लेजर सेंसर का सिद्धांत और अनुप्रयोग

लेज़र सेंसर वे सेंसर होते हैं जो मापने के लिए लेज़र तकनीक का उपयोग करते हैं। इसमें एक लेज़र, एक लेज़र डिटेक्टर और एक मापने वाला सर्किट होता है। लेजर सेंसर एक नए प्रकार का मापक यंत्र है। इसके फायदे यह हैं कि यह गैर-संपर्क लंबी दूरी की माप, तेज गति, उच्च परिशुद्धता, बड़ी रेंज, मजबूत एंटी-लाइट और विद्युत हस्तक्षेप क्षमता आदि का एहसास कर सकता है।
प्रकाश और लेजर लेजर 1960 के दशक में उभरी सबसे महत्वपूर्ण वैज्ञानिक और तकनीकी उपलब्धियों में से एक थी। यह तेजी से विकसित हुआ है और राष्ट्रीय रक्षा, उत्पादन, चिकित्सा और गैर-विद्युत माप जैसे विभिन्न पहलुओं में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। सामान्य प्रकाश के विपरीत, लेजर को लेजर द्वारा उत्पन्न करने की आवश्यकता होती है। लेज़र के कार्यशील पदार्थ के लिए, सामान्य परिस्थितियों में, अधिकांश परमाणु स्थिर निम्न ऊर्जा स्तर E1 में होते हैं। उपयुक्त आवृत्ति के बाहरी प्रकाश की क्रिया के तहत, निम्न ऊर्जा स्तर के परमाणु फोटॉन ऊर्जा को अवशोषित करते हैं और उच्च ऊर्जा स्तर E2 में संक्रमण के लिए उत्साहित होते हैं। फोटॉन ऊर्जा E=E2-E1=hv, जहां h प्लैंक स्थिरांक है और v फोटॉन आवृत्ति है। इसके विपरीत, आवृत्ति v के साथ प्रकाश के प्रेरण के तहत, ऊर्जा स्तर E2 पर परमाणु ऊर्जा जारी करने और प्रकाश उत्सर्जित करने के लिए निम्न ऊर्जा स्तर पर संक्रमण करेंगे, जिसे उत्तेजित विकिरण कहा जाता है। लेज़र पहले कार्यशील पदार्थ के परमाणुओं को असामान्य रूप से उच्च ऊर्जा स्तर (अर्थात जनसंख्या व्युत्क्रम वितरण) में बनाता है, जो उत्तेजित विकिरण प्रक्रिया को प्रभावी बना सकता है, ताकि आवृत्ति v की प्रेरित रोशनी बढ़े, और गुजर सके समानांतर दर्पण हिमस्खलन-प्रकार के प्रवर्धन का निर्माण शक्तिशाली उत्तेजित विकिरण उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, जिसे लेजर कहा जाता है।

लेजर में 3 महत्वपूर्ण गुण होते हैं:
1. उच्च दिशात्मकता (अर्थात उच्च दिशात्मकता, प्रकाश की गति का छोटा विचलन कोण), लेजर बीम की विस्तार सीमा कुछ किलोमीटर से केवल कुछ सेंटीमीटर दूर है;
2. उच्च मोनोक्रोमैटिकिटी, लेजर की आवृत्ति चौड़ाई सामान्य प्रकाश की तुलना में 10 गुना कम है;
3. लेजर बीम अभिसरण के उपयोग से उच्च चमक, कई मिलियन डिग्री का अधिकतम तापमान उत्पन्न किया जा सकता है।

कार्यशील पदार्थ के अनुसार लेजर को 4 प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है:
1. सॉलिड-स्टेट लेजर: इसका कार्यशील पदार्थ ठोस होता है। आमतौर पर रूबी लेजर, नियोडिमियम-डोप्ड येट्रियम एल्यूमीनियम गार्नेट लेजर (यानी YAG लेजर) और नियोडिमियम ग्लास लेजर का उपयोग किया जाता है। उनकी संरचना लगभग एक जैसी है और उनकी विशेषता यह है कि वे छोटे, मजबूत और उच्च शक्ति वाले हैं। नियोडिमियम-ग्लास लेजर वर्तमान में उच्चतम पल्स आउटपुट पावर वाले उपकरण हैं, जो दसियों मेगावाट तक पहुंचते हैं।
2. गैस लेजर: इसका कार्यशील पदार्थ गैस है। अब विभिन्न गैस परमाणु, आयन, धातु वाष्प, गैस अणु लेजर हैं। आमतौर पर कार्बन डाइऑक्साइड लेजर, हीलियम नियॉन लेजर और कार्बन मोनोऑक्साइड लेजर का उपयोग किया जाता है, जो सामान्य डिस्चार्ज ट्यूब के आकार के होते हैं, और स्थिर आउटपुट, अच्छी मोनोक्रोमैटिकिटी और लंबे जीवन की विशेषता रखते हैं, लेकिन कम शक्ति और कम रूपांतरण दक्षता के साथ होते हैं।
3. तरल लेजर: इसे केलेट लेजर, अकार्बनिक तरल लेजर और कार्बनिक डाई लेजर में विभाजित किया जा सकता है, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण कार्बनिक डाई लेजर है, इसकी सबसे बड़ी विशेषता यह है कि तरंग दैर्ध्य लगातार समायोज्य है।
4. सेमीकंडक्टर लेजर: यह अपेक्षाकृत युवा लेजर है, और अधिक परिपक्व GaAs लेजर है। इसकी विशेषता उच्च दक्षता, छोटे आकार, हल्के वजन और सरल संरचना है, और यह हवाई जहाज, युद्धपोतों, टैंकों और पैदल सेना पर ले जाने के लिए उपयुक्त है। रेंजफाइंडर और दर्शनीय स्थलों में बनाया जा सकता है। हालाँकि, आउटपुट पावर छोटी है, दिशात्मकता ख़राब है, और यह परिवेश के तापमान से बहुत प्रभावित है।

