Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2004 № 09
А. ВОЛКОВ
ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Инфракрасный глаз
Любое тело, если оно теплее окружающей среды, можно увидеть в тепловых инфракрасных лучах. По своей природе это тот же свет, только длина волны его в сотни раз больше. Некоторые змеи различают тела с температурой всего лишь на 0,1 °C выше, чем у окружающей среды. В головных частях ракет тоже есть «инфракрасный глаз», наводящий ракету на излучение самолета. Состоит он из нескольких десятков фототранзисторов, работающих при минусовых температурах. Охлаждают их при запуске с помощью очень простого и остроумного газового устройства.
Делать «глаз» ракеты мы вам не предлагаем, однако построить несложный инфракрасный глаз может оказаться интересно и полезно. Зачем?
Сегодня появилось множество электроприборов, потребляющих солидную мощность, — чайники, печи СВЧ, стиральные машины. Когда все они включаются одновременно, то неисправная электропроводка, как справедливо говорят пожарники, может стать причиной пожара. А нужно ли это вам?
К счастью, неисправные места выдают себя инфракрасным излучением. Его-то и может обнаружить самодельный «инфракрасный глаз». Но пригодится он не только для этого. Обычно в лесу мы ориентируемся по солнцу. Если погода пасмурная, то, как предлагается в пособиях, нужно ориентироваться по всевозможным лесным приметам. Попробуйте! Вы сразу же увидите, что мхи, грибы и ветки деревьев пособий не читают и растут как попало. Обучиться искусству ориентации в лесу по приметам удастся примерно с десятого раза, да и то, если вас будет обучать опытный человек. С «инфракрасным глазом», однако, вы мгновенно найдете солнце по тепловому излучению, проходящему сквозь любые облака.
И наконец, сочетание «инфракрасного глаза» и электрической лампочки, закрашенной в черной цвет, позволяет построить отличную охранную систему, которая обойдется вам примерно в тысячу раз дешевле, чем покупная.
Электрическая схема «инфракрасного глаза» приведена на рисунке 1.
Его задача — определять не абсолютный уровень излучения, а сам факт его присутствия, что сравнивается с «поведением» соседних мест, где появление ненормального нагрева исключено в принципе. Поэтому прибор не нуждается в калибровке.
Собран он по балансно-мостовой схеме, в плечах которой имеются резисторы R2, R4 и транзисторы VT1, VT2. В общую эмиттерную цепь поставлен переменный резистор R3. Отпирающее смещение на транзистор VT1 поступает от источника питания GB1 через резистор R1, создавая на коллекторе VT1 напряжение порядка 2 В. Транзистор VT2 имеет регулируемое смещение, которое управляется переменным резистором R6, введенным в базовый делитель транзистора. В диагональ моста включен стрелочный индикатор Р1 уровня записи типа М476/1 от любого старого магнитофона. Это весьма чувствительный прибор с током полного отклонения всего 0,11 мА.
Когда степень открытого состояния и уровня коллекторных напряжений транзисторов одинаковы, ток через рамку индикатора не протекает и его стрелка находится в нулевом положении. Нарушение равновесного состояния заставляет стрелку отклоняться в той или иной степени.
«Возмутителем спокойствия» измерительного мостика служит инфракрасный (ИК) нагрев транзистора VT1. В этом случае транзистор VT1 действует как болометр — прибор, реагирующий на собственный нагрев.
А наше устройство в целом сможет «ощущать» не только инфракрасное излучение во всем его диапазоне, но и сантиметровые радиоволны. Транзистор VT1 должен иметь черный корпус, германиевый тип и достаточно высокий коэффициент передачи тока. При таком сочетании характеристик и отсутствии стабилизации рабочей точки транзистора в наибольшей степени проявляется зависимость коллекторного тока и напряжения на транзисторе от его нагрева инфракрасным излучением.
Возникающая «тепловая» добавка этого тока, создавая дополнительное падение напряжения на эмиттерном резисторе R3, дополнительно запирает транзистор VT2 и увеличивает «перекос» коллекторных напряжений и отклонение стрелки индикатора. Изменяя сопротивление резистора R3, можно в довольно широких пределах регулировать чувствительность прибора.
Если прибор предполагается применять в основном для обнаружения солнца или в системе охранной сигнализации, то целесообразно у транзистора VT1 спилить верхушку корпуса. Тогда его P-N-переход сможет подвергаться непосредственному падению инфракрасного излучения. При этом повысится чувствительность к коротковолновой части инфракрасного спектра.
Возможная компоновка прибора показана на рисунке 2.
Транзистор VT1 устанавливается в фокусе рефлектора от крупного электрического фонаря. В самом корпусе фонаря можно разместить всю схему и два элемента питания типа LR03.
Вот как пользоваться прибором.
Сначала направьте его на явно пустое место и сбалансируйте измерительный мостик на ноль, подбирая положение ползунка резистора R6. (При первых опытах резистор R3 должен находиться в среднем положении.) Затем рефлектор направьте на розетку или выключатель. Эти места чаще других бывают слегка нагреты, и вы заметите отклонение стрелки индикатора.
После этого, поняв, как прибор работает, можно проверять участки скрытой проводки. Отклонение стрелки укажет на неблагополучное ее состояние. К этому сигналу следует отнестись со всей серьезностью. Стоит вскрыть проводку и разобраться в причинах нагрева. Разумеется, это дело хлопотное, но в случае возгорания проводки хлопот будет больше.
Заметим, что «инфракрасным глазом» можно определять слабые места в теплоизоляции окон и стыков стен. Здесь поступающий холод обнаруживается по ослаблению ИК-излучения окрестных участков стены. С этой целью индикатору задается резистором R6 некоторое отклонение стрелки, которое будет уменьшаться при приближении «инфракрасного глаза» к более холодному участку. Для предохранения индикатора Р1 от токовой перегрузки манипуляции резистором R6 следует проводить потоньше.
Но вот «инфракрасный глаз» готов и время от времени исполняет свою функцию. А в промежутках между ревизиями он, как и большинство домашних контрольных приборов, пребывает в бездействии.
Понятно стремление каждого любителя расширить функции прибора. Потребуется совсем немного, чтобы сообщить ему новые полезные качества. С этой целью в исходную схему введите трехцепевой, на три положения галетный переключатель SA1.1…SA1.3 (рис. 3).
В положении «1» устройство работает в полном соответствии с рисунком 1, исследуя ИК-излучения. В положении «2» питание ИК-прибора отсоединяется, переключаясь на цепь с токоограничивающим резистором R9, индикатором Р1 и щупами X1 — это позволит производить «прозвонку» цепей бытовых приборов для поиска обрывов и коротких замыканий.
В положении «3» реализуется функция отбраковки «пальчиковых» гальванических элементов типоразмеров АА и ААА. Те из них, что работают в карманных фонарях, электронных фотоаппаратах, CD-плейерах, довольно скоро перестают действовать из-за резкого снижения напряжения. Однако в них сохраняется еще достаточно емкости, чтобы неплохо поработать при небольшой нагрузке в радиоприемниках. Проверка пригодности для облегченного режима состоит в нагружении элемента током порядка 20 мА, при этом стрелка индикатора должна быть вблизи крайнего положения. С такой целью у нас имеется нагрузочный резистор R8, а резистор R7 гасит излишек напряжения на индикаторе. Нетрудно видеть, что в режиме тестирования источник GB1 прибора не расходуется, поэтому положение «3» переключателя удобно, когда прибор бездействует.
Для кратковременного присоединения к контрольному узлу испытуемых гальванических элементов на корпусе прибора следует установить две пары контактных лепестков Х2.
Вспомним то, о чем говорили вначале: «инфракрасный глаз» полезен в походе, чтобы найти солнце, скрывшееся за облаками. А еще он может быть датчиком в простейшей системе охраны, основанной на пересечении невидимого инфракрасного луча. Но здесь к прибору потребуются некоторые дополнения, о которых мы поговорим в одном из следующих номеров.
Ю. ПРОКОПЦЕВ
ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ
Вопрос — ответ
Сейчас все чаще в городе можно увидеть, как автомобили на магистрали едут со скоростью пешехода, а то и вообще часами стоят в пробках. Почему так получается? Что предпринимают для борьбы с пробками?
Константин Зарубин, 12 лет,
г. Москва
Заторы на дорогах получаются из-за того, что пропускная способность автомагистралей не соответствует количеству проезжающих по ней машин. В 60-е годы прошлого века, когда создавалась Московская кольцевая дорога, никто и предположить не мог, что ее придется расширять и строить для ее разгрузки дополнительное автомобильное кольцо внутри столицы. Но такова реальность наших дней — ежегодно в нашей стране покупается около 2 млн. только легковых автомобилей. Грузовиков примерно в полтора раза меньше, зато каждый из них занимает больше места на дороге.
