مفاهیم نور

نـــــــور

 

امواج الكترومغناطيسي

طبيعت نور

-       از نظر نيوتن نور از اجزاي كوچكي بنام فوتون تشكيل شده است.

-       نظريه ديگر اينست كه نور موج است و خواص موجي دارد.

-       از نظر فيزيك مدرن ، فيزيك كوانتوم، نور هم مي تواند ذره (Particle) باشد و هم موج.

  • هيچ تضادي بين استفاده از يك تعريف و يا تعريف ديگر در تشريح يك پديده وجود ندارد.

-       براي فهم خطر تشعشعات بايد به هر دو وجهي كه براي نور قائليم توجه كنيم.

 

شدت (Intensity) :

در سوختگي پوست با نور خورشيد و يا آسيب اشعه ليزر بر چشم انسان، مقدار كل انرژي نسبت به سطح تعيين كننده است.

 

طول موج (Wave length) :

             طول موج به انرژي اجزاي نوري بستگي دارد. هرچه طول موج بيشتر باشد انرژي آن كمتر است و بالعكس . به همين خاطراست كه اشعه ماوراء بنفش براي پوست انسان (بدليل انرژي زياد) خطرناك است.

 

خصوصيات موجي نور :

طول موج‌:  به l نشان مي دهيم.

فركانس : به f نشان مي دهيم.

C : سرعت حركت نور در خلاء (109m/s × 3)

رابطه بين طول موج  و فركانس با سرعت موج :‌

C=l×f

رابطه بين طول موج و فركانس در خلأ با تقريب خوبي براي هوا نيز صادق است، ولي در محيطهاي ديگر تغيير خواهد كرد.

-       نور از امواج الكتريكي و مغناطيسي كه در يك وضعيت عمودي نسبت به هم قرار دارند تشكيل

 شده است.

-       نور در حالت عادي جهت نوسان (Oscillation) خاصي ندارد.

-       اگر جهت نوسان (Oscillation) تنها به يك جهت خاص توسط فيلتر محدود شود، مي گوييم نور پلاريزه(قطبي) شده است.

-       نور پلاريزه براي سنسورهاي رفلكتوري  (Retro- Reflective) استفاده دارد.

 

محدوده طول موج

 

                         شكل1-طول موج

 

      -    امواج الكترو مغناطيس بنابر طول موجشان در محدوده وسيعي قرار مي گيرند.

-       اين محدوده شامل امواج راديويي ، نور مرئي ، اشعه X و ... مي شود.

-       براي فتوسلها امواج الكترومغناطيس در محدوده طول موج nm  10تا mm   1قابل تشخيص‌اند.

(در اين محدوده مابين اشعه ماوراءبنفش ، نور مرئي براي چشم انسان و اشعه مادون قرمز تمايز قائل مي شوند).

-       طول موج IR (مادون قرمز ، Infra red ) براي استفاده در اكثر واحدهاي فتوسل به عنوان منبع نور nm 880مي باشد.

-       طول موج IR براي استفاده هاي خاص nm  950يا nm  660

-   طول موج نور قرمز تابيده شده از ديود ليزري   nm   657                                                                                          

                                شكل 2 – طيف تابشي الكترومغناطيس

                       جدول طول موجها

 

خواص نور مادون قرمز جهت استفاده در سنسورهاي فتوالكتريك:

-   ترانزيستور و يا ديود گيرنده مورد استفاده در اينگونه سنسورها بيشترين حساسيت را نسبت به امواج در محدوده مادون قرمز دارند.

-   ديودهاي فرستنده براي نور مادون قرمز داراي بازدهي بيشتري هستند . يعني با مقدار ثابت جريان عبوري تشعشعات بيشتري را ساطع مي كنند.

-       گرد و خاك تاثير چنداني بر تشعشعات UV و IR ندارند.

-       تاثير نور مرئي بر روي تشعشعات IR ناچيز است.

-    عيب نور مادون قرمز جهت كاربرد مذكور اينست كه نقطه نوراني قابل رويت نيست، درنتيجه نصب وتنظيم سخت تر است.

 

 

 

 پديده پراش يا انحراف:

-       نسبت بين طول موج و اندازه جسم در رويت آن توسط گيرنده بسيار مهم است.

  • وقتي پرتوهاي موازي نور با جسم برخورد مي كنند سايه توليد مي كنند :

-       اگر گيرنده پشت جسم باشد هيچ نوري به آن نمي رسد.

                                      

                                   شكل3-تشكيل سايه

                                              

            

 

-       اگر گيرنده نسبت به جسم خيلي بزرگتر باشد، بخشي از نور به گيرنده مي رسد.

-   ولي اگر تعداد زيادي اشياء كوچك جلوي گيرنده باشند، باعث مي شوند كه هيچ نوري به گيرنده نرسد. عملكرد خطاي سنسورهاي نوري بر اثر گرد و خاك يكي از اشكالات معمول آنهاست.

