrito: "Método para amplificação de radiação eletromagnética (comprimentos de onda ultravioleta, visível, infravermelho e rádio), caracterizado pelo fato de que a radiação amplificada é passaram por um meio no qual, com a ajuda de radiação auxiliar ou de outra forma, criam uma concentração excessiva de átomos, outras partículas ou seus sistemas nos níveis de energia superiores correspondentes aos estados excitados em comparação com o estado de equilíbrio.

Inicialmente, esse método de amplificação de radiação acabou sendo implementado na faixa de rádio e, mais precisamente, na faixa de frequência de micro-ondas (faixa UHF). Em maio de 1952, na All-Union Conference on Radio Spectroscopy, os físicos soviéticos N. G. Basov e A. M. Prokhorov fizeram um relatório sobre a possibilidade fundamental de criar um amplificador de radiação na faixa de micro-ondas. Eles o chamaram de "gerador molecular" (deveria usar um feixe de moléculas de amônia). Quase simultaneamente, a proposta de usar a emissão estimulada para amplificar e gerar ondas milimétricas foi feita na Universidade de Columbia, nos Estados Unidos, pelo físico americano C. Towns.

Em 1954, o gerador molecular, logo chamado de maser, tornou-se uma realidade. Foi desenvolvido e criado de forma independente e simultânea em dois pontos do globo - no P. N. Lebedev Physical Institute da Academia de Ciências da URSS (um grupo liderado por N. G. Basov e A. M. Prokhorov) e na Columbia University nos EUA (um grupo sob o liderança de Ch. Towns).

Posteriormente, o termo "laser" veio do termo "maser" como resultado da substituição da letra "M" (letra inicial da palavra Microondas - micro-ondas) pela letra "L" (letra inicial da palavra Light - luz). A operação de um maser e um laser é baseada no mesmo princípio - o princípio formulado em 1951 por V. A. Fabrikant. O surgimento do maser significou o nascimento de uma nova direção na ciência e na tecnologia. No início, foi chamada de radiofísica quântica e, posteriormente, de eletrônica quântica.

Dez anos após a criação do maser, em 1964, na cerimônia do Prêmio Nobel, o acadêmico A. M. Prokhorov disse: “Parece que após a criação dos masers na faixa de rádio, em breve serão criados geradores quânticos na faixa óptica. No entanto , isso não aconteceu "Só foram criados depois de cinco ou seis anos. O que explica isso? Havia duas dificuldades. A primeira dificuldade era que naquela época não eram propostos ressonadores para a faixa de comprimento de onda óptico e a segunda era que sistemas específicos e métodos para obter uma população inversa na faixa óptica".

Os seis anos mencionados por A. M. Prokhorov foram de fato preenchidos com aqueles estudos que permitiram, em última análise, passar de um maser para um laser. Em 1955, N. G. Basov e A. M. Prokhorov fundamentaram o uso do método de bombeamento óptico para criar uma população de nível inverso. Em 1957, N. G. Basov apresentou a ideia de usar semicondutores para criar geradores quânticos; ao mesmo tempo, ele sugeriu o uso de superfícies especialmente tratadas da própria amostra como um ressonador. No mesmo 1957, V. A. Fabrikant e F. A. Butaeva observaram o efeito da amplificação quântica óptica em experimentos com uma descarga elétrica em uma mistura de vapor de mercúrio e pequenas quantidades de hidrogênio e hélio. Em 1958, A. M. Prokhorov e, independentemente dele, o físico americano C. Towns, fundamentaram teoricamente a possibilidade de usar o fenômeno da emissão estimulada na faixa óptica; eles (assim como o americano R. Dicke) apresentaram a ideia de usar na faixa óptica não a granel (como na faixa de micro-ondas), mas ressonadores abertos. Observe que o ressonador estruturalmente aberto difere do ressonador em massa porque as paredes condutivas laterais são removidas (os refletores finais que fixam o eixo do ressonador no espaço são retidos) e as dimensões lineares do ressonador são escolhidas grandes em comparação com o comprimento de onda da radiação longa.

Em 1959, o trabalho de N. G. Basov, B. M. Vul e Yu. M. Popov foi publicado com uma fundamentação teórica da ideia de geradores quânticos de semicondutores e uma análise das condições para sua criação. Finalmente, em 1960, apareceu um artigo fundamentado de N. G. Basov, O. N. Krokhin, Yu. M. Popov, no qual os princípios da criação e a teoria dos geradores e amplificadores quânticos nas faixas infravermelha e visível foram amplamente considerados. No final do artigo, os autores escreveram: "A ausência de limitações fundamentais nos permite esperar que geradores e amplificadores nas faixas de comprimento de onda infravermelho e óptico sejam criados em um futuro próximo".

Assim, intensas pesquisas teóricas e experimentais na URSS e nos EUA aproximaram os cientistas da criação de um laser no final da década de 1950. O sucesso coube ao físico americano T. Maiman. Em 1960, ele relatou em duas revistas científicas que havia conseguido obter a geração de radiação na faixa óptica em um rubi. Assim, o mundo soube do nascimento do primeiro "maser óptico" - um laser de rubi. A primeira amostra do laser parecia bastante modesta: um pequeno cubo de rubi (1x1x1 cm), com dois lados opostos revestidos de prata (esses lados desempenhavam o papel de espelho ressonador), era periodicamente irradiado com luz verde de um lâmpada de flash de alta potência, que serpenteava ao redor do cubo de rubi. A radiação gerada na forma de pulsos de luz vermelha foi emitida através de um pequeno orifício em uma das faces prateadas do cubo.

Na mesma década de 1960, os físicos americanos A. Javan, W. Bennett, E. Herriot conseguiram obter a geração de radiação óptica em uma descarga elétrica em uma mistura de hélio e neon. Assim nasceu o primeiro laser a gás, cuja aparência foi realmente preparada por estudos experimentais de V. A. Fabrikant e F. A. Butaeva, realizados em 1957.

Desde 1961, os lasers de vários tipos (estado sólido e gás) ocupam um lugar firme nos laboratórios ópticos. Novos meios ativos estão sendo dominados, a tecnologia de fabricação de lasers está sendo desenvolvida e aprimorada. Em 1962-1963 os primeiros lasers semicondutores estão sendo criados simultaneamente na URSS e nos EUA.

Assim começa um novo período "laser" da óptica. Desde a sua criação, a tecnologia laser se desenvolveu em um ritmo excepcionalmente rápido. Novos tipos de lasers aparecem e os antigos são aprimorados ao mesmo tempo. Esse foi o motivo da penetração profunda dos lasers em muitos ramos da economia nacional.

O princípio de funcionamento do laser

Fig.1 Esquema de operação do laser

O diagrama esquemático de um laser é extremamente simples (Fig. 1): um elemento ativo colocado entre dois espelhos mutuamente paralelos. Os espelhos formam o chamado ressonador óptico; um dos espelhos é ligeiramente transparente e um feixe de laser sai do ressonador através desse espelho. Para iniciar a geração da radiação laser, é necessário "bombear" o elemento ativo com energia de alguma fonte (é chamado de dispositivo de bombeamento).

De fato, o principal processo físico que determina a ação de um laser é a emissão estimulada de radiação. Ocorre quando um fóton interage com um átomo excitado, quando a energia do fóton coincide com a energia de excitação do átomo (ou molécula).

Como resultado dessa interação, o átomo excitado entra em um estado não excitado, e o excesso de energia é emitido na forma de um novo fóton com exatamente a mesma energia, direção de propagação e polarização do fóton primário. Assim, a consequência desse processo é a presença de dois fótons absolutamente idênticos. Com a interação adicional desses fótons com átomos excitados semelhantes ao primeiro átomo, pode ocorrer uma "reação em cadeia" de reprodução de fótons idênticos "voando" exatamente na mesma direção, o que levará ao aparecimento de um feixe de luz direcionado estreitamente. Para o surgimento de uma avalanche de fótons idênticos, é necessário um meio em que haja mais átomos excitados do que não excitados, pois os fótons seriam absorvidos quando fótons interagissem com átomos não excitados. Tal meio é chamado de meio com uma população inversa de níveis de energia (Fig. 2).

Figura 2. Representação esquemática de um meio com uma população inversa de níveis de energia.

Assim, além da emissão forçada de fótons por átomos excitados, há também um processo de emissão espontânea e espontânea de fótons durante a transição de átomos excitados para um estado não excitado e um processo de absorção de fótons durante a transição de átomos de um estado estado não excitado para um excitado. Esses três processos que acompanham as transições dos átomos para estados excitados e vice-versa foram postulados, como já mencionado acima, por A. Einstein em 1916.

Se o número de átomos excitados for grande e houver uma população inversa de níveis (há mais átomos no estado excitado superior do que no estado não excitado inferior), então o primeiro fóton nascido como resultado da emissão espontânea irá causar uma avalanche crescente do aparecimento de fótons idênticos a ele. Haverá um aumento na emissão espontânea.

Com a produção simultânea (em princípio é possível) de um grande número de fótons emitidos espontaneamente, surge um grande número de avalanches, cada uma das quais se propagará em sua própria direção, dada pelo fóton inicial da avalanche correspondente.

