Сканирующее устройство

 

ОПNII:AHNE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено15.12.80 (21) 3215974/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 070882. Бюллетень ¹ 29

G 02 7 1/29

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (5З) УДК 535.511 (088. 8) Дата опубликования описания 07.0882 (72) Авторы изобретения

P.Þ.Áàíñÿâè÷þñ, А.В.Бусилас, Г.П.Кульветис и К.М.Рагульскис (71) Заявитель

Каунасский политехнический институт им. А. Снечкуса (54) СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к приборостроению, а именно к системам сканирования, и может быть применено для управления оптическим лучом.

Известно сканирующее устройство, содержащее зеркало, расположенное на трех опорах, одна из которых является неподвижной, пьезоэлектрические преобразователи, шарнирно соединенные с двумя подвижными опорами, и генератор-возбудитель (1).

Однако это устройство имеет малое быстродействие из-за недостаточной жесткости упругой системы подвески зеркала и малые угловые отклонения зеркала (до 0,5 угл.град.).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является сканирующее устройство, содержащее зеркало, управляемое пьезоэлектрическими преобразователями, и генератор электрических колебаний $2J.

Недостатками этого устройства являются малое быстродействие, определяемое в основном, системой рычагов и малой жесткостью подвеса зеркал, а также небольшие угловые отклонения зеркала (десятые доли угл. град.).

Цель изобретение — повышение быстродействия устройства и увеличение углов отклонения зеркала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем зеркало, управляемое пьезоэлектрическими преобразователями, и генератор электрических колебаний, к зеркалу прикреплено кольцо с внутренней сферической поверхностью, в устройство введены три концентратора ультразвуковых колебаний, расположенных через 120, оси которых параллельны оси зеркала, контактирующих с кольцом и прикрепленных к пьезоэлектрическим преобразователям.

На фиг.1 изображено предлагаемое сканирующее устройство, общий вид, вертикальный разрез; на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.3 — блоксхема устройства.

Сканирующее устройство содержит зеркало 1, которое неподвижно скреплено с кольцом 2 с внутренней сфе25 рической поверхностью радиусом R.

Кольцо 2 своей сферической поверхностью опирается на три концентратора 3 ультразвуковых колебаний (например, ступенчатых) . К нижней ча30 сти концентраторов на акустическом

9 4 9 -8 1 8 контакте прикреплены ньезоэлектриче" кие пресбраз-.ователи 4 в ниде пье3oкеоами !BCHHó дисков. К нцен-.сатооь. ул гра вуковых колеба -:нй уста-.овле— ны в держателе 5 в узловых плоскостях„ т.е. в тех местах, где продоль нь1е колебания равны нулю. Держател

5 установлен в корпусе 6. упоссгий прижим кольца 2 с зеркалом 1 Обеспе чивается пружиной 7, другой конец которой закреплен в центре сферы кОльцB . для KQHTpoJIR углОБО О Откло = нения "êà" èðóåìîãî зеркала 1 на кор-пусе б установлен измерительный пр— образователь 8, который через усилятель-преобразователь 9 подключен к

ОднОму вхОду сравнивающегО устрОйст— ва 10. другой вход последнего соединен с задающим устройством 11, Вы-ход сравнивающего устройства 1О подкличек к одному входу управляющего устройства 12, другой вход которого подсоединен к генератору 13 электрических колебаний. К выходу управляющего устройства 12 подключены пьезоэлектрические преобразователи 4

Сканирующее устрсйс-во работае следующим образом.

Сигналы, задающие требуемое положение зеркала, TIocòóïà!GT с задающего уcòðîéñòBà 11 на один вход сравнивающего устройства 10, на другой вход которого через усилитель-преобразователь 9 приходит информация от измерительного преобразователя 8 о,цействительном положении зеркала 1.- Выходной сигнал сравнивающего устройства 10 в зав-ьсимости от значения и знака разности входных сигналов поступает на вход управляющего устройства 12. управляющее уcT ройство 12 подключает соответствую-. щим образом пьезоэлектрические преобразователи 4 к генератору 13 элек— трических колебаний. Электрические колебания генератора 13 возбуждают

3Г} ультразвуковые колебания в пьезоэлек- с трических преобразователях 4 и концентраторах 3 ультразгуковых колебаний.

