Policajnú kontrolu rýchlosti vozidiel nemá väčšina vodičov v láske, je však nevyhnutná.
Už od päťdesiatych rokov minulého storočia sa začal na tento účel používať radar vysielajúci elektromagnetické vlny v rozsahu rádiofrekvencií.
Radar na meranie rýchlosti pohybujúceho sa vozidla spravidla využíva Dopplerov jav, čo znamená, že frekvencia odrazených elektromagnetických vĺn sa pri pohybujúcom objekte mení v závislosti od jeho rýchlosti. Táto zmena frekvencie sa elektronicky vyhodnotí. Malá anténa, ktorú sme ešte nedávno vídavali pod čelnou maskou policajného vozidla, vysiela kužeľ rádiových vĺn s uhlovou rozbiehavosťou 10° – 20°, čo je dané tzv. difrakčným obmedzením pre používané vlnové dĺžky 1 – 2 cm (známy RAMER používal frekvenčné pásmo 8 GHz – 18 GHz, novší model 7M až 34,3 GHz). Táto pomerne veľká rozbiehavosť osvetľujúceho zväzku bola aj jednou z nevýhod radarových meračov rýchlosti, lebo takto vznikali problémy s identifikáciou vozidla; poruchy vznikali aj z okolitých elektromagnetických zdrojov, ktoré anténa zachytávala.
Meranie času letu
Zdá sa, že výhodnejšie riešenie problému sa našlo vďaka objavu impulzných polovodičových laserových diód. Využitie svetelných impulzov, či presnejšie impulzov blízkych infračervenej oblasti, spolu s citlivými fotodiódovými detektormi zjednodušilo úlohu.
Prvé takéto laserové systémy našli aplikáciu ako diaľkomery na presné určovanie vzdialeností objektov; pri pohybujúcom sa objekte bolo treba zmerať dve za sebou idúce polohy a z prejdenej vzdialenosti za daný časový interval sa určila rýchlosť pohybu. Na rozdiel od radaru tu nie je možné určovať rýchlosť priamo pomocou Dopplerovho efektu, keďže frekvencie svetla ako elektromagnetického vlnenia sú veľmi veľké (rádovo 300 až 600 THz) a v súčasnosti neexistujú dostatočne rýchle detektory a ani elektronická aparatúra. Preto sa merajú časové intervaly letu svetelného impulzu k objektu a smerom naspäť po odraze – je to tzv. metóda time-of-flight (TOF).
Akokoľvek by sa mohlo zdať, že rýchlosť svetla 299 792 458 m/s je privysoká na to, aby sme takýto časový interval mohli odmerať, v skutočnosti s tým súčasná elektronika nemá veľký problém. Svetlo smerom tam a naspäť na vzdialenosť každých 15 cm letí 1 nanosekundu, na vzdialenosť 30 m je to cca 200 nanosekúnd, t. j. časy a frekvencie, ktoré súčasná elektronika bežne spracúva.
Nájsť optimum
Ako zdroje svetelných zábleskov sa využívajú laserové diódy s vlnovou dĺžkou blízkou infračervenej oblasti, zväčša sa používa vlnová dĺžka 904 nm. Tieto zdroje sú vhodné z viacerých dôvodov: jednak neoslňujú, pretože vlnová dĺžka žiarenia sa nachádza v oblasti, ktorú už ľudské oko nevidí (citlivosť oka sa končí pri 760 nm), jednak sú vhodné vďaka ich nízkym výrobným nákladom, odolnosti, spoľahlivosti a dostatočnému výkonu.
Aj napriek tomu, že ľudské oko tieto záblesky nevidí, musí sa dbať, aby sa neprekročil prah energie nebezpečnej pre oko, keďže laserové žiarenie je obvykle silne lokálne koncentrované a vodičovi vozidla svieti do očí. Na druhej strane využitie dostatočne intenzívnych impulzných osvetlení sledovaného objektu podstatne zjednodušuje úlohu detegovania, spracovania a vyhodnotenia odrazeného signálu. Preto sa musí nájsť optimálna oblasť výkonnostných parametrov laserového zdroja a s tým úzko súvisiace rozšírenie – tvarovanie osvetľujúceho zväzku.
Nedokonalosti
Bezpečnosť pri práci s laserovými zdrojmi sa reguluje príslušnými normami, ktoré na empirickom princípe definujú možné výkony, resp. energie osvetlenia, pri ktorých aj priamy pohľad do svietiaceho lúča nespôsobí nijaké poškodenie oka. Používané impulzné lasery majú šírku impulzu niekoľko nanosekúnd a výkon 100 W i viac. Aj napriek tomuto výkonu je svetelný signál odrazený od vozidla často veľmi slabý, najmä ak sa laserový lúč odrazí od slabo odrážajúcej časti vozidla (tmavý plastový nárazník, čelné sklo sklonené pod uhlom a pod.), a tiež ak meriame na vzdialenosť 100 m a viac. Citlivosť fotodiódových detektorov býva preto vysoká, pričom ich rýchlosť snímania musí byť v oblasti GHz. Používajú sa rýchle tzv. lavínové fotodiódy.
Pokračovanie článku si môžete prečítať v časopise Quark 10/2016.Časopis Quark si môžete objednať tu alebo na adrese: predplatne@quark.sk
Mgr. Milan Držík, CSc.
EEI, s. r. o.
Tento článok vznikol v rámci Projektu priemyselného výskumu podporeného Ministerstvom školstva, vedy, výskumu a športu SR „Vývoj univerzálnej platformy pre sken dopravného toku“ registrovaného pod ev. č. Req-00356-0001.
