Внимание! Страница много весит . Придется подождать при загрузке.
    Я продолжил свои эксперименты по созданию качественного лазерного проектора. Их результатом явилось создание новых легких и быстрых гальванометров. До этого я не писал о том, как эти гальванометры устроены, поэтому начну с теории.
                          
                                             Устройство гальванометра

Гальванометр состоит из вала, двух подшипников, магнита и  двух статорных катушек(см. рис.). Когда на катушки начинает подаваться ток, то в них возникает магнитное поле и они отталкиваются/притягиваются к магниту, который надет на вал. Т.о. вал приводится в движение.
Для обеспечения большой точности и высокой скорости прорисовки изображения необходимо создание обратной связи, которая бы обеспечила точное позиционирование ротора в нужном положении и подавление нежелательных механических колебаний ротора. Сигнал обратной связи снимается с детекторов позиции, которые расположены на самих гальванометрах. В последнее время получили большую популярность оптические детекторы из-за их простоты изготовления.  Их я и использовал в своей конструкции.
                                 
                                Устройство оптического детектора

Такой детектор состоит из ИК светодиода, заслонки и двух ИК фотодиодов. Заслонка крепится на ротор гальванометра так, что при ее повороте в одну сторону на один фотодиод начинает попадать меньше ИК излучения, а на другой больше. Если ротор поворачивается в другом направлении, то все наоборот. Сигналы с фотодиодов усиливаются и подаются на дифференциальный усилитель, с выхода которого снимается сигнал обратной связи. Теперь можно переходить от теории к практике...
Гальванометры, как и лазерная система в целом, не имеет мелочей. Поэтому нужно уделять особое внимание изготовлению каждого узла. От того, насколько качественно будут изготовлены составляющие системы, будет зависеть скорость и точность работы системы.
Скорости у нас очень большие и большие вибрации(что не есть хорошо), поэтому конструкция должна быть очень жесткой. Для создания корпуса можно использовать фольгированный стеклотекстолит, который следует пропаять.
                      
Оптический детектор я расположил на одной из стенок гальванометра. Другая сторона стенки из фольгированного текстолита служит экраном от различных наводок. Провод от фотодетекторов обязательно должен быть экранированным. Фотодиоды нужно выбирать те, что плохо реагируют на обычный свет. Я использовал диоды Тип 1.
                       
В качестве вала я использовал подходящее сверло d=2mm. На него приклеены два маленьких неодимовых магнита, взятых из старого винчестера. Магниты должны быть как можно меньших размеров и располагаться симметрично относительно вала. Предпочтение следует отдавать более длинным, но менее толстым магнитам. Забугорные любители используют цилиндрические двухполюсные магниты с продольной поляризацией. Такие работают лучше. Катушки мотаем проводом ПЭЛ-0.5 по 60-70 витков в каждой, проклеиваем суперклеем(так меньше будут свистеть при работе) и закрепляем на боковых стенках. Затем начало одной нужно соединить с концом другой. Если вы не купили какие-нибудь специальные высокооборотные керамические подшипники по 20 евро за штуку, а собираетесь использовать те, что были куплены на базаре(как сделал я), то тут придется немного попотеть. Значит, покупаем обычных подшипников штук 15-20(из расчета на 2 гальванометра), замачиваем их в ацетоне(ну т.е. вымываем всю смазку), высушиваем их и начинаем выбирать те, которые легче крутятся. При вращении наперекос подшипник ни в коем случае не должен цеплять и хрустеть, а идти очень мягко. Клеить все это хозяйство лучше эпоксидным клеем, но если конструкция временная(на 1-2 дня, больше не выдерживает), то можно и суперклеем. Во время работы катушки могут очень сильно нагреваться поэтому термоклей лучше вообще не использовать.
  
После основной сборки приклеивается на ротор заслонка, а за ней кусочек губки, паралона или мягкая резинка. Это своего рода защита от попадания ротора в то положение из которого он самостоятельно выйти не сможет. Ротор должен быть минимально возможной длины, поэтому я отломал от него все лишнее. На конце клеится зеркало, выпилинное из алюминиевого блина от винчестера. У такого зеркала вес очень маленький.
                       
Гальванометры получились размером 2,5х3х4см.
Так как я использовал оптическую обратную связь, то известную схему усилителя Chan'а пришлось изменить.

