CN115356824B - 一种采用熔断锁止结构的快速反射镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光电扫描跟踪技术领域，具体公开了一种采用熔断锁止结构的快速反射镜，包括：反射镜组件、柔性支撑组件、音圈电机组件、位移测量传感器、熔断锁止组件和基座；柔性支撑组件固设于基座顶部中心位置的第一凹槽内；反射镜组件底部与柔性支撑组件顶部柔性连接，并在柔性支撑组件带动下分别沿水平方向互相垂直的第一轴向和第二轴向旋转预设角度；音圈电机组件设置于基座顶部的若干个第二凹槽内；位移测量传感器设置于基座顶部的若干个第三凹槽内；熔断锁止组件设置于基座顶部的第四凹槽内，在通电后解除反射镜组件的预设锁止状态。通过熔断锁止结构固定反射镜，实现快反镜在运输和发射过程中的锁止功能，体积更小、质量更小，适合空间应用。

Description

一种采用熔断锁止结构的快速反射镜

技术领域

本发明涉及光电扫描跟踪技术领域，具体涉及一种采用熔断锁止结构的快速反射镜。

背景技术

快速反射镜（Fast Steering Mirror，FSM），简称快反镜，是通过控制反射镜的偏转，实现光束方向的精确控制，从而达到校准光路角度误差、稳定光束指向的目的，具有响应速度快、指向精度高等优势。目前快反镜广泛应用于天文望远镜、自适应光学、像移补偿、自由空间光通信、精密跟踪等领域。空间应用是空间技术在信息通信传递技术、遥感探测等领域的应用。卫星平台所处的太空环境与大气环境相比，具有高真空、微重力等特点，与传统的框架结构相比，快反镜体积更小，质量更轻，因此在空间应用领域具有更好的应用前景。

快反镜的驱动方式主要分为压电陶瓷（PZT）驱动和音圈电机（VCM）驱动两大类。其中PZT驱动器具有结构简单、体积小、分辨率高、响应快、出力大等优点，但是其行程通常只有5个毫弧度，并且抗冲击振动能力差。而音圈电机具有行程大、驱动电压低、抗冲击振动能力强等优点，因此更加适用于空间应用领域。

现有快速反射镜通常采用动圈式的圆柱形音圈电机，即磁缸固定在基座上，线圈连接在反射镜支架上的电机结构。但带来个两个问题，一个是长时间的运动容易造成线缆断裂；二是线圈工作时产生的热量会传导到反射镜上，引起反射镜的热变形，从而降低反射镜的平面度等指标。在空间应用场合该问题更为突出。空间应用中，快速反射镜在运输和发射过程中必须进行锁止，并且对设备的质量、体积以及安全系数具有较高的的需求。现有快速反射镜通常采用电机锁止结构，该结构能够实现掉电自动锁止，但是质量和体积较大，并且在运输和发射过程中由于冲击振动，容易出现可靠性的问题，因此在空间应用中并不适用。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种采用熔断锁止结构的快速反射镜，通过采用熔断锁止结构固定反射镜，实现了快反镜在运输和发射过程中的锁止功能，使其体积更小、质量更小，更加适合空间应用领域。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种采用熔断锁止结构的快速反射镜，包括：反射镜组件、柔性支撑组件、音圈电机组件、位移测量传感器、熔断锁止组件和基座；

