Магнитоэлектрический дефлектор

 

Изобретение относится к отике, в частности к модуляторам и устройствам отклонения светового луча, и может быть использовано в различных оптических устройствах регистрацией но-множительных аппаратов, а также в оптических системах обработки и отображений информации. В дефлектор введена цепь обратной связи с высокочувсгвитсль:;ым регистрирующим элементом, образованным двумя последовательно соединенными и встречно эключеннымм секциями приемной ВЧ-катушки, усилителем детектором, частотно-зависимым корректирующим четырехполюсником и усилителем мощности. Кроме того, дефлектор содержит две идентичные магнитные системы, в каждой из которых размещена секция подвижной катушки. Секции соединены последовательна, включены встречно и закреплены на концах немагнитного стержня, который шарнирно через упругое звено соединен с зеркалом. На зеркале закреплена излучающая катушка , ось которой параллельна осям секций приемной катушки. 2 ил. С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИМИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИК.Я2 1756853 А1 (я)5 6 02 Г 1/29

ГОсудАРстВе-иый кОмитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

HPИ ГКНТ СССР

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Изобретение относится к оптике, в час- него луча света осуществляется, в первом тнасти к модуляторам и устройствам откло- случае, за счет изгиба петлевого проводнинения светового луча, и может быть ка, а во втором случае за счет поворота аси применено в оптических устройствах реги- рамочной катушки в результате протекания страционно-множительных аппаратов, а па ним тока. также в различных оптических системах об- Величина углового отклонения зеркала работки и отображения информации. определяется величиной и частотой тока, Известный петлевай и рамочный магни- .- механическими свойствами упругой систетозлектрические дефлектары, состоящие мы исполнительного элемента, состоящей соответственно из петли проводника, на ко- иэ струн петли, зеркала; пружины в одном торой размещено зеркало, или рамочной ка- случае «с катушкой индуктивности, тушки индуктивности, на оси которой аси зеркала, узла крепления оси в другом, а размещено зеркало, и которые располаже-: также величины магнитного поля в зазоре, ны в рабочем зазоре магнитной системы . Недостатками дефлекторов реализавамежду полюсами постоянных магнитов, ных, например, на пьезоэлектрической осПаворотзеркалаи,следовательно, пра- нове, являются: пониженная точность странственное отклонение падающего нз вследствие комплексного.частотна-зивиси(21) 4879163/25 (22) 01,11.90 (46) 23,08.92.БюлЛФ 31 (71) Всесоюзный научна-исследовательский

«н ститут радиотехники (72) АД.Поваренка и А.И,Токарев (56) Ребрин О.К,Управление оптическим лучом в пространстве, М.: Coe.ðàäèo, 1977, рис,7,7а,б.

Авторское свидетельство СССР ¹ 813352, кл,6 02 F 1/29, 1981, (54) МАГНИТОЗЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДЕФЛЕКТОР (57) Изобретение относится к оптике, в частности к модуляторам и устройствам отклонения светового луча, и может быть использовано в различных оптических устройствах регистрационно-множительных аппаратов, а также в оптических системах обработки,и отображения информации, В дефлектор введена цепь обратной связи с высокочувствительным регистрирующим элементом, образованным двумя последовательна соединенными и встречно включенными секциями приемной ВЧ-катушки, усилителем., детектором, частотна-зависимым корректирующим четырехполюсникам и усилителем мощности. Кроме того, дефлектор содержит две идентичные магнитные системы, в каждой из которых размещена секция подвижной катушки.

Секции соединены последовательна; включены встречно и закрейлены на концах немагнитного стержня, который шарнирно через упругое звено соедииеМ с зеркалам.

