Линейный лазер из указки своими руками
В данной статье, автор YouTube канала «jisaku-kobo» расскажет Вам, как из обычного лазерного модуля, или указки сделать очень полезное приспособление для дома и мастерской.
Эта простая конструкция позволит сделать из точечного лазера линейный.
С ее помощью можно будет делать линейные указатели для различных станков, что весьма облегчит работу.
Материалы.
— Алюминиевая трубка внешним диаметром 8 мм и толщиной стенок 1 мм
— Профильная алюминиевая труба 10Х10 мм, толщина стенок 1 мм
— Лазерный модуль
— Пластиковые болтики
— Держатель для двух пальчиковых батареек
— Термоусадочная трубка, припой
— Двухкомпонентная эпоксидная смола
— Стеклянный круглый пруток диаметром 3-5 мм
— Малярная лента
Инструменты, использованные автором.
— Паяльник
— Небольшая циркулярная пила, либо ножовка по металлу
— Струбцина
— Плоская и крестовая отвертки
— Сверлильный станочек
— Угольник
— Метчик
— Алмазный надфиль.
Процесс изготовления.
Итак, автор приобрел лазерный модуль с длиной волны в 580 нм, и батарейный отсек.
Затем нарезал термоусадочную трубку, и надел на провода. Потом пропаял места соединений, сдвинул трубки на них, и прогрел их для усадки.
Установил батарейки, и включил лазер. Как видно, фокусное расстояние у модуля около 9 см.
Подкручивая регулировочный винт, автор изменяет фокусное расстояние до 4 см.
Как видно, пятно от луча имеет эллиптическую вытянутую форму, нужно сделать пометку на модуле, чтобы при сборке это пятно лежало перпендикулярно стеклянному прутку. Это важно для получения прямой линии.
Теперь мастер прислоняет стеклянную трубочку к торцу указки, и вместо точки получается очень хорошо видимая, яркая линия.
Корпус для лазера и стеклянной линзы он будет делать из алюминиевой профильной трубы 10Х10 мм.
А вот и чертеж самого корпуса.
Сверлит отверстия для стеклянной палочки, и зажимного болтика М3. Очень важно сделать отверстия для линзы строго соосно.
Нарезает резьбу М3 для болтика метчиком.
На миниатюрной циркулярной пиле немного выдвигает отрезной диск, устанавливает упор по длине заготовки, и фиксирует его струбциной.
Прижимая торец заготовки к упору, и переворачивая его делает надрезы на трубе со всех сторон.
А вот и стеклянная палочка диаметром 5 мм. Автор заматывает один ее край на длину 10 мм малярным скотчем.
Затем алмазным напильником делает пару надрезов, и просто раскалывает ее пополам.
Линза почти готова, автор снимает малярный скотч, и обрабатывает края скола надфилем. После этого тщательно очищает ее поверхность спиртовой салфеткой.
Держа линзу салфеткой, вставляет ее на место в корпусе.
Смешивает компоненты эпоксидной смолы, и промазывает места соединения корпуса и линзы с внешней стороны. Важно, чтобы смола не попала на внутреннюю поверхность линзы.
После полимеризации смолы корпус выглядит вот так.
Вкручивает пластиковый болтик, зажимает лазер в корпусе.
Затем добивается ровной линии, устанавливая ось эллипса лазерного луча перпендикулярно линзе.
Но, на большом расстоянии стало заметно, что линия не перпендикулярна поверхности. Придется доделывать.
Для усовершенствования автору нужна алюминиевая трубка 8 мм диаметром, и тот же квадратный профиль 10Х10 мм.
При помощи эпоксидной смолы вклеивает трубку внутрь квадрата на глубину около 10 мм.
Строго по центру сверлит отверстие для линзы. Потом отрезает регулируемую головку.
По уже знакомому методу вклеивает линзу.
Вставляет ее в корпус, зажимает болтиками лазер и головку.
Теперь, вращая головку, можно регулировать отклонение линии от оси.
Вот и все! Устройство готово к работе. Можно устанавливать!
Спасибо автору за простое, но полезное приспособление для мастерской и дома!
Всем хорошего настроения, удачи, и интересных идей!
Источник (Source) Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
Как из лазерной точки сделать линию
Для просмотра онлайн кликните на видео ⤵
лазерный указатель линия самодельный Подробнее
Мощный лазер из LED лампочки Подробнее
Как из лазерной точки сделать линию Подробнее
Как сделать луч лазера видимым /How to make the laser beam visible Подробнее
Лазерный уровень своими руками на 360 градусов Подробнее
Как разметить горизонтальную линию без уровня ! Уровень без уровня — такое может быть ) Подробнее
Лазерный уровень своими руками Подробнее
DIY ты можешь сделать лазерный уровень из подручных средств. лайфхак Подробнее
ЧТО БУДЕТ ЕСЛИ СКОНЦЕНТРИРОВАТЬ 4 ЛАЗЕРА В ОДНУ ТОЧКУ Подробнее
Лазерная указка для торцовочной пилы с aliexpress Подробнее
Телефон вместо приемника луча для лазерного нивелира Подробнее
Модуль крестовой линии Подробнее
Лазерный уровень своими руками Подробнее
Лазерный нивелир (уровень) своими руками просто. Часть 2. Подробнее
Как пользоваться лазерным уровнем — видеоинструкция Подробнее
Лазерная стоп-линия (для велосипеда) Подробнее
Лазерная указка линии и точки Подробнее
Лайфхак.Как поймать луч лазерного нивелира днём на улице? Подробнее
Лазерная СТОП Линия на Велосипед 🚴♂ DIY Подробнее
Самодельный текстовый лазерный проектор / Хабр
Введение
Существуют два метода создания изображения при помощи лазера — это векторная и растровая развертка.
В случае векторной развертки луч лазера перемещается в пространстве вдоль контуров необходимого изображения, отключаясь только на время перехода от одного контура к другому.
Благодаря этому лазер оказывается большую часть времени включенным, за счет чего формируемая картинка получается достаточно яркой.
Именно этот метод обычно используется в различных промышленных лазерных проекторах. При этом для быстрого перемещения лазерного луча приходится использовать достаточно сложные электронно-механические устройства — гальванометры. Их цены обычно начинаются от 80$ за пару, а в домашних условиях гальванометры изготовить проблематично (хотя и реально).
Второй метод создания изображения — растровая развертка. В этом методе луч лазера последовательно движется вдоль всех строк изображения. Именно этот метод используется в ЭЛТ-трубках старых телевизоров и мониторов.
Благодаря тому, что оба вида движений (по вертикали и горизонтали) выполняются циклически, механику можно значительно упростить (по сравнению с векторной разверткой). Кроме того, так как формируемое изображение состоит из отдельных элементов, то его значительно проще формировать с программной точки зрения.
Недостаток растровой развертки — луч будет проходить вдоль всех элементов изображения, даже если их не нужно подсвечивать, что из-за чего падает яркость изображения.
Именно этот метод, из-за его простоты, я и захотел реализовать в своем проекторе.
Для перемещения лазерного луча вдоль линии (горизонтальной развертки) очень удобно использовать зеркало, вращающееся с постоянной скоростью. Благодаря тому, что вращение непрерывное, скорость движения луча может быть достаточно большой. А вот переход от одной линии к другой реализовать сложнее.
Самый простой вариант — использовать несколько лазеров, направленных на вращающееся зеркало. Недостатки этого метода — число отображаемых линий будет определятся числом использованных лазеров, что усложняет конструкцию, а ширина зеркала должна быть достаточно большой. Хотя есть и достоинства — единственный подвижный элемент в такой системе — это зеркало, а использование нескольких лазеров позволяет добиться достаточно высокой яркости изображения. Вот пример проектора, использующего такой принцип.