-   اگر جسم هم اندازه طول موج نور باشد، پديده پراش ( يا انحراف پرتوهاي نور) رخ مي دهد و نور مي تواند به اطراف جسم راه يابد. و اين بدين معني است كه گيرنده مقداري نور دريافت

      مي كند.

                                                                                                                                                                                                                

                                                                             شكل4-پديده پراش

 

دلايل استفاده از ديودهاي نور قرمز در سنسورهاي نوري :

-       فيلترهاي پلاريزاسيون براي نور قرمز بهتر و ارزانترند.

-       براي نور قرمز تضعيف در فيبرهاي نوري كمتر است.

-       نقطه نوراني مرئي است، در نتيجه نصب و تنظيم راحتتر است.

                             

 

ماهيت نور

ماهيت ذره اي نور

مدل اتمي بور:

مطابق مدل بور الكترونها تنها مي توانند در فواصل مشخصي از هسته در حركت باشند كه اين فواصل مسيرهاي خاصي را در اطراف هسته مسخص مي كنند كه هريك از اين مسيرها داراي سطح انرژي مشخص است.

 

                             شكل5- مدل اتمي بور

                  

مدل كوانتمي

بر طبق اين نظريه :

-       اتم و يا مولكول نمي تواند هر مقدار از انرژي را آزادكند و تنها مي تواند بخشهاي معيني را

 آزاد كند. اين بخشها كوانتوم خوانده مي شوند.

-       مطابق اين مدل نور تنها موج نيست بلكه ذره نيز مي تواند باشد.

-   انرژي تنها مي تواند در مقادير مشخصي جذب شود. دقيقتر اينكه، نور به صورت كوانتوم(بخش معيني) انرژي توسط لايه الكتروني جذب مي شود.

 

برانگيختگي

-   هرگاه الكترون به مقدار كافي انرژي دريافت كند، از يك لايه به لايه بالاتر خواهد رفت،‌ در اين حالت مي گوئيم برانگيخته شده است.

-       لايه هاي اتمي هرچه به هسته نزديكتر باشند از سطح انرژي پايينتر برخوردارند و بالعكس.

                            

                                شكل6-برانگيختگي

 

تابش

-   الكترون برانگيخته شده پايدار نيست و دير يا زود به لايه اصلي خود سقوط خواهد كرد و مقداري انرژي به شكل تابش آزاد مي كند. زمان اين تابش قابل پيش بيني نيست.

شكل7- تابش

                                                   

-   وقتي اتمهاي زيادي برانگيخته شوند همگي در يك زمان تابش نخواهند كرد و امواج نوراني آهنگ يكساني نخواهند داشت. در اين حالت مي گوييم ناپيوسته اند.

                                 

 

 

                                               

شكل8-امواج پيوسته

                                                   

 

شكل9-امواج ناپيوسته

 

ويژگيهاي اشعه تابش شده:

-       مسير اشعه مشخص نيست. معمولا" نور در تمام جهات پراكنده مي شود، در واقع جهت خاصي ندارد.

-   تشعشع نور هركوانتوم ، داراي مقدار انرژي مشخصي است و در نتيجه طول موج مشخصي دارد و در محدوده نور مرئي رنگ آن نيز مشخص است.

 

طيف تابش (Radiation spectrum) :

-       در LED بين سطوح انرژي فواصل معيني وجود دارد. به همين دليل نور آن تك رنگ است.

-       مادامي كه تابش تعداد زيادي از الكترونها همزمان نيست. امواج نوراني آهنگ يكساني ندارند و ناپيوسته اند.

-   در ديگر مواد، مانند فلز سيم پيچ لامپ، بين دو سطح انرژي ، سطوح مختلفي ار انرژي وجود دارد كه سبب مي شود نور تك رنگ نباشد.

-       تابش درمحدودة بعضي طول موجها (مثلا" در محدوده نور مرئي : رنگها) بيشتر و در برخي كمتر است.

-       محدوده طول موجي كه LED در آن تابش مي كند بسيار كوچك است و به همين دليل است كه تك رنگ است.

شكل10-طيف تابش نور خورشيد

شكل11-طيف تابش LED 

 

(محور X طول موج را نشان مي دهد و محور Y مقدار انرژي را به صورت نرماليزه شده نشان مي دهد)

5و6 ¬ نور IR تابش شده از LED هاي GaAl As P5, GaAsP4

4  ¬ محدوده قرمز نور رنگي تابش شده از LED    ازجنسGaAs

طول موج نور تابشي از ديود ليزر مقدار ثابت nm 675  است، بدين دليل نور آن كاملا" تك رنگ است.