所述柔性支撑组件固设于所述基座顶部中心位置的第一凹槽内；

所述反射镜组件底部与所述柔性支撑组件顶部柔性连接，并在所述柔性支撑组件带动下分别沿水平方向互相垂直的第一轴向和第二轴向旋转预设角度；

所述音圈电机组件设置于所述基座顶部的若干个第二凹槽内，所述第二凹槽设置于所述第一凹槽的周围；

所述位移测量传感器设置于所述基座顶部的若干个第三凹槽内，所述第三凹槽设置于所述第一凹槽的周围；

所述熔断锁止组件设置于所述基座顶部的第四凹槽内，在通电后解除所述反射镜组件的预设锁止状态。

进一步地，所述熔断锁止组件包括：分别设置于两个所述第四凹槽内的第一熔断锁止件和第二熔断锁止件；

两个所述第四凹槽沿所述第一凹槽中心对称设置。

进一步地，所述第一熔断锁止件和所述第二熔断锁止件均包括：锁止销、定位销、微动开关、锁止组件主体、锁止弹簧和加热丝固定片；

所述锁止弹簧固设于所述锁止组件主体的内部，所述锁止销与所述锁止弹簧顶部固定连接，所述定位销穿过所述锁止销和所述锁止组件主体的通孔，并使用柔性连接件沿着所述定位销的凹陷处围绕所述锁止组件主体缠绕，穿过所述反射镜组件的通孔以保持所述锁止销与所述锁止弹簧之间相对位置的固定；

所述加热丝固定片固设于所述锁止组件主体的侧壁，所述加热丝固定片的过线管内放置有加热丝；

所述微动开关固设于所述锁止组件主体的侧壁，用于检测所述定位销的位置。

进一步地，所述反射镜组件包括：反射镜和反射镜支架；

所述反射镜底部与所述反射镜支架顶部固定连接；

所述反射镜支架底部与所述柔性支撑组件柔性连接。

进一步地，所述音圈电机组件包括：四个音圈电机；

所述四个音圈电机设置于所述柔性支撑组件的周围，所述音圈电机围绕所述柔性支撑组件两两中心对称。

进一步地，所述音圈电机包括：固定单元和可动单元；

所述固定单元包括：两个同心的圆柱形空心线圈；

所述可动单元为圆柱形磁体；

所述空心线圈固设于所述基座顶部的所述第二凹槽内；

所述磁体顶部与所述反射镜组件底部下表面固定连接，其本体位于所述空心线圈内；

所述磁体本体与所述空心线圈间隔预设距离。

进一步地，所述磁体的永磁体材料为钕铁硼稀土永磁材料。

进一步地，所述位移测量传感器包括：分别设置于四个所述第三凹槽内的四个位移传感器；

所述四个位移传感器设置于所述柔性支撑组件的周围，所述位移传感器围绕所述柔性支撑组件两两中心对称；

所述位移传感器与所述音圈电机组件中的音圈电机间隔设置。

进一步地，所述位移传感器为电涡流传感器。

进一步地，所述反射镜组件的镜面材料为铍、硅、石英、碳化硅、BK、蓝宝石或氟化镁。

本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过采用熔断锁止结构固定反射镜，实现了快反镜在运输和发射过程中的锁止功能，使其体积更小、质量更小，更加适合空间应用领域。

附图说明

图1为本发明公开的一种采用熔断锁止结构的快速反射镜的爆炸结构示意图；

图2为本发明公开的一种采用熔断锁止结构的快速反射镜的中心线剖面结构示意图；

图3为本发明公开的一种采用熔断锁止结构的快速反射镜的中心线旋转45°剖面结构示意图；

图4为本发明公开的一种采用熔断锁止结构的快速反射镜的俯视剖面结构示意图；

图5为本发明公开的熔断锁止组件的爆炸结构示意图。

附图标记：

1、反射镜，2、反射镜支架，3、柔性支撑组件，4、音圈电机组件，5、位移测量传感器，6、熔断锁止组件，7、基座，8、磁体，9、空心线圈，10、锁止销，11、定位销，12、微动开关，13、锁止组件主体，14、锁止弹簧，15、加热丝固定片，16、第一轴向，17、第二轴向。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

请参照图1、图2、图3和图4，本发明实施例提供了一种采用熔断锁止结构的快速反射镜，包括：反射镜组件、柔性支撑组件3、音圈电机组件、位移测量传感器5、熔断锁止组件6和基座7；柔性支撑组件3固设于基座7顶部中心位置的第一凹槽内；反射镜组件底部与柔性支撑组件3顶部柔性连接，并在柔性支撑组件3带动下分别沿水平方向互相垂直的第一轴向16和第二轴向17旋转预设角度；音圈电机组件4设置于基座7顶部的若干个第二凹槽内，第二凹槽设置于第一凹槽的周围；位移测量传感器5设置于基座7顶部的若干个第三凹槽内，第三凹槽设置于第一凹槽的周围；熔断锁止组件6设置于基座7顶部的第四凹槽内，在通电后解除反射镜组件的预设锁止状态。

