CN108873570A - 一种基于电磁驱动的可见光或近红外光切换机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，包括底座、设于所述底座下部的滤光组件及设于所述底座上部的电磁驱动组件，所述滤光组件包括可见光滤光片、近红外滤光片、滤光片座和销钉，所述电磁驱动组件主要包括线圈座、摆杆和线圈。本发明的基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，采用电磁驱动方式，通过改变输入所述线圈电流的正负极，实现电磁场磁极方向转换，当所述线圈产生的电磁场磁极与所述磁铁磁极方向相反时，磁场驱动所述摆杆转动，驱动可见光滤光片与近红外滤光片的切换，以进行可见光或近红外光工作模式的切换。电磁驱动的电信号控制使得系统功耗降低，可靠性增强，滤光片切换迅速，提高实战反应能力。

Description

一种基于电磁驱动的可见光或近红外光切换机构
技术领域
本发明属于光电设备技术领域，具体涉及一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构。
背景技术
电磁驱动的定义为如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种驱动方式称为电磁驱动。
军用可见光或近红外光工作模式切换机构主要用于军用白光成像侦察设备，这种设备一般由光电传感器、光学镜头等组成，光电传感器可以同时感应可见光、近红外光，由于可见光、近红外光波长不同折射率不同，经过光学镜头的折射后会在不同的靶面成像，而可见光成像为彩色图像，近红外光成像为灰度图像，当可见光成像时，近红外光会成虚像，从而影响图像的颜色与质量，所以白光成像侦察设备一般具有可见光工作模式与近红外工作模式，当战场能见度较好或需大视场搜索目标时，可见光工作模式下的白光成像侦察设备能够提供彩色逼真的战场实时图像，方便观察战场形势与搜索目标；当能见度较差如清晨黄昏时或需长焦跟踪目标时，近红外工作模式的白光成像组件可以超视距、透雾观察目标。军用可见光或近红外光工作模式切换机构就是用于在不同战场环境中，为军用白光成像侦察设备切换可见光工作模式或近红外工作模式的。
而在战场上，设备使用环境恶劣，使用过程中冲击力对机构的影响最大，如果产品设计不可靠，过大的冲击下作用力会使滤光片自动切换，破坏其自锁能力。所以根据战场实时形势的需要，为了保证白光成像侦察设备快速可靠的在可见光工作模式和红外工作模式下进行切换，设计一种能够适应恶劣战场环境并且具有高可靠性的军用可见光或近红外光工作模式切换机构十分必要。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，其目的在于解决传统的可见光或近红外光切换机构因无法承受过大的冲击力，使滤光片自动切换，可靠性低，使得无法适应恶劣战场环境的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，包括底座、设于所述底座下部的滤光组件及设于所述底座上部的电磁驱动组件，
所述滤光组件包括可见光滤光片、近红外滤光片、滤光片座和销钉，其中，所述可见光滤光片和所述近红外滤光片相对于所述滤光片座中轴线对称布置，并嵌入所述滤光片座上，所述滤光片座通过所述销钉与所述底座连接，所述滤光片座可绕所述销钉旋转，从而实现所述可见光滤光片和所述近红外滤光片的快速切换；
所述电磁驱动组件主要包括线圈座、摆杆和线圈，其中，所述线圈座上套有所述线圈，所述摆杆两端均为圆柱凸台，其上端卡入所述线圈座中心位置，且可绕所述线圈座中心位置旋转，下端圆柱凸台卡入所述滤光片座上的矩形槽内，且可沿矩形槽移动，实现将摆杆的旋转运动转化为滤光片座的旋转运动从而提高切换机构的稳定性与轻便性。
进一步地，所述线圈在产生的电磁场磁极与所述磁铁磁极方向相反条件下驱动所述摆杆转动并带动所述可见光滤光片与所述近红外滤光片的切换。
进一步地，所述电磁驱动组件包括保持片，用于在所述可见光滤光片和所述近红外滤光片切换到位后维持其状态。
进一步地，所述电磁驱动组件包括磁铁，用于在所述线圈断电后与所述保持片一同提供吸力使所述摆杆位置保持不动从而保持所述滤光片座不动。
进一步地，所述滤光片座中轴线上开有一贯通式矩形槽和一圆孔，用于连接所述摆杆与所述销钉。
进一步地，所述滤光片座为铝合金材料制备而成。
进一步地，所述滤光片座上设有限位凸台，用于限制所述滤光片座绕所述销钉的旋转角度。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明的基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，采用电磁驱动方式，通过改变输入所述线圈电流的正负极，实现电磁场磁极方向转换，当所述线圈产生的电磁场磁极与所述磁铁磁极方向相反时，磁场驱动所述摆杆转动，驱动可见光滤光片与近红外滤光片的切换，以进行可见光或近红外光工作模式的切换。电磁驱动的电信号控制使得系统功耗降低，可靠性增强，滤光片切换迅速，提高实战反应能力。
(2)本发明的基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，滤光片嵌入所述滤光片座上，所述滤光片座通过所述销钉与所述底座连接，所述滤光片座可绕所述销钉旋转，从而实现将不同类型滤光片的切换转化为所述滤光片座的旋转，降低了切换机构的设计难度与制造成本。
(3)本发明的基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，所述摆杆两端均为圆柱凸台，其上端卡入所述线圈座中心位置，且可绕所述线圈座中心位置旋转，下端圆柱凸台卡入所述滤光片座上的矩形槽内，且可沿矩形槽移动，以通过简单的机构运动关系传递，实现将摆杆的绕轴旋转传递到滤光片座的绕轴旋转，提高了切换机构的稳定性与轻便性。
(4)本发明的基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，通过设置保持片，在每次工作模式切换完成后与所述磁铁一同提供吸力，使所述摆杆位置保持不变，从而保持所述滤光片座不动。防止了机构在过大的冲击力下产生滤光片自动切换的后果，极大的提高了该机构用于恶劣环境中抵抗冲击的能力，增强了该机构的可靠性。
(5)本发明的基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，通过严谨的设计与理论计算，使得本装置的最大抗纵向冲击加速度为176g，远高于国军标规定的40g，增强了军用装备的稳定性与实战性。
附图说明
图1为本发明实施例一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构结构示意图；
图2为本发明实施例一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构正视图；
图3为本发明实施例一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构剖视图；
图4为本发明实施例一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构的保持片平面图；
图5为本发明实施例一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构的摆杆受力图；
图6为本发明实施例一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构的滤光片座受力图。
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-底座、2-可见光滤光片、3-近红外滤光片、4-滤光片座、5-线圈座、6-摆杆、7-线圈、8-磁铁、9-保持片、10-销钉。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1为本发明实施例一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构结构示意图。如图1所示，本系统包括底座1、滤光组件和电磁驱动组件。其中，所述底座1用于为所述滤光组件和所述电磁驱动组件提供支撑；所述滤光组件用于实现不同工作模式下对不同类型光线的过滤；所述电磁驱动组件用于可见光或近红外光工作模式的切换与切换后稳定的状态保持。本发明的一种可见光或近红外光基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，采用电磁驱动方式，通过改变输入所述线圈电流的正负极，实现电磁场磁极方向转换，当所述线圈产生的电磁场磁极与所述磁铁磁极方向相反时，磁场驱动所述摆杆转动，驱动可见光滤光片与近红外滤光片的切换，以进行可见光或近红外光工作模式的切换。电磁驱动的电信号控制使得系统功耗降低，可靠性增强，滤光片切换迅速，提高实战反应能力。
