Untitled 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ Bộ môn Cơ khí chính xác & Quang học Hướng dẫn thí nghiệm môn học KỸ THUẬT LASER Họ và tên sinh viên Tài Liệu HUST Mã lớp học Bachkhoa Unive[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ Bộ mơn Cơ khí xác & Quang học - Hướng dẫn thí nghiệm môn học KỸ THUẬT LASER Họ tên sinh viên: Tài Liệu HUST Mã lớp học: Bachkhoa Universe Mã lớp thí nghiệm: Hà nội, 2022 CÁC CẤP ĐỘ AN TOÀN CỦA LASER Sự nguy hiểm laser chia thành loại dựa vào khả gây phá hủy mặt sinh học mắt da Mục đích việc phân loại mức độ nguy hiểm để cảnh báo người sử dụng nguy hại tiếp xúc với laser Các giới hạn tiếp xúc phụ thuộc vào công suất phát hay lượng, bước sóng xạ, thời gian tiếp xúc, diện tích mặt cắt ngang chùm laser Phân loại Laser theo ANSI (American National Standard Institute – Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ): Loại I (class I): Không thể phát xạ laser mức độ nguy hiểm (đặc trưng cho loại laser liên tục CW (continous wave) cơng suất 0,4 µW bước sóng khả kiến Laser thuộc loại bao gồm máy in laser, máy hát đĩa CD, thiết bị trắc địa, chúng không phép phát mức xạ quang học giới hạn phơi sáng mắt Loại I.A (class I.A): Là loại thiết kế chuyên dụng cho laser khơng có khuynh hướng nhìn, ví dụ máy quét laser mã vạch siêu thị Được phép có cơng suất cao laser loại I (khơng q mW), không vượt giới hạn loại I khoảng thời gian phát xạ 1000 giây Loại II (class II): Là laser công suất thấp phát chùm tia miền quang phổ khả kiến Những laser bị giới hạn công suất phát 1mW, thấp độ phơi sáng lớn cho phép 0,25 giây Phản ứng khó chịu tự nhiên ánh sáng khả kiến có độ sáng giúp bảo vệ mắt khỏi bị phá hủy, cố ý nhìn thời gian dẫn tới hỏng mắt Một số ví dụ laser thuộc loại laser thuyết trình dùng lớp học, trỏ laser, dụng cụ đo xa Loại IIIA (class IIIA): Là laser liên tục cơng suất trung bình (1-5 mW) Chúng xem an tồn nhìn chốc lát (dưới 0,25 giây), khơng nên nhìn trực diện nhìn qua dụng cụ quang phóng đại Loại IIIB (class IIIB): Có cơng suất trung bình (sóng liên tục 5-500 mW, laser xung 10 J/cm2 ), khơng an tồn nhìn trực diện nhìn qua phản xạ Những đo đạc an tồn đặc biệt khuyến nghị tiêu chuẩn điều khiển rủi ro laser thuộc loại Ví dụ ứng dụng laser thuộc loại quang phổ kế, kính hiển vi đồng tiêu sơ diễn ánh sáng giải trí Loại IV (class IV): Phát công suất cao, vượt giới hạn dành cho laser loại IIIB, yêu cầu phải điều khiển nghiêm ngặt để loại trừ nguy hiểm lúc sử dụng chúng Cả chùm tia trực tiếp lẫn chùm tia phản xạ khuếch tán từ laser loại làm hỏng mắt da, có khả gây cháy tùy thuộc vào chất liệu mà chúng chạm tới Đa số tổn thương cho mắt laser phản xạ ánh sáng laser loại IV, bề mặt phản xạ phải giữ xa chùm tia phải đeo kính bảo vệ mắt thích hợp lúc làm việc với laser Laser thuộc loại dùng cho phẫu thuật, cắt, khoan, vi gia công cắt gọt, hàn Bài I