Радиомастер гид в мире электроники » Схемы » Световые устройства » История разработки необычной мощной лазерной указки
Информация к новости
  • Просмотров: 27637
  • Добавил: Kail
  • Дата: 3 апреля 2011
3 апреля 2011

История разработки необычной мощной лазерной указки

Категория: Схемы » Световые устройства

Если вы надумали собрать сей лазерный девайс и ваши руки достаточно прямые, то вам сюда :) Эта самодельная лазерная указка выбивается из общей картины «фонарик, оптика с готового лазерного модуля и резистор с батарейками». Статья громоздкая и осилит её только тот, кто действительно заинтересован в построении маленького, практичного и качественного девайса…
Началось всё с того, что у меня начал барахлить мой NEC AD-7170A. А у меня тогда как раз сильно чесались руки его вскрыть, чтоб извлечь оттуда одну маленькую, но ценную вещь… И обнаружил я там лазерный диод (далее просто «ЛД») с «открытым верхом». Меня это и порадовало и расстроило одновременно... Ведь мощность таких диодов больше, охлаждение гораздо лучше, корпус крупнее и добротнее да и нет проблем с разводами в луче из-за упавшей на стекло пылинки. С другой стороны, он совсем не защищён, чем это грозит сами догадываетесь… Тем не менее я понимал что повредить его не так уж и просто. Там используются стеклоподобные материалы и золото, которое не боится окислителей и т.п. Пальцами не лапать, не «хэкать» на него и этого достаточно. Судорожно защищать его от статики, как это делают многие, я не стал. С электроникой на «ты», и прекрасно понимаю, что если руки растут откуда надо, а паяльник человеческий и током не бьётся – боятся нечего. В кристалле нет тонких диэлектрических плёнок, как в полевиках, а собственная ёмкость ЛД не позволит проникнуть слабому статическому заряду. Ещё раз повторяю – слабому. Перед пайкой я обязательно касаюсь батареи.
Вы уж извините, но я не люблю загромождать текст лишними фотографиями и люблю много писать. Поэтому их будет по возможности меньше, а текста больше. Будут показаны только самые информативные и самые интересные моменты. Статья получится компактней и вам не придется беспокоится за трафик :)
После того, как я успешно извлёк ЛД, я решил посмотреть на его ВАХ (вольтамперная характеристика). Выяснилось, что она достаточно мягкая для использования даже не очень «честного» стабилизатора напряжения. Да. Именно напряжения. Я же вас предупредил, что эта система нестандартная? Дело в том, что мой мозг родил одну интересную теорию, которую я и хотел проверить на практике. Всем известно, что при понижении температуры КПД ЛД растёт. И если потребляемый ток останется на прежнем уровне – ЛД выйдет из строя из-за слишком высокой интенсивности излучения. По этой причине у людей указки чаще всего горят на морозе. Сам кристалл способен выдержать в несколько раз большие токи, но зеркала в резонаторе безвозвратно вышибает светом…
Вот вам ориентировочная характеристика температурной зависимости ЛД (не моего) при токе в 200мА:
- при температуре 75 градусов выходная мощность около 110 мВт
- при температуре 20 градусов выходная мощность около 170 мВт
Ну как? Нехило прыгает, правда? Что же получается? Подать максимальный рабочий ток мы не можем, т.к. ЛД холодный и моментально повредится. А если мы подадим максимальный безопасный ток, то сразу же после включения мощность сильно просядет из-за температурного сопротивления кристалл-корпус. Затем разогреется сам радиатор и мощность ещё сильнее упадёт...
Для того, чтоб избежать этой проблемы – используют разные методы. Самый точный – обратная оптическая связь. В корпусе ЛД сидит фотодиод, который командует драйвером. Но в наших приводах этот фотоэлемент спрятан аж где-то в головке самого привода. И мы часто используем простую термокомпенсацию и плавный пуск. Но я решил пойти по более простому пути – подавать на ЛД не стабильный ток, а стабильное напряжение. В этом случае в качестве термокомпенсатора работает сам кристалл ЛД. Работает очень быстро и точно. Как так происходит? Не всем известно что при нагреве у полупроводников падает сопротивление или напряжение падения. Вот этим я и воспользовался. Диод нагревается – напряжение падения падает, ток растёт (т.к. напряжение источника стабильное), а излучаемая мощность остаётся на прежнем уровне из-за снижения КПД. Я не ожидал 100%-ной стабилизации. Ведь всё зависит от жесткости ВАХ ЛД на рабочем токе, а она тем жестче, чем выше ток. Но тем не менее результаты меня порадовали. Когда я подключил ЛД к источнику напряжения через 1 Ом, то после прогрева его яркость падала в два раза! Мерял обычным красным светодиодом, подключенным к мультиметру в режиме измерения напряжения. После того как я замерял напряжение падения на ЛД, в холодном состоянии и при номинальном токе (320мА), я выставил на стабилизаторе такое же и замкнул резистор. Как вы думаете, на сколько у меня упала яркость после прогрева? На четверть! Теоретически оптимальная жесткость ВАХ лежит где-то в пределах 400-500 мА, что является рабочим током ЛД из более скоростных приводов. Стоит попробовать, но и это лучше чем ничего.
Ну с термокомпенсацией разобрались. Следующий шаг – выбор схемы питания. Я остановился на LM2621. Довольно честный и компактный преобразователь. Некоторые говорят что он не способен понижать напряжение и его нельзя питать от двух пальчиковых батареек или одного Li-ion аккумулятора. Мол только два обычных аккумулятора и точка… Но это не так. Полистайте даташит. Там есть специальная схема включения с ещё одним дросселем и разделительным конденсатором. Вот на ней я и остановился, правда изменил немного:

