Bolómetro
V2.0

Medidor de potencia para láser

domingo,
17 de abril de 2011

10:57

Una de las
técnicas para medir la potencia de un láser se basa en la convección de un
cuerpo que absorbe la luz o radiación electromagnética procedente del láser o
cualquier otra fuente de radiación.

Algunos
detalles de construcción se omiten por estar ya publicados con la versión 1.0
del bolómetro, ver enlace http://alfon.fansub.org/bolometro/bolometro.html

En este caso
se usa el efecto Seebeck para medir las diferencias de temperatura, usando
termopares tipo J que son fáciles de conseguir.

Las
especificaciones según wiki:

El Tipo
J  tenemos un rango de -40 a 750, con una
respuesta de 52uV/ºC

Al ser tan
poco voltaje se hace necesario usar un amplificador operacional con una
ganancia que coincida en una escala que pueda ser medible e interpretado
fácilmente por el usuario.

Se puede
elegir para empezar una escala que nos proporcione 1 voltio de salida por cada
Watio que reciba el bolómetro.

Con un
simple tester podemos medir  mínimo
100uV, por lo tanto tendremos una resolución que equivaldrá a 100uW, en la
escala de 200mV con un máximo de 0,2W, en la siguiente escala del tester
medimos en rangos de 1mV, por lo tanto 1mW y con un máximo de 2 Watios.

Nota: Existe
la máxima temperatura que puede alcanzar el bolómetro por efectos de la pintura
que lleva, se puede quemar si se excede los 100 grados, por lo tanto estará
limitada a una determinada potencia.

Cálculos
para determinar el multiplicador a usar:

La
emisividad la podemos variar según la pintura, desde 0,9 hasta lo más mate y
negro posible que puede llegar a 0,95. El bolómetro tiene una medida de
20X20mm, por lo tanto 0,0004 m^2, y el coeficiente de convección lo redondeamos
a 70.

La sonda
tipo J tiene unos 52uV/ºC, y si queremos 1 voltios con una diferencia de
38,82ºC entonces pasamos esa diferencia de temperatura a voltaje que aparecerá
en la sonda:

Ahora
elegimos un operacional en modo no inversor con una ganancia de 495,38:

Unos pequeños cálculos para este caso de demostración:

Esta es la
fórmula para calcular la ganancia según los parámetros de los diferentes
componentes.

Necesitaremos
una ganancia de 495 que hemos calculado antes.

Podemos
fijar las resistencias R1 y R2 por ser de una ganancia de 1, deben ser todas
iguales, por ejemplo 10K a ser posible todas de 1% de tolerancia.

De la
formula ya podemos decir que R2/R1= 1, no nos afecta para los cálculos
siguientes.

Si fijamos
la R' a 10Mohms por ejemplo:

La que más
se acerca es la de 39Kohms.

Ya tenemos
nuestro circuito para hacer funcionar el bolómetro, que por diferencia de
temperatura y una vez estabilizada con el láser apuntando en el captador ,
marcará un voltaje proporcional a la potencia en watios, a razón de 1 W/V.

Prueba con
láser 70mW , ha dado una salida de 0,075 voltios = 75mW es correcto.

Prueba con
láser 1W azúl, ha dado una salida de 1,3 voltios = 1,3 watios, es correcto.

Se puede
ajustar mejor la potencia variando la R de 39K por una ajustable para
calibrarlo con un patrón conocido.

Alfonso Torres Rodríguez

25-04-2011

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