ĐO KÍCH THƯỚC LỚN CỦA BỘ PHẬN VÀ CHI TIẾT MÁY BẰNG LASER THEO PHƯƠNG PHÁP DỊCH PHA Mục đích: - Sinh viên hiểu phương pháp đo kích thước lớn phận chi tiết máy theo phương pháp dịch pha - Biết cách sử dụng thiết bị đo khoảng cách laser Thiết bị thí nghiệm : • Máy đo khoảng cách laser cầm tay Leica DISTO D2 • Chi tiết đo mẫu chốt trụ có đường kính d theo hình vẽ 1.3 • Encoder góc có 24000 xung Nội dung thí nghiệm: - Tìm hiểu nắm nguyên lý hoạt động máy đo khoảng cách laser - Thực phép đo trực tiếp khoảng cách tâm hai lỗ L - Thực phép đo gián tiếp khoảng cách tâm hai lỗ L Trình tự thí nghiệm: Tìm hiểu ngun lý hoạt động thiết bị đo • Nguyên lý hoạt động thiết bị đo Phương pháp sử dụng điều biến để điều chế cường độ tia laser thành dạng tín hiệu điều hịa có tần sơ f khơng lớn Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý đo khoảng cách dịch pha Sơ đồ nguyên lý chung thiết bị đo di pha hình 1.1 tia laser từ nguồn bị điều biến thành sóng điều hịa dạng sin với tần số f tín hiệu từ tạo dao động điều hịa Tín hiệu đo từ điều biến sau phản xạ từ mặt đo khoảng cách L thu nhận hệ quang điện gửi đến so pha với tín hiệu điều hịa chuẩn từ tạo dao động Bộ so pha đo độ sai lệch pha tín hiệu chuẩn tín hiệu đo Pha tín hiệu thu chậm tín hiệu phát ra: = 4f 𝐿 𝑐 - c vận tốc ánh sáng - f tần số tín hiệu điều chế Như chiều dài cần đo: L = c / 4f Độ nhạy phương pháp phụ thuộc vào khả đo độ lệch pha hai tín hiệu Nếu tần số tín hiệu điều chế f = 1,56.107 Hz khả đo lệch pha phút độ phân giải của phép đo 1mm • Cách sử dụng thiết bị đo (4).Kết đo (2).Thiết lập gốc tọa độ (3).Đơn vị đo (1).Khởi động thiết bị đo lấy kết (5).Tổng lần đo (6).Hiệu lần đo (7) Các chức đo (8).Đèn hình (9).Xóa kết tắt thiết bị Hình 1.2 Ảnh thiết bị đo khoảng cách cầm tay Leica DISTO A2 Phạm vi đo: từ 0,05m đến 60m độ xác ±1,5mm Cách sử dụng : Bấm nút ON/ DIST (1) để khởi động thiết bị Hướng tia laser vào điểm cần đo, bấm nút ON/ DIST kết đo (4) hình Có thể thiết lập gốc tọa độ đo (2) từ phía đầu phía cuối dụng cụ đo Bấm nút (5) (6) để tính tổng hiệu hai lần đo liên tiếp Bấm nút (7) để đo diện tích, thể tích chi tiết d d d=8mm d d L=1000±1 Hình 1.3 Chi tiết đo chốt trụ Hình 1.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm Đo trực tiếp khoảng cách tâm hai lỗ L • Bước 1: Gá hai chốt trụ có đường kính đường kính lỗ d = mm vào hai lỗ, cài đặt dụng cụ đo laser khoảng cách cho gốc tọa độ phần cuối dụng cụ đo • Bước 2: Đặt dụng cụ đo lên đầu chốt hướng tia laser phía chốt cịn lại cho phương tia laser vng góc với đường tâm chốt trụ, bấm nút ON/DIST cho tia laser có phương trùng với đường nối hai tâm chốt Bấm nút ON/DIST lần thứ đọc thị hiển thị hình dụng cụ đo ta khoảng cách từ gốc tọa độ đo đến chốt A Lặp lại thao tác lần ghi kết vào bảng 1.1 Khoảng cách hai tâm lỗ L là: L= A + d Đo gián tiếp khoảng cách tâm hai lỗ L Có chi tiết