Puissance d'un laser couplé à deux miroirs plans pour mesure de précision

[LeVal31]

Bonjour,

Je suis actuellement en train de travailler sur un banc de mesure qui va utiliser la méthode suivante :
Un pointeur laser sera dirigé vers un miroir placé sur un objet subissant de la torsion (on cherche à mesurer l'angle de torsion)
Le rayon sera donc réfléchi et dirigé vers un second miroir, placé au plafond à environ 4 mètres de hauteur.
Enfin, le rayon sera réfléchi vers le sol 4 mètres plus bas sur un écran comportant une graduation très précises.(1/10)

Ma question est la suivante : Quelle puissance doit selon vous posséder mon laser pour m'assurer d'avoir une tache précise au niveau de mon écran, après 8 mètre de trajet et deux réflexions?
Je m'oriente actuellement vers ce modèle, mais peut être esse sur dimensionné?
http://search.newport.com/?q=*&x2=sku&q2=LPM635-03C

Merci d'avance et bonne journée.
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[LPFR]

Bonjour.
Votre laser à $600 ne fera pas mieux qu'un pointeur laser ordinaire à 3 €. Si vous lisez les spécifications, la divergence est de 1,2 mrad. Donc, à 8 m de distance il fera une tache de 10 mm de diamètre (en supposant que les 1,2 mrad soient la divergence totale du "cône" et non le demi-angle).
Et ceci est du, non à la "mauvaise" qualité du laser, mais à la diffraction. Avec 1 mm de diamètre de sortie, la tache d'Airy a le diamètre calculé.
Si vous voulez focaliser le laser en une tache 10 fois plus petite il vous faut un élargisseur de faisceau pour que le diamètre de sortie soit de 1 cm. Et pour avoir une tache de 0,1 mm, il vous faudrait un diamètre de sortie de 10 cm. Et cet élargisseur doit être de première qualité optique et risque de vous couter plus que $600.
Les miroirs aussi devront être de qualité optique.
Je vous conseille de réfléchir à une autre solution. Par exemple, un capteur à réseau linéaire de diodes (comme celui des scanners) qui soit capable de mesurer le profil lumineux de la tache pour calculer son centre et les déplacements de celui-ci.
Au revoir.

[LeVal31]

Merci de cette réponse rapide,
Pour m'affranchir de l'erreur de la mesure de la tache générée par son élargissement, j'avais pensé positionner sur l'écran de réception de la tache un réglet (solide ou imprimé) avec une graduation au 1/10 ou au 1/100, puis, avec un appareil photo sur pied dont je dispose déjà, venir prendre une photo pour la post-traiter sur l’ordinateur, et m'assurer une mesure très précise.
Pour les miroirs, j'ai pensé à utiliser des miroirs diélectriques, permettant une transmission de 99% des ondes lumineuses correspondant à la longueur d'onde du laser, en voici un exemple :
http://search.newport.com/?q=*&x2=sku&q2=20D04DM.4
Celui ci est optimisé pour un laser rouge.

Pensez vous que ce mode opératoire me permettra de palier à la divergence de mon laser?
Et la puissance vous semble t'elle adaptée?

Je vais me pencher sur votre autre proposition, merci.

ps : j'ai besoin d'un laser alimenté pour ma mesure, pour m'assurer d'aucune perturbation lors de sa mise en route

[obi76]

Bonjour,

je connais quelqu'un qui voulait faire le même genre de manip à titre perso, et la solution qu'il avait trouvée était soit directement d'envoyer le laser (atténué) sur une webcam, ce qui permet de récupérer directement l'information de la position, soit plus "électronique" en utilisant une photodiode à plusieurs cadrans, tels que celles qui sont dans les détecteurs de mouvement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[LeVal31]

soit plus "électronique" en utilisant une photodiode à plusieurs cadrans, tels que celles qui sont dans les détecteurs de mouvement.

Cette idée me paraît intéressante, d'autant que ce que je veux mesurer est un variation de longueur. D'après mes calculs, la variations de longueur que j'obtiendrai sur mon écran entre le moment ou mon objet ne subit pas de torsion, et le moment ou il en subit sera d'environ une dizaine de millimètres, voire jusqu’à 20 mm.
Sachant que comme la précisé LPFR, ma tache aura une largeur de 10 mm, il faudrait que je trouve une photorésistance assez longue et large, l'objectif étant j'imagine de calculer la position du point le plus lumineux.

Je ne sais pas si j'arriverai à un résultat de meilleur précision qu'en mesurant ma tache sur l'ordinateur avec une échelle très fine. En tout cas, cela mérite une investigation de ma part!

