ОПТИЧЕСКИЙ ДЕФЛЕКТОР

Заявляемая полезная модель относится к оптике и может быть использовано в составе информационно-измерительных систем, а также в системах управления положением луча в пространстве.
Известен оптико-механический дефлектор, содержащий корпус, в котором установлено зеркало в подвесе, исполнительный привод и систему управления [Патент РФ №2212045, МКИ G02F 1/29, опубл. 10.09.2003 г.].
Недостатком данного устройства является отсутствие цепи обратной связи. Кроме того, зеркало может совершать колебания только вокруг одной оси.
Известно также техническое решение [А.С. СССР №1756853, МКИ G02F 1/29, опубл. 23.08.1992 г.], в котором магнитоэлектрический дефлектор содержит корпус, в котором установлено зеркало в подвесе, исполнительный привод, датчик угла и систему управления.
Недостатком данного технического решения является сложность конструкции. Кроме того, зеркало может совершать колебания только вокруг одной оси.
Известно устройство пространственного отклонения луча [Патент РФ №2205439, МПК G02F 1/29, опубл. 27.05.2003 г.], содержащее корпус, в котором установлено зеркало в упругом подвесе, исполнительный привод, включающий магнитные системы и катушки, и источник излучения.
Недостатком подобного устройства является невысокая точность при отработке углов отклонения зеркала из-за отсутствия цепи обратной связи, а также большая масса и габариты подвижного узла.
Недостатки аналога устраняются в оптическом дефлекторе (Патент РФ №86324, МКИ G02F 1/29, опубл. 27.08.2009), выбранном авторами вкачестве ближайшего аналога, содержащем корпус, в котором установлено зеркало в подвесе, исполнительный привод, включающий магнитные системы и катушки, датчики угла, арретир и систему управления, подвес может быть выполнен в виде крестообразной упругой пластины, два противоположных конца которой закреплены на зеркале, а два других конца закреплены на корпусе, пяти круглых торсионов, двух плоских торсионов и четырех штоков, противоположные концы которых закреплены на четырех вершинах двух плоских торсионов, центральные части которых закреплены на корпусе, четыре из пяти круглых торсионов одними концами закреплены по периферии зеркала с его обратной стороны, а другими концами закреплены на торцах каждого их четырех штоков, один конец пятого круглого торсиона закреплен в центре зеркала на его обратной стороне, а другой конец закреплен на корпусе. Исполнительный привод может быть выполнен из четырех электромагнитов, причем все четыре магнитные системы закреплены на корпусе, а каждая из четырех катушек закреплена на одном из четырех штоков подвеса зеркала. Четыре датчика угла, каждый из которых содержит закрепленный на корпусе трехполюсный статор, на среднем полюсе которого закреплена катушка с обмоткой возбуждения, а на крайних полюсах закреплены катушки с сигнальными обмотками, и якорь, закрепленный на одном из четырех штоков подвеса зеркала. Арретир может быть выполнен в виде постоянного магнита, закрепленного на корпусе, и катушки, закрепленной на оси, установленной на двух плоских пружинах, свободные концы которых закреплены на корпусе, а их центральные части закреплены на противоположных концах оси. Система управления может быть выполнена в виде отдельного блока, содержащего плату управления, плату сопряжения с модулем питания и плату интерфейса.
В процессе работы устройства при воздействии низкочастотных вибраций ниже 2 КГц в устройстве возникают резонансные явления вплоском торсионе, которые приводят к снижению устойчивости системы к продольным перегрузкам, что вызывает ухудшение работоспособности ближайшего аналога.
Недостатком ближайшего аналога является низкая виброустойчивость системы, вызванная резонансными явлениями.
Технической задачей, вытекающей из уровня техники является устранение резонансных явлений в работе заявляемого дефлектора.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что заявляемый оптический дефлектор, содержащий корпус, в котором установлено зеркало в подвесе, исполнительный привод, включающий магнитные системы и катушки, датчики угла и систему управления, подвес выполнен в виде упругой пластины, два противоположных конца которой закреплены на зеркале, а два других конца закреплены на корпусе, пяти круглых торсионов, двух плоских торсионов и четырех штоков, противоположные концы которых закреплены на четырех вершинах двух плоских торсионов, центральные части которых закреплены на корпусе, четыре из пяти круглых торсионов одними концами закреплены по периферии зеркала с его обратной стороны, а другими концами закреплены на торцах каждого их четырех штоков, один конец пятого круглого торсиона закреплен в центре зеркала на его обратной стороне, а другой конец закреплен на корпусе, в центре упругой пластины подвеса выполнено сквозное отверстие для прохода центрального торсиона.
При этом упругая пластина подвеса зеркала выполнена ромбовидной формы, по периметру упругой пластины выполнены сквозные окна с образованием в пластине упругих перемычек, дополнительно выполнено крепление центральной зоны упругой пластины ромбовидной формы подвеса к обратной стороне зеркала.
Благодаря выполнению упругой пластины подвеса ромбовидной формы с окнами по периметру для образования упругих перемычек и дополнительным креплением центральной зоны пластины к обратнойстороне зеркала резонансные частоты устройства сдвигаются в область высоких частот, повышается жесткость пластины по продольным осям, что устраняет резонансные явления в рабочем диапазоне частот дефлектора, чем достигается поставленная техническая задача.
С обратной стороны зеркала, в центральной его части могут быть выполнены выступы с резьбовыми отверстиями под винты для крепления зеркала к центральной зоне упругой пластины ромбовидной формы подвеса, что является одним из возможных вариантов крепления центральной зоны упругой пластины ромбовидной формы подвеса к обратной стороне зеркала.
На конце каждого круглого торсиона выполнена цилиндрическая втулка для крепления торсиона в ответном отверстии зеркала, во втулке выполнена радиальная прорезь, в которой защемлен конец торсиона, что является одним из возможных вариантов крепления торсиона с зеркалом.
По крайней мере один плоский торсион выполнен в виде четырехугольной осесимметричной звезды с четырьмя сквозными окнами, образующими упругие перемычки и места для крепления штоков подвеса зеркала, что является одним из вариантов выполнения плоского торсиона.
Исполнительный привод содержит четыре электромагнита, каждый из которых содержит магнитную систему и катушку, каждая магнитная система включает два радиально намагниченных кольца, связанных между собой магнитопроводом, в зазоре между намагниченными кольцами установлена катушка, подключенная к электропитанию, все четыре магнитопровода закреплены на корпусе, каждая из четырех катушек установлена и закреплена на одном из четырех штоков подвеса зеркала, что является одним из вариантов выполнения исполнительного привода.
На двух соседних штоках установлены датчики угла, каждый из которых содержит два симметрично расположенных относительно оси штока и закрепленных на корпусе трехполюсных статора, на среднем полюсе каждого статора выполнена первичная обмотка, на крайних полюсахкаждого статора выполнены вторичные обмотки, напротив каждого статора с зазором размещен якорь, жестко связанный со штоком, что является одним из вариантов выполнения датчиков угла.
Система управления выполнена в виде отдельного блока, содержащего плату управления и плату питания, что является одним из вариантов выполнения системы управления.
Заявляемое техническое решение соответствует критерию новизна, т.к. оно не известно из уровня техники.
Сущность изобретения отражена на чертежах.
На фиг. 1 представлен общий вид оптического дефлектора.
На фиг. 2 представлено зеркало с упругой пластиной подвеса ромбовидной формы.
На фиг. 3 представлена система подвеса подвижных штоков.
На фиг. 4 представлена конструкция штока с датчиком угла и исполнительным приводом.
