CN206039040U - 一种电磁驱动微扭转镜组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电磁驱动微扭转镜组件，包括微扭转镜，该微扭转镜的一个面上固定有永磁铁，微扭转镜的两侧固定有串联在一起的驱动线圈，微扭转镜的下方设置有感应磁场的磁传感器。本实用新型采用可动磁铁固定线圈的驱动形式，微扭转镜上无需设置电连接，可简化微扭转镜制作工艺；利用磁传感器感测微扭转镜转动过程中磁场强度的变化，实时监测并反馈其具体转角，通过控制驱动线圈电流和频率实现微扭转镜稳定可靠工作；同时，磁传感器只是一个电子元器件，相比其他反馈方式，更便于集成，降低成本。
Description
【技术领域】
本实用新型属于激光探测领域，涉及基于可动磁铁——固定线圈驱动的激光雷达用电磁微扭转镜，具体地说，涉及一种电磁驱动微扭转镜组件。
【背景技术】
激光雷达(LiDAR：Light Detection And Ranging)结合了传统雷达技术与现代激光技术，分辨率高，低空探测性能好，抗干扰能力强，无论在军用还是民用领域均有着广泛的应用前景。
激光雷达是自动驾驶、无人机、扫地机器人等智能移动设备的核心部件，随着人工智能的兴起，市场对激光雷达提出了很大的需求。传统的激光雷达系统一般采用线阵光电，探测器并行接收再加扫描装置来实现三维测绘，扫描装置通常采用转鼓加摆镜或机械电机作为转轴，此类激光雷达存在体积大、成本高、长期可靠性低等缺点，严重制约其在上述军民领域的大规模应用，体积小、低成本、高性能的激光雷达亟待开发。
鉴于以上技术问题，实有必要提供一种针对激光雷达的激光扫描装置——大镜面、大转角电磁驱动微扭转镜组件，该组件工艺简单，体积小，功耗小，成本低。
【实用新型内容】
本实用新型提供了一种电磁驱动微扭转镜组件，工艺简单、体积小、功耗小、成本低。
本实用新型采用以下技术方案：
一种电磁驱动微扭转镜组件，包括微扭转镜，该微扭转镜的一个面上固定有永磁铁，微扭转镜的两侧固定有串联在一起的驱动线圈，微扭转镜的下方设置有感应磁场的磁传感器。
所述永磁铁的充磁方向是其厚度方向，固定在微扭转镜的背面，并通过加强筋确定其具体位置。
所述磁传感器的敏感方向为Z向，所述Z向为垂直微扭转镜镜面初始位置的方向。
所述磁传感器的感测区域在微扭转镜的转轴正下方，或者偏向一侧。
所述的电磁驱动微扭转镜组件为多层结构，自上而下依次为固定微扭转镜的支撑层、固定驱动线圈的线圈驱动层，以及驱动控制电路层，所述驱动控制电路层与线圈驱动层电气连接，控制施加在驱动线圈上的电信号，根据磁传感器的反馈信号，实时监测微扭转镜的位置，并调节驱动线圈上施加的驱动信号，使微扭转镜稳定工作。
在所述的多层结构中，进一步包括有支撑结构层，该支撑结构层的上方为线圈驱动层，下方为驱动控制电路层，用于调节永磁铁与磁传感器之间的距离。
所述的电磁驱动微扭转镜组件的多层结构之间采用非磁性材质的螺栓连接，或者通过电气连接件或通过粘接、焊接连接到一起。
所述的电磁驱动微扭转镜组件的每一层的外侧开设有凹槽，用于焊锡。
所述的驱动线圈分为两组，每组之间的驱动线圈串联连接。
所述的磁传感器为四个，分别布置在第四象限、第一象限、第二象限、第三象限；其中，第一和第四磁传感器感测的信号变化与第二和第三磁传感器感测的信号变化可反应永磁铁绕Y轴扭转转角变化；第一和第二磁传感器感测的信号变化与第三和第四磁传感器感测的信号变化可反应永磁铁绕X轴扭转转角变化。
与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型采用可动磁铁固定线圈的驱动形式，微扭转镜上无需设置电连接，可简化微扭转镜制作工艺；利用磁传感器感测微扭转镜转动过程中磁场强度的变化，实时监测并反馈其具体转角，通过控制驱动线圈电流和频率实现微扭转镜稳定可靠工作；同时，磁传感器只是一个电子元器件，相比其他反馈方式，更便于集成，降低成本。
