CN108254851A - 伸缩式气动自适应电磁转换器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种伸缩式电磁转换器，包括安装框架、主镜和第二镜，主镜和第二镜都机械连接至所述框架，其中，所述镜的光轴成一线，并且所述镜的焦点沿着光轴部署或定位在预设的距离处。

Description

伸缩式气动自适应电磁转换器
技术领域
本发明涉及用于接收、发射和聚集电磁辐射的装置，并且可在将电磁辐射的能量转换成其它类型的有用能量(热、电等)的装置中使用以及在光学望远镜、射电望远镜以及具有大口径的雷达中使用，雷达尤其可被放置到地球大气的上层中和太空中。
背景技术
专利RF#2482523中公开的装置在本领域中是已知的并被认为是现有技术。
所述装置包括充气室，充气室以类似球形大致成形的柔性封壳的形式制成。
所述球形包括定位在其对称平面附近的刚性支承框架，刚性支承框架由轻质且坚固的材料制成并且类似环大致成形，其中刚性支承框架的纵向截面近似于环的形状或具有任何其他形状，这确保了整个结构的强度。
支承框架沿柔性封壳的周边牢固地连接至柔性封壳。
室的内腔通过两个机械互连的柔性隔板分成两个气密腔。
所述隔板沿支承框架的周边气密地附接至支承框架。
隔板中的一个是主凹面镜，主凹面镜以将落在其表面上的辐射反射到第二凸面镜上的方式(球面、抛物面等)成形。
第二刚性凸面镜使用本领域已知的方法制成，并放置在充气室内位于相应的刚性桁架上，或直接安装在充气室的柔性封壳上。
电磁辐射传播穿过室的透明的柔性封壳，落到主凹面镜上，然后落到第二凸面镜上，然后落到位于充气室内的辐射探测器上。
主镜的所需形状通过两个气密腔内的气体压力之间的相应差和通过第二隔板的所述形状上的机械作用或通过附接到主镜背面的螺纹组形成，螺纹组施加外部调节机械作用到镜上。
所述现有技术的缺点如下：
获得并保持主镜的所需形状需要通过大量的机械连接元件(螺纹框架、连接元件、辅助网、第二辅助隔板等)在第一柔性隔板上实现整体调节机械作用，这是复杂的工程挑战，其中随着主镜的总直径增加，所述复杂性变得相当严重，从而提高了总重量、使用材料的数量和装置的总成本；
需要使用轻质但坚固、刚性支承框架，该支承框架在装置在实际的负面环境条件下的运行期间必须维持整个装置的耐用性并必须保持主镜所需的形状是另一个复杂的工程挑战，其中随着主镜的总直径增大，所述复杂性变得相当大，从而提高了总重量、使用材料的数量和装置的总成本；
使用通过所谓的常规技术由玻璃、金属、复合材料等制成的刚性第二镜，刚性第二镜必须首先就位定位，然后保持与具有相应刚性桁架的主镜相对的所需位置或通过将所述镜安装在充气室的封壳上不是小任务，比前面提到的问题不相上下复杂。
上述缺点中的第一个在专利RF 2236730中公开的装置中被修改，并被认为是最接近的现有技术。
所述装置包括用作刚性框架的基部承载环，两个圆的薄膜薄片(聚丙烯、涤纶、聚酰亚胺等)沿内周边气密地附接至基部承载环；薄片中的一个的工作表面(除了中心部分)覆盖有镜面涂层，并且主镜的所需曲率通过经由将相应的气体泵入所形成的腔中而在用薄膜隔开的介质之间的界面上产生压力差而实现，其中所述压力差的确切数字由相应的压力传感器监测。
另外，通过所谓的常规技术制造成刚性的第二镜、矫正透镜以及辐射探测器利用支架(刚性桁架)附接至支承环，其中两个镜和矫正透镜定位成使得它们的光轴成一线，并且通过工程容差保证工作间隙。
电磁辐射穿过薄膜的第一透明的薄片；落在是主凹面镜的薄膜的第二薄片上；然后落到第二凸面镜上；然后落在矫正透镜上；然后落到位于矫正透镜后面的辐射探测器上。
