Принцип работы лазерного уровня

что это, принцип действия устройства, как им пользоваться, критерии выбора нивелира, рейтинг лучших производителей

Производство строительных или ремонтных работ, отделка помещений, установка натяжных потолков, заливка стяжки пола — это далеко не полный перечень возможного применения лазерного уровня. Устройство, позволяющее мгновенно получить отображение вертикальной или горизонтальной прямой линии или плоскости с помощью одного или нескольких световых лучей, оказывает большую помощь при выполнении разметочных работ.

Наибольшую необходимость в нём испытывают специалисты, занимающиеся ремонтно-отделочными работами, но и для домашнего мастера такой прибор полезен и способен значительно облегчить работу, повысить её качество, сократить время выполнения. Стоимость лазерного уровня довольно велика, поэтому для правильного выбора подходящей модели необходимо иметь чёткое представление об устройстве и технических характеристиках приборов.

Что такое лазерный уровень

Лазерный уровень или нивелир — прибор, выполняющий построение световых линий на вертикальных или горизонтальных плоскостях помещения. Назначение устройства — ускорение и обеспечение высокой точности разметки стен, пола или потолка жилых или общественных помещений. Традиционные методы выполнения разметочных работ требуют немалого времени. Используются отвесы и пузырьковые строительные уровни, способные обеспечить достаточную точность измерений, но допускающие высокую погрешность, неустойчивость показаний. Особенно это проявляется в крупных помещениях с неровными плоскостями, где очень сложно нанести ровную линию традиционными способами. Приходится натягивать шнуры, неоднократно проверяя их положение, следить за их состоянием, тогда как лазерный нивелир надо только включить. Для этих операций требуется помощник, а с лазерным уровнем прекрасно управляется один человек.

Точность и скорость разметки многократно увеличивают производительность работ, обеспечивают высокое качество выполнения отделки или установки оборудования

Работа прибора основана на использовании одного, двух или трёх лазерных лучей и системы развёртки или фокусировки, в зависимости от типа конструкции. Луч света, испускаемый лазером, проходит через определённую систему фокусировки и показывает точку, прямую полосу или плоскость (одну, две или три), позволяя быстро и точно нанести на поверхность нужные отметки или начинать работы прямо по видимым линиям. Прибор устанавливается на ровную плотную площадку или на собственный штатив, обеспечивающий устойчивость и неподвижность устройства.

Виды устройств

Существует три основные группы лазерных уровней, отличающихся друг от друга назначением, сложностью конструкции и количеством лучей.

Точечный (построитель осей)

Прибор способен проецировать точку, не образуя прямую линию. Для нанесения горизонтальной разметки необходимо последовательно отметить две точки на разных концах стены и провести между ними линию или натянуть шнур.

Точка имеет максимальную отчетливость на плоскости, поэтому радиус действия у построителей осей заметно больше, чем у других видов

Приходится совершать некоторые дополнительные действия, что несколько усложняет замеры, но точность и возможность определения расстояния с помощью лазерного дальномера, а также наличие до пяти лучей (в наиболее продвинутых моделях) увеличивает точность работ.

Кросслайнер (построитель линий)

Этот вид нивелиров позволяет построить на плоскости световую линию. Луч пропускается сквозь призму, развёртывающую его на 120°, благодаря чему на поверхности появляется прямая тонкая полоса.

Работать с кросслайнером удобно, когда плоскости неровные, имеют сложный рельеф или множество элементов, делающих традиционные способы разметки невозможными

Отдельные модели таких приборов позволяют одновременно получить горизонтальную и вертикальную основные линии, и до 5 дополнительных. Возможности нивелира позволяют не наносить на стену или пол никакой разметки, а работать непосредственно по проецируемым световым осям.

Ротационный построитель плоскостей

В этом случае появляется возможность получить одну или несколько плоскостей (обычно, одна горизонтальная и две вертикальных).

Ротационный нивелир незаменим при выравнивании пола, заливке стяжки, установке натяжного потолка и прочих работах с плоскостями, требующих точности и высокого качества

Луч света вращается вокруг своей оси, проецируя вокруг источника сплошную световую полосу, строящую плоскость. Это позволяет определять степень уклона пола или потолка, контролировать вертикаль стен или перегородок.

Технические характеристики нивелиров

Существует большое количество моделей лазерных нивелиров всех типов. Они обладают определёнными техническими характеристиками, позволяющими получить общее представление о возможностях каждого прибора.

Основные показатели:

• дальность измерения. Параметр, определяющий расстояние, на котором можно различить луч прибора. Он зависит от мощности источника света. Отдельные образцы имеют дальность до 300 м, но большинство нивелиров работают на 20 м. Чем выше дальность, тем больше возможностей у приборов, особенно при работе на улице в условиях яркого освещения;
• количество лучей и их цвет. Большинство современных моделей лазерных уровней имеют 5 лучей, но возможны разные варианты. Чем больше лучей, тем выше возможности устройства, позволяющего проецировать проёмы, оси установки дверных, оконных блоков или оборудования. Приборы имеют возможность отключения лучей, ненужных на данный момент. Цвет луча определяет его чёткость и возможность использования в условиях яркого освещения (на улице). Существуют устройства с красным или зелёным лучами. Красный считается менее ярким и отчётливым, зелёный — позволяет работать на улице. Для усиления видимости используются специальные очки, отсекающие отдельные частоты световой волны и позволяющие хорошо различать линии от нивелиров;
• тип выравнивания и возможность его отключения. Определяет методику установки горизонтали или вертикали. Существуют устройства с ручным, маятниковым и электронным типом установки. Наиболее удобный вариант — автоматическое выравнивание (горизонтирование) плоскости, избавляющее владельца от необходимости производить установку вручную. Допустимая погрешность достигает 5%, на некоторых устройствах она ещё меньше. Если отклонение прибора от горизонтали превышает 5%, подаётся звуковой сигнал, предупреждающий о сбое установки. В таких случаях приходится действовать вручную. Ценится также возможность отключения автоматической установки, необходимая при работе на уклонах. В таких условиях прибор не сможет самостоятельно обеспечить горизонталь и будет непрерывно сигналить о нарушении положения, поэтому настройку отключают и выводят положение вручную.

  Выбирая прибор, следует учитывать специфику предстоящих работ, чтобы имелась возможность получить оптимальный результат

• точность и погрешность измерения. Лазерные уровни имеют три уровня точности, соответствующие бытовым, полупрофессиональным и профессиональным приборам. Степень допустимого отклонения от истинного значения уменьшается с возрастанием класса прибора. Бытовые устройства имеют погрешность 5–8 мм на 10 м, полупрофессиональные — 3–5 мм на 10 м, профессиональные обеспечивают точность от 0,5 до 3 мм на 10 м;
• Тип питания. Используется два варианта питания приборов — аккумуляторные и на батарейках. Первые используют заряжающиеся аккумуляторы как на мобильных телефонах. Они стоят дороже, время работы до подзарядки составляет около 20 часов, но количество циклов зарядки велико. Приборы на батарейках дешевле, один комплект обеспечивает около 60 часов непрерывной работы, но после этого придётся покупать новый набор;
• Габариты и вес. Размеры лазерных уровней относительно невелики, отдельные устройства значительно отличаются от других образцов. Причины такого отличия кроются в конструкции, возможностях и типе корпуса. Наиболее удачными считаются небольшие и лёгкие приборы, поскольку их приходится перевозить вместе с большим количеством других инструментов и приспособлений. Для домашнего пользования, когда нет необходимости постоянно возить лазерный уровень с одного места на другое, подойдёт и более массивный прибор, хотя бытовые образцы не отличаются большими габаритами;
• класс защиты корпуса. Условия использования прибора могут быть разными — высокая запылённость, при работе на открытой площадке возможны осадки, механические повреждения. Материалом корпуса обычно служат ударопрочные виды пластмасс. Нередко случаются падения с опорных площадок, что создаёт угрозу целостности устройства. Стандартный уровень защиты корпуса обозначается маркировкой IP54 и обеспечивает безопасность при падении, исключает проникновение пыли или влаги, предохраняет от прочих воздействий. Для внутренних работ достаточно белее низкого уровня защиты — IP20 или близкого к этому.

Дополнительные характеристики:

• тип крепления. Нивелир устанавливается на горизонтальную плоскость. Дополнительными опорными конструкциями могут служить штатив, магнитная подставка, некоторые модели имеют на корпусе специально прикреплённые магниты, позволяющие фиксировать устройство на любом стальном элементе площадки. Самым простым способом навески является отверстие в корпусе, позволяющее одевать прибор на гвоздик в стене;
• наличие противоударной защиты. Для исключения возможности разрушения устройства внутри корпуса устанавливаются эластичные демпферные прокладки, смягчающие ударные нагрузки;
• возможность самостоятельной наладки. Условия использования лазерных уровней достаточно сложны, иногда настройка прибора сбивается и требует повторной юстировки. Некоторые образцы имеют возможность автоматического регулирования, надо лишь включить режим отладки. Это существенно экономит время и не отвлекает работника;
• резьба крепления. Этот параметр важен при покупке штатива, так как резьба на нём должна соответствовать размеру гнезда прибора. Если эти величины не совпадают, необходимо приобрести переходник с одного вида резьбы на другой. При покупке важно знать параметры резьбы на имеющемся устройстве.

Для увеличения дальности нивелира используются специальные устройства — приёмники луча. Они позволяют повысить рабочее расстояние вдвое и обеспечивают отчётливую видимость проекции на поверхностях.

Как пользоваться прибором

Рассмотрим основные правила использования лазерных уровней, отличающиеся для разных видов устройств.

Точечный нивелир

Перед началом работы производится установка прибора на ровную горизонтальную площадку. Если имеется возможность автоматической настройки положения, включается режим отладки и производится настройка горизонтали. При отсутствии этой функции используется обычный пузырьковый уровень. На поверхности отмечаются точки, которые либо являются центрами будущих отверстий, либо определяют прямые линии для последующих работ.

Кросслайнер

Производится установка и выравнивание прибора по горизонтали. На вертикальные или горизонтальные поверхности проецируются линии, определяющие уровень установки различных элементов, оси укладки кафельной плитки и т. д. При необходимости используются две перпендикулярные линии, или одна горизонтальная и две вертикальных, определяющие габариты проёма или иного элемента.

Ротационный

Ротационные модели используются при установке плоскостей — натяжных потолков, стяжки пола, при наклейке обоев и прочих работах, требующих образования ровной горизонтальной плоскости. Прибор устанавливается на ровную площадку с нужной высотой, при необходимости он может быть подвешен на потолке. Устанавливается высота ротационной плоскости, совмещается со световой линией прибора, после чего производится разметка стен или непосредственные работы.

Техника работы лазерного уровня наиболее подробно описана в руководстве пользователя, прилагающемся к прибору. В нём отражены все тонкости, специфические приёмы работы, требования техники безопасности. В частности, необходимо избегать попадания луча в глаза, поскольку имеется серьёзная опасность получить ожог сетчатки или повредить хрусталик.

Видео: обзор лазерных нивелиров

Видео: как применять лазерный уровень

Рейтинг популярных моделей

Рассмотрим наиболее популярные модели лазерных нивелиров и их основные характеристики. Для удобства сравнения все параметры объединены в таблице.

Таблица: сравнение характеристик моделей лазерных уровней

Данные из этой таблицы взяты из Яндекс.Маркет, использована подборка по уровню рейтинга. Сюда входят наиболее привлекательные для покупателей устройства по общему сочетанию параметров, отсюда и некоторое однообразие производителей.

Использование лазерного уровня позволяет выполнять сложные разметочные работы с высокой степенью точности, без привлечения помощников и в короткие сроки. Существует большой выбор типов и моделей лазерных нивелиров, позволяющий подобрать наиболее подходящее устройство по доступной цене. Выбирая прибор, следует учитывать специфику предстоящих работ, отчётливо представлять себе необходимый уровень точности, возможности аппарата, чтобы получить оптимальный вариант.

Лазерный уровень. Виды и устройство. Работа и как выбрать

Грамотная разметка является важнейшей составляющей ремонтных и строительных работ. Поэтому при их выполнении обязательно необходимо устройство, которое позволяет регулировать вертикаль или горизонталь выбранного элемента. Для этих целей можно использовать разные приспособления, однако именно лазерный уровень лучше всего подходит для этого. При помощи него можно с максимальной точностью определять несоответствие уровней или их превышение при работе в помещении или на открытом воздухе.

Виды

Лазерные уровни, как и другие инструменты, можно поделить на профессиональные и бытовые устройства.

Также они делятся по следующим признакам:

• По виду излучателей.
• Количеству плоскостей проецирования лучей.
• Типу выравнивания.

Лазерные нивелиры по типу выравнивания могут быть:

• Ручные.
• Самовыравнивающиеся.
• Комбинированные.

Уровни с ручным выравниванием выполняют выравнивание по пузырьковому уровню, который встроен в корпус. Самовыравнивающиеся приборы делятся на электронные и маятниковые устройства.

Уровни с маятниковым выравниванием имеют механическую систему выравнивания. Данная система включает маятник и лазерный излучатель, который закреплен на маятнике. Маятник при установке уровня выполняет ряд колебаний, выравниваясь под собственным весом. При этом некоторые модели уровней имеют световую или звуковую индикацию, сообщая о выравнивании уровня.

Особенность электронного выравнивателя в том, что он собирает информацию с датчиков о положении уровня и выравнивает луч при помощи серводвигателей строго горизонтально.

К тому же имеются уровни с комбинированными выравнивателями, к примеру, с ручным для вертикальной плоскости и электронным для горизонтальной плоскости.

По числу плоскостей проецирования лучей, устройства делятся на:

• Однолучевые, которые действуют в одной плоскости.
• Двулучевые, которые работают в плоскости X,Y.
• Трёхлучевые, функционирующие в трех плоскостях X,Y,Z.

Лазерные нивелиры по виду излучателей могут быть:

• Точечные, они действуют как обычная лазерная указка. Они проецируют точку на стену, либо несколько точек в случае, если работают в нескольких плоскостях.

• Линейный лазерный уровень, на стене излучением вырисовываются видимые линии.

• Ротационные – устройства, в которых луч вращается с высокой скоростью и вычерчивает на стене линии.

Устройство

Лазерный уровень имеет довольно необычное устройство, но при этом не очень сложное. Если коротко, то внутри корпуса находится светодиодный источник света, образующий для лазера световой поток. Свет проходит сквозь призму или линзу (в зависимости от вида устройства), вследствие чего образуется ровная линия проекции на объекте.

Стандартный лазерный уровень включает в себя несколько систем, куда входят:

• Излучатели (лазерный диод).
• Система настройки фокуса.
• Блок питания.
• Механизм выравнивания, а также сохранения уровня.
• Блок управления.

Все эти системы помещаются в специальный корпус из высококачественного пластика. С целью защиты инструмента от влаги и пыли корпус оснащается резиновыми уплотнителями и вставками. Благодаря этому прибор можно использовать практически в любых условиях. В качестве источника питания выступает блок питания. Его роль может выполнять эл.сеть, батарейки или аккумулятор.

В качестве излучателей используются мощные светодиоды, которые создают монохроматический свет. Они выступают в качестве единственного генератора монохромного излучения необходимой мощности. Светодиоды практически не нагреваются, потребляют минимум электроэнергии и отлично переносят точечные удары, в том числе иные механические воздействия. Именно поэтому светодиоды незаменимы для данного устройства.

Генерируемый светодиодами луч света направляется в оптическую систему, которая состоит из линз. При помощи них обеспечивается фокусировка светового потока в одной точке. Такая фокусировка позволяет добиться, чтобы диаметр точки даже на расстоянии в несколько десятков метров оставался таким, как и на выходе из устройства. Ряд моделей оснащаются призмами, которые превращают световой поток в четкую линию на стене, потолке или иной плоскости. Лазерный уровень оснащается ручной или самовыравнивающейся (электронной или маятниковой) системой.

В качестве дополнительной комплектации, устройства могут оснащаться рядом элементов:

• Детектор лазерных лучей, который используется на открытых местностях и больших расстояниях, чтобы принимать лазерные сигналы.
• Установочный кронштейн.
• Нивелирная рейка – используется для измерения выравниваемых плоскостей и так далее.
• Магнитная мишень – помогает определить степень отклонения линий и точек от номинального значения.
• Штативы и крепления.
• Защитные очки.