另外，微扭转镜、线圈驱动层、及驱动控制层采用叠式结构，可大大减小模块整体体积，满足减小雷达系统体积的需求。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
图1为本实用新型一维电磁微扭转镜组件结构图；
图2为本实用新型一维电磁微扭转镜结构图，其中，图2(a)为正面，图2(b)为反面；
图3为本实用新型电磁微扭转镜驱动原理图；
图4为本实用新型一维电磁微扭转镜组件剖示图；
图5为本实用新型磁传感器反馈原理图；
图6为本实用新型二维电磁微扭转镜组件结构图；
图7为本实用新型二维微扭转镜转轴示意图；
图8为本实用新型一种形式的二维电磁微扭转镜结构图，其中，图8(a)为正面，图8(b)为反面；
图9为本实用新型二维电磁微扭转镜驱动原理图；
图10为本实用新型二维电磁微扭转镜磁传感器分布图。
【具体实施方式】
下面根据附图和实施例对本实用新型做详细阐述：
实施例一
一种基于可动磁铁——固定线圈驱动的一维电磁微扭转镜组件，如图1：由1D的微扭转镜1及其支撑层a、一组固定的线圈2.1和2.2作为驱动线圈和线圈驱动层b、支撑结构层c和驱动控制电路层d四层组成。
其中，微扭转镜主要由可动镜面1.1、一组支撑扭转梁1.2a和1.2b、固定框架1.3组成，如图2(a)示；可动镜面正面镀有反射层1.1a，反面设置有加强筋1.1b，并固定有永磁铁1.4，且永磁铁1.4的充磁方向是其厚度方向。其中永磁铁1.4通过胶粘剂粘接到可动镜面1.1上，其位置可由加强筋具体形状精确限定，如图2(b)。
在微扭转镜两侧设置一对串联的固定线圈2.1和2.2，当给该组线圈通电时，线圈将产生磁场，永磁铁在线圈产生的磁场中受到力的作用，带动微扭转镜绕其支撑扭转梁产生一定位移的转动，如图3示。当给线圈通交流电时，线圈产生交变的磁场，永磁铁受到交变的力，带动微扭转镜振动。
进一步的，如图4示，在永磁铁下方布置敏感方向为Z向的磁传感器4(该Z向为与镜面初始位置垂直的方向)，并使磁传器的感测区域在扭转轴正下方，或者偏向扭转轴的一侧，在可动镜面振动过程中，通过检测磁传感器处Z向磁感应强度Bz的变化，来感测永磁铁位置的变化，进而实时跟踪微扭转镜的转角，如图5。
微扭转镜组件的四层结构，可以都用常见并廉价的PCB板；支撑层a用于固定微扭转镜1；线圈驱动层b用于固定驱动线圈2.1和2.2，并给其提供电信号；支撑结构层c用来调节微扭转镜可动镜面上的永磁铁1.4与电磁传感器4的距离，根据实际需要设置或确定其具体厚度；驱动控制层d，与线圈驱动层b间有电气连接，控制施加在驱动线圈上的电信号，根据其上设置的磁传感器接收到的反馈信号，实时监测微扭转镜的位置，并调节驱动线圈上施加的驱动信号，使微扭转镜稳定工作。
四层之间可以通过制作通孔用非磁性材质螺栓3.1、3.2、3.3、3.4连接，或者通过电气连接件或通过粘接、焊接连接到一起。
微扭转镜固定层和支撑结构层材质不局限于PCB板，还可以是其他材质如金属、亚克力等；
实施例二
一种基于可动磁铁——固定线圈驱动的二维电磁微扭转镜组件，如图6：由2D的微扭转镜1及其支撑层a、一组固定的线圈2.1～2.4作为驱动线圈和线圈驱动层b、支撑结构层c和驱动控制电路层d四层组成。
其中，如图7示，二维微扭转镜是指可动镜面可绕两个正交的扭转轴转动的扭转镜。在此，图8给出了一种二维电磁微扭转镜结构图，由可动镜面1.1、一组扭转梁1.2a、1.2b、1.2c、1.2d、固定框架1.3组成，如图2(a)示；可动镜面正面镀有反射层1.1a，反面设置有加强筋1.1b，并固定有永磁铁1.4。其中永磁铁1.4通过胶粘剂粘接到可动镜面1.1上，其位置可由加强筋具体形状精确限定，如图8(b)。
