Статьи на конкурс

Статьи на конкурс размещать тут.

 

Статейка, блин.

Очередной твердотел своими руками. Или "демонстрационный" лазер на алюмоиттриевом гранате легированном неодимом.

В основе установки квантрон К-104Г, (ну который с такими блестящими и красивыми гофрированными шлангами для ОЖ) Внутри, кроме отражателя, есть красивая лампочка ИНПх-4/60 и АЭ ИАГ 5х60мм. Вот так он выглядит:


Первым делом занялся блоком питания для него, пришлось немного поэкспериментировать и поломать голову. В итоге остановился на самом простом варианте. Простой как валенок, труднодоступных деталей нет совсем.
Схема устройства:

Из нюансов: пождигающий трансформатор (в красной рамке) мотается на 2х сложенных вместе колечках к40х25х11 из феррита М2000 или М6000. Мотать нужно 25-30витков проводом 1-1.5квмм. В один слой не умещается, так что мотаем в 2слоя, причем провод второго слоя обязательно одеть в термоусадку. В качестве межслойной изоляции Я использовал фторопластовую пленку 100мкм в два слоя. Изоляция сердечника - лакоткань.
Кнопку следует выбирать с хорошей изоляцией и мощными контактами. Дешевые китайские кнопочки в таких режимах долго не живут. Я использовал древнюю кнопку от какой-то военщины с карболитовым корпусом и резиновой мембраной на самой кнопке. Контакты в ней имеют солидное сечение, притом еще и серебром покрыты.
Остальные номиналы указаны на схеме, все просто. При использовании в качестве "боевых" электролитические конденсаторы дроссель между батареей и лампой ставить не нужно. Если же использовать "быстрые", на подобие к75-17 то дроссель обязателен при номинальных энергиях для лампы.
Мой БП целиком уместился в корпусе компьютерного блока питания. Входной фильтр использован от него-же.
Вид готового устройства:

Далее, после нескольких успешных вспышек лампы с нашим БП можно приступать к конструированию самого лазерного излучателя. В его состав входят:
Квантрон (фото выше),
Станина:

Выполнена из листового текстолита толщиной 20мм. На ней для удобства крепления и позиционирования выфрезерованы каналы. Центральный треугольный служит для точного и все время одинакового расположения квантрона по оси станины. Ему перпендикулярно выполнены каналы для размещения в себе ребер квантрона а также для фиксации квантрона по оси.
Плюс этого материала - легкообрабатываемость и доступность. Из минусов - продается большими листами которые стоят приличных денег.
Далее на станине расположен пружинный зажим квантрона, который надежно фиксирует его в заданном положении:

Квантрон мы закрепили, теперь нужно подумать о постройке резонатора. В моем лазере используются Б/у зеркала от установок ЛТН диаметром 40мм.
Параметры зеркал таковы: глухое 1.2%, выходное 16%. Все в процентах пропускания.
Зеркала пришлось выбирать из солидной кучки, присланной мне Хорошим Человеком из г.Москвы:

Определились с зеркалами, теперь их нужно как-то закрепить на станине. Да еще и с возможностью поворота относительно оптической оси квантрона. Пришлось опять применить свои инженерные способности и изобрести юстируемые стойки под зеркала. На этот раз стойки изготавливал Я лично, а не заказывал по своим чертежам на заводе.
Для глухого:

Вид со стороны прижимных пружин. Собственно они распологаются на винтах с крестовой головкой, а юстировка зеркала производится при помощи винтов, расположенных с обратной стороны стойки. Настройка производится шестигранным ключом 2.5мм.
При конструировании стоек решил использовать принцип подвижных зеркал в неподвижном основании. Т.е. юстировочные механизмы воздействуют непосредственно на само зеркало а не на оправку, в котором оно закреплено.
Стойка для выходного зеркала выполнена по похожему принципу, но довольно сильно отличается в плане конструкции от стойки глухого зеркала. Да и сложность изготовления вышла больше. В общем, пришлось повозиться.
Итак, стойки готовы, зеркала закреплены с возможностью поворота. Осталось соединить все детали воедино и получим готовый излучатель:



Для удобства настройки все юстировочные винты расположены с внешней стороны конструкции.
Излучатель готов! Дело за малым - настроить лазер. Т.е. выставить зеркала параллельно друг другу а также параллельно торцам активного элемента.
Методик сего таинства множество, но опишу вкратце то, что сделал Я:
Для настройки резонатора нам понадобятся следующие легкодоступные штуки, как китайская лазерная указка, изолента, бумага, игла и алюминиевая фольга.
Китайская лазерная указка требует небольшой доработки в виде установки диафрагмы из фольги с отверстием проделанным иглой ровно посередине излучающего окошка. Это позволяет отсеять "лазерный мусор" из пучка света, а также пятнышко от такого лазера приобретает четко выраженные интерференционные кольца которые здорово помогают точно настроить резонатор.
Далее нам понадобится сетевой блок питания лазера, т.к настройка процесс вдумчивый и неторопливый, а батарейки в указке обычно дохленькие.
Указку можно закрепить на чем-то подходящем. Например с помощью кусочка изоленты я крепил ее на небольшой баночке от крема, любезно предоставленной для такого важного дела моей женой .
Перед выходным окошком указки необходимо расположить экран из листа белой бумаги и проделать в нем отверстие для прохождения лазерного луча. Сделать это легко, необходимо отогнуть 4-5см листа под 90градусов и прижать его указкой с тем, на чем она закреплена.
Далее устанавливаем излучатель так, чтобы луч проходил через активный элемент насквозь. Поворачиваем излучатель так, чтобы "зайцы" отражений от торцов АЭ сошлись на выходном окошке указки. А дальше все просто - не двигая излучатель свести отражения от зеркал в это же отверстие.
До юстировки:


ВСЕ! Лазер готов к испытаниям!

Пс. Вышел небольшой конфуз - после баловства и испытания разных материалов на лучевую стойкость сунул в фокус объектива спичку. Так она не загорается, в головке просто сверлится отверстие.

 

Зарядка+ индикатор для аккумулятора.

В последнее время стало очень популярно строительство лазеров в корпусе фонариков, это удобно, а мощность и качество самоделок сейчас сравнилось, а часто даже превосходит заводские. Обычная самоделка выглядит чаще всего так – корпус от заводского фонарика (реже сделанный на заводе токарем), литиевый аккумулятор (ну или другой вид аккумуляторов на напряжение 3,6-4,2 вольта), коллиматор, драйвер и пожалуй всё, некоторые эстеты делают подсветку кнопки или очень редко индикацию заряда аккумулятора на 1-2 светодиодах, этим моддинг заканчивается. Хотя есть некоторые модели сделанные отлично, но это редкость.

Из недостатков таких могу отметить необходимость разбора корпуса для изъятия аккумулятора для зарядки и отсутствие какой либо индикации заряда аккумулятора (бывает ставят 1-2 супервизора которые срабатывают на нужном напряжении и всё).

Я решил разработать схему для заряда аккумулятора прямо в корпусе фонарика, а так же сделать какую либо индикацию. Всё это должно занимать мало места, так как необходимо разместить всё в корпусе фонарика, в котором места и для драйвера бывает маловато. Сначала думал делать драйвер зарядку и индикацию на 3х разных платах, но появляются провода идущие в корпусе фонарика, что мне совсем не нравится, и желательно их количество уменьшить. Затем была идея найти корпус с приличным количеством места и всё разместить на 1 плате, но тогда появляются провода идущие к лазерному диоду, что мне очень не нравится. В результате пришел к выводу, что самый оптимальный вариант это 2 платы, плата драйвера припаянная к выводам диода и находящаяся в одном блоке с коллиматором и блок зарядки и индикации на второй плате. В этом случае уменьшаем количество проводов идущих по корпусу до минимума, а часть с драйвером и диодом будет легко отсоединить от корпуса поставив пружину, а это значит легче заменить диод в случае чего, к тому же в том же фонарике можно сделать вторую голову но не с лазером а просто со светодиодом, накручивая нужную голову получаем то что нужно.






Итак зарядку я решил делать на микросхеме mc34671, она маленькая, в ней есть индикация заряда и конца заряда, она не поднимает напряжение на аккумуляторе выше чем 4,2 вольта, а это значит что лазером можно пользоваться во время заряда. После окончания заряда эта микросхема сама питает схему, не давая разряжаться аккумулятору. Еще из преимуществ это малое количество внешних компонентов и легко установить нужный ток заряда.

Схему индикации решено было сделать на микроконтроллере, это самое простое и эффективное решение, к тому же контроллер будет стоит дешевле любого другого «огорода». В качестве МК я решил использовать ATTINY25 – малые габариты, распространенность и невысокая цена. Из минусов – малое количество выводов, и что бы не извращаться с подключением 3х светодиодов и что бы не кормить зря внешний делитель напряжения я использовал недокумментированую особенность микроконтроллера, измеряя напряжение вообще без внешнего делителя напряжения.



Размер этого индикатора 1,5х1,7 см, но габариты можно (убрав контактные площадки для программатора уменьшается легко до размера 1,5х1,4 см.



Зарядка:
Заряжает аккумулятор до напряжения 4,2 вольта.
Зарядка умная, имеет 3 режима работы.
1) «Капельный» заряд сильно разряженных аккумуляторов, зарядка короткими импульсами до слабо-заряженного состояния.
2) Заряд номинальным током
3) Дозаряд напряжением до тех пор пока напряжение аккумулятора не достигнит 4,2 вольта а потребляемый ток не составит 10% от номинального. Далее зарядка переходит в режим питания устройства, при этом аккумулятор не разряжается, а зарядка по мере своих возможностей будет питать устройство.
Для зарядки на вход нужно подать 5-9 вольт, которые можно взять с любого «зарядного устройства» для сотового телефона, либо с USB разъёма.

