Прибор ночного видении – ЧАСТЬ 1

October 21, 2011 by admin Комментировать »

Этот полезный и интересный проект показывает, как построить прибор, позволяющий видеть в полной темноте. В отличие от обычных приборов, требующих небольшого освещения от звезд или другого фонового источника света, это устройство содержит собственный встроенный источник, позволяющий вести тайное наблюдение за интересующим объектом, например, за жизнью ночных животных (рис. 23.1).

Рис. 23.1. Прибор ночного видения

Сборка устройства показана в виде двух частей: источник питания высокого напряжения и готовое устройство в корпусе. Рассчитывайте потратить 50-100 долларов на эту полезную инфракрасную систему видеонаблюдения, все специфические детали можно приобрести через сайт www.amasingl.com.

Спецификация устройства приведена в табл. 23.1.

Таблица 23.1. Спецификация для прибора ночного видения

Обозначение

Кол-во

Описание

№ в базе данных

R1

1

Резистор 1,5 кОм, 0,25 Вт (коричневый-зеленый-красный)

 

R2

1

Резистор 15 кОм, 0,25 Вт (коричневый-зеленый-оранжевый)

 

а

1

Электролитический конденсатор 10 мкФ, 25 В (синий или зеленый корпус) вертикальной установки

 

С2

1

Пластиковый конденсатор0,047 мкФ, 50 В (473)

 

СЗ

1

Пластиковый конденсатор 0,47 мкФ, 100 В (474)

 

С4-С15

12

Пластиковые дисковые конденсаторы 270 пФ, 3 кВ

 

D1-D12

12

Лавинные диоды высокого напряжения 6 кВ, 100 не

 

Q1

1

Транзистор MJE3055 NPN в корпусе ТО 220

 

Т1

1

Специальный трамоформатор #28к077

#IU28K077

S1

1

Кнопочный переключатель

 

РВ1

1

Перфорированная плата 13,97×3,81 см с отверстиями 0,1 см

 

CL1

1

Зажим д ля батарей с защелкой

 

WR22

2

Витой виниловый провод #22,60см

 

WRHV20

 

Силиконовый провод 20 кВ, 30 см

 

IR16

1

Электронно-оптический п(»/5раэги«тиль

#IUIR16

EN1

 

Серая PVC трубка20,32×6,03 см, обрв»Ч)ганная, как показано

 

TUB1

 

Серая PVC трубка 8,89 см, внутренний диаметр 5,08 см

 

BRK1.BRK2

2

Алюминиевая полоса22,86×1,27 см, обработанная, как указано на рисунке

 

САР1

 

Пластиковая крышка 5,08 см для рукоятки

 

САР2.САРЗ

2

Пластиковая крышка 6,03 см, см. рисунки

 

LENS1

 

Двояковыпуклая стеклянная линза 45×63

 

SW1.SW2

6

Нийт :нпныи винты ‘/4-20×1 дюйм

 

SW6

6

Винты для металла #6xV4 дюйма

 

Необязательные детали

РСВК

 

РСВ

#РСРВК

СМТ1

 

Готовый адаптер для корпуса EN1

 

ЕР1

 

Небольшой окуляр

 

FIL6

 

Инфракрасный стеклянный фильтр 15,24 см, затемнение99,99%

#HLR10

Н1Д10

 

Инфракрасный осветитель200000 свечей, невидимый невооруженным глазом, 12 В постоянного тока

 

Общее описание устройства

Данный проект показывает, как изготовить устройство, позволяющее видеть в полной темноте. Оно может использоваться для наблюдения за человеком с целью его идентификации или для сбора информации о человеке, который даже не догадывается, что является объектом наблюдения, например, о злоумышленнике, собравшемся что-то украсть. Это бесценный прибор для целей обнаружения инфракрасных охранных устройств, прицелов лазерного оружия и систем коммуникации. Эту технологию можно также использовать для обнаружения с воздуха погибшей растительности на полях (для определенных типов растений), устройство может служить вспомогательным средством при ночной охоте на хищников и для наблюдения высокотемпературных термографических сцен, где тепло используется для образования изображения. Это устройство очень подходит для использования с инфракрасным лазером, описанным в главе 9 «Ручное лучевое ружье на базе полупроводникового диодного лазера», с функциональными возможностями, которые не уступают устройствам гораздо более высокой стоимости.