Еще один вариант развертки, который можно встретить в сети — объединение вертикальной и горизонтальной развертки за счет использования вращающегося многогранного зеркала, в котором отдельные зеркала-грани расположены под разным углом к оси вращения. Благодаря такой конструкции зеркала, при повороте зеркала от одной грани к другой луч лазера отклоняется на разные углы по вертикали, за счет чего и создается вертикальная развертка.
Несмотря на общую простоту получающегося проектора (нужны только лазер, зеркало с мотором и датчик синхронизации) у метода есть большой недостаток — большая сложность изготовления такого многогранного зеркала в домашних условиях. Обычно угол наклона зеркал-граней приходится подстраивать в процессе сборки, причем делать это нужно с большой точностью, что значительно усложняет конструкцию зеркала.
Вот пример проектора, использующего такой принцип.
Для упрощения конструкции я решил использовать другой принцип развертки — постоянно вращающееся зеркало для формирования горизонтальной развертки и периодически колеблющееся зеркало для формирования вертикальной развертки.
Реализация
Горизонтальная развертка
Откуда можно взять быстро вращающееся зеркало? Из старого лазерного принтера!
В лазерных принтерах для развертки лазерного луча вдоль листа бумаги используется именно многогранное (полигональное) зеркало, установленное на валу скоростного бесколлекторного двигателя. Обычно этот двигатель закреплен на печатной плате, которая им и управляет.
У меня уже был подходящий зеркальный модуль из принтера:
Документацию на сам модуль и использованную в нем микросхему найти не удалось, так что для определения распиновки модуля мне пришлось провести простой реверс-инжиниринг. Линии питания на разъеме найти довольно просто — они подключены к единственному на плате электролитическому конденсатору. Однако просто при подаче питания двигатель вращаться не будет — на плату нужно подать сигнал тактирования, который определяет скорость вращения. Этот сигнал — простой меандр частотой от 20 до 500-1000 Гц (для разных моделей может быть по разному).
Чтобы найти нужную линию, я взял генератор импульсов, настроенный на частоту 100 Гц, и подсоединял его выход через резистор в 470 ко всем свободным линиям разъема лазерного модуля. При подаче сигнала на нужную линию мотор начал вращаться. Скорость вращения зеркала получается очень высокой, последующие измерения показали, что она может превышать 250 об/сек. Но, к сожалению, из-за большой скорости вращения мой лазерный модуль довольно громко шумел. Для экспериментов это не является проблемой, а вот для постоянной работы проектора это плохо. Возможно, что за счет использования более нового зеркального модуля или установки конструкции в коробку уровень шума можно значительно снизить.
Лазер
Для первых тестов я использовал лазерный модуль из дешевой указки. Модуль должен быть закреплен так, чтобы его можно было поворачивать по нескольким осям — это нужно для того, чтобы правильно направить лазер на зеркало:
Так как из-за использования растровой развертки свет лазера распределяется по всей площади изображения, то яркость формируемого изображения выходит довольно низкой — изображение можно видеть только в темноте.
Поэтому, уже после того, как я получил изображение, я заменил лазерный модуль на другой, в котором использован лазерный диод из DVD (пример изготовления такого модуля).
Внимание — лазер из DVD очень опасен для зрения, все работы с таким лазером нужно проводить в специальных защитных очках!
Конструкция крепления этого лазерного модуля такая же, как и у предыдущего.
Лазер и модуль полигонального зеркала я установил на небольшой дощечке из оргалита. Лазер должен быть закреплен в одной плоскости с зеркалом. После подачи питания с сигнала тактирования на мотор и питания на лазер нужно выставить лазер так, чтобы его луч попадал на грани зеркала. В результате при вращении полигонального зеркала формируется длинная горизонтальная лазерная линия.
Фотодатчик синхронизации
Для того, чтобы управляющий микроконтроллер мог отслеживать положение движущегося лазерного луча, нужен фотодатчик. В качестве фотодатчика я использовал фотодиод, закрытый кусочком картона с прорезью. Прорезь нужна для того, чтобы более точно обнаруживать момент попадания луча на фотодиод.
Вот так выглядит крепление фотодиода (без картона с прорезью):
При нормальной работе мотора отраженный луч лазера должен сначала попадать на фотодатчик, а потом уже — на зеркало вертикальной развертки.
После того, как датчик был установлен, я проверил его работу, подав на него напряжение через резистор. Сигнал с датчика я наблюдал осциллографом — его амплитуда оказалась достаточной для того, чтобы подключить датчик напрямую к GPIO входу микроконтроллера.
Вертикальная развертка
Как я уже упоминал ранее, для формирования вертикальной развертки я использовал периодически колеблющееся зеркало. Каким образом можно сделать привод такого зеркала?
Самый простой вариант — использовать подгруженный электромагнит. Иногда в простейших конструкциях лазерных проекторов используют зеркала, прикрепленные к обычным динамикам. Но такое решение обладает большим количеством недостатков (плохая повторяемость результатов, низкая технологичность конструкции, сложность в калибровке).
В своей конструкции проектора я решил использовать BLDC мотор из DVD для управления зеркалом вертикальной развертки. Поскольку проектор изначально планировался для вывода текста, это значило, что отображаемых линий будет немного, а значит, что зеркало нужно поворачивать на небольшой угол.
BLDC мотор из DVD содержит три обмотки, входящие в состав статора. Если одну из обмоток подключить к плюсу источнику напряжения, а две других поочередно соединять с его минусом, то ротор двигателя будет колебаться. Максимальный угловой размах колебаний определяется конструкцией мотора, в частности, числом его полюсов. Для мотора из DVD этот размах не превышает 30 градусов. Благодаря достаточно большой мощности такого мотора, простоте управления (нужно всего два ключа), вращательному движению этот мотор очень хорошо подходит для изготовления простого текстового лазерного проектора.
Вот так выглядит мой мотор с приклеенным к нему зеркалом:
Стоит обратить внимание на то, что отражающая поверхность зеркала должна быть впереди, то есть не закрыта стеклом.
Конструкция в целом
Вот так выглядит проектор целиком:
Проекционная часть крупным планом:
Полигональное зеркало вращается по часовой стрелке, так что луч лазера двигается слева направо.
Здесь уже установлен мощный лазерный диод из DVD (внутри коллиматора). Зеркало вертикальной развертки установлено таким образом, что проецируемое изображение оказывается направлено вверх — в моем случае, на потолок комнаты.
Как видно из фотографии, лазером и механикой проектора управляет микроконтроллер stm32f103, установленный на маленькой отладочной плате (Blue Pill). Эта плата вставлена в Breadboard.
Схема конструкции:
Как я уже упоминал раньше, для управления мотором полигонального зеркала нужен только один сигнал — тактирования («POLY_CLOCK»), который вырабатывает один из таймеров stm32, работающий в режиме ШИМ. Частота и скважность этого сигнала остается неизменной в процессе работы проектора. Для питания платы мотора я использую отдельный блок питания на 12 В.
Два ШИМ сигнала для управления положением зеркала вертикальной развертки формирует другой таймер микроконтроллера. Эти сигналы заведены на микросхему ULN2003A, которая и управляет мотором от DVD. Таким образом, устанавливая различную скважность ШИМ каналов этого таймера, можно изменять угол поворота мотора.
К сожалению, в существующем виде конструкция не имеет обратной связи по положению зеркала. Это значит, что микроконтроллер может привести зеркала в движение, но его текущего положения он «знать» не будет. Из-за инерционности ротора двигателя и индуктивности катушек изменение направления движения зеркала тоже происходит с некоторой задержкой.
Все это приводит к двум последствиям:
- Плотность линий получается переменной. Это связано с тем, что скорость вращения зеркала не контролируется.
- Немалую часть линий использовать нельзя. Вертикальное зеркало колеблется циклично, так что часть времени линии можно было бы выводить сверху вниз, а другую часть — снизу вверх. В результате из-за отсутствия данных о положении приходится отображать линии только при движении мотора в одну строну. Так как отображается только часть линий, яркость изображения падает (то есть лазер используется не полностью).
Тем не менее, благодаря отсутствию обратной связи, конструкция получается очень простой.