 

                            

                                                     شكل12-طيف نور تابشي از ديود ليزريInGaAIP 

                            

 

شكل 13- منحنيهاي طيفي (اين شكل شدت انواع مختلف نور در طول موجهاي مختلف را  نشان

مي دهد.)

                  

-       حساسيت گيرنده نوري براي LED هاي ساطع كننده اشعه  IR با طول موج nm 880    بسيار مناسب است.

در اين محدوده :

-       طول موج اشعه هاي خورشيد شدت آنچناني ندارند.

-       بسياري از منابع نور مرئي از جمله لامپهاي معمولي و لامپهاي فلورسنت چنين خاصيتي را دارند.

 در نتيجه دخالت امواج مزاحم نوري در سنسورهايي كه از اين نوع LED ها مصرف مي كنند، بسيار كم است.

تابش و دما

-       عموما" هر ماده اي تابش مي كند. شدت موج و طول موج بستگي به دما دارد.

-       درحالت ايده آل با توجه به طول موج تابشي مي توان دماي جسم را تعيين كرد. (با افزايش دما طول موج كاهش مي يابد و بالعكس). در اين صورت يك طيف تابشي مشخص مانند طيف تابشي خورشيد وجود دارد .به اين نوع تابش كننده ها تابش كننده سياه مي گوييم.

 

چگونگي اندازه گيري سيگنال تابيده شده در مورد اشياي واقعي (و نه تابش كننده‌هاي سياه):

دو عامل تاثيرگذار بر رابطه بين دما و سيگنال اندازه گيري شده به شرح زيراند:

-       تفاوت ميان اجسام واقعي و تابش كننده هاي سياه

(همه اجسام مانند تابش كننده هاي سياه در محدودة گسترده اي از طول موجها تابش نمي كنند و بعضي مانند LED ها تنها در محدوده كوچكي از طول موجها تابش مي كنند.هنگام تشخيص اجسام توسط سنسورهاي نوري، در بسياري از موارد اشيايي كه بايد تشخيص داده شوند، خصوصياتي شبيه به جسم سياه دارند كه اين امر سبب مي شود كه در اندازه گيري سيگنال غفلت به عمل آيد.)

 

درجه تابش

  • درجه تابش (E) به توانايي ماده در تابش اشعه مادون قرمز اشاره مي كند.

-       مقادير E مي تواند از 0 تا 1 باشد.

-   هرچه E بيشتر باشد مقدار IR بيشتري تابيده مي شود. مثلا" براي ماده اي كه در آن E برابر 01/0است، سيگنال ممكن است 100 برابر ضعيفتر باشد.در نتيجه اين فاكتور بيشترين تاثير را روي سيگنال اندازه گيري شده دارد.

 

عوامل موثر بر درجه تابش

-       درجه تابش با توانايي اجسام در انعكاس (Reflection) نسبت مستقيم دارد.  

-       در برخي موارد درجه تابش به دما نيز بستگي دارد، كه در اين موارد كار اندازه گيري سيگنال بسيار مشكل است.

 

آيا سنسورهاي IR واحدهايي براي اندازه گيري سيگنال اند؟

خير اندازه گيري سيگنال آنالوگ به دليل وابستگي درجه تابش به خصوصيات ماده و دما بسيار مشكل است. در نتيجه در سنسورهاي IR از خروجيهاي باينري استفاده مي شود. اين روش:

-       ارزانتر است

-       اين سنسورها قابليت اتصال به كنترلرها را دارند.

-       اين سنسورها براي بسياري كاربردها مناسبند.

 

انعكاس و رنگ

ما رنگ را مي بينيم اگر :

-       يك جسم تابش كند.

-       اگر يك جسم نور تابيده شده از يك منبع نوراني را منعكس كند.

 

فيلتر رنگ :‌

اشياء مانند فيلتر رنگ عمل مي كنند. به طور مثال اگر به يك جسم نارنجي نور تابانده شود اين جسم تمام طول موجها را جذب مي كند و تنها طول موج نارنجي را باز مي تاباند.

رنگ سياه  ¬ نبود رنگ

رنگ سفيد  ¬ مخلوطي از همه رنگها

رنگ خاكستري  ¬ تفاوت بين سياه سفيد در شدت

 

Contrast (سايه روشن و يا تفاوت در شدت نور) :

سنسورهاي Contrast براي تشخيص اختلاف در شدت نور ساخته شده اند.

 

سه رنگ اصلي :

-       زرد

-       آبي

-       قرمز

-       ساير رنگها از مخلوط كردن سه رنگ اصلي بدست مي آيند.

-       مخلوط تمام رنگها خاكستري (سفيد تيره) است.

-       نارنجي و آبي مكمل يكديگرند و مخلوط آنها خاكستري است.

