Dokumentace projektu Přenos zvuku laserem Vedouci projektu: Mgr. Zdeňek Polák Vypracovali: Otakar Frankl, Jan Levínský, Kateřina Žilavá Plasnice 2014
Rádi bychom poděkovali Zdeňkovi Polákovi za jeho pomoc a podporu v projektu.
Cíle projektu: - Postavit soustavu která je schopná přenést zvuk pomocí laseru - Naučit se konstruovat jednoduché elektrické Obvody - Pochytit nějaké zajímavosti, a poučky z praxe - Pobavit se - Zjistit naše limity Popis a průběh projektu: Proč jsme si tento projekt vybrali K tomuto projektu jsme se sešli, hlavně z našeho společného zájmu o elektrotechniku. Cílem projektu bylo zviditelnit přenos zvuku laserem. Naším osobním cílem bylo postavit přijímač a vysílač tak, abychom mohli přenést písničku pomocí laseru na delší vzdálenost než je délka budovy. Teoretická část K přenosu zvuku laserem jsme si postavili aparaturu, která se skládá ze dvou části. První část měla zvuk přenést na elektrické impulzy. Ty jsme zesílili bipolárním transistorem a impulzy poté pokračovali dál do diody, která je převede do světelných. Tyto impulzy jsou na druhé straně vyčistěny čočkou a dál poslány do fototransistoru, který je schopný vnímat tyto impulzy a přeměnit je do elektrických. Ty jdou elektrickým obvodem k reproduktoru který, z nich udělá mechanické vlnění a my uslyšíme to co jsme na začátku vložili. Tento pokus se dá také provádět za pomocí dalekohledu. Přenos zvuku pomocí úzkého světelného paprsku by pak mohl být až na vzdálenost několika kilometrů. Tento způsob přenosu je sice vyditelný, ale jeho nevýhoda spočívá v tom, že není možné přenášet signál všemi směry, jak tomu je v případě běžného přenosu elektromagnetickými vlnami. Praktická část Přístroje a pomůcky, které jsme pro naši aparaturu použili, jsou finančně nenaročné a každý, kdo si chce postavit tuto aparaturu může bez problému koupit nutné části v každém obchodu pro elektrické pomůcky. Používali jsme součástky(rezistory, kondenzátory), které jsme si vypájeli z již nepoužitelnýh a starých CD mechanik a integrovaných obvodů. Proto jsme na začátku náš čas využili k odpájení součástek a odizolování drátů z nepoužitých lan kabelů atd. K napájení přijímače i vysílače jsme použili 4,5 voltové baterie.
Schéma zapojení přijímače Než jsme si postavili již popsanou aparaturu, postavili jsme si prototyp. Postavili jsme si jednostrunnou laserovou kytaru. Natáhli jsme gumu místo struny a kolmo na střed jsme vedli laserový paprsek. Použily jsme laserové ukazovátko. Na druhé straně byl fototranzistor jako detektor vlnění struny, která při chvění přeruší laser. Abychom nemuseli držet tlačítko sepnuté, použili jsme kolíčky na prádlo. Při výrobě kytary jsme si vyzkoušeli jak správně zapojit obvod přijímače, a proto pro nás nebyl problém sestrojit přijímač znovu. Podařilo se nám ho lépe zpevnit a přidělali jsme ho na malé prkénko, aby byl přijímač dobře přenositelný. Schéma zapojení vysílače
Dalším obvodem který byl třeba vymyslet byl obvod pro vysílač. Použili jsme červené laserové ukazovátko s usměrněním paprsků jako zdroj světla. Signál ze zdroje ( jack 3.5 mm ) přichází přes kondenzátor, který odstraní SS složku napětí a zabrání zpětné vazbě. Tento signál pokračuje do báze tranzistoru a v závislosti na velikosti proudu reguluje napětí na laserové diodě zapojené v kolektoru, na který je přivedeno napětí z 4,5V článku. Dále potenciometr připojený mezi kolektor a bázi jako regulátor proudu (při moc velkém proudu diodou se zhorší signál). Dále máme zapojen rezistor mezi bází a emitorem z nějž také vychází paralelní RC obvod jako stabilizátor a tento je připojen k 0V. Přijímačem je fototranzistor reagující na změnu světelného toku z diody. Z důvodu přenosu na větší vzdálenost, než jen pár metrů, je zde spojná čočka na soustředění paprsků tak, aby dopadali na fototranzistor. Přijímač je také překryt, aby se snížilo rušení z vnějších vlivů. (jakýkoli proměnný zdroj světla je rušení). Na fototranzistor je přivedeno napětí z baterie přes ochranný odpor a změna ze světelného toku vyvolá změny napětí, které jdou na kondenzátor, který zachytí SS složku a přes konektor prochází do zesilovače reproduktoru. Dále už vnímáme jen zvuk. Tento obvod je stejný jak pro kytaru tak pro hlavní přijímač. Jedna z dalších věcí, která je třeba zmínit, je základová deska, na které jsme stavěli. Ta není ze Silicia ale ze dřeva které je odolnější vnějším vlivům, a je lépe nastavitelné na potřebnou výšku. Použili jsme podstavu typu trojnožka. Dva kolíčky byly ze dřeva a na druhé straně byla připevněna matka, která byla přilepená tavnou pistolí a do které se zašroubovává šroub pro nastavení elevace. Pro jednoduší připojení baterie k obvodům jsme použili krokosvorky. Ve finální verzi se nám podařilo přenést zvuk za běžého denního světla na 85 metrů. Toto nás velmi potěšilo a věříme, že pokud bychom neměli tolik slunečný den, podařilo by se nám aměřit vzdálenost ještě větší.
Závěr: Po několika opravách, úpravách a přestavbách se nám podařilo sestavit potřebnou aparaturu. Postavili jsme prototyp zařízení na přenos zvuku laserem. Při pokusech jsme nejdříve testovali přenos na 40 cm zvuk byl silný ale mírně šumil pozn: nebyla nainstalována čočka ani kryt. Další pokus byl přes celou místnost nejdřív na šířku (10 m) pak úhlopříčně (15 m). V obou případech byl signál mírně šumivý. To se však podařilo zpravit a proto když jsme přenášeli písničku na větší vzdálenost (85 m), nebyl zvuk tolik zkreslený.