Процесс формирования изображения проектором тоже довольно прост:
- Каждый раз, когда луч лазера попадает на фотодиод, в микроконтроллере формируется прерывание.
В этом прерывании контроллер определяет текущую скорость горизонтальной развертки. После этого сбрасывается специальный таймер синхронизации. Это — момент синхронизации.
- Этот таймер синхронизации в определенные моменты времени формирует свои прерывания, соответствующие нужным моментам времени в процессе горизонтальной развертки.
- В частности, через некоторое время после момента синхронизации нужно начать формировать сигнал управления лазером. Я в своей конструкции формирую его при помощи связки DMA+SPI. Фактически, при помощи этих модулей в нужный момент времени на выход MOSI SPI побитно предается одна из строк изображения.
- После того, как вывод изображения в строке закончился, нужно принудительно включить лазер. Это нужно для того, чтобы фотодиод смог вновь принять его свет.
Модуляция лазера у меня также реализована при помощи одного из ключей микросхемы ULN2003A. Резистор R3 нужен для простейшей защиты лазерного диода от слишком большого тока. Он закреплен прямо на конце провода лазера и заизолирован. Для питания лазера я использовал отдельный регулируемый блок питания. Важно контролировать ток, потребляемый лазером, и следить, чтобы он не превышал максимально допустимого значения для использованного лазерного диода.
Пример формируемого изображения (шрифт высотой 8 линий):
Некоторое искажение пропорций текста связано с тем, что проектор светит на стену под углом.
Сейчас каждый цикл колебаний зеркала вертикальной развертки состоит из 32 шагов (один шаг соответствует повороту полигонального зеркала на 1 грань).
В текущей реализации проектор может выводить около 14 полноценных линий, остальные линии либо сливаются друг с другом, либо неправильно смешиваются с остальными.
В фотографии в начале статьи также используется шрифт высотой 8 линий. Как видно, даже две строки текста более-менее нормально отображаются.
В то же время таблица знакогенератора в этом проекте содержит шрифты высотой 12 и 6 линий:
На этой фотографии хорошо заметна переменная плотность линий.
Пример «бегущей строки», отображаемой таким проектором:
На видео изображение мерцает по вертикали, в реальности глазом этот эффект незаметен.
→ Файлы проекта
Лазерный осепостроитель на 5 линий и 3 точки
Внимание, п.18.
Первый осепостроитель я покупал за свои кровные. Он до сих пор успешно выполняет свою работу на разных объектах. Сейчас ко мне в руки попал очередной нивелир, и я постараюсь объективно сделать его обзор, т.к. имею небольшой опыт «общения» с приборами подобного класса.
Посылка шла как обычно, около 4-х недель. Упакован прибор был хорошо, в коробку из пенопласта с толщиной стенки 1,5 см. Поэтому добрался он целым и невредимым.
Видео распаковки
Возможности нивелира лучше всего продемонстрирует изображение:
Особенности прибора, взято со страницы продавца
Автоматическое выравнивание в пределах 3-х градусов.
Лазерная линия: 1 горизонтальная линия и 4 вертикальные линии
Питание: AC 110-240В / 3 x 1.5V AA батарейки (в комплект поставки не включены)
Длина волны: 635 нм
Точность: 5м ± 1мм
Рабочее расстояние: внутри помещений радиус действия около 10 м. При использовании наружного приемника радиус действия около 50 м.
Время работы элементов питания: около 6 часов.
Рабочая температура: от -10 C до 45 C
Специальная функция: работа на открытом воздухе совместно с приемником лазерного излучения (в комплект не входит).
Содержимое посылки
Внутри посылки находится маленький, но достаточно солидно выглядящий чемодан. Его размеры: ШхВхГ — 195х230х135 мм. Масса чемодана с нивелиром, аккумуляторами и всеми принадлежностями составляет 1,6 кг.
Внутри он выложен мягкими материалами для предотвращения возможного повреждения прибора при транспортировке. В верхней части поролон, а в нижней части что-то похожее на пенопласт, в котором имеются ниши для самого нивелира и всех его принадлежностей, чтобы ничего не болталось.
Для переноски чемодана на плече к нему прилагается ремень, но качество ремня оставляет желать лучшего.
Инструкция пользователя на английском языке, полиграфия качественная, фото под спойлером.
Красные очки, которые по заявлению производителя улучшают видимость лазерного луча, но честно говоря, за более чем год использования подобного нивелира, я ими ни разу не воспользовался. Но небольшой эффект улучшения видимости имеется. В очках есть возможность регулировать длину дужек, поэтому каждый сможет настроить их под параметры своего лица.
Лазерная мишень увеличивает скорость работы при разметке подвесных потолочных систем и каркасов для гипсокартона. Но тут китайцы не были бы китайцами, если бы сделали все правильно. В моделях известных брендов (правда только в топовых она есть в комплекте), эта мишень может примагничиваться к железным поверхностям. Здесь же мишень выполнена целиком из пластика, а магнит к ней или забыли приклеить, или, что более вероятно, он там вообще не предполагался использоваться для удешевления производства.
Блок питания – просто незаменимая вещь если разрядились элементы питания. При наступлении подобной ситуации вам не нужно отвлекаться и тратить драгоценное время на поиск новых элементов питания вне объекта ремонта. Вилка блока питания европейская, поэтому никаких переходников для наших розеток не нужно. Питается прибор от трех пальчиковых батареек, или аккумуляторов. Мощность блока питания 5 Вт (5В 1А).
Пробовал разобрать блок питания, но у меня не получилось отщелкнуть одну половинку от другой.
Сам нивелир
Вид со стороны отсека для батареек
Разъем для подключение блока питания имеет резиновую заглушку — актуально на пыльных объектах
Верхняя панель управления прибором содержит пузырьковый уровень, надпись с названием модели и кнопки включения/отключения вертикальных и горизонтальной линии и кнопку outdoor. Нажатием на кнопку V можно включить сначала 2 вертикальных лини, следующее нажатие включает все 4 вертикальные линии, а следующее нажатие отключает все вертикальные линии. Кнопка H включает или отключает горизонтальную линию. Вертикальные и горизонтальная линия могут включаться независимо друг от друга. В помещении все линии видно хорошо и работа с нивелиром не вызывает никаких трудностей. Кнопка outdoor, нужна для работы с приемником лазерного излучения, который продается отдельно. Эта функция даст возможность заметно увеличить расстояние при работе на улице, а также прекрасно работать при очень ярком освещении, когда практически не виден лазерный луч.
В этой модели верхняя круглая наклейка с нанесенными изображениями кнопок всего лишь наклейка и не более того. Под изображениями кнопок есть отверстия, в которых находятся полноценные кнопки, похожие на «микрики», которые, в свою очередь, припаяны на плату управления прибором.
В предыдущей же модели нивелира эта наклейка содержала в себе и сами кнопки, которые через месяц работы забились пылью и перестали работать. Более детально об этом я писал здесь
Поэтому в этой модели использование настоящих кнопок действительно пойдет на пользу самому прибору. Но на фабрике плохо приклеили наклейку, это видно на фото, поэтому я ее чуть позже приклею на нормальный клей.
Корпус нивелира может свободно вращаться вокруг своей оси. Для более точного наведения вертикальных линий есть подстроечный винт, при вращении которого корпус очень медленно поворачивается и это позволяет более точно навестись на цель, особенно на больших расстояниях.
Для работы нивелир необходимо устанавливать на горизонтальную поверхность. После включения загорается горизонтальная линия. Максимальное отклонение от горизонтали не должно превышать 3 градуса. Поэтому на верхней части имеется пузырьковый уровень, чтобы, можно было вращая ножки, выставить нивелир горизонтально. Если отклонение больше 3-х градусов, то он начинает сигнализировать об этом писком, а линии перестают светиться.
В нижней части есть отверстие с резьбой 5/8″ для возможности закрепления на строительном штативе.
