Το Λέιζερ Fluorosensor (1/4)

Lidar και λέιζερ fluorosensor

Το lidar είναι ενεργός αισθητήρας που χρησιμοποιείται για να φωτίζει αντικείμενα και να εντοπίσει και να αναλύσει τα σήματα που προέρχονται από αυτά τα αντικείμενα, ως αποτέλεσμα του φωτισμού. Μοιάζει δηλαδή με ραντάρ, ωστόσο, χρησιμοποιεί την υπεριώδη (UV), ορατή (VIS) και υπέρυθρη (IR) περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, αντί των μικροκυμάτων (βλ. κεφάλαιο 1 του μαθήματος για την Κατανόηση Φασμάτων από τη Γη). Οι σφυγμοί λέιζερ χρησιμοποιούνται ως μια πηγή φωτός, αφού υπάρχει μια υψηλή ακτινοβολία από το ηλιακό φως στο υπεριώδες, VIS και IR κατά τη διάρκεια της ημέρας. Η ένταση του φωτός της ημέρας είναι σχεδόν σταθερή και, συνεπώς, τα σήματα που προέρχονται από τους παλμούς λέιζερ που φωτίζουν ένα αντικείμενο μπορεί εύκολα να διακρίνονται από το φόντο που έχει φωτιστεί από τον ήλιο και το lidar μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Ακριβώς όπως ραντάρ, είναι δυνατόν να μετρηθεί η απόσταση r μεταξύ του μέσου και ενός αντικειμένου με τη μέτρηση του χρόνου t μεταξύ των εκπομπών παλμών λέιζερ και την επιστροφή του σήματος που αντανακλάται από ένα αντικείμενο:

Το c είναι η ταχύτητα του φωτός. Στον αέρα είναι περίπου c=300 000 χλμ/δευτ. 3·10⁸ μίλια/δευτ. Η ταχύτητα του φωτός στο νερό είναι περίπου 75% της τιμής αυτής. Ο παράγοντας 2 στον παρονομαστή στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης οφείλεται στο γεγονός ότι ο παλμός φωτός ταξιδεύει δύο φορές την απόσταση r, εμπρός και πίσω. Αυτή είναι μια από τις θεμελιώδεις εξισώσεις του lidar. Το όνομα lidar αναφέρεται στις δυνατότητες που προκύπτουν από τη μέτρηση των χρονοδιαστήματων των παλμών λέιζερ: Φως ανίχνευση και φάσματος: Light detection and ranging.

Τα σήματα που επιστρέφουν από ένα αντικείμενο μπορεί να είναι μια αντανάκλαση του παλμού λέιζερ. Γνωρίζοντας ακριβώς τη θέση και τη στάση των αεροσκαφών και λαμβάνοντας υπόψη τα δεδομένα αυτά κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας του σήματος επιτρέπει την κατασκευή πολύ λεπτομερείς χαρτών της επιφάνειας του εδάφους με ακρίβεια στα εκατοστλα/ Αυτή η μέθοδος ονομάζεται εναέρια σάρωση με λέιζερ, ή εναέρια τοπογραφική χαρτογράφηση lidar. Με τον ίδιο τρόπο είναι δυνατόν να μετρηθεί το βάθος του πυθμένα της θάλασσας στις παράκτιες θάλασσες μέχρι το βάθος του νερού στα περίπου 50μ, και να σχεδιάστούν ναυτικοί χάρτες σε περιοχές όπου τα νερά δεν είναι πολύ θολά.

Πολλά αντικείμενα απορροφούν το φως και εκ νέου εκπέμπουν ένα κλάσμα του ως φως φθορισμού. Η φασματική ανάλυση του φωτός φθορισμού επιτρέπει πολύ συχνά να χαρακτηρίσει τις ουσίες που διαμορφώνουν το αντικείμενο. Τα όργανα lidar όργανα που μετρούν τον φθορισμό καλούνται lidar φθορισμού ή λέιζερ fluorosensor. Μπορούν να λειτουργήσουν σε αεροσκάφος για την ανάλυση φυσικών και βιολογικών παραμέτρων των υδάτων, όπως η θολότητα και σε μέτρηση του περιεχόμένου άλγης, ή για την ανίχνευση θαλάσσιων ρύπων, όπως φαίνεται στο παρακάτω γράφημα.