ДЕФЛЕКТОР СВЕТА

Полезная модель относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использована в лазерных сканирующих системах записи и считывания видеоинформации.
Известен дефлектор света, содержащий электромеханический блок, механически соединенный с зеркалом, на которое направлено оптическое излучение, и с основанием, а электрически с блоком управления, причем в состав электромеханического блока входят электромагнитная система и торсион [1].
Недостатки этого устройства - низкая рабочая (резонансная) частота и значительные габариты, определяемые длиной торсиона, а также сложность в изготовлении.
Наиболее близким к предлагаемой модели - прототипом - является устройство, которое, как и аналог, содержит электромеханический блок, механически соединенный с зеркалом, на которое направлено оптическое излучение, и основанием, а электрически с блоком управления, но отличающийся от аналога тем, что электромеханический блок состоит из двух пьезокерамических пластин, соединенных между собой с помощью клея [2].
Основные достоинства прототипа - предельная компактность (габариты определяются размерами зеркала), предельная простота и технологичность, а также широкая полоса рабочих частот - до 10 кГц и более. Однако использовать указанные достоинства мешает недостаток прототипа - малый угол сканирования оптического излучения, который составляет примерно 10 мрад [3].
Задача предлагаемого технического решения - увеличить угол сканирования для расширения возможностей практического использования данного устройства.
Дефлектор света содержит электромеханический блок с двумя пьезокерамическими пластинами, механически соединенный с зеркалом, на которое направлено оптическое излучение, и основанием, а электрически - с блоком управления; в электромеханический блок дополнительно введена пассивная пластина, которая имеет форму прямоугольника, соединенного с равносторонней трапецией, причем прямоугольный участок размещен между пьезокерамическими пластинами, которые также имеют прямоугольную форму, соединен с помощью клея с ними и через электроизолирующую прокладку с основанием, при этом трапецеидальный участок изогнут на 10-15° по линии, параллельной основаниям трапеции, и соединен с помощью бруса и клея с зеркалом.
Блок управления представляет собой генератор гармонических колебаний с частотой, равной частоте механического резонанса дефлектора.
Пассивная пластина изготовлена из листа высокопрочной стали.
Сущность предлагаемой модели - введение в электромеханический блок пассивной пластины (не обладающей пьезоэффектом), которая изготовлена из листа высокопрочной, деформационно твердеющей стали, например 40КХНМ, и имеет форму прямоугольника, соединенного с равносторонней трапецией, причем прямоугольный участок размещен между пьезокерамическими пластинами, которые также имеют прямоугольную форму, и соединен с ними с помощью клея, а трапецеидальный участок изогнут на 10-15° по линии, параллельной основаниям трапеции. Кроме того, существенным отличием является использование в качестве блока управления генератора гармонических колебаний с частотой, равной частоте механического резонанса дефлектора света.
Предложенная модель поясняется чертежами, представленными на фиг.1-3, где:
1 - электромеханический блок;
2 - зеркало;
3 - основание;
4 - блок управления;
5 - пассивная пластина;
6 - пьезокерамическая пластина;
7 - электроизолирующая прокладка;
8 - брус.
Дефлектор света содержит электромеханический блок 1, механически соединенный с зеркалом 2, на которое направлено оптическое излучение, и основанием 3, а электрически - с блоком управления 4, в качестве которого использован генератор гармонических колебаний с частотой, равной частоте механического резонанса дефлектора света.
Электромеханический блок содержит пассивную пластину 5 и две пьезокерамические пластины 6, а также электроизолирующую прокладку 7, с помощью которой электромеханический блок соединяется с основанием, и брус 8, с помощью которого электромеханический блок соединяется с зеркалом.
Предложенный дефлектор света работает следующим образом.
При подаче на пьезокерамические пластины 6 управляющего сигнала одна из этих пластин расширяется, а другая сжимается, происходит изгиб конструкции, перемещение свободного конца пассивной пластины 5 и поворот зеркала 2. Блок управления 4 работает на частоте механического резонанса дефлектора, и поэтому возникают резонансные колебания с амплитудой, ограниченной усталостной прочностью пассивной пластины 5.
Электроизолирующая прокладка 7 обеспечивает механическое соединение электромеханического блока 1 с основанием 3, не допуская при этом электрического контакта электродов пьезокерамических пластин 6 с основанием.
Брус 8 обеспечивает механическое соединение пассивной пластины 5 с зеркалом 2.
p
0
1
0
1
В таблице приведены экспериментально полученные значения параметров (апертуры - А, угла сканирования - φ и рабочей частоты - F) аналогов и прототипа, а также результаты расчета параметров предложенной модели, при которых предполагалось, что пассивная пластина выполнена из деформационно твердеющей стали 40КХНМ, а геометрические размеры трапецеидальной части этой пластины - В=1,5 А, B=L=0,75 А, Н=0,075А, где В и B - размеры оснований трапеции, L и H - длина и толщина трапецеидальной части пластины.
Таблица
Модель
А, мм
φ, град
F<sub>p</sub>, кГц
Литература
Аналог 1
25
60
0,15
[4]
Аналог 2
25
40
0,25
[4]
Прототип
10
0,5
1-10
[3]
Предложенная модель
12
7
3,6
-
Сравнительный анализ возможностей известных изделий и предложенной модели показывает, что только предложенное техническое решение обеспечивает и относительно большой угол сканирования и большую частоту резонанса.
Существенным достоинством предложенной модели являются также предельная компактность (габариты определяются апертурой зеркала) и технологичность.
Перспективная область применения предложенной модели - лазерные системы контроля размеров промышленной продукции [4].
Литература
1. Патент РФ №2212045. Опубл. 10.09.2003. Бюл. №5.
2. А.с. №1448328. Опубл. 30.12.1988. Бюл. №48.
3. Erochovets V., Larchenko Ju., Leonov A. The speed of on X-Y Piezoceramic light deflector // Telecommunications & radio engineering. 1992. №6. P. 133-136.
4. Кравцов А.А., Леонов A.M., Овсяников С.В. Лазерное сканирующее устройство для оперативного измерения трехмерных объектов // Лазеры в науке, технике и медицине. М. 2005. С.8-12.