Fig.3. Fótons nascidos espontaneamente, cuja direção de propagação não é perpendicular ao plano dos espelhos, criam avalanches de fótons que vão além do meio

Como resultado, receberemos fluxos de quanta de luz, mas não poderemos obter um feixe direcionado nem alta monocromaticidade, pois cada avalanche foi iniciada por seu próprio fóton inicial. Para que um meio com população invertida possa ser utilizado para gerar um feixe de laser, ou seja, um feixe direcional com alta monocromaticidade, é necessário “retirar” a população inversa utilizando fótons primários que já possuem a mesma diretividade de radiação e a mesma energia , coincidindo com a energia da transição dada no átomo. Neste caso, teremos um amplificador de luz laser.

Existe, no entanto, outra opção para obtenção de um feixe de laser, associada à utilização de um sistema de realimentação. Na fig. A Figura 3 mostra que fótons produzidos espontaneamente, cuja direção de propagação é perpendicular ao plano dos espelhos, criam avalanches de fótons que vão além do meio. Ao mesmo tempo, os fótons cuja direção de propagação é perpendicular ao plano dos espelhos criarão avalanches que se multiplicarão no meio devido às múltiplas reflexões dos espelhos. Se um dos espelhos tiver uma pequena transmissão, um fluxo de fótons direcionado sairá por ele perpendicularmente ao plano dos espelhos. Com a transmissão dos espelhos devidamente selecionada, seu ajuste preciso um em relação ao outro e em relação ao eixo longitudinal do meio com população inversa, o feedback pode ser tão eficaz que a radiação "lateral" pode ser completamente negligenciada em comparação com a radiação emergente através dos espelhos. Na prática, isso realmente pode ser feito. Esse circuito de feedback é chamado de ressonador óptico e é esse tipo de ressonador que é usado na maioria dos lasers existentes.

Algumas propriedades únicas da radiação laser

Vamos considerar algumas propriedades únicas da radiação laser. Durante a emissão espontânea, um átomo emite uma linha espectral de largura finita. Com um aumento tipo avalanche no número de fótons emitidos estimulados em um meio com uma população invertida, a intensidade da radiação dessa avalanche aumentará, em primeiro lugar, no centro da linha espectral de uma determinada transição atômica e como um resultado desse processo, a largura da linha espectral da emissão espontânea inicial diminuirá. Na prática, em condições especiais, é possível tornar a largura relativa da linha espectral da radiação laser 107 - 108 vezes menor que a largura das linhas de emissão espontânea mais estreitas observadas na natureza.

Além de estreitar a linha de emissão no laser, é possível obter uma divergência de feixe inferior a 10-4 radianos, ou seja, ao nível de segundos de arco.

Sabe-se que um feixe de luz direcional estreito pode ser obtido, em princípio, de qualquer fonte, colocando várias telas com pequenos orifícios localizadas na mesma linha reta no caminho do fluxo de luz. Imaginemos que pegamos um corpo negro aquecido e com a ajuda de diafragmas recebemos um feixe de luz, do qual foi isolado um feixe com largura espectral correspondente à largura do espectro de radiação laser por meio de um prisma ou outro dispositivo espectral. Conhecendo a potência da radiação laser, a largura de seu espectro e a divergência angular do feixe, é possível, por meio da fórmula de Planck, calcular a temperatura de um corpo negro imaginário utilizado como fonte de um feixe de luz equivalente a um laser feixe. Esse cálculo nos levará a um número fantástico: a temperatura de um corpo negro deve ser da ordem de dezenas de milhões de graus! Uma propriedade incrível de um feixe de laser - sua alta temperatura efetiva (mesmo com uma potência de radiação de laser média relativamente baixa ou baixa energia de pulso de laser) abre grandes oportunidades para pesquisadores que são absolutamente impossíveis sem o uso de um laser.

Aplicação de lasers em diversos processos tecnológicos

poder tecnológico de radiação laser

O advento dos lasers teve e continua a ter impacto imediato em vários campos da ciência e tecnologia, onde se tornou possível a utilização de lasers para resolver problemas científicos e técnicos específicos. Os estudos realizados confirmaram a possibilidade de uma melhoria significativa de muitos dispositivos e sistemas ópticos que utilizam lasers como fonte de luz e levaram à criação de dispositivos fundamentalmente novos (amplificadores de brilho, giroscópios quânticos, circuitos ópticos de alta velocidade, etc.). Diante dos olhos de uma geração, ocorreu a formação de novas áreas científicas e técnicas - holografia, óptica não linear e integrada, tecnologias de laser, química de laser, uso de lasers para fusão termonuclear controlada e outros problemas de energia. A seguir, uma breve lista de aplicações de lasers em vários campos da ciência e tecnologia, onde as propriedades únicas da radiação laser proporcionaram progressos significativos ou levaram a soluções científicas e técnicas completamente novas.

A alta monocromaticidade e coerência da radiação laser garantem o uso bem-sucedido de lasers em espectroscopia, iniciação de reações químicas, separação de isótopos, sistemas de medição de velocidades lineares e angulares, em todas as aplicações baseadas no uso de interferência, em comunicação e luz- sistemas de localização. De nota particular é, obviamente, o uso de lasers em holografia.

A alta densidade de energia e potência dos feixes de laser, a capacidade de concentrar a radiação do laser em um pequeno ponto são usadas em sistemas de laser para fusão termonuclear, em processos tecnológicos como corte a laser, soldagem, perfuração, endurecimento de superfície e processamento dimensional de várias peças. As mesmas propriedades e diretividade da radiação laser garantem o uso bem-sucedido de lasers em tecnologia militar.

A diretividade da radiação laser e sua baixa divergência são usadas na fixação de direções (em construção, geodésia, cartografia), para direcionamento e designação de alvos, na localização, inclusive para medir distâncias a satélites artificiais da Terra, em sistemas de comunicação através do espaço e comunicações subaquáticas.

Com a criação dos lasers, houve um grande progresso no desenvolvimento da óptica não linear, no estudo e uso de fenômenos como geração de harmônicos, autofocalização de feixes de luz, absorção multifotônica, vários tipos de dispersão de luz causados ​​pelo laser campo de radiação.

Os lasers são usados ​​com sucesso na medicina: na cirurgia (incluindo cirurgia ocular, destruição de cálculos renais, etc.) e terapia de várias doenças, na biologia, onde a focalização em um pequeno ponto permite atuar em células individuais ou mesmo em suas partes.

A maioria dos campos de aplicação de lasers acima são ramos independentes e extensos da ciência ou tecnologia e, é claro, requerem consideração independente. O objetivo da breve e incompleta lista de aplicações do laser aqui apresentada é ilustrar o enorme impacto que o advento dos lasers teve no desenvolvimento da ciência e da tecnologia, na vida da sociedade moderna.

O uso de lasers na indústria de joias

Nos últimos anos, houve uma tendência de expansão do uso de lasers na indústria de joias. As máquinas mais utilizadas para processamento com lasers de estado sólido em granada de ítrio e alumínio, cuja radiação é bem absorvida pelos principais materiais da indústria de joias - metais e pedras preciosas. Alguns dos processos tecnológicos de processamento a laser foram totalmente desenvolvidos e implementados na indústria de joias, alguns processos e tecnologias estão em desenvolvimento e poderão em breve ser aplicados ao processamento de produtos de joalheria. Portanto, tentarei considerar todas as opções possíveis para o uso de lasers em processos tecnológicos na indústria de joias.

Perfuração em pedras. Um dos primeiros usos de lasers foi fazer furos em pedras de relógio. A furação sempre foi uma operação extremamente trabalhosa. A moderna tecnologia a laser permite perfurar pedras de vários tipos com a forma desejada com alta velocidade e qualidade.

Soldagem a laser. Uma das primeiras aplicações do laser na indústria joalheira foi o reparo de vários produtos usando soldagem a laser. Um exemplo do uso da soldagem a laser na produção em massa é a soldagem a laser de correntes durante sua produção.

Arroz. 4. Tipos de correntes a soldar.

Arroz. 5. Um exemplo de soldagem a laser de um grampo de ouro

De fato, todo mundo conhece e usa com sucesso os equipamentos para a produção de correntes, principalmente as empresas italianas. Uma característica desse processo é sua natureza de duas etapas: primeiro, uma corrente é formada e depois soldada usando métodos tradicionais. Os lasers permitem soldar um elo de corrente diretamente durante sua formação em uma operação tecnológica e no mesmo equipamento. Esta tecnologia foi desenvolvida pela primeira vez para soldagem de correntes de ouro pela empresa italiana Laservall. Também é possível usar a soldagem ao conectar vários nós de joias, fixar agulhas de sinais (Fig. 2), soldar um anel grande para uma fechadura, etc. As vantagens da soldagem a laser são a localização da entrada de calor, ausência de fluxos e material de enchimento (solda), baixas perdas de material durante a soldagem, capacidade de conectar partes do produto com pedras, praticamente sem aquecer todo o produto como um todo. Deve-se notar especialmente que a soldagem a laser é um dos processos tecnológicos mais complexos e requer o desenvolvimento de tecnologia (regras de montagem, modos de soldagem, preparação e design de uma unidade para soldagem) em quase todos os casos de aplicação deste processo.