柔性支撑组件3能够为反射镜组件提供支撑，并使反射镜组件能够在两个相互垂直的方向（第一轴向16和第二轴向17）上保持一定的柔度，使反射镜组件能够在二维方向上偏转，并在音圈电机组件4的驱动下，每一个旋转轴分别控制反射镜组件在一个维度上的偏转，从而实现光束的二维偏转。

具体的，请参照图5，熔断锁止组件6包括：分别设置于两个第四凹槽内的第一熔断锁止件和第二熔断锁止件；两个第四凹槽沿第一凹槽中心对称设置。第一熔断锁止件和第二熔断锁止件围绕柔性支撑组件3中心对称设置，可使用螺栓分别固定于两个第四凹槽内。

具体的，第一熔断锁止件和第二熔断锁止件均包括：锁止销10、定位销11、微动开关12、锁止组件主体13、锁止弹簧14和加热丝固定片15；锁止弹簧14固设于锁止组件主体13的内部，锁止销10与锁止弹簧14顶部固定连接，定位销11穿过锁止销10和锁止组件主体13的通孔，并使用柔性连接件沿着定位销11的凹陷处围绕锁止组件主体13缠绕，穿过反射镜组件的通孔以保持锁止销10与锁止弹簧14之间相对位置的固定；加热丝固定片15固设于锁止组件主体13的侧壁，加热丝固定片15的过线管内放置有加热丝；微动开关12固设于锁止组件主体13的侧壁，用于检测定位销11的位置。

上述预设锁止状态具体为：定位销11穿过锁止销10和锁止组件主体13的通孔，并使用柔性连接件沿着其凹陷处围绕锁止组件主体13缠绕数圈，不断拉伸弹簧，使锁止销10的高度不断提升，并穿过反射镜支架2的通孔并保持锁止销10与锁止弹簧14之间相对位置的固定，此时反射镜处于预设锁止状态。

可选的，柔性连接件可为尼龙绳、还可以选择碳素线、PE线、陶瓷线、超高分子量聚乙烯纤维等。这些材料与尼龙相比，具有更高的弹性或更高的强度。

在快反镜运输和发射结束后，需要给快反镜解除锁止状态时，对加热丝通电，当产生的热量传导到柔性连接件并将其熔断后，此时弹簧会由于恢复力的作用而带动锁止销10和定位销11回弹到原始状态，此时的锁止销10从反射镜支架2的通孔内抽离，从而解除反射镜1的预设锁止状态。熔断锁止组件6具有体积小、重量轻、安全系数高等优点，在运输和发射结束后无需继续锁止，并且由于柔性连接件的断裂不能继续使用。

进一步地，反射镜组件包括：反射镜1和反射镜支架2；反射镜1底部与反射镜支架2顶部固定连接；反射镜支架2底部与柔性支撑组件3柔性连接。

进一步地，音圈电机组件4包括：四个音圈电机；四个音圈电机设置于柔性支撑组件3的周围，音圈电机围绕柔性支撑组件3两两中心对称。四个音圈电机围绕中心的柔性支撑结构3，沿着第一轴向16和第二轴向17的方向两两对称地固定在反射镜支架2和快反镜基座7之间。

音圈电机是基于洛伦兹力原理，使通电线圈在磁场内产生驱动力的一种驱动电机，力的大小与线圈上的电流成比例。音圈电机通常由磁缸、线圈等结构组成，具有运动行程大、驱动电压低等优点，采用音圈电机驱动，可使快反镜系统转角范围大、承载能力强，且对振动、冲击等工作环境具有较强的适应性。在国防军工领域的系统中，大多采用音圈电机驱动的快反镜。音圈电机根据运动部件的不同分为动磁式和动圈式；目前动圈式结构存在线缆拖拽和镜面散热的问题，影响快反镜系统的可靠性，而动磁式结构能够有效解决以上问题。