На линиях видны 2 светящиеся точки, они пригодятся тогда, когда слишком яркое освещение не дает возможности увидеть линии. А точки ярче линий и их в такой ситуации можно будет увидеть.
Третья точка – это точка отвеса. Она проецируется на пол из отверстия для крепления нивелира к штативу, а на потолке в месте пересечения вертикальных линий видим верхнюю точку. Соединив эти точки получаем вертикальную линию.
Пересечение линий на потолке
Толщина линий в зависимости от расстояния между нивелиром и поверхностью:
1 метр:
2 метра:
3 метра:
4 метра:
5 метров:
6 метров:
7 метров:
8 метров:
Энергопотребление
Если горит только точка отвеса — 2 мАТочка отвеса и горизонтальная линия — 36 мА
Точка отвеса, горизонтальная линия и две вертикальные линии — 104 мА
Все линии — 167 мА
Разборка нивелира
Эту модель разбирать очень легко. Для этого необходимо открутить все болты по периметру корпуса и один на ручке включения прибора. После этого поднять корпус вверх. Батарейный отсек легко отсоединяется от основного корпуса, а все провода идут только к нему.Внутренности размещу под спойлером.
Проверка нивелира
Проверка нивелира проводилась несколькими способами.Проверка вертикали выполнялась с помощью обычного отвеса. Я прикрепил отвес к потолку. Расстояние между полом и потолком составляет 2,6 м. В результате вся нить подсвечена лазерной линией, что я считаю хорошим результатом.
Вот как выглядит конструкция при свете
А вот при подсветке лазерными линиями
Проверка горизонтали проводилась двумя способами. Первый — с помощью гидроуровня, расстояние между концами трубок составляло 3,35 м (более длинной трубки у меня нет). Результат получился хорошим, лазерная линия на обоих концах попала в нужное место. Но 3,35 метра — расстояние не очень большое, если говорить о реальных условиях применения данного прибора и меня это не удовлетворило.
Поэтому второй способ проверки горизонтали выглядел следующим образом:
У меня в квартире максимальное расстояние между двумя противоположными стенками с прямой видимостью составляет 9,5 м, точнее это расстояние между входной дверью и стеной в ванной через коридор. Я расположил нивелир сначала ближе к стене ванной и на обоих стенах нанес метки по лазерной линии. Потом перенес нивелир к входной двери и выровнял нивелир по метке на двери. После этого необходимо проверить совпадение лазерной линии и метки в противоположном конце. У меня расхождение получилось около 0,5 мм, на глаз практически не видимое. Я считаю и этот результат убедительным. А учитывая данные со страницы продавца, что погрешность составляет 1 мм на 5 м, то данный результат вполне вписывается в заявленную продавцом точность прибора.
Переходник с резьбы 5/8″ на 1/4″
Если у вас есть фотоштатив с резьбой на 1/4″, то можно воспользоваться переходником с резьбы 5/8″ на 1/4″. Но при использовании переходника нельзя будет видеть точку отвеса, т.к. переходник просто наглухо закроет нижнее отверстие. Но все остальные функции будут работать.
Переходник доступен для покупки здесь
Нивелир на фотоштативе с использованием переходника
Показывать проведенные тесты с помощью фото я не стал, потому на фотографиях не всегда можно всё вместить в один кадр, поэтому все снял на видео.
Видеообзор и проверка нивелира
Вроде бы все постарался проверить и показать. Если что не осветил, то спрашивайте. Выводы делайте сами, отвечу на вопросы в комментариях. Спасибо за внимание.
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.
Ни для кого не секрет, что с каждым годом лазерные уровни да и лазерный инструмент в целом, всё больше и больше проникают в нашу повседневную жизнь, заменяя собой устаревшие приборы, при работе с которыми надо иметь определённые знания и умения.
Для работы с лазерным нивелиром не требуется ни каких определённых навыков и умений, с ним с лёгкостью сможет работать даже самый неподготовленный человек.
Многие счастливые обладатели лазерных нивелиров уже оценили неоспоримые преимущества этих приборов при проведении работ по разметке в помещениях.
Решение проблем с дневным и солнечным светом
Рано или поздно у каждого пользователя лазерного уровня, возникает необходимость провести разметку на улице, это может быть любое строительство на приусадебном участке, в ландшафтном дизайне земельного участка или при строительстве гаража.
И вот в час «Х» Вы включаете прибор на улице в дневное время, и с досадой обнаруживаете, что луча совершенно не видно уже на 5 метрах, при чём абсолютно не важно, дорогие это или дешёвые лазерные уровни. Да увы, солнечный дневной свет самый губительный для лазера этого класса, но есть несколько выходов из данной ситуации, смотрите их ниже.
В этом случае Вам несомненно поможет приёмник лазерного луча! У большинства лазерных нивелиров есть клавиша, которая переводит прибор в специальный пульсирующий режим, при котором линии начинаю гореть на порядок тусклее. Именно эта функция позволяет работать с лазерным нивелиром на улице при любой степени освещённости.
Приёмник лазерного излучения — это отдельный не большой прибор, они бывают разного размера, дизайна, с ЖК дисплеем и без. Приёмники лазерного излучения практически не поставляются в комплекте с лазерными уровнями, и приобретаются отдельно.
Приёмники идут в комплекте практически с каждым ротационным лазерным нивелиром, это нивелиры предназначенные для работы на большие расстояния до 1000 метров!
Приёмник лазерного излучения имеет специальный встроенный фотоэлемент, который улавливает лазерный луч и показывает его местоположение визуальным и звуковым сигналом, в тот момент, когда луча человеческим глазом не видно.
Диапазон работы с приёмником у каждого лазерного нивелира (имеющего данную функцию) разный, но минимум начинается от 30 метров! Смотрите технические характеристики в обзорах приборов.
Но есть и другие способы помимо непосредственно самого детектора, которые позволят поработать днём на улице с лазерным нивелиром. Полноценной альтернативой приёмнику можно назвать не все способы, но есть один действительно очень схожий и доступный вариант. Давайте рассмотрим каждый из методов по подробнее.
1. Способ
Это использовать какой-нибудь предмет с отражающей поверхностью, лучше всего подходит простая металлическая линейка. Если её повернуть под определённым углом, то лазерная линия будет хорошо видна.
2. Второй вариант подходит только тем, у кого приборы имеют дополнительные лазерные точки, к примеру, как у недорогого китайского нивелира (на фото точка именно этой модели). Дело в том, что концентрация пучка в точке намного больше, чем в линии, поэтому лазерную точку отчётливо видно днём на улице на расстоянии до 15 метров в одну сторону.
3. Способ подходит всем, с любой моделью нивелира. Как вы наверное уже догадались, это разметка в тёмное время суток, и чем темнее это время, тем дальше будет виден лазерный луч.
Поэтому, если Вы задумались или собрались приобрести лазерный уровень, рекомендую перед покупкой сразу определить для себя, потребуется ли производить какие-либо работы на улице при дневном освещении, исходя из этого рассматривать нивелир с функцией или без функции «работы с приёмником».
4. Самый интересный метод определения местоположения лазерного луча на больших расстояниях. Причём разметку можно делать на гораздо большем расстоянии, чем с приёмником, если таковой режим в Вашем нивелире есть.
Да, надо отметить, что этот способ работает абсолютно с каждым лазерным построителем плоскостей, не важно есть у него режим работы с приёмником или нет!
Итак, чтобы произвести разметку на улице, к примеру на 100 метрах нам понадобится простой сотовый телефон с фронтальной камерой, который на сегодняшний день есть практически у каждого.
Далее для обнаружения лазерной линии включаем фронтальную камеру телефона и начинаем сканировать участок, где предположительно проходит линия. При точном попадании лазерного луча на фронтальную камеру, на экране телефона будет видна яркая точка, которая при небольшом смещении телефона вверх или вниз будет угасать.
В тот момент, когда на экране свечение точки будет самым ярким, мы и делаем отметку ровно на против глазка камеры.