Прибор произведен с использованием готовых частей для корпуса и основной оптики. Батареи заключены в корпус и не требуют дополнительных упаковок, кабелей и т.д. Дистанция и поле наблюдения определяются интенсивностью интегрированного инфракрасного источника и угла обзора оптики. Можно использовать готовую дешевую оптику, но она потому и дешевая, что может иметь какие-либо сферические аберрации и другие негативные эффекты. Это приемлемо для тех, кто не ставит целью детальное наблюдение. Улучшенная дорогая оптика устранит эти эффекты, ее можно приобрести у большинства поставщиков видеотехники.

Сборка связана в основном с трубками из поливинилхлорида PVC в качестве основного корпуса и оформленного в виде сферы, патентованного миниатюрного источника питания для подачи напряжения к электронно-оптическому преобразователю (ЭОП). ЭОП представляет собой готовое устройство, выпускаемое большинством производителей аналогичных устройств. Преобразователь устанавливает пределы разрешения и подходит для большинства приложений, но имеет ограничения, если вы хотите добиться совершенства изображения. В зависимости от года выпуска, ЭОП делятся на 1-е, 2-е, 3-е и промежуточные поколения – 1а, 2а. Современные ЭОП, как правило, 3-го поколения.

Дистанция наблюдения определяется в основном интенсивностью инфракрасного источника, ее можно регулировать с помощью изменения этого параметра. Наш базовый прибор, который показан здесь, использует фонарь с питанием от двух элементов питания типа D с интегрированным фильтром, помещенным на линзу, чтобы наблюдаемый не мог увидеть инфракрасный источник. Это обеспечивает гарантированную рабочую дистанцию до 15 м, расстояние можно увеличить до нескольких десятков и сотен метров при более мощном источнике, например лампе с 5-6 ячейками питания. Нет необходимости говорить, что конструктор может выбрать собственный источник инфракрасного излучения и настроить оптику для выполнения частных и мелких с точки зрения посторонних, но крайне нужных ему задач, например, выслеживания злоумышленника, ночью повадившегося в сад за яблоками. Инфракрасные све- тодиоды или лазеры, как описано в нашей книге, также являются хорошим источником освещения. Для быстрого наблюдения на дальней дистанции можно использовать неяркий свет, вырабатываемый от восьми никель-кадмиевых NiCd ячеек АА вместо двух ячеек D, что дает значительно более яркий источник инфракрасного света, но он может работать значительно более короткое время, чем типовые ячейки D.

Устройство может также работать и при внешнем источнике, например, с лампой сверх интенсивного излучения с дополнительным фильтром, что увеличивает расстояние до 120-150 м и дает более широкое поле освещения. Наблюдение активных источников инфракрасного излучения, например лазеров, не требует использования собственного источника.

В наличии у компании автора книги имеется опция инфракрасного осветителя дальнего действия для наблюдения на расстоянии до 90 м. Он указан на сайте www.amasingl.com, код #HLR10, там же указаны другие опции оборудования, которые могут потребоваться конструктору для выполнения каких-либо сложных задач.

Кроткая теории роботы устройство

Сверхминиатюрный источник питания высокого напряжения вырабатывает примерно 15 кВ при токе нагрузки несколько сот микроампер от заряжаемой аккумуляторной никель-кадмиевой (NiCd) или щелочной батареи. Это напряжение подается на преобразователь IR16, при этом «плюс» подключается к стороне окуляра, а «минус» – к стороне объектива. Фокусирующее напряжение подается с отвода первой секции умножения напряжения и равно примерно 2,7 кВ, что составляет 1 /6 общего высокого напряжения.

Линза объектива LENSI с регулируемым фокусным расстоянием собирает отраженное изображение, освещенное инфракрасной линзой, и фокусирует это изображение на стороне объектива трубки преобразователя. В преобразователе происходит преобразование инфракрасного изображения в видимое, оно демонстрируется на экране трубки с зеленоватым оттенком. Разрешение при наблюдении обычно достаточно для идентификации человека на расстоянии 15 метров и более, в зависимости от интенсивности инфракрасного источника и качества оптики.

Принципиольноя схемо устройство

Транзистор Q1 включен по схеме резонансного генератора свободных колебаний с частотой, определяемой емкостью конденсатора СЗ и индуктивностью первичной обмотки повышающего трансформатора Т1. Это напряжение повышается во вторичной обмотке Т1 за счет коэффициента трансформации до нескольких тысяч вольт. Конденсаторы С4-С15 и диоды D1-D12 образуют двухполупериод- ный умножитель напряжения, который увеличивает это напряжение в 6 раз шестью каскадами умножения и выпрямляется диодами, то есть преобразуется в напряжение постоянного тока. Выходное напряжение снимается между С15 и С5, как показано на рисунке, и может быть положительным или отрицательным в зависимости от направления включения диодов. Различные величины напряжений можно получить с разных отводов конденсаторов. Соединения для отводов к трубке преобразователя показаны на рис. 23.2.

База Q1 соединена с обмоткой обратной связи Т1, которая находится в про- тивофазе с коллекторной обмоткой трансформатора Т1, за счет чего выполняется положительная обратная связь и создается режим генерации. Резистор R2

Рис. 23.2. Принципиальная схема высоковольтного источника напряжения для прибора ночного видения

смещает базу в область проводимости для начального запуска. Резистор R1 ограничивает ток базы, при этом конденсатор С2 ускоряет переключение Q1 за счет быстрого вывода из активного состояния подачей отрицательного смещения, а конденсатор С1 обеспечивает высокочастотную фильтрацию питания. Входное питание подается с помощью кнопочного переключателя S1.

Порядок сборки схемы высоковольтного источника напряжения

При сборке схемы выполните следующие действия:

1.         Разложите и идентифицируйте все детали и элементы, сверив их со спецификацией устройства. Учтите, что некоторые компоненты могут иметь несколько отличающиеся от указанных в спецификации номиналы. Это допустимо, поскольку все компоненты имеют допуск 10-20%, если не указано иначе. Бухта монтажного провода используется для соответствующих соединений в схеме.

2.         Подготовьте макетную плату с перфорацией отверстий, как показано на рис. 23.3. Увеличьте следующие отверстия:

– тринадцать отверстий диаметром 1,6 мм в точках соединения диодов и конденсаторов умножителя;

Рис. 23.3. Сборка низковольтной и высоковольтной частей платы

–           семь отверстий диаметром 3,2 мм для установки переключателя S1 и проводов внешних соединений;

–           переключатель на рисунке установлен на плате, но может быть установлен и удаленный переключатель на «косе» из соединительных проводов.

3. Соберите компоненты, не отклоняясь от порядка установки на плате (см. рис. 23.3). Проведите установку выводов компонентов в отверстия платы, как показано. Начните и продолжайте слева направо, сначала установку и пайку низковольтной, а затем высоковольтной частей источника напряжения.

Некоторые выводы элементов будут использоваться в качестве точек соединения по мере выполнения работ. Пока не отрезайте и не подравнивайте их. Желательно временно загнуть контакты для предотвращения выпадения деталей из отверстий платы.

Учтите, что паяные соединения в секции умножителя, состоящей из С4-С15 и D1-D12, должны иметь округлую форму и быть гладкими для предотвращения утечки высокого напряжения и образования коронного разряда. Размер сферического паяного соединения должен быть около 0,6 см. Проведите пальцами по паяному соединению* чтобы убедиться в отсутствии острых краев и выступов. При их наличии зачистите пайку наждачной бумагой до гладкой поверхности.

Заметьте также, что трансформатор Т1 установлен не традиционно (лежит на боку) и к его контактам припаяны короткие куски монтажного провода для соединений с точками на монтажной плате.

Электрические испытания макетной платы

При проведении электрических испытаний макетной платы выполните следующие операции:

1.         Разнесите выходные провода высокого напряжения на расстояние около 2,5 см друг от друга.

2.         Подключите источник питания 9 В ко входу и наблюдайте ток около 150- 200 мА при нажатой кнопке S1.

