Jak przyciemnić jeden z tych tanich modułów laserowych o mocy 5 mW?
Do prezentacji miałem stary laserowy wskaźnik z ogniwami litowymi 3x LR44. Gdy baterie powoli gasły, emitowana wiązka również przygasła.
Niedawno kupiłem jeden z tych tanich modułów laserowych 650 nm z serwisu eBay. Wydaje się, że są zaprojektowane do pracy z 3 podłączonymi bateriami AA / AAA, ponieważ są one przeznaczone na 3-6 V. Wypróbowałem i podłączyłem 4 baterie i otrzymałem bardzo jasną wiązkę przy ~ 4,68V. Następnie zmniejszyłem baterie do 2 i, według moich szacunków, nieoczekiwanie otrzymałem równie jasną wiązkę przy 3,12V. Wtedy, mając tylko jedną baterię @ ~ 1,56 V, nie otrzymałem żadnego wyjścia.
Z lektury i z domysłów zakładam teraz, że w tych metalowych obudowach jest płytka sterownicza, chyba podobna do tej . Moje drugie przypuszczenie jest takie, że chińscy producenci budują (i sprzedają!) Te moduły diod laserowych tylko z takimi sterownikami przede wszystkim po to, aby naprawdę upewnić się, że przeciążenie diody nie spowoduje wyjścia powyżej 5mW (nawet na ułamek sekundy, aż wypaliłaby się), aby chronić użytkowników takich jak ja przed głupimi wypadkami.
W moim zastosowaniu emitowana wiązka jest zbyt jasna przy wszystkich wypróbowanych napięciach. Chciałbym mieć wiązkę bardziej w zakresie jasności 1 mW - mówię 1 mW, ponieważ zakładam, że jest to wyjątkowo bezpieczne. (FYI: zakładam, że lasery 5 mW są „tylko nieznacznie niebezpieczne”, a lasery 1 mW „całkiem bezpieczne” - ale popraw mnie, jeśli się mylę - nie zamierzam też z ochotą patrzeć na nie bezpośrednio.)
Więc proszę, czy ktoś może mi wyjaśnić, dlaczego samo obniżenie mocy nie działa?
Dodatkowe pytanie: stwierdziłem, że zastosowanie modulacji PWM może być rozwiązaniem, w którym „włączam i wyłączam stałe napięcie bardzo szybko” zamiast „obniżać rzeczywiste napięcie”. Skutkowałoby to bardzo częstym (a więc niezauważalnym dla ludzkiego oka) migotaniem. (Używając do tego 3 lub 5 V Arduino). Czy zainstalowany sterownik to zaakceptuje? (Czy ten sterownik może faktycznie być zaprojektowany do zasilania z zasilacza PWM? .. czy też wybuchnie?) I czy to spowoduje, że wiązka lasera będzie mniej jasna? I być bezpieczniejszym?
Aktualizacja :
Korzystając z wiedzy zebranej z odpowiedzi, udało mi się ściemnić moduł: Mój błąd polegał na tym, że tylko obniżałem napięcie! Po podłączeniu dwóch baterii AA (zmierzone 3,12 V) i rezystorze 70 omów (w celu ograniczenia prądu do modułu) wiązka wydaje się mocno przyciemniona. Nie jest wymagane PWM. Rezystor 60 Ohm zapewnia wymaganą moc wyjściową (widoczną, ale nie irytująco jasną). Nie mogę powiedzieć, jaki to odpowiednik mocy lasera.
OSTRZEŻENIE : lasery 5 mW (klasa IIIR lub IIIa) są niebezpieczne w złych warunkach! Nawet lasery 1 mW (klasa 2) ze skupioną wiązką skierowaną do niemigającego oka mogą spowodować trwałe uszkodzenie na odległość kilku stóp. Porównaj ten wykres lub to podsumowanie .
Podłączenie modułu laserowego bez rezystora było prawdopodobnie niebezpieczne. Dioda laserowa bez sterownika byłaby jeszcze większa. Bez rezystora moduł jest w stanie pobierać duży prąd ( porównaj ) i może wyprowadzać pełne 5 mW, co może nie być tym, czego chcesz. Na szczęście nie doszło do bezpośredniego odbicia, wiązka nie jest bardzo skupiona na module, który posiadam i rozchodzi się w linię. Tak zrobić uzyskać niższą moduł zasilany (prawdopodobnie nie potrzebują> 1MW, niestety chińscy sprzedawcy nie oferują ich jak tych co 5mW) lub przyciemnić wyjście jeśli jesteś działających te lasery z ludźmi wokół! Czy to musi być laser? Rozważ projekcję za pomocą typowych diod LED i soczewek.
Odpowiedzi
Te moduły laserowe zwykle mają wbudowane źródło prądu, które (w pewnych granicach) będzie dostarczać ten sam prąd do lasera przy różnych napięciach.
Ponadto poniżej pewnego napięcia nic się nie dzieje, ponieważ laser nie przewodzi, podobnie jak w przypadku diody LED.