Soldagem a laser com um aditivo (revestimento). Esse processo pode ser realizado de forma semelhante à soldagem, mas com a refundição na zona de soldagem de um material de enchimento adicional - a solda. Assim, pode-se resolver a questão da soldagem de vazios internos e cascas de produtos que se abrem durante o polimento e retificação de produtos após a fundição, bem como a soldagem de juntas com grandes folgas.

Marcação e gravação a laser. Um dos métodos mais interessantes de processamento de metais preciosos é a marcação e gravação. Lasers modernos equipados com controle de computador permitem aplicar quase todas as informações gráficas - desenhos, inscrições, monogramas, logotipos - ao metal por marcação e gravação a laser (modificações de superfície sob a influência da radiação laser). Além disso, a imagem pode ser aplicada tanto em uma imagem raster quanto em uma imagem de contorno. Equipamentos modernos permitem mover o feixe de laser a uma velocidade de mais de dois metros por minuto e fornecer resolução gráfica em metal de até 10...15 linhas por milímetro. Nessa técnica é possível fabricar vários pingentes, grampos de cabelo e outras joias com uma espécie de grafismo a laser a baixo custo (Fig. 3). Também uma aplicação interessante da tecnologia de gravação a laser é a aplicação a laser de vários logotipos, monogramas de proprietários, marcas registradas e sinais em elementos de utensílios de mesa, tanto de metais preciosos quanto de metais não preciosos, por exemplo, para designar "inoxidável". nas lâminas das facas.

Fig.6. Amostras de marcação a laser e gravação de jóias.

Alta resolução (linhas finas), precisão e repetibilidade (menos de 5 mícrons) de um padrão gráfico em metal possibilita o uso eficaz de um laser para marcação de marcações de produtos para posterior gravação manual, por exemplo, na fabricação de sinais comemorativos, medalhas ou ferramentas para sua produção. Uma ampla variedade de modos de processamento a laser permite dosar com precisão a energia da radiação do laser, o que, por sua vez, oferece a possibilidade de processamento de alta precisão de materiais de duas camadas, por exemplo, joias de metal base pré-lacadas. A remoção do verniz sob a influência da radiação laser sem perturbar os parâmetros geométricos da superfície do metal permite realizar a deposição galvânica subsequente do metal precioso de quase qualquer imagem gráfica e obter um produto incomum.

Marcação de diamante. O desenvolvimento moderno de lasers e tecnologia laser, a melhoria dos parâmetros de radiação laser, o desenvolvimento de emissores laser fundamentalmente novos abriram a possibilidade de marcar diamantes.

Arroz. 4. Aparência de marcação de diamante sintético.

Segundo a revista Jewellery Review, o American Institute of Gemology, com o objetivo de melhorar as características do mercado de diamantes, iniciou a marcação a laser de diamantes com peso a partir de 0,99 quilates. Trabalho semelhante está sendo realizado na Rússia. Assim, na fig. 4. É dado um exemplo de aplicação de uma imagem a laser a um diamante sintético, muito próximo da pedra natural em termos de propriedades físicas e químicas e é um bom material modelo para estudar o processo tecnológico de marcação de diamantes. Como o tamanho dos sinais bem identificáveis ​​​​na figura é de cerca de 125 mícrons, abre-se a possibilidade de marcação a laser no cinto de diamantes com peso de 0,2 quilates, já que o tamanho do cinto é de cerca de 200 mícrons. Esta é uma tecnologia muito promissora.

branding. Hallmarking é um tipo de marcação a laser, quando uma imagem é formada em metal como resultado da projeção de um padrão previamente criado com um feixe de laser. Este método facilita a obtenção de tamanhos pequenos em metal e é usado para definir os nomes do fabricante do produto e marcas. A alta resolução permite a obtenção de imagens com alto grau de proteção contra reprodução (falsificação) e pode ser utilizada para contrastes.

A marca no produto também é um sinal de sua qualidade. A tecnologia de aplicação de marca com laser não acarreta perda de qualidade dos produtos, não requer recarga de marca, possui alta produtividade e ergonomia. Especialmente eficaz é o uso da marcação a laser em produtos leves e de paredes finas feitos de metais preciosos.

Telémetros laser terrestres. O alcance do laser é uma das primeiras áreas de aplicação prática de lasers em equipamentos militares estrangeiros. Os primeiros experimentos datam de 1961, e agora os telêmetros a laser são usados ​​​​tanto em equipamentos militares terrestres (artilharia, tal) quanto na aviação (telêmetros, altímetros, designadores de alvo) e na marinha. Esta técnica foi testada em combate no Vietnã e no Oriente Médio. Atualmente, vários telêmetros foram adotados por muitos exércitos do mundo.

A tarefa de determinar a distância entre o telêmetro e o alvo é reduzida a medir o intervalo de tempo correspondente entre o sinal de sondagem e o sinal, a reflexão do alvo. Existem três métodos para medir o alcance, dependendo do tipo de modulação da radiação laser usada no telêmetro: pulso, fase ou pulso de fase.

A essência do método de variação de pulso é que um pulso de sondagem é enviado ao objeto, que também inicia um contador de tempo no telêmetro. Quando o pulso refletido pelo objeto atinge o telêmetro, ele para o contador. De acordo com o intervalo de tempo, a distância até o objeto é exibida automaticamente na frente do operador. Usando a fórmula considerada anteriormente, estimamos a precisão de tal método de alcance se for conhecido que a precisão da medição do intervalo de tempo entre a sondagem e os sinais refletidos corresponde a 10-9 s. Como podemos supor que a velocidade da luz é de 3 * 1010 cm/s, obtemos um erro ao alterar a distância em cerca de 30 cm, e os especialistas acreditam que isso é suficiente para resolver uma série de problemas práticos.

Com o método de variação de fase, a radiação laser é modulada de acordo com uma lei senoidal. Neste caso, a intensidade da radiação varia dentro de uma faixa significativa. Dependendo da distância ao objeto, a fase do sinal que caiu sobre o objeto muda. O sinal refletido do objeto chegará ao receptor também com certa fase, dependendo da distância. Isso é bem ilustrado na seção sobre telêmetros geodésicos. Vamos estimar o erro de um telêmetro de fase adequado para operação de campo. Especialistas dizem que não é difícil para um operador (não um soldado muito qualificado) determinar a fase com um erro de não mais que um grau. Se a frequência de modulação da radiação do laser for de 10 MHz, o erro de medição da distância será de cerca de 5 cm.

O primeiro telêmetro a laser XM-23 foi testado e adotado pelos exércitos. Ele é projetado para uso em postos avançados de observação das forças terrestres. A fonte de radiação é um laser de rubi com potência de saída de 2,5 W e duração de pulso de 30 ns. Os circuitos integrados são amplamente utilizados no projeto do telêmetro. O emissor, o receptor e os elementos ópticos são montados em um monobloco, que possui escalas para informar com precisão o azimute e o ângulo de elevação do alvo. O telêmetro é alimentado por uma bateria de níquel-cádmio de 24 V que fornece 100 medições de alcance sem recarga. Em outro telêmetro de artilharia, também adotado pelos exércitos, há um dispositivo para determinar simultaneamente o alcance de até quatro alvos situados na mesma linha, por distâncias sucessivas de estroboscópio de 200,600,1000, 2000 e 3000m.

Interessante telêmetro a laser sueco. Destina-se ao uso em sistemas de controle de fogo de artilharia naval e costeira a bordo. O design do telêmetro é particularmente durável, o que permite que seja usado em condições difíceis. O telêmetro pode ser emparelhado, se necessário, com um intensificador de imagem ou uma mira de televisão. O modo de operação do telêmetro fornece medições a cada 2s. dentro de 20s. e com uma pausa entre uma série de medições por 20 s. ou a cada 4s. Durante muito tempo. Os indicadores digitais de alcance funcionam de forma que quando um dos indicadores dá o último alcance medido, as outras quatro medições de distância anteriores são armazenadas na memória do outro.

Um telêmetro a laser de muito sucesso é o LP-4. Possui um obturador ótico-mecânico como Q-switch. A parte receptora do telêmetro também é a visão do operador. O diâmetro do sistema óptico de entrada é de 70 mm. O receptor é um fotodiodo portátil, cuja sensibilidade tem um valor máximo em um comprimento de onda de 1,06 μm. O medidor está equipado com um circuito de estroboscópio de alcance, que opera de acordo com a configuração do operador de 200 a 3000 m. No esquema da mira óptica, um filtro protetor é colocado na frente da ocular para proteger o olho do operador dos efeitos de seu laser ao receber o pulso refletido. O emissor e o receptor são montados em um invólucro. O ângulo de elevação do alvo é determinado em + 25 graus. A bateria fornece 150 medições de distância sem recarga, seu peso é de apenas 1 kg. O telêmetro foi testado e adquirido em vários países, como - Canadá, Suécia, Dinamarca, Itália, Austrália. Além disso, o Ministério da Defesa britânico assinou um contrato para o fornecimento de um telêmetro LP-4 modificado com peso de 4,4 kg ao exército britânico.