Таким образом Вы получаете разметку с минимальной погрешностью, с таким же принципом работы, как и лазерный приёмник.
Для лучшего представления метода, рекомендуем посмотреть следующие видео:
Видео работы с лазерным нивелиром на улице
Приёмники Firecore
Рекомендуемые обзоры и статьи
Вступайте в наш Telegram канал: @izmerilovka и Группу в Контакте, и Вы первыми узнаете о свежих обзорах лазерных нивелиров! Мы надеемся, что наши обзоры помогут Вам определится с выбором и сэкономить деньги.
- Товары
- Клиенты
- Случаи использования
- Переполнение стека Публичные вопросы и ответы
- Команды Частные вопросы и ответы для вашей команды
- предприятие Частные вопросы и ответы для вашего предприятия
- работы Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста
- Талант Нанимать технический талант
- реклама Связаться с разработчиками по всему миру
Загрузка…
- Авторизоваться зарегистрироваться
текущее сообщество
- Переполнение стека Помогите чат
Как работают лазерные принтеры?
Реклама
Крис Вудфорд. Последнее обновление: 23 января 2020 г.
Вы когда-нибудь пробовали писать лучом? света? Звуки невозможно, не правда ли, но это именно то, что делает лазерный принтер когда он делает постоянную копию данных (информации) от вашего компьютер на клочке бумаги. Благодаря научно-фантастическим и шпионским фильмам мы склонны думать о лазерах как невероятно мощные световые лучи которые могут разрезать куски металла или взорвать вражеские космические корабли в вдребезги.Но крошечные лазеры тоже полезны в более забавный способ: они читают звуки и видеоклипы с дисков в CD и DVD плееры и они жизненно важные части большинства офисных компьютеров принтеров. Все готово? Хорошо, давайте подробнее рассмотрим, как лазерные принтеры работай!
Фото: компактный лазерный принтер не выглядит так, как струйный принтер, но он наносит чернила на страницу совершенно по-другому. Струйный принтер использует тепло для вытекания капель влажных чернил из горячих, похожих на шприц трубок, в то время как лазерный принтер использует статическое электричество для переноса сухого порошка чернил, называемого тонером.
Лазерные принтеры похожи на копировальные аппараты
Фото: чернила прилипают к барабану лазерного принтера, как этот шарик прилипает к моему пуловеру: используя статическое электричество.
Лазерные принтерыочень похожи на копировальные аппараты и используют ту же базовую технологию. Действительно, как мы опишем позже в этой статье, первые лазерные принтеры были на самом деле построен из модифицированных копировальных аппаратов. В ксероксе яркий свет используется для точной копии распечатанной страницы.Свет отражается от страницы на светочувствительный барабан; статичное электричество (эффект, который заставляет шар прилипать к вашей одежде, если вы несколько раз) заставляет частицы чернил прилипать к барабану; и чернила тогда переносится на бумагу и «расплавляется» на ее поверхность горячим валки. Лазерный принтер работает практически точно так же, с одно важное отличие: потому что нет оригинальной страницы для копирования, лазер должен выписать это с нуля.
Представьте, что вы заполнили компьютер данными.Информация, которую вы Магазин в электронном формате: каждый кусок данных хранится с помощью электроники с помощью микроскопически небольшого переключающего устройства, называемого транзистор. Работа принтера конвертировать этот электронный данные обратно в слова и картинки: по сути, чтобы включить электричество в чернила. С помощью струйного принтера, легко увидеть, как это бывает: чернильные пистолеты, управляемые электрически, стреляют точными струями чернил на странице. С лазерным принтером все немного сложнее. Электронные данные с вашего компьютера используются для управления лазером луч — и это лазер, который получает чернила на странице, используя статическое электричество в аналогично способу ксерокса.
Как работает лазерный принтер
Когда вы печатаете что-то, ваш компьютер отправляет огромный поток электронные данные (обычно несколько мегабайт или миллион символов) для ваш лазерный принтер. Электронная схема в принтере выясняет что означают все эти данные и как они должны выглядеть на странице. Он сканирует лазерный луч назад и вперед через барабан внутри принтер, создавая образец статического электричества. Статический электричество привлекает на страницу своего рода порошкообразные чернила под названием тонер.Наконец, как и в ксероксе, блок закрепления связывает тонер с бумага.
- миллионов байтов (символов) потока данных в принтер с вашего компьютер.
- Электронная схема в принтере (фактически, маленький компьютер сам по себе) выясняет, как распечатайте эти данные, чтобы они выглядели правильно на странице.
- Электронная схема активирует корону провод. Это высоковольтный провод, который дает статический электрический заряд что-нибудь поблизости.
- Коронный провод заряжает барабан фоторецептора, так что барабан получает положительный заряд равномерно распределен по всей его поверхности.
- Одновременно схема активирует лазер чтобы нарисовать изображение страницы на барабане. Лазерный луч на самом деле не движется: это отскакивает от движущегося зеркала, которое сканирует его над барабаном. Когда лазерный луч попадает в барабан, он стирает положительный заряд, который был там и создает область отрицательного заряда вместо. Постепенно изображение всей страницы накапливается на барабане: где страница должна быть белой, есть области с положительным зарядом; где Страница должна быть черной, есть области с отрицательным зарядом.
- Чернильный валик, касающийся барабана фоторецептора, покрывает его мельчайшими частицами порошкообразных чернил. (Тонер). Тонер получил положительный электрический заряд, поэтому он прилипает к части барабана фоторецептора, которые имеют отрицательный заряд (помните что противоположные электрические заряды притягиваются так же, как противоположные полюса магнита притягивают). Чернила не притягиваются к частям барабана, которые имеют положительный обвинение. Чернильное изображение страницы накапливается на барабане.
- Лист бумаги из бункера на другая сторона принтера направляется к барабану.Пока он движется, бумага получает сильный отрицательный электрический заряд от другого коронирующего провода.
- Когда бумага приближается к барабану, ее отрицательный заряд притягивает положительно заряженные частицы тонера удаляются от барабана. Изображение переносится с барабана на бумагу, но на данный момент тонер частицы просто легко лежат на поверхности бумаги.
- Бумага с чернилами проходит через два горячих ролика (блок закрепления). Тепло и давление от ролики постоянно вплавляют частицы тонера в волокна бумаги.
- Распечатка выходит со стороны копира. Благодаря блоку закрепления бумага остается теплой. Это буквально жарко от прессы!
Кто изобрел лазерные принтеры?
До начала 1980-х годов почти ни у кого не было личного или офисного компьютера; несколько человек, которые сделали «распечатки» (распечатки) на матричных принтерах. Это относительно медленно машины издавали ужасный визг, потому что использовали решетку из крошечного металла иглы, прижатые к красящей ленте, чтобы сформировать формы букв, цифр и символов на странице.Они печатали каждый символ отдельно, построчно, с типичной скоростью около 80 символов (одна строка текста) в секунду, поэтому печать страницы займет около минуты. Хотя это звучит медленный по сравнению с современными лазерными принтерами, это было намного быстрее, чем большинство людей могли выбить буквы и отчеты с пишущей машинкой старого стиля (механическая или электрическая клавиатура печатные машины, которые использовались в офисах для написания писем до того, как доступные компьютеры сделали их устаревшими). Вы все еще время от времени видите банкноты и адресные этикетки, напечатанные точечной матрицей; Вы всегда можете сказать, потому что печать является относительно сырой и состоит из очень видимых точек.В середине 1980-х годов, когда компьютеры стали более популярными в малом бизнесе, люди хотели машины, которые могли бы печатать письма и отчеты так же быстро, как матричные принтеры, но с тем же качеством печати, что и старомодные пишущие машинки. Дверь была открыта для лазерных принтеров!