लेजर सेंसर अनुप्रयोग
लेजर की उच्च दिशा, उच्च मोनोक्रोमैटिकिटी और उच्च चमक की विशेषताओं का उपयोग करके गैर-संपर्क लंबी दूरी की माप का एहसास किया जा सकता है। लेजर सेंसर का उपयोग अक्सर लंबाई, दूरी, कंपन, गति और अभिविन्यास जैसी भौतिक मात्राओं को मापने के साथ-साथ वायुमंडलीय प्रदूषकों की दोष पहचान और निगरानी के लिए किया जाता है।
लेजर लंबाई माप:
लंबाई का सटीक माप सटीक मशीनरी विनिर्माण उद्योग और ऑप्टिकल प्रसंस्करण उद्योग में प्रमुख प्रौद्योगिकियों में से एक है। आधुनिक लंबाई माप ज्यादातर प्रकाश तरंगों की हस्तक्षेप घटना का उपयोग करके किया जाता है, और इसकी सटीकता मुख्य रूप से प्रकाश की मोनोक्रोमैटिकिटी पर निर्भर करती है। लेज़र सबसे आदर्श प्रकाश स्रोत है, जो अतीत के सर्वोत्तम मोनोक्रोमैटिक प्रकाश स्रोत (क्रिप्टन-86 लैंप) की तुलना में 100,000 गुना अधिक शुद्ध है। इसलिए, लेजर लंबाई माप सीमा बड़ी है और सटीकता अधिक है। ऑप्टिकल सिद्धांत के अनुसार, मोनोक्रोमैटिक प्रकाश की अधिकतम मापनीय लंबाई एल, तरंग दैर्ध्य λ और वर्णक्रमीय रेखा चौड़ाई δ के बीच संबंध L=λ/δ है। क्रिप्टन-86 लैंप से मापी जा सकने वाली अधिकतम लंबाई 38.5 सेमी है। लंबी वस्तुओं के लिए, इसे खंडों में मापने की आवश्यकता होती है, जिससे सटीकता कम हो जाती है। यदि हीलियम-नियॉन गैस लेजर का उपयोग किया जाता है, तो यह दसियों किलोमीटर तक माप सकता है। आम तौर पर लंबाई कुछ मीटर के भीतर मापी जाती है, और इसकी सटीकता 0.1 माइक्रोन तक पहुंच सकती है।
लेजर रेंजिंग:
इसका सिद्धांत रेडियो रडार के समान ही है। लेज़र को लक्ष्य पर लक्षित करने और लॉन्च करने के बाद, इसके राउंड-ट्रिप समय को मापा जाता है, और फिर राउंड-ट्रिप दूरी प्राप्त करने के लिए इसे प्रकाश की गति से गुणा किया जाता है। क्योंकि लेजर में उच्च दिशा, उच्च मोनोक्रोमैटिकिटी और उच्च शक्ति के फायदे हैं, ये लंबी दूरी को मापने, लक्ष्य के अभिविन्यास को निर्धारित करने, प्राप्त प्रणाली के सिग्नल-टू-शोर अनुपात में सुधार करने और माप सटीकता सुनिश्चित करने के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं। . तेजी से ध्यान आकर्षित किया गया। लेजर रेंजफाइंडर के आधार पर विकसित लिडार न केवल दूरी को माप सकता है, बल्कि लक्ष्य की दिगंश, गति और त्वरण को भी माप सकता है। 500 से 2000 किलोमीटर तक के राडार में त्रुटि केवल कुछ मीटर की होती है। वर्तमान में, रूबी लेजर, नियोडिमियम ग्लास लेजर, कार्बन डाइऑक्साइड लेजर और गैलियम आर्सेनाइड लेजर का उपयोग अक्सर लेजर रेंजफाइंडर के लिए प्रकाश स्रोत के रूप में किया जाता है।

लेजर कंपन माप:
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लेजर गति माप:
यह डॉपलर सिद्धांत पर आधारित एक लेजर वेग माप पद्धति भी है। लेजर डॉपलर फ्लोमीटर (लेजर फ्लोमीटर देखें) का उपयोग अधिक किया जाता है, जो पवन सुरंग वायु प्रवाह वेग, रॉकेट ईंधन प्रवाह वेग, विमान जेट वायु प्रवाह वेग, वायुमंडलीय हवा की गति और कण आकार और रासायनिक प्रतिक्रियाओं में अभिसरण गति आदि को माप सकता है।