На зеркале закреплена излучающая катушка, ось которой параллельна осям секций приемной катушки. 2 ил, 1756853 мого характера его передаточной характеристики, приводящей, в частности, к уменьшению величины угла поворота зеркала при увеличении частоты тока управляющего сигнала; недостаточная точность угла отклонения зеркала, а следовательно, отображения оптической информации, из-за неравномерности амплитудно-частотной характеристики исполнительного элемента, обладающего колебательными демпфирующими и инерционными свойствами, Укаэанные недостаткои приводят к ис. кажению истинного угла отклонения, следовательно, K искажению в отображаемой оптической информации, что снижает качество изображения, Наиболее близким является электродинамический модулятор (дефлектор), состоящий из расположенных соосно двух

20 идентичных электромагнитов, являющихся магнитной системой устройства, подвижной катушки, немагнитного стержня, расположенного внутри подвижной катушки, и ки находятся в рабочем зазоре электромагнита.

В указанном дефлекторе поворот исполнительного элемента осуществляется за счет движения немагнитного стержня, жесТКо cBsI33HHof 0 c подвижноЙ катушкой, при протекании по ее виткам тока сигнала управления, и наличия подмагничивающего поля в рабочем зазоре электромагнитов.

Основные недостатки устройства уменьшение угла отклонения при увеличении частоты тока сигнала, являющееся следствием комплексного характера входного импеданса отклоняющей системы, основ40 ным элементом которого является катушка индуктивности; низкая точность угла отклонения зеркала из-за неравномерности амплитудно-и фазочастотной характеристики исполнительного элемента, которые определяются упругими колебательными, демпфирующими, механическими и электрическими свойствами отдельных основных элементов, упругих звеньев, катушек, магнитных цепей и др.

Цель изобретения — повышение точно50 сти угла отклонения оптического луча.

На фиг,1 показано устройство магнитоэлектрического дефлектора; на фиг.2 — корректирующий частотно-зависимый четырехполюсник.

Дефлектор состоит иэ двух идентичных магнитных систем 1 и 2, подвижной KB LUки, выполненной в виде двух идентичных последовательно соединенных и встречно включенных секций 3 и 4, каждая из котожестко связанного с ней исполнительного элы:,ента с зеркалом, причем витки катуш- 25 рых намотана на каркасах 5 и 6 и расположена в соответствующих рабочих зазорах магнитных систем 1 и 2, причем свободный конец одной из секций подключен к общей шине "земли", обычно соединенной с металлическим корпусом устройства, исполнительного элемента 7, который выполнен в виде немагнитного стержня 8, жестко соединенного на концах с каркасами 5, 6 секций подвижной катушки, подвижного упругого звена 9. представляющего собой проволочную немагнитную связку, работающую на кручение, соединенного с помощью шарнира 10 с немагнитным стержнем 8 в его середине, при этом один конец подвижного упругого звена 9 жестко закреплен в опоре, например, в корпусе устройства, а другой является свободным, зеркала 11, закрепленного на свободном конце упругого звена 9, причем на чертеже показан один из возможных вариантов закрепления зеркала на подвижном упругом звене

9, а именно упругое звено 9 лежит в плоскости зеркала 11, в этом случае используется шарнир 10, преобразующий поступательное движение немагнитного стержня 8 в крутильные колебания упругого звена 9.

В случае использования шарнира 10, преобразующего поступательное движеwe немагнитного стержня 8 в изгибные колебания упругого звена 9, целесообразно размещение зеркала на торце его свободного конца с плоскостью зеркала, перпендикулярно его оси, излучающей высокочастотной (ВЧ) катушки 12, расположенной на конце упругого звена 9, например, на противоположной отражающей поверхности зеркала 11, при этом катушка может быть плоской и выполнена непосредственно на этой поверхности зеркала 11 методом фотолитографии, что позволит существенно уменьшить ее вес, следовательно, инерционность, при этом подвижная катушка и исполнительный элемент образуют электромеханическую колебательную систему, приемной ВЧ катушки, выполненной в виде двух идентичных последовательно соединенных и встречно включенных секций 13, 14, свободный конец одной из которых соединен с общей шиной