                                                 Схема усилителя. Источник  http://elm-chan.org/works/vlp/report_e.html

Здесь как и ранее я использовал вместо LM675 недорогие усилители мощности LM3886. Как показали мои эксперименты эти микросхемы довольно хороши и справляются с большинством задач на не слишком высоких скоростях. К восьмой ноге(Mute) LM3886 присоединен конденсатор, обеспечивающий включение схемы через 0,5-1 сек после подачи питания. Если такой конденсатор не ставить, то схема запускается когда напряжение питания еще не достигло необходимого уровня, что приводит к непредсказуемым последствиям для гальванометров. Для уменьшения стоимости и габаритов усилителей я применил широко распространенные счетверенные ОУ TL084. Но подойдут и любые другие общего назначения на подходящее напряжение питания, желательно чтобы были с внутренный компенсацией. Несмотря на все принятые меры по уменьшению массы роторов гальванометров и уменьшения времени их отклика, они получились довольно тяжелые и низкочастотные. Поэтому мне пришлось изменить значения элементов в схеме частотных компенсаторов(LF DUMP и HF DUMP). Возможно, что для каждого отдельно взятого гальванометра придется подбирать эти значения. Монтаж схемы должен быть хорошо продуман. Соединительные провода должны быть как можно меньшей длины. К ножкам питания каждого ОУ должен быть припаян блокировочный конденсатор. Настройка готовых усилителей особых проблем вызвать не должна. Сначала выставляем все подстроечники на ноль, подстроечник OFFSET должен находиться посередине. Затем подстроечником GAIN выставляем необходимое усиление. Если при этом схема сходит с ума и гальванометры начинают дергаться, то нужно просто поменять полярность их включения. Для точной настройки нужно подать сигналы испытательной таблицы ILDA и выставить необходимый уровень подавления LF DUMP(низкая частота) и HF DUMP(высокая частота). Если на ровных линиях, рисуемых лазером, появляются волны, то либо блок питания не справляется со своими обязанностями, либо усиление схемы слишком велико и она возбуждается. В первом случае придется обзавестись новым более мощным БП, а во втором случае нужно уменьшить усиление самого первого каскада схемы.
Я не делал никакой схемы защиты гальванометров, но для надежной работы такая схема все же необходима. Так, нужно предусмотреть возможность автоматического отключения системы при падении напряжения питания и при выходе роторов гальванометров из допустимых пределов. Во время работы сканеры сильно греются, поэтому хорошо бы поставить на гальванометры температурные сенсоры, связанные с системой защиты. Не лишней будет установка маленького кулера около каждого сканера.
  
                                                             Усилители для гальванометров

                            
                        Готовая к работе установка спокойно разместилась на столе

После большой проделанной работы настало время долгожданных испытаний.
                      
                                                "Голова" в работе

  
                  Канадский флаг                                                      Попытка изобразить эмблему моего института

 
                                                                        Немножко анимации (13-15 FPS)

 
  Известная испытательная таблица ILDA Test Pattern. Сильно мерцала, поэтому удалось заснять только по кусочкам.
 Частота обновления таблицы 6-7 FPS, 7500PPS

        Итак, вся основная работа уже позади. Теперь всю систему нужно засунуть в ящик. В качестве ящика хорошо подошел корпус от 486-го компьютера, который я нашел на улице около своего подъезда.
 
Радиаторы на платах усилителей имеют большую площадь, но при комнатной температуре около 45 градусов по Цельсию нагреваются так сильно, что к ним страшно прикасаться. Поэтому возле них планируется установка кулеров.
                               
После небольшой модернизации гальванометров и тщательной настройки ситемы подавления я решил разогнать свой проектор до стандартной скорости 12KPPS. Однако, при такой скорости из гальванометров пошел запах горящего клея, а точность прорисовки контуров изображения сильно понизилась. Немного поэкспериментировав я пришел к выводу, что предел скорости для моей лазерной системы, при котором хорошо видны мелкие детали изображения без заметных искажений - 9K. Чтож, совсем неплохо для любительской системы. При такой скорости мой проектор рисует на стене изображение размером 1 метр на 1 метр с расстояния 3 метра.
                                        
                                                                    Работающая установка

                           Мой позывной(уже бывший) 7500 и 9000 PPS  соответственно

         Волшебная испытательная таблица на 9K. Из-за сильного мерцания заснялась по кусочкам

                                                              Все остальные картинки 9К

                                                   У зверюги справа хвост не заснялся:)

В ходе экспериментов я столкнулся с тем фактом, что при большой сложности проецируемой картинки лазера мощностью в 1 милливатт уже недостаточно. Так уже несложную картинку размером 1 метр  можно увидить только если потушить свет. Для решения этой проблемы необходимо приобретение более мощного лазера, лучше зеленого цвета.

На главную