Лазерное устройства прослушивания – ЧАСТЬ 5

November 4, 2011 by admin Комментировать »

3.         Отрежьте, зачистите и облудите провода для подключения к точкам X и Y модуля контрольного фотодиода лазерного диода. Для соответствия отверстию в лазерном модуле это должны быть провода #24.

4.         Подключите щуп осциллографа к точкам X и Y, подключите батарею 9 В к зажиму CL. Обратите внимание, что при включении эта схема потребляет 10 мА тока.

5.         Включите S1 и наблюдайте тестовый звуковой сигнал в диапазоне 1000- 1500 Гц с максимумом 2 В.

6.         Подключите выходные провода к лазерной плате, как показано, в точках X и Y. Установите ток лазерного диода 100 мА, как описано выше. Направьте лазер на светлую поверхность. Вы должны отчетливо услышать громкий сигнал тестового звука после направления лазерного приемника в сторону рассеянного отраженного света.

Лазерный приемник

В этом разделе рассматривается, как изготовить электрооптический приемник, способный обнаруживать и воспроизводить полезный модулированный сигнал, который находится в оптических лучах световой энергии лазера. Он также позволит вам воспринимать информацию с любого изменяющегося периодического источника света, как, например, дисплея вычислительной машины, экрана телевизора, света от огня, молнии, источника инфракрасного излучения и, конечно, специально модулированного луча для голосовой и других типов аналоговой связи. Он служит прекрасным детектором для этого проекта лазерного прослушивающего устройства, регистрирующим вибрации окна или другой подобной поверхности при облучении ее светом лазера как в световом видимом спектре, так и инфракрасном невидимом. Выделенные модулированные сигналы ясно воспроизводятся через громкоговоритель или наушники. Так, через строительные конструкции можно услышать разговор внутри помещения за закрытыми окнами.

Прибор помещен в круглый корпус из PVC, который при использовании в чувствительных к размещению приложениях легко фиксируется на штативе для фотоаппарата. Изменение мощности приемного сигнала осуществляется регулятором усиления, который, как и гнездо для наушников, расположен на задней стороне корпуса. Для направленного прослушивания случайных источников звука предлагается использовать вариант устройства с рукояткой как у пистолета.

Принципиальной схема устройства

На рис. 13.8 показана схема лазерного приемника. На вход фоточувствительного фототранзистора Q1 поступает световой приемный сигнал, транзистором Q1 он преобразуется в электрический и усиливается малошумящим усилителем I1D с коэффициентом усиления 50. Сигнал с выхода I1D фильтруется полосовым трехкас- кадным фильтром I1AT1B-I1C, работающим в речевом диапазоне частот 500- 2000 Гц. Этот диапазон обеспечивает максимальную разборчивость речи на фоне помех. Профильтрованный выходной сигнал усиливается по мощности усилителем IC2 для подключения к его выходу наушников или маломощного громкоговорителя. Гнездо J1 предназначено для использования самостоятельной регулировки звука при подключении высококачественных наушников (HS30). Коэффициент усиления системы регулируется переменным сопротивлением-переключателем (R22/S1). S1 включает источник напряжения батарейного питания схемы от батареи В1. Цепь, состоящая из резисторов R2 и R3, обеспечивает необходимое смещение средней точки для I1ABCD. Все точки смещения I1ABCD соединяются с общей точкой смещения резисторов R2 и R3.

Специальная цепь, состоящая из LED1, обеспечивает световое смещение фототранзистора Q1 выше низкого уровня светового сигнала при работе с рассеянным светом, отраженным от неровной поверхности. В отсутствие цепи LED1 на выходе IC2 создается неприятный хаотичный шум от рассеянного света, снижающий общую эффективность системы. Переменное сопротивление R21 регулирует излучение LED1. Его следует тщательно настроить в ходе финального тестирования для достижения оптимального эффекта.

Порядок сборки лазерного приемника

При изготовлении приемника выполните следующие действия:

1.         Разложите и идентифицируйте все детали и сверьте их со спецификацией, обратите внимание на цветовую идентификацию постоянных резисторов. Конденсаторы легко опознаются по различным маркировочным кодам в скобках. Сборка показана с использованием печатной платы РСВ с протравленными дорожками для соединений компонентов схемы. Устройство может быть выполнено и на макетной плате, если вы следуете чертежу при соединении компонентов проводниками в виниловой изоляции.