"земля", при этом оси секций 13 и 14 приемной катушки параллельны оси излучающей катушки 12 и расположены симметрично относительно последней, генератора ВЧ колебаний 15, подключенного к свободному концу излучающей ВЧ катушки 12, цепи о6ратной связи (ОС) 16, образованной последовательно соединенными ВЧ усилителем

17, вход которого соединен со свободным концом секции 13 ВЧ приемной катушки и

1756853

Приемная катушка, состоящая из двух секций 13, 14, включенных последовательно-встречно, расположена вблизи излучающей катушки 12, в которой за счет взаимоиндукции наводятся модулированные низкой частотой (НЧ) высокочастотные электрические колебания, поступающие затем на вход ВЧ усилителя 17 и далее па детектор 18, После детектирования НЧ ко0 лебаний в детекторе 18 и прохождения их через корректирующий частотно-зависимый четы рехпол юсник формируется НЧ сигнал коррекции, который поступает на вход усилителя мощности, а затем на секцию 3 подвижной катушки, после чего происходит . дополнительное движение подвижной катушки, пропорциональное амплитуде сигнала коррекции, Высокочастотная приемная катушка цепи ОС, состоящая из двух секций 13, 14, является регистрирующим элементом цепи

ОС 16, представляющим. собой воздушный

ВЧ дифференциальный трансформатор, обладающий высоким коэффициентом преобразования, высокой чувствительностью и низким уровнем внешних помех за счет включения секций 13, 14 встречно, соединения последовательно и их расположения в одной плоскости, параллельной плоскости зеркала, в области внутри контура излучающей катушки, и ориентирования их таким образом, что их оси параллельны оси излучающей катушки 12.

В результате настоящее техническое решение позволяет повысить точность установки угла, поскольку амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) устройства (H(j О>)) становится независящей от частоты.

Действительно, выходной параметругол p(t) определяется комплексной характеристикой передаточной функции устройства (дефлектора) H(j в) р (t)=-Н(а) х(Т-T), где x(t-Т) — входной сигнал с задержкой

T (c),ñoñT0ÿùeãî из колебательной электромеханической системы, -регистрирующего элемента, включающего приемную ВЧ катушку, цепи ОС 16 с усилителем мощности

20, Обобщенная комплексная характеристика такого устройства, состоящего только из колебательной электрической системы, не охваченной обратной связью, может быть выражена в виде

Н,(в)—

Т р +2ETр+1 где Р=.) в- круговая частота;

Т вЂ” постоянная времени колебательной электромеханической системы, состоящей является входом цепи ОО t6. детектором

18, корректирующим частотно-зависимым четырехполюсным 19, усилителем 20 мощности, ВыхОД которОго соеДинен со свобОД" ным концом секции 3 подвижной катушки, 5

Кроме тог(>, вход усилителя мощности

20 является входом магнито-акустического дефле кто ра.

Устройство работает следующим образом, 1

После подачи электрического сигнала низкой частоты на вход усилителя 20 мощности он поступает на секции 3, 4 подвижной катушки, по ко",арой протекает переменный или постоянный ток. Магнит- 15 ные поля от каждой секции подвижной катушки этого тока взаимодействуют с постоя н н ыми магнитн ыми полями, существующими в рабочих зазорах соответствующих магнитных систем 1,2,благодаря чему 20 возникают осевые силы, приводящие к осевому колебательному движению немагнитного стержня, жестко связанного на концах с каркасами 5,6 секций подвижной катушки.

