В первой части статьи [1] мы подробно рассмотрели конструкцию Приемопередающего узла оптического локатора и привели результаты испытаний макетов локаторов, использующих в качестве излучателя мощные инфракрасные светодиоды.
Говоря об оптических локаторах, было бы несправедливо обойти вниманием такой источник излучения, как лазер.
Сразу отметим, что использование инфракрасного лазера в качестве излучателя опасно для зрения, поэтому мы работали в специальных очках, задерживающих значительную часть инфракрасного излучения.
Использование лазера в качестве излучателя локатора имеет несколько важных особенностей.
В первой части статьи мы использовали в качестве излучателя мощные инфракрасные светодиоды, снабженные объективом, формирующим световой поток в форме более или менее узкого конуса.
Фотоприемник, снабженный точно таким же объективом, имеет «угол зрения», в идеале совпадающий со световым конусом излучателя, поэтому в фотоприемник попадает весь свет, отраженный от препятствия (потерями в линзе мы для упрощения пренебрегаем).
Поэтому наш локатор «заметит» препятствие, даже если оно занимает лишь часть виртуальной плоскости, на которую проецируется световое пятно, формируемое световым потоком излучателя.
Световое пятно, формируемое лазером на удаленной мишени, мы в первом приближении можем рассматривать как точечный источник света, лежащий на оптической оси фотоприемника. В этом заключается коренное отличие излучателя, использующего лазер, от излучателя на светодиоде, формирующего на мишени световое пятно значительных размеров.
Луч лазера с большой долей вероятности может «промахнуться» мимо мишени и, несмотря на то, что мишень находится в поле зрения объектива фотоприемника, она не будет обнаружена.
Вторая особенность заключается в том, что для полного использования свойства лазера необходимо формировать на удаленной мишени очень яркое световое пятно малых размеров, а для его эффективной регистрации нужны длиннофокусные объективы, имеющие «угол зрения» 0.5 – 1 градус.
Исходя из этих двух особенностей, в наших опытах мы использовали лазеры, расфокусированные до 2-3 градусов (Рисунок 1), что соизмеримо с «углом» зрения» объективов, которыми мы располагали. Мы надеялись, что оптимизировав таким образом условия эксперимента, получим более адекватные результаты.
 |
||
| Рисунок 1. | Световое пятно лазера, расфокусированного до 2 градусов. Расстояние до мишени 3 метра. Яркая точка в верхней части изображения – световое пятно лазера целеуказателя. Снимок сделан инфракрасной камерой. |
|
В экспериментах использовались два инфракрасных лазера со встроенными драйверами, купленные на AliExpress (Рисунок 2). Лазеры имели одинаковую мощность 30 мВт и отличались максимальными частотами модуляции. Один лазер имел максимальную частоту модуляции 15 кГц, другой – 100 кГц. Конструктивно Приемопередатчик, использующий лазер в качестве излучателя, не отличается от описанного в первой части статьи. Лазер, имеющий меньший диаметр, чем тубус, установлен внутрь тубуса с помощью прецизионно изготовленной втулки, что обеспечило параллельность оптических осей приемника и излучателя.
 |
||
| Рисунок 2. | Инфракрасные лазеры мощностью 30 мВт с длиной волны 980 нм. | |
В первом эксперименте (см. раздел Видео) использовалась схема, представленная в первой части статьи, использующая в качестве фотоприемника фототранзистор.
В качестве излучателя использовался лазер с более низкой частотой модуляции, которая составляла примерно 960 Гц.
Результаты эксперимента говорят сами за себя. Дальность обнаружения мишени составила 39.8 м.
Во втором эксперименте (см. раздел Видео) использовалась схема, также представленная в первой части статьи, использующая в качестве фотоприемника микросхему TSOP4836. В качестве излучателя использовался лазер с частотой модуляции 36 кГц.
Максимальная дальность обнаружения мишени составила 21.4 метра.
Уменьшение дальности обнаружения мишени практически в два раза, объясняется, на наш взгляд, меньшим значением коэффициента усиления входного сигнала у микросхемы TSOP4836. Гипотеза о плохом качестве сигнала лазера на частоте 36 кГц не подтвердилась. Излучаемый сигнал был практически идеальным с фронтами около 1 мкс.
Заканчивая вторую часть статьи, мы хотели бы еще раз подчеркнуть, что важнейшим условием, является высокая точность изготовления оптического узла Приемопередатчика, обеспечивающего параллельность оптических осей в двух плоскостях.
Используя описанную в первой части статьи методику, нам удалось успешно решить эту задачу.
Заключение
В статье мы рассмотрели некоторые аспекты изготовления и применения оптических локаторов, а также предложили вариант конструкции приемопередающего узла оптического локатора, отличающегося относительной простотой изготовления в любительских условиях.
Натурные испытания макетов локаторов, использующих эту конструкцию, подтверждены прилагаемыми видеоматериалами и показали её работоспособность с различными излучателями и фотоприемниками.
| Видеоматериалы испытаний лазерного локатора с приемником на основе фототранзистора |
| Видеоматериалы испытаний лазерного локатора с приемником на основе микросхемы TSOP4836 |