- سايه روشنهاي مختلف يك رنگ با تغيير نسبتهاي در مخلوط كردن رنگ ها بدست مي آيد.

 

سنسورهاي انعكاس تابش

اگر به فرض مثال نور قرمز از يك LED به يك سطح قرمز تابيده شود، انعكاس بسيار خوبي خواهد داشت. ولي اگر همين نور به يك سطح آبي و يا زرد تابيده شود، انعكاس بدان خوبي نخواهد بود، اين امر تشخيص يك جسم قرمز از يك جسم آبي و يا رنگ ديگر را آسان مي كند.سنسورهاي رنگ از اين اصل جهت تشخيص رنگها استفاده مي كنند.

 

سنسور رنگ :

اگر بخواهيم به طور مثال رنگهاي چاپ شده روي يك صفحه كاغذ را تشخيص دهيم:

-       بايد حداقل منابع نوري رنگهاي زرد و آبي و قرمز را داشته باشيم.

-       بايد گيرنده اي داشته باشيم تا شدت هريك از رنگهاي قرمز، زرد و آبي را تشخيص دهد.

 

نحوه عملكرد :‌

-   منابع نوري به ترتيب روي كاغذ نور ، رنگهاي متفاوت زرد، آبي و قرمز مي تابانند و گيرنده شدت هر يك از سيگنالهاي دريافتي را مي سنجد.

-   براي نمونه نتيجه اين مي شود كه گيرنده 20% شدت رنگ قرمز، 30% آبي و 50% زرد را تشخيص مي دهد. سنسور مي تواند با ثبت اين نسبتها ،يك رنگ را از ميان بقيه رنگها تشخيص دهد.

 

ليزر:

 

كلمه Laser مخفف Light Amplification Stimulated Emission of Radiation  مي باشد.

نور معمولي خصوصيات زير را دارد:

-       مسير مشخصي ندارد.

-       تك رنگ نيست.

-       ناپيوسته است.

 

 

تشعشع برانگيخته (Stimulated Radiation):

اگر دو اتم داشته باشيم كه يك الكترون از هر اتم به يك سطح مشخص از انرژي برانگيخته شده باشند، در يك زمان ممكن است يك الكترون به سطح انرژي پايينتر سقوط كند و انرژي آزاد  كند. در اين صورت وقتي كه موج نور به اتم ديگر مي رسد:

-       اين اتم تحريك مي شود تا انرژي خود را آزاد كند.

-       به دليل تحريك شدگي نور ساطع شده از اتم دوم همان مسير نور ساطع شده از اتم اول را دنبال خواهد كرد.

-       طول موج نور اتم دوم برابر با طول موج نور اتم اول است. زيرا هر دو اتم برانگيخته در يك سطح از انرژي قرار دارند.

-       موج دوم آهنگي يكنواخت با موج اول خواهد داشت.

-       همچنين اين اتمها مي توانند بر ساير اتمها و با شرايط مشابه تاثير بگذارند .

 

چرا نور ليزر هميشه در يك راستا حركت مي كند؟

زيرااولين اتم مي تواند پرتو خود را در هر جهتي بتاباند ولي پرتو اتمهاي بعدي در جهت پرتو نخست قرار خواهد گرفت.

-   اگر يك رفلكتور (انعكاس دهنده) با بهترين كيفيت در يكسو و يك رفلكتور نيمه شفاف ديگر در جهت مخالف يعني درسويي كه فرستنده ليزر وجود دارد، داشته باشيم:

-   تنها پرتوهايي كه با زاويه تقريبا" عمود نسبت به رفلكتور مي تابند قابليت همسوكردن مسير پرتوها را دارند. و تنها در اين صورت شرايط ايجاد توده نوراني و در نتيجه تابش پرتو واقعي ليزر ايجاد مي شود.

-       در اين صورت پرتوها بارها و بارها بين دو رفلكتور منعكس مي شوند ، كه به اين ساختار نوسان ساز يا Resonator گويند.

-       اگر تعداد اتمها در يك ديود فوق العاده زياد باشند، دفعتا" اين پديده اتفاق مي افتد.

 

با توجه به نكات بالا خصوصيات ليزر عبارتند از :

-       مسير مشخصي دارد (بصورت پرتوهاي موازي است).

-       تك رنگ است.

-       پيوسته است.

                                    شكل14-اصول عملكردليزر

                                

 

ديود ليزري :

-       يكي از فرستنده هاي ليزري رايج است.

-       تحريك اتمها توسط جريان الكتريكي صورت مي گيرد.

-   اين ديودها بخش رفلكتور نيمه شفاف ندارند و اين وظيفه توسط يك سطح (رفلكتور) حاصل از برش كريستال انجام مي شود.

-       پرتوهاي نور آنچنان كه در ليزرهاي دقيق موازي هستند ، كاملا" موازي نمي باشند.