История разработки необычной мощной лазерной указки


КПД этой схемы (измеренное на практике) – 84…87%, в зависимости от заряда аккумулятора (2,5…4,2V). Максимальный ток не мерял, т.к. мне его мощности хватило с явным запасом. Стабильность выходного напряжения очень сильно зависит от ёмкости выходного сглаживающего конденсатора. С моими танталовыми 47мкФ, найденных на плате старого привода, разброс не более 0,01V. Точнее замерять не смог, т.к. у мультиметра не хватило разрядности. ВАХ ЛД при этом позволяла мне менять напряжение в пределах 0,05V без существенного изменения тока. Рабочее напряжение у меня получилось 3,12V. Все детали, кроме самой LM2621, я нашёл на различном комповом железе. Подстроечник с головки всё того же бедного привода (будет знать как сдыхать!). С него же и диод Шоттки. Дросселя с блоков питания. Их даже перематывать не обязательно. Остальные конденсаторы и резисторы наковырял на платах старого CD привода и видеокарты.
В будущем я попробую сделать какой-то линейный стабилизатор напряжения с практически нулевым остаточным напряжением падения на нём. Например на интегральном стабилизаторе PQ30RV2 или PQ30RV21. Это позволит существенно упростить схему. КПД немного пострадает, но оно того стоит. Да и аккумулятор будет разряжаться до безопасного уровня.
Теперь мне нужно подумать над корпусом… Пока что сделаю его с куска водопроводной трубы, из нержавейки. В качестве выключателя будет использоваться задняя крышка. Тоже из семейства водопроводных заглушек. Когда я её поверну до упора – аккумулятор нажмёт на кнопку и подключится к драйверу. А с другой стороны будет гайка с бронированной сантехнической трубки и я смогу ею регулировать фокус. Когда она закручена до упора – луч прямой. Звучит удобно. Всё равно эта резина воду портит… Отверстие в этой гайке закрою защитным стеклом. Пусть оно и жрёт часть мощности, но зато я не буду бояться за нежную пластиковую оптику. Стекло это вырежу из предметного стёклышка для микроскопа, а приклею на обычный строительный белый силикон. У него мёртвая хватка.
Начинку сделаю из "банок" - корпусов от конденсаторов. В одной банке сделаю полностью самостоятельный лазерный модуль с ЛД, драйвером, кнопкой, охлаждением и прижимающей аккумулятор пружинкой. А во второй банке расположу оптику и пружинку, упирающуюся в первый модуль. Сам оптический модуль будет упираться в переднюю крышку с окном. Модули можно будет менять как детали в конструкторе. Открывается широкое поле для экспериментов и фантазий... В общем хватит идей. Пора браться за работу:

История разработки необычной мощной лазерной указки


История разработки необычной мощной лазерной указки


Корпус получился грубым и некрасивым, но со своими обязанностями он справляется как положено. Так что тут я его не покажу, но вы увидите его ниже. Лазерный модуль меня полностью удовлетворил. А вот с оптическим пришлось повозится. Я попробовал линзы от китайской лазерки, головки привода и даже какую-то громадину от светодиодного фонарика. С линзами от лазерки и фонарика луч был с нехилой аурой, а линза от головки мне понравилась. Очень тонкий и качественный луч, но он слишком сильно расходится, а это удар ниже пояса :) И тут мне стукнула в голову идея – использовать две качественные просветлённые длиннофокусные линзы, выковырянные с головок пары приводов. Благо у меня этого хлама полный шкаф… В оптике я не силён, но у меня получилось с первого раза собрать объектив (теперь это иначе не назвать), который меня полностью удовлетворил своими параметрами:

История разработки необычной мощной лазерной указки


История разработки необычной мощной лазерной указки


Спичка зажглась с 2,5м (так уж принято – оценивать мощность в спичках на метр) в то время, как все остальные варианты разрешали мне отойти максимум на 0,5…1м. Но и тут не без косяков... Есть какие-то специфические искажения с фокусом. Будто источник света не точечный, а виде немного вытянутой вдоль оси палочки. Но они не сильно заметны. Вот вам фото, на котором я освещаю облака:

История разработки необычной мощной лазерной указки


История разработки необычной мощной лазерной указки


Признаюсь. Это тип облаков, который низко стелиться. Тут где-то 300 метров всего (судя по размерам точки), а ночная температура увеличила размер капель до таких, что они очень эффективно возвращают свет моего лазера (наверное). Поэтому точка такая яркая и чёткая. Другими словами не летайте в небесах – я вас немного обманул :)
Кстати, про "спички на метр". На форумах читал баснословные цифры в 5 и более метров с обычной убогой оптикой от китайских модулей. Сначала думал, что что-то я сделал не так, но потом решил что лазерщикам доступны такие же слабости как и рыбакам... Но стёклышко своё мне всё же надо заменить на кварцевое. Без него заметно лучше жжет.
Игрушка получилась интересная, но мне этого было мало и я решил устроить лазерное шоу. Сначала слепил простую конструкцию, которую вы видите на фото:

История разработки необычной мощной лазерной указки


А вот что она творит:

История разработки необычной мощной лазерной указки


Затем пошагал ещё дальше. Приклеил пару зеркал к гофрам динамиков и подал на них звук:

История разработки необычной мощной лазерной указки


Один динамик отклоняет луч по вертикали, а другой по горизонтали. Вот что из этого получилось:



Не судите строго выбранный мною трек. С динамичными сценами мягкий гофр на пару с тяжелыми зеркалами не справлялся. Нужно было поискать что-то простое. Из-за высокой яркости луча мой фотик заснял и сильные переотражения в своём объективе. Он вообще ненавидит этот луч... На стене вместо 5мм точки – фотографирует жирнющее белое пятнище с кулак...

Блин. Аккумулятор сел. Я его с момента покупки так и не заряжал. Хватило всего на три дня :) Пора бы задуматься о зарядном устройстве. Ведь Li-ion аккумуляторы очень требовательны к зарядному режиму… «Такс. Это сложное, а это некачественно питает… Придумал!» С этими мыслями я полез в свою железную помойку искать китайский адаптер. Мой богатый опыт приучил меня заряжать аккумуляторы так, чтоб они вообще не нагревались. После того как я нашёл этот БП, я вскрыл его и замерял ток короткого замыкания трансформатора – 1,2А. Маловато, но мне хватит. В итоге родилась вот такая простая, но качественно питающая схема зарядного устройства:

История разработки необычной мощной лазерной указки


А вот и само устройство:

История разработки необычной мощной лазерной указки


Ток ограничивается самим трансформатором до 0,35А. За счёт однополупериодной схемы выпрямления трансформатор не перегревается несмотря на свою китаёзность, а аккумулятор питается импульсным током, который им всем вы не представляете как нравится. При этом зарядка ограничивает напряжение до 4,2V. Полтора часа аккумулятор «быстро» заряжается до 70%, а затем ещё два часа впитывает оставшиеся 30% заряда. Всё как по даташиту, только лучше. Аккумулятор не греется вообще (правда его греет сам зарядник). Я ещё жив, а квартира не сгорела. Значит задача выполнена успешно. Более того у этой зарядки есть индикатор заряда. Светодиод загорается когда аккумулятор зарядится. Но главное – предельная простота зарядки благодаря нестандартному подходу к некоторым вещам. В общем и вам на первое время советую. Только не забывайте за символический радиатор для LM-ки и вентиляцию корпуса.
В общем поигрался и хватит. Пора двигаться дальше. Что это за убожеский кусок сантехнического лазерно-водопроводного изделия? Пора искать хорошего токаря. На столько хорошего, что расстояние в полторы тысячи километров помехой быть не может. Я даже знаю кого. Чертёж уже подготовлен, осталось им распугать всех знакомых, чтоб остался только он…

История разработки необычной мощной лазерной указки


История разработки необычной мощной лазерной указки


История разработки необычной мощной лазерной указки


Шикарно? О да! Я сам не ожидал такой работы. Смотрится здорово. Я хотел чтоб мне сделали достойный корпус своему лазеру, а получилось наоборот. Теперь мне нужно искать достойный лазер этому корпусу :). Эксклюзив!.. Только с надписью «It is INFERION made» Валера немного перестарался. Тут его работы больше чем моей, а все свои заслуги на меня списал.
В задней крышке есть фиксатор на три положения:
1. Блокировка – крышка не достаёт до кнопки, даже если на неё нажать.
2. Рабочее положение – крышка работает как кнопка.
3. Фиксация – закручена почти до упора и кнопка постоянно нажата.
При этом угол между положениями всего 30°.
Ну, вот и финал. В дальнейшем я сделаю ещё ИК модуль и однолинзовый оптический модуль с 8мм лучом. Кстати сейчас моего лазера хватает на 2 часа беспрерывной работы от аккумулятора, ёмкостью 700мА/ч, а его габариты всего 25 на 105мм! При этом почти полный функционал и универсальность при относительной простоте конструкции.
Сейчас я жду посылку с этим корпусом. Правда там ещё и горстка светодиодов с ещё одним, не менее крутым корпусом к фонарику. Валерий оказался очень щедрым человеком, но это уже другая история. Когда-нибудь и фонарик вам покажу. В общем ждите обновлений статьи, как только я наделаю новых фотографий работы лазера под водой.
Надеюсь эта статья помогла вам сообразить некоторые моменты в этом нехитром деле – лазеростроении.
И помните: если у вас кривые руки – эта статья Вам не поможет!

Ну и не забывайте, что лазер очень опасная игрушка, и запросто можно остаться без глаз, или испортить зрение кому-то из Ваших близких. Я очень серьёзно!

Источник: http://www.casemods.ru/

Метки к статье: мощность, аккумулятор, сильно, лучше



<
TANGO

3 сентября 2012 23:41

Информация к комментарию
  • Группа: Радиомастер
  • ICQ:
  • Регистрация: 7.09.2010
  • Статус: Пользователь offline
  • Публикаций: 1
  • Комментариев: 25
Интересный девайс получился. Уважаю людей, у которых с руками порядок. Брат, у меня вот вопрос. А можно ли схему преобразователя напряжения применить без какой либо переделки в 9-вольтовом цифровом мультиметре? Ну, если конкретно DT-9502. "Кроны" жрёт шо скаженый, на три месяца отсилы хватает. А можно было бы запитаться аккумулятором от того же мобильного через этот преобразователь. Думаю, твой ответ будет многим полезен. smile


Награды:
--------------------

0

Добавление комментария

Имя:*
E-Mail:*
Введите два слова, показанных на изображении: *

Друзья и партнеры:

Архив новостей

Декабрь 2016 (4)
Ноябрь 2016 (1)
Сентябрь 2016 (3)
Июнь 2016 (1)
Май 2016 (1)
Апрель 2016 (1)
^
 
-->