2.         Вставьте выводы резисторов в металлизированные отверстия, где обозначен данный резистор (рис. 13.9). Начните с установки R1 и продолжайте до тех пор, пока не вставите все резисторы. Выполните пайку

Рис. 13.9. Размещение компонентов на плате оптического приемника

Рис. 13.10. Размещение компонентов с расположением печатных дорожек на тыльной

стороне печатной платы РСВ

и отрежьте все лишние выводы, резисторов. Важно избегать паяных мостов, замыканий, холодной пайки. Вид печатных дорожек на тыльной стороне печатной платы РСВ для тех, кто хочет самостоятельно изготовить печатную плату, показан на рис. 13.10.

3.         Повторите ту же процедуру для конденсаторов, соблюдая полярность электролитических конденсаторов С1, СЗ, С6, С7, С13.

4.         Вставьте II и 12, обратите внимание на их правильное расположение в соответствии с ключом (выемкой в узкой стороне микросхемы).

5.         Вставьте фототранзистор Q1. Соблюдайте полярность (см. рис. 13.9).

6.         Вставьте переменные сопротивления R21, R22, гнездо^ и припаяйте их к соответствующим контактным площадкам печатной платы.

7.         Подключите зажим батареи CL1. Обратите внимание на цветной красный вывод плюса питания и отверстия в печатной плате РСВ для снятия натяжения.

8.         Изготовьте отражательный экран, как показано на рис. 13.11. Эта деталь используется для наблюдения положения отраженного лазерного луча или сфокусированного луча линзой-расширителем. Этот свет необходимо направить на линзу фототранзистора. Экран должен быть небольшим по размерам, чтобы беспрепятственно помещаться в трубке корпуса. Просверлите два маленьких отверстия для выводов LED1, соблюдая полярность, и припаяйте его. Выводы должны быть как можно длиннее. Расположите светодиод по отношению к фототранзистору Q1 так, чтобы его свет можно было наблюдать, но чтобы в то же время он не препятствовал сигналам, идущим вдоль оптической оси. Разместите LED1, как показано на рис. 13.12, и закрепите его на печатной плате РСВ с помощью адгезива RTV или аналогичного клея.

Рис. 13.11. Чертежи секций конструкций лазерного приемника

9. Изготовьте изолирующую плату SPCR1 из куска пластика, картона или другого подходящего материала размерами 3,81×5,08 см. Этот элемент размещается между батареей и дном платы для изолирования их друг от друга (см. рис. 13.12).

Батарея может удерживаться на месте подходящим эластичным материалом или уплотнительным кольцом, как это показано на рисунке. Изготовьте коллиматор, как показано на рис. 13.13.

10. Проверьте все соединения и правильность паяных соединений. Проверьте, не образовались ли на печатной плате паяные мостики или замыкания.

Рис. 13.12. Размещение платы с компонентами внутри корпуса лазерного приемника

Рис. 13.13. Сборка линзы-расширителя

Предварительные электрические испытания устройства

Для проведения предварительных электрических испытаний устройства выполните следующие действия:

1.         Включите наушники в гнездо J1 и вставьте батарею напряжением 9 В или подключите внешний источник постоянного напряжения 9 В. Поверните ось R21 до упора против часовой стрелки. Включите R22/S1, поворачивая его ось по часовой стрелке до тех пор, пока не услышите гул в наушниках. Установите удобный для прослушивания уровень звука. Гул идет от света частотой 60/50 Гц.

2.         Возьмите калькулятор со светодиодным дисплеем и направьте на него устройство, чтобы оно принимало излучение дисплея. Вы заметите громкий звуковой сигнал, показывающий регистрацию излучения.