-       اين فرستنده ها در كاربردهاي استاندارد نظير اشاره گرهاي ليزري (Laser Pointers) كاربرد وسيعي دارند.

-   خاصيت پراكندگي (dispersion) نسبتا" كم در اين فرستنده هاسبب كاربرد اين فرستنده ها در سنسورهاي نوري را مي شود.

 

خصوصيات نقطه نوراني در پرتوهاي ليزر

-   نقطه نوراني كه توسط اشعه ليزر بر اثر برخورد با ديوار ايجاد مي شود به شكل مدور (Granular) است. اين امر تشخيص منبع نور به عنوان منبع نور ليزر را آسان مي سازد.

-   مادامي كه بيشتر پرتوهاي ليزر موازي هستند، امكان متمركز كردن آنها در يك نقطه توسط لنزها (عدسي‌هاي) متمركز كننده وجود دارد:

  • اگر تمام انرژي متمركز شود ، نور ليزر مي تواند انرژي زيادي داشته باشد و به طور مثال در جوشكاري و برش مي توانند مورد استفاده قرار گيرند.
  • براي سلول نوري (Photocell) تمركز انرژي زياد مطلوب نيست. در اين مورد تشعشعات با انرژي كم مورداستفاده قرار مي گيرد.

-   بسته به تاثيرات نور ليزر آن را به كلاسهاي مختلف تقسيم مي كنند. به طور مثال در استفاده از سلولهاي نوري ليزري (Laser photocell) نيازي به اجبارافراد براي استفاده افراد از عينكهاي محافظ نيست.

-       سنسورهاي ليزري بايد با استاندارد اروپائي EN60825 يا استاندارد بين المللي IEC60825 مطابقت داشته باشند .

       - سنسورهاي ليزري همانند Laser pointer ها در كلاس دوم حفاظتي ليزر قرار مي گيرند.

-       درمورد مذكور توان حداكثر ليزر حتي در هنگام تنظيم حداكثر  mW  1است.

-       در كلاس دوم حفاظتي عكس العمل ست شدن پيك براي حفاظت از چشم كافي به نظر مي‌رسد.

-       تابش ليزر تا زمان25 /0 ثانيه به چشم غيرمسلح آسيبي نمي رساند.

 

وقتي يك سيستم ليزري نصب مي شود موارد زير ضروري است:

-       ارتفاع صحيح نصب

-       پرهيز از نگاه كردن به صورت تصادفي و يا عمدي به اشعه ليزر

-       نصب برچسبهاي اخطار

كلاس بندي‌هاي مختلف ليزر از لحاظ ايمني :

 

ليزر كلاس I :

در اين كلاس توان خروجي ليزر كم (تقريبا" در حدود µw 0.39 و يا كمتر) مي باشد بطوريكه براي بدن انسان ضرري ندارد.

 

ليزر كلاس I M :

در ليزرهاي كلاس I M قطر نقطه نوراني ايجاد شده توسط اشعه نور زياد است ويا پرتو ليزر واگراست. ساير خصوصيات اين كلاس نظير كلاس I  است. اگر نور ليزر كلاس I M دوباره متمركز شود ممكن است احتمال آسيب رساني آن افزايش يابد.

 

ليزر كلاس II :

در اين كلاس نور ليزر مرئي است (طول موج: nm400 تا nm 710). با توجه به توان خروجي ليزر در اين كلاس (تقريبا" حدود mw 1) عكس العمل دفاعي بدن جهت جلوگيري از صدمه كافي مي باشد.

 

ليزر كلاس II M :

در ليزرهاي كلاس II M قطر نقطه نوراني ايجاد شده توسط اشعه ليزر زياد است و يا پرتو ليزر واگراست. خصوصيات اين كلاس نظير كلاس II است. اگر نور ليزر كلاس II M دوباره متمركز شود ممكن است احتمال آسيب رساني آن افزايش يابد.

 

ليزر كلاس III a :

توان خروجي ليزر در اين كلاس mw 0.5 است كه مشاهده مستقيم پرتو ليزر توسط انسان را خطرناك مي‌سازد.

 

ليزر كلاس III b :

توان خروجي ليزر در اين كلاس mw 0.5 است مشاهده مستقيم نور ليزر تابيده شده سبب جراحت چشم مي شود اما درصورتي كه نور ليزر، پرتو منعكس شده و يا منحرف شده باشد جراحت ايجاد نمي كند.

 

ليزر كلاس IV :

توان خروجي ليزر در اين كلاس mw 500 است كه مشاهده پرتو ليزر تابيده شده و يا منعكس و منحرف شده ، سبب جراحت خواهد شد. همچنين اين پرتوها مي توانند سبب سوختگي پوست و يا بدن شوند.

