CN216411639U - 信号路径改变部件的切换装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种信号路径改变部件的切换装置，其包括：驱动装置，所述驱动装置用于提供驱动力；切换臂，所述驱动装置能够驱动所述切换臂沿垂直于所述切换臂的长度方向的旋转轴转动，并使得所述切换臂具有第一位置和第二位置；以及信号路径改变部件，所述信号路径改变部件设置于所述切换臂的一端；其中，当所述切换臂处于第一位置时，将所述信号路径改变部件移动至远离信号传输路径的位置；当所述切换臂处于第二位置时，将所述信号路径改变部件切换至信号传输路径，并通过该信号路径改变部件改变该信号传输路径。

Description

信号路径改变部件的切换装置

技术领域

本公开涉及一种航天光机结构，尤其涉及一种信号路径改变部件的切换装置。

背景技术

由于空间中的辐射环境，星载的激光光学系统当中需要对易损的探测器接收模块或者激光器发射模块进行冗余备份，考虑到采用分光接收/发射会损失效率，一般是通过在信号路径当中引入一片信号路径改变部件实现信号路径的转向至备份的探测器或者激光器。

信号路径改变部件的切换装置用以实现这一目标，通过切入信号路径改变部件来折转光束，达到对空间环境当中易损的单光子探测器等类似接收模块备份的目的，切换机构既要耐受星载发射过程的振动及空间中的温度变化，又要具备足够的重复精度，保证其镜面的绝对位置。

目前主要的多路光学精密仪器上面的信号路径切换主要是通过在信号路径中切入信号路径改变部件，而且存在驱动机构复杂，自锁困难、尺寸大、重量重、重复定位精度低，环境适应性差等缺点。

实用新型内容

为了解决上述技术问题之一，本公开提供了一种信号路径改变部件的切换装置。

根据本公开的一个方面，提供了一种信号路径改变部件的切换装置，其包括：

驱动装置，所述驱动装置用于提供驱动力；

切换臂，所述驱动装置能够驱动所述切换臂沿垂直于所述切换臂的长度方向的旋转轴转动，并使得所述切换臂具有第一位置和第二位置；以及

信号路径改变部件，所述信号路径改变部件设置于所述切换臂的一端；

其中，当所述切换臂处于第一位置时，将所述信号路径改变部件移动至远离信号传输路径的位置；当所述切换臂处于第二位置时，将所述信号路径改变部件切换至信号传输路径，并通过该信号路径改变部件改变该信号传输路径。

根据本公开的至少一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置，还包括定位机构，当所述切换臂处于第二位置时，通过所述定位机构对所述切换臂进行定位。

根据本公开的至少一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置，所述定位机构包括座部件，所述座部件形成有定位槽；所述切换臂设置有定位件，当所述切换臂处于第二位置时，所述定位件与所述座部件的定位槽配合，以便对切换臂进行定位。

根据本公开的至少一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置，所述定位槽的横截面为V形或者圆弧形。

根据本公开的至少一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置，所述定位件与定位槽配合的部分的横截面为V形或者圆弧形。

根据本公开的至少一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置，所述驱动装置通过输出轴驱动所述切换臂转动，其中，所述输出轴的轴心线形成为所述旋转轴。

根据本公开的至少一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置，所述输出轴通过两个角接触轴承支撑于支撑座，其中两个角接触轴承背对背安装。

根据本公开的至少一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置，所述输出轴的一端连接于所述驱动装置，所述输出轴的另一端安装于所述切换臂的两端之间的部分，并使得所述输出轴与所述切换臂之间垂直设置。

根据本公开的至少一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置，所述切换臂的另一端设置有配重结构。

根据本公开的至少一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置，所述切换臂设置有磁场产生部，以通过所述磁场产生部产生磁场。

根据本公开的至少一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置，还包括：

检测元件，所述检测元件通过检测所述磁场产生部所产生的磁场，获得切换臂的当前位置。

根据本公开的至少一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置，当切换臂处于第二位置，控制驱动装置持续输出扭矩预设时间，以使得定位机构的座部件和定位件保持紧密接触。

根据本公开的至少一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置，还包括：

主电子设备，所述主电子设备能够发射信号或者接收信号；以及

备份电子设备，所述备份电子设备能够发射信号或者接收信号；

其中，当所述切换臂位于第一位置时，通过所述主电子设备发射信号，或者通过所述主电子设备接收信号；当所述切换臂位于第二位置时，通过所述备份电子设备发射信号，或者通过所述备份电子设备接收信号。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本公开的一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置的结构示意图。

图2是根据本公开的一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置的俯视结构示意图。

图3是根据本公开的一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置的另一角度的结构示意图。

图4至图6是根据本公开的一个实施方式的座部件和定位件的结构示意图。

图中附图标记具体为：

100 信号路径改变部件的切换装置

110 驱动装置

120 切换臂

130 信号路径改变部件

140 输出轴

150 支撑座

160 底座部

170 座部件

180 定位件

190 配重结构

210 磁场产生部

220 检测元件

230 主电子设备

240 备份电子设备。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。

除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。

在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。

当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。

为了描述性目的，本公开可使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、“下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”和“侧(例如，如在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。

这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。

图1是根据本公开的一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置100的结构示意图。图2是根据本公开的一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置的俯视结构示意图。图3是根据本公开的一个实施方式的信号路径改变部件的切换装置的另一角度的结构示意图。

如图1至图3所示，本公开的信号路径改变部件的切换装置100包括：驱动装置110、切换臂120和信号路径改变部件130等部件。

其中，所述驱动装置110可以被固定于底座部160，用于提供驱动力；作为优选方案，所述驱动装置110可以选择超声电机，超声电机可以是行波式超声电机，也可以是驻波式超声电机，以此能够有效地利用超声电机的质量极轻、输出扭矩大、转速可至360°/s，断电自锁并且可以在堵转状态下工作的特点。

也就是说，本公开充分利用了超声电机具有质量轻、自锁力矩大的特点，简化结构构型和传动环节，减少了多余传动环节的复杂的润滑设计，降低了支撑轴系负载的质量，增加了可靠性及航天适应性。

当然，所述驱动装置110也可以选择为工作频率在较低的压电陶瓷驱动的惯性电机，或者是共振式压电陶瓷电机或者其他通过摩擦驱动的具备断电自锁能力的电机。

所述驱动装置110能够驱动所述切换臂120沿垂直于所述切换臂120的长度方向的旋转轴转动，并使得所述切换臂120具有第一位置和第二位置。

优选地，所述切换臂120的材质可以为铝、铝合金或者其他轻质的金属材料。

具体地，所述驱动装置110可以通过输出轴140驱动所述切换臂120转动，其中，所述输出轴140的轴心线形成为所述旋转轴，此时，所述驱动装置110的转轴可以通过联轴器等部件连接于所述输出轴140，或者也可以不通过联轴器而直接连接于所述输出轴140；更进一步，所述驱动装置110的转轴可以与所述输出轴140一体成型；当然，驱动装置110和输出轴140之间也可以设置减速结构，在此不再一一详述。优选地，所述输出轴140可以为驱动轴系。

本公开中，所述输出轴140通过两个角接触轴承支撑于支撑座150，其中两个角接触轴承背对背安装；更优选地，所述角接触轴承可以选择为P4精度的角接触轴承，并可以对角接触轴承施加适当的预紧力，实现输出轴140除转动以外的5个自由度的约束，从而使得输出轴140能够高精度转动。

其中，所述支撑座150可以被固定于底座部160，所述底座部160可以形成为安装底板，其形状可以为方形等适宜装配的形状。

更优选地，所述输出轴140的一端连接于所述驱动装置110，所述输出轴140的另一端安装于所述切换臂120的两端之间的部分，并使得所述输出轴140与所述切换臂120之间垂直设置。

所述信号路径改变部件130设置于所述切换臂120的一端，更优选地，所述信号路径改变部件130通过无应力安装的方式固定在切换臂120；即，所述切换臂120的头部设置有信号路径改变部件130；其中，所述信号路径改变部件130可以通过粘结或者其他等同方式固定于切换臂120，确保固定可靠、装夹质量轻且固定后的信号路径改变部件130的镜面面型状态良好。

所述信号路径改变部件130可以包括反射镜，以通过反射镜的反射作用改变信号的传输路径，其中，所述信号可以为光信号或者其他信号等。

当然，所述信号路径改变部件130也可以包括折射镜，并使得信号通过折射镜之后发生偏转，从而改变信号路径。

当所述切换臂120处于第一位置时，将所述信号路径改变部件130移动至远离信号传输路径的位置；不对信号路径进行改变；或者说，当所述切换臂120从第二位置运动至第一位置时，将信号路径改变部件130切出信号路径；相应地，当所述切换臂120处于第二位置时，将所述信号路径改变部件130切换至信号传输路径，并通过该信号路径改变部件130改变该信号传输路径。