К счастью, технология лазерной печати уже на подходе. Первые лазерные принтеры были разработаны в конце 1960-х годов Гэри Старквезером из Xerox, который основал свою работу на фотокопировальных устройствах, которые сделали Xerox такой успешной корпорацией.К середине 1970-х годов Xerox производил коммерческий лазерный принтер — модифицированный фотокопировальный аппарат с изображениями, нарисованными лазером — под названием «Довер», который мог печатать около 60 страниц в минуту (по одной в секунду) и продавался за огромную сумму в 300 000 долларов. , К концу 1970-х годов крупные компьютерные компании, в том числе IBM, Hewlett-Packard и Canon, конкурировали в разработке доступных лазерных принтеров, хотя машины, которые они придумали, были примерно в 2–3 раза больше современных — примерно того же размера, что и очень большие копировальные аппараты.
Две машины были ответственны за превращение лазерных принтеров в предметы массового спроса. Один был LaserJet, выпущенный Hewlett-Packard (HP) в 1984 году по относительно доступной цене 3495 долларов. Другой, Apple LaserWriter, изначально стоил почти вдвое дороже ($ 6995), когда был выпущен в следующем году для сопровождения компьютера Apple Macintosh. Несмотря на это, он оказал огромное влияние: Macintosh был очень прост в использовании, и с относительно недорогим программным обеспечением для настольных издательских систем и лазерным принтером это означало, что почти каждый мог выпускать книги, журналы и все, что угодно, на что можно печатать. бумага.Xerox, возможно, разработал технологию, но это были HP и Apple, которые продали ее миру!
Первый лазерный принтер
Окунувшись в архив Управления по патентам и товарным знакам США, я обнаружил один из оригинальных дизайнов лазерных принтеров Гэри Старквезера, запатентованный 7 июня 1977 года. Чтобы было легче следить, я его раскрасил и аннотировал проще, чем технический чертеж в оригинальном патенте (если вы хотите, вы можете найти полную информацию под Патент США 4027961: устройство для копирования / растрового сканирования).
То, что у нас есть, по сути, это лазерное сканирующее устройство (синего цвета), расположенное на вершине довольно обычного большого офиса. ксерокс (красного цвета). В дизайне Starkweather лазерный сканер скользит по стеклянному окну копировального аппарата и снимается с него. (место, где вы обычно кладете свои документы лицевой стороной вниз), поэтому тот же аппарат можно использовать как лазерный принтер или копир — предвосхищение офисных машин «все в одном» примерно на 20–25 лет.
Работа: оригинальный лазерный принтер Гэри Старквезера от Патент США 4027961: Аппарат для копирования / растрового сканирования, любезно предоставленный Бюро по патентам и товарным знакам США.
Как это работает?
- Лазерный сканер создает изображение.
- Изображение передается через стеклянное окно копира в механизм копира под ним.
- Изображение отражается зеркалом.
- Объектив фокусирует изображение.
- Второе зеркало снова отражает изображение.
- Изображение передается на ленту фотокопировального устройства.
- Блок разработчика преобразует изображение в печатную форму.
- Изображение для печати переносится на бумагу.
- Фьюзер навсегда запечатывает изображение на странице, которая выходит в стойку для сбора в верхней части машины.
Лазерные принтеры вредны для вас?
Я имел обыкновение делить офис с кем-то, кто отказывался делить наш офис с лазерным принтером; мы должны были перенести нашу машину в шкаф и держать дверь плотно закрытой. Такое беспокойство далеко не редкость, но это просто суеверие? Как мы видели выше, в лазерных принтерах используются твердые чернила, называемые тонером, которые могут стать источником пыльных, мелких частиц (помните, что сажевые частицы, выделяемые такими вещами, как выхлопные трубы автомобилей, являются одним из наиболее тревожных компонентов в городских условиях. загрязнение воздуха).Один Недавнее исследование показало, что некоторые принтеры испускают около 10 миллиардов частиц на печатную страницу (хотя важно отметить, что тип и количество выбросов частиц сильно различаются от модели к модели). Они также производят летучие органические соединения (ЛОС) и газ под названием озон (очень реактивный тип кислорода с химической формулой O3), который является токсичным и при достаточно высоких концентрациях оказывает различное воздействие на здоровье. К счастью, озон относительно быстро превращается в обычный кислород (O2) внутри зданий.
Представляют ли принтеры и копиры какой-либо риск для нашего здоровья? Было проведено несколько научных исследований; Несмотря на то, что результаты неоднозначны, они, похоже, говорят о целесообразности принятия мер предосторожности, таких как размещение вашего принтера далеко от рабочей станции, если вы часто его используете, и обеспечение хорошей вентиляции. Вы также должны быть очень осторожны при замене картриджей с тонером или при обращении с пустыми. Вы найдете список последних исследований в дальнейшем чтении ниже.
Узнайте больше
На этом сайте
На других сайтах
статей
- Точек отслеживания принтера Назад в новостях Сета Шона.Electronic Frontier Foundation, 6 июня 2017 г. Действительно ли принтеры записывают секретную информацию отслеживания на каждой странице?
- Заправьте свой собственный картридж с тонером и сохраните пакет: Wired, 28 февраля 2012 г. Заправить струйные картриджи легко, но какой лазерный тонер?
- Струйная или лазерная печать: что экономичнее? Дэвид Робинсон, The Guardian, 30 марта 2013 г. Можете ли вы сэкономить, перейдя от струйного принтера к лазерному? Согласно этой статье, да, если вы печатаете в относительно большом объеме (более 2000 черно-белых страниц в год).
- Laser ‘unprinter’ стирает фотокопированные чернила с бумаги: BBC News, 15 марта 2012 г. Как новый экспериментальный «принтер» использует короткие импульсы лазерного света для удаления чернил с бумаги.
- Миф о творении Малкольма Гладуэлла. Житель Нью-Йорка, 16 мая 2011 года. История изобретения лазерного принтера Гари Старквитера и корпоративной инерции, которую он должен был преодолеть.
- Очарование лазерных принтеров Питер Х. Льюис. The New York Times, 20 ноября 1984 года. Эта старая статья из архива Times описывает появление в 1984 году доступных лазерных принтеров.
книг
- Подземное руководство по лазерным принтерам от Flash Magazine. Peachpit Press, 1993. Практическое руководство о том, как заставить принтеров работать. Старые, но полезные, и все же легко найти на сайтах подержанных книг.
Лазерные принтеры и здоровье
Вот подборка последних работ, перечисленных на Pubmed:
Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты.
Статьи с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным наказаниям.
Авторские права на текст © Chris Woodford 2007, 2019. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.
Следуйте за нами
Поделиться этой страницей
Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать об этом друзьям:
Цитировать эту страницу
Вудфорд, Крис.(2007/2019) Лазерные принтеры. Получено с https://www.explainthatstuff.com/laserprinters.html. [Доступ (Укажите дату здесь)]
Подробнее на нашем сайте …
,| Области науки | Физика |
| Сложность | |
| Время, необходимое | Очень короткий (≤ 1 день) |
| Предпосылки | нет |
| Доступность материалов | Комплект, содержащий специальные предметы, необходимые для этого проекта, можно приобрести у нашего партнера Home Science Tools. |
| Стоимость | Средний ($ 40- $ 80) |
| Безопасность | Рекомендуется наблюдение за взрослыми. Даже маломощные лазеры могут привести к необратимому повреждению глаз. Пожалуйста, внимательно просмотрите и следуйте Руководство по лазерной безопасности. |
Аннотация
Знаете ли вы, что вы можете выяснить, сколько сахара в жидкости, даже не пробуя его? В этом научном выставочном проекте вы узнаете, как измерить концентрацию сахара, растворенного в жидкости, с помощью лазерной указки, полой призмы и некоторой физики.Вы узнаете, как преломление или изгиб света являются ключом к измерению содержания сахара в жидкости с помощью лазерной указки.Цель
Определите концентрацию сахара в жидкости, через которую вы можете видеть, например, в воде или фруктовом соке, с помощью измерение показателя преломления раствора.
Поделитесь своей историей с друзьями по науке!