Os telêmetros a laser portáteis são projetados para unidades de infantaria e observadores de artilharia avançada. Um desses telêmetros é feito na forma de binóculos. A fonte de radiação e o receptor são montados em um invólucro comum, com mira óptica monocular de seis vezes maior, em cujo campo de visão existe um painel de luz de LEDs, bem distinguível tanto à noite quanto durante o dia. O laser usa uma granada de alumínio e ítrio como fonte de radiação, com um Q-switch em niobato de lítio. Isso fornece uma potência de pico de 1,5 MW. A parte receptora usa um fotodetector de avalanche duplo com um amplificador de baixo ruído de banda larga, o que permite detectar pulsos curtos com baixa potência de apenas 10-9 W. Sinais falsos refletidos de objetos próximos que estão no cano com o alvo são eliminados usando um circuito de gating de alcance. A fonte de energia é uma bateria recarregável de pequeno porte que fornece 250 medições sem recarga. As unidades eletrônicas do telêmetro são feitas em circuitos integrados e híbridos, o que possibilitou aumentar a massa do telêmetro junto com a fonte de alimentação para 2 kg.

A instalação de telêmetros a laser em tanques interessou imediatamente desenvolvedores estrangeiros de armas militares. Isso se deve ao fato de que em um tanque é possível introduzir um telêmetro no sistema de controle de tiro do tanque, aumentando assim suas qualidades de combate. Para isso, o telêmetro AN/VVS-1 foi desenvolvido para o tanque M60A. No entanto, não diferia em design de um telêmetro de artilharia a laser em um rubi, além de emitir dados de alcance em um display digital na calculadora do sistema de controle de fogo do tanque. Nesse caso, a medição do alcance pode ser realizada tanto pelo artilheiro quanto pelo comandante do tanque. Modo de operação do telêmetro - 15 medições por minuto durante uma hora. A imprensa estrangeira relata que um telêmetro mais avançado, desenvolvido posteriormente, tem limites de alcance de 200 a 4700m. com precisão de + 10 m, e um computador conectado ao sistema de controle de tiro do tanque, onde, juntamente com outros dados, são processados ​​\u200b\u200bmais 9 tipos de dados de munição. Isso, segundo os desenvolvedores, permite acertar o alvo com o primeiro tiro. O sistema de controle de tiro de um canhão tanque possui um analógico, considerado anteriormente, como um telêmetro, mas inclui mais sete sensores sensoriais e uma mira óptica. Nome da instalação Kobelda . A imprensa relata que oferece uma alta probabilidade de acertar o alvo e, apesar da complexidade dessa instalação, o mecanismo de balística muda para a posição correspondente ao tipo de tiro selecionado e, a seguir, pressiona o botão do telêmetro a laser. Ao atirar em um alvo em movimento, o artilheiro abaixa adicionalmente o interruptor de bloqueio de controle de tiro para que o sinal do sensor de velocidade de rotação da torre ao rastrear o alvo vá atrás do tacômetro para o dispositivo de computação, ajudando a gerar um sinal da instituição. Telêmetro a laser incluído no sistema Kobelda , permite medir o alcance simultaneamente para dois alvos localizados no alinhamento. O sistema é de ação rápida, o que permite fotografar no menor tempo possível.

Se para alvos estacionários a probabilidade de acertar ao usar um sistema a laser em comparação com a probabilidade de acertar ao usar um sistema com um telêmetro estéreo não faz uma grande diferença a uma distância de cerca de 1000m e é sentida apenas a uma distância de 1500m ou mais, então para alvos móveis o ganho é claro. Pode-se observar que a probabilidade de acertar um alvo em movimento ao usar um sistema a laser, em comparação com a probabilidade de acertar ao usar um sistema com telêmetro estéreo já a uma distância de 100 m, aumenta em mais de 3,5 vezes, e em a uma distância de 2.000 m., onde o sistema com telêmetro estéreo se torna praticamente ineficaz, o laser o sistema oferece uma probabilidade de derrota desde o primeiro tiro de cerca de 0,3.

Nos exércitos, além da artilharia e dos tanques, os telêmetros a laser são utilizados em sistemas onde é necessário determinar o alcance com alta precisão em um curto período de tempo. Assim, na imprensa foi noticiado que foi desenvolvido um sistema automático para rastrear alvos aéreos e medir a distância até eles. O sistema permite medições precisas de azimute, elevação e alcance. Os dados podem ser gravados em fita magnética e processados ​​em um computador. O sistema tem tamanho e peso pequenos e é colocado em uma van móvel. O sistema inclui um laser operando na faixa do infravermelho. Receptor de câmera de TV infravermelho, monitor de TV, espelho de rastreamento de servo-fio, display digital e gravador. O dispositivo a laser de vidro de neodímio opera no modo Q-switched e emite energia em um comprimento de onda de 1,06 µm. A potência de radiação é de 1 MW por pulso com duração de 25 ns e taxa de repetição de pulso de 100 Hz. A divergência do feixe de laser é de 10 mrad. Os canais de rastreamento usam vários tipos de fotodetectores. O receptor usa um LED de silício. No canal de rastreamento - uma grade composta por quatro fotodiodos, com a ajuda da qual um sinal de incompatibilidade é gerado quando o alvo é deslocado do eixo de visão em azimute e elevação. O sinal de cada receptor é alimentado a um amplificador de vídeo com uma resposta logarítmica e uma faixa dinâmica de 60 dB. O sinal de limite mínimo no qual o sistema monitora o alvo é 5 * 10-8 W. O espelho de rastreamento de alvo é acionado em azimute e elevação por servomotores. O sistema de rastreamento permite determinar a localização de alvos aéreos a uma distância de até 19 km. enquanto a precisão do rastreamento do alvo, determinada experimentalmente, é de 0,1 mrad. em azimute e 0,2 mrad em elevação do alvo. Precisão de medição de distância + 15 cm.

Os telêmetros a laser em vidro de rubi e neodímio fornecem medição de distância para objetos estacionários ou em movimento lento, pois a taxa de repetição de pulso é baixa. Não mais do que um hertz. Se for necessário medir distâncias curtas, mas com uma frequência maior de ciclos de medição, são usados ​​telêmetros de fase com emissor de laser semicondutor. Como regra, eles usam arsenieto de gálio como fonte. Aqui está a característica de um dos telêmetros: a potência de saída é de 6,5 W por pulso, cuja duração é de 0,2 μs e a taxa de repetição do pulso é de 20 kHz. A divergência do feixe de laser é de 350*160 mrad, ou seja, assemelha-se a uma pétala. Se necessário, a divergência angular do feixe pode ser reduzida para 2 mrad. O receptor consiste em um sistema óptico, cujo plano focal é um diafragma que limita o campo de visão do receptor ao tamanho desejado. A colimação é realizada por uma lente de foco curto localizada atrás do diafragma. O comprimento de onda de trabalho é de 0,902 mícrons e o intervalo é de 0 a 400m. A imprensa relata que essas características foram significativamente melhoradas em designs posteriores. Assim, por exemplo, já foi desenvolvido um telêmetro a laser com alcance de 1500m. e precisão de medição de distância + 30m. Este telêmetro tem uma taxa de repetição de 12,5 kHz com uma duração de pulso de 1 μs. Outro telêmetro desenvolvido nos EUA tem alcance de 30 a 6400m. A potência do pulso é de 100 W e a taxa de repetição do pulso é de 1000 Hz.

Como vários tipos de telêmetros são usados, tem havido uma tendência de unificar os sistemas de laser na forma de módulos separados. Isso simplifica sua montagem, bem como a substituição de módulos individuais durante a operação. De acordo com especialistas, o design modular do telêmetro a laser oferece máxima confiabilidade e facilidade de manutenção no campo.

O módulo emissor consiste em uma haste, uma lâmpada de bomba, um iluminador, um transformador de alta tensão, espelhos ressonadores e um Q-switch. Como fonte de radiação, geralmente é usado vidro de neodímio ou granada de alumínio e sódio, o que garante a operação do telêmetro sem sistema de resfriamento. Todos esses elementos da cabeça são colocados em um corpo cilíndrico rígido. A usinagem precisa dos assentos em ambas as extremidades do corpo cilíndrico do cabeçote permite uma rápida substituição e instalação sem ajuste adicional, o que garante facilidade de manutenção e reparo. Para o ajuste inicial do sistema óptico, é utilizado um espelho de referência, montado sobre uma superfície cuidadosamente usinada da cabeça, perpendicular ao eixo do corpo cilíndrico. Um iluminador do tipo difusão consiste em dois cilindros que entram um no outro, entre cujas paredes existe uma camada de óxido de magnésio. O Q-switch é projetado para operação estável contínua ou pulsada com partidas rápidas. os principais dados da cabeça unificada são os seguintes: comprimento de onda - 1,06 μm, energia da bomba - 25 J, energia do pulso de saída - 0,2 J, duração do pulso 25 ns, taxa de repetição do pulso 0,33 Hz por 12 s, operação com frequência de 1 Hz é permitido), o ângulo de divergência é de 2 mrad. Devido à alta sensibilidade a ruídos internos, o fotodiodo, o pré-amplificador e a fonte de alimentação ficam alojados no mesmo invólucro com a disposição mais densa possível, sendo que em alguns modelos é tudo feito em uma única unidade compacta. Isso fornece uma sensibilidade da ordem de 5 * 10-8 W.

