Configuración de micrófono láser

Actualmente estoy construyendo un micrófono láser utilizando una fuente de puntero láser rojo de 5 mW basado en la idea a continuación, no se emite directamente a parlantes o auriculares, pero las señales deben alimentarse a la computadora para su posterior análisis.

http://www.lucidscience.com/pro-laser%20spy%20device-11.aspx

No estoy satisfecho con que el área de detección sea demasiado pequeña y ahora tengo una celda solar de 1 V, ya que se ha sugerido que la celda solar también podría ser otra opción como detector láser. Solo tomo la salida sin procesar de la celda solar y la introduzco en la computadora portátil con un cable de audio auxiliar de 3,5 mm.

¿Fototransistores de gran área activa? ¿Y las células solares pueden ser un reemplazo?

El problema al que me enfrento actualmente es el alto contenido de ruido y los picos de armónicos de 50 Hz cuando verifico el espectro del audio grabado (a veces funciona muy bien ya que se puede escuchar un audio claro), pero estoy pensando en alternativas mejores y mucho más sólidas para mi configuración.

Los fotodiodos me han venido a la mente, pero vi que no son adecuados en condiciones de luz diurna. Tendría que usar una lente óptica para concentrar el rayo láser en la superficie del fotodiodo.

Entonces, mi pregunta es si voy a usar una celda solar como detector láser, ¿qué puedo hacer para mejorar la capacidad de respuesta y reducir el ruido inherente? O Si voy a usar un fotodiodo como detector principal, ¿qué tipo de fotodiodo que tiene una respuesta rápida, configuración óptica debo usar y cualquier otro problema posible del que deba ocuparme?

Gracias.

P/S: Soy consciente de que el ruido de 50 Hz puede provenir de la interferencia de la línea eléctrica, pero aún existe incluso si no está conectado a fuentes de alimentación de CA. También me aseguro de apagar las luces y realizar la grabación en un ambiente oscuro. Usé filtros pasivos de paso alto que consisten en resistencias y condensadores que tienen un corte a 92Hz. El efecto no es realmente tan bueno, pero al menos puede atenuar el ruido de 50 Hz.

Toda la instalación (actualmente no funciona) Toda la configuración (actualmente no funciona)Celda solar utilizada aquí Célula solar utilizada aquíEl espectro de ruido de solo grabación pura sin ninguna fuente de luz brilla en la celda solarEl espectro de ruido de solo grabación pura sin ninguna fuente de luz brilla en la celda solar

Ok, ha pasado un mes, pero estoy aquí para decir que no puedo recuperar las señales de audio del rayo láser modulado. El rayo láser en sí está modulado, pero incluso con el procesamiento fuera de línea usando el filtro de paso de banda, no pude obtener ningún resultado después de la demodulación.

Module la señal láser y use filtros de recepción analógicos muy ajustados en el receptor. Preferiblemente un filtro de cristal de alto Q, si es posible. Además, use un filtro óptico de película delgada para seleccionar solo sus emisiones láser. También consideraría el uso de un visor bien diseñado (rifle o telescopio) que se alinee con el objetivo del punto láser.
¿Cómo ayuda la modulación láser en este caso? ¿Significa esto que tengo que disparar un rayo láser modulado a la superficie de la fuente de sonido, dejar que la celda solar capture la señal reflejada y realizar la demodulación en el lado del receptor (ya sea usando dispositivos analógicos o digitalmente)? Si tengo que hacerlo, ¿cuáles son los problemas técnicos de los que debo ocuparme? En cuanto al punto láser en el receptor, no es realmente una prioridad por ahora, ya que actualmente lo pruebo a una distancia muy cercana (ambos láser, fuente de sonido y receptor en la misma mesa). ¿Alguna lente frensel barata es apropiada en este caso? Gracias
Considere un mezclador para extraer los cambios de fase a medida que su ventana vibra y causa retrasos.
En realidad, como este es mi proyecto de pregrado, preferiría abstenerme de usar estos sofisticados mezcladores y asegurarme de que todo sea lo más económico posible. También espero que la solución sea analógica. Gracias
La mayoría de las sugerencias en la respuesta de: electronics.stackexchange.com/questions/409427/… se aplican a su problema. El área de la celda solar tiene una gran capacitancia que limitará el ancho de banda de su señal.
@jonk ¿Cómo se compararía una esfera integradora + detector de fotodiodo de área amplia con una lente + detector de fotodiodo?
@DDuck Gracias por sus sugerencias, analizaré los puntos mencionados en esa publicación que aún no apliqué
@NgZL Si controla el entorno y puede oscurecer todo el entorno para excluir la luz extraña, ayuda mucho. La óptica, al menos, puede ser mucho más limitada (ya sea a una cámara estenopeica o como muestra, supongo, un agujero rectangular abierto). La modulación en sí lo moverá fuera del llamado 1 F -región de ruido y en el piso de ruido de banda ancha.

Respuestas (1)

@Jonk le ha dado los conceptos básicos de la respuesta: module el láser con una frecuencia conocida, luego demodule en el lado de recepción.

Dices que no quieres entrar en moduladores y demoduladores "caros".

