Пьезоэлектрический дефлектор

 

ОП ИСА НИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

>84988!

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (51} М.Кл з С 02 F 1/33 (22) Заявлено 17.04.80 (21) 2912103/18-25 с присоединением заявки.— (23) Прпоритет— (43) Опубликовано 15.04.82. Бюллетень ¹ 14 (45) Дата опубликования описания 15.04.82

Государственный комитет (53) УДК 535.8 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения г., i

:- .,1, .-":,: с

;r, сс». !

P. Ю. Бансевичюс, А. В. Бусилас, К. М. Рагульски и В. И. Алексеенко с (71) Заявитель

Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса

1 с с (54) П ЬЕЗОЭЛ ЕКТРИ Ч ЕСКИ и ДЕФЛ ЕКТОР

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для пространственного сканирования оптического луча.

Известны пьезоэлектрические дефлекторы, содержащие зеркало и пьезоэлектрические преобразователи в виде столбиков из набора пьезокерамических дисков, приводящие в движение зеркало через систему рычагов (Ц. Угловое отклонение зеркала в таких устройствах невелико, не превышает несколько угловых мин|ут, а бьтстродействие низкое, ограничиваемое системой рычагов.

Наиболее близким по технической сущности z изобретению является устройство для отклонения луча, содержащее зеркало и пьезоэлектрические преобразователи, производящие угловое отклонение зеркала по двум осям (2).

Недостатками прототипа являются малые амплитуды угловых олклонений зеркала, не превышающие 2Π— 50 угл. градусов при резонансных частотах (до 1 — 2 кГц) биморфных элементов, а также невысокое быстродействие сканирования, .определяемое малыми собственными частотами изза малой жесткости пьезоэлектрических биморфных элементов.

Целью изобретения является увеличение амплитуды угловых отклонений зеркала и повышение быстродействия сканирования.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем зеркало и пьезоэлектрические преобразователи, дефлектор содержит по крайней мере два пьезоэлектричеаких преобразователя

10 подвижный, поляризованный по высоте, и неподвижный тороидальный с тангенциальной поляризацией, причем. подвижный выполнен в виде колыца из пьезокерамики с внутренней торо ндал ьной поверхностью, l5 электроды которого разделены на три симметричные секторные части, и сопряженного с нулевым зазором с сектором второго неподвижного тороидального преобразователя.

20 На фиг. 1 изображен общий вид пьезоэлектрического дефлектора в разрезе по вертикали; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1.

Пьезоэлектрический дефлектор содер25 жит зеркало 1, смонтированное на подвиж-, ном пьезоэлектрическом преобразователе

2 в виде кольца из пьезокерамики. В пьезоэлектрический преобразователь 2 впрессована металлическая втулка 3 с внутренней

30 тороидальной поверхностью. Подвижный

849881 пьезоэлектрический преобразователь 2 с металлической втулкой 3 установлен с нулевым зазором на секторе неподвижного тороидального преобразователя 4, который установлен между двумя демпферами 5 в корпусе 6. Пружина 7 обеспечивает силовой контакт между преобразователями 2 и

4. Электрические выводы пьезоэлектрических преобразователей 2 и 4 через управляющее устройство 8 подключены к генератору высокочастотных электрических колебаний 9.

Размеры и упругие коэффициенты пьезоэлектрических преобразователей подобраны так, что при возбуждении резонансных колебаний в преобразователе 4 по его длине укладывалась одна полная длина волны, а частота радиальных колебаний преобразователя 2 равна частоте изгибных

;колебаний преобразователя 4.

Пьезоэлектрический дефлектор работает следующим образом.

При присоединении электродов преобразователя 4 к однофазному выходу генератора электрических колебаний 9 он начинает колебаться по двум направлениям: тангевцпальному (по осевой линии) и нормальному (по направлению радиуса R).

По длине преобразователя 4 устанавливается полная волна изгибных колебаний (с двумя узловыми плоскостями 1 — I u

II — II). Также при соединении между собой всех трех электродов на торце преобразователя 2 (задний электрод заземлен) и при подаче на них напряжения из однофазного выхода генератора 9 преобразователь 2 совершает резонансные радиальные колебания. В зоне контакта преобразователей 2 и 4 суммируются два типа колебания: изгибные, задаваемые преобразователем 4, и радиальные, задаваемые преобразователем 2. Таким образом, при взаимодействии колебаний обоих преобразователей 2 и 4 в зоне их контакта происходят косые соударения большой частоты (один удар за период колебаний), которые приводят к по:вороту преобразователя 2 с зеркалом 1 вокруг центра О на угол q. Максимальный угол отклонения зеркала в этом направлении ограничивается узловыми плоскостями и зависит от геометричеаких размеров преобразователя.

Поворот зеркала 1 (преобразователя 2) по другому направлению на угол производится при подсоединении Электродов преобразователя 2 к трежфазному выходу генератора электрических колебаний 9, при этом преобразователь 4 отключен, а преобразователь 2 совершает иэгибные радиальные колебания типа «бегущей волны». При взаимодействии этих колебаний с поверхностью преобразователя 4 (силовой контакт обеспечивается пружиной 7) происходит поворот преобразователя 2 с зеркалом 1 вокруг преобразователя 4 на угол ф Поворот зеркала 1 в этом направлении почти неограничен.

Преимущество данного устройства заключается в значительном увеличении амплитуды угловых отклонений зеркала (до

100 ) и тем самым повышении функциональных возможностей, а также повышении быстродействия сканирования ввиду отсутствия элементов с пониженной жесткостью, .которое, в основном, определяется величиной момента, создаваемого пьезо25 электрическими преобразователями.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический дефлектор, содержащий зеркало и пьезоэлектрические преобразователи, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения амплитуды угла отклонения и повышения быстродействия

35 сканирования, дефлектор содержит по крайней мере два пьезопреобразователя, подвижный, поляризованный по высоте, и неподвижный тороидальный с тангенциальной поляризацией, причем подвижный вы40 полнея в виде кольца из пьезакерамики с внутренней тороидальной поверхностью, снабженного электродами,;которые разделены на три симметричные секторные части, и сопряженного без зазора с сектором

45 второго неподвижного тороидального преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

50 1. Патент GIIIA i¹ 3902783, кл. 350-6, опубл. 1975.

2. Авторское свидетельство СССР № 458800, кл. G 02 F, 1975: (прототип), 849881

Vc . .

Составитель В. Масленников

Техред И. Пенчко

Редактор И. Гохфельд

Корректор С. Файн

Заказ 361/272 14зд. № 130 Тираж 516 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»