O amplificador possui um circuito de limiar que é acionado no momento em que o pulso atinge a metade da amplitude máxima, o que ajuda a melhorar a precisão do telêmetro, pois reduz o efeito das flutuações na amplitude do pulso de entrada. Os sinais de partida e parada são gerados pelo mesmo fotodetector e seguem o mesmo caminho, o que elimina erros sistemáticos de alcance. O sistema óptico consiste em um telescópio afocal para reduzir a divergência do feixe de laser e uma lente de foco para o fotodetector. Os fotodiodos têm um diâmetro de área ativa de 50, 100 e 200 µm. Uma redução significativa no tamanho é facilitada pelo fato de que os sistemas ópticos de recepção e transmissão são combinados, e a parte central é usada para formar a radiação do transmissor, e a parte periférica é usada para receber o sinal refletido do alvo.

Sistemas de laser aerotransportados. A imprensa estrangeira informa que os telêmetros e altímetros a laser se tornaram amplamente utilizados na aviação militar dos Estados Unidos e países da OTAN, fornecem alta precisão na medição de alcance ou altura, têm pequenas dimensões e são facilmente integrados a um sistema de controle de tiro. Além dessas tarefas, várias outras tarefas agora são atribuídas aos sistemas a laser. Isso inclui orientação e designação de alvo. Os sistemas de orientação a laser e designação de alvos são usados ​​em helicópteros, aviões e veículos aéreos não tripulados. Eles são divididos em semi-ativos e ativos. O princípio de construção de um sistema semi-ativo é o seguinte: o alvo é irradiado com radiação laser de forma contínua ou pulsada, mas de forma a excluir a perda do alvo do sistema de orientação a laser, para o qual a frequência apropriada de mensagens é selecionado. O alvo é iluminado de um posto de observação terrestre ou aéreo; a radiação laser refletida do alvo é percebida pelo homing head montado no foguete ou bomba, o que determina o erro na incompatibilidade entre a posição do eixo óptico do cabeçote e a trajetória de voo. Esses dados são inseridos no sistema de controle, que garante a orientação precisa do míssil ou bomba no alvo iluminado pelo laser.

Os sistemas a laser abrangem os seguintes tipos de munições: bombas, mísseis ar-terra, torpedos navais. O uso em combate de sistemas de orientação a laser é determinado pelo tipo de sistema, a natureza do alvo e as condições das operações de combate. Por exemplo, para bombas guiadas, o designador de alvo e a bomba homing podem estar no mesmo porta-aviões.

Para combater alvos táticos terrestres em sistemas de laser estrangeiros, a designação de alvos pode ser realizada a partir de helicópteros ou com a ajuda de designadores portáteis terrestres, e o engajamento pode ser realizado a partir de helicópteros ou aeronaves. Mas há também a dificuldade de usar designadores de alvos das transportadoras aéreas. Isso requer um sistema de estabilização perfeito para manter o ponto do laser no alvo.

Sistemas de reconhecimento a laser. Para reconhecimento do ar em exércitos estrangeiros, uma variedade de meios é usada: fotografia, televisão, infravermelho, engenharia de rádio, etc. É relatado que os meios de reconhecimento fotográfico fornecem a maior capacidade de informações úteis. Mas eles têm desvantagens como a impossibilidade de realizar reconhecimento secreto à noite, bem como longos períodos de processamento de transmissão e fornecimento de materiais com informações. Os sistemas de televisão permitem a transmissão de informações prontamente, mas não permitem trabalhar à noite e em condições climáticas adversas. Os sistemas de rádio permitem trabalhar à noite e com mau tempo, mas têm uma resolução relativamente baixa.

O princípio de operação do sistema de reconhecimento aéreo a laser é o seguinte. A radiação do transportador de bordo irradia a área reconhecida do terreno e os objetos localizados nele refletem de maneira diferente a radiação que caiu sobre ele. Percebe-se que o mesmo objeto, dependendo do fundo em que se encontra, possui um coeficiente de brilho diferente, portanto, possui sinais de desmascaramento. É fácil distingui-lo do fundo circundante. Refletida pela superfície subjacente e objetos localizados sobre ela, a radiação laser é coletada pelo sistema óptico receptor e direcionada ao elemento sensível. O receptor converte a radiação refletida da superfície e um sinal elétrico, que será modulado em amplitude dependendo da distribuição de brilho. Como nos sistemas de reconhecimento a laser, como regra, a varredura de quadro de linha é implementada, esse sistema está próximo da televisão. Um feixe de laser de foco estreito é implantado perpendicularmente à direção do vôo da aeronave. Ao mesmo tempo, o padrão de radiação do sistema receptor também é escaneado. Isso fornece a formação de uma linha de imagem. A varredura do quadro é fornecida pelo movimento da aeronave. A imagem é gravada em filme ou pode ser produzida na tela de um tubo de raios catódicos.

Indicadores holográficos no para-brisa. Para uso no sistema de visão noturna e navegação projetado para o caça F-16 e a aeronave de ataque A-10, foi desenvolvido um indicador holográfico no para-brisa. Devido ao fato de as dimensões da cabine da aeronave serem pequenas, para obter um grande campo de visão instantâneo do indicador, os desenvolvedores decidiram colocar um elemento de colimação sob o painel. O sistema óptico inclui três elementos separados, cada um com as propriedades dos sistemas ópticos difrativos: o elemento curvo central atua como um colimador, os outros dois elementos servem para alterar a posição dos feixes. Foi desenvolvido um método para exibir informações combinadas em uma tela: na forma de raster e na forma tracejada, o que é obtido por meio do uso de um feixe reverso durante a formação de um raster com intervalo de tempo de 1,3 ms, durante cujas informações são reproduzidas em uma tela de TV em forma alfanumérica e na forma de dados gráficos gerados por um método tracejado. Um fósforo de banda estreita é usado para a tela do tubo de TV do indicador, o que garante boa seletividade do sistema holográfico ao reproduzir imagens e transmitir luz sem um tom rosado do ambiente externo. No processo deste trabalho, foi resolvido o problema de alinhar a imagem observada com a imagem no visor durante voos noturnos em baixas altitudes (o sistema de visão noturna dava uma imagem ligeiramente ampliada), que o piloto não podia usar , pois isso distorceu um pouco a imagem, que poderia ter sido obtida por inspeção visual. Estudos demonstraram que nesses casos o piloto perde a confiança, tende a voar em velocidade menor e em altitude elevada. Era necessário criar um sistema que fornecesse uma imagem real grande o suficiente para que o piloto pudesse pilotar a aeronave visualmente à noite e em condições climáticas difíceis, consultando apenas ocasionalmente os instrumentos. Isso exigia um amplo campo indicador, que expande a capacidade do piloto de pilotar a aeronave, detectar alvos distantes da rota e produzir uma rota antiaérea e uma manobra de ataque ao alvo. Para garantir essas manobras, é necessário um grande campo de visão em elevação e azimute. À medida que o ângulo de inclinação da aeronave aumenta, o piloto deve ter um amplo campo de visão na vertical. Definir o elemento de colimação o mais alto e próximo possível dos olhos do piloto foi obtido usando elementos holográficos como espelhos para mudar a direção do feixe. Embora isso tenha complicado o design, tornou possível usar elementos holográficos simples e baratos com altos retornos.

Nos Estados Unidos, um coordenador holográfico está sendo desenvolvido para reconhecer e rastrear alvos. O principal objetivo desse correlacionador é o desenvolvimento e controle de sinais de controle de orientação de mísseis nas seções intermediária e final da trajetória de voo. Isso é obtido pela comparação instantânea de imagens da superfície terrestre no campo de visão do sistema no hemisfério inferior e frontal, com a imagem de várias partes da superfície terrestre ao longo de uma determinada trajetória, armazenada na memória do sistema. Assim, é possível determinar continuamente a localização do foguete na trajetória usando áreas de superfície próximas, o que permite realizar a correção de curso em condições de obscurecimento parcial do terreno por nuvens. A alta precisão no estágio final do voo é alcançada usando sinais de correção com frequência inferior a 1 Hz. O sistema de controle de mísseis não requer um sistema de coordenadas inerciais e coordenadas da posição exata do alvo. Conforme relatado, os dados iniciais para este sistema devem ser fornecidos por reconhecimento aéreo ou espacial preliminar e consistem em uma série de quadros consecutivos representando o espectro de Fourier da imagem ou fotografias panorâmicas do terreno, como é feito usando o correlacionador de terreno de área existente. O uso desse esquema, segundo especialistas, possibilitará o lançamento de mísseis de um porta-aviões localizado fora da zona de defesa aérea inimiga, de qualquer altura e ponto de trajetória, em qualquer ângulo, fornecer alta imunidade a ruídos, orientação de armas guiadas após o lançamento em alvos estacionários pré-selecionados e bem camuflados. A amostra do equipamento inclui uma lente de entrada, um dispositivo para converter uma imagem atual operando em tempo real, uma matriz de lentes holográficas combinada com um dispositivo de armazenamento holográfico a laser, um fotodetector de entrada e unidades eletrônicas. Uma característica desse esquema é o uso de uma matriz de lentes de 100 elementos com formato 10x10. Cada lente elementar fornece uma visão de todo o equipamento de entrada e, conseqüentemente, de todo o sinal da imagem de entrada do terreno ou alvo. Em um determinado plano focal, respectivamente, 100 espectros de Fourier deste sinal de entrada são formados. Assim, o sinal de entrada instantâneo é endereçado simultaneamente para 100 posições de memória. De acordo com a matriz da lente, uma memória holográfica de alta capacidade é fabricada usando filtros combinados e levando em consideração as condições de aplicação necessárias. É relatado que durante a fase de teste do sistema, várias de suas características importantes foram identificadas. Alta detectabilidade em contraste de imagem baixo e alto, a capacidade de identificar corretamente a entrada

informação, mesmo que apenas parte dela esteja disponível. Possibilidade de transição automática suave de sinais de rastreamento ao mudar uma imagem de terreno para outra contida no dispositivo de armazenamento.

