четверг, 14 апреля 2016 г.

Почему нельзя просто так взять кучу светодиодов и получить трассерную насадку

Уже не один десяток раз спрашивали в личке, а не делал ли я трассерных насадок из светодиодов. Похоже, что мысль сия будоражит не один светлый ум, но вот огорчу:


Нет, конечно же пробовал это дело, но когда первый раз собранная наобум подсветка не заработала, пришлось считать... Но сначала как же устроена эта самая насадка.


Устройство


Внутри всё просто - есть батареи (1), напряжение от которых идёт на преобразователь напряжения (2), который делает из низкого напряжения, как правило это 2-3 батарейки, то есть 3,6в до 6,4 в) высокое напряжение: около 270-310в в зависимости от модели и настроения китайцев.

Высокое напряжение нужно для того, чтобы можно было запасти бОльшую энергию в конденсаторах, но к этому мы вернемся. Итак, напряжение получили и его надо "хранить". Для этого в насадке есть "резервуар" - конденсаторы (3). Их емкость суммарно обычно от 4,4 до 6,6мкФ.

Чтобы подсвечивать шар в насадке имеется вспышка (4), которая подключена к конденсаторам и устройству запуска (5). Сигнал на устройство запуска подает оптопара (6). Когда мимо пролетает шар, электроника его "видит" и даёт отмашку запуску и вспышка выпускает энергию  конденсаторов в виде излучения, которое и "накачивает" пролетающий мимо шар.

Ну и шар, в материале которого есть люминофор, который и активируется излучением начинает светиться и светится еще некоторое время после того, как покинет трассерку.

Накачка тем эффективнее, чем короче длина волны (физика, йопть), но до какого-то предела, разумеется. Поэтому ультрафиолет "заряжает", а красный свет - нет.

Считаем

Итак, мы хотим переплюнуть вспышку в трассерке с помощью ультрафиолетовых светодиодов. Думаем, как этого достичь... Для рассчетов будем использовать две формулы:


Пусть вас не смущает, что это разные вещи, работа это сделанное по факту, а энергия - это то, что сможет выполнить работу, то есть в нашем случае одно и то же, за исключением потерь, которые мы учитывать не будем.

Оценим энергетический потенциал трассерки. Имеются конденсаторы емкостью  4,4-6,6мкФ и напряжением 270-310в. Энергия по первой формуле получится  0,16 - 0,32 Дж.

Далее, чтобы дать трассерке хоть какой-то шанс, сделаем её подлиннее, чтобы засветка происходила подольше. Для трассерки BigDragon это около 13см, но для чистоты эксперимента возьмем аж 20см или 0,2м. При скорости шара в 130м/с получаем, что шар пролетит эти 0,2м за 0,0015с (1,5 миллисекунды), что очень уж быстро. Но ничего, считаем дальше.

Тогда, если мы умудрились воткнуть в насадку аж 4 светодиода по 1Вт, то получается что работа, совершенная протекающим за время пролета шара током будет равна 0,006 Дж.

Даже если представить, что КПД светодиодного излучателя и вспышки примерно одинаковы, мы получаем, что энергия, которую передаст шару подсветка со светодиодами будет в 25-50 раз меньше.

Итак, у нас два варианта - светить сильнее, то есть вместо 4 Вт воткнуть в насадку 200Вт, но в этом случае мы рискуем оплавить корпус насадки и уж точно светодиоды быстро сдохнут от перегрева.

Второй способ - перейти на импульсный режим, когда светодиоды будут работать 1,5мс, выплёскивая эти 200Вт мощности на пролетающий шар и отключаться. Однако, для этого этого через имеющиеся светодиоды (напряжение питания 4,5в на диод) потребуется пропустить ток в 200Вт/4,5В=44А. Это уже весьма серьезно.

А теперь главное - для этого нам потребуется порядка 40 светодиодов (по 5 Вт каждый), которые сами по себе стоят порядка 400р (см. тут: http://optogid.ru/moschnye-uf-svetodiody).

Итог расчётов

Короткое время пролёта шара не даст нам реализовать идею. Никак.

Альтернатива

На подходе к камере хоп-апа для каждого светодиода у нас есть время, обратное скорострельности привода. Для 800 выстрелов в минуту это будет 75мС, что в 50 раз превышает время пролёта через насадку длинной 20см.

Как это использовать? Поставить светодиод в камере хоп-апа. Да, туда влезут гораздо менее мощные, чем крупные 1Вт монстры, но при этом засветка будет дольше. Кроме того, можно поставить несколько штук.

Еще улучшить ситуацию позволяет установка одного-двух светодиодов так, чтобы они подсвечивали следующий шар. Тогда он будет подсвечиваться перед подачей 75мс перед камерой и чуть меньше -  в самой камере.

Для себя я в случае с АК пришел к решению - два светодиода сверху и один на подходе. При использовании хороших светодиодов (перебрал кучу поставщиков, но нашел) и повышенном питании разница с хорошим экземпляром насадки есть, но она не качественная, а количественная.

Выводы

В общем, для себя давно решил - только хоп-ап.