3.         Проверьте работу фильтра, пропустив синусоидальный сигнал через цепь аттенюатора и Q1 (если не возникает проблем, эта проверка не обязательна). Установите с помощью осциллографа, подключенного kJI, частоту генератора сигналов 1000 Гц и пиковое напряжение 1 В. Медленно изменяйте частоту сигнала и наблюдайте реакцию на выходе. Сигнал начинает спадать при 300 Гц и будет иметь пик примерно на 3 кГц. Ток нагрузки батареи должен составлять около 10-20 мА при подключенных наушниках, регистрирующих оптимальный звуковой сигнал.

Окончательной сборио устройство

При окончательной сборке устройства выполните следующие действия:

1.         Изготовьте EN1, САР1, САР2 (см. рис. 13.11).

2.         Подготовьте источник сигнала, например дисплей ручного калькулятора или аналогичный прибор. Имейте в виду, что при жидкокристаллическом дисплее устройство работать не будет.

3.         Создайте полную темноту и постарайтесь поймать сигнал, перемещая штатив. Настройте контроль смещения R21 на максимальный относительно фонового шума. Обратите внимание на низкий уровень сигнала обнаружения в полной темноте без света смещения.

4.         Поэкспериментируйте с ЕХТ10 на больших расстояниях и оцените чувствительность устройства. Учтите, что наведение на световой сигнал может быть затруднительным вследствие узкого угла приема сигнала.

Применение, безопасность и легализация системы

Эти полностью работающие модули могут быть заключены в подходящий корпус, который позволит проводить микромеханические настройки. Вы можете использовать красный лазер с видимым светом для демонстраций на близком расстоянии или целей наблюдения и выравнивания. Освещающий лазерный передатчик должен быть точно юстирован по отношению к оптической оси лазерного приемника и его необходимо механически точно настроить по микрометру для приема и обработки рассеянного отраженного света. Описанный в настоящем проекте лазерный передатчик использует схему тестового звукового сигнала, которая значительно упрощает грубую оптическую настройку на расположенную на дальнем расстоянии поверхность. Выход лазерного передатчика может быть установлен на 2-4 мВт для соответствия классу За или на 8-10 мВт для соответствия классу ЗЬ. Прилагаемый коллиматор значительно расширяет потенциальный диапазон работы системы. Возможное использование теле- или фотолинз, используемых с оптическим приемником, увеличивает дальность действия и характеристики системы. Готовые модули можно установить на штативы и проверить их функциональное единство (работают только совместно) или с целью демонстрации до помещения в единый корпус.

Схема тестового генератора звукового сигнала приведена на рис. 13.14.

Используемые лазеры класса За или ЗЬ могут излучать видимый и невидимый свет. Если вы наблюдаете прямое отражение, в обязательном порядке необходимы защитные очки для глаз. Использование рассеянного света менее опасно.

Получите разрешение от тех, кого вы прослушиваете! Экспериментальная демонстрация этой системы не должна вызывать проблем с законом, она должна использоваться в приложениях, которые не требуют перехвата разговора.

Рис. 13.14. Схема тестового генератора звукового сигнала

Настройка устройства с использованием прямого отражение

Для приема устройством сигналов при прямом отражении выполните следующие действия:

1.         Возьмите два штатива для видеокамеры и установите на одном лазерный передатчик, а на другом – лазерный приемник. Используйте изоляционную ленту, шнур и т.п. по своему усмотрению.

2.         Снимите заднюю крышку лазерного приемника и установите батарею 9 В в зажим.

3.         Выберите окно для прицеливания. Выберите обычное окно, которое находится на одном уровне с вами. Поместите громкоговорящий радиоприемник по другую сторону окна.

4.         Если ваш лазер имеет вид указки или ружья, нужно будет создать давление на курок, это можно сделать с помощью скрепки или булавки.

5.         Расположите штатив с лазерным передатчиком таким образом, чтобы он был направлен под прямым углом (или максимально близким к нему) по отношению к отражающей поверхности. Это обеспечит минимальное расстояние между приемником и передатчиком.

Такое расположение не является необходимым с точки зрения эффективной работы, но оно является одним из самых простых, пока вы не ознакомитесь с наведением системы.

6.         Найдите положение отражения «лазерного пятна», возникающего в результате прямого отражения лазерного луча от окна. Это в значительной степени зависит от взаимного расположения устройств на шаге 5, поскольку угол отражения равен углу падения (закон Снелла).