Принцип действия

Принцип действия лазерного нивелира заключается в проецировании лазерного луча на выбранную поверхность в виде точки или линии. Световой поток излучает светодиодное оборудование. При помощи призмы поток преобразуется в лазерный луч, создавая на выходе видимую линию. Именно она становится ориентиром для выполнения необходимых работ.

В статичном уровне имеется два источника света, они проецируют лучи на перпендикулярные призмы. В итоге создаются две видимые плоскости, которые пересекаются в форме «+». Если свыше трех светодиодов можно проецировать большее число плоскостей, что важно при необходимости работы с множественными объектами.

Современные позиционные уровни снабжаются «лазерными отвесами». В них применяются дополнительные светодиоды, которые позволяют направить луч одновременно на пол и потолок.

В ротационном уровне лазер крепится на вал электродвигателя, что позволяет вращать его на 360 градусов. Ротационный уровень лучше всего подходит для разметки области поклейки обоев и выравнивания потолков. Здесь вместо призмы используется фокусирующая линза. Перед началом работы лазерный уровень должен пройти процедуру выравнивания. В зависимости от модели, это можно сделать автоматически или вручную.

Применение

• Сборка металлоконструкций и их сварка.
• Сборка мебели.
• Укладка бетонной смеси.
• Плотницкие и земляные работы.
• Монтаж каркасных конструкций.
• Определение рабочих горизонтов.
• Монтаж облицовочных и стеновых панелей.
• Построение видимого уровня.
• Отделочные работы.
• Ландшафтный дизайн.
• Монтаж строительных конструкций.
• Укладка керамической плитки.
• Монтаж окон, перегородок и дверей.
• Пробивка осей.
• Разметка размеров.
• Составление планировок.
• Монтаж мебели и многое другое.

Как выбрать лазерный уровень

Выбирая уровень, следует обратить внимание на ряд его характеристик:

• Погрешность проекции, которая может составлять порядка 0,5-3 мм на 10 м. У дорогих профессиональных устройств минимальный уровень погрешности составляет не более 1 мм.
• Дальность действия – данный параметр актуален при покупке ротационных моделей уровней.
• Время непрерывной работы – определяется источником питания (батарейки или аккумулятор).
• Размер рабочей зоны определяется паспортными данными на выбираемое устройство.
• На дальность действия уровня влияют следующие характеристики: длина волны, класс и мощность лазера.
• Наличие компенсатора самовыравнивания – следует выяснить, насколько быстро он может настраиваться, есть ли у него функция отключения (данный параметр важен при работе с уклонами).
• Наличие ограничений в диапазоне рабочей температуры – ряд моделей нельзя использовать при температуре ниже нуля. Приборы профессионального уровня способны выдерживать более значительный диапазон температур, составляющий от -20 до +50 градусов.
• Функциональные возможности уровня возрастают, если применять в паре с ним дополнительные изделия: штативы, треноги, лазерные детекторы (уловители), лазерные очки, нивелирные рейки.

Цвет луча

Лазерный уровень чаще всего отбрасывает линию зеленого или красного цвета. Красный лазер генерирует волну длиной 635 нм, вследствие чего светит ярче, однако глазами воспринимается хуже. Зеленый цвет создается волной длиной 532 нм, что оптимально для чувствительности нашего зрения, которое составляет 555 нм.

• Для декоративной покраски стен и профессиональной поклейки обоев могут потребоваться оба варианта, так как рулоны для стен или лакокрасочные материалы могут иметь разные цвета. Использование одного цвета лазера может приводить к неточностям. Здесь важен контраст.
• При работе на необработанной или белой стене подойдут оба варианта. Поэтому отделочникам можно выбирать разные по цвету светодиода приборы.
• Строителям, работающим на открытом пространстве (кровля, наружные работы, закладка фундамента) нужно работать при ярком солнечном свете, который мешает видеть линию. В этом случае следует выбирать зеленый лазер, что связано со спектром, который больше подходит для восприятия человеческим зрением.

Похожие темы:

Принцип работы лазерного нивелира

Каждому строителю приходится периодически производить измерения углов наклона различных плоскостей, поскольку известно, что абсолютно ровных стен в природе не существует. Традиционный пузырьковый уровень привычен и безотказен, но при занятых руках с ним не поработаешь. Более современным и удобным решением является приобретение лазерного нивелира, отличительные черты которого это высокая точность и стабильность в работе.

Выбрать подходящий лазерный нивелир не так просто. Для этого требуются определенные знания, касающиеся технических характеристик и принципа работы лазерного нивелира.

Как работает лазерный нивелир?

Принцип работы лазерного нивелира заключается в формировании проекции лазерного луча на одном или нескольких окружающих устройства объектах. Проекция в виде линии или точки служит ориентиром при выполнении работ. Точные показания лазерного нивелира возможны только при его надлежащем выравнивании. В зависимости от выбранной модели эта процедура может выполняться как в автоматическом режиме, так и вручную. Регулировка вручную осуществляется посредством применения традиционной системы пузырьковых колб и ползунков. Лазерные нивелиры бывают статичные и ротационные.

устройство лазерного нивелира

Статичные лазерные нивелиры

Статичные нивелиры проецируют лучи от своего источника света на систему призм, в результате чего на окружающей поверхности формируется изображение в виде креста. При наличии в нивелире более трех лазерных светодиодов можно создавать проекции нескольких плоскостей, что весьма полезно при одновременной работе над несколькими окружающими объектами.

Ротационные лазерные нивелиры

Ротационные лазерные нивелиры проецируют свет на фокусирующую линзу, которая заменяет призмы. При этом лазер может поворачиваться по кругу, обеспечивая разметку на любом из окружающих предметов.

Основные технические характеристики

Среди основных технических характеристик, которые следует учитывать при выборе лазерного нивелира, можно выделить класс безопасности прибора, его рабочую погрешность и диапазон, а также тип корпуса.

применение лазерного нивелира

Профессиональные лазерные нивелиры имеют второй или третий класс безопасности. Это означает, что лучше при работе с прибором воспользоваться специальными защитными очками, поставляемыми в комплекте с ним. Погрешность хороших аппаратов не превышает 1 мм, в то время как любительские модели могут допускать отклонение до 10 мм. Рабочий диапазон лазерного нивелира – это максимальное расстояние, на котором гарантировано получение качественной разметки. Его величина зависит от выбранной модели. Корпус лазерного нивелира должен быть герметичным, прочным, без царапин и иных повреждений.

Принцип работы лазерного нивелира видео:

Как выбрать лазерный нивелир (2019) | Лазерные дальномеры, нивелиры | Блог

При любом виде строительных и отделочных работ часто возникает необходимость точно определить вертикаль и горизонталь, построить прямой угол или разметить ровную линию, привязав её к каким-то точкам.

Раньше мастера использовали для этих целей целый арсенал инструментов – уровни, отвесы, правила, красящие нити, и т.д. А сегодня для всего этого можно использовать один универсальный инструмент – лазерный нивелир. С его помощью можно легко «нарисовать» на стене строго вертикальную или горизонтальную опорную линию, спроецировать линию пересечения с любой произвольной плоскостью, определить гладкость пола и потолка, проверить вертикальность стен и дверных проемов.

Соответственно, лазерный нивелир используется:

• строителями для соблюдения правильной геометрии стен, потолков, откосов и пр.
• отделочниками для ровной укладки стеновых покрытий, выравнивания пола и стен, переноса на стены и потолки элементов дизайна с дизайн-проекта и т.д;
• монтажниками инженерных систем для разметки коммуникаций;
• монтажниками натяжных, подвесных и гипсокартонных потолков;
• приемщиками свежепостроенных и отремонтированных квартир, офисных и прочих помещений.

Такое разнообразие областей применений этого инструмента привело к появлению множества его разновидностей. Для каждой перечисленных областей потребуются приборы с различными наборами характеристик.

Характеристики лазерных нивелиров

По виду лазерные нивелиры подразделяются на точечные, линейные, ротационные и комбинированные – комбинирующие несколько видов в одном корпусе.

Точечный нивелир, как следует из названия, проецирует точку (или несколько точек). Эта точка может отмечать вертикаль или горизонталь относительно места установки нивелира; несколько точек могут отмечать прямой угол с нивелиром на его вершине.

Точечный нивелир можно сравнить с отвесом, который может «висеть» не только по вертикали, но и по горизонтали, и под заданным углом.

Ротационный нивелир «рисует» линию при помощи движущегося луча. Вращающееся зеркало с большой скоростью перемещает луч лазера по окружности, а остающийся от него след сливается для человеческого глаза в сплошную линию. Это позволяет сохранить яркость отметки при увеличении расстояния до нивелира. Такие модели можно применять на открытом воздухе на расстояниях в десятки и даже сотни метров при использовании приемников лазерного сигнала.

Ротационные нивелиры могут использоваться при строительстве и ландшафтных работах.

В линейном нивелире луч лазера проходит через призму, увеличивающую его ширину. В результате на поверхность проецируется не точка, а линия.

В разных моделях угол расхождения луча разный: от 30° у простых лазерных уровней, до 360° у моделей с несколькими лучами или у которых луч проходит сквозь конусную призму.

Линейный нивелир удобно применять для разметки несущих конструкций навесных потолков и стеновых покрытий, для укладки плитки, установки мебели, развешивания картин и пр.

Недостаток линейных нивелиров состоит в том, что из-за прохождения через призму яркость луча снижается. Поскольку мощность лазеров ограничена в целях безопасности, при ярком свете и на большом расстоянии отметка линейного нивелира становится слабо различимой. Особенно это относится к моделям с конусной призмой – в них луч одного лазера распространяется на все 360° и с увеличением расстояния ослабевает очень быстро.

Еще один недостаток моделей с конусной призмой – довольно часто режим автоматического выравнивания в них корректирует только горизонтальный луч, вертикальные (если они есть) остаются невыравненными (т.е. не строго вертикальными).

Зато такие модели с диапазоном нивелирования 360° дешевле ротационных нивелиров и линейных нивелиров с цилиндрическими призмами. Еще один плюс моделей с конусной призмой – горизонтальный луч в них выходит близко к вершине прибора, им можно разметить плоскость очень близко к потолку, что делает их весьма удобными при монтаже подвесных, натяжных и гипсокартонных потолков.

Максимальное расстояние определяет, на каком удалении от прибора отметка лазерного луча еще будет заметна.

Модели с максимальным расстоянием до 10 м пригодны для использования только в небольших помещениях в условиях среднего и слабого освещения. При ярком свете отметка будет различима только, если поднести прибор вплотную к стене.

Значение этого параметра в 10-50 метров позволит использовать нивелир в любых помещениях и на улице в пасмурную погоду и в сумерках.

Для увеличения максимального расстояния используются приемники лучей нивелиров – они позволяют «поймать» лазерный луч на значительном удалении от прибора, даже когда невооруженным взглядом он совершенно неразличим. У некоторых моделей принимающее устройство входит в комплект, для моделей с комплектацией победнее, его придется докупать отдельно при необходимости.

Имейте в виду, что для многих, укомплектованных приемником сигнала, моделей, в руководстве приводится максимальное расстояние именно с использованием принимающего устройства. Без него максимальное расстояние меньше в 3-10 раз.

Для использования на улице в солнечную погоду подходят только ротационные и точечные нивелиры с классом лазера 2 (максимальная мощность лазера, допущенная для использования в бытовой технике) и максимальным расстоянием (без использования приемника) 100 м и более. Но даже у таких моделей на ярком солнечном свету отметка «потеряется» уже на 10-15 метрах.

Немного улучшить ситуацию на открытом воздухе может использование лазера зеленого цвета – с длиной волны 535-550 нм. Человеческий глаз лучше видит зеленый цвет. Однако нивелиры с лазером красного цвета (635-650 нм) более распространены, так как зеленый цвет чаще встречается в окружающем пространстве, а на зеленом фоне зеленая точка различима хуже, чем красная.

Количество лучей (отдельных лазерных светодиодов) определяет функционал нивелира и влияет на яркость линий и отметок. Каждый отдельный луч может быть использован для построения одной линии или одной точки. Обычно один луч в приборе, используется для создания точки или горизонтальной линии, два луча – для создания одной горизонтальной и одной вертикальной линии (2D), три луча – для создания двух вертикальных и одной горизонтальной линии (3D).

В то же время, для построения одной линии могут использоваться два и более луча. Так, круговая 360° линия на линейном нивелире может быть построена одним лучом, прошедшим сквозь конусную призму – а может быть построена четырьмя лучами, расходящимися с углом 90°. Во втором случае точность прибора и яркость лучей будут намного выше, но и стоить он будет дороже.

Система автоматического выравнивания крайне важна, если от разметки требуется не только геометрическая «правильность», но и точное выдерживание горизонталей и вертикалей. Автоматическое выравнивание позволяет скорректировать луч (обычно в пределах 3-5°), если прибор установлен не на горизонтальном основании. На случай, если автоматика не может выровнять луч, в некоторых моделях предусмотрен звуковой сигнал отклонений. Это позволит гарантированно избежать отклонений, но при частом использовании прибора может раздражать – лучше, если эта функция будет отключаемой. Как и само автовыравнивание – бывают ситуации, когда линии должны проходить под небольшим углом к горизонту (например, при заливке наклонных полов, с которых вода должна стекать в определенном направлении).

Наличие точек отвеса позволяет использовать нивелир для контроля вертикали. Точка надир расположена вертикально под прибором, точка зенит – над ним.

Однако следует иметь в виду, что корректно указывать вертикаль эти точки будут, только если у прибора есть функция автовыравнивания, либо если он выровнен вручную или стоит на строго горизонтальной поверхности. Иначе вместо вертикального луча прибор будет испускать луч, направленный перпендикулярно полу (который может быть вовсе не строго горизонтален).

Некоторые простые модели можно подвешивать на небольшом отрезке шнура, образуя некий гибрид лазерного и простого отвеса – в этом случае луч будет строго вертикален, но пользоваться такими нивелирами ненамного удобнее, чем обычным отвесом.

Точность – пожалуй, важнейший параметр нивелира. Она измеряется в мм/м и определяет, на сколько миллиметров допускается отклонение луча на каждый метр удаления от прибора.

Бытовые приборы имеют точность от 0,5 до 1 мм/м. Поскольку расстояния для этих приборов редко превышают 10 м, максимальное отклонение луча у них может быть от 5 мм до 1 см – вполне приемлемо для бытовых условий.

Полупрофессиональные приборы работают на больших расстояниях, и точность им требуется выше – от 0,3 до 0,5 мм/м.

Самые высокие требования по точности предъявляются к профессиональным приборам – на расстояниях в сотни метров даже нивелир с точностью 0,1 мм/м может дать несколько сантиметров отклонения. Точность профессиональных моделей составляет от 0,05 до 0,3 мм.

Для моделей с типом электропитания от батарей или аккумуляторов учитывайте продолжительность непрерывной работы – у разных моделей она может составлять от 1,5 до 150 часов. Если время непрерывной работы у выбранной модели маловато, обратите внимание на возможность отключения «ненужных» лучей – это экономит заряд батареи и облегчает работу (лишние лучи не слепят глаза).

Варианты выбора лазерных нивелиров

Лазерные нивелиры начального уровня могут запросто заменить длинный неудобный «пузырьковый» уровень.

2D-нивелир значительно облегчит все работы, связанные с точной укладкой покрытий, труб, каналов и монтажных конструкций.

3D-нивелир позволит добиться идеального соответствия углов, элементов интерьера и отделки в помещениях сложной формы.

Нивелир с максимальной дальностью 10-50 метров будет незаменимым помощником при выполнении множества отделочных работ.

Лазерный нивелир с максимальным расстоянием от 100 метров может использоваться строителями для всех этапов работ – от выравнивания строительной площадки и подготовки фундамента, до возведения стен и укладки кровли.

Как выбрать лазерный уровень или нивелир

Если строить дом, не пользуясь измерительными приборами, то получится всё наперекосяк, и долго он не простоит. Это знали еще наши предки, и обязательно проверяли горизонтальные и вертикальные плоскости на отсутствие погрешности. Пользовались они теми приборами, что имелись в те далекие времена.

Конечно, эти приборы нельзя было назвать совершенными, но ведь других не было. Нам повезло больше – сейчас каждому мастеру доступен нивелир, работающий на лучах лазера, осуществляющий измерения быстро и точно. О том, как выбрать лазерный уровень так, чтобы он в нужный момент не подвел и подходил именно под ваши потребности, вы прочитаете ниже.