Оптический дефлектор (фиг. 1) содержит корпус 1, в котором установлено зеркало 2 в упругом подвесе (фиг. 2). Подвес выполнен в виде ромбовидной упругой пластины 3, два противоположных конца которой закреплены на зеркале 2, а два других конца закреплены на корпусе 1, пяти круглых торсионов 4, двух плоских торсионов 5 и четырех штоков 6, противоположные концы которых закреплены на четырех вершинах двух плоских торсионов 5, центральные части которых закреплены на корпусе 1. Четыре из пяти круглых торсиона 4 одними концами закреплены по периферии зеркала 2 с его обратной стороны, а другими концами закреплены на торцах каждого их четырех штоков 6. Один конец пятого круглого торсиона 6 закреплен в центре зеркала 2 на его обратной стороне, а другой конец закреплен на корпусе 1 в центре плоского торсиона 5. По периметру упругой пластины 3 выполнены сквозные окна с образованием в пластине 3 упругих перемычек. Дополнительно выполнено крепление центральной зоны упругой пластины 3 к обратной сторонезеркала 2. С обратной стороны зеркала 2, в центральной его части выполнены выступы с резьбовыми отверстиями под винты 7 для крепления зеркала 2 к центральной зоне упругой пластины 3, что является одним из возможных вариантов крепления крепление центральной зоны упругой пластины 3 к обратной стороне зеркала 2. На конце каждого из пяти круглых торсионов 4 выполнена цилиндрическая втулка 8 для крепления торсионов 4 в ответных отверстиях зеркала 2. Во втулке 8 выполнена радиальная прорезь, в которой защемлен конец каждого круглого торсиона 4, что является одним из возможных вариантов скрепления каждого из пяти круглых торсионов 4 в соответствующих им цилиндрических втулках 8. Такое крепление торсионов 4 во втулках 8 обеспечивает надежное закрепление, обеспечивающее высокую стойкость к вибрационным нагрузкам. Плоские торсионы 5 выполнены в виде четырехугольной осесимметричной звезды с четырьмя сквозными окнами, образующими упругие перемычки и места для крепления штоков 6 подвеса зеркала 2. Исполнительный привод (фиг. 3, 4) содержит четыре электромагнита, каждый из которых содержит магнитную систему и катушку 9. Каждая магнитная система включает два радиально намагниченных кольца 10 связанных между собой магнитопроводом 11. В зазоре между намагниченными кольцами 10 установлена катушка 9, подключенная к электропитанию (на чертеже не показано). Все четыре магнитопровода 11 закреплены на корпусе 1. Каждая из четырех катушек 9 установлена на одном из четырех штоков 6 подвеса зеркала 2. На двух соседних штоках 6 установлены датчики угла (фиг. 4), каждый из которых содержит два симметрично расположенных относительно оси штока 6 и закрепленных на корпусе 1 трехполюсных статора 12. На среднем полюсе каждого статора 12 выполнена первичная обмотка 13. На крайних полюсах каждого статора 12 выполнены вторичные обмотки 14. Напротив каждого статора 12 с зазором размещен якорь 15, жестко связанный со штоком 6. Системауправления на чертежах не показана и выполнена в виде отдельного блока, содержащего плату управления и плату питания.
Заявленный оптический дефлектор работает следующим образом. До начала работы дефлектора зеркало 2 находится в произвольном положении. При подаче напряжения зеркало 2 занимает нулевое положение и ждет подачи управляющих команд. Для поворота зеркала 2 вокруг одной из осей управляющие сигналы поступают на катушки 9 двух соответствующих электромагнитов исполнительного привода. При этом происходит линейное перемещение штоков 6 относительно корпуса 1. При этом происходит изгиб плоских торсионов 5 и круглых торсионов 4. Зеркало 2 поворачивается на заданный угол. Аналогичным образом для разворота зеркала 2 по другой оси управляющие сигналы должны поступать на две другие катушки 9 соответствующих электромагнитов исполнительного привода. Таким образом поступательные перемещения штоков 6 приводят к угловым перемещениям зеркала 2. Измерение углов разворота зеркала 2 осуществляется с использованием четырех датчиков углов (фиг. 4). Сигналы с датчиков углов поступают также в систему управления для формирования контуров обратной связи в системе управления зеркалом 2. Заявляемый дефлектор может работать как в режиме установки луча на заданные углы, так и в режиме сканирования. Функционирование дефлектора осуществляется с помощью блока управления.
Благодаря выполнению упругой пластины 3 подвеса ромбовидной формы с окнами по периметру для образования упругих перемычек и дополнительным креплением центральной зоны пластины 3 к обратной стороне зеркала 2 резонансные частоты устройства сдвигаются в область высоких частот, повышается жесткость пластины 3 по продольным осям, что устраняет резонансные явления в рабочем диапазоне частот дефлектора, чем обеспечивается повышение виброустойчивости системы в целом. Испытания устройства на устойчивость при воздействии случайнойширокополосной вибрации амплитудой 3,5 g в диапазоне частот 10…2000 Гц показали среднеквадратичное отклонение от заданного углового значения не более 30 угловых секунд, тогда как у ближайшего аналога этот параметр в два раза больше и составляет 60 угловых секунд.