在被认为是最接近的现有技术的装置中，只修改了现有技术的第一个缺点。
发明内容
所提出的发明的目标技术结果是提供具有相对大的口径的电磁转换器(望远镜、射电望远镜、雷达、聚光器)，其尤其可放置到地球大气的上层中以及放置在空间中，并且将不存在上述现有技术的缺点。
本发明的技术结果被实现为如下：
转换器的核心元件由具有预设的几何形状和机械特性的封壳专有地制成，封壳由柔性薄膜制成。
根据本发明的一个方面，提供一种伸缩式电磁转换器，包括安装框架、主镜和第二镜，主镜和第二镜都机械连接至所述框架，其中，各所述镜的光轴成一线，并且各所述镜的焦点沿着光轴部署或定位在预设的距离处，其中
转换器的核心元件由具有预设的几何形状和机械特性的封壳专有地制造，其中，所述封壳基于柔性薄膜制成，
其中，安装框架是由所述封壳制成的气密充气室，并且主要被成形大致为圆环，
其中，所述框架的相反部分包含均成形为扁平环的两个基部安装表面，用于在其上安装转换器的封壳；
此外，作为转换器的主镜和第二镜的所述封壳具有预设的张力或不具有预设的张力地被气密地安装在框架的相反的基部安装表面上，
主凹面镜是完全地或部分地镜面化的第一封壳，完全地或部分地镜面化的第一封壳具有预设的张力或不具有预设的张力地沿着环在安装框架的基部安装表面上气密地附接至安装框架，
第二凸面镜是第二封壳的中心部分，除了第二封壳的中心部分之外，第二封壳被制成透明的，并且第二封壳具有预设的张力或不具有预设的张力地沿着与主镜的封壳的安装线相反的环在安装框架的基部安装表面上气密地附接至安装框架，
第三封壳沿着环气密地固定至第二封壳，其中，第三封壳的中心位于主镜的光轴上、第三封壳的半径等于第二封壳的与朝向主镜的表面相反的表面上的第二镜的半径；
其中，在各封壳之间的气密腔充有加压气体(气体混合物)，
此外，每个气密腔中的气体(气体混合物)压力由测量传感器的系统、致动压缩器以及自适应控制系统产生，以使得实时获得并保持安装框架的期望形状、主要是圆环的形状、以及主镜和第二镜的反射表面的的期望形状、主要是具有预设的参数的旋转的抛物面。
可选地，所述转换器还包括类似于第一安装框架制成的第二安装框架，所述第二安装框架定位在第二和第三封壳之间，所述第二和第三封壳沿着环在第二安装框架的相反的基部安装表面上气密地附接至第二安装框架，
第二框架的直径接近第二镜的直径，
此外，由第二封壳、第二安装框架以及第三封壳形成的气密腔充有加压气体(气体的混合物)，
并且在该腔中的气体(气体混合物)压力由测量传感器的系统、致动压缩器以及自适应控制系统产生，以使得实时获得并保持第二安装框架的期望形状、主要是圆环的形状、以及第二镜的反射表面的期望形状、具有预设的参数的凹的或凸的旋转的抛物面。
附图说明
图1和图2分别示出了本发明的第一和第二实施例的剖视图。
具体实施方式
1.在超过环境压力的压力下充满气体(气体混合物)的封壳用作安装框架1；
封壳的几何形状和机械特性、封壳相对于气体的渗透性和内部气体压力以确保在要求保护的装置实时利用相应的压缩器和控制系统的正常操作过程中保持框架的预设的形状的方式来选择；
安装框架1可等同于圆环地被成形，并且可根据必须由转换器执行的具体功能以及具体的操作条件而改变；
充气腔的轴向截面可成形为大致圆形或椭圆形；
框架的相反部分具有两个基部安装表面，每个基部安装表面具有扁平环的形状；
基部安装表面旨在用于在其上容纳转换器的封壳。
为了改进框架形状的刚性和稳定性，其内腔可以用纵向和/或横向隔膜分成所需的多个腔，另外，框架可以包括彼此气密地连接的两个或多个充气封壳。
2.图1中示出了伸缩式转换器的第一实施例，其包含上述的安装框架1、封壳2、封壳3、封壳4；