O uso de lasers em tecnologia de computador

O principal exemplo da operação de lasers semicondutores é um armazenamento magneto-óptico (MO).

A unidade MO é construída sobre a combinação de princípios magnéticos e ópticos de armazenamento de informações. A informação é escrita usando um feixe de laser e um campo magnético, e a leitura é feita apenas com um laser.

No processo de gravação em um disco MO, o feixe de laser aquece certos pontos do disco e, sob a influência da temperatura, a resistência à inversão de polaridade do ponto aquecido cai drasticamente, o que permite que o campo magnético altere a polaridade do ponto . Após o término do aquecimento, a resistência aumenta novamente, mas a polaridade do ponto aquecido permanece de acordo com o campo magnético aplicado a ele no momento do aquecimento. Nos dispositivos de armazenamento MO atualmente disponíveis, dois ciclos são usados ​​para gravar informações, um ciclo de apagamento e um ciclo de gravação. Durante o processo de apagamento, o campo magnético tem a mesma polaridade, correspondendo a zeros binários. O feixe de laser aquece sequencialmente toda a área apagável e, assim, grava uma sequência de zeros no disco. No ciclo de gravação, a polaridade do campo magnético é invertida, o que corresponde a uma unidade binária. Nesse ciclo, o feixe de laser é ativado apenas nas áreas que devem conter binários, deixando as áreas com zeros binários inalteradas.

No processo de leitura do disco MO, é utilizado o efeito Kerr, que consiste na mudança do plano de polarização do feixe de laser refletido, dependendo da direção do campo magnético do elemento refletor. O elemento refletor neste caso é um ponto na superfície do disco magnetizado durante a gravação, correspondendo a um bit de informação armazenada. Na leitura, é utilizado um feixe de laser de baixa intensidade, que não leva ao aquecimento da área lida, portanto, na leitura, as informações armazenadas não são destruídas.

Este método, ao contrário do usual usado em discos ópticos, não deforma a superfície do disco e permite a regravação sem equipamento adicional. Este método também tem uma vantagem sobre a gravação magnética tradicional em termos de confiabilidade. Como a remagnetização das seções do disco só é possível sob a ação de alta temperatura, a probabilidade de remagnetização acidental é muito baixa, em contraste com a gravação magnética tradicional, que pode ser perdida por campos magnéticos aleatórios.

O campo de aplicação dos discos MO é determinado por suas características de alta confiabilidade, volume e substituição. O disco MO é necessário para tarefas que requerem um grande espaço em disco, são tarefas como CAD, processamento de imagens de áudio. No entanto, a baixa velocidade de acesso aos dados não possibilita o uso de discos MO para tarefas com reatividade crítica do sistema. Portanto, o uso de discos MO em tais tarefas é reduzido ao armazenamento de informações temporárias ou de backup neles. Para discos MO, um uso muito vantajoso é fazer backup de discos rígidos ou bancos de dados. Ao contrário das unidades de fita tradicionalmente usadas para esses fins, o armazenamento de informações de backup em discos MO aumenta significativamente a velocidade de recuperação de dados após uma falha. Isso ocorre porque os discos MO são dispositivos de acesso aleatório, o que permite recuperar apenas os dados que falharam. Além disso, com este método de recuperação, não há necessidade de parar completamente o sistema até que os dados sejam completamente restaurados. Essas vantagens, combinadas com a alta confiabilidade do armazenamento de informações, tornam o uso de discos MO para backup lucrativo, embora mais caro que os streamers.

O uso de discos MO também é aconselhável ao trabalhar com grandes volumes de informações privadas. A fácil substituição dos discos permite que você os use apenas durante o trabalho, sem se preocupar com a proteção do seu computador fora do horário de trabalho, os dados podem ser armazenados em um local separado e seguro. A mesma propriedade torna os discos MO indispensáveis ​​em situações onde é necessário transportar grandes volumes de um lugar para outro, por exemplo, do trabalho para casa e vice-versa.

As principais perspectivas para o desenvolvimento de discos MO estão associadas principalmente a um aumento na velocidade de gravação de dados. A velocidade lenta é determinada principalmente pelo algoritmo de gravação de duas passagens. Neste algoritmo, zeros e uns são escritos em passagens diferentes, devido ao fato de que o campo magnético que determina a direção da polarização de pontos específicos no disco não pode mudar sua direção com rapidez suficiente.

A alternativa mais realista à gravação em duas passagens é uma tecnologia baseada na mudança de fase. Tal sistema já foi implementado por alguns fabricantes. Existem vários outros desenvolvimentos nessa direção relacionados a corantes poliméricos e modulações do campo magnético e da potência da radiação laser.

A tecnologia baseada na mudança do estado de fase é baseada na capacidade de uma substância passar de um estado cristalino para um estado amorfo. Basta iluminar um determinado ponto da superfície do disco com um raio laser de certa potência, pois a substância neste ponto passa para um estado amorfo. Isso altera a refletividade do disco naquele ponto. A gravação de informações é muito mais rápida, mas esse processo deforma a superfície do disco, o que limita o número de ciclos de reescrita.

A tecnologia baseada em corantes de polímero também permite a reescrita. Com essa tecnologia, a superfície do disco é coberta por duas camadas de polímeros, cada uma delas sensível à luz de uma determinada frequência. Para a gravação, é utilizada uma frequência que é ignorada pela camada superior, mas causa uma reação na camada inferior. No ponto de incidência do feixe, a camada inferior incha e forma uma protuberância que afeta as propriedades reflexivas da superfície do disco. Para apagar, é utilizada uma frequência diferente, à qual reage apenas a camada superior do polímero, durante a reação a protuberância é suavizada. Este método, como o anterior, tem um número limitado de ciclos de escrita, pois a superfície é deformada durante a escrita.

Atualmente, já está sendo desenvolvida tecnologia que permite mudar a polaridade do campo magnético para o oposto em apenas alguns nanossegundos. Isso possibilitará a alteração do campo magnético de forma sincronizada com a chegada dos dados para gravação. Existe também uma tecnologia baseada na modulação da radiação laser. Nesta tecnologia, a unidade opera em três modos - um modo de leitura de baixa intensidade, um modo de gravação de intensidade média e um modo de gravação de alta intensidade. Modular a intensidade do feixe de laser requer uma estrutura de disco mais complexa e complementar o mecanismo de acionamento do disco com um ímã de inicialização colocado na frente do ímã de polarização e com polaridade oposta. No caso mais simples, o disco possui duas camadas de trabalho - inicialização e gravação. A camada de inicialização é feita de tal material que o ímã de inicialização pode mudar sua polaridade sem ação adicional do laser. Durante o processo de gravação, a camada de inicialização é escrita com zeros e, quando exposta a um feixe de laser de média intensidade, a camada de gravação é magnetizada pela inicialização, quando exposta a um feixe de alta intensidade, a camada de gravação é magnetizada de acordo com a polaridade do ímã polarizado. Assim, a gravação de dados pode ocorrer em uma passagem, quando a potência do laser é alterada.

Obviamente, os discos MO são dispositivos promissores e em rápido desenvolvimento que podem resolver problemas emergentes com grandes quantidades de informações. Mas seu desenvolvimento posterior depende não apenas da tecnologia de gravação neles, mas também do progresso no campo de outras mídias de armazenamento. E, a menos que seja inventada uma maneira mais eficiente de armazenar informações, os discos MO provavelmente dominarão.

Conclusão

Recentemente, na Rússia e no exterior, uma extensa pesquisa foi realizada no campo da eletrônica quântica, vários lasers foram criados, bem como dispositivos baseados em seu uso. Os lasers agora são usados ​​em localização e comunicações, no espaço e na terra, na medicina e na construção, na tecnologia de computadores e na indústria e na tecnologia militar. Uma nova direção científica apareceu - a holografia, cuja formação e desenvolvimento também é impensável sem lasers.

No entanto, o escopo limitado deste trabalho não nos permitiu observar um aspecto tão importante da eletrônica quântica como a fusão termonuclear a laser, o uso da radiação laser para produzir plasma termonuclear e a estabilidade da compressão da luz. Aspectos importantes como separação de isótopos a laser, produção a laser de substâncias puras, química a laser e muitos outros não foram considerados.

Ainda não sabemos, mas e se uma pesquisa científica revolução no mundo, com base nas conquistas de hoje em tecnologia laser. É bem possível que daqui a 50 anos a realidade seja muito mais rica que a nossa imaginação...