 

 

استانداردهاي ايمني ليزر :

استاندارد آمريكايي CDRH:

ضوابط اين استاندارد جهت هريك از كلاسهاي ليزر به شرح زير است :

 

ليزر كلاس II و كلاس III a :

1-   وجود يك اشاره گر (به طور مثال LED) جهت اعلام تابش ليزر الزامي است. (يعني زماني كه ليزر شروع به تابيدن كرد LED روشن شود).

2-       وجود يك تضعيف كننده اشعه (نظير سرپوش يا يك ديافراگم ) الزامي است.

3-       وجود برچسبهاي هشدار، مشخصات ليزر و مشخصات دهانه تابشگر و ساير اطلاعات لازم بر روي دستگاه الزامي مي باشد.

4-       ارائه دستورالعمل استفاده از ليزر الزامي است.

 

كلاس III b :

1-    تمام مواردي كه در مورد ليزرهاي كلاس II و كلاس III a عنوان شد در مورد اين كلاس ليزر نيز، بايد رعايت شود.

2-    وجود يك اشاره گر (بطور مثال يك LED) به نحوي كه 10-5 ثانيه قبل از تابش ليزر روشن شود، الزامي است.

3-    وجود يك سوئيچ on/off ضروري است.

4-    وجود كليد كنترل اصلي داراي قابليت جابحاشدن جهت جلوگيري از تابش ليزر وقتي كه كليد جابجا شد الزامي است.

5-    وجود يك قفل حفاظتي متحرك كانكتوري جهت جلوگيري از تابش ليزر وقتي كه اين قفل برداشته شود الزامي است.

 

ليزر كلاس IV :

1-تمام مواردي كه درمورد ليزر كلاس III b ذكر شد ، در مورد اين كلاس ليزر نيز بايد رعايت شود.

2-يك مكانيزم ري ست دستي (Manual Reset) بايد براي تابشگر ليزر درنظر گرفته شود.

 

استاندارد اروپايي IEC :

ضوابط اين استاندارد جهت هريك از كلاسهاي ليزر به شرح زير است:

 

 

ليزر كلاس I ، ليزر كلاس I M ، ليزر كلاس II ، ليزر كلاس II M :

1-    وجود برچسبهاي هشدار ، مشخصات ليزر ، مشخصات دهانه تابشگر و ساير اطلاعات لازم بر روي دستگاه الزامي مي باشد.

2-    ارائه دستورالعمل استفاده از ليزر الزامي است.

 

كلاس III R :

1-    تمام مواردي كه درمورد كلاسهاي I , I M , II , II M ذكر شد، در مورد اين كلاس نيز بايد رعايت شود.

2-  وجود يك اشاره گر (بطور مثال LED) جهت اعلام تابش ليزر براي ليزرهايي كه طول موج كمتر از
nm 700 دارند الزامي است.

3-    وجود يك تضعيف كننده اشعه ضروري است.

 

ليزر كلاس III b و IV :

1-    تمام مواردي كه در مورد ليزر كلاس III R عنوان شد، درمورد اين كلاس نيز بايد رعايت شود.

2-    وجود يك اشاره گر جهت اعلام تابش ليزر بدون توجه به طول موج ليزر تابشي، الزامي است.

3-    وجود كليد كنترل اصلي داراي قابليت جابجا شدن جهت جلوگيري از تابش ليزر- وقتي كه كليد جابجا شد الزامي است.

4-    وجود يك قفل حفاظتي متحرك كانكتوري جهت جلوگيري از تابش ليزر وقتي كه اين قفل برداشته شود الزامي است.

 

 

 

 

 

 

 

اصطلاحات مربوط به ليزر

پمپاژ

-   پمپاژ به معني ايجاد شرايطي-از قبيل در معرض نور قراردادن ماده توليد كننده ليزر- است، تا اسكنر ماده توليدكننده ليزر بهتر تحريك شود و تابش مناسبتري را داشته باشد (ممكن است اين تحريك با گرم كردن، به ميزان كافي صورت نگيرد).

-       وقتي ماده تابش مي كند كه يك الكترون از سطح انرژي بالاتر به سطح انرژي پايينتر مي رود.

-   اين پديده مي تواند معكوس شود. نوري كه به يك الكترون در سطح پايينتر انرژي برخورد مي‌كند مي تواند آن را به سطح بالاتر انرژي ببرد. هرچه ميزان انرژي داده شده توسط نور نزديكتر به ميزان اختلاف انرژي در سطح اتم باشد، احتمال وقوع اين پديده بيشتر است.

-   در موادي كه از تعداد زيادي اتم يكسان با سطوح انرژي يكسان تشكيل شده اند، نوري كه توسط يك اتم تابيده مي شود مي تواند توسط ساير اتمها جذب شود.