Индикация зарядки – 2 светодиода, 1 горит постоянно пока на вход подано напряжение, второй горит во время заряда и гаснет когда зарядка завершена.

Индикатор разряда:
Индикатор разряда показывает какой заряд на данный момент на аккумуляторе.
Индикация отображается на 3х светодиодах, в моем случае сделано так.
По мере разряда будет так:

1) Плавно и анимировано горят 3 светодиода, красный, зелёный и синий
2) Плавно погасает и загорается синий светодиод, остальные горят
3) Синий погашен, плавно анимировано горят красный и зелёный.
4) Горит красный, плавно погасает и загорается зелёный.
5) Горит только красный.
6) Плавно погасает и загорается красный.
7) Быстро, резко моргает красный
вспыхивают поочерёдно все светодиоды, вспышки очень короткие, аккумулятор сильно разряжен!!!

Прошивку можно переделать под любой режим работы, даже под RGB светодиод.

Прошивка и коэффициенты я подгонял под 3 металгидридных мизинца, под ваш график можно подправить легко в EXCEL , файл прилагаю. Дело в том что из-за отказа от резистивного делителя, в программу я ввожу коэффициенты, рассчитанные по формуле (любопытные в экселе могут её подсмотреть).

Драйвер для лазера всем хорошо знаком и выполнен на микросхеме NCP1529 (отдельное спасибо suslox - у за детали ). Печаток сразу делал много, так как только осваивал фоторезист, и не знал как получится в итоге.







Лазерный диод запрессовывался в модуль axiz который в свою очередь запрессовывался в точеную на заводе алюминиевую заготовку. С модуля предварительно был снят слой никеля для улучшения теплопроводности.





На всеобщий суд выкладываю все файлы проекта, так ж исходники на си и файлы готовой прошивки. В архиве с прошивкой готовый проект для прошивания, там лежит исправленная дудка (прошивальщик) и файл с прошивкой. Для прошивки необходимо вначале запустить файл fuze.bat (щьёт фьюзы микроконтроллера) а затем файл indicator.bat – заливется сама прошивка.



На этой фотографии 2 лазера - фиолетовый и красный.



Ну и классика - фото луча.

В архиве с печаткой 3 платы, 1 вариант под эксперименты, плата отладочная, вариант готовый уменьшенный ну и вариант программирующей платы-переходника, достаточно только соединить их вместе и можно программировать.

Постараюсь выложить еще видео самой индикации, прсто снимать сейчас не на что, буду делать видео на камеру телефона.

Добавляю еще два видео, первое в момент индикации, светодиоды моргают, но на глаз это незаметно вообще. В качестве источника напряжения я использовал солнечную батарею (ну нет у меня регулируемого источника тока, поэтому цыфры на мультиметре скачут) которую просто постепенно закрывал рукой. Момент когда моргают все светодиоды или одновременно два, это вообще анимация, они слегка пригасают и загораются вновь во всю силу, но думаю всё будет и так понятно




Второе видео снято уже на готовом устройстве в момент заряда. Не обращайте внимания на разъём, он от нокии, но залит термоклеем, провод бывает отходит.





Переработал данный индикатор, а именно:
Потребление тепаро в спящем режиме менее 10 микроампер (мультиметр показал 0,000 ma - не зарегистрировал значение вообще, но такого быть не может, там 2 микросхемы, микросхема зарядки и микроконтроллер) Спасибо Инфу за то, что пнул в нужном направлении (раскритиковал), так бы мне лень было переписывать прошивку.

Размеры платы 9х11 мм. Радиатором служит медная пластинка припаяная на другой стороны платы, толщиной 0,8 мм (взята из каретки, использовалась как крыжка и радиатор для охлаждения диодов).
Ну вроде всё.


вот новая печатка http://lasers.org.ru/forum/attachments/0001-gif.14703/
это файл SP http://lasers.org.ru/forum/attachments/готовое-rar.14704/

 

Видео всё заснять не могу.
Собирал в одном модуле, так как он и заряд показывает, и заряжать умеет, а это значит что к любому девайсу с аккумулятором подцепить можно единственное он всё время жрет 0,2 милиампера, когда контроллер заcыпает, у меня не получилось его полностью усыпить, ассемблерная вставка не помогла, а так можно было бы контроллер вообще заставить около десяти микроампер потреблять.

 

для 18650 придется растачивать заднюю часть и укорачивать пружину, зарядку в этом случае нужно перенести в среднюю часть (сам разъём). У меня 3 мизинчиковых аккумулятора, под них пришлось корректировать прошивку, так как они быстро проседают, и на деле индикатор при работе лазера почти ни когда не показывает что аккумулятор заряжен. ч 18650 такого не бывает, ток они держат и не проседают как мизинцы, еще в мизинцах каретка на пружинках, что вносит дополнительное сопротивление, увы недостатки корпуса.
Вынте пружину и увидете что аккумулятор улазиет в заднюю часть, но не полностью, там нужно опору пркжины сточить, с этим справится любой токарь так как точности ни какой.

 

картинки отвалились