Talvez se mudando para máquina do tempo 50 anos à frente, veremos um mundo à espreita sob as armas de lasers. Lasers poderosos mirando de cobertura em espaçonaves e satélites. Espelhos especiais em órbitas baixas da Terra preparados para refletir o feixe de laser impiedoso na direção certa, direcionando-o para o alvo certo. Lasers gama poderosos pairavam a uma grande altura, cuja radiação é capaz de destruir toda a vida em qualquer cidade da Terra em questão de segundos. E não há onde se esconder do formidável feixe de laser - exceto se esconder em abrigos subterrâneos profundos.

Mas tudo isso é fantasia. E Deus me livre que se torne uma realidade.

Tudo isso depende de nós, de nossas ações hoje, de quão ativamente todos nós trataremos as conquistas de nossa mente corretamente e direcionaremos nossas decisões em uma direção digna deste imenso rios , cujo nome é laser.

Lista de literatura usada

1. Aviação e cosmonáutica № 5 1981 de 44-45
2. Gorny S.G. "O uso de lasers na indústria de joias" 2002.
3. Donina N. M. O surgimento da eletrônica quântica. Moscou: Nauka, 1974.
4. Eletrônica Quântica Moscou: Enciclopédia Soviética, 1969.
5. Karlov N. V. Aulas de eletrônica quântica. Moscou: Nauka, 1988.
6. Lasers na aviação (sob a direção de V.M. Sidorin) Military Publishing House, 1982.
7. Petrovsky V.I. Localizadores em lasers Voenizdat
8. Redy J. Aplicações industriais de lasers Mundial 1991
9. Priezzhev A.V., Tuchin V.V., Shubochkin L.P. Diagnóstico a laser em biologia e medicina. Moscou: Nauka, 1989.
10. Tarasov L.V. Conheça os lasers Rádio e comunicações 1993
11. Tarasov L.V. Lasers reality and hopes ed. Nauka 1985
12. Tarasov L.V. Física de processos em geradores ópticos coerentes
13. Fedorov B.F. Dispositivos a laser e sistemas de aeronaves Engenharia Mecânica 1988

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Freqüentemente, surge a opinião de que, com a ajuda de um laser, a distância é medida apenas medindo diretamente o tempo do "vôo" do pulso do laser do laser para o objeto refletor e vice-versa. Na verdade, esse método (chamado de impulso ou tempo de voo, TOF) é usado principalmente nos casos em que as distâncias ao objeto desejado são grandes o suficiente (> 100m). Como a velocidade da luz é muito alta, é bastante difícil medir o tempo de voo da luz e, portanto, a distância com grande precisão em um pulso de laser. A luz percorre 1 metro em cerca de 3,3 ns, então a precisão da medição do tempo deve ser de nanossegundos, embora a precisão da medição da distância ainda seja de dezenas de centímetros. Para medir intervalos de tempo com tal precisão, FPGAs e microcircuitos especializados são usados.

No entanto, existem outros métodos de laser para alterar a distância, um deles é o método de fase. Nesse método, ao contrário do anterior, o laser opera constantemente, mas sua radiação é modulada em amplitude por um sinal de uma determinada frequência (geralmente, são frequências menores que 500 MHz). O comprimento de onda do laser permanece inalterado (geralmente é escolhido um laser de 500-1100 nm).
A radiação refletida do objeto é recebida pelo fotodetector e sua fase é comparada com a fase do sinal de referência - do laser. A presença de um atraso na propagação da onda cria uma mudança de fase, que é medida pelo telêmetro.
A distância é determinada pela fórmula:

Onde c é a velocidade da luz, f é a frequência de modulação do laser e phi é a mudança de fase.

Esta fórmula é válida apenas se a distância ao objeto for menor que a metade do comprimento de onda do sinal modulante, que é igual a c / 2f.
Se a frequência de modulação for de 10 MHz, a distância medida pode atingir até 15 metros e, quando a distância mudar de 0 a 15 metros, a diferença de fase mudará de 0 a 360 graus. Uma mudança na mudança de fase de 1 grau neste caso corresponde a um movimento do objeto em cerca de 4 cm.
Quando essa distância é excedida, surge a ambiguidade - é impossível determinar quantos períodos da onda cabem na distância medida. Para resolver a ambigüidade, a frequência de modulação do laser é alterada, após o que o sistema de equações resultante é resolvido.

O caso mais simples é o uso de duas frequências, em baixa frequência a distância ao objeto é aproximadamente determinada (mas a distância máxima ainda é limitada), em alta a distância é determinada com a precisão necessária - com a mesma precisão de medindo a mudança de fase, ao usar uma alta frequência, a precisão da medição da distância será visivelmente maior.

Como existem maneiras relativamente simples de medir a mudança de fase com alta precisão, a precisão da medição de distância nesses telêmetros pode chegar a 0,5 mm. É o princípio de fase que é usado em telêmetros que exigem alta precisão de medição - telêmetros geodésicos, roletas a laser, telêmetros de varredura montados em robôs.

No entanto, o método também tem desvantagens - a potência de radiação de um laser em operação constante é visivelmente menor do que a de um laser pulsado, o que não permite o uso de telêmetros de fase para medir grandes distâncias. Além disso, medir a fase com a precisão necessária pode levar um certo tempo, o que limita o desempenho do dispositivo.

O processo mais importante nesse telêmetro é a medição da diferença de fase dos sinais, que determina a precisão da medição da distância. Existem várias maneiras de medir a diferença de fase, tanto analógica quanto digital. Analógico é muito mais simples, digital dá maior precisão. Ao mesmo tempo, é mais difícil medir a diferença de fase dos sinais de alta frequência usando métodos digitais - o atraso de tempo entre os sinais é medido em nanossegundos (esse atraso ocorre da mesma forma que em um telêmetro de pulso).

Para simplificar a tarefa, é usada a conversão de sinal heteródino - os sinais do fotodetector e do laser são misturados separadamente com um sinal de frequência próxima, gerado por um gerador adicional - um oscilador local. As frequências do sinal modulante e do oscilador local diferem em kilohertz ou unidades de megahertz. Os sinais de frequência diferencial são isolados dos sinais recebidos com a ajuda de um filtro passa-baixo. A diferença de fase dos sinais em tal conversão não muda. Depois disso, é muito mais fácil medir a diferença de fase dos sinais de baixa frequência recebidos por métodos digitais - você pode digitalizar facilmente os sinais com um ADC de baixa velocidade ou medir o atraso entre os sinais (aumenta visivelmente com uma diminuição em frequência) usando um contador. Ambos os métodos são bastante simples de implementar em um microcontrolador.

Existe outra maneira de medir a diferença de fase - detecção síncrona digital. Se a frequência do sinal de modulação não for muito alta (menos de 15 MHz), esse sinal pode ser digitalizado por um ADC de alta velocidade sincronizado com o sinal de modulação do laser. Segue-se do teorema de Kotel'nikov que a frequência de amostragem deve ser duas vezes maior que a frequência de modulação do laser. No entanto, como um sinal de banda estreita está sendo digitalizado (exceto pela frequência de modulação, não há outros sinais na entrada do ADC), é possível usar o método de subamostragem, graças ao qual a frequência de amostragem do ADC pode ser significativamente reduzida para alguns megahertz. É claro que a parte analógica do telêmetro é simplificada neste caso.

O problema da medição precisa de distâncias naturais no solo, em geodésia, construção e assuntos militares, foi resolvido apenas com o advento de um telêmetro a laser portátil leve. Com o desenvolvimento da tecnologia de microprocessadores, os dispositivos a laser têm a oportunidade não apenas de medir, mas também de calcular a distância de medições indiretas. Houve uma pequena revolução na técnica de medição de longas distâncias com o desenvolvimento e implementação de telêmetros a laser.

Como um telêmetro a laser mede?

O princípio básico de operação de um telêmetro a laser é baseado nas propriedades da radiação coerente. Para versões civis, dois métodos principais são usados:

1. Medição do tempo que um pulso de luz leva para ir do dispositivo até o ponto medido e voltar. De acordo com o temporizador interno, iniciado em sincronia com o pulso do laser, o microprocessador calcula a distância até o objeto;
2. Leitura da fase da radiação laser refletida de entrada. Nesse caso, na saída do telêmetro, o feixe é modulado com frequência de até 100 MHz, e o sinal refletido do objeto com 99,9% de probabilidade terá uma característica de fase diferente da inicial. A distância percorrida é calculada a partir da diferença entre o ângulo de redemoinho inicial e final do feixe.

Para a sua informação! Na prática, ambos os métodos são usados ​​com mais frequência simultaneamente, por isso às vezes é dito que os telêmetros a laser têm três princípios de medição.

O método de fase tem a maior precisão, mas é usado ao medir uma distância de no máximo dez metros. Para calcular a distância com precisão de alguns milímetros, o telêmetro deve "ver" totalmente o ponto de radiação do laser na superfície do objeto. Para distâncias médias e longas, o método de fase de pulso é usado e, para grandes distâncias, o método de pulso é predominantemente usado.

Os telêmetros de construção e geodésicos de qualidade profissional em tempo claro, mas não ensolarado, funcionam de forma estável a uma distância de até 250 m. Na neblina matinal, neblina leve, chuva, radiação laser é espalhada, então um dispositivo de trabalho dará um certo erro .