-   براي ايجاد توده نوراني ، بايد تعداد اتمهايي كه الكترونهايي در سطح انرژي بالاتر دارند بيشتر از اتمهايي با الكترونها در سطح پايينتر انرژي باشند. پديد آمدن چنين شرايطي در ماده را Population Inversion (يا جابجائي جمعيت) مي گويند.

-       عمل «پمپاژ » براي «جابجائي جمعيت» ضروري است.

 

پلاريزاسيون (قطبي شدن)

 

       وقتي كه خصوصيات نور معمولي برشمرده شد، خصوصيت زير مي توانست اضافه شود:

- نور معمولي پلاريزه نمي شود.

       براي بسياري از منابع نور ليزر نور پيشتر به خودي خود- به دليل ساختارش- قطبي شده است. اين امر براي تمام انواع منابع نور صادق نيست.

 

سنسورهاي ليزري

مزيت سنسورهاي ليزري دقت بالاي آنها مي باشد، عليرغم اينكه در سنسورهاي باينري به دقت بسيار بالا نياز نداريم.

 

تمركز (Focusing)  :

-       ميزان موازي بودن پرتوهاي ليزر به كيفيت Resonator (نوسان ساز) بستگي دارد.

-       در مواردي كه دقت زياد نياز است. كنترل و تصحيح تمركز مشكل است.

-       در سنسورهاي باينري تمركز ضعيف كافي است.

شكل 15- مشخصات هندسي پرتو ليزر

             

-   بديهي است كه حداقل قطر نقطه نوراني در فاصله مشخصي بدست مي آيد، اين فاصله معمولاً در دفترچه مشخصات سيستم آمده است.

-       اين فاصله با انتخاب عناصر نوري سيستم مشخص مي شود و تغييراين فاصله مشكل است.

-       ارزانترين راه حل، براي تشخيص اشياء كوچك (حداقل قطر  mm   1/0) تجهيز واحدتابشگرليزر با يك ديافراگم است .

 

پديده شكست يا انكسار (Refraction)  :‌

-       پديدهء شكست براي فهم مباني فيبرهاي نوري اهميت دارد.

شكل 16- شكست نور هنگام عبور از يك محيط شفاف به يك محيط كدرتر

             

 

-   پرتوهايي كه از يك محيط شفاف به يك محيط مات تر گذر مي كنند و يا بالعكس ، شكسته مي‌شوند و پرتو ديگر مستقيم نيست.

-       ميزان شكست به زاويه اي كه راستاي تابش پرتو با خط قائم برخورد و محيط در ناحيه برخورد پرتو مي سازد بستگي دارد.

 

چرا پديده شكست بوجود مي آيد (منظور از محيط كدرتر و شفافتر چيست)؟

-       پديده شكست به سرعتهاي مختلف نور بستگي دارد. سرعت نور در محيطهاي مختلف متفاوت است.

-       سرعت نور در خلاء از ساير محيطها بيشتر است و سرعت نور در هوا اندكي كمتر از خلاء است،

ولي سرعت نور در آب و يا شيشه به ميزان قابل توجهي كاهش مي يابد.

-   محيط كدر محيطي است كه سرعت نور در آن كمتر است ومحيط شفاف محيطي است كه نور در آن سريعتر حركت مي كند.

 

ضريب شكست:

-   ضريب شكست عبارتست از نسبت سرعت نور در خلاء به سرعت نور در محيط موردنظر.  اين ضريب همواره بزرگتر از يك است.

-       يكي از قوانين جالب توجه طبيعت اينست كه نور هنگامي كه  از نقطه A به نقطه B حركت-

 مي كند، كمترين زمان ممكن را صرف مي كند. اين قانون توجيه مي كند كه پرتو مستقيم نخواهد بود اگر نقطه A در محيط شفاف باشد و نقطه B در محيط كدر قرار داشته باشد.

 

زاويه بحراني

-   وقتي كه نور از يك محيط كدر به يك محيط شفاف انتقال مي يابد، پرتو نور به محيط شفاف تر انتقال نمي يابد و به داخل محيط با همان زاويه اي كه تابش شده بود باز مي تابد ، تنها درصورتي كه اين پرتو با زاويه خاصي نسبت به خط قائم بر مرز شكست بتابد. اين زاويه، زاويهء بحراني ناميده مي شود.

-       اندازه اين زاويه درمورد شكست شيشه- هوا ° 42 است.

-       اين موضوع براي انتقال پرتو از يك محيط شفاف به كدر نيز صادق است.

 

قانون انعكاس

       -     در رفلكتورهاي ايده آل داريم : زاويه انعكاس = زاويه تابش

-   انعكاس كامل و با كمترين تلفات را مي توان در انعكاسي كه هنگام تابش پرتو از يك محيط به محيط ديگر با شفافيت متفاوت در زاويه تابش بحراني صورت مي گيرد،ديد.(تلفات اين انعكاس از تلفات انعكاسهايي كه معمولا در رفلكتورها صورت مي گيرد كمتر است).