进一步地，音圈电机包括：固定单元和可动单元；固定单元包括：两个同心的圆柱形空心线圈9；可动单元为圆柱形磁体8；空心线圈9固设于基座7顶部的第二凹槽内；磁体8顶部与反射镜组件底部下表面固定连接，其本体位于空心线圈9内；磁体8本体与空心线圈9间隔预设距离，以满足反射镜1的转角范围要求。

采用了动磁式音圈电机结构，能够解决传统音圈电机的线缆拖拽、镜面热变形等技术性问题，能够满足空间应用快速反射镜的需要。

进一步地，磁体8永磁体材料为钕铁硼稀土永磁材料。

具体的，永磁体材料采用N48SH等具有高磁能积、高剩磁以及高矫顽力的钕铁硼稀土永磁材料制成，使音圈电机具有更轻的质量和更小的体积，进一步提升快反镜的性能。

进一步地，位移测量传感器5包括：分别设置于四个第三凹槽内的四个位移传感器；四个位移传感器设置于柔性支撑组件3的周围，位移传感器围绕柔性支撑组件3两两中心对称；位移传感器与音圈电机组件4中的音圈电机间隔设置。因此在同一轴向上采用2个电涡流传感器实现了差动测量，能够有效减小温漂等对测量结果的影响，提高测量精度。

位置传感器用来测量反射镜偏转角度的大小，目前位置传感器可以分为接触式和非接触式两种，接触式传感器极易发生形变或损坏。由于电涡流位移传感器是一种非接触式测量器件，并且结构简单，测量精度高，并且易于安装，能在温度、湿度、压力变化幅度很大，油污，灰尘等恶劣环境中工作而被广泛的使用。因此在音圈电机快反镜中应用最为广泛。

进一步地，位移传感器为电涡流传感器。位移测量传感器采用测量精度高、响应快、结构简单、抗冲击振动能力强的电涡流传感器，进一步提升快反镜的测量精度。电涡流传感器是一种利用磁场变化，从振荡电路中提取能量进而检测位移变化的电感类测量器件。采用信号发生器产生频率、相位和幅值均可调的精密信号源作为激励信号，使得两对电涡流传感器探头形成差动工作方式，并使用放大器独对该信号进行放大，经滤波形成直流信号，并采用精密参考电压源用于信号偏移，使得反射镜的位移变化转化为了直流输出信号的变化。

此外，反射镜组件的镜面材料为铍、硅、石英、碳化硅、BK7、蓝宝石或氟化镁。进一步地，材料表面还可以通过加入特别是金、银等材质的镀层来提升性能。

本发明实施例旨在保护一种采用熔断锁止结构的快速反射镜，包括：反射镜组件、柔性支撑组件、音圈电机组件、位移测量传感器、熔断锁止组件和基座；柔性支撑组件固设于基座顶部中心位置的第一凹槽内；反射镜组件底部与柔性支撑组件顶部柔性连接，并在柔性支撑组件带动下分别沿水平方向互相垂直的第一轴向和第二轴向旋转预设角度；音圈电机组件设置于基座顶部的若干个第二凹槽内，第二凹槽设置于第一凹槽的周围；位移测量传感器设置于基座顶部的若干个第三凹槽内，第三凹槽设置于第一凹槽的周围；熔断锁止组件设置于基座顶部的第四凹槽内，在通电后解除反射镜组件的预设锁止状态。上述技术方案具备如下效果：

通过采用熔断锁止结构固定反射镜，实现了快反镜在运输和发射过程中的锁止功能，使其体积更小、质量更小，更加适合空间应用领域。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种采用熔断锁止结构的快速反射镜，其特征在于，包括：反射镜组件、柔性支撑组件(3)、音圈电机组件、位移测量传感器(5)、熔断锁止组件(6)和基座(7)；

所述柔性支撑组件 (3) 固设于所述基座 (7)顶部中心位置的第一凹槽内；

所述反射镜组件底部与所述柔性支撑组件 (3) 顶部柔性连接，并在所述柔性支撑组件 (3) 带动下分别沿水平方向互相垂直的第一轴向 (16)和第二轴向 (17) 旋转预设角度；

所述音圈电机组件 (4) 设置于所述基座 (7)顶部的若干个第二凹槽内，所述第二凹槽设置于所述第一凹槽的周围；

所述位移测量传感器 (5) 设置于所述基座 (7) 顶部的若干个第三凹槽内，所述第三凹槽设置于所述第一凹槽的周围；

所述熔断锁止组件 (6) 设置于所述基座 (7) 顶部的第四凹槽内，在通电后解除所述反射镜组件的预设锁止状态；

所述熔断锁止组件(6) 包括：分别设置于两个所述第四凹槽内的第一熔断锁止件和第二熔断锁止件；

两个所述第四凹槽沿所述第一凹槽中心对称设置；

所述第一熔断锁止件和所述第二熔断锁止件均包括：锁止销 (10)、定位销 (11)、微动开关 (12)、锁止组件主体 (13)、锁止弹簧 (14)和加热丝固定片 (15)；

所述锁止弹簧 (14) 固设于所述锁止组件主体 (13) 的内部，所述锁止销 (10)与所述锁止弹簧 (14) 顶部固定连接，所述定位销 (11) 穿过所述锁止销 (10) 和所述锁止组件主体(13) 的通孔，并使用柔性连接件沿着所述定位销 (11) 的凹陷处围绕所述锁止组件主体 (13) 缠绕，穿过所述反射镜组件的通孔以保持所述锁止销 (10) 与所述锁止弹簧(14) 之间相对位置的固定；

所述加热丝固定片 (15) 固设于所述锁止组件主体 (13) 的侧壁，所述加热丝固定片(15)的过线管内放置有加热丝；

所述微动开关 (12) 固设于所述锁止组件主体 (13) 的侧壁，用于检测所述定位销(11) 的位置。

2.根据权利要求1所述的采用熔断锁止结构的快速反射镜，其特征在于，

所述反射镜组件包括：反射镜 (1) 和反射镜支架 (2)；

所述反射镜 (1) 底部与所述反射镜支架 (2) 顶部固定连接；

所述反射镜支架(2) 底部与所述柔性支撑组件 (3) 柔性连接。

3.根据权利要求1所述的采用熔断锁止结构的快速反射镜，其特征在于，

所述音圈电机组件 (4) 包括：四个音圈电机；

所述四个音圈电机设置于所述柔性支撑组件 (3) 的周围，所述音圈电机围绕所述柔性支撑组件 (3) 两两中心对称。

4.根据权利要求3所述的采用熔断锁止结构的快速反射镜，其特征在于，

所述音圈电机包括：固定单元和可动单元；

所述固定单元包括：两个同心的圆柱形空心线圈 (9)；

所述可动单元为圆柱形磁体 (8)；

所述空心线圈 (9) 固设于所述基座 (7) 顶部的所述第二凹槽内；

所述磁体 (8) 顶部与所述反射镜组件底部下表面固定连接，其本体位于所述空心线圈(9) 内；

所述磁体本体与所述空心线圈 (9) 间隔预设距离。

5.根据权利要求4所述的采用熔断锁止结构的快速反射镜，其特征在于，

所述磁体 (8) 的永磁体材料为钕铁硼稀土永磁材料。

6.根据权利要求1所述的采用熔断锁止结构的快速反射镜，其特征在于，

所述位移测量传感器 (5) 包括：分别设置于四个所述第三凹槽内的四个位移传感器；

所述四个位移传感器设置于所述柔性支撑组件 (3) 的周围，所述位移传感器围绕所述柔性支撑组件 (3) 两两中心对称；

所述位移传感器与所述音圈电机组件(4) 中的音圈电机间隔设置。

7.根据权利要求6所述的采用熔断锁止结构的快速反射镜，其特征在于，

所述位移传感器为电涡流传感器。

8.根据权利要求1-7任一所述的采用熔断锁止结构的快速反射镜，其特征在于，

所述反射镜组件的镜面材料为铍、硅、石英、碳化硅、BK7、蓝宝石或氟化镁。

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