Устройство для отклонения светового пучка

Изобретение относится к оптико-механической промышленности и может быть использовано в различных оптико-электронных приборах для управления пространственным положением светового пучка. Устройство для отклонения светового пучка содержит корпус, в котором на двух опорах установлен вал с закрепленным на нем зеркалом. Привод зеркала выполнен в виде статора и ротора и установлен на одном конце вала. Статор выполнен из четырех катушек, соединенных последовательно и установленных по окружности вокруг ротора. Катушки сдвинуты одна относительно другой на 90°. Сердечники катушек выполнены в виде постоянных магнитов. Пара катушек намотана в одну сторону, другая пара катушек - в другую сторону, по ходу протекания тока. Ротор выполнен в виде четырехполюсного якоря с устройством контроля его углового положения, установленного на валу. Ротор выполнен из магнитомягкого материала. Устройство контроля углового положения четырехполюсного якоря выполнено в виде емкостного датчика. Технический результат заключается в уменьшении потребляемой энергии устройством. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к оптико-механической промышленности, в частности к оптико-электронным устройствам, и может быть использовано в различных оптико-электронных приборах для управления пространственным положением светового пучка, например, в тепловизорах.

Известно оптико-электронное сканирующее устройство, патент RU 2153693 С2, публ. 27.07.2000, содержащее подвижную рамку с токовой обмоткой, которая установлена на двух полуосях в опорах; магнитную систему в виде двух пар магнитов, установленных разнонаправлено и навстречу друг другу.

Недостатками данного устройства являются:

- низкая помехоустойчивость к тряскам и вибрациям,

- неустойчивость работы при температурах от -50 до +70°С.

Известно также сканирующее устройство, патент RU 2269148 С1, 18.06.2004, состоящее из корпуса магнитоэлектрического привода, гладкого статора, двух обмоток управления, ротора-магнита, закрепленного на валу.

Недостатками указанной конструкции являются:

- неявно выраженный резонанс колебания зеркала, что вызывает большое потребление тока двух обмоток управления;

- неустойчивое положение равновесия, что заставляет ставить ограничители колебательного движения ротора.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является сканирующее устройство, патент SU 1765800 А1, публ. 30.09.1992, содержащее корпус, в котором на двух опорах установлен вал, с закрепленным на нем зеркалом. Привод зеркала выполнен в виде статора и ротора, консольно установленного на одном конце вала, а другой консольный конец вала связан с корпусом через торсион с помощью зажима, а также устройство контроля углового положения зеркала. Консольный конец вала со стороны торсиона снабжен подвижной в поперечном направлении опорой, соединенной с корпусом через упругий элемент, а зажим торсиона выполнен в виде вилки и центрального резьбового стержня, установленного с возможностью перемещения в направлении оси вала в пазу корпуса.

Признаки ближайшего аналога, общие с заявленным устройством:

- корпус, в котором на двух опорах установлен вал, с закрепленным на нем зеркалом;

- привод зеркала выполнен в виде статора и ротора, консольно установленного на одном конце вала.

Недостатками ближайшего аналога являются:

- узкочастотный резонанс сканирующего зеркала,

- коэффициент полезного действия (КПД) сканирования менее 50%.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является создание устройства для отклонения светового пучка с более сглаженным резонансом и КПД сканирования не менее 80%.

Технический результат настоящего изобретения заключается в уменьшении потребляемой энергии устройством.

Заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве для отклонения светового пучка, содержащем корпус, в котором на двух опорах установлен вал, с закрепленным на нем зеркалом, привод зеркала, выполненный в виде статора и ротора и установленный на одном конце вала,

- статор выполнен из четырех катушек, соединенных последовательно и сдвинутых одна относительно другой по окружности вокруг ротора на 90°,

- сердечники катушек выполнены в виде постоянных магнитов,

- первая пара катушек намотана в одну сторону, другая пара катушек в другую сторону, по ходу протекания тока,

- ротор выполнен в виде четырехполюсного якоря,

- на валу якоря установлено устройство контроля его углового положения,

- ротор выполнен из магнитомягкого материала,

- устройство контроля углового положения четырехполюсного якоря выполнено в виде емкостного датчика.

В устройстве отклонения светового пучка новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяют отказаться от торсиона, в отличие от ближайшего аналога, сгладить резонансную кривую сканирования, что позволило на частоте ~230 Гц возвращаться в начальное положение, а на частоте 50 Гц осуществлять сканирование с КПД 80%, получить более жесткую магнитную связь со статором с резонансной характеристикой колебания зеркала и КПД сканирования не менее 80%.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображено продольное сечение предлагаемого устройства;

на фиг.2 изображено поперечное сечение А-А на фиг.1;

на фиг.3 изображены графики зависимости величины сигнала от времени: 1 - форма сигнала питающего напряжения; 2 - форма сигнала с датчика углового положения, с которого вычисляется КПД сканирования, которое равно отношению времени пологого участка графика к полному времени одного сканирования.

Устройство отклонения светового пучка содержит корпус 1 (фиг.1), в котором на двух шарнирных опорах установлен вал 2 (фиг.2), с закрепленным на нем зеркалом 3. Привод зеркала выполнен в виде статора 4 и ротора 5. Ротор 5 жестко установлен на валу 2. Статор 4 выполнен в виде четырех катушек 6, соединенных последовательно и сдвинутых одна относительно другой по окружности вокруг ротора 5 на 90°. Сердечники 7 катушек 6 выполнены в виде постоянных магнитов, которые создают магнитный поток Ф₁ и Ф₂ - межполюсные магнитные потоки. Пара катушек 6 намотана в одну сторону, другая пара - в другую сторону, по ходу протекания тока. Ротор 5 выполнен в виде четырехполюсного якоря (фиг.1) из магнитомягкого материала. На валу якоря установлено устройство контроля его углового положения 8. Ротор 5 жестко установлен на валу.

Работает устройства следующим образом.

Ротор 5 с четырехполюсным якорем под действием магнитных потоков Ф₁ от магнитов катушек 6 и потоков Ф₂ от межполюсных магнитных потоков находится в устойчивом положении, как изображено на фиг.1, при заданном положении магнитных сердечников 7 и заданном подключении катушек 6. При включении переменного напряжения на катушки 6 равновесие магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ нарушается и ротор 5 поворачивается вместе с валом 2 по часовой стрелке или против часовой в зависимости от знака напряжения.

Техническое решение позволяет значительно уменьшить потребление энергии прибором.

Пример конкретного выполнения

В настоящее время изготовлен опытный образец, который прошел стационарные испытания.

1. Устройство для отклонения светового пучка, содержащее корпус, в котором на двух опорах установлен вал с закрепленным на нем зеркалом, привод зеркала, выполненный в виде статора и ротора и установленный на одном конце вала, отличающееся тем, что статор выполнен из четырех катушек, соединенных последовательно и сдвинутых одна относительно другой по окружности вокруг ротора на 90°, при этом первая пара катушек намотана в одну сторону, другая пара катушек - в другую сторону, по ходу протекания тока, причем сердечники катушек выполнены в виде постоянных магнитов, кроме того, ротор выполнен в виде четырехполюсного якоря с устройством контроля его углового положения, установленного на валу.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ротор выполнен из магнитомягкого материала.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство контроля углового положения четырехполюсного якоря выполнено в виде емкостного датчика.