[LPFR]

Re.
Si vous utilisez une solution comme la webcam ou le capteur linéaire, vous n'avez plus besoin de travailler à 8 m. La taille des pixels est bien plus petite que 0,1 mm.
Par exemple, une webcam de 1,3 Mpixels (à 5 €) et avec un capteur de ¼ de pouce a des pixels de l'ordre de 6 µm. cela veut dire que vous pouvez travailler plutôt à 50 cm (pas besoin de miroirs) et la tache "ne fera" qu'un peu plus de 1 mm.
Par contre il fait voir que l'angle de déviation totale reste limité dans ce type de solution. Les capteurs font rarement plus de 1000 pixels (une webcam) ou 4000 pixels (pour un capteur linéaire). Si vous voulez mesurer des grandes déviations, ce n'est pas la solution.
A+

[invite2313209787891133]

Bonjour

Une autre solution peut consister à utiliser un séparateur optique : Une partie du laser est envoyée vers le miroir, l'autre va sur un miroir fixe. Les 2 faisceau sont envoyés sur un détecteur basique (une photorésistance par exemple). On mesure alors l'amplitude du signal mesuré avec un compteur, permettant de comptabiliser les franges d’interférence. Une telle mesure sera précise à moins de 1µm près.
Il faut que le trajet optique des 2 faisceaux soit identique, à une 10aine de cm près.

[LeVal31]

Si j'ai bien compris, après avoir été dévié par le miroir sur l'objet en torsion, le faisceau pointera alors directement face à la webcam?
Je pense que la largeur du capteur suffira, l'angle à mesurer est au 1/100 de degré. Va t-on réellement voir un point net sur l'écran dans ce cas, et non pas un halo de lumière?
En tout cas je trouve l'idée excellente et peu onéreuse, mais j'aimerai être sur d'avoir bien compris avant de me lancer tête baissé dans de nouveaux calculs.
Merci de vos idées!

[obi76]

Des franges d'interférence je doute que vous arriviez à en avoir avec une diode laser...

[LPFR]

Re.
L'idée est d'enlever la lentille de la webcam et envoyer le faisceau directement sur le capteur. La tache fera entre 0,5 et 1 mm, c'est à dire 1/6ème de la largeur de l'image.
Il sera prudent de protéger le trou de la webcam de la poussière avec un verre "optique", comme une lame de couvre objet ou un morceau de porte objet de microscope, ou carrément avec un filtre d'atténuation.
Car il est probable que la lumière du laser soit trop intense. (Même avec un pointeur de 1 mW).
En tout cas, c'est la solution la moins chère et qui permet de vérifier sa viabilité pour quelques euros, avant de se lancer sur l'achat des outils (webcam, filtres) plus performants.
A+

[invite2313209787891133]

Des franges d'interférence je doute que vous arriviez à en avoir avec une diode laser...

Et pourquoi ce ne serait pas possible ?

[obi76]

je n'ai rien dit...

[LeVal31]

Merci pour toute vos réponse, je vais me lancer je pense dans la réalisation d'un prototype pour deux solutions, la première celle de mon idée initiale avec les jeux de miroirs, assez onéreuse pour du matériel (surtout les miroirs) de qualité.
La seconde sera celle proposée par LPFR et obi76, consistant à utiliser le capteur optique d'une webcam bon marché.
Je vous tiens au courant de l'évolution de mes travaux, merci pour votre aide précieuse!

[LeVal31]

Bonjour à toute et à tous!
Mon projet avance bien, mais une question est survenue qui me paraît cruciale pour la validation de celui ci:
Est ce qu'un rayon laser (630nm) passant d'une zone d'air à température ambiante à une zone d'air chaude (180°C) pour repartir vers une zone d'air ambiante va ce voir dévié et si oui, dans quelle proportion?
Si il existe, je n'arrive pas à mettre un nom sur ce phénomène et c'est pour cela que j'aurai besoin de votre aide!
Merci d'avance et bonne journée à tous.

[LPFR]

Bonjour.
L'indice de réfraction de l'air, dépend de sa densité. Celui de l'air chaud est plus faible que celui de l'air froid.
Cela se voit en regardant au loin au dessus des corps chauds: les images sont troubles et tremblotantes.
L'air est dévié quand il traverse "de travers" des frontières entre des zones de température différente. Mais il peu même se réfléchir et donner lieu à des mirages.
Pour la déviation on utilise la loi de Snell-Descartes.
Au revoir.