结合图2和图3所示，所述滤光组件主要包括可见光滤光片2、近红外滤光片3、滤光片座4和销钉10。其中，所述可见光滤光片2和所述近红外滤光片3均为圆形且固定于所述滤光片座4表面，两者相对于所述滤光片座4中轴线对称布置，所述可见光滤光片2过滤除可见光外其余光波段，所述近红外滤光片3过滤除近红外外其余光波段；所述滤光片座4中轴线上开有一贯通式矩形槽和一圆孔，其材质为铝合金，可耐高温、不变形，可确保像质稳定；所述销钉10贯穿于圆孔，连接所述滤光片座4与所述底座1；所述滤光片座4可绕所述销钉10在平行于所述底座1的平面转动。本发明的一种可见光或近红外光基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，滤光片嵌入所述滤光片座上，所述滤光片座通过所述销钉与所述底座连接，所述滤光片座可绕所述销钉旋转，从而实现将不同类型滤光片的切换转化为所述滤光片座的旋转，降低了切换机构的设计难度与制造成本。
结合图2和图3所示，所述底座1上设有限位凸台，用于限制所述滤光片座4绕所述销钉10的旋转角度。
结合图2和图3所示，所述电磁驱动组件主要包括线圈座5、摆杆6、线圈7、磁铁8和保持片9。所述线圈座5上套有所述线圈7，后端固定有所述保持片9，所述线圈座5材质为塑料聚甲醛以保证绝缘；所述磁铁8使用环氧树脂胶粘接于所述摆杆6上端；所述磁铁8采用N45钕铁硼永磁体，剩磁约为1.2T；所述线圈7上的两条导线焊接于后部转接电路板上，所述线圈7采用多层平绕式空心线圈，线圈工作电压为12V，电阻40欧姆，匝数为565圈；当线圈通电时，线圈产生磁感应强度：
B1＝N×I×4π×10-3×4π×10-7×104/L (1)
式中：N:线圈匝数
I:线圈电流，单位A
L:作用长度，单位m
经过计算B1＝4.7T，远大于所述磁铁8剩磁1.2T，因此当所述线圈7通电后，内部产生电磁场极性与所述磁铁8固有磁极相反时，所述线圈7产生的电磁场磁场驱动所述磁铁8转动，从而带动所述摆杆6转动，从而实现所述可见光滤光片2与所述近红外滤光片3的切换，从而实现可见光或近红外光工作模式切换。所述摆杆两端均为圆柱凸台，其上端卡入所述线圈座中心位置，且可绕所述线圈座中心位置旋转，下端圆柱凸台卡入所述滤光片座上的矩形槽内，且可沿矩形槽移动，以通过简单的机构运动关系传递，实现将摆杆的绕轴旋转传递到滤光片座的绕轴旋转，提高了切换机构的稳定性与轻便性。此外，通过设置保持片，在每次工作模式切换完成后与所述磁铁一同提供吸力，使所述摆杆位置保持不变，从而保持所述滤光片座不动。防止了机构在过大的冲击力下产生滤光片自动切换的后果，极大的提高了该机构用于恶劣环境中抵抗冲击的能力，增强了该机构的可靠性。
本发明的一种可见光或近红外光基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，采用电磁驱动方式，通过改变输入所述线圈7电流的正负极，实现电磁场磁极方向转换。当所述线圈7产生的电磁场磁极与所述磁铁8磁极方向相反时，磁场驱动所述摆杆6转动，驱动所述可见光滤光片2与所述近红外滤光片3的切换，以进行可见光或近红外光工作模式的切换。该机构结构简单，功耗低，可以快速、可靠的进行可见光或近红外光工作模式的切换，提高了实战反应能力。
所述保持片9用于在装置的工作模式切换到位后，所述线圈7断电，所述保持片9与所述磁铁8一同提供吸力，使所述摆杆6位置保持不动，从而保持所述滤光片座4不动。所述保持片9平面图如图4所示，所述保持片9距离所述磁铁8表面中心距离为2mm，根据计算所述保持片9表面磁感应强度约为0.5T,根据磁力公式：
F磁＝1/2μ0×B2S (2)
其中：μ0为真空磁导率，μ0＝4π×10-7；
B为磁感应强度，单位为T；
S为保持片(9)面积,单位为m2；
经计算：S＝(9×4.5-5×3.5)×10-6＝23×10-6m2
代入公式(2)计算得：F磁＝2.2N
所述摆杆6两端均为圆柱凸台，上端卡入所述线圈座5中心位置，且可绕所述线圈座5中心位置旋转，下端圆柱凸台卡入所述滤光片座4上的矩形槽内，且可沿矩形槽移动。所述摆杆6受力图如图5所示，图中F1为所述摆杆6对所述滤光片座4作用力的反力，F1大小与所述摆杆6对所述滤光片座4作用力相等方向相反，由绘图可知F1力臂L1＝5.6mm，F磁力臂L2＝2mm根据力矩平衡原则：