О лазерном уровне: принцип работы и основные характеристики

В этом механизме для измерений используется тонкий и яркий лазерный луч. Для его появления собирается специальная конструкция на диодах. К слову, лазерное излучение первоначально использовали только военные. Затем, через довольно-таки большой промежуток времени, оно пришло в медицину, а после этого потихоньку внедрилось и в другие сферы нашей жизни, нашло применение в промышленности и строительстве.

Корпус лазерного нивелира состоит из пластика. На нем имеются вставки из латекса или резины, не позволяющие жидкости или пыли попасть внутрь точного прибора. Ведь стоит уровень отнюдь недешево, а на стройке на него и песок может попасть, и цемент, и вода, и капли краски. Поэтому защита корпуса жизненно необходима этому прибору.

Использовать лазерные уровни можно как на стройплощадке, так и в квартире для домашних нужд. Производители выпускают эти устройства самых разных видов, поэтому всегда можно подобрать подходящий лазерный уровень, ориентируясь на те задачи, которые предстоит выполнить с его помощью.

Достоинства приборов подобного типа:

1. Измерения, проводимые с их помощью, весьма точны: погрешность на один метр не превышает нескольких десятых от миллиметра.

2. Точка или линия, прекрасно видимая, намного удобнее визирной метки, которой оснащены обыкновенные нивелиры. Ведь по этой линии можно работать сразу, без разметки, например, пустив по ней строительную технику.

3. Устройство молниеносно производит измерения, к работе его готовить не надо, достаточно достать из футляра и всё.

4. Расположив прибор горизонтально, можно не беспокоиться о дальнейшем: он сам сделает измерения, причем очень быстро.

5. Не нужно быть специалистом, чтобы работать с лазерным нивелиром – с ним справится кто угодно.

6. Не требуется нескольких рабочих для измерений – прибор обслуживается одним человеком.

В общем-то, лазерный нивелир – не что иное, как более современный потомок всех остальных приборов для измерений: теодолитов, рулеток, уровней, обыкновенных нивелиров. Проверяют им любые вертикальные и горизонтальные поверхности, которые требуют соблюдения точности.

Видео. Все, что нужно знать о лазерных нивелирах

Разновидности и типы лазерных уровней

1. Дальномер, называемый в обиходе лазерной рулеткой – наиболее простое устройство.
Построитель - в быту носит название «лазерный нивелир» или «лазерный уровень».

2. Статические построители.

• Статические построители линий (другие названия - кросслайнер или мультипризменный построитель)
• Статические построители осей (другие названия - указатель, точечный лазер).

3. Ротационные построители, строящие плоскости (другие названия - многопризменный построитель, нивелир).

Построители статического типа

Обычно такие приборы используют при строительстве и отделке квартир, фасадов, маленьких участков.

Построители линий

Кросслайнеры выпускают лучи, представляющие собой статичные линии. Эти линии образуются при прохождении луча лазера через специальную призму, и расщеплении его, а не путем вращения лазерного луча вокруг своей оси. Обычно эти расщепленные лучи далеко не достают – метров на двадцать, не больше.

Если же построитель использовать со специальным приемником, то его дальность можно увеличить до пятидесяти, а то и сотни метров. Чем мощнее светодиод и конструкция, тем дальше протягиваются лучи.

Пример работы кросслайнера.

Так как диодов и призм используется несколько, то и построители называют мультипризменными. Есть, впрочем, простенькие модели, где идет всего один луч, вертикальный или горизонтальный. Но их мало. В основном этих лучей два: вертикальный и горизонтальный. Так получается крест из лазерных лучей. У сложных моделей идет несколько линий и крестов, а есть и такие, которые можно использовать в качестве отвеса, они светят вверх (зенит) или вниз (надир).

Угол развертки линий стандартного построителя сто двадцать градусов. У более «крутых» моделей он составляет сто шестьдесят градусов. Чем больше угол, тем больше получается дополнительных пересечений линий. Случается и так, что все триста шестьдесят градусов используются (когда линии соединяются в полную плоскость).

В кросслайнерах обыкновенно бывает встроена самовыравнивающая система, маятникового или электронного типа. Чтобы показания были точными, с помощью уровня с обычным пузырьком, выравнивают прибор по горизонтали. Маятниковый компенсатор моментально располагает прибор так, чтобы его плоскость стала параллельна земле. И во время работы потихоньку происходит компенсация сдвигов и дрожаний.

Это делает система самовыравнивания. Максимальный допускаемый угол для компенсации у многих лазерных уровней составляет три градуса. Хотя есть модели, где этот угол пять и шесть градусов.

Если угол больше, чем это значение, автоматика сигнализирует, что надо вручную подстроить положение прибора. Это можно сделать с помощью подкручивания ножек, а можно и в другое место перенести устройство. Когда плоскость или линия нужны не строго горизонтальные и вертикальные, а наклонные, можно отключить автоматику, надеясь только на себя и подстраивая положение прибора вручную.

Разметка стены при помощи построителя линий закрепленного на стене.

Построители осей

Эти приборы называют еще точечными лазерами. У них не имеется излучателя, который вращается или системы призм, поэтому они дают лишь точки, указывающую нужное направление. Зато эти точки видно гораздо лучше, чем линию у предыдущего типа построителей. Особенно видно это тогда, когда солнечный свет ослепительно яркий. Ведь в построителях осей призм, гасящих луч, не имеется.

Пример работы точечного лазера.

У такого прибора лучей три или пять. Они направлены вверх, вперед, вниз, влево и вправо, соответственно. Точечные линии получаются перпендикулярными друг другу. Таким устройством можно разметить опалубку, проекции этажей, каркасы, перегородки, стены. Иногда такие приборы именуют лазерными отвесами, что не дает полную характеристику. Зенит можно получить, положив прибор на пол, а надир – приподняв его с помощью штатива.

Пример разметки потолка при помощи точечного лазера.

Ротационные построители, создающие плоскости

В этих устройствах световой пучок не рассеивается с помощью призмы, а вращается, за счет чего образуется плоскость. В общем-то, это указатель точечного типа с вращающимся мощным лазером. Дальность прибора весьма неплохая, поэтому его часто используют на строительстве, где внушительные площади. Хотя и внутри помещений (особенно больших) такие построители также вполне возможно с успехом применять.

Например, таким лазерным уровнем можно проверить поверхность несущей конструкции. Дополнительно ротационный построитель может создать луч лазера, направленный в зенит. Очень удобно таким устройством измерять разность между высотами.

Пример работы ротационного построителя.

Если дополнительно, не стоит никаких приспособлений, то дальность лазерного луча подобного устройства составляет от пятидесяти до семидесяти метров. Если же использовать приемник (обычно идущий в комплекте), то дальность возрастает просто фантастически: до трехсот, а то и до четырехсот метров. Чуткий приемник ловит луч на стройплощадке и дает об этом сигнал.

Как правило, лазерные нивелиры позволяют регулировать скорость вращения луча. Излучающую головку можно заставить крутиться со скоростью, составляющей от десяти до шестисот оборотов в минуту – это солидный диапазон. Причем регулировка помогает уменьшить расход источника питания, оставив его ресурс более полным. Да и функциональность устройства, возможность регулировки, существенно увеличивает.

Произведение разметки при помощи ротационного построителя.

Построители с вращающимся лучом могут образовывать лишь горизонтальную плоскость, а могут и настраиваться на штативе, показывая и вертикальную плоскость, и угловую. Но о последней, наклонной, плоскости, можно говорить лишь тогда, когда модель является очень «продвинутой».

В этом случае компенсатор горизонтального положения просто-напросто отключают, действуя вручную. Хотя есть модели, где одна ось компенсируется, а другая выставляется ручным способом, в некоторых случаях это может быть полезным.

Бывают ротационные построители с дистанционным пультом, дублирующим кнопки, расположенные на корпусе прибора. Это удобно – можно управлять устройством, отойдя от него на значительно расстояние. Также у всех ротационных нивелиров есть функция, называемая «вне уровня». Она не разрешит разметить что-либо неправильно.

Видео. Классификация лазерных нивелиров

Видео. Классификация нивелиров по механизму выравнивания

Выбираем конкретную модель: 9 советов

Что ж, основные виды лазерных уровней нами рассмотрены, теперь осталось перейти к тем параметрам устройств, на которые следует обращать особое внимание. А также поговорим о том, что же может ограничить функциональность такого прибора, как строительный лазерный уровень.

1. Очень важным показателем является погрешность проекции. Так, купив на рынке по дешевке лазерный уровень неизвестного производителя, не надейтесь на его высокую точность. До трех (!) миллиметров на каждые десять метров будет составлять ошибка, а это немало. Если же купить модель подороже, да к тому же хорошего бренда, то погрешность не превысит одного, а то и всего лишь половины миллиметра.

Ротационные построители более точные. При покупке обязательно проверьте, какую погрешность выдает устройство.

2. Диапазоны (видимый и сканируемый), иначе, дальность действия – также существенны. Обычно известные фирмы здесь цифры занижают. Как начнешь пользоваться – результат намного лучше. Но это и неплохо, ведь наоборот было бы гораздо хуже, согласитесь. Размер рабочей зоны, который важен для ротационных устройств, у разных производителей высчитывается по-разному. Здесь смотрите, о радиусе или диаметре идет речь.

Одни фирмы могут написать первое, а другие – второе. Если покупаете статический построитель, спросите, может ли он работать с приемником. Если даже приемника нет в комплекте, хорошо бы, чтобы такая возможность была.

3. Подробно изучаем в паспорте устройства характеристики лазера. Это длина его волны, мощность и класс. Чаще всего применяют лазер с длиной волны шестьсот тридцать пять нанометров. Он имеет луч красного цвета с небольшой желтинкой. Зеленый луч более мощный, яркий и приятный глазу – его длина волны составляет пятьсот тридцать два нанометра. Раньше использовались еще лазеры с длиной волны шестьсот пятьдесят нанометров, но в настоящее время их уже сняли с производства.

4. Еще один немаловажный пункт: особенности самовыравнивания. Не очень хорошим вариантом является предельный угол в три градуса. Лучше, конечно, если данный угол составляет пять градусов. Также в паспорте указано время, за которое компенсатор настраивается. Естественно, чем оно меньше, тем лучше для пользователя.

Кроме того, иногда возникает необходимость устройство самовыравнивания выключить – должна быть такая возможность в хорошем приборе. Это бывает нужно, например, при работе на склоне или при передвижении прибора.

5. Теперь источник питания. Именно он определяет, сколько времени может работать прибор без перерыва. Статический построитель работает на батарейках-пальчиках или аккумуляторах не меньше десяти часов. Для экономии заряда ненужные лучи отключаем. Так как для вращения лазера надо больше энергии, то ротационные приборы пальчиковыми батарейками не обойдутся.

Они работают на щелочных, никель-кадмиевых или никель-металл-гидридных аккумуляторах. При этом важна емкость устройства для зарядки и его скорость. Ротационные лазерные уровни могут работать без перерыва от двадцати пяти до сорока часов.

6. Температура внешней среды, необходимая для нормальной работы, также указана в паспорте. Модели нивелиров профессионального типа, от надежных производителей могут работать и в мороз (при минус двадцати градусов), и в зной (при плюс пятидесяти градусов). Кроме того, обратите внимание и на такой показатель, как температура, допустимая для хранения прибора – обычно здесь температурный диапазон больше, чем необходимый для работы. Не спутайте эти две величины.

7. Защищенность корпуса бывает различной, ее можно легко определить по маркировке. Так, стандартная защита - маркировка IP54 – даст вам возможность пользоваться лазерным нивелиром и на пыльной стройплощадке, и под дождем. Для того, чтобы защитить прибор в случае падения, его оснащают демпферными накладками. Кроме того, тут важно и качество материала корпуса, и его эргономичность.

Вот, например, компания Spectra Precision выпускает модели, где в паспорте указано, что с прибором ничего не случится даже при падении с метра – полутора. Естественно, при условии, что нивелир закреплен на штативе.

8. Комплектация. Что же прилагается к лазерному уровню, кроме самого нивелира, и всё ли это необходимо для работы? Итак, в комплекте с прибором могут поставляться:

• Сумка или кейс;
• специальные очки, помогающие увидеть луч лазера;
• дистанционный пульт;
• несколько плоских мишеней;
• штатив;
• устройство для зарядки, аккумуляторы или батареи;
• скобы или магниты, чтобы крепить прибор на потолок или стены;
• геодезическая рейка;
• приемник для перехвата луча.

9. Фирма-производитель. На первое место в рейтинге можно поставить фирму BOSCH. Надо заметить, что лазерные уровни Bosch высоко ценят и профессиональные строители, и домашние мастера. Цены на бытовые и профессиональные приборы этой марки могут отличаться друг от друга весьма существенно, но качество даже самой дешевой модели является отменным.

Компания Condtrol выпускает тоже очень даже неплохие лазерные уровни и нивелиры. Они, конечно, чуть уступают изделиям предыдущего производителя, зато имеют весьма приятную цену. Фирма Matrix, как говорят специалисты, выпускает не очень хорошие профессиональные нивелиры, но вот бытовые модели у нее на высоте. Изделия бренда Kapro, как профессиональные, так и бытовые, лучше использовать в помещении. Там они показали себя неплохо, на улице – похуже.

Те, кто приобрел для работы качественный лазерный уровень, ни разу не пожалели о своем решении. Ведь у этого точного инструмента сплошные достоинства, он просто идеален. Пусть цена его не очень низкая, но ведь высокое качество работ и сэкономленное время дорогого стоят!

Видео. О выборе нивелиров

Если вы заметили ошибку, не рабочее видео или ссылку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Как пользоваться лазерным уровнем

Давно собирался написать обширную статью о лазерном уровне, как об инструменте в целом, с подробным описанием принципов работы с ним, плюсах и минусах, функциях и т.д. Вроде как информации по данному вопросу хватает в Интернете, однако при ближайшем рассмотрении оказывается, что пишется она копирайтерами, и судя по опубликованным текстам, имеющих весьма смутное представление про этот прибор. Бесспорно, в них есть определенная доля полезных знаний, но не раскрыто множество моментов использования этого устройства.

Если нет желания читать статью, то можете посмотреть видео.

1.СФЕРА ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО УРОВНЯ    

Лазерный уровень представляет собой измерительный инструмент, при помощи которого пользователь определяет строго горизонтальные и вертикальные линии. Если в конструкции устройства 2 и более излучателей вертикали, то помимо вышеперечисленных умений этой моделью аппарата можно также построить прямой угол. Он образуется в месте пересечения лучей.

Появился лазерный построитель плоскостей сравнительно недавно и был призван заменить собой такие традиционные инструменты измерения, как: строительный отвес, гидроуровень, пузырьковый уровень, угольник. В принципе, исходя из опыта многих мастеров, в большинстве случаев функции этого девайса полностью перекрывают нужды мастеров. Справедливости ради стоит отметить, не всегда возможно его использование. Об этом поговорим чуть позже.

Таким образом, легко догадаться в какой сфере находит себе основное применение это устройство - в строительстве. Именно в этой отрасли материального производства, как в никакой другой требуется постоянное нахождение точной горизонтали с вертикалью. С одной стороны, физические законы еще никто не отменял - любое возводимое сооружение должно быть надежным, а значит устойчивым, то есть иметь такую конструкцию, которая противодействует разрушению. С другой стороны, оно должно красиво и эстетично выглядеть. Как Вы понимаете, ни один из перечисленных моментов невозможен без идеальных горизонтальных и вертикальных плоскостей.

При этом устройство может использоваться как в частной стройке, так и на крупных объектах. Само собой такой плюрализм применения обусловлен наличием разных конфигураций прибора. Их принято делить на бытовые и профессиональные. Деление это весьма условно. Тот же самый 2-х лучевой лазерный уровень будет также исправно нести свою службу у профстроителя, как и 3D-уровень. Другое дело, что в плане удобства он будет хуже трехдэшного, а, следовательно, и значительно увеличится время, затрачиваемое на разметку.

2.ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ЛАЗЕРНОГО УРОВНЯ

Всего лишь 20 лет назад не было никакой альтернативы традиционным приспособлениям измерения. Но тут пришла перестройка, гласность и по земле русской уверенно поступью шагнул капитализм. Для рынка строительных услуг это означало, что времена, когда ремонт можно было сделать за магарыч навсегда канули в Лету. Заказчик платит - мастер работает. Вместе с тем и требования к качеству работы стали существенно жестче. Возникло понятие "евроремонт". И если поначалу сроки исполнения были на втором плане, то по мере роста темпов строительства они стали также важны, как и высокое качество.