封壳2用作主凹面镜，其中所述封壳具有预设的张力或不具有预设的张力地沿着环在框架的基部安装表面上气密地固定到框架2上；所述封壳被金属化以便最大化镜面反射，其中围绕镜的光轴的特定区域的封壳区域对于落在其上的辐射可以是透明的；
封壳3的镜面化的部分和封壳4一起作为第二凸面镜；
封壳3具有预设的张力或不具有预设的张力地沿着与封壳2的安装线相反的环在安装框架的基部安装表面上气密地固定到安装框架1上；其中具有其半径等于围绕主镜的光轴的第二镜的半径的所述封壳3的中心区域是用作为第二镜的反射表面的镜；
封壳4以其中心位于主镜(封壳2)的光轴上、以其半径等于封壳3的与朝向主镜的表面相反的表面上的第二镜的半径(封壳3的镜面化的部分)沿着环气密地固定到封壳3上；
在封壳2、安装框架1和封壳3之间的、封壳3和封壳4之间的腔充有加压气体(气体混合物)；其中，在所述封壳之间的腔中的气体压力是通过测量传感器的系统、压缩器以及自适应控制系统(图中未示出)以使得实时连续地高于环境压力的方式产生；
环境压力与封壳之间的腔中的压力之间的比率、气密腔中的每个中的压力之间的比率、每个封壳的几何形状和机械特性被设置为使得封壳2的形状(主凹面镜的形状)和封壳3的镜面化的部分(第二凸面镜的形状)被保持主要为具有预设的参数的旋转的抛物面，并且使得主凹面镜和第二凸面镜的光轴成一线，并且根据装置旨在作为整体解决的任务，各镜的焦点可沿光轴部署或定位在距彼此的特定距离处。
3.图2中示出了伸缩式转换器的第二实施例，其包含安装框架1、封壳2、封壳3、第二安装框架5、封壳4；
第二实施例(图2)与第一实施例(图1)的不同之处在于其包含第二安装框架5，第二安装框架类似于安装框架1制成，并具有与第二镜(封壳3的镜面化的部分)的半径相同的半径；
第二安装框架5以其中心位于主镜(封壳2)的光轴上的方式沿着环在基部安装表面上气密地附接至封壳3，所具有的半径等于封壳3的与朝向主镜的表面相反的表面上的第二镜(封壳3的镜面化的部分)的半径，其中第二安装框架5的对称轴线与主镜(封壳2)的光轴成一线；
封壳4沿着相对于封壳3与第二安装框架5的安装线相反的环在第二安装框架的基部安装表面上气密地附接到第二安装框架5；
在封壳2、安装框架1以及封壳3之间的、封壳3、第二安装框架5和封壳4之间的腔充满气体(气体混合物)；其中，在所述封壳之间的腔中的气体压力是通过测量传感器的系统、压缩器和自适应控制系统(图中未示出)以使得实时连续地高于环境压力的方式产生；
环境压力与封壳之间的腔中的压力之间的比率、气密腔中的每个中的压力之间的比率、每个封壳的几何形状和机械特性被提供为使得封壳2的形状(主凹面镜的形状)和封壳3的镜面化的部分(第二凸面镜的形状)被保持主要为具有预设的参数的旋转的抛物面，并且使得主凹面镜和第二凸面镜的光轴成一线，并且根据装置旨在作为整体解决的任务，各镜的焦点可沿光轴部署或定位在距彼此的特定距离处。
每个封壳的初始几何形状和机械特性被设定为确保在它们气密地固定到框架上以及彼此固定后，并且用相应的加压气体(气体混合物)填充得到的气密腔之后，在操作装置的过程中每个封壳将获得并保持所需的形状(诸如旋转的抛物面，圆环等)。
在上述实施例的操作期间，所述封壳中的每个的机械特性落在弹性区域的限制内。
在封壳之间填充腔的气体(气体的混合物)以及封壳相对于气体的渗透性的参数是根据所述装置操作的环境的特定应用和特定特性来选择的。
辅助设备：在其上安装所述安装框架1的支承框架、压缩器系统、电磁辐射源或接收器、电源、具有相应驱动器的空间定向系统、以所需规格控制装置操作的计算机系统、处理接收或发送的信号的系统等基于所述装置的具体应用和待实现的期望结果来选择。
