Мустафаєв р

РОЗРАХУНОК І МОДЕЛЮВАННЯ ЛАЗЕРНОГО МІКРОФОНА

Мустафаєв Руслан Айвазовіч
Воронезький державний технічний університет

анотація
У даній роботі розглядається принцип роботи лазерного мікрофона, розробляється його структурна і принципова схеми, а також проводиться моделювання блоків передавача і приймача пристрою, для чого була підібрана елементна база.

THE CALCULATION AND SIMULATION OF LASER MICROPHONE

Mustafaev Ruslan Aivazovich
Voronezh State Technical University

Abstract
In this paper viewed the principle of the laser microphone, developed its structural and principal schemes, as well as modeling units held transmitter and a receiver unit, which was selected element base.

Лазерні мікрофони дозволяють вирішувати завдання отримання інформації від іншої особи, при відсутності в його розпорядженні передавача. Таким чином, виходить симплексний канал зв'язку [1, 2].

Так як лазерний мікрофон схильний до впливу зміни координати зондіруемой поверхні, то його можна застосувати, наприклад, для детектування сейсмічної активності в земній корі. Другим варіантом можливого застосування даного виду зв'язку є детектування пульсу, дихання у людини, за умови, що до його тіла буде прикріплена якась відбиває поверхня. Плюсами таких систем є швидкість (так як інформація передається оптичним випромінюванням, а його швидкість близька до швидкості світла і обмежена лише швидкістю обробки інформації) і можливістю віддаленого доступу від місця збору інформації.

Принцип його дії зображений на малюнку 1.

Малюнок 1. Принцип дії лазерного мікрофона

Промінь світла від лазерного джерела направляється до здатної його відбити поверхні (мембрані). При коливанні мембрани, змінюється кут відбиття лазерного променя. Таким чином, світловий потік модулюється. Відбитий промінь приймається оптичним прийом-ником, розміщених в точці прийому відбитого променя. Зміни напряму відбитого променя при коливаннях мембрани викликають відповідні зміни положення плями світла на светочувс-твітельном елементі оптичного приймача.

Таким чином, лазерний мікрофон повинен включати в себе блоки, які виконують певні функції. Драйвер харчування повинен забезпечувати стабілізований струм лазерного діода. Так як випромінювання лазера має досить широку діаграму спрямованості, то промінь прямує через коліматор для його фокусування. Далі коллімірованний пучок, відбиваючись від мембрани, потрапить на блок приймача. На його вході стоїть оптичний смуговий фільтр з смугою пропускання, в яку входить довжина хвилі випромінювання лазерного діода. Такий фільтр забезпечить вибірковість від небажаних фонових джерел світла. Далі лише випромінювання від лазера потрапить на фотодіод [3]. В ньому знаходилась ясність і потрапив на його світлочутливу площадку, перетворюється в електричний струм. Потім струм фотодіода трансімпедансним підсилювачем перетворюється в напругу [4, 5], так як всі підсилювачі насамперед посилюють саме його. Далі вже перетворений сигнал йде на підсилювач звукової частоти, який посилює напругу до необхідного рівня. Виходячи з перерахованого вище, була складена структурна схема лазерного мікрофона, представлена ​​на малюнок 2.

Малюнок 2. Структурна схема лазерного мікрофона

Електричної частиною схеми є драйвер харчування, що забезпечує стабільне живлення струмом лазерного діода (випромінювач). Як відомо, лазерний діод дуже «капризний» і невелике відхилення протікає через нього струму від норми може його погубити.

Найпоширенішим застосуванням лазерного діода є оптичні приводи. В DVD-RW використовуються лазери, що випускають довжину хвилі 650 нм. Чим вище швидкість запису в таких приводах, тим більший струм споживає лазер і велику потужність має:

• 16х - струм 250-260 мА, потужність 200 мВт;
• 20х - струм 400-450 мА, потужність 270 мВт;
• 22х - струм 450-500 мА, потужність 300 мВт.

Таким чином, лазерний діод досить високої потужності можна витягти з непотрібного оптичного приводу.

Для лазерного мікрофона був обраний лазер потужністю випромінювання 200 мВт, що випромінює довжину хвилі 650 нм. Але для більшого терміну служби не варто на нього подавати струм вище 200 мА, так як при нагріванні, висока напруга, яка через лазер, починає збільшуватися, а це загрожує його «перегоранням».

Як драйвера харчування можна використовувати стабілізатор напруги з підключеним до нього резистором. А так як напруга буде стабілізовано, то і струм (який якраз і обмежується резистором) відповідно теж.

Головними факторами, що впливають на дальність дії, є потужність передавача і чутливість приймача. Але також, сильно впливає і фокусування променя, тобто розбіжність, мінімальне значення якої повинен забезпечувати коллиматор. Загасання в атмосфері також значно впливає на дальність дії.

Для перевірки працездатності даної схеми використовувалися пакети моделюють програм Multisim і Micro-Cap.

На малюнку 3 представлена ​​ланцюг передавача змодельована в програмі Multisim в загальному вигляді (зверху) і при перевірці працездатності (знизу).

Малюнок 3. Модель передавача в пакеті Multisim

Амперметр U3 показує стабілізований струм 200 мА, що протікає через лазерний діод. Таким чином, було перевірено роботу стабілізатора струму для лазерного діода.

Для приймача головним критерієм при виборі фотодіода є його спектральна чутливість, а для трансімпедансним підсилювача - коефіцієнт трансімпеданса (тобто відношення вихідної напруги до вхідного току). Для перевірки роботи спроектованого приймача випромінювання використовувалася програма Micro-Cap. Зібрана схема зображена на малюнку 4.

Малюнок 4. Модель приймача в пакеті Micro-Cap

На малюнку 5 представлений вхідний і вихідний сигнали приймача. Вгорі вихідний струм фотодіода, а внизу вихідна напруга активного фільтра.

Малюнок 5. Вхідний і вихідний сигнали приймача

Таким чином, за результатами моделювання амплітуда вихідної напруги дорівнює 0,788 В.

У виконану роботу було проаналізовано роботу лазерного мікрофона, розроблені структурна і принципова схеми, а також було проведено моделювання роботи блоків передавача і приймача пристрою.

Якщо Ви ще не зареєстровані на сайті, то Вам необхідно зареєструватися: