Akceptuję
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczone w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności

Zamknij X
PCI
Strona główna Artykuły
Dodatkowy u góry
Labro na dole

LIDAR – rozpraszanie ramanowskie

Rozpraszanie ramanowskie jest rozpatrywane i wykorzystywane szczególnie w nauce oraz sektorze badawczo-rozwojowym. Jednak mało kto wie, że zastosowanie tej części optyki jest wykorzystywane na większą skalę, nie tylko laboratoryjną. Szczególnym i bardzo szerokim zastosowaniem cieszy się LIDAR, który oparty jest na spektroskopii ramanowskiej. Jego zastosowanie jest szerokie i bardzo użyteczne.

Rozpraszanie światła jest zjawiskiem równie często wykorzystywanym, jak absorpcja. Jednak mimo wszystko zagadnienie to jest rzadziej poruszane w literaturze.  Rozpraszanie światła, a mianowicie fal elektromagnetycznych, to także zjawisko oddziaływania światła z materią (analogicznie do absorpcji), w wyniku którego następuje zmiana kierunku rozchodzenia się światła, z wyjątkiem zjawisk opisanych przez odbicie i załamanie światła. Wywołuje złudzenie tzw. świecenia ośrodka. Rozproszenie jest zjawiskiem na podstawie, którego można określić rodzaj cząsteczek na jakich zaszło rozszczepienie, jak i użyć to zjawisko do ich badania. Badania te należą również do badań spektroskopowych.

Jednostką silnie wspomagającą badania oparte na rozproszeniu światła jest laser. Układ pomiarowy do analizy ramanowskiej z wykorzystaniem lasera został przedstawiony poniżej (Rys. 1). Próbka badana oświetlana jest przez monochromatyczny laser. Światło padając na próbkę ulega rozproszeniu. Rozproszenie to jest analizowane przez monochromator z siatka dyfrakcyjną i fotopowielacz. Analiza polega na porównaniu otrzymanych wartości rozproszenia szerokiego zakresu podczerwieni z wartościami znanych związków chemicznych.

Rozproszenie ramanowskie może być wykorzystane także do analizy jakościowej, która jest stosunkowo prosta dla nieskomplikowanych związków chemicznych np. CH4, O2, H2, CO, NO, H2S i innych. Nieco trudniejsza jest analiza ilościowa oparta na rozproszeniu.




Rys. 1. Schemat układu pomiarowego do badania składu próbek metodą rozpraszania ramanowskiego

LIDAR

Laser jest powszechnie znanym urządzeniem emitującym promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu światła widzialnego, ultrafioletu lub podczerwieni, wykorzystujące zjawisko emisji wymuszonej [1]. Promieniowanie lasera spełnia następujące warunki [2, 3, 4]:
•    jest spójne,
•    zazwyczaj spolaryzowane
•    ma postać wiązki o bardzo małej rozbieżności
•    daje promieniowanie o bardzo małej szerokości linii emisyjnej,
•    bardzo duża moc w wybranym, wąskim obszarze widma.

W laserach impulsowych można uzyskać bardzo dużą moc w impulsie i bardzo krótki czas trwania impulsu. Takie lasery mogą mieć zastosowanie jako radary świetlne przez pomiar czasu przelotu światła od źródła do czynnika go rozpraszającego i z powrotem do detektora można określić odległość w jakiej znajduje się od źródła czynnik rozpraszający. Mała rozbieżność przestrzenna próbki pozwala na określenie konkretnie kierunku w którym znajdował się czynnik rozpraszający światło. Stąd też taki laserowy radar zwany jest LIDARem. Laser ten znany jest także jako tzw. laser barwnikowy o zmiennej częstotliwości emitowanego promieniowania. Co raz częściej spotyka się określenie lotniczy skaning laserowy, który jest jedną z najnowocześniejszych technik pozyskiwania danych dla numerycznego modelu terenu. Wady i zalet tego typu laseru zebrano w Tabeli 1.



Tabela 1. Wady i zalety pomiaru LIDAR



Rys. 1. Lidar znajdujący się w ośrodku Starfire Optical Range w Meksyku [5]

Budowa LIDAR

Laser wysyła poprzez specjalny układ optyczny bardzo krótkie i dokładnie odmierzone, ale silne impulsy światła o konkretnej długości fali i w określonym kierunku (Rys. 2). Światło to przechodząc przez ośrodek ulega po drodze rozproszeniu, które odbierane jest przez rejestrator, znajdujący się w tym samym urządzeniu, a następnie wykrywane za pomocą detektora, wspomaganego przez fotodiody lub fotopowielacze, otrzymywane jest sygnał prądowy proporcjonalny do natężenie zaobserwowanego rozproszonego światła. Otrzymane dane są następnie analizowane przez program komputerowy. Otrzymane widma są analogiczne do widm otrzymanych przy pomiarze absorpcji. Lidar jest często połączeniem lasera z teleskopem. LIDAR wykorzystuje tzw. rezonansowe zjawisko Ramana.