Встречное включение катушек обусловлено 25 необходимостью согласованного действия сил в каждой секции подвижной катушки при одинаковом направлении постоянного магнитного поля в зазоре магнитных систем

1,2, 30

Поступательные осевые движения (колебания) немагнитного стержня 8 через шарнир 10 возбуждают крутильные колебания упругого звена 9, один конец которого жсстко закреплен. Так как на свободном 35 конце упругого звена 9 размещены зеркало

11 с расположенной на нем с противоположной стороны отражающей поверхности плоской высокочастотной катушкой 12, то они также начинают совершать колебания 40 вокруг оси упругого звена 9. В результате колебания зеркала 11 относительно оси упругого звена 9 происходит отклонение луча света, падающего на его отражающую поверхность. Одновременно цепь ОС 16 one- 45 ративно реагирует на амплитуду отклонения (на угол отклонения) зеркала, формирует и выдает коррекции на секцию 3 подвижной катушки. Это происходит следующим образом, 50

Непрерывный синусоидальный высокочастотный сигнал (ВЧ) от генератора ВЧ 15 подается на излучающую катушку 12, жестко прикрепленную к упругому звену 9, которая излучает электромагнитные колебания, 55 и за счет НЧ колебаний упругого звена 9 модулируется по амплитуде причем модуляция осуществляется пропорционально углу отклонения зеркала а . из подвижной катушки и исполнительного элемента;

E — коэффициент затухания электромеханической системы;

K1 — коэффициент усиления, Минимальные искажения в угле отклонения во временной области йолучаются по тому, что АЧХ (Н() а)=К вЂ” постоянная величина, и корректирующая цепь частотнозависимого четырехполюсника выбрана так, что его передаточная функция равна

H0ñQ ш) = K Р(2,. + )=

= Н1 (! <О ) Н2 () Ж ), (3) которая получается, если иэ условия неискаженной передачи сигнала записать передаточную функцию электромеханической колебательной системы с ОС в виде

Но

Н() cL f )-,, Н Н после подстановки в него выражения (2). В то же время для фазочастотной характеристики (ФЧХ) также выполняется условие р (в) = — в Т, т.е. достигается идеальный хар" <тер фазочастотной характеристики.

Следовательно, вклад в абсолютную и относительную погрешность в определении угла положения зеркала, вносимый неравномерностью АЧХ и ФЧХ, равен нулю, что и приводит к повышению точности в положении зеркайа.

Для увеличения чувствительности датчика цепи ОС и исключения влияния ВЧ сигнала цепи ОС от генератора ВЧ 15 на исполнительный элемент секций 3, 4 подвижной катушки, несущая частота ВЧ сигнала выбрана много большей, чем частота

НЧ колебаний (обычно частота НЧ колебаний не превышает 30 КНц, частота ВЧ колебаний порядка 30 МГц и выше).

Наиболее просто корректирующий частотно-зависимый четырехполюснИк реализуется с определенной степенью точности, как каскадное соединение инерционнофорсирующего четырехполюсйика, выполненного на элементах R1, С1, R2, с

45 дифференцирующим звеном, выполненным на элементах СЗ и йб, разделенных буферным каскадом на транзисторе Т1 и элементах С2, R4, БЗ, R5, в определенном частотном диапазоне, посредством подборки его элементов по номиналам (фиг.2).

Формула изобретения

Магнитоэлектрический дефлектор, содержащий две идентичные магнитные системы, подвижную катушку с исполнительным элементом, включающим немагнитный стержень, соединенный жестко с подвижной катушкой и шарнирно — с зеркалом, о т r«и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности угла отклонения оптического луча, в него введены излучаюшая катушка, скрепленная с зеркалом, приемная катушка., выполненная в виде двух последовательно соединенных и встречно включенных секций, свободный конец одной из которых соединен с общей шиной, причем оси секций приемной катушки параллельны оси излучающей катушки и расположены симметрично относительно последней, генератор высокой частоты, соединенный с излучающей катушкой, цепь обратной связи, образованная последовательно соединенными высокочастотным усилителем, вход которого соединен со свободным концом другой секции приемной катушки; детектором, корректирующим частотно-зависимым четырехпол юсником, усилителем мощности, выход которого соединен с одним выводом подвижной f

Составитель Н. Назарова

Техред М,Моргентал Корректор Н. Гунько

Редактор С, Патрушева

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3087 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5