Да, Я сделал этот проект! Пожалуйста, войдите (или создайте бесплатную учетную запись), чтобы сообщить нам, как все прошло.Планируете ли вы сделать проект от друзей науки?
Вернитесь и расскажите нам о своем проекте, используя ссылку «Я сделал этот проект» для выбранного вами проекта.
Вы найдете ссылку «Я сделал этот проект» в каждом проекте на веб-сайте Science Buddies, поэтому не забудьте поделиться своей историей!
Кредиты
Андрей Олсон, тел.D, друзья науки.
Под редакцией Роуз Леопольд и Терик Дейли, Science Buddies.
Информация о создании полой призмы для этого проекта поступила от:
- Edmiston, M.D., 2001. «Жидкая призма для исследования показателей преломления» Журнал химического образования 78 (11): 1479-1480.
MLA Style
Штат научных друзей. «Измерение содержания сахара в жидкости с помощью лазерной указки». друзей науки , 23 июня 2020 года, https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Phys_p028/physics/measuring-sugar-content-of-a-liquid-with-a-laser-pointer. Доступ 1 августа 2020 г.
APA Style
Штат научных друзей. (2020, 23 июня). Измерение содержания сахара в жидкости с помощью лазерной указки. Полученное из https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Phys_p028/physics/measuring-sugar-content-of-a-liquid-with-a-laser-pointer
Дата последнего редактирования: 2020-06-23
Введение
Вы, возможно, видели странный эффект «изгиба», когда вы кладете соломинку (или карандаш) в стакан с водой: солома, кажется, изгибается на границе между воздухом и водой. Сравните два изображения на рисунке 1 и посмотрите, замечаете ли вы что-то другое между ними.
Рисунок 1. Эти два изображения иллюстрируют преломление жидкостями. Один стакан содержит простую воду, а другой — сахарную воду. Какое стекло имеет какую жидкость? (Wood, 2003) (Изображения © Robin Wood, 2003, использованы с разрешения.)
Соломинки на Рисунке 1 выше, кажется, изгибаются из-за явления, называемого преломлением , изгибом волны, когда она проходит от одного материала к другому. Волны распространяются с разными скоростями через разные среды (например, воздух и воду), и эта разница в скорости заставляет волну преломляться, когда она переходит из одного материала в другой.По мере того как световые волны распространяются из воды в воздух, волна преломляется, что делает соломинки на Рисунке 1 выше изогнутыми или сломанными.
Вы видите, что преломление отличается в двух частях рисунка 1 выше? Это потому что один стекло заполнено более плотным раствором, чем другой. Чем плотнее среда, тем медленнее волна путешествует через среду. Скорость, с которой световая волна проходит через среду, определяется количественно в показатель преломления , n , этой среды.Он представляет собой соотношение между скоростью свет в вакууме и скорость света в среде интереса. Например, показатель преломления воздуха в 1.00028, так что свет распространяется в вакууме в 1.00028 раз быстрее, чем в воздухе.
Величина преломления или то, насколько изгибается световая волна, когда она перемещается из одной среды в другую, связан с показателями преломления математической формулой Закон Снелла . Мы будем используйте рисунок 2, чтобы понять закон Снелла.Рисунок 2 показывает луч света (красная линия на рисунке 2) переход от воздуха (белый) к воде (синий). Закон Снелла использует угол светового луча, попадающего в материал, угол наклона , 99513, , 1 , и показатели преломления двух материалов. (воздух и вода, в данном случае), чтобы рассчитать, сколько луч света будет преломляться, когда он проходит от одного материал в другой. «Сколько света преломляется» математически выражается как угол, называемый угол преломления , 2 .Обратите внимание, что как угол падения, так и угол преломление измеряется от линии, перпендикулярной поверхности, с которой свет взаимодействует. Эта линия называется нормалью поверхности, или просто нормалью (пунктирная серая линия на рисунке 2).
Рисунок 2. Иллюстрация закона Снелла. Закон Снелла имеет четыре переменные: показатель преломления материал 1, n 1 (воздух, в этом примере), показатель преломления материала 2, n 2 (вода, в этом примере), угол падения, θ 1 и угол преломления, θ 2 .Если вы знаете три из четырех переменных, вы можете использовать Закон Снелла для вычисления неизвестной переменной.
В форме уравнения закон Снелла выглядит следующим образом:
Уравнение 1:
Индекс преломления материала 1 × sin ( угол падения )=
Индекс преломления материала 2 × sin ( угол преломления )
n 1 sin θ 1 = n 2 sin θ 2
- n 1 = показатель преломления материала 1 (без единиц, поскольку это соотношение)
- θ 1 = угол падения (градусы или радианы)
- n 2 = показатель преломления материала 2 (без единиц измерения, так как это соотношение)
- θ 2 = угол преломления (градусы или радианы)
Закон Снелла говорит нам, что чем больше разница между показателями преломления двух материалов, чем больше свет изгибается.Если при растворении сахара в воде образуется раствор с более высокой плотностью , чем у , чем у одной воды, можете ли вы сказать, какое стекло на рис. 1 выше содержит обычную воду, а какое — сахарная вода?
Если бы световая волна проходила через призму , заполненную водой , можете ли вы нарисовать, как она будет быть преломленным?
В этом научном проекте вы будете использовать физику рефракции для измерения содержания чистого жидкий раствор (например,яблочный сок или прозрачный газированный напиток) с помощью лазерной указки и полой призмы. Рисунок 3, показывает картину базовой установки эксперимента.
Рисунок 3. Вид с высоты птичьего полета установки для измерения показателя преломления жидкости с помощью лазерной указки и полой треугольной призмы.
Когда в призме нет жидкости, кажется, что лазер светит прямо к стене. См. Рисунок 4. Преломление происходит, когда лазерный луч пересекает стенки призмы, но стенки призмы настолько тонкие, что мы не можем видеть преломление.
Рисунок 4. Когда призма пуста, лазерный луч (красная линия) проходит прямо через призму к стене. (Не в масштабе.)
Но когда призма заполнена жидкостью, лазер преломляется дважды, как показано на рисунке 5.
На схеме показан вид сверху вниз лазера с лазерной указкой, сияющей в треугольную призму, заполненную прозрачной жидкостью. Когда лазерный луч входит в призму, он преломляется и поворачивается вверх.Лазерный луч снова поворачивается вверх, когда он выходит из призмы, и выходящий луч попадает в стену над исходной начальной точкой лазера.
Рисунок 5. Когда призма заполнена жидкостью, лазерный луч, попадающий в призму (красная линия), преломляется, образуя преломленный луч (синяя линия). Лазерный луч преломляется во второй раз при выходе призма как возникающий луч (оранжевая линия). Как показано на вставке, угол минимального отклонения θ мд является углом между падающим лазерным лучом и выходящим лучом, выходящим из призмы.(Не в масштабе).
Используя настройки, показанные на рисунках 3, 4 и 5, вы выполните измерения, которые позволят вам рассчитать угол минимального отклонения , θ мД . Угол минимального отклонения является наименьшим возможный угол между падающим лучом (красная линия) и выходящим лучом (оранжевая линия), и это происходит, когда свет, проходящий через призму (сплошная синяя линия), параллелен основанию призмы, как показано на Рисунок 5 выше.
Из θ md вы можете рассчитать показатель преломления, используя уравнение 2, индекс уравнения преломления. Вы можете вывести уравнение 2, применив закон Снелла дважды (по одному разу световая волна меняет среды), а затем с помощью алгебры, тригонометрических тождеств, и тот факт, что призма равносторонняя.