Rys. 2 Schemat układ pomiarowego LIDARu

Rodzaje LIDAR

Zasadniczo, wyróżnia się dwa typy laserów LIDAR:
  1. Dużo częściej wykorzystywany laser impulsowy, w którym do obliczenia odległości, mierzony jest czas pomiędzy wysłaniem a odbiorem impulsu laserowego. Kolejny impuls jest wysyłany po odbiorze poprzedniego.
  2. Laser CW (continuous wave) o ciągłej emisji światła, w których mierzone są różnice faz pomiędzy impulsem wysłanym i odbieranym.

Zastosowanie LIDAR [6, 7]

LIDAR służy do badania atmosfery np. wyznaczania przejrzystości powietrza, badania koncentracji zanieczyszczeń w atmosferze i detekcji ich składu, wykrywania obszarów o odmiennej temperaturze, pomiaru ruchów powietrza na dużych odległościach itp.. Wykorzystanie go do badania składu atmosfery umożliwia prowadzenie badań w miejscach praktycznie niedostępnych, w bardzo trudnych warunkach pomiarowych np. w pobliżu fabryk i co najważniejsze pozwala monitorować zanieczyszczenia nie zależnie od przedsiębiorstw.

  • Pozwala wyznaczenie powierzchni terenu: w trakcie przelotu samolotu o znanych współrzędnych rejestruje się prostokątny pas terenu w płaszczyźnie poprzecznej do kierunku lotu.
  • Projektowanie przebiegu tras drogowych, kolejowych, rurociągów,
  • Rejestracja linii wysokiego napięcia i wykrywanie kolizji z koronami drzew,
  • Generowanie numerycznego modelu pokrycia terenu dla terenów leśnych (planowanie dróg, systemów odwadniających),
  • Mapy powodziowe,
  • Generowanie numerycznego modelu pokrycia terenu dla terenów zabudowanych, generowanie modeli 3D dla miast (planowanie położenia anten, rozprzestrzenianie się hałasu i zanieczyszczeń),
  • Rejestracja i ocena zniszczeń po katastrofach: huragany, trzęsienia ziemi, powodzie,
  • Pomiar powierzchni zaśnieżonych i pokrytych lodem, monitorowanie lodowców,
  • Pomiar terenów podmokłych,
  • Pomiar mas ziemnych (hałdy, wysypiska śmieci),
  • Pozyskiwanie parametrów roślinności: wysokość drzew, średnica koron, gęstość zalesienia, określenie biomasy, granic lasów,
  • Pomiary hydrograficzne do głębokości 70 m.
  • Wykrywanie pozostałości obiektów archeologicznych.

Autor: Karolina Wójciuk


LITERATURA:

[1]  Bertolotti, Mario (1999, trans. 2004). The History of the Laser, Institute of Physics
[2] Gould, R. Gordon (1959). "The LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation". In Franken, P.A. and Sands, R.H. (Eds.). The Ann Arbor Conference on Optical Pumping, the University of Michigan, 15 June through 18 June 1959. p. 128.
[3]  Csele, Mark (2004). Fundamentals of Light Sources and Lasers, Wiley
[4]Siegman, Anthony E. (1986). Lasers, University Science Books
[5]http://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Starfire_Optical_Range_-_sodium_laser.jpg
[6] http://pl.wikipedia.org/wiki/LIDAR_(fotogrametria)
[7] Siemiański M. Fizyka zagrożeń środowiska. Wydawnictwo Naukowe PWN. 1994





Tagi: LIDAR, rezonansowe zjawisko Ramana, laser, lab, laboratorium, biotechnologia, fotopowielacz, rejestrator
Drukuj PDF
wstecz Podziel się ze znajomymi