Эти факторы предполагали использование более функциональных механизмов отделки. И, прежде всего, встал вопрос о приборах разметки, поскольку у старых, привычных приспособлений, несмотря на их хорошую точность, с удобством и скоростью пользования наблюдаются большие проблемы. Следовательно, ни о каком повышении производительности труда речи быть не может. Поэтому появление лазерного уровня оставалось лишь делом времени.

Рассмотрим основные плюсы и минусы этого прибора.

Разберем каждый из представленных в таблице показателей.

1. Удобство. Для сравнения возьмем два основополагающих инструмента разметки отделочника: отвес и гидроуровень. Перед тем, как выявить вертикаль, строитель озадачен вопросом - куда бы его повесить? Да так, чтобы нитка проходила как можно ближе к стене. Руками держать, стоя на стремянке, как-то не комильфо. Или гидроуровень. Работать с ним одному допустимо, но ОЧЕНЬ неудобно. Поэтому во многих случаях без напарника не обойтись. А вот пользоваться лазерным уровнем крайне удобно: поставил на горизонтальную поверхность, включил и ходи по комнате, делай отметки.

2. Простота. В качестве примера снова возьмем парочку товарищей из п.1. Если с первым все более просто, то для применения второго его надо сначала наполнить водой. И чтобы не было пузырьков воздуха, иначе забудьте о верности показаний. Хотя конструкция - да, предельно проста: веревка с грузом на конце и два соединенных между собой трубкой сосуда.

3. Скорость. Прежде чем определить вертикаль, мастеру приходится ждать, пока затухнут колебания строительного отвеса. Наиболее продвинутые помещают металлический груз в воду. Кстати, подобный принцип использован и в конструкции лазерного уровня. Только в нем для успокоения маятника прибора применяется поле, генерируемое магнитами. Они в строго определенном порядке приклеены на дне паза устройства. Только в отличии от отвеса, маятник лазера устаканивается за 2-4 секунды.

4. Точность. Как легко заметить, этот показатель отмечен звездочкой. Дело в том, что величина погрешности напрямую зависит от качества проведенной на заводе юстировки - она делается вручную. И, кроме того, важны условия транспортировки. Хорошо откалиброванный, бережно доставленный лазерный построитель плоскостей ничуть не уступает по точности традиционным измерительным инструментам. Поэтому перед покупкой или важными работами его крайне желательно подвергнуть процедуре проверки. О том, как это сделать речь пойдет ниже.

5. Цена. Полагаю, объяснять этот пункт не надо. Разница на порядок. Причем традиционники можно сотворить самому из подручных материалов, поэтому у них копеечная стоимость.

6. Надежность. Опять с оговоркой - если пользователь бережно обращается с уровнем (не роняет, блокирует маятник при переносе на другое место или транспортировке), то ничего плохого с устройством не произойдет. В противном случае, при неаккуратном обращении, как минимум, механизм будет не точным, как максимум, быстро выйдет из строя.

3.ПРОВЕРКА ТОЧНОСТИ ПОКАЗАНИЙ    

Маркетологи "от бога" и ушлые продаваны могут сколько угодно заливаться, что "лазерный уровень - супер-пупер современный инструмент с обалденной точностью", но по факту выходит, что не все так безоблачно. В большинстве приборов очень часто бывает, что реальная погрешность не соответствует объявленной в руководстве пользователя. Причин этого разногласия две: некачественная настройка, отвратительная доставка. В общем, хотите пользоваться точным лазерником - сразу проверяйте перед покупкой и периодически перед особо ответственными работами (например, облицовка ванной комнаты керамической плиткой). Как это делается показано в видео и рассказывается дальше в тексте.

Ниже приведены самые простые и быстрые способы определения правдивости показаний.

3.1.Горизонталь

Ранее было отмечено, что в зависимости от конструкции лазерные уровни делятся на "ведерки" и "кирпичи". Названия условные, отражающие суть каждого из видов. Так вот, из-за используемых в приборах колб с диодами имеются различия в проверке горизонтальной линии. В моделях 1V/1H, 2V/1H и 4V/1H она проверяется следующим образом:

• необходима комната, длина которой позволяет установить прибор на расстояние не менее 5 метров от стены;

• корпус устройства поворачивается в крайнее правое (или левое, не важно) положение. На окончании линии луча ставится отметка;

• поворачиваем аппарат на 180 градусов так, чтобы другой хвост линии был около только что сделанной черты. Смотрим насколько он выше/ниже. Это и будет величина погрешности исследуемого лазерного уровня. Если же линия четко проходит по метке, то погрешность горизонтали крайне мала;

• также нелишним будет проверить устройство на отсутствие "смайлика", т.е. таком случай, когда линия идет дугой. Для этого после завершения п. б) и в) повернуть корпус механизма на 90 градусов и посмотрим на положение линии. Выше/ниже на 0,5-1мм - все нормально, эта разница является следствием большей толщины в центре линии, чем по краям. А вот если эта величина начинается от 1,5мм, то у прибора имеется "смайл". Как правило, такая неисправность встречается только у тех инструментов, которые пытались настроить методом научного тыка, по принципу "а крутану-ка я этот винт сюда и посмотрю что будет". Для лазерных уровней с заводскими настройками данный вид брака не характерен.

Горизонтальная линия в 2D и 3D проверяется гораздо проще. Обращаю внимание, что такая модель лазерного построителя плоскостей проверяется БЕЗ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОВОРОТНОГО ОСНОВАНИЯ:

• также понадобится помещение, в котором можно поставить уровень таким образом, чтобы расстояние до стены, на которую проецируется луч, было не менее 5 метров;

• выбираем сторону отсчета, включаем устройством, делаем на стене отметку;

• прокручиваем корпус вокруг своей оси с шагом в 90 градусов, отмечая каждый раз местоположение линии.

3.2.Вертикаль

Для проверки вертикали есть несколько способов:

1) в качестве эталона используется другой прибор. Чтобы исключить ошибку, нужна 100% уверенность в показаниях его излучателя вертикали. Включаем его, внизу у пола и вверху под потолком ставим черточки. Теперь берем нашего испытуемого и смотрим: есть ли расхождения по вертикали с ранее сделанными рисками;

2) проверяем по строительному отвесу. Высота помещения, на потолок которой он подвешивается, определяется в зависимости от потребности в точности измерений. Например, есть строительная бригада и ей приходится заниматься отделкой 10-метровых стен. При этом точность нужна максимальная. В этом случае и отвес нужно вешать на соответствующей высоте. Или есть обычные мастера-отделочники, работающие в помещениях со стандартной высотой потолка, не превышающей 3 метра. Полагаю, логика ясна.

Вешаем отвес, включаем уровень. В идеале линия луча должна равномерно подсвечивать нитку снизу доверху. Проводить испытания лучше в комнате со слабыми источниками света. Обращаю внимание читателей, что в лазерных уровнях с маломощными излучателями 2 класса яркости верхняя часть веревки будет тусклее нижней. Сказывается слабосильность и расстояние.

Также имейте ввиду, что в "ведерках" на точность проверяется КАЖДАЯ из вертикалей, т.к. на излучателях находятся независимые друг от друга винты крепления. В случае с 3D лазерным уровнем сначала проверяется одна сторона, потом корпус разворачивается на 180 градусов и смотрится другая сторона.

3.3.Прямой угол

По большому счету, проверка прямого угла является необязательной, поскольку воспользоваться им приходится довольно редко: разметка мест пролегания фундамента, определение 90-градусных углов в ванной комнате - вот, пожалуй, и все работы.

Выясняется истинность его значений при помощи т.н. египетского треугольника - прямоугольного треугольника с соотношением сторон 3:4:5. Есть 2 варианта проверки:

1) чертим фигуру на полу; включаем лазерный уровень; устанавливаем прибор таким образом, чтобы один луч четко проходил через нарисованную линию; смотрим, как ведет себя второй луч по отношению к другому катету;

2) ставим устройство на РОВНУЮ поверхность, включаем. Берем рулетку, по одной линии откладываем 3 метра (перекрестие будет точкой отвеса), делаем отметку. По другой отмеряем 4 метра, рисуем метку. И измеряем расстояние между проставленными отметками, оно должно 5м (+/-3мм). Если значение соответствует, то угол между вертикалями составляет 90 градусов.

3.4.Точка отвеса

Некоторые производителя встраивают дополнительный излучатель для отвеса уже в модели 1V/1H (например, LaiSai), но большинство же устанавливают этот элемент только в моделях 2V/1H и 4V/1H. В 3*360 приборах он образуется в месте пересечения вертикалей и его погрешность напрямую зависит от погрешности вертикалей. А вот в ведерках это не так, поскольку диод отвеса также как и прочие лазеры имеет отдельные винты крепления. Чтобы проверить правильность его показаний необходимо поставить точку строго в середине отвеса и очень плавно прокрутить корпус на 360 градусов вокруг своей оси. Отмеченная точка должна все время находиться в центре проецируемого пучка света.

3.5.Итоговые показания проверки точности лазерного уровня

Полученные результаты могут трактоваться по-разному. Многие производителя в инструкции пользователя пишут, что погрешность для вертикали/горизонтали не должна быть более 1мм на 5 метров, а допустимый угол между лучами +/-0,3 градуса от прямого угла. По большому счету, каждый мастер сам для себя определяет допустимый порог погрешности - кому-то и 5мм/5м нормально, а для кого-то и 0,5мм/5м чересчур много. Поэтому если Вы недовольны точностью своего аппарата, то нужно его юстировать, о чем и пойдет речь в следующем параграфе.

4.НАСТРОЙКА ЛАЗЕРНОГО УРОВНЯ    

Кто бы, что не говорил или писал, а откалибровать можно любой лазерный уровень маятниковой конструкции. И собираются, и настраиваются они вручную. Причем провести эту процедуру можно самостоятельно, без обращения в специализированный сервисный центр. Понадобится минимум инструментов: отвертка и шестигранник. Самым лучшим вариантом будет отвертка с шестигранной насадкой, она позволяет полностью контролировать движения при юстировке.

Невзирая на разные виды уровней, регулировка точности осуществляется при помощи противовесов или винтов крепления.

Если по-хорошему, то предпочтительней использовать второй механизм. Задействовать противовесы можно лишь в случае, когда излучатель и горизонтали, и вертикали смещены в одну сторону. Либо пользователь может пожертвовать точность одного лазера в пользу другого. Так получается, потому что на маятнике винт-противовес один, а все связанные с ним манипуляции изменяют положение сразу нескольких светодиодов. Поэтому для корректной настройки использовать надо винты крепления.

Если говорить про "ведерко", то провести юстировку относительно несложно: крутим или выкручиваем один винт, фиксирующий лазер (для каждого свой), добиваясь нужного результата. Принцип простой - проверили аппарат, посмотрели разбег между линиями, подумали какие действия мы будем совершать, проделали их, посмотрели, что получилось и т.д. На сайте есть статья, посвященная этой процедуре. На марку лазерного построителя плоскостей можете не обращать никакого внимания, приборы подобной конструкции юстируются одинаково. Также было подготовлено видео по данной тематике.

С "кирпичами" дело обстоит намного сложнее. Во-первых, противовесами настроить не удастся по причине их банального отсутствия. Практически все производители отказались от размещения этого элемента в конструкции, а первоначальная балансировка (именно в этом и состояло их назначение, а не в точной подстройке) осуществляется посредством шайб, закрепляемых на маятнике. Во-вторых, винты крепления излучателя в различных устройствах размещаются по-разному и каждая из конфигураций имеет свои нюансы при настройке.

В-третьих, еще больше внимания уделяется аккуратности движений, которые должны быть поистине ювелирными, иначе положение линии может измениться на сантиметры. То есть привести их к общему знаменателю не получиться, нужен индивидуальный подход. Ниже представлены ссылки на статьи о юстировке различных 3D-уровней и видео о настройке лазерного уровня XEAST:

Лазерный уровень Fukuda 3D: как разобрать и настроить?

Настройка лазерного уровня HC Kira 3D-12

Как разобрать и настроить лазерный уровень MaoVon 3D red light?

В целом же, самостоятельно калибровать прибор такого типа сложно, но можно.

5.РЕЖИМЫ РАБОТЫ    

Прежде чем работать с лазерным уровнем, необходимо определиться в каком режиме будет эксплуатироваться прибор. Зависит это от задач, стоящих перед пользователем. Практически все лазерные построители плоскостей предоставляют в распоряжение мастера 3 режима работы:

1) самонивелирование. В этом режиме прибор находится >95% всего рабочего времени, он проецирует строго горизонтальные и вертикальные линии. При наклоне корпуса более 4-х градусов срабатывает защита от некорректной установки - лазерник начинает издавать звуковые сигналы, а лучи прерывисто мигать. Чтобы включить данный режим достаточно переместить тумблер активации в положение "On". В результате чего отщелкивается блокиратор и начинает подаваться питание на излучатели;

2) импульсный режим. По соображениям техники безопасности мощность излучателей любого лазерного уровня не должна превышать <1mBt, иначе высок риск временной или постоянной утраты зрения - может произойти повреждение сетчатки глаза. Из-за этого линия луча днем на открытых строительных площадках не видна. Можно пользоваться различными ухищрениями вроде фронтальной камеры мобильного телефона или теневой ловушки, но полноценной работы не получится. Единственным приспособлением, позволяющим в этих условиях работать, будет лазерный приемник или детектор обнаружения луча. Чтобы его использовать среди функций лазерного уровня должна присутствовать возможность работы лазеров в импульсном режиме, т.е. при его активации излучатели начинают быстро-быстро включаться/выключаться. Этот цикл происходит с определенной частотой, визуально линия становится менее яркой;

3) режим построения наклонных линий. Как было ранее написано, если в состоянии, когда лазерный уровень работает в режиме самонивелирования, прибор наклонить, то срабатывает защита от некорректной установки и построить под углом плоскость крайне затруднительно - прибор пищит и мигает. Поэтому в некоторых аппаратах предусмотрено отключение защиты при включенном устройстве. В зависимости от производителя это можно проделать или нажатием на клавишу OutDoor (агрегат либо включен, либо выключен), или повернув тумблер активации в указанное на корпусе положение.

7.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛАЗЕРНОГО УРОВНЯ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ РАБОТ    

Теперь коротко охарактеризуем работы, в которых как нельзя кстати пригодится лазерный уровень:

а) фундаментные работы: разметка мест пролегания будущего фундамента, выставление опалубки под фундамент по уровню;

б) электромонтаж: определение место под электрощит, прокладка электропроводки, установка подрозетников и выключателей;

в) сантехнические работы: монтаж канализационных труб, прокладка водокоммуникаций, установка батарей отопления и монтаж отопительной системы в целом;

г) штукатурные работы: расчет минимально требуемого штукатурного слоя, выставление штукатурных маяков, проверка выполненной штукатурки;

д) стяжка пола: определение толщины слоя, выставление маяков под стяжку пола;

е) гипсокартоновые работы: монтаж подвесных потолков, установка гипсокартоновых перегородок и коробов;

ж) облицовка поверхностей плиткой: укладка керамической плитки в ванных комнатах, укладка тротуарной плитки;

з) установка дверей и окон.

Перечень строительных работ, в которых лазерный уровень может принимать активное участие, довольно широк. Мы рассказали о наиболее распространенных. Более подробно можете почитать по ссылкам, приведенным ниже:

Лазерный уровень для штукатурки

Использование лазерного уровня для стяжки пола

8.ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ    

В основании лазерного уровня имеется резьбовое отверстие, которое необходимо для крепления корпуса на различные фиксирующие приспособления. Оно бывает 2-х размеров: 1/4 дюйма и 5/8 дюйма. Дополнительными аксессуарами, расширяющими функциональность уровня, являются:

а) металлическое поворотное основание. При помощи него можно смещать корпус устройства на доли миллиметров в продольном и поперечном направлениях, а также выставить точную позицию вертикалей по заданной отметке;

б) штатив. В зависимости от модели расширяет диапазон высот, на которых можно проводить разметку, от 20см до 3 метров. Имеет складные ножки и элевационный подъемный механизм. Диаметр штифта с резьбой составляет 5/8 дюйма;

в) распорная штанга. Представляет собой выдвигающуюся палку, окончания которой упираются в пол и потолок. На ней фиксируется мобильная площадка, на которую, в свою очередь, крепится уровень. Для придания конструкции большей устойчивости и облегчения установки в комплекте может быть штатив;

г) магнитное крепление. Бывает в виде простого пластикового уголка без возможности регулирования высоты и такого же приспособления, но имеющего подъемный механизм. Сзади расположены неодимовые магниты для крепления приспособления на металлической поверхности и отверстие для крепления на саморезе.