Уравнение 2:
n = n воздух × sin [0,5 ( θ md + θ p )] / sin (0.5 θ p )- n = показатель преломления раствора (без единиц измерения, так как это соотношение)
- n воздух = показатель преломления воздуха (без единиц измерения, так как это соотношение)
- θ md = угол минимального отклонения (градусы или радианы)
- θ p = верхний угол призмы (градусы или радианы)
Выше уравнение 2 на первый взгляд выглядит сложным, но на самом деле все не так плохо.θ мд является угол минимального отклонения, который вы будете измерять (мы покажем вам, как в экспериментальной Процедура). θ p — это угол вершины призмы или угол между сторонами призмы. Поскольку призма представляет собой равносторонний треугольник, угол вершины составляет 60 °. В уравнении 3 мы имеем заменил 60 ° на р .
Уравнение 3:
n = n воздух × sin [0,5 ( θ md + 60 °)] / sin (30 °)
В уравнении 4 мы добавили числовое значение показателя преломления воздуха (n воздух = 1.00028). Синус 30 ° равен 0,5, и это добавляется в уравнение 4.
Уравнение 4:
n = 1.00028 × sin [0.5 ( θ md + 60 °)] / 0.5
Наконец, мы упрощаем числовые термины, чтобы получить уравнение 5, которое вы будете использовать.
Уравнение 5:
n = 2.00056 × sin [0,5 ( θ md + 60 °)]- n = показатель преломления раствора (без единиц измерения, так как это соотношение)
- θ md = угол минимального отклонения (градусы)
Чтобы использовать приведенное выше уравнение 5, введите измеренное значение для θ md , добавьте 60 ° и умножьте результат на 0.5. Затем возьмите синус результата и умножьте на 2.00056, и вы получите желаемый индекс преломление.
Термины и Понятия
Чтобы сделать этот проект, вы должны провести исследование, которое позволит вам понять следующие термины и концепции:
- Преломление
- Показатель преломления
- Закон Снелла
- Угол падения
- Угол преломления
- Плотность
- Prism
- Угол минимального отклонения
Вопросы
- Различают ли световые волны разной длины одинаковое количество?
- Зачем вам использовать лазер в этом научном проекте, вместо другого источника света? Помните что лазер имеет ровно одну длину волны света.
Библиография
Простое краткое изложение закона Снелла (для этого требуется версия «вставь числа и посчитай») проект):
- Кайзер, П. (2005). Закон Снелла, Радость зрительного восприятия. Получено 13 июля 2012 г.
Довольно всеобъемлющий учебник, который строит интуитивное понимание закона Снелла с использованием высокой математика школьного уровня:
В этой ссылке рассматриваются призмы и угол минимального отклонения:
.- неф, р.2010. Призмы, гиперфизика. Получено 29 августа 2012 г.
Лента новостей на эту тему
Примечание: Компьютеризированный алгоритм сопоставления предлагает вышеупомянутые статьи. Он не такой умный, как вы, и иногда может давать юмористические, смешные или даже раздражающие результаты! Узнайте больше о новостной лентеЧасто задаваемые вопросы (FAQ)
В: Насколько близко к стене должны быть установлены моя призма и лазерная указка?
A: Вы должны установить лазерную указку и призму в двух-трех футах от стены.Это позволит вам легко измерить расстояние между точками на столе и точками на стене.
В: Когда я пропускаю лазерную указку через призму, я вижу красную линию, а не красную точку на стене. Как я могу это исправить?
A: Возможно, лазер светит через угол призмы или лазерная указка не перпендикулярна стене. Сначала убедитесь, что лазерная указка перпендикулярна стене. Если у вас все еще есть эта проблема, когда лазерный указатель перпендикулярен стене, проблема, вероятно, связана с ориентацией призмы.Вращайте призму, пока не увидите красную точку на стене вместо красной линии.
В. Я не вижу преломленный луч в призме. Где это находится?
A: Луч находится между точками d и e. Когда призма заполнена простой водой, луч может быть трудно различим. Преломленный луч станет легче увидеть, когда вы добавите больше сахара в раствор. Попробуйте посмотреть на призму сверху; иногда это облегчает видение луча. Также может оказаться полезным выровнять прямой край (например, линейку) по точкам d и e на вершине призмы, чтобы вы знали, где искать луч.Вы также можете попытаться добавить щепотку немолочного крема в простую воду, чтобы луч был лучше виден.
A: Сначала выясните, какие единицы измерения использует калькулятор для измерения углов. Для этого нажмите синюю кнопку «Меню» в верхнем правом углу калькулятора. виртуальная клавиатура. Строка «Угол» показывает «DEG» для градусов, «RAD» для радианов и «GRAD» для градианов. Нажмите на единицу измерения, в которой вы измерили ваши углы, и затем нажмите «Готово», серую кнопку в правом нижнем углу виртуального дисплея калькулятора.Затем нажмите кнопку «atan» в левом верхнем углу виртуальной клавиатуры, введите x, нажмите кнопку «÷», введите L, нажмите кнопку «)» и нажмите знак «=». Ответ, который вы получите от этого, — это угол минимального отклонения θmd в любых выбранных вами единицах измерения.
В: Я не могу заставить свой лазер постоянно попадать в ту же точку на стене, когда она проходит через пустую призму. Как это исправить?
A: Ваш лазер, вероятно, недостаточно плотно прикреплен к тому, на чем он сидит.Поверните лазер так, чтобы кнопка включения / выключения была направлена вверх, а затем надежно закрепите лазерную указку на месте несколькими кусочками маскирующей ленты. Убедитесь, что он не может поворачиваться слишком сильно в любом направлении, и будьте осторожны, чтобы не перемещать лазерную указку при включении и выключении. Кроме того, если вы прикрепили свою лазерную указку к объекту (например, куску картона), чтобы поднять его с поверхности стола, используйте липкую ленту для закрепления этого объекта на столе.
В. Вопрос: преломленный луч (видимый в точке а) не двигается, когда я пробую разные уровни сахара.Что я должен делать?
A: точка a не будет сильно переходить от решения к решению; сдвиги будут незначительными. Убедитесь, что ваша бумага надежно прикреплена к стене, что вы очень осторожны в своих измерениях и не перемещаете лазер. Точка А может перемещаться только на 1/2 сантиметра от одного раствора к другому, так что это нормально, если вы не видите больших различий.
В: Я не получаю 1,334 в качестве показателя преломления для воды.Я делаю что-то неправильно?
A: Это совершенно нормально, если вы не получите точно 1.334 в качестве показателя преломления. Пока вы последовательны в своих измерениях, вы можете сравнивать показатели преломления различных образцов сахара.Ваш измеренный показатель преломления может быть отключен из-за неточностей в сборе данных или проблем в ваших расчетах. Если у вас есть значение около 1.334, в диапазоне от 1.32 до 1.34, ваша ошибка, скорее всего, связана с вашими измерениями, но хорошо бы дважды проверить ваши расчеты.
Если ваш показатель преломления очень далек от 1.334, у вас, вероятно, есть проблема в ваших вычислениях. Вам следует переделать свои расчеты (обращая внимание на порядок операций и проверяя согласованность единиц). Также убедитесь, что эксперимент установлен правильно и что вы измеряете правильные расстояния.
Задайте вопрос эксперту
Свяжитесь с нами
Если вы приобрели комплект для этого проекта у Science Buddies, мы с удовольствием ответим на любой вопрос, который не был рассмотрен в ответах на часто задаваемые вопросы. В своем письме, пожалуйста, следуйте этим инструкциям:
- Какой у вас номер заказа набора Science Buddies?
- Пожалуйста, опишите, как вам нужна помощь настолько подробно, насколько это возможно:
Примеры
Хороший вопрос Я пытаюсь выполнить Экспериментальную процедуру, шаг № 5, «Очистить изоляцию от провода …» Как я знаю, когда я достаточно соскоб?
Хороший вопрос Я на этапе 7 экспериментальной процедуры «Переместите магнит назад и вперед., . «и светодиод не горит.
Плохой вопрос Я не понимаю инструкции. Помогите!
Хороший вопрос Я покупаю свои материалы. Могу ли я заменить диод 1N34 вместо диода 1N25? в списке материалов?
Плохой вопрос Могу ли я использовать другую деталь?
Связаться с нами