如图6所示，在二维电磁微扭转镜镜面四周根据其两个扭转轴的位置设置两组串联的固定线圈：2.1和2.2、2.3和2.4，当给两组线圈分别通电时，永磁铁受到该两组线圈产生的磁场的作用，带动微扭转镜绕对应的扭转轴转动，如图9示。当给线圈通交流电时，线圈产生交变的磁场，可动磁铁受到交变的力，带动微扭转镜振动。
进一步的，如图10示，在永磁铁下方关于扭转轴对称布置敏感方向为Z向的磁传感器组4.1～4.4，两组线圈驱动永磁铁绕两扭转轴扭转过程中，通过检测磁传感器处磁感应强度Bz的变化，来感测磁铁位置的变化，进而实时跟踪微扭转镜的转角，如图10。其中，4.1、4.4传感器感测的信号变化与4.2、4.3感测的信号变化可反应磁铁绕Y轴扭转转角变化；同理，4.1、4.2传感器感测的信号变化与4.3、4.4感测的信号变化可反应磁铁绕X轴扭转转角变化。
微扭转镜组件的四层结构，材质都是PCB板；微扭转镜支撑层a用于固定扫描镜1；线圈驱动层b用于固定驱动线圈2.1～2.4，并给其提供电信号；支撑结构层c用来调节微扭转镜可动镜面上的磁铁1.4与电磁传感器4的距离，根据实际需要设置或确定其具体厚度；驱动控制层，与线圈驱动层间有电气连接，控制施加在驱动线圈上的电信号，根据其上设置的磁传感器接收到的反馈信号，实时监测扫描镜的位置，并调节驱动线圈上施加的驱动信号，使微扭转镜稳定工作。四层之间通过制作通孔用焊锡焊接。
需要指出的是，微扭转镜固定层和支撑结构层材质不局限于PCB板，还可以是其他材质如非磁性金属、塑料或其他复合材料等。
Claims (10)
1.一种电磁驱动微扭转镜组件，其特征在于：包括微扭转镜(1)，该微扭转镜(1)的一个面上固定有永磁铁(1.4)，微扭转镜(1)的两侧固定有串联在一起的驱动线圈(2.1、2.2)，微扭转镜(1)的下方设置有感应磁场的磁传感器(4)。
2.根据权利要求1所述的一种电磁驱动微扭转镜组件，其特征在于：所述永磁铁(1.4)固定在微扭转镜(1)的背面，并通过加强筋确定其具体位置。
3.根据权利要求1所述的一种电磁驱动微扭转镜组件，其特征在于：所述磁传感器的敏感方向为Z向，所述Z向为垂直微扭转镜初始位置的方向。
4.根据权利要求1或3所述的一种电磁驱动微扭转镜组件，其特征在于：所述磁传感器的感测区域在微扭转镜的转轴正下方，或者偏向一侧。
5.根据权利要求1所述的一种电磁驱动微扭转镜组件，其特征在于：所述的电磁驱动微扭转镜组件为多层结构，自上而下依次为固定微扭转镜的支撑层(a)、固定驱动线圈的线圈驱动层(b)，以及驱动控制电路层(d)，所述驱动控制电路层(d)与线圈驱动层(b)电气连接，控制施加在驱动线圈上的电信号，根据磁传感器的反馈信号，实时监测微扭转镜的位置，并调节驱动线圈上施加的驱动信号，使微扭转镜稳定工作。
6.根据权利要求5所述的一种电磁驱动微扭转镜组件，其特征在于：在所述的多层结构中，进一步包括有支撑结构层(c)，该支撑结构层(c)的上方为线圈驱动层，下方为驱动控制电路层，用于调节永磁铁与磁传感器之间的距离。
7.根据权利要求5所述的一种电磁驱动微扭转镜组件，其特征在于：所述的电磁驱动微扭转镜组件的多层结构之间采用非磁性材质的螺栓连接，或者通过电气连接件或通过粘接、焊接连接到一起。
8.根据权利要求7所述的一种电磁驱动微扭转镜组件，其特征在于：所述的电磁驱动微扭转镜组件的每一层的外侧开设有凹槽，用于焊锡。
9.根据权利要求1所述的一种电磁驱动微扭转镜组件，其特征在于：所述的驱动线圈分为两组，每组之间的驱动线圈串联连接。
10.根据权利要求1所述的一种电磁驱动微扭转镜组件，其特征在于：所述的磁传感器为四个，分别布置在第四象限、第一象限、第二象限、第三象限；其中，第一和第四磁传感器感测的信号变化与第二和第三磁传感器感测的信号变化可反应永磁铁绕Y轴扭转转角变化；第一和第二磁传感器感测的信号变化与第三和第四磁传感器感测的信号变化可反应永磁铁绕X轴扭转转角变化。
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