Recenzje



Informacje dnia: Jazda na rolkach - Czy jest dobrym sportem? Polimer o właściwościach przeciwgrzybiczych Stypendia ministra nauki dla niemal 400 studentów Skuteczniejsze leczenie chorych na nowotwory krwi Tylko 36% transgranicznych wód podziemnych ma ochronę Technologia ultradźwiękowa w diagnostyce chorób Jazda na rolkach - Czy jest dobrym sportem? Polimer o właściwościach przeciwgrzybiczych Stypendia ministra nauki dla niemal 400 studentów Skuteczniejsze leczenie chorych na nowotwory krwi Tylko 36% transgranicznych wód podziemnych ma ochronę Technologia ultradźwiękowa w diagnostyce chorób Jazda na rolkach - Czy jest dobrym sportem? Polimer o właściwościach przeciwgrzybiczych Stypendia ministra nauki dla niemal 400 studentów Skuteczniejsze leczenie chorych na nowotwory krwi Tylko 36% transgranicznych wód podziemnych ma ochronę Technologia ultradźwiękowa w diagnostyce chorób

Partnerzy

GoldenLine Fundacja Kobiety Nauki Job24 Obywatele Nauki NeuroSkoki Portal MaterialyInzynierskie.pl Uni Gdansk MULTITRAIN I MULTITRAIN II Nauki przyrodnicze KOŁO INZYNIERÓW PB ICHF PAN FUNDACJA JWP NEURONAUKA Mlodym Okiem Polski Instytut Rozwoju Biznesu Analityka Nauka w Polsce CITTRU - Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu Akademia PAN Chemia i Biznes Farmacom Świat Chemii Forum Akademickie Biotechnologia     Bioszkolenia Geodezja Instytut Lotnictwa EuroLab

Szanowny Czytelniku!

 
25 maja 2018 roku zacznie obowiązywać Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r (RODO). Potrzebujemy Twojej zgody na przetwarzanie Twoich danych osobowych przechowywanych w plikach cookies. Poniżej znajdziesz pełny zakres informacji na ten temat.
 
Zgadzam się na przechowywanie na urządzeniu, z którego korzystam tzw. plików cookies oraz na przetwarzanie moich danych osobowych pozostawianych w czasie korzystania przeze mnie ze strony internetowej Laboratoria.net w celach marketingowych, w tym na profilowanie i w celach analitycznych.

Kto będzie administratorem Twoich danych?

Administratorami Twoich danych będziemy my: Portal Laboratoria.net z siedzibą w Krakowie (Grupa INTS ul. Czerwone Maki 55/25 30-392 Kraków).

O jakich danych mówimy?

Chodzi o dane osobowe, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług w tym zapisywanych w plikach cookies.

Dlaczego chcemy przetwarzać Twoje dane?

Przetwarzamy te dane w celach opisanych w polityce prywatności, między innymi aby:

Komu możemy przekazać dane?

Zgodnie z obowiązującym prawem Twoje dane możemy przekazywać podmiotom przetwarzającym je na nasze zlecenie, np. agencjom marketingowym, podwykonawcom naszych usług oraz podmiotom uprawnionym do uzyskania danych na podstawie obowiązującego prawa np. sądom lub organom ścigania – oczywiście tylko gdy wystąpią z żądaniem w oparciu o stosowną podstawę prawną.

Jakie masz prawa w stosunku do Twoich danych?

Masz między innymi prawo do żądania dostępu do danych, sprostowania, usunięcia lub ograniczenia ich przetwarzania. Możesz także wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych, zgłosić sprzeciw oraz skorzystać z innych praw.

Jakie są podstawy prawne przetwarzania Twoich danych?

Każde przetwarzanie Twoich danych musi być oparte na właściwej, zgodnej z obowiązującymi przepisami, podstawie prawnej. Podstawą prawną przetwarzania Twoich danych w celu świadczenia usług, w tym dopasowywania ich do Twoich zainteresowań, analizowania ich i udoskonalania oraz zapewniania ich bezpieczeństwa jest niezbędność do wykonania umów o ich świadczenie (tymi umowami są zazwyczaj regulaminy lub podobne dokumenty dostępne w usługach, z których korzystasz). Taką podstawą prawną dla pomiarów statystycznych i marketingu własnego administratorów jest tzw. uzasadniony interes administratora. Przetwarzanie Twoich danych w celach marketingowych podmiotów trzecich będzie odbywać się na podstawie Twojej dobrowolnej zgody.

Dlatego też proszę zaznacz przycisk "zgadzam się" jeżeli zgadzasz się na przetwarzanie Twoich danych osobowych zbieranych w ramach korzystania przez ze mnie z portalu *Laboratoria.net, udostępnianych zarówno w wersji "desktop", jak i "mobile", w tym także zbieranych w tzw. plikach cookies. Wyrażenie zgody jest dobrowolne i możesz ją w dowolnym momencie wycofać.
 
Więcej w naszej POLITYCE PRYWATNOŚCI
 

Newsletter

Zawsze aktualne informacje