Управляющее устройство 12 обеспечивает два уровня возбуждения кон-. центраторов 3 ультразвуковых колебаний. В первом уровне амплитуды пр,— дольных колебаний концентратОрОв 3 небольшие и обеспе кивают только значительное (до 95%) снижение силы тре ния между кольцом и опорными концами концентраторов 3.

Во втором уровне возбуждения концентраторов 3, хара.ктеризуемом максимальными амплитудами продольных колебаний в зонах контакта кольца 2 с концами колеблющихся концентра-.горов 3, возбуждаются косые высокочастотные соударения, приводящие K обраэованию момента поворота относитель— но оси, проходящей через центр сф"-ры радиусом К и перпендикулярной

; ло к эс -.и, в ко горой лежит центр cфеы H Оси - ООT ьетствуг ще ГО преобразО к,,-- i е..! -i:

;р;>г огносительно любой осН, роходящей через точку 0 центр сферы . роизводится су."мированием векторов моментов, возбуждаемых соответствукз:;р.кьи преобразователями . В слуае, когда поворот относительно ка.;,Ой-то оси обеспечивается одним или

;«умя пьезоэлектрическими преобразон=iT ëBìè, к электродам остальных ,|ьезозлектрических,-.реобразователей одкл очается пониженное напряжение

;т.е, первый урОВеHB Bo36уждения)

При колебаниях пьезоэлектрических преобразователей 4 в виде пьезокерамических дисков по всей суммарной дли e пьезоэлектрического преобразователя 4 и концентратора 3 ул тразвуковых колебаний устанавливается стоя"- ая волна с узловой плоcêoc:тью в месте креплсния.

Врименение концентраторов 3 ультразвуковых колебаний способствует уBåëичению амплитуд, что увеличивает скорость отклонения вращения зеркала 1,. Скорость вращения зеркала 1 будет максимальной, когда касатель— ная в точке соприкосновения сфери"еской поверхности с концен-..-ратором

3 6" Äc прОХОдить ПОд углом a.= 4з г.е„ когда будет выполняться соотнос шение г = iccoB45 . Максимальные уг..ы отклонения зеркала 1 определяются геомегрическими разм рами сфери еской поьерхности кольца 2 tограничители максимальных угловых отк гонений зеркала 1 на фиг.1 не показаны).

Вкспериментально исследoBàëñÿ дейтвующий макет сканирующего устройст. а с ньезозлектрическ:ими греобразовагеляк",и в виде пьезокерамических дисков с размерами Р 12 1,4 мм, концентраторами ульTpà-вуковых ко"",e6ëíèé с:уHOHHäòûìè i 412 30 мм и к:ольцом с внутренней сферической поверхностью радиусом и = 25 мм..?езонансная час".ота пьезоэлектр;ческих преобразователей с концентраторами уль-.развукоBB!õ колебаний 30 <Гц. В качестве генератора электриче=ких колебаний был .-.рименен генератор ГЗ вЂ” 58/1.

Зк периментальное исследование макета сканируемого устройства показалс, что быстродействие сканирования повысилось на 70%, а углы отклонения сканируемого элемента — зеркала увеличились в 3 раза. формула изобретения

Ск аiiиpующее устройство, содержащее зеркало, управляемое гьезоэлектриче"кими преобразователями, и генератор -лектрических колебаний, 9496 8

4Р 1 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его быстродействия и увеличения углов отклонения, к зеркалу прикреплено кольцо с внутренней сферической поверхностью, в устройство введены три концентратора ультразвуковых колебаний, расположенных через 120, оси которых параллельны оси зеркала, контактирующих с кольцом и прикрепленных к пьезоэлектрическим преобразователям.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CUlA 9 3981566, кл.350285, опублик. 1976.

2. Патент ГША 9 3902783, кл.G 02 F 1/29, опублик. 1975 (прототип).

ВНИИПИ Заках 5746/37

Тираж 518 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4