Zakładam, że twoje wyczerpane baterie nadal dostarczają trochę prądu przy wystarczająco wysokim napięciu, ale nie wystarczają do jasnej wiązki.
Aby więc przyciemnić laser, będziesz musiał regulować prąd, co wymaga modyfikacji sterownika lub wyjścia sterownika (zmniejszenie prądu przy utrzymywaniu się powyżej minimalnego napięcia) lub użycie PWM.
Możesz wypróbować potencjometr i sprawdzić, czy istnieje zakres rezystancji, który ograniczy prąd, ale nie spowoduje zbyt dużego spadku napięcia. Obliczenia wymagałyby specyfikacji.
Możesz wypróbować PWM na niskich częstotliwościach (zaczynając od, powiedzmy, 20 Hz) i zobaczyć, co się stanie (dla niektórych działa), ale wyższe częstotliwości zwykle nie działają z tymi sterownikami; większość z nich ma kondensator na wejściu i wyjściu, który powoduje, że reagują zbyt wolno i filtrują to, co próbujesz zrobić.
Po pierwsze, ocena natężenia światła lasera na oko (a nie za pomocą miernika mocy) jest trudna, ponieważ jasne i bardzo, bardzo jasne wydają się mniej więcej takie same. Zakładam, że robisz to pośrednio, kierując wiązkę na rozpraszającą powierzchnię.
Dwa podejścia do tych czerwonych laserów ... jeden typ wykorzystuje moduł diody laserowej, który ma trzy wyprowadzenia:
- Jeden przewód doprowadza prąd do diody laserowej
- Jeden przewód podłącza się do fotodiody, której prąd wyjściowy jest proporcjonalny do mocy lasera
- Wspólny przewód zawiera zarówno prąd diody laserowej, jak i prąd fotodiody.
(odhttps://www.newport.com/t/laser-diode-technology) W
tym podejściu wykorzystywane będą zewnętrzne półprzewodniki, które wykorzystują prąd fotodiody do regulowania prądu diody laserowej, aby utrzymać stałą moc lasera, niezależną od napięcia zasilania. Ten obwód regulacyjny może ulec przegrzaniu i / lub zniszczeniu spowodowanemu zbyt wysokim napięciem zasilania.
Obwód regulatora może być kompatybilny z PWM lub nie , w zależności od jego czasu odpowiedzi.
Drugie podejście jest znacznie prostsze: rezystor szeregowy (przybliżona wartość 100 omów) z czerwoną diodą laserową. Są one często oznaczone mocą lasera <1 mW .
- Zmierzone napięcie lasera: 2,11 V w temperaturze pokojowej
- Zmierzony prąd lasera z rezystorem szeregowym 68 omów, zasilanym z zasilania 4,5 V: ~ 20 mA.
Ten układ bardzo dobrze akceptuje PWM. Ponieważ prąd lasera jest ograniczony tylko przez rezystor szeregowy, napięcie zasilania wyższe niż 4,5 V spowoduje wyższy prąd lasera, większe rozpraszanie ciepła i ryzyko wypalenia lasera. Na zdjęciu jest prawie niewidocznie mała dioda laserowa i chwilowy przełącznik szeregowy. Styk sprężynowy łączy się z ujemnym końcem ciągu 3 baterii (każdy 1,5 V). Rezystor szeregowy do montażu powierzchniowego jest ukryty za pomocą przełącznika chwilowego.
Na tym zdjęciu znajduje się plastikowa soczewka ogniskująca, trzymana w metalizowanej powłoce.
Należy pamiętać, że względnie liniowe działanie lasera wymaga prądu diody powyżej pewnego minimum. Poniżej tego progu jest więcej diod LED niż lasera, a strumień świetlny jest słaby. PWM powinno przełączać się między brakiem prądu i około 20 mA dla tych czerwonych laserów „1 mW”.
Na poniższym zdjęciu wyłącznik chwilowy serii został usunięty, a soczewka kolimacyjna została usunięta, ale rezystor szeregowy do montażu powierzchniowego pozostał. Czerwony przewód i czarny drut pod napięciem stałym 4,5 V.
Należy zauważyć, że wiązka wyjściowa lasera szybko się rozchodzi i daje bardzo „owalny” profil wiązki (wysoki i chudy) bez soczewki.
Jak wskazuje @ocrdu, kontroler zasilacza próbuje przepuścić ten sam prąd przez laser przy różnych napięciach zasilania.
Światło lasera może być tak jasne, że nasyca czopki w twoich oczach i nie jesteś w stanie oszacować jasności lasera - moc optyczna się zmienia, ale dla oka wydaje się taka sama. [1]
[1] DC Hood, T Ilves, E Maurer, B Wandell i E Buckingham, „Nasycenie stożka ludzkiego jako funkcja intensywności otoczenia: test modeli zmian w zakresie dynamicznym”, „ Vision Research , 18 (8)”, 1978, strony 983-993,https://doi.org/10.1016/0042-6989(78)90026-3