上述装置是使用柔性封壳专有地制造的，所述封壳具有预设的几何形状和机械特性，其中所述封壳之间的腔充有气体(气体的混合物)，所述气体具有期望的特性；所述封壳连同专用的辅助设备一起产生被设计用于接收、发送和聚集电磁辐射的装置，并且所述装置可在光学望远镜、射电望远镜、雷达和具有大口径的聚光器中使用，其不仅可以放置在地球上，而且可以放置在地球大气层上层中以及在超越地球大气层上层的各种航空器中、在太空中。
除了相对简单的制造、相对轻质以及相对便宜之外，与专用辅助设备联合使用的所要求保护的装置的主要优点之一是所述装置可以针对变化的负面环境影响通过使用测量传感器的系统、压缩器系统和相应的自适应控制系统来实时适调，以便保持期望的预设的设计参数。
在实际应用中，上述装置的镜面化的表面的形状与所述表面的理论计算形状将不会精确匹配，即它将具有相应的误差(像差)。为了补偿所述误差并产生期望质量的期望的结果电磁信号，可以应用实现线性和非线性自适应(主动)光学器件的方法的元件和系统以及用于处理本领域已知的后验信号的方法。
上面列出的本发明的每个特征在本领域中是已知的，并且被单独或以不同的组合实施多次实践；然而，所述特征在所描述的新颖组合中的特定使用导致超累积效应，这是上述新颖技术结果的实现。

Claims (2)

1.一种伸缩式电磁转换器，包括安装框架、主镜和第二镜，主镜和第二镜都机械连接至所述框架，其中，各所述镜的光轴成一线，并且各所述镜的焦点沿着光轴部署或定位在预设的距离处，其中
转换器的核心元件由具有预设的几何形状和机械特性的封壳专有地制造，其中，所述封壳基于柔性薄膜制成，
其中，安装框架是由所述封壳制成的气密充气室，并且主要被成形大致为圆环，
其中，所述框架的相反部分包含均成形为扁平环的两个基部安装表面，用于在其上安装转换器的封壳；
此外，作为转换器的主镜和第二镜的所述封壳具有预设的张力或不具有预设的张力地被气密地安装在框架的相反的基部安装表面上，
主凹面镜是完全地或部分地镜面化的第一封壳，完全地或部分地镜面化的第一封壳具有预设的张力或不具有预设的张力地沿着环在安装框架的基部安装表面上气密地附接至安装框架，
第二凸面镜是第二封壳的中心部分，除了第二封壳的中心部分之外，第二封壳被制成透明的，并且第二封壳具有预设的张力或不具有预设的张力地沿着与主镜的封壳的安装线相反的环在安装框架的基部安装表面上气密地附接至安装框架，
第三封壳沿着环气密地固定至第二封壳，其中，第三封壳的中心位于主镜的光轴上、第三封壳的半径等于第二封壳的与朝向主镜的表面相反的表面上的第二镜的半径；
其中，在各封壳之间的气密腔充有加压气体(气体混合物)，
此外，每个气密腔中的气体(气体混合物)压力由测量传感器的系统、致动压缩器以及自适应控制系统产生，以使得实时获得并保持安装框架的期望形状、主要是圆环的形状、以及主镜和第二镜的反射表面的的期望形状、主要是具有预设的参数的旋转的抛物面。
2.根据权利要求1所述的转换器，其中，所述转换器还包括类似于第一安装框架制成的第二安装框架，所述第二安装框架定位在第二和第三封壳之间，所述第二和第三封壳沿着环在第二安装框架的相反的基部安装表面上气密地附接至第二安装框架，
第二框架的直径接近第二镜的直径，
此外，由第二封壳、第二安装框架以及第三封壳形成的气密腔充有加压气体(气体的混合物)，
并且在该腔中的气体(气体混合物)压力由测量传感器的系统、致动压缩器以及自适应控制系统产生，以使得实时获得并保持第二安装框架的期望形状、主要是圆环的形状、以及第二镜的反射表面的期望形状、具有预设的参数的凹的或凸的旋转的抛物面。
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