3.         Уменьшайте расстояние между проводами высокого напряжения до возникновения тонкого голубоватого разряда, обычно это происходит на расстоянии 1,27-1,9 см. Входной ток при этом увеличивается. Увеличение тока зависит от длины вспышки, короны и т.д., но оно не должно превышать 300 мА.

4.         Проверьте тепловой режим транзистора Q1 во время его работы и установите Q1 на небольшой теплоотвод (см. рис. 22.4), если он слишком горячий.

Если у вас есть осциллограф, можете наблюдать форму волны на выводе коллектора (см. рис. 23.2). Учтите, что на рисунке показана форма сигнала без разряда.

Обратите внимание на точку, от которой отходит провод фокусирующего напряжения. Эта точка соответствует примерно 1/16 выходного напряжения. Устройство может питаться от источника постоянного тока 12 В, но в этом случае обязательно необходимо установить Q1 на теплоотвод.

Это устройство может вырабатывать 10-20 кВ при питании от маленькой стандартной батареи 9В. Оно выполнено на печатной плате РСВ или небольшой макетной плате с перфорацией отверстий, и устройство можно легко поместить в такой корпус, какого требует конкретное применение. Устройство может применяться для подачи питания на приборы ночного видения, в схемах запуска для устройств выброса пламени или генерации пламени, для зарядки конденсаторов, для электрических изгородей, устройств избавления от насекомых, для фотографий Кирлиана, в генераторах электрических полей ионных двигателей и производства озона и т.д.

Изготовление и механическая сборка устройства

При начале сборки устройства выполните следующие действия:

1. Предполагается, что к этому моменту плата питания собрана правильно и работает надлежащим образом. Убедитесь в отсутствии коронного разряда в секции высокого напряжения. Применяется специальное покрытие, называемое поглотителем короны, уменьшающее электрическую

утечку. С ее помощью удалите острые кромки и изолируйте возможные паразитные точки возникновения короны.

2.         Выполните экран из оконного стекла и разместите его на уровне объектива преобразовательной трубки TUB1 с помощью скотча. Зафиксируйте трубку на столе с помощью клея и временно подключите провода от платы питания (см. рис. 23.2). Соблюдайте правильное расстояние между проводами и компонентами. Затемните помещение и поместите источник инфракрасного света по одной оптической оси с трубкой (используйте фонарь, предпочтительно с фильтром IR). Наблюдайте зеленоватое свечение трубки и изображение экрана, которое появляется или достаточно четким, или размытым. Если изображение четкое и качественное, вам повезло. Вы можете продолжать улучшать фокусировку, подключив резисторы 22 МОм (см. рис. 23.2) между двумя первыми секциями умножителя. Обычно этого не требуется.

3.         Изготовьте корпус EN1 из трубки PVC длиной 17,78 см с внутренним диаметром 6,03 см. Обратите внимание на отверстие около рукоятки НА1 для подвода проводов высокого напряжения к трубке от платы источника питания и отверстия для фиксации и центровки трубки с резьбой V4—20 (рис. 23.4). Три отверстия расположены по радиусу под углом 120°.

4.         Изготовьте рукоятку из PVC трубки длиной 20,32 см с внутренним диаметром 3,81 см. Трубка должна быть обработана, чтобы соответствовать форме EN1 в месте соединения.

Рис. 23.4. Вид устройства, показывающий внутреннее строение в рентгеновских лучах

5.         Изготовьте скобы BRK1 из двух полос алюминия #22 шириной 1,27 см, как показано на рисунке. Выполните отверстия #6х1А для винтов, фиксирующих всю сборку.

6.         Изготовьте TUB 1 из трубки PVC длиной 8,89 см с внутренним диаметром 5,08 см для линзы объектива. При использовании опций адаптеров монтажа оптики и подгонки «С или Т», крепления адаптера TUB1 имеет длину только 5,08 см.

7.         Необходимо изготовить соответствующие цилиндрические шайбы САР2 и САРЗ для обеспечения вставления TUB2 в корпус EN1. Они представляют собой пластиковые крышки 6,03 см. В крышке САР2 полностью срезано дно. У САРЗ вырезана меньшая часть для LENS1. Это дешевый метод и при этом работает достаточно хорошо. Вы можете заменить эти детали с помощью выполненных из алюминия или пластика деталей. Это придаст устройству более профессиональный вид, но может увеличить его стоимость.