thực đo khoảng cách hai tâm lỗ theo phương pháp đo trực tiếp ta đo khoảng cách gián tiếp sau: thiết bị gồm hai chốt trụ đường kính d Và encoder góc có 24000 xung vịng chia 360o Thiết bị đo khoảng cách laser đặt lên encoder góc để đo góc quay hai phương kích thước l1 l2 Để đo góc quay ta đếm số xung encoder góc, góc tính cơng thức: = d 𝑠ố 𝑥𝑢𝑛𝑔 120000 × 3600 d=8mm d 1000±1 d d L l l Hình 1.5: Sơ đồ đo khoảng cách gián tiếp • Bước 1: Gá hai chốt trụ vào hai lỗ, đặt dụng cụ đo khoảng cách laser lên encoder góc cho điểm xuất phát tia laser trùng với tâm quay encoder • Bước 2: Bấm nút ON/DIST chiếu tia laser phía chốt trụ thứ cho phương tia laser trùng với phương đường nối từ tâm quay đến chốt trụ, cài đặt dụng cụ đo laser cho gốc tọa độ phần đầu dụng cụ đo, set hiển thị số xung encorder góc Bấm nút ON/DIST lần thứ đọc thị hiển thị hình máy đo khoảng cách laser ta khoảng cách từ gốc tọa độ đo đến chốt l1 Xoay dụng cụ đo hướng tia laser phía chốt trụ thứ cho tia laser qua phương đường nối tâm chốt trụ thứ tâm đĩa chia độ Bấm nút ON/DIST đọc thị hình dụng cụ đo ta khoảng cách l Xác định góc xoay dụng cụ đo laser cách đọc số xung hiển thị ta tính góc quay dụng cụ đo Lặp lại thao tác lần ghi kết vào bảng 1.2 Khoảng cách hai tâm lỗ là: L= ( l1 + r ) + ( l2 + r ) 2 − ( l1 + r )( l2 + r ) cos r bán kính chốt trụ r = d BÁO CÁO THÍ NGHIỆM BÀI I Tên sinh viên thí nghiệm : Lớp : Ngày thí nghiệm : Người hướng dẫn : Đánh giá: SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM VÀ TÍNH TỐN KẾT QUẢ ĐO Đo trực tiếp kích thước L=1000 Bảng số liệu 1-1 Thơng số A Lần đo đo (mm) số 10 Giá trị trung bình A= • Khoảng cách hai tâm lỗ L: L =A +d= Đo gián tiếp kích thước L=1000 Thơng số Lần đo l1 (mm) l2 (mm) Số xung Bảng số liệu 1-2 Khoảng cách L (mm) (o ) Thông số Lần đo l1 (mm) l2 (mm) Số xung Bảng số liệu 1-3 Khoảng cách L (mm) (o ) • Khoảng cách trung bình tâm lỗ L: 𝐿̅ = ∑𝑛𝑖=1 𝐿𝑖 𝑛 So sánh kết hai phương pháp đo trực tiếp gián tiếp đưa nhận xét độ xác hai phương pháp: ………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Tại sao: …………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 10 ... dịng điện ni nguồn laser cơng suất thay đổi tương ứng 17 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM BÀI II Tên sinh viên thí nghiệm : Lớp : Ngày thí nghiệm : Người hướng dẫn : Đánh giá: SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM VÀ TÍNH TỐN... ) cos r bán kính chốt trụ r = d BÁO CÁO THÍ NGHIỆM BÀI I Tên sinh viên thí nghiệm : Lớp : Ngày thí nghiệm : Người hướng dẫn : Đánh giá: SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM VÀ TÍNH TỐN KẾT QUẢ ĐO Đo trực tiếp... sang ánh sáng phân cực tròn ngược lại Xác định phân cực laser bán dẫn GaAs P T QD Laser BD A N G Hình 2.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm Laser bán dẫn GaAs T : Thước đo góc A : Bộ điều chỉnh dòng điện