 

فيبرها

-       اگر يك اشعه نور در يك فيبر شيشه اي با زاويه اي خاصي به ديواره هاي برخورد كند، كاملا" منعكس مي شود.

شكل17-انعكاس كامل در فيبر نوري

-       اين انعكاس در طول فيبر ادامه پيدا مي كند.

-       پرتو با همان زاويه اي كه وارد فيبر شده است، از فيبر خارج مي شود.

 

-       خمش فيبر تا حدي كه سبب شكستگي فيبر نشود، مشكلي ايجاد نمي كند.

تضعيف

-   انعكاس كامل تقريبا" بدون اتلاف است. ولي عموما"‌  نور كمي تضعيف مي شود. حتي اگر شيشه بهترين خصوصيات را داشته باشد.

-       به طور مثال تضعيف براي فيبرهاي پلاستيكي   dB/km  120 است.

-       بدليل اينكه تضعيف براي پرتوهاي IR بيشتر است ، نور قرمز در برخي سنسورها استفاده مي‌شود.

 

ساختار فيبر

-   اگر بخواهيم دقيقتر بيان كنيم انعكاس در ديواره فيبر اتفاق نمي افتد، بلكه قبل از آن در داخل فيبر اتفاق مي افتد. معمولا" فيبرهاي شيشه اي مخصوصي مورد استفاده قرار مي گيرند كه از دو نوع شيشه تشكيل شده اند. قسمت دروني فيبر از شيشه شفافتر و قسمت بيروني از شيشه كدرتر ساخته شده است.

 

مشخصات سنسورهاي فتوالكتريك

فتوالكتريك به چه معناست؟

فتوالكتريك به معناي تشخيص جسم بدون تماس با جسم با استفاده از نور و سنجش الكترونيكي و ارسال اطلاعات است.

 

سيستمهاي فتوالكتريك مختلف عبارتند از :‌

سيستمهاي توليدكننده تصوير (Image creating) :‌

-       تصوير اشياء مانند يك دوربين ويديويي  و يا ديجيتال ايجاد مي شود.

-       اين تصاوير از نظر موجوديت، نوع، موقعيت، ابعاد و... مورد سنجش و پردازش قرار مي گيرند.

-       اين سيستمها جهت پردازش تصاوير توسط كامپيوتر استفاده روزافزن دارند.

 

سيستمهاي اندازه گيري طول (Length measurement) :‌

-       دقت اين سيستمها نسبتا" زياد است.

-       درمواردي جانشين سيستمهاي Image creating شده اند.

-       در نگاه كلي تر Encoder ها به اين گروه تعلق دارند.

 

سنسورهاي فتوالكتريك

-       اين سنسورها، سنسورهاي باينري هستند.

-   جديدترين سنسورهاي انعكاس مانندسنسورهاي Background Suppression رفته رفته شباهت بيشتري به سيستمهاي اندازه گيري پيدا مي كنند.

-       سنسورهاي باينري شامل انواع مختلفي از جمله سنسورهاي صدا، نور، القايي، خازني و... هستند.

در جدول زير مقايسه اي از ايمني سنسورهاي مختلف در برابر عوامل مزاحم خارجي متفاوت آورده شده است.

             

 

-       مشكل حساسيت سنسورهاي فتوالكتريك به دما مي تواند با استفاده از فيبرهاي نوري حل شود.

              شكل18-مقايسه محدوده عملكرد سنسورهاي مختلف

                       

 

 

 

 

 

محدوده عملكرد سيستمهاي نوري

-       فاصله اي كه شيء بايد در آن تشخيص داده شود، معيار مناسبي براي انتخاب نوع سنسور است.

-   مزيت سنسورهاي فتوالكتريك نسبت به سنسورهاي القايي و خازني محدوده بسيار وسيعي است كه جسم در آن قابل تشخيص است.

-       اين سنسورها داراي ايمني خوبي در برابر عوامل مزاحم خارجي هستند.

-       مزيت ديگر اين سنسورها كوچكي ابعاد آنها نسبت به فاصله اي است كه بايد تشخيص دهند.

 

 

 

 

مفاهیم نور
ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید:
تلگرام اینستاگرام balatarin YOUTUBE GOOGLE+ facebook tumblr twitter aparat cloob linkedin blogfa pinterest

logo-samandehi
ارتباط با ما

تلفن:66905228 21 98+

فکس:66428832 21 98 +

تلگرام: 9304401200 98 +

ایمیل: info [at] katisanat . com 

نشانی: تهران- خیابان آزادی - بعد از وزارت کار- خیابان شکاری

تمام حقوق وبسایت متعلق به کاتی خزر می باشد