7.         Тщательно настройте приемник, чтобы он принимал световые сигналы при прямом отражении. Окончательное положение должно быть таким, чтобы отраженный луч падал на фототранзистор, за которым можно следить через отверстие для наблюдения.

8.         Если вы используете удлинительную фокусную линзу, настройте ее так, чтобы отраженный сигнал имел размер около 2 см на фототранзисторе и белом экране. Эта линза не нужна на расстояниях до 15 м.

9.         Включите усилитель и настройте его на оптимальный уровень звукового сигнала, что может потребовать подстройки элементов схемы на реальный сигнал. Грубая настройка требует обнаружения слабого источника оптического сигнала в полной темноте и регулировки максимального отношения сигнал/шум. Устройство не будет работать корректно при неправильном расположении относительно источника оптического сигнала.

10. Тщательно настройте положение лазерного приемника для достижения максимальной четкости изображения пятна и максимального уровня громкости. Обратите внимание, что даже совсем незначительная неоптимальная настройка может в огромной степени повлиять на характеристики устройства. Экспериментируйте с линзами, используя расстояния более 15 м. Обратите внимание на профиль пятна от лазерного луча на поверхности белого диска экрана. Вы увидите зоны интерференции – светлые и темные полосы по краям.

Имейте в виду, что четкость, громкость и общая эффективность работы устройства зависят от многих факторов. Размер окна, оконное стекло, даже вибрация окна при работе кондиционеров, двигателей, насоСов и других приборов, перемещающих воздушные массы, могут серьезно ухудшить полезный сигнал.

Серьезные экспериментаторы могут попытаться использовать в качестве стыковочного узла системы аудиоэквалайзер для фильтрации и усиления полезного сигнала. Здесь экспериментирование и опыт также являются лучшим решением для быстрой настройки и достижения оптимальных результатов.

Топография системы с использованием рассеянного отражения использует свет, зарегистрированный вне оптической оси. Сигнал будет слабее на том же расстоянии и потребует более тщательной настройки.

Теперь вы стоите перед выбором: оставить ли систему в виде отдельных устройств на штативах для демонстрации концепции и экспериментов или поместить модули в надежный корпус, подобный показанному далее, получая практичную систему со средними характеристиками для работы в полевых условиях.

Цель заключается в том, чтобы достигнуть оптической юстировки передающего и приемного лучей, поскольку точка падения луча и обратный сигнал находятся на оптической оси приемника. Когда оптическая юстировка будет проведена, необходимо только подстроить регулировочные микровинты, которые обеспечивают оптимизацию приема сигнала с любой разумной дистанции. Предполагается, что при условии начальной юстировки хотя бы слабый сигнал всегда будет обнаружен. Предлагаемые варианты интегрированной системы в окончательном виде представлены на рис. 13.15-13.17.

Рис. 13.15. Предлагаемый вид системы в сборе, вид сбоку


Рис. 13.16. Предлагаемый вид системы в сборе, вид спереди без оптики


Тестовый генератор звукового сигнала настраивает лазер на 1-2 кГц. Эта схема позволяет легко определить оптическую ось передатчика и приемника. После этого вы аккуратно ищете тестовый звуковой сигнал, который отчетливо регистрируется оптическим приемником. Оборудование ночного видения также может помочь в начальной юстировке.

Если применить лазер конструкции нашей лаборатории, то при его установке в корпус имелось юстировочное устройство, с помощью которого можно регулировать винтами на несколько градусов со шкалой в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Наш прототип использовал линзу от дешевой видеокамеры, которая была ввинчена в адаптер, прочно прикрепленный к корпусу.

Очевидно, что для завершения конструкции системы потребуется определенная изобретательность, если хотите иметь свою, оригинальную конструкцию, отличную от наших предлагаемых вариантов интегрированной системы в окончательном виде.

Точные размеры не указаны, поскольку это связано с имеющимися у вас в распоряжении материалами и вашей изобретательностью.

Рис. 13.17. Предлагаемый вид системы в сборе, вид сбоку в рентгеновских лучах Примечание:

Лазер и оптический приемник показаны отдельно в спецификации.