F1×L1×K＝F磁×L2 (3)
K为安全系数，K取2，代入公式(3)计算得F1＝0.39N。
该机构主要用于军用设备，使用环境恶劣，经过分析因为使用过程冲击对机构的影响最大，如果产品设计不可靠，过大的冲击下作用力会使滤光片自动切换，破坏其自锁能力。产品在承受横向冲击时冲击力对切换机构影响最明显，因此主要分析产品承受横向冲击时能够承受的最大冲击力，产品在承受横向冲击时，所述滤光片座4受力图如图6所示，其中G为重力，F3为冲击力，F1’为所述摆杆6对所述滤光片座4的作用力，相对于旋转中心，G的力臂为6.1mm，F3的力臂为9mm，F1’的力臂为14mm。根据力矩平衡原则：
F3×9＝F1’×14+G×6.1 (4)
所述滤光片座4与滤光片总重量为1.7×10-3Kg，所以G＝17×10-3N，由公式(4)计算得F3最大为0.6N,根据公式F＝ma，可算得切换机构能够承受最大横向冲击加速度为352g，除以安全系数2，切换机构能够承受最大横向冲击加速度为176g，远大于国军标规定的40g，具有极高的可靠性。
本发明的一种可见光或近红外光基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，通过设置所述保持片9，使其在每次工作模式切换完成后与所述磁铁8一同提供吸力，使所述摆杆6位置保持不变，从而保持所述滤光片座4不动。防止了机构在过大的冲击力下产生滤光片自动切换的后果，极大的提高了该机构用于恶劣环境中抵抗冲击的能力，提高了机构的可靠性；同时，通过严谨的设计与理论计算，使得本装置的最大抗纵向冲击加速度远高于国军标规定的40g，具有极高的可靠性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，包括底座、设于所述底座下部的滤光组件及设于所述底座上部的电磁驱动组件，其特征在于：
所述滤光组件包括可见光滤光片、近红外滤光片、滤光片座和销钉，其中，所述可见光滤光片和所述近红外滤光片相对于所述滤光片座中轴线对称布置，并嵌入所述滤光片座上，所述滤光片座通过所述销钉与所述底座连接，所述滤光片座可绕所述销钉旋转，从而实现所述可见光滤光片和所述近红外滤光片的快速切换；
所述电磁驱动组件主要包括线圈座、摆杆和线圈，其中，所述线圈座上套有所述线圈，所述摆杆两端均为圆柱凸台，其上端卡入所述线圈座中心位置，且可绕所述线圈座中心位置旋转，下端圆柱凸台卡入所述滤光片座上的矩形槽内，且可沿矩形槽移动，实现将摆杆的旋转运动转化为滤光片座的旋转运动从而提高切换机构的稳定性与轻便性。
2.根据权利要求1所述的一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，其特征在于，所述线圈在产生的电磁场磁极与所述磁铁磁极方向相反条件下驱动所述摆杆转动并带动所述可见光滤光片与所述近红外滤光片的切换。
3.根据权利要求1所述的一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，其特征在于，所述电磁驱动组件包括保持片，用于在所述可见光滤光片和所述近红外滤光片切换到位后维持其状态。
4.根据权利要求3所述的一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，其特征在于，所述电磁驱动组件包括磁铁，用于在所述线圈断电后与所述保持片一同提供吸力使所述摆杆位置保持不动从而保持所述滤光片座不动。
5.根据权利要求1或4所述的一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，其特征在于，所述滤光片座中轴线上开有一贯通式矩形槽和一圆孔，用于连接所述摆杆与所述销钉。
6.根据权利要求1、4或5所述的一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，其特征在于，所述滤光片座为铝合金材料制备而成。
7.根据权利要求1或4-6中任一项所述的一种基于电磁驱动的可见光与近红外光切换机构，其特征在于，所述滤光片座上设有限位凸台，用于限制所述滤光片座绕所述销钉的旋转角度。
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