La verdadera clave es que dijiste que la señal va a una PC para su posterior procesamiento. Esto es algo bueno . Le ahorra tener que construir un demodulador.

Este sitio muestra cómo construir un modulador láser simple.

Aquí está el circuito:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Este transmisor está diseñado para conectarse a la salida de línea de una PC para transmitir música a un altavoz.

Puede usarlo para generar la señal láser modulada.

Utiliza un programa generador de señales de audio en la PC. Ajústelo a una frecuencia conocida (probablemente probaría alrededor de 15 kHz) y conecte la salida de línea a ese circuito transmisor láser.

Ahora, tienes un rayo láser modulado.

Conecte la salida de su receptor existente a la entrada de línea en la PC. Puede aumentar la frecuencia de corte del filtro de paso alto a 10 kHz más o menos. Reducción instantánea de ruido. El parpadeo de 50 Hz de las luces y la luz solar ya no es un problema.

Ahora, tienes el problema de que el audio que quieres escuchar suena como algo que un murciélago usaría para la ecolocalización.

La PC puede arreglar eso.

GNU Octave, python (con Scipy) y muchas otras bibliotecas de software de procesamiento de audio pueden hacer la mezcla y el filtrado necesarios, sin costo alguno.

Puede grabar el audio y procesarlo más tarde: recuperación del audio sin conexión.

O bien, podría usar algo como PureData y hacerlo en tiempo real, también de forma gratuita. Puredata también puede generar el tono para el modulador.

Cualquiera que sea el camino que elija, la demodulación es fácil:

  1. Multiplica (modula) el audio recibido con la señal original que usaste para modular el láser (15kHz). No importa si la fase es la misma.

  2. Banda pasa la señal. Corte inferior de alrededor de 300 Hz, corte superior de 3 kHz.

Trabajando sin conexión, podría escribirlo en un archivo nuevo.

Trabajando en tiempo real, puede enviar la salida a un auricular. Su modulador láser solo necesita un canal, por lo que podría usar un canal de salida para la señal de modulación y otro para el monitoreo.

Barato y (bastante) fácil. Creo que es una configuración bastante simple.

La implementación se deja como ejercicio para el estudiante.

Haría bien en considerar por qué elegí las frecuencias que mencioné como ejemplos. Tu instructor preguntará o (debería) preguntar de dónde vienen.

Los elegí intencionalmente.

Realmente no querrás tener que decirle al instructor "Los obtuve de un yo-yo en Internet".

Averigua por qué esas frecuencias son útiles. En particular, cómo el paso de banda de audio va junto con la frecuencia del modulador y el ancho de banda de audio de la tarjeta de sonido de la PC.

Un haz modulado funciona mejor (menos ruido y rechaza fuentes de luz constante) porque en el lado de recepción puedes filtrar todo lo que no está modulado.

Module a 15 kHz y coloque un filtro de paso de banda a esa frecuencia en el receptor.

El paso alto elimina la luz constante (CC) y, debido a que puede ser bastante alta, también elimina el zumbido que escuchas de las luces que parpadean a la frecuencia de la línea de alimentación.

El paso bajo elimina la basura de alta frecuencia (silbido) que no desea escuchar de todos modos.

Sugerencias:

  1. 300 Hz a 3000 Hz es aproximadamente el rango de frecuencia de los teléfonos analógicos (alámbricos) y totalmente adecuado para comprender lo que dice su objetivo.

  2. Sus señales deben permanecer dentro del ancho de banda de una tarjeta de sonido (22050 Hz).

  3. Multiplicar dos señales (modular) le da una mezcla que contiene la suma de las frecuencias y la diferencia de las frecuencias. ¿Qué obtienes cuando mezclas 15kHz con 3kHz?

El reflejo contiene su tono de 15 kHz modulado con las vibraciones de la voz recogidas por la superficie reflectante.

Gracias por tu respuesta. Además de eso, me gustaría saber por qué el ruido se puede reducir de esa manera si se usa la modulación en la fuente del rayo láser. Creo que el rango de audio puede ser tan bajo como unos pocos hercios, pero ¿por qué elige 300 Hz como corte más bajo? Y para verificar mi comprensión de la siguiente parte, ¿usted elige esta frecuencia particular de 15 kHz ya que el ancho de banda de audio generalmente no es tan alto? Gracias
@NgZL Quiere que averigües por qué se recomendaron 15 kHz, si es posible. Entonces, como pidió JRE, piénselo. Con respecto al corte de 300 Hz, sospecho que esto puede deberse al uso de 300 Hz a 3 kHz por parte del sistema telefónico de EE. UU. como bloques de frecuencia duros colocados en el antiguo sistema telefónico basado en cables de cobre en los años 50 y 60, creo. (Inicialmente, para dificultar las llamadas internacionales acortadas mediante la reproducción rápida de comunicaciones grabadas en cinta a medida que esas grabadoras se usan más ampliamente. Aunque ahora se ha vuelto necesario por otras razones).
@jonk Gracias por las excelentes respuestas de ambos. Tengo una idea mucho más clara sobre qué hacer ahora para mejorar mi configuración
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