8.         Здесь используются простые выпуклые линзы, которые подходят для большинства источников инфракрасного излучения. Это не высококачественные линзы, как возможные широкоугольные 50- или 75-миллиметровые теле- и фотолинзы с установочной арматурой. При использовании таких линз вы должны изготовить или купить кольцевые адаптеры, которые подходят к резьбе линзы и соответствуют корпусу С (см. СМТ1).

9.         Трубка электронно-оптического преобразователя снабжена присоедитель- ными выводами. Короткий отрицательный вывод присоединен к стороне объектива, и с ним необходимо срастить провод длиной 25 см. Вставьте трубку частично в корпус и пропустите провода через отверстие. Разместите трубку должным образом и аккуратно заверните оставшиеся винты рукой для фиксации и центрирования трубки.

10.       Подключите провода от трубки к плате питания, как показано.

11.       Вставьте плату источника питания в рукоятку НА1. Когда плата будет установлена в конечное положение, вам необходимо найти место отверстия для доступа к кнопке и просверлить отверстие для кнопочного переключателя S1. Провода должны быть достаточной длины, чтобы можно было полностью убрать в кЬрпус сборку после фиксации рукоятки на месте с помощью скобы BRKI. Это позволит осуществлять предварительную установку и обслуживание устройства. После подтверждения правильной работы устройства провода можно укоротить. Подключите батарею к плате питания и включите переключатель SI. Если все сделано правильно, вам не придется настраивать фокусирующее напряжение, взятое с отвода, или величину делителя. После подтверждения работоспособности устройства, проверьте, не возникает ли коронный разряд; в случае возникновения устраните его. Расположите плату для переключателя S1 вблизи отверстия для доступа к рукоятке. Может быть, вам придется принять дополнительные меры по фиксации платы на месте с помощью кусочков пенорезины, адгезива RTV и т.д. Наденьте гибкую резиновую мембрану на отверстие для доступа к кнопке и вставьте батарею и крышку CAPI.

12.       Наконец, завершите сборку устройства, как показано на рис. 23.5, установите источник инфракрасного фильтрованного света. Вы должны предотвратить утечку света, используя герметик или другие средства.

13.       Настройте объектив и окуляр для наилучшего наблюдения.

Особые замечания

В устройстве, которое здесь описано, применен встроенный источник инфракрасного излучения на базе обычного бытового фонаря с двумя батарейками со специальным инфракрасным фильтром. Необходимо предотвратить любую утечку видимого света с помощью герметика или других материалов.

Такой подход обеспечивает полную гибкость наблюдаемых объектов, которые не требуют инфракрасного освещения, поскольку свет можно не включать или полностью удалить источник. Яркость источника света можно увеличить, заменив две ячейки D на восемь ячеек АА, обеспечивая напряжение около 9 В. Можно установить соответствующую лампу, обеспечивая в несколько раз большую яркость освещения. Продолжительность службы лампы и батареи при этом значительно уменьшается, поскольку данный подход предназначен только для периодического использования устройства. Галогеновые лампы имеют большую яркость и служат прекрасным источником инфракрасного света.

Наблюдение на больших расстояниях можно осуществить с помощью других, более ярких источников: от более мощных ламп, автомобильных фар и т.д. Они должны быть снабжены соответствующими фильтрами. При этих мощных источниках света возможна работа устройства на расстоянии в несколько сот метров. Источник, который обеспечивает работу устройства на расстоянии до 150 м, указан в спецификации устройства.

Для достижения максимальной эффективности и расстояния может потребоваться указанная система оптических линз. Наблюдение внешне освещенных инфракрасных источников не требует встроенного источника инфракрасного света.

Вы увидите, что данное устройство хорошо подходит для наблюдения выходных сигналов большинства полупроводниковых лазеров на арсениде галлия, светодиодов или других источников энергии инфракрасного диапазона 9,0 нм. При наблюдении этих реальных источников встроенный источник не нужен.


Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты