激光发射部分的设计制作
发布时间:2013/11/15 21:47:37 访问次数:588
首先将DD31 1的5脚通过一个1k0的电阻接到电源正极,ESP18-12SN也就是5V上,将VD1用两只串联的1N4004代替,并且串入电流表。把RP1调整到最大值,然后减小RP1的阻值,当电流达到lOO—llOmA时,固定RPI,并且用油漆封住RP1。这时,将1kQ的电阻去掉,并且将VD1接入电路中。注意接入VD1模组的过程要加强静电防护,模组里的VD1非常怕静电。我从北京购买的激光二极管的额定工作电流为130mA,但是在实际应用时一般都不主张在最大额定电流下工作,主要是为了延长工作寿命和提高可靠性。
实际上这套激光警戒系统制作难点不在电路,而是在光学和机械。下面着重说一下光学机械设计以及系统调整(已经超出无线电涉及范畴了,但是光、机、电一体设计,往往可以带来意想不到的收获)。
激光发射部分的设计制作
首先选择元件,激光二极管选择5.6mm封装的,根据我们要设防的警戒距离,来选择发射器发出来的激光光束直径。一般距离越远,发射器的激光光束越粗,这样来缩小远端激光光斑的直径。通常受到大气漂移和抖动的影响,设防警戒线的长度要小于500m。距离再长就会因为大氧抖动和漂移,使激光光斑超出激光接收器的接收范围。所以我们设计警戒线的长度一般在1~500m的范围,这样发射激光光束出口直径为5~8mm就够了。在500m处的光斑直径能达到60—80mm,作为接收窗口,已经足够,而且大气引起的漂移量不会超过20mm。这样在任何情况下,光斑也不会跑出接收窗口的范围。根据上述条件就可以进行器件选择了。
首先选择激光二极管,我选择的是北京中科院半导体所生产的激光二极管LDM-980-050m,如图1所示,从产品手册上可以查到,其水平发散角为25。aalo透镜和激光二极管的摆放示意圈垂直发散角为35。,利用CAD制图软件可以很方便地找出管芯到6mm线长的距离。通过画图计算,距离为9.5mm,这个距离就等于准直透镜的焦距了。
下一步就是选择镜片了。因为激光二极管的波长为980nm,可以按照可见光的光学器件来选择。就是在增透镀膜时给厂家提出使用的波长范围,这样就可以镀出相应波长的增透膜了。按照激光的特点,是单一波长的光,所以不用考虑镜片色差问题,只考虑用消球差的胶合透镜就可以了,我选择了长春金龙光学仪器厂的镜片。从他们的产品目录上选择了一款直径大于激光束直径、焦距在9.5mm附近的一款胶合透镜18AC080-010-B,其中18AC代表消球差胶合透镜,080代表镜片直径8mm.010代表镜片的焦距10mm,B是镀膜的波长范围650—1050nm。接下来开始根据产品手册上给出的直径、边厚、中心厚度进行机械设计。图1 0所示是经过CAD摆放的透镜和激光二极管示意图。
18AC080-010—B透镜直径8mm,中心厚度6.5mm,边缘厚度4.4mm,焦距10mm.激光二极管激光束的发散角为35。,利用CAD摆放好透镜和激光二极管位置后就可以进行机械设计了。透镜和激光二极管的摆放位置是激光束平行度为无限远的状态。但是在实际使用时,要根据激光发射和接收之间的距离,对激光束的发散角进行微调,所以机械设计时,要能让镜片与激光二极管之间的距离进行调整。因此把镜片装在透镜套中,旋转透镜套,就可以进行距离调整了。根据上述要求,设计出了如图1 1所示的机械结构。激光二极管的安装过程如图1 2所示。
带剖面线的机械零件可以使用铝合金、黄铜之类的金属材料车削加工,加工的时候注意各个零件的配合精度,以及同心度。接收部分就要用红外接收头作一个遮光圆筒,防止杂散光直接照射接收头。一般设防距离在500m以内,接收部分不用做专门的光束聚焦光学系统。直接使用红外线接收头就可以很好地接收了。激光发射模组做好后,外面要套上绝缘材料的套筒。方向调整座,使用小型摄像头的手动云台,将激光器安装在云台上,可以比较方便地调整激光束,准确地投射到接收端。
首先将DD31 1的5脚通过一个1k0的电阻接到电源正极,ESP18-12SN也就是5V上,将VD1用两只串联的1N4004代替,并且串入电流表。把RP1调整到最大值,然后减小RP1的阻值,当电流达到lOO—llOmA时,固定RPI,并且用油漆封住RP1。这时,将1kQ的电阻去掉,并且将VD1接入电路中。注意接入VD1模组的过程要加强静电防护,模组里的VD1非常怕静电。我从北京购买的激光二极管的额定工作电流为130mA,但是在实际应用时一般都不主张在最大额定电流下工作,主要是为了延长工作寿命和提高可靠性。
实际上这套激光警戒系统制作难点不在电路,而是在光学和机械。下面着重说一下光学机械设计以及系统调整(已经超出无线电涉及范畴了,但是光、机、电一体设计,往往可以带来意想不到的收获)。
激光发射部分的设计制作
首先选择元件,激光二极管选择5.6mm封装的,根据我们要设防的警戒距离,来选择发射器发出来的激光光束直径。一般距离越远,发射器的激光光束越粗,这样来缩小远端激光光斑的直径。通常受到大气漂移和抖动的影响,设防警戒线的长度要小于500m。距离再长就会因为大氧抖动和漂移,使激光光斑超出激光接收器的接收范围。所以我们设计警戒线的长度一般在1~500m的范围,这样发射激光光束出口直径为5~8mm就够了。在500m处的光斑直径能达到60—80mm,作为接收窗口,已经足够,而且大气引起的漂移量不会超过20mm。这样在任何情况下,光斑也不会跑出接收窗口的范围。根据上述条件就可以进行器件选择了。
首先选择激光二极管,我选择的是北京中科院半导体所生产的激光二极管LDM-980-050m,如图1所示,从产品手册上可以查到,其水平发散角为25。aalo透镜和激光二极管的摆放示意圈垂直发散角为35。,利用CAD制图软件可以很方便地找出管芯到6mm线长的距离。通过画图计算,距离为9.5mm,这个距离就等于准直透镜的焦距了。
下一步就是选择镜片了。因为激光二极管的波长为980nm,可以按照可见光的光学器件来选择。就是在增透镀膜时给厂家提出使用的波长范围,这样就可以镀出相应波长的增透膜了。按照激光的特点,是单一波长的光,所以不用考虑镜片色差问题,只考虑用消球差的胶合透镜就可以了,我选择了长春金龙光学仪器厂的镜片。从他们的产品目录上选择了一款直径大于激光束直径、焦距在9.5mm附近的一款胶合透镜18AC080-010-B,其中18AC代表消球差胶合透镜,080代表镜片直径8mm.010代表镜片的焦距10mm,B是镀膜的波长范围650—1050nm。接下来开始根据产品手册上给出的直径、边厚、中心厚度进行机械设计。图1 0所示是经过CAD摆放的透镜和激光二极管示意图。
18AC080-010—B透镜直径8mm,中心厚度6.5mm,边缘厚度4.4mm,焦距10mm.激光二极管激光束的发散角为35。,利用CAD摆放好透镜和激光二极管位置后就可以进行机械设计了。透镜和激光二极管的摆放位置是激光束平行度为无限远的状态。但是在实际使用时,要根据激光发射和接收之间的距离,对激光束的发散角进行微调,所以机械设计时,要能让镜片与激光二极管之间的距离进行调整。因此把镜片装在透镜套中,旋转透镜套,就可以进行距离调整了。根据上述要求,设计出了如图1 1所示的机械结构。激光二极管的安装过程如图1 2所示。
带剖面线的机械零件可以使用铝合金、黄铜之类的金属材料车削加工,加工的时候注意各个零件的配合精度,以及同心度。接收部分就要用红外接收头作一个遮光圆筒,防止杂散光直接照射接收头。一般设防距离在500m以内,接收部分不用做专门的光束聚焦光学系统。直接使用红外线接收头就可以很好地接收了。激光发射模组做好后,外面要套上绝缘材料的套筒。方向调整座,使用小型摄像头的手动云台,将激光器安装在云台上,可以比较方便地调整激光束,准确地投射到接收端。
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