Сборка интегрированной системы для использований в полевых условию

Внутренние модули лазерного приемника помещаются в прочный корпус и надежно закрепляются. Конструкция адаптера фиксируется на выходном конце и позволяет использовать линзы по вашему усмотрению. Лазерный передатчик с коллиматором прикрепляется к лазерному приемнику с помощью двух алюминиевых скоб.

Эта сборка требует значительной аккуратности для соблюдения оптической юстировки, поскольку любые регулировки прибора будут возможны только с помощью двух винтов микронастройки угла возвышения в вертикальной плоскости и угла поворота – в горизонтальной (рис. 13.16,13.17).

Вы видите, что лазерный модуль поддерживается в средней части двумя резиновыми уплотнительными кольцами, которые обеспечивают изгибающее движение вперед и вверх. Пружины размещены непосредственно напротив контактных точек грловок винтов микронастройки. Нагрузка от этих пружин, на которые воздействуют винты микронастройки, сдвигает лазерный модуль относительно линии горизонта, поэтому теперь требуется сбалансировать изменение положения. Передние точки дают возможность настройки угла возвышения, задние – угла поворота в горизонтальной плоскости.

Детали устройства и описание их изготовлений

Для окончательной сборки и помещения в корпус вы должны иметь в своем распоряжении перечисленные ниже детали (см. рис. 13.17). Рекомендуемый корпус представляет собой алюминиевую трубку со стенками, толщиной по меньшей мере 0,64 см. Для упрощения процесса изготовления корпуса можно использовать полихлорвиниловую трубку, но это уменьшает механическую прочность устройства.

•               Основной корпус. Алюминиевая трубка с внешним диаметром 6,03 см и толщиной стенок 0,64 см. Выполните отверстие для рукоятки. Обратите внимание на отверстия для установки на штатив 14-20.

•               Корпус лазера. Алюминиевая трубка с внешним диаметром 4,44 см и толщиной стенок 0,64 см. Изготовьте, как показано, с выемками для пружин и отверстиями для микрорегуляторов.

•               Рукоятка. Алюминиевая трубка 4,13 см для размещения батарей и сама служит рукояткой.

•               Скобы. Изготовьте две скобы для соединения между собой лазера и основного корпуса. Этот этап должен быть как можно более точным, поскольку оси обоих корпусов должны быть параллельны.

•               Панель управления. Можно использовать переднюю панель модуля лазерного приемника. Проделайте дополнительные отверстия для переключателя тестового генератора звукового сигнала и проходной втулки кабеля, идущего в лазерную секцию.

•               Задняя панель. Для задней секции корпуса лазера с отверстием для кабеля.

•               Адаптер линзы. Изготавливается из поливинилхлорида толщиной 1,27 см по величине внутреннего диаметра трубки корпуса. Вырежьте центральную часть в соответствии с используемой вами линзой.

•               Уплоты ител ьные кольца. Надеваются на лазерный модуль и располагаются между ним и трубкой корпуса лазера. Их положение можно изменять с помощью микрорегуляторов для оптимального расположения трубки с точки зрения последующей настройки.

•               Пружины. Пружины сжатия для создания положительного давления на винты микрорегулировки для их фиксации.

•               Регулировочные винты с микроголовкой. Для точной регулировки угла возвышения и угла поворота в горизонтальной плоскости.

•               Кабель. Многожильный кабель для батареи 6 В и входного тестового звукового сигнала лазерного модуля.

•               Переключатели. Для подачи питания и тестового звукового сигнала лазерного модуля.

•               Батарея 6 В. Использует набор из 4 АА батарей для питания лазерного модуля и включается одним из переключателей.

•               Батарея 9 В. Для питания схемы тестового генератора звукового сигнала.

•               Теле- и фотолинза. Возможные варианты выбора линзы значительно увеличат потенциальную дальность действия и функциональные возможности системы. Должна соответствовать установленному адаптеру.

•               Крышка. Пластиковая крышка надевается на конец корпуса и под держивает край рукоятки.

•               Наушники с регулировкой громкости звука.

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