9.ТРЕБОВАНИЯ К УСЛОВИЯМ ЭКСПЛУАТАЦИИ    

Лазерный уровень относится к измерительным инструментам и является технически сложным устройством, поэтому требует особо бережного обращения. Несмотря на наличие прочного корпуса, который нередко бывает еще и прорезиненный, нельзя допускать падения аппарата или наносить по нему сильные удары. Такие негативные воздействия приведут к значительному падению точности, вплоть до ситуации, когда без юстировки уже не обойтись.

Транспортировка и хранение прибора должна проводиться в специально предназначенном под эти нужды кейсе или сумке с ложементом из вспененного полиуретана. В процессе работы при перемещении уровня с одного места на другое необходимо сначала заблокировать маятник и только потом перенести аппарат.

Допускается рабочая температура от -10 до +40 градусов. Если прибор будет длительное время эксплуатироваться при отрицательных температурах, то в подшипниках замерзнет смазка и маятник перестает нормально выравниваться. Для восстановления работоспособности достаточно на несколько часов оставить устройство в теплом помещении.

Не следует продолжительное время работать или оставлять уровень в пыльном помещении или с высокой влажностью. Несмотря на то, что большинство моделей имеют практически полностью герметичный корпус, со временем пыль и влага постепенно берут защитные барьеры, проникая во внутренности уровня. Последствия такого соседства плачевные: от отказа работы кнопок до полного выхода инструмента из строя.

14.05.2019

Комментарии ⁴

А почему про ротационные уровни ничего не сказано?

Юрий, а смысл о них говорить? Для подавляющего большинство строителей/частных мастеров - это неоправданная трата денежных средств. Стоимость его очень высокая. К тому же, обычно такие приборы проецируют лишь горизонт. То, что линия луча видна днем на улице - миф, видимость такая же, как и у самого яркого 3Д аппарата. Класс безопасности лазера никто не отменял и, как правило, у строительных лазеров 2 или 3а. А он говорит о мощности излучателей. Просто в базовом комплекте обычно идет и приемник. Потому то в статье и не затронут этот вид инструмента. Если Вас все-таки интересует этот измерительный механизм, то посмотрите на муське (mysku). Там я недавно видел обзор на подобную модель.

Подскажите, в конце видео Вы луч улавливаете с лазерным приемником, он ко всем маркам подходит?

Сергей, по идеи, ко всем китайским приборам. По крайней мере, ко всем моделям, которые продаются в ИМ MyLaserLevel, он подходит. Имеется ввиду, что уровень должен проецировать красные лучи. Соответственно, для зеленых - свой, для LD - свой. А если по-хорошему, то кроме длины волны (ей определяется цвет лучей) есть еще и частота излучения. Плюс еще уровень должен иметь импульсный режим работы излучателей. Поэтому оптимальным вариантом является определение совместимости на месте.

Принципы работы лазера

Принципы работа лазера

В В лазерах фотоны взаимодействуют с атомами тремя способами:

• Поглощение излучения
• Спонтанный выброс
• Стимулированный выброс

Поглощение излучения

Поглощение из излучение - это процесс, при котором электроны в земле государство поглощает энергию от фотонов, чтобы перейти на более высокий энергетический уровень.

электроны вращающиеся очень близко к ядру, имеют более низкую энергию уровень или более низкое энергетическое состояние, в то время как электроны вращаются по орбите дальше от ядра находятся на более высоком энергетическом уровне. Электронам на более низком энергетическом уровне нужна дополнительная энергия. прыгнуть на более высокий энергетический уровень. Эта дополнительная энергия обеспечивается от различных источников энергии, таких как тепло, электрическая поле или свет.

Пусть Рассмотрим два уровня энергии (E ₁ и E ₂ ) электронов. E ₁ - основное состояние или ниже энергетическое состояние электронов и E ₂ - возбужденное состояние или более высокое энергетическое состояние электронов. Электроны в основное состояние называется электронами с более низкой энергией или основным состояние электронов, тогда как электроны в возбужденном состоянии называется электронами более высокой энергии или возбужденными электронами.

В в общем, электроны в состоянии с более низкой энергией не могут прыгать в более высокое энергетическое состояние. Им нужно достаточно энергии в порядок перехода в более высокое энергетическое состояние.

Когда фотонов или световой энергии, равной разности энергий два энергетических уровня (E ₂ - E ₁ ) на атоме, электроны в основном состоянии получают достаточную энергию и прыгают из основного состояния (E ₁ ) в возбужденное состояние (E ₂ ).

поглощение излучения или света возникает только в том случае, если энергия падающего фотон точно соответствует разнице энергий двух уровни (E ₂ - E ₁ ).

Спонтанный выброс

Спонтанный выброс это процесс, при котором электроны в возбужденном состоянии возвращаются в основное состояние, испуская фотоны.

электроны в возбужденном состоянии может находиться лишь на короткое время. В время, до которого возбужденный электрон может оставаться на более высокой энергии состояние (E ₂ ) известно как время жизни возбужденного электроны. Время жизни электронов в возбужденном состоянии 10 ^-8 второй.

Таким образом, после короткого времени жизни возбужденных электронов они возвращаются в более низкое энергетическое состояние или основное состояние, высвобождая энергию в виде фотонов.

В спонтанный излучения электроны движутся естественным или самопроизвольным образом из одно состояние (более высокое энергетическое состояние) в другое состояние (более низкая энергия состояние), поэтому испускание фотонов также происходит естественным образом. Следовательно, мы не можем контролировать, когда возбужденный электрон теряет энергию в виде света.

фотоны, испускаемые в процессе спонтанного излучения, составляют обычный некогерентный свет.Некогерентный свет - это луч фотоны с частыми и случайными изменениями фазы между их. Другими словами, фотоны, испускаемые в спонтанном выбросы не протекают точно в одном направлении падающие фотоны.

Стимулированный выброс

Стимулированный выброс это процесс взаимодействия падающего фотона с возбужденный электрон и заставляет его вернуться в основное состояние.

В стимулированный излучения, световая энергия поступает непосредственно в возбужденный электрон вместо передачи световой энергии в основное состояние электроны.

В отличие от спонтанное излучение, вынужденное излучение не является естественный процесс это искусственный процесс.

В спонтанный эмиссии, электроны в возбужденном состоянии останутся там пока не закончится его жизнь.По прошествии своей жизни они возвращаются в основное состояние, высвобождая энергию в форма света.

Однако при вынужденном излучении электроны в возбужденном состоянии не нужно ждать завершения их жизни. Альтернатива используется для принудительного возврата возбужденного электрона в основное состояние до завершения их срока службы.Этот техника известна как вынужденное излучение.

Когда инцидент фотон взаимодействует с возбужденным электроном, он заставляет возбужденный электрон, чтобы вернуться в основное состояние. Это взволновало электрон выделяет энергию в виде света при падении на основное состояние.

В стимулированное излучение, испускаются два фотона (один дополнительный фотон испускается), один из-за падающего фотона а еще один связан с выделением энергии возбужденных электрон.Таким образом испускаются два фотона.

стимулированный процесс эмиссии очень быстрый по сравнению со спонтанным эмиссионный процесс.

Все испускаемые фотоны при вынужденном излучении имеют одинаковые энергии, той же частоты и синфазны. Поэтому все фотоны в вынужденном излучении перемещаются в том же направление.

количество фотонов, испускаемых в стимулированном излучении, зависит от числа электронов на более высоком уровне энергии или возбужденное состояние и интенсивность падающего света.

Это можно записать как:

Количество выпущенных фотоны α Количество электронов в возбужденном состоянии + падающий свет интенсивность.

.Принцип измерения лазерного уровня

- Инструментальные средства

Наименее распространенной формой измерения уровня на основе эхо-сигнала является лазер, который использует импульсы лазерного света, отраженные от поверхности жидкости, для определения уровня жидкости. Возможно, самым ограничивающим фактором при лазерных измерениях является необходимость иметь достаточно отражающую поверхность, чтобы лазерный свет «отражался» от нее. Многие жидкости не обладают достаточной отражающей способностью, чтобы это можно было использовать на практике, а наличие пыли или густых паров в пространстве между лазером и жидкостью будет рассеивать свет, ослабляя световой сигнал и делая уровень более трудным для обнаружения.Однако лазеры с большим успехом применялись для измерения расстояний между объектами.

Принцип измерения лазерного уровня:

Лазерные преобразователи, используемые для измерения уровня, в основном работают по тому же принципу, что и ультразвуковые датчики уровня. Единственное различие между двумя методами заключается в том, что в первом используется скорость света, а во втором - скорость звуковых волн. Лазерные устройства измерения уровня могут работать с различными материалами, такими как сыпучие вещества, суспензии и непрозрачные жидкости, такие как грязные отстойники, молоко, жидкий стирол и т. Д.Как и ультразвуковой датчик, в верхней части резервуара также установлен лазерный передатчик, который затем направляет короткий световой импульс вниз по направлению к поверхности технологической жидкости. Затем этот свет отражается обратно на датчик. Система измерения включает в себя схему синхронизации, которая используется для определения времени, которое требуется световому сигналу для возврата обратно, и, следовательно, определяет расстояние между датчиком и обрабатываемым материалом. Рисунок, изображающий работу типичного лазерного уровнемера, показан на рисунке ниже.

Кредиты изображений: Система автоматизации Chipkin

Преимущества лазерного измерения уровня:

• «Лазеры практически не имеют разброса луча (расходимость луча 0,2 °) и ложных эхо-сигналов, и могут быть направлены через пространство размером до 2 дюймов.
Измерительные преобразователи
• Laser способны обеспечить точные результаты даже в процессах, связанных с тяжелыми парами и пеной.
• Удобно использовать с судами, имеющими несколько блокад.Более того, эти устройства могут работать на расстояниях до 1500 футов.
• «Для приложений с высокой температурой или высоким давлением, например, в корпусах реакторов, лазеры должны использоваться в сочетании со специальными смотровыми окнами, чтобы изолировать преобразователь от процесса. Эти стеклянные окна должны пропускать лазерный луч с минимальным рассеиванием и ослаблением и должны соответствовать условиям процесса ».
• По сравнению с ультразвуковыми и микроволновыми волнами, длина световых волн очень мала, из-за чего они не испытывают виртуального расхождения луча, следовательно, лазерный луч может быть наведен на точку без какого-либо вмешательства со стороны ближайших объектов.
• «Лазерное излучение распространяется через среду со скоростью света. Это означает, что достижимы очень высокие частоты обновления без каких-либо проблем «блокировки», которые могут возникнуть при использовании ультразвуковых инструментов ».
• Лазерное измерение уровня абсолютно не зависит от давления или температуры среды, например воздуха. Следовательно, скорость света, проходящего через любую газовую среду, совершенно не меняется. Даже в приложениях измерения уровня, связанных с неидентифицированными и часто меняющимися газами, такими как бензин или газовые баллоны, лазерные уровнемеры обеспечивают точные результаты без проблем с калибровкой.
• По сравнению с другими методами измерения уровня, такими как ультразвуковые, радиолокационные, ядерные или механические методы, лазерная техника считается высоко технологически развитой.
Преобразователи уровня
• Laser обеспечивают очень быстрый и точный отклик, чем другие методы. К тому же их проще применять.
• В отличие от радарных уровнемеров и ультразвуковых уровнемеров, на характеристики лазерных уровнемеров не влияет диэлектрическая проницаемость обрабатываемого материала или скорость распространения в паровом пространстве соответственно.
• Лазерный луч, передаваемый датчиком, не претерпевает большого расхождения, поэтому он может нацеливаться и воспринимать меньшие области по сравнению с радарными и ультразвуковыми устройствами измерения уровня.
• Кроме того, лазерные уровнемеры могут применяться в областях, где другие технологии измерения уровня не работают, например, внутри желоба бункера.

Недостатки лазерных уровнемеров:

• Использование лазерных методов измерения уровня очень дорого.
• Сила лазерного луча, передаваемого между лазерным уровнемером и обрабатываемым материалом, иногда может снижаться, из-за чего может пострадать работа системы определения уровня. Это ухудшение может происходить на любом из трех этапов: на датчике / детекторе, при переходе между датчиком и обрабатываемым материалом или на поверхности обрабатываемого материала.
• Присутствие грязи, пыли или любого другого покрытия на лазерном уровнемере может серьезно повлиять на работу этих устройств, так как ослабляет мощность лазерного сигнала.Следовательно, плановое обслуживание необходимо проводить осторожно, чтобы предотвратить накопление отложений и отложений с течением времени, а также обеспечить надлежащее функционирование лазерных устройств измерения уровня. Для некоторых приложений эти датчики могут быть заключены в трубку или очищены газом, чтобы поддерживать их в рабочем состоянии.
• Кроме того, их точность также может зависеть от поверхности обрабатываемого материала, которая отражает лазерный луч обратно к датчику. «Например, лазерный луч, вероятно, будет измерять верхнюю часть слоя пены, отражаясь от верхней части пены.Если пена прозрачна для лазерной энергии, луч может отражаться от границы раздела пена / жидкость и измерять уровень жидкости. Полупрозрачная пена может привести к тому, что измерение уровня будет отображать место внутри пены.
• Состояние пены обычно меняется со временем и приводит к непостоянным показаниям измерения уровня.

.

Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF

О компании RF Wireless World

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи. На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, волоконная оптика, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д.Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. В нем также есть академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

Статьи о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Узнать больше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система чистоты туалетов самолета. • Система измерения столкновения • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Система интеллектуальной парковки на основе Zigbee. • Система интеллектуальной парковки на основе LoRaWAN

---

RF Статьи о беспроводной связи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, связанные с испытаниями и измерениями, по тестированию на соответствие, используемым для тестов на соответствие устройств RF / PHY. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЕЙ >>.

---

Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤

---

Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤

---

Основы и типы замирания : В этой статье рассматриваются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые и т. Д., Используемые в беспроводной связи. Читать дальше➤

---

Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤

---

Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи в соседнем канале, помехи в одном канале, ЭМ помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤

---

5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP

---

Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются обучающие материалы по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ >>

---

Учебное пособие по 5G - В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Руководство по основам 5G Полосы частот руководство по миллиметровым волнам Волновая рамка 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Тестовое оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF

---

Этот учебник GSM охватывает основы GSM, архитектуру сети, элементы сети, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура кадров GSM или иерархия кадров, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы мобильного телефона, Планирование RF, нисходящая линия связи PS-вызова и восходящая линия связи PS.
➤Подробнее.

LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.

---

RF Technology Stuff

Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP от 70 МГц до диапазона C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотных трансиверов ➤Конструкция RF фильтра ➤VSAT Система ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤Основы работы с волноводом

---

Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования DUT на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤ Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест устройства на соответствие WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA

---

Волоконно-оптическая технология

Оптоволоконный компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в волоконно-оптической связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебное пособие по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Рамочная конструкция ➤SONET против SDH

---

Поставщики и производители беспроводных радиочастотных устройств

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных компонентов, систем и подсистем RF для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, чип резистор, чип конденсатор, индуктор чипа, ответвитель, оборудование EMC, программное обеспечение RF Design, диэлектрический материал, диод и т. д.Производители RF компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор

---

MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды

* Общая информация о здоровье населения *

Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: Часто мойте их.
2. КОЛЕНО: Откашляйтесь
3. ЛИЦО: не трогайте его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома

Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.

---

RF Калькуляторы и преобразователи беспроводной связи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц. Это касается беспроводных технологий, таких как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤ Калькулятор антенны Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR

---

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

RF Wireless Учебники

Различные типы датчиков

Поделиться страницей

Перевести страницу

.

Принципы действия лазера

Основные принципы создания лазеров

Мы уже обсуждали свойства лазеров в предыдущем разделе. В этом разделе мы намерены описать основные принципы создания лазера. Чтобы понять основы работы лазера, мы должны рассмотреть такие важные термины, как поглощение и потери, вынужденное излучение, спонтанное излучение, обратная связь и т. Д.

Поглощение, спонтанное излучение и вынужденное излучение

Как мы все знаем, атомы и молекулы могут существовать только в определенных энергетических состояниях.Состояние с наименьшей энергией называется основным состоянием; все другие состояния имеют больше энергии, чем основное состояние, и называются возбужденными состояниями. Каждое возбужденное состояние, которых много, имеет фиксированное количество энергии сверх основного состояния. В обычных условиях почти все атомы и молекулы находятся в своих основных состояниях. Для двухуровневой атомной системы возможны три типа процессов. В первом случае приходящий фотон переводит атомную систему из состояния с более низкой энергией в состояние с более высокой энергией.Это называется абсорбцией или иногда стимулированной абсорбцией . Это называется стимулированным поглощением, потому что атомы поглощают падающую энергию только на определенных частотах. Вынужденное поглощение происходит, когда фотон ударяет по атому с точно такой энергией, чтобы вызвать электронный переход между двумя энергетическими состояниями. В случае, если широкополосный свет падает на данную двухуровневую атомную систему, мы можем наблюдать, что полный спектр не поглощается, а только определенные дискретные линии поглощаются в зависимости от разницы в их энергетических уровнях.Этот процесс уменьшает население нижнего уровня и в процессе увеличивает население верхнего уровня. Населенность или количество атомов в состояниях E ₁ и E ₂ в любой момент времени будет N ₁ и N ₂ соответственно. Когда излучение проходит через материал, оно поглощается в соответствии с:

(1) I _x = I ₀ e- ^αx

Где I _x - яркость после прохождения расстояния x через материал с коэффициентом поглощения как a, а I ₀ - начальная интенсивность света. Поглощение зависит от разности населенностей между N ₁ и N ₂ и показателя преломления среды.

Скорость стимулированного всасывания, R ₁₂ (абс), от уровня 1 до 2 определяется как:

(2) R ₁₂ (абс.) = B ₁₂ N ₁ ρ

Где B ₁₂ - коэффициент Эйнштейна для стимулированного поглощения и имеет единицы измерения: см ³ / с ² Дж, N ₁ - это населенность в основном состоянии, а ρ - плотность энергии на единицу частоты входящие фотоны.

После того, как атом или молекула будут созданы в возбужденном состоянии, существует вероятность того, что они снова испустят излучение и вернутся в состояние с более низкой энергией. Это состояние с более низкой энергией может быть либо основным состоянием, либо все еще одним из возбужденных состояний, но с более низким уровнем энергии. При этом испускается фотон. В этом процессе излучения, когда атомы самопроизвольно переходят в состояние с более низкой энергией посредством излучения фотона, называется спонтанным излучением или флуоресценцией.Этот процесс излучения является случайным, и излучаемый свет исчезает во всех направлениях, а волновые свойства света случайным образом расходятся друг с другом и, следовательно, некогерентны.

Скорость спонтанного излучения, R ₂₁ (spon) , от уровня 2 до 1 определяется как:

(3) R ₂₁ (спон) = A ₂₁ N ₂

Где A ₂₁ - коэффициент спонтанного излучения и имеет единицу s ^-1 , N ₂ - количество атомов на уровне 2.

Можно заметить, что этот спонтанный распад верхнего уровня происходит в отсутствие электромагнитного поля и скорость пропорциональна населенности этого уровня и, таким образом, не зависит от интенсивности источника возбуждения. Это чисто статистическое явление, связанное со временем и пространством и зависящее от времени жизни возбужденного состояния. Если время жизни перехода очень велико, это считается запрещенным переходом.

Возбужденные атомы могут терять свою энергию не только из-за спонтанного излучения, но также из-за индуцированного или стимулированного излучения, поэтому выходное излучение системы состоит из спонтанного и вынужденного излучения.Вероятность стимулированного излучения пропорциональна интенсивности плотности энергии внешнего излучения, и индуцированное излучение имеет твердую фазовую связь с ним, в отличие от спонтанного излучения. Поскольку спонтанные фотоны не имеют фазовых отношений друг с другом, выходной сигнал некогерентен. Но стимулированное излучение имеет ту же фазу, направление, спектральные и поляризационные свойства, что и стимулирующее поле, и оба неотличимы во всех аспектах. Следовательно, выходной сигнал лазера когерентный.Фактически, именно это вынужденное излучение при определенных условиях, как объяснялось в предыдущем разделе, выходит из лазерного устройства как лазер.

Скорость стимулированного излучения, ₂₁ (стим), от уровня 2 до 1 определяется как:

(4) R ₂₁ (стим) = B ₂₁ N ₂ ρ

где B ₂₁ - коэффициент Эйнштейна для стимулированного излучения и имеет размеры, как m ³ / с ² Дж, N ₂ - населенность в возбужденном состоянии, а ρ - плотность энергии на единицу частоты запускающие фотоны.

Рассматривая идеальный материал только с двумя невырожденными энергетическими уровнями, на которых происходит поглощение, спонтанное излучение и вынужденное излучение, можно прийти к следующему выводу.

Поглощение = спонтанное излучение + стимулированное излучение

(5) то есть B ₁₂ N ₁ r (n) = A ₂₁ N ₂ + B ₂₁ N ₂ r

Эта ситуация показана на рисунке.

Рис. 1: Спонтанные и моделируемые процессы в двухуровневой системе

В любой момент и при нормальных обстоятельствах могут возникать как стимулированные, так и спонтанные выбросы, но вероятность стимулированного излучения довольно мала. Это отношение спонтанного излучения к вынужденному можно определить с помощью одного из следующих уравнений:

(6) (7)

, где ρ - плотность энергии излучения, равная Nhn , N - количество фотонов с частотой n на единицу объема и k - постоянная Больцмана.Рассматривая случай обычной лампы, имеющей температуру нити накала около 5000 К и излучающую излучение в диапазоне длин волн 0,6 микрона, соответствующем частоте 5 x 10 ¹⁴ Гц, , вероятность стимулированного излучения составляет примерно одну сотую вероятности спонтанного излучения. эмиссия. При более низких температурах это было бы даже на порядки меньше.

Отношение вероятности спонтанного излучения к индуцированному зависит непосредственно от частоты излучения или обратно пропорционально длине волны. Таким образом, в микроволновом диапазоне вынужденное излучение более вероятно, чем спонтанное, отсюда и раннее создание мазера. В оптической области спонтанное излучение более вероятно, чем вынужденное излучение, и это ухудшается по мере того, как мы переходим в УФ и рентгеновские области спектра.

При тепловом равновесии населенность N ₂ и N ₁ уровней E ₂ и E ₁ соответственно определяется тем, что скорость восходящих переходов должна быть равна скорости нисходящих переходов.

Плотность заселенности атомов N ₁ и N ₂ на основном уровне E ₁ и возбужденном состоянии E ₂ можно оценить с использованием соотношения Больцмана следующим образом:

(8)

Поскольку, (E ₂ - E ₁ ) / kT всегда положительно, независимо от значения температуры T, N ₂ должно быть меньше, чем N ₁ , если система остается в тепловом равновесии. Максимум населенность возбужденного состояния N ₂ (t) достигает стационарного состояния при t → ∞, и наибольшая доля атомов, которые могут существовать в возбужденном состоянии N ₂ / N _всего

Вышеприведенное обсуждение означает, что в двухуровневой системе количество атомов в возбужденном состоянии никогда не может превышать количество в основном состоянии и, следовательно, никогда не может работать как лазер.Если система должна действовать как лазер, падающий фотон должен иметь более высокую вероятность вызвать вынужденное излучение, чем его поглощение, то есть скорость вынужденного излучения должна превышать скорость поглощения. Другими словами, действие лазера возможно только при N ₂ > N ₁ . Это неравновесное состояние известно как инверсия населенностей.

Прежде чем мы обсудим методы инверсии населенностей и лазерного воздействия, это еще несколько важных моментов, связанных с поглощением, спонтанным излучением и стимулированным излучением:

• В случае спонтанного излучения фотона вероятность его излучения обратно пропорциональна средней продолжительности времени, в течение которого атом может находиться на верхнем уровне перехода, прежде чем он релаксирует.Это время известно как СПОНТАННАЯ ЖИЗНЬ. Обычно спонтанное время жизни составляет порядка 10 ^-8 -10 ^-9 сек. Чем короче спонтанное время жизни, тем больше вероятность возникновения спонтанного излучения.
• В некоторых материалах есть уровни энергии, спонтанное время жизни которых составляет от микросекунд до нескольких миллисекунд. Эти уровни известны как метастабильные уровни. Вероятность переходов с участием метастабильных уровней относительно невысока.
• По мере того как вероятность спонтанного излучения уменьшается, условия, благоприятствующие стимулированному излучению, улучшаются. Если атом переводится в метастабильное состояние, он может оставаться там достаточно долго, чтобы прибыл фотон правильной частоты. Такая ситуация способствует стимулированному излучению за счет спонтанного излучения.
• В случае стимулированного излучения, атомы на верхнем энергетическом уровне могут запускаться или стимулироваться в фазе входящим фотоном определенной энергии.Падающий фотон должен иметь энергию, соответствующую разнице энергий между верхним и нижним состояниями. Испускаемые фотоны имеют ту же энергию, что и падающий фотон. Эти фотоны находятся в фазе с запускающим фотоном и также движутся в его направлении.
• Для стимулированных процессов, таких как стимулированное поглощение или стимулированное излучение, требуются входящие фотоны правильной частоты, тогда как спонтанное излучение может иметь место и в отсутствие входящего фотона.
• Спонтанное излучение полностью изотропно.С другой стороны, стимулированные процессы имеют встроенное предпочтение излучению в направлении падающего потока фотонов.

Инверсия населенности и работа лазера

Как обсуждалось выше, всякий раз, когда свет падает на материал, возникает конкуренция между процессами поглощения, спонтанного излучения и стимулированного излучения. При нормальных условиях равновесия населенность различных уровней определяется соотношением Больцмана, и, таким образом, N ₂ всегда будет меньше, чем N ₁ .Кроме того, вынужденное излучение фотонов намного меньше, чем спонтанное излучение и поглощение фотонов. Чтобы система работала как лазер, необходимо, чтобы вынужденное излучение превышало поглощение фотонов; это приводит нас к следующим двум условиям:

1. N ₂ > N ₁ : т.е. инверсия населения
2. Согласно уравнению (6) или (7) значение ρ (плотность энергии излучения, равная Nhn) должно быть как можно большим.

Первое условие не может быть достигнуто в условиях теплового равновесия. Это означает, что для создания инверсии населенностей необходимо искать систему нетеплового равновесия и, следовательно, необходимость в специальных лазерных материалах.

Второе условие, которое требует более высокого значения r, требует использования дополнительного источника большого количества энергии с правильной длиной волны для возбуждения желаемого перехода. Этот процесс известен как перекачка. Различные методы включают оптические, электрические, химические, газодинамические и т. Д.

Инверсия населенности является основным условием, но сама по себе недостаточна для создания лазера. Поскольку помимо спонтанного излучения существуют определенные потери излучаемых фотонов внутри самого материала, необходимо подумать о геометрии, которая может преодолеть эти потери, и получить общий выигрыш. Для этого требуется оптический резонатор или резонатор.

Принцип работы лазера такой. Предположим, мы можем произвести большое количество атомов в возбужденных состояниях.Если один из атомов испускается спонтанно, то испускаемый фотон будет стимулировать испускание других атомов. Эти испускаемые фотоны, в свою очередь, будут стимулировать дальнейшее излучение. Результатом будет мощный всплеск когерентного излучения.

Эти вопросы обсуждались ниже:

Рис. 2: Базовая лазерная система

Типичная лазерная система показана на рисунке 2 выше. Он состоит из трех основных частей.

• Активная среда с подходящим набором уровней энергии для поддержки лазерного воздействия.
• Источник энергии накачки для установления инверсной населенности.
• Оптический резонатор или резонатор для введения оптической обратной связи и, таким образом, поддержания коэффициента усиления системы, преодолевая все потери.

Краткое описание каждого из вышеперечисленных компонентов и их основные функции приведены ниже.

1. Активная лазерная среда или среда усиления: Лазерная среда является сердцем лазерной системы и отвечает за получение усиления и последующую генерацию лазера.Это может быть кристалл, твердое тело, жидкость, полупроводник или газ, и его можно перекачивать в более высокое энергетическое состояние. Материал должен быть контролируемой чистоты, размера и формы и иметь подходящие уровни энергии для поддержки инверсии населенностей. Другими словами, он должен иметь метастабильное состояние, чтобы поддерживать стимулированное излучение. Большинство лазеров основано на трех- или четырехуровневой системе уровней энергии, в зависимости от среды, в которой используется лазер. Эти системы показаны на фиг. 3a и 3b. В случае трехуровневого лазера материал накачивается с уровня 1 на уровень 3, который быстро спадает до уровня 2 за счет спонтанного излучения.Уровень 2 является метастабильным и способствует стимулированному излучению с уровня 2 на уровень 1.

   Рис. 3 (а)

   С другой стороны, в четырехуровневом лазере материал накачивается до уровня 4, который является быстро распадающимся уровнем, и атомы быстро распадаются до уровня 3, который является метастабильным уровнем. Вынужденное излучение происходит с уровня 3 на уровень 2, откуда атомы распадаются обратно на уровень 1. Четырехуровневые лазеры являются усовершенствованием системы, основанной на трехуровневых системах.В этом случае лазерный переход происходит между третьим и вторым возбужденными состояниями. Поскольку нижний лазерный уровень 2 является быстро затухающим уровнем, он обеспечивает быстрое опустошение и, таким образом, всегда поддерживает условие инверсии населенности.

   Рис. 3 (б)

2. Механизм возбуждения или накачки: Поглощение энергии атомами, электронами, ионами или молекулами, в зависимости от случая, активной среды является основным условием генерации лазера.Чтобы возбудить эти элементы до более высоких уровней энергии, необходим механизм возбуждения или накачки. Хорошо известно, что в состоянии равновесия, согласно условиям Больцмана, более высокие энергетические уровни гораздо менее заселены, чем более низкие энергетические уровни. Одно из требований лазерного воздействия - инверсия населенностей соответствующих уровней. т.е. иметь большее население на верхних уровнях, чем на нижних. В противном случае поглощение будет преобладать за счет стимулированного излучения. Доступны различные типы механизмов возбуждения или накачки, наиболее часто используемые из них - это оптические, электрические, термические или химические методы, что зависит от типа используемой усиливающей среды лазера.Например, в твердотельных лазерах обычно используется оптическая накачка от высокоэнергетических ксеноновых ламп-вспышек (например, рубиновых, Nd: YAG) или от второго лазера накачки или массива лазерных диодов (например, зеленых лазеров с удвоенной частотой DPSS). В газовых лазерах используется электрический разряд переменного или постоянного тока через газовую среду или внешнее высокочастотное возбуждение, бомбардировку электронным пучком или химическую реакцию. Электрический разряд постоянного тока наиболее распространен для «малых» газовых лазеров (например, гелий-неоновых, ионных аргоновых и т. Д.). Постоянный ток чаще всего накачивает ток полупроводниковых лазеров.Жидкие лазеры (лазеры на красителях) обычно имеют оптическую накачку.
3. Оптический резонатор: Оптический резонатор играет очень важную роль в генерации выходного сигнала лазера, обеспечивая высокую направленность лазерного луча, а также обеспечивая усиление в активной среде для преодоления потерь из-за рассеивания фотонов от лазерной среды, дифракционные потери из-за определенных размеров зеркал, радиационные потери внутри активной среды из-за поглощения и рассеяния и т. д.Чтобы поддерживать лазерное воздействие, необходимо ограничить лазерную среду и механизм накачки особым образом, который должен способствовать стимулированному излучению, а не спонтанному излучению. На практике фотоны должны быть ограничены в системе, чтобы количество фотонов, создаваемых вынужденным излучением, превышало все другие механизмы. Это достигается путем ограничения лазерной среды между двумя зеркалами, как показано на рисунке 2. На одном конце активной среды находится зеркало с высоким коэффициентом отражения (100% -ное отражение) или заднее зеркало, а на другом конце - частично отражающее или пропускающее зеркало. или выходной соединитель.Лазер исходит из выходного соединителя, так как он частично пропускающий. Стимулированные фотоны могут отскакивать назад и вперед вдоль полости, создавая более стимулированное излучение при движении. В этом процессе теряются любые фотоны, частота которых не соответствует норме или не проходит вдоль оптической оси.

Лазерное действие

Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом вызывает поглощение и спонтанное излучение. Поглощение и спонтанное излучение - естественные процессы.Для генерации лазера необходимо стимулированное излучение. Стимулированное излучение должно быть индуцировано или стимулировано и генерируется в особых условиях, как указано Эйнштейном в его знаменитой статье 1917 г., т.е. «когда существует инверсия заселенностей между верхним и нижним уровнями атомных систем, можно реализовать усиленное стимулированное излучение и вынужденное излучение имеет ту же частоту и фазу, что и падающее излучение ". Эйнштейн комбинировал планку? закон со статистикой Больцмана при формулировке концепции вынужденного излучения.В электронных, атомных, молекулярных или ионных системах верхние энергетические уровни менее заселены, чем нижние энергетические уровни в условиях равновесия. Механизм накачки возбуждает, скажем, атомы на более высокий энергетический уровень за счет поглощения (рис. 3а и 3б).

Атом остается на более высоком уровне в течение определенного времени и спонтанно распадается на более низкий стабильный основной уровень, испуская фотон, длина волны которого определяется разницей между верхним и нижним уровнями энергии. Это называется естественным или спонтанным излучением, а фотон - спонтанным фотоном.Спонтанное излучение или флуоресценция не имеет предпочтительного направления, а испускаемые фотоны не имеют фазовых соотношений друг с другом, что приводит к некогерентному световому выходу (рис.4). Но не обязательно, чтобы атом всегда переводился в основное состояние. Он может перейти в промежуточное состояние, называемое метастабильным состоянием с безызлучательным переходом, где он остается в течение гораздо более длительного периода, чем верхний уровень, и опускается на нижний уровень или в основное состояние. Поскольку период пребывания атомов в метастабильном состоянии велик, можно иметь гораздо большее количество атомов на метастабильном уровне по сравнению с нижним уровнем, так что заселенность метастабильного состояния и нижнего или основного состояния меняется на противоположное.т.е. на верхнем метастабильном уровне больше атомов, чем на нижнем. Это состояние называется инверсией населенности. Как только это будет достигнуто, лазерное воздействие инициируется следующим образом. Атом в метастабильном состоянии переходит в основное состояние, излучающее фотон. Этот фотон может стимулировать атом в метастабильном состоянии высвободить свой фотон в фазе с ним. Освободившийся фотон называется стимулированным фотоном. Он движется в том же направлении, что и инициирующий фотон, имеет ту же длину волны и поляризацию и находится в фазе с ним, обеспечивая усиление.Поскольку существует большое количество инициирующих фотонов, он формирует поле инициирующего электромагнитного излучения. Возникает лавина стимулированных фотонов, поскольку фотоны, движущиеся по длине активной среды, стимулируют ряд возбужденных атомов в метастабильном состоянии к высвобождению своих фотонов. Это называется стимулированным излучением. Эти фотоны полностью отражаются задним отражателем (100% -ное отражение), и количество и, следовательно, интенсивность стимулированных фотонов увеличивается по мере их прохождения через активную среду, тем самым увеличивая интенсивность поля излучения стимулированного излучения.На выходном ответвителе часть этих фотонов отражается, а остальная часть передается в виде выходного сигнала лазера. Это действие повторяется, и отраженные фотоны, ударяясь о заднее зеркало, достигают выходного ответвителя на обратном пути. Интенсивность лазерного излучения увеличивается по мере продолжения накачки. Когда входная энергия накачки уменьшается, доступные инициирующие и впоследствии стимулированные фотоны значительно уменьшаются, и коэффициент усиления системы не может преодолеть потери, поэтому выход лазера прекращается.Поскольку процесс стимуляции был запущен инициирующими фотонами, излучаемые фотоны могут когерентно объединяться, так как все они находятся в фазе друг с другом, в отличие от случая спонтанного излучения и излучения когерентного лазерного света (рис.5). Хотя действие лазера будет продолжаться до тех пор, пока энергия поступает в активную среду, можно сказать, что импульсный лазер получается, если инверсия населенностей доступна в переходном режиме, и лазер непрерывного действия (CW) возможен, если инверсия населенностей поддерживается на постоянной основе.Если входная энергия задается, скажем, лампой-вспышкой, выходной сигнал будет импульсным, а лазер называется импульсным лазером. Если можно достичь равновесия между числом испускаемых фотонов и числом атомов на метастабильном уровне с помощью накачки дуговой лампой непрерывного действия вместо лампы-вспышки, то можно получить непрерывный выход лазера, который называется лазером непрерывного действия. .

Мы можем сделать вывод, что лазерному воздействию предшествуют три процесса, а именно: поглощение, спонтанное излучение и стимулированное излучение - поглощение энергии для заселения верхних уровней, спонтанное излучение для производства начальных фотонов для стимуляции и, наконец, вынужденное излучение для генерации когерентных выход или лазер.

Этот веб-сайт не предназначен для предоставления полных уравнений скорости, связанных с генерацией лазера; только основные черты этого были приведены выше.

Список литературы

• W. K. Koechner, Solid State Laser Engineering, Spriger-Verlag, London
• Принцип работы лазеров
• Основы работы с лазером
• Sam's laser FAQ
• Википедия

.

Принципы работы лазера | KEYENCE Laser Marking

---

Что такое свет?

Свет - это разновидность «электромагнитной волны». «Электромагнитные волны» соответствуют стандарту «длины волны» и, начиная с длинных длину волны, можно разделить на радиоволны, инфракрасные лучи, видимые лучи, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма-лучи.

Нажмите для подробностей

---

Что такое цвет?

Когда на объект попадают световые волны, длины волн, которые отражаются, но не поглощаются объектом, воспринимаются человеческим глазом (сетчаткой).Когда это происходит, мы распознаем эти длины волн как «цвет» объекта. Показатель преломления различается в зависимости от длины волны, поэтому свет разделяется. В результате мы можем распознавать самые разные «цвета». Например, яблоко (получающее дневной свет, который включает в себя определенные световые лучи, которые позволяют людям видеть красный цвет) отражает красные длины волн света (от 600 до 700 нм) и поглощает все другие длины волн света. * Черные объекты поглощают весь свет и поэтому кажутся черными.

Нажмите для подробностей

---

Что такое видимые лучи?

Электромагнитные волны в диапазоне длин волн, видимых человеком, называются «видимыми лучами».На коротковолновой стороне видимые лучи имеют размер от 360 до 400 нм, а на длинноволновой стороне - от 760 до 830 нм. Длины волн, которые короче или длиннее, чем "видимые лучи", не видны человеческому глазу.

Нажмите для подробностей

---

Различия между обычным светом и лазерным лучом

Вот чем отличаются штатные фонари (лампы и т. Д.) И лазеры.
Лазеры излучают лучи света с высокой направленностью, что означает, что составляющие световые волны распространяются вместе по прямой линии, практически не расходясь друг с другом.Обычные источники света излучают световые волны, которые расходятся во всех направлениях. Все световые волны в лазерном луче имеют один цвет (свойство, известное как монохроматичность). Обычный свет (например, свет от люминесцентной лампы), как правило, представляет собой смесь нескольких цветов, которые комбинируются и в результате кажутся белыми. Когда световые волны в лазерном луче распространяются, они колеблются своими пиками и впадинами в идеальной синхронизации, что называется когерентностью. Когда два лазерных луча накладываются друг на друга, пики и впадины световых волн в каждом луче аккуратно усиливают друг друга, создавая интерференционную картину.

Нажмите для подробностей

---

Происхождение слова Laser

Слово «ЛАЗЕР» является аббревиатурой от «Усиление света за счет вынужденного излучения».

Нажмите для подробностей

---

Принципы работы с лазером

Когда атомы (молекулы) поглощают внешнюю энергию, они переходят с низкого уровня (состояние с низкой энергией) на высокий уровень (состояние с высокой энергией). Этот состояние описывается как возбужденное состояние.
Это возбужденное состояние является нестабильным, и в этом состоянии атомы немедленно попытаются вернуться в состояние с низкой энергией. Это называется переходом.
Когда это происходит, излучается свет, эквивалентный разнице энергий. Это явление называется естественной эмиссией. Излучаемый свет сталкивается с другими атомами, которые находятся в аналогичном возбужденном состоянии, вызывая переход таким же образом. Этот свет, который был индуцирован к излучению, называется вынужденным излучением.

Нажмите для подробностей

---

Типы лазеров

Можно условно разделить на 3 типа: твердотельные, газовые и жидкостные.

* Оптимальный лазер будет отличаться в зависимости от желаемой области обработки.

Твердотельный	Nd: YAG - Основная длина волны (1064 нм) - Вторая гармоника (532 нм) (Зеленый лазер) - Третья гармоника (355 нм) (УФ-лазер)	YAG (иттрий-алюминиевый гранат) - Универсальные приложения для маркировки - Используется для тонкой маркировки и обработки силиконовых пластин, пластмасс, отражающих металлов и т. Д. - Используется для микрообработки, ремонта ЖК-дисплеев, а также для маркировки пластика и отражающего металла
	Nd: YVO 4 (1064 нм)	YVO 4 (ванадат иттрия) - Используется в приложениях, требующих высокой пиковой мощности и чрезвычайно стабильной мощности луча
	Yb: Волокно (1090 нм)	Yb (иттербий) - Высокая средняя мощность и отличная эффективность охлаждения.Подходит для маркировки металлов и пластмасс
	LD: (от 650 до 905 нм)	- Полупроводниковые лазеры (GaAs, GaAIAs, GaInAs)
Газ	CO 2 (10,6 мкм)	- Широко используется для маркировки этикеток, травления пластмасс и смол, а также обработки и резки
	He-Ne (630 нм) (красный) обычный	- Наиболее часто встречается в измерительных устройствах.
	Эксимер (193 нм)	- Использует комбинацию инертного газа и газообразного водорода для создания более короткой длины волны УФ. Чаще всего используется в оптометрии для испарения хрусталика человеческого глаза.
	Аргон (488-514 нм)	- Используется в основном в научных приложениях и биомедицинских исследованиях.
Жидкость	Краситель (от 330 до 1300 нм)	- более широко используется в научных приложениях. Краситель возбуждается лазерным светом, чтобы произвести флуоресцентный свет.

Нажмите для подробностей

CO ₂ Лазер

A CO ₂ лазер используется в основном для обработки и маркировки.
CO ₂ лазеры излучают невидимые инфракрасные лучи с длиной волны 10,6 мкм. Газ N ₂ служит для увеличения уровня энергии CO ₂ , а газ He служит для стабилизации уровня энергии CO ₂ .

YAG-лазер (Nd ： YAG)

YAG-лазер используется для универсальной маркировки, такой как маркировка пластиковых и металлических деталей, а также для обработки. YAG-лазеры
излучают невидимые лучи ближнего инфракрасного диапазона с длиной волны 1064 нм.

Описание ЯГ

YAG представляет собой твердое вещество, которое обеспечивает кристаллическую структуру Y (иттрия) A (алюминия) G (граната). За счет легирования светоизлучающего элемента, в данном случае неодима (неодима), кристалл YAG переходит в состояние возбуждения за счет поглощения света лазерным диодом.

YVO ₄ лазер (Nd ： YVO ₄ )

A YVO ₄ лазер используется для сверхтонкой маркировки и обработки.
YVO ₄ лазеры излучают невидимые лучи ближнего инфракрасного диапазона с длиной волны 1064 нм, как и YAG-лазер.

Описание YVO ₄

YVO ₄ представляет собой твердое вещество, которое обеспечивает кристаллическую структуру Y (иттрий) V (ванадий) O ₄ (оксид) или Y (иттрий) VO ₄ (ванадат).За счет легирования светоизлучающего элемента, в данном случае неодима (неодима), кристалл YAG переходит в состояние возбуждения за счет поглощения света лазерным диодом.

---

Характеристики для каждой длины волны

Длина волны: 10600 нм

CO ₂ лазеры имеют длину волны, которая в 10 раз длиннее, чем YAG, YVO ₄ или волоконный лазер. Это самая длинноволновая волна среди широко используемых промышленных лазеров. CO ₂ лазеров, как следует из названия, генерирует лазер среды через стимуляцию газа CO ₂ .

Типовые характеристики лазеров с длиной волны 10600 нм

• - Металлы плохо усваивают
• - Плавление и горение происходят из-за большой длины волны и передачи тепла.
• - Возможна обработка прозрачных объектов, таких как стекло и ПЭТ.
• - Контрастная печать и обесцвечивание обычно невозможны с лазером CO ₂ .

Нажмите для подробностей

Длина волны: 1064 нм

Длина волны инфракрасного излучения (аббревиатура от Infrared Ray) является наиболее универсальной длиной волны света для лазерной обработки.Как следует из названия, ИК - это спектры за пределами красные, которые невидимы для человеческого глаза (т.е. длиннее 780 нм).

Типовые характеристики лазеров с длиной волны 1064 нм

• - Широкий спектр приложений обработки от смол до металлов
• - Невозможно обрабатывать прозрачные объекты, такие как стекло, поскольку лазер проходит через такие объекты.
• - Легко создает контраст на смолах.

Нажмите для подробностей

Длина волны: 532 нм

Генерация второй гармоники

(ГВГ) использует длину волны, которая составляет половину типичной длины волны 1064 нм.532 нм попадает в видимый спектр и имеет зеленый цвет. Эта длина волны создается путем передачи длины волны 1064 нм через нелинейный кристалл, который уменьшает длину волны вдвое. Обычно используется среда YVO ₄ , потому что характеристики луча хорошо подходят для сложной обработки.

Типовые характеристики лазеров с длиной волны 532 нм

• - Высокие показатели поглощения в материалах, которые плохо реагируют с типичными длинами волн ИК-диапазона, а также в материалах, отражающих ИК-свет, таких как золото и медь.
• - Сложная обработка возможна из-за меньшего размера пятна луча, чем у ИК-лазеров.
• - Прозрачные объекты обычно не обрабатываются.
• - Высокая пиковая мощность без большого количества теплопередачи идеально подходит для микрообработки и сложных конструкций.

Коэффициент поглощения лазерного излучения металлами

Нажмите для подробностей

Длина волны: 355 нм

Генерация третьей гармоники (THG) имеет длину волны, которая составляет одну треть типичной длины волны 1064 нм и попадает в ультрафиолетовый (УФ) диапазон света.Лазер YVO ₄ или YAG используется для создания основной длины волны, а затем пропускается через нелинейный кристалл для уменьшения длины волны до 532 нм, а затем через второй нелинейный кристалл для уменьшения длины волны до 355 нм.

Типичные характеристики для диапазона длин волн 355 нм

• - УФ-свет имеет чрезвычайно высокую степень поглощения в большинстве материалов и не выделяет чрезмерного количества тепла.
• - Очень маленькое пятно луча делает возможной очень точную обработку.
• - Его высокая скорость поглощения также влияет на оптический кристалл, более высокие затраты на расходные материалы, чем для других длин волн.

Нажмите для подробностей

---

Основы лазерных колебаний

Это объясняет основы вплоть до генерации лазера.

1. Поглощение

Когда вводится внешний свет, электроны внутри атомов поглощают свет и переходят из состояния с наименьшей энергией (основное состояние) в состояние с высокой энергией.По мере увеличения энергии электроны переходят с обычных орбит на внешние. Это состояние увеличения энергии называется «Возбуждение».

Нажмите для подробностей

2. Естественные выбросы

Возбужденные электроны в зависимости от количества поглощенной энергии повышают уровень энергии. Электроны, которые были усилены энергией, пытаются стабилизироваться по мере прохождения определенного периода релаксации, излучая энергию в попытке вернуться в более низкое энергетическое состояние.В это время излучаемая энергия испускается светом той же энергии.
Это явление называется «естественная эмиссия».

Нажмите для подробностей

3. Вынужденное излучение

Как видно на иллюстрации ниже, электроны находятся в высокоэнергетическом состоянии, и когда энергия, удерживаемая этими электронами, вводится светом той же энергии, он будет излучать свет точно такой же энергии, фазы и направления движения.
Другими словами, то, что было одним фотоном во время инжекции, порождает явление, когда оно становится двумя фотонами.Это называется «вынужденное излучение». Свет, создаваемый стимулированным излучением, имеет одинаковую энергию, фазы и направление движения. Таким образом, создание множества источников света со стимулированным излучением позволит создать сильный свет с этими тремя элементами, установленными равномерно.
Лазерный свет создается путем усиления инжектируемого света с помощью явления вынужденного излучения.
Благодаря этому он обладает характеристиками: (1) монохроматический (вся световая энергия одинакова), (2) когерентный (однородные фазы) и
(3) высоконаправленный (равномерное направление движения).

Нажмите для подробностей

4. Состояние инверсии населения

Для генерации лазерного луча с использованием естественного излучения необходимо увеличить плотность электронов в высокоэнергетическом состоянии до плотности, которая в подавляющем большинстве случаев превышает плотность электронов в низкоэнергетическом состоянии. Это называется «состоянием инверсии населения».
Другими словами, благодаря тому, что количество естественно излучаемого света превышает поглощенный свет, впервые стало возможно эффективно создавать лазерный луч.

Электроны в состоянии инверсии населенности

Нажмите для подробностей

5. Лазерное колебание

В состоянии инверсии населенности, когда один электрон естественным образом излучает свет, этот свет заставляет другой электрон естественным образом излучать свет. Это вызовет цепную реакцию, которая увеличивает количество света и создает сильный луч. Так работает лазерная генерация.

Электроны в состоянии инверсии населенности

Нажмите для подробностей

---

Лазерные колебательные трубчатые элементы

Три элемента лазерной колебательной трубки

Все лазерные колебательные трубки состоят из следующих трех элементов:

Нажмите для подробностей

Нажмите для подробностей

.

Как работают лазеры | ОРЕЛ

Волшебство лазеров окружает нас повсюду, от высокоскоростных машин для резки до удаления татуировок, хирургии глаза, сканеров штрих-кода, список можно продолжать. Если бы дело касалось доктора Зла, у нас были бы даже акулы с лазерами. Эта иногда невидимая технология часто воспринимается как загадка даже в нашей самой заветной научной фантастике, где что-то вроде Звезды Смерти использует супер-лазер для уничтожения целых планет. Но что такое лазер, как он работает и как мы используем его для повседневных удивительных вещей? Как и в случае с любой другой электронной технологией, вы можете быть удивлены, насколько все это может быть простым.

Определение лазеров

Вы можете думать о лазере как о машине, которая испускает триллионы световых частиц, называемых фотонами, в точный луч света. Лазер - это аббревиатура, обозначающая усиление света за счет вынужденного излучения излучения . Два ключевых слова - это усиление света, которое вызывается процессом вынужденного излучения светового излучения. Мы расскажем об этом более подробно позже.

(Источник изображения)

По своей сути, лазеры не так уж и отличаются от других технологий, использующих свет в электромагнитном спектре.Говорите ли вы о радиоволнах, рентгеновских лучах, инфракрасных лучах или лазерах, все они используют части как видимого, так и невидимого светового спектра для выполнения своей работы. Однако, в отличие от других световых технологий, лазеры обладают некоторыми уникальными характеристиками, в том числе:

• Монохроматический. Свет, излучаемый лазером, представляет собой свет одной длины волны, поэтому вы часто видите лазеры как красные или зеленые. Эта длина волны и получаемый в результате цвет, который мы воспринимаем, вызваны количеством энергии, высвобождаемой, когда электрон теряет энергию.
• Связный. Световой рисунок от лазера также когерентен или организован. Возьмем, к примеру, фонарик, который испускает конус фотонов с разной длиной волны во всех направлениях. В лазере все длины волн в каждом фотоне идеально совпадают друг с другом, как солдаты, идущие по прямой.
• Направленный. Свет от лазера направлен. По сравнению с фонариком, который излучает свет в разных направлениях, лазеры вместо этого предлагают точный и концентрированный луч электромагнитного излучения.

Три основных компонента заставляют работать любой лазер, будь то массивный газовый лазер или миниатюрный полупроводниковый лазер. Сначала вам нужно большое количество атомов в какой-то среде , будь то твердое тело, жидкость или газ. Затем вам понадобится стимулятор для возбуждения электронов в атомах среды. Этот стимулятор может быть чем-то вроде лампы-вспышки, ксеноновой лампы-вспышки или даже другого лазера. Наконец, вам понадобится набор зеркал , которые будут отражать фотоны вперед и назад и, в конечном итоге, выходить через отверстие в одном из зеркал, чтобы создать наш характерный лазерный свет.

Компоненты лазера, в том числе среда (рубиновый стержень), стимулятор (импульсная лампа) и отражающие зеркала. (Источник изображения)

Как работает лазер

Чтобы понять, как работает лазер, вам сначала нужно знать, что электроны находятся на разных орбитах с энергетическими зонами внутри атома. Вы можете думать об этих группах как об отдельных ступенях лестницы; может быть, у вас есть один в вашем доме.

По умолчанию все электроны находятся на первой ступеньке этой лестницы, которая считается основным состоянием электрона .Если вы затем вложите в электрон нужное количество энергии, вы сможете заставить его двигаться на ступень выше. Этот процесс называется поглощением , когда электрон поглощает энергию, выпущенную в него, и в процессе его уровень энергии повышается до следующего шага или диапазона.

Здесь мы видим две запрещенные зоны внутри атома, между которыми могут перемещаться электроны. (Источник изображения)

В этом состоянии с более высокой энергией электрон считается возбужденным , но также неуравновешенным.Чтобы восстановить баланс, электрон высвобождает первоначальный бит энергии, который он поглотил в виде фотона или частицы света. Это высвобождение энергии называется спонтанным излучением . Здесь электрон теряет первоначально полученную энергию и возвращается на первую ступеньку нашего лестничного марша.

В результате спонтанного излучения электрон теряет энергию и испускает фотон. (Источник изображения)

Мы можем видеть, как атомы, исполняющие этот танец спонтанного излучения, повсюду вокруг нас, переходя из состояния земли в состояние возбуждения и обратно в состояние земли в различных приложениях.Возьмем, к примеру, тостер. Катушки горят ярко-красным цветом, потому что атомы возбуждаются теплом и при этом выделяют красные фотоны. Тот же процесс происходит с люминесцентными лампами, экранами компьютеров и т. Д.

Beyond Atomic

Теперь, когда мы понимаем, что происходит на атомном уровне, давайте объединим это в практическом применении лазера. Во-первых, какая-то среда, будь то твердое тело, жидкость или газ, подвергается интенсивной вспышке света или электрического разряда.Этот процесс создает массивное скопление возбужденных электронов в среде. Когда в лазере больше возбужденных электронов, чем заземленных, это состояние называется с инверсией населенности .

Все эти возбужденные электроны в своем возбужденном состоянии теперь начинают выделять энергию, которую они поглотили. Во время этого процесса электрон переместится на несколько ступеней вниз в свое исходное положение у земли, излучая фотоны определенной длины волны. Эти возбужденные электроны также стимулируют другие электроны одновременно высвобождать свои накопленные фотоны.Этот процесс, в котором один электрон вызывает цепную реакцию высвобождения фотона в других электронах, называется стимулированным излучением , .

Вынужденное излучение требует ввода одного фотона для создания двухфотонного излучения. (Источник изображения)

Теперь представьте, что у нас есть огромное количество электронов, чередующихся из состояний с низкой энергией в состояние с высокой и с низкой энергией, и в процессе высвобождения фотонов. Если вы теперь поместите набор зеркал между одной стороной лазерной среды и другой, вы сможете использовать и направить эти фотоны для создания нашего характерного лазерного света.

Хитрость здесь с зеркалами в том, что одно из зеркал должно быть немного менее отражающим, чем другое. Когда фотоны отражаются от одного зеркала, они затем попадают в слегка прозрачное зеркало, и через небольшое «отверстие» в зеркале проходит точный луч света. Наш лазерный свет родился.

Вы можете взять нечто, называемое рубиновым лазером, и увидеть это в действии. Посмотрите изображение ниже; это устройство содержит все компоненты, необходимые для работы лазера.Он имеет среду в виде кристалла рубина, стимулятор импульсной лампы и набор зеркал на обоих концах, одно из которых более прозрачно, чем другое. Вот как здесь будет работать процесс:

Рубиновый лазер в действии с набором простых компонентов. (Источник изображения)

1. Во-первых, электрический ток будет включать и выключать лампу-вспышку , которая возбуждает электроны в кристалле рубина.
2. Эти возбужденные электроны в своем повышенном состоянии затем возвращаются в свое основное состояние и испускают фотон света в процессе спонтанного излучения .
3. Эти фотоны перемещаются по всей среде, отражаясь от зеркал и переводя другие электроны в повышенное состояние. Это вызывает испускание большего количества фотонов посредством процесса стимулированного излучения . Вскоре у вас больше возбужденных, чем заземленных электронов, что создает инверсию населенности .
4. Два зеркала удерживают фотоны, отскакивающие назад и вперед в кристаллической среде , но одно из зеркал имеет немного меньшую отражающую способность и пропускает некоторые фотоны.
5. Ускользающие фотоны попадают в мир в виде концентрированного и мощного луча лазерного света.

Типы лазеров

Существует множество лазеров, все из которых можно разделить на категории в зависимости от типа используемой среды. Это может быть твердое тело, газ, жидкость или полупроводник. Вот что нужно знать о каждом типе:

Лазеры твердотельные

Эти лазеры сделаны из твердой среды, такой как рубин или кристалл, с обернутой вокруг нее импульсной лампой для возбуждения электронов.Как и полупроводники, твердотельные лазерные среды должны быть легированы примесями, которые производят свет определенной частоты и длины волны. Обычно эти лазеры используются для систем наведения на цель в военных целях или для сверления отверстий в металлах.

Лазеры газовые

Эти лазеры обычно изготавливаются из гелия или гелий-неона и излучают характерный красный лазерный свет. Есть также CO2-лазеры, которые излучают энергию в инфракрасном диапазоне. Эти мощные и эффективные лазеры обычно используются для промышленной резки и сварки.

(Источник изображения)

Лазеры на жидких красителях

В этих лазерах в качестве среды используются жидкие красители, такие как родамин, в жидком растворе. Электроны возбуждаются дуговой лампой, импульсной лампой или другим лазером. В отличие от твердотельных или газовых лазеров, лазеры на жидких красителях могут создавать более широкую полосу световых частот и, как следствие, могут использоваться во множестве приложений.

(Источник изображения)

Лазеры полупроводниковые

Эти лазеры дешевы в производстве и используются во множестве электронных устройств, от лазерных принтеров до сканеров штрих-кода.Вы можете услышать, что эти лазеры называются диодными лазерами, поскольку они используют светодиод для создания монохроматического света.

(Источник изображения)

Лазеры также могут быть классифицированы за пределами их общих категорий на основе определенных длин волн, которые производит их среда. Наиболее распространенные лазеры и связанные с ними длины волн включают:

Тип лазера	Длина волны (нм)
Фторид аргона (УФ)	193
Фторид криптона (УФ)	248
Ксенон хлорид (УФ)	308
Азот (УФ)	337
Аргон (синий)	488
Аргон (зеленый)	514
Гелий неон (зеленый)	543
Гелий неон (красный)	633
Родамин 6G краситель (настраиваемый)	570-650
Рубин (CrAlO3) (красный)	694
Nd: Yag (NIR)	1064
Двуокись углерода (FIR)	10600

Существует также другая система классификации, основанная на возможности биологического повреждения.Вы найдете эту систему на основе классов, напечатанную на упаковке лазера, и это будет либо:

• Класс I. Это лазеры, которые, как известно, не наносят биологического вреда. Лазеры класса I подразделяются на класс I.A, которые не предназначены для просмотра и включают такие приложения, как сканер штрих-кода в вашем продуктовом магазине.
• Класс II. Эти лазеры сильнее, чем лазеры класса I, но их мощность излучения не превышает 1 мВт. Эта классификация делает их безопасными для использования людьми, поскольку наше естественное отвращение к яркому свету ограничивает экспозицию.
• Класс III. Эти лазеры работают в диапазоне 1–5 мВт и представляют опасность при прямом взгляде на луч. Лазеры класса III подразделяются на класс III A, которые являются лазерами средней мощности, и класс III B, которые являются лазерами средней мощности.
• Класс IV. Это мощные лазеры мощностью 500+ мВт; они также опасны для просмотра при любых условиях. При прямом взгляде лазеры класса IV представляют значительную опасность для кожи, а также могут вызвать пожар, если не обращаться с ними на контролируемом объекте.

Лазеры и их применение

У лазеров есть масса приложений, которые влияют на нашу повседневную жизнь. Некоторые из них видны, например, использование лазеров для удаления татуировок, тогда как другие лазеры работают негласно во всех наших электронных устройствах. Некоторые из наиболее распространенных применений лазеров включают:

Резка и лечение

Роботы с лазерным наведением используются для резки тканей и металлов, которые когда-то были вырезаны вручную. Возьмем, к примеру, джинсы, где роботы с лазерным наведением могут разрезать ткань различной толщины одновременно.Вы также увидите, как лазеры используются в медицине для уничтожения раковых опухолей, прижигания кровеносных сосудов и восстановления зрения путем восстановления отслоившихся сетчаток.

Общение

Лазеры составляют основу всех наших подключенных устройств и Интернет-технологий. Сканер штрих-кода с лазерным питанием в вашем местном магазине делает покупку продуктов легкой и эффективной. Затем есть оптоволоконные кабели, которые используют фотоны для передачи огромных потоков данных через Интернет.

Оборона

Военные являются крупными инвесторами в лазерные технологии и используют их для своего оружия и ракетных систем.Еще в 1980-х годах вы, возможно, слышали о программе «Звездных войн», когда американские военные планировали использовать рентгеновские лучи для уничтожения вражеских ракет. Сегодня ВМС разработали успешную систему лазерного оружия (LaWS) для использования на своих линкорах. Эта система оружия представляет собой твердотельный лазер, который возбуждает электроны с помощью светодиодов и может точно уничтожать объекты на впечатляющем расстоянии.

Кто изобрел лазер?

Это спорный вопрос. Прежде всего, мы должны отдать огромную благодарность Альберту Эйнштейну, который в 1905 году разработал квантовую теорию света и фотонов.Позднее он в 1917 году теоретизировал механизм стимулированного излучения. Без этих двух открытий разработка лазеров была бы невозможна.

Спустя 30 лет у нас появился первый намек на лазер в виде мазера. Это устройство было изобретено американскими физиками Чарльзом Таунсом и Артуром Шавлоу. Хотя мазер использует те же принципы, что и лазер, он производит микроволны и радиоволны вместо видимого света. Эти два изобретателя получили Нобелевскую премию по физике за свои работы в 1964 и 1981 годах.

Чарльз Таунс (слева) с первым мастером в 1955 году. (Источник изображения)

Сюжет сгущается. В 1957 году один из аспирантов Чарльза Таунса, Гордон Гулд, набросал в своем блокноте идею мазера для видимого света. К несчастью для Гулда, он так и не запатентовал свою идею и в итоге провел следующие 20 лет своей жизни, борясь за гонорары и патенты.

Так кто же на самом деле изобрел лазер? Сложно сказать. Это изобретение приписывают Таунсу и Шавлову, но первым человеком, который создал настоящий лазер, был Теодор Майман, другой американский физик.Однако работа Меймана так и не получила полного признания, а две его номинации на Нобелевскую премию по физике остались непризнанными.

Теодор Майман с первым работающим лазером видимого света.

Это своего рода крутой конец истории; мы сожалеем об этом. Было много рук и умов, которые вложились в разработку лазерной технологии, которую мы используем сегодня. Некоторые говорят, что изобретение было просто коллективной работой.

Laser Away

Как и любой другой вид электромагнитного излучения, лазеры используют видимый и невидимый свет для резки металлов, операций на глазах, сканирования ваших продуктов, управляемых ракет и многого другого.Что удивительно, в основе этой технологии лежит простой набор принципов. Независимо от того, используете ли вы газовый лазер для резки металла или полупроводниковый лазер в своей электронике, каждый из них использует преимущества возбуждения электронов для получения необходимого света. С помощью двух простых зеркал вы можете направлять фотоны в концентрированный луч, чтобы делать удивительную работу. Итак, оглянитесь вокруг, можете ли вы заметить в своем окружении предметы, работающие от лазеров? Они обязательно где-то будут.

Хотите интегрировать лазеры в свой следующий электронный проект? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!

.

---

Смотрите также

• 
  Т1 это день или ночь на счетчике
• 
  Какие кабель каналы бывают
• 
  Расстояние от границы участка до склада
• 
  Композиция в холодных тонах
• 
  Профлист с8 характеристики
• 
  Хризантемы пересадка осенью
• 
  Проекты самых маленьких домов
• 
  Глубина всасывания насоса что это
• 
  Герметик для отопительной системы дома
• 
  Поверхностные насосы водяные
• 
  Перекрытия ребристые монолитные