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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Orientierungshilfe für Blinde. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Medizin Das besprochene Gerät hilft einer sehbehinderten Person nicht nur, ein Hindernis rechtzeitig zu erkennen und die Entfernung dazu „nach Gehör“ abzuschätzen, sondern auch die Beleuchtungsstärke dort zu bestimmen, wo es sich befindet. Unter den Geräten, die Blinden die Orientierung erleichtern, liefern tragbare aktive Hindernisortungsgeräte die besten Ergebnisse. Sie senden sondierende Ultraschall- oder elektromagnetische Signale in Richtung eines möglichen Hindernisses. Das Ortungsgerät wandelt die von Hindernissen reflektierten Empfangssignale in eine für Blinde wahrnehmbare Form um – Schall oder Vibration. Geräte, die IR-Strahlung als Prüfsignale verwenden, wurden schon vor langer Zeit vorgeschlagen [1]. Eine der Möglichkeiten für ein solches, zur Eigenproduktion geeignetes Gerät wurde in [2] beschrieben. Zu den Nachteilen dieser Konstruktion zählen eine geringe Reichweite (nur 1,5 m) und eine schlechte Störfestigkeit. Ähnlich wie auf ein Hindernis reagiert das Gerät auf eine viel weiter entfernte herkömmliche Glühlampe. Bei dem unten vorgeschlagenen Entwurf werden diese Mängel durch die Verwendung eines selektiven Verstärkers im Empfangsteil behoben. Es wurde ein Knoten hinzugefügt, der die Gesamtbeleuchtung bewertet, und die Tonsignale, die auf das Vorhandensein eines Hindernisses hinweisen und die Beleuchtung charakterisieren, sind für das Gehör leicht zu erkennen. Das Schema des Geräts ist in Abb. dargestellt. 1. Die Wahl von Transistoren als Elementbasis ist auf eine kleine Auswahl an Mikroschaltungen zurückzuführen, die mit einer Versorgungsspannung von 2 ... 3 V arbeiten. Darüber hinaus ist es einfacher, bei einem Design aus diskreten Elementen einen minimalen Stromverbrauch zu erreichen. In diesem Fall überschreitet er 5 mA nicht.
Die Sendediode VD0,5 sendet alle 3 s einen Stoß von IR-Strahlungsimpulsen mit einer Dauer von 20 ms. Die Unterdrückung der kontinuierlichen Aussendung des Antastsignals ist eine weitere Maßnahme zur Reduzierung des durchschnittlichen Stromverbrauchs. Der Generator, der die Dauer der Bursts und Pausen dazwischen festlegt, ist auf den Transistoren VT3 und VT4 aufgebaut. Die Impulse von seinem Ausgang werden der Basis des Transistors VT5 zugeführt, der den Multivibrator an den Transistoren VT6 und VT7 ein- und ausschaltet und Impulse mit einer Dauer von 58 μs erzeugt. Der Trimmerwiderstand R15 stellt die Impulswiederholungsrate gleich der Mittenfrequenz des Durchlassbereichs des selektiven Verstärkers im Empfangsteil des Geräts (2800 Hz) ein. Um die nötige Frequenzstabilität zu erreichen, müssen die Kondensatoren C6 und C7 einen kleinen TKE haben. Es ist nicht akzeptabel, hier Keramikkondensatoren der Gruppen H30-H90 zu verwenden. Impulse mit einer Frequenz von 2800 Hz werden einem Leistungsverstärker zugeführt – einem Transistor VT8, in dessen Kollektorkreis eine Strahlungsdiode VD3 enthalten ist. Der Diodenstrom pro Impuls erreicht 300 mA. Um die erzeugte Wärme schnell aufzunehmen, benötigt die emittierende Diode einen Kühlkörper aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit. In diesem Fall wird Kupfer mit einer Fläche von 3 cm2 verwendet. Die vom Hindernis reflektierten IR-Impulse, die von der VD1-Fotodiode empfangen und von einem selektiven Verstärker auf Basis von VT9-VT12-Transistoren verstärkt werden, sind im BF1-Ohrhörer des Hörgeräts zu hören. Je lauter die Signale sind, desto näher ist das reflektierende Objekt. Bei der oben angegebenen Dauer des Bursts wird dieser vom menschlichen Ohr subjektiv als in einem bestimmten Ton gefärbt wahrgenommen und nicht nur als unangenehmes Klicken. Empfängerverstärkung - 2300, Bandbreite (0,5-Stufe) - 300 Hz. Den größten Beitrag zur Selektivität leistet der Schwingkreis L1C11 mit einer Resonanzfrequenz von 2800 Hz. Um seinen Qualitätsfaktor nicht zu verschlechtern, ist der VT10-Transistor nach einer gemeinsamen Kollektorschaltung geschaltet. Ein auf die gleiche Frequenz abgestimmter Schwingkreis mit kleinem Gütefaktor wird aus der Kopfhörerspule BF1 und dem Kondensator C19 gebildet. Die hohe Eingangsimpedanz des rauscharmen Feldeffekttransistors VT9 dient als optimale Belastung für die VD1-Fotodiode. Wenn die Fotodiode gedimmt ist, überschreitet die am Eingang des Verstärkers anliegende Rauschspannung 0,9 µV nicht. Ungefähr die gleiche Hörschwelle des reflektierten Signals. Die Empfindlichkeit des Empfängers wird durch einen variablen Widerstand R25 geregelt. Der Multivibrator an den Transistoren VT1 und VT2 erzeugt Impulse, deren Frequenz umso höher ist, je stärker die Beleuchtung des im Basiskreis des Transistors VT2 enthaltenen Fotowiderstands R1 ist, der für sichtbares Licht empfindlich ist. Die Impulse werden der Basis des Transistors VT12 zugeführt. Dadurch sind die von Hindernissen reflektierten Signale vor dem Hintergrund niederfrequenter Geräusche zu hören – von 100 Hz bei einer Beleuchtung von 1 lk (fast völlige Dunkelheit) bis 1000 Hz bei einer Beleuchtung von 1000 lx (75 W Glühlampe bei a Abstand von mehreren zehn Zentimetern). Die Hintergrundlautstärke wird durch einen variablen Widerstand R32 reguliert. Bei Bedarf kann der Beleuchtungsauswertungsknoten über den Schalter SA1 ausgeschaltet werden. Das Gerät ist in einem Gehäuse mit den Maßen 120x90x30 mm montiert. Seine Masse beträgt zusammen mit der Stromversorgung – zwei galvanischen Zellen der Größe AA – 250 g. Die emittierende Diode VD3, die Fotodiode VD1 und der Fotowiderstand R1 sind mit organischen Glaslinsen ausgestattet. Die Breite des Bereichs, in dem ein Hindernis erkannt werden kann, beträgt ca. 20°. Details in Abb. markiert. 1 Sternchen, ggf. bei der Justierung des Gerätes auswählen. Die durchgezogene Linie im Diagramm in Abb. Abbildung 2 zeigt die experimentelle Abhängigkeit der Signalspannung U an den Ausgängen des BF1-Ohrhörers vom Abstand R zur reflektierenden IR-Strahlung einer Person bei maximaler Empfindlichkeit des Empfängers und der nominalen Versorgungsspannung (3 V).
Subjektiv ist nach der durchschnittlichen Einschätzung mehrerer normalhörender Personen der Pegel des Schallsignals in der in Abb. 2 Bereichsintervall verändert von sehr laut (nahe der Schmerzgrenze) zu leise. Die gestrichelte Linie ist das Ergebnis der Mittelung der experimentellen Daten. Bei einer auf 2,2 V entladenen GB1-Batterie verringerte sich die Signalspannung um nicht mehr als das Zweifache. Literatur
Autoren: A. Gavrilov, A. Teresk, Tallinn, Estland
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