Medições práticas com telêmetro

Como funciona um telêmetro de campo? Para medir a distância até um determinado ponto, é necessário fixar o aparelho com segurança, de preferência com tripé ou suporte universal. Oriente o emissor na direção da superfície, cuja distância será medida, inicie o modo de medição e aguarde um certo tempo até que o dispositivo emita uma série de pulsos de laser e calcule a distância. Em um canteiro de obras, para medir a distância entre as paredes, o telêmetro é simplesmente colocado em uma caixa ou em um piso de concreto.

A qualidade e a precisão da medição dependem em grande parte da eficácia com que ela reflete a superfície na qual o feixe de laser incide. Freqüentemente, o chamado alvo é instalado em superfícies ásperas, enferrujadas, soltas e volumosas - um elemento de plástico com albedo calibrado.

Os modelos de telêmetros a laser de maior sucesso

Um dispositivo moderno para medir a distância usando radiação laser é feito em lasers de estado sólido ou semicondutores relativamente poderosos. Para fins civis, apenas emissores de semicondutores são usados. Para medição de distância industrial e doméstica, os telêmetros a laser estão disponíveis em várias opções de design de caixa e sistemas de medição:

1. Os dispositivos de construção e controle são feitos na forma de uma unidade eletrônica, ligeiramente maior que um telefone celular com botão de pressão. Normalmente, o invólucro é selado em uma caixa à prova d'água e à prova de poeira, o que simplifica muito o uso no campo e no canteiro de obras;
2. Os telêmetros de maior precisão são feitos no formato de uma câmera de vídeo portátil ou nível. Além da unidade processadora e do fotodetector, o dispositivo é equipado com um localizador de vídeo, o que simplifica muito o apontar do emissor para o objeto de medição;
3. Os telêmetros a laser embutidos são usados ​​para equipamentos geodésicos, em binóculos de caça, em quaisquer dispositivos ópticos que exijam medição precisa de distância, incluindo miras militares e scanners de vídeo.

Para a sua informação! Muitas vezes, telêmetros a laser civis são fabricados e produzidos com base em projetos militares, com precisão e alcance de medição artificialmente baixos.

Entre os aparelhos civis, os mais famosos no país são os produtos das empresas alemãs Leica e Bosch, da russa Condtrol e da chinesa Sndway. Os produtos dessas empresas respondem por 75% de todas as vendas no mercado interno.

telêmetros a laser de qualidade alemã

Até o momento, a ótica e as câmeras da Leica são conhecidas como um modelo de ótica de alta qualidade e mecânica de precisão. O telêmetro a laser Leica não é exceção. Um exemplo é o modelo Leica Disto D210.

Compacto, do tamanho de um telemóvel, "Leica Disto D210". projetado para medições na ausência de interferência na forma de poeira, nevoeiro, precipitação. O fabricante recomenda o uso do telêmetro a laser Leica principalmente dentro das instalações de projetos de construção concluídos. Modelo "Leica Disto D210". É equipado com uma capa protetora externa, portanto, as restrições de operação referem-se principalmente à faixa de temperatura - de 0 ° a +40 °. Em baixas temperaturas, o telêmetro a laser Leica pode funcionar, mas com um erro de medição maior.

Dimensões do Leica Disto D210. 11,1x4,3 cm, respectivamente, com uma espessura de caixa de 2,3 cm As dimensões da caixa permitem que você segure normalmente o telêmetro a laser Leica e execute comandos no teclado com os dedos de uma mão.

Projeto "Leica Disto D210". Ele é projetado para uma faixa de medição de 60 m com uma precisão de um milímetro e meio. O dispositivo do dispositivo permite armazenar 10 valores das últimas medições na memória, realizar operações de rastreamento, marcar segmentos, calcular distâncias de medições indiretas e usar as fórmulas de planimetria mais simples. Tal Leica custa pelo menos US$ 200 hoje, o que é cerca de três a quatro vezes mais caro que os análogos chineses. Os telêmetros a laser PLR 50C da Bosch com funcionalidade semelhante são 20% mais baratos, mas o feedback da maioria dos usuários sobre os resultados do uso prático confirma mais uma vez a alta reputação da Leica.

telêmetros a laser russos e chineses

Hoje, o mercado está literalmente abarrotado de equivalentes chineses relativamente baratos de marcas conhecidas. Da gama proposta, vale especialmente a pena dar uma olhada nos produtos da empresa Sndway. Em primeiro lugar, deve-se notar que o custo dos modelos Sndway SWT40 mais acessíveis nas lojas online chinesas mal ultrapassa US $ 25. No mercado russo, você pode comprar por 2.500-2.700 rublos.

O modelo Sndway SWT40 pode ser chamado de orçamento ou opção de telêmetro doméstico, mas apenas porque o fabricante limitou o alcance máximo de captura do ponto do feixe a 40 M. A precisão da medição é de 2 mm, o que é mais do que suficiente para fins domésticos. A fonte de alimentação é suficiente para 600-700 medições, com 800 ciclos declarados pelo fabricante. Vale destacar separadamente a alta qualidade de construção do case, que por si só fala de uma cultura de alta produção.

Os telêmetros eletrônicos com microprocessadores digitais, que substituíram as roletas de fita e os medidores de metal, reduzem significativamente os custos de mão de obra ao realizar o trabalho de medição. Este não é apenas um brinquedo espetacular caro com o qual você pode resolver os problemas do dia a dia, mas também uma ferramenta profissional que melhora a qualidade e a produtividade do trabalho de medição nas etapas de avaliação, projeto e construção.

Funcionalidade

A principal função dos telêmetros a laser é realizar medições lineares remotas. Dependendo dos algoritmos integrados, também é possível calcular automaticamente o perímetro, o volume de espaços fechados, também calcular distâncias para objetos de paisagem distantes e fazer medições angulares e diagonais.

Alguns modelos são equipados com uma função de rastreamento que permite fazer marcações a uma certa distância do objeto. Os telêmetros a laser podem ter uma opção de medição contínua que permite definir uma distância predeterminada do ponto zero, direcionando o feixe ao longo de uma determinada linha.

Outro dos modos permite calcular os lados de um trapézio (por exemplo, um telhado inclinado), com base nas medições dos outros três parâmetros (respectivamente, a altura das paredes e a horizontal do piso).

A opção do teorema de Pitágoras permite fazer um cálculo indireto de segmentos de difícil acesso, obtendo o valor de um dos lados do triângulo, com base no comprimento de um dos catetos e da hipotenusa. Bloco de notas para salvar e função de armazenamento de dados é outra vantagem dos instrumentos de medição eletrônicos.

Tipos de telêmetros de acordo com o princípio de operação

Os telêmetros de fase são altamente precisos, mas limitados em alcance. Os cálculos são baseados na mudança de fase das ondas de laser direcionadas e refletidas.

O telêmetro de pulso calcula a derivada do tempo de passagem do feixe de laser e a velocidade da luz. Este princípio fornece a faixa máxima de medição e é mais adequado para uso em áreas abertas.

Dispositivos especiais corrigem o processamento do sinal, garantindo a precisão da medição. Os telêmetros de pulso, devido ao seu design complicado, são mais caros do que os telêmetros de fase.

Opções de seleção

O primeiro parâmetro que ajudará a determinar qual telêmetro é mais adequado para uma solicitação específica é o alcance máximo. Então é preciso ficar atento à potência do microprocessador, que determina a velocidade de operação e as características funcionais do aparelho.

A precisão da medição dos telêmetros a laser varia de 1 a 1,5 mm e não é um indicador decisivo de escolha. Os erros de medição também podem ser causados ​​por fatores externos que são eliminados por medidas adicionais, por exemplo, pela instalação de alvos para correção de superfícies específicas com maior absorção ou efeitos refletivos.

Óculos com filtros de luz e modelos projetados para várias condições climáticas podem resolver problemas profissionais de qualquer complexidade. A classe de preço depende do conjunto de opções, características do equipamento e autoridade do fabricante.

Dispositivos adicionais

Diferentes modelos de telêmetros, a julgar pela seleção de fotos, parecem quase iguais: o painel frontal é equipado com display e botões de controle, na frente há um emissor e um receptor, em alguns casos um dispositivo óptico.

A precisão das medições depende tanto dos parâmetros técnicos quanto da localização correta do telêmetro, portanto, para verificar o indicador de zero, é recomendável usar um nível de bolha.

Alguns modelos possuem um dispositivo embutido que facilita o ajuste da posição vertical e horizontal. As modificações profissionais para trabalhos topográficos são equipadas com uma viseira óptica.

Batentes e braçadeiras retráteis são fornecidos para montagem em superfícies zero ou tripés. A presença de baterias removíveis, indicador de consumo de energia e desligamento automático facilitam muito o uso. Os modelos modernos têm a capacidade de se conectar a um computador e usar um cartão de memória removível.

A classe de proteção da caixa e a qualidade da exibição são selecionadas dependendo das condições externas nas quais o dispositivo será usado.

Regulamentos de segurança

As instruções para determinados modelos de rangefinder contêm um conjunto de regras para usar e armazenar o dispositivo. Além dos requisitos específicos devido às características de design, todos os dispositivos a laser não podem ser desmontados e reparados fora das paredes de oficinas especializadas.

O dispositivo deve ser armazenado em um estojo especial, para evitar superaquecimento ou hipotermia, para protegê-lo de choques e quedas. Ao trabalhar com um telêmetro, é proibido direcionar o feixe para pessoas e animais.

Foto de telêmetros a laser