根据本公开至少一个实施方式，所述的信号路径改变部件的切换装置100还包括定位机构，当所述切换臂120处于第二位置时，通过所述定位机构对所述切换臂120进行定位。

具体地，所述定位机构包括座部件170，所述座部件170形成有定位槽；所述切换臂120设置有定位件180，当所述切换臂120处于第二位置时，所述定位件180与所述座部件170的定位槽配合，以便对切换臂120进行定位。

更优选地，所述定位件180可以与所述切换臂120一体成型，也可以分离成型，并且将定位件180安装于所述切换臂120即可。

图4至图6是根据本公开的一个实施方式的座部件和定位件的结构示意图。

作为一种实现形式，如图4至图6所示，所述定位槽的横截面为V形或者圆弧形，或者，所述定位槽呈半球形；相应地，所述定位件180与定位槽配合的部分的横截面为V形或者圆弧形，或者所述定位件180与定位槽配合的部分的形状为半球形。

例如，当所述定位槽的横截面为V形时，所述定位件180的与定位槽配合的部分的横截面可以为V形或者圆弧形；当所述定位槽的横截面为圆弧形时，相应地，所述定位件180的与定位槽配合的部分的横截面也为圆弧形。

当然，所述定位槽的形状以及所述定位件180的形状不限于上述公开的内容，只要能实现定位件180的准确定位即可。

本公开中，所述座部件170的材质可以为球墨铸铁或者其他同等的耐磨材料；所述定位件180的材质可以为铝基复合材料或者同等的轻质耐磨材料；所述座部件170和定位件180之间需进行精密的修配并保证接触面的良好的光洁度，确保座部件170和定位件180的配合面之间保持贴紧与定位。

本公开中，所述切换臂120的另一端设置有配重结构190，以调节切换臂120的质心位置，也就是说，通过精确设计所述配重结构190的质量，使得切换臂120、信号路径改变部件130、定位件180以及配重结构190等部件的重心位于输出轴140的轴心线，从而能够使得驱动装置110的输出功率可以尽可能地小，并且能够抑制质心偏心在振动过程中对切换臂120位置保持的影响；而且，通过该结构的设计，能够使得本公开的整体结构形式紧凑，切换臂质心与旋转轴线重合，旋转过程中不会因为重力产生附加的扰动，定位可靠，对发射过程中的环境振动耐受能力强，锁紧可靠。

本公开中，所述配重结构190的材质可以为铜或者钢。

而且，当所述切换臂120处于第二位置时，所述定位件180和座部件170配合定位，并控制驱动装置110持续产生驱动力预设时间，以保持定位件180和座部件170保持压紧，以确保定位过程有效，完成主动定位过程。

由此，本公开的信号路径改变部件的切换装置采用机械限位和电限位的组合形式，极大地提高了信号路径改变部件位于信号路径中的精度。

根据本公开至少一个实施方式，所述切换臂120设置有磁场产生部210，以通过所述磁场产生部210产生磁场；本公开中，所述磁场产生部210可以为磁钢。

相应地，所述的信号路径改变部件的切换装置100还可以包括：检测元件220，所述检测元件220通过检测所述磁场产生部210所产生的磁场，获得切换臂120的当前位置；作为一种实现形式，所述检测元件220可以为霍尔传感器。

当切换臂120位于第二位置时，所述检测元件220与磁场产生部210的位置对应，从而使得检测元件220能够检测出该切换臂120位于第二位置。

所述检测元件220可以通过安装支架固定于底座部160，而且，所述检测元件220的数量可以设置为2个，其中的一个用于检测切换臂120位于第一位置，另一个用于检测切换臂120位于第二位置，并且可以通过检测元件220所输出的信号，作为切换动作到达位置的标志及控制超声电机使能状态。

本公开中，所述的信号路径改变部件的切换装置100还可以包括：主电子设备230和备份电子设备240。

其中，所述主电子设备230能够发射信号或者接收信号，例如，所述主电子设备230可以为激光器，以通过该激光器发射激光信号；也可以为探测器，以通过探测器接收信号。

相应地，所述备份电子设备240也能够发射信号或者接收信号；也就是说，所述备份电子设备240也可以为激光器或者探测器。

其中，当所述切换臂120位于第一位置时，通过所述主电子设备230发射信号，或者通过所述主电子设备230接收信号；当所述切换臂120位于第二位置时，通过所述备份电子设备240发射信号，或者通过所述备份电子设备240接收信号。

作为一种优选，所述主电子设备230和备份电子设备240的光轴可以垂直，当然也可以呈一定角度；当主电子设备230和备份电子设备240的光轴垂直相交时，所述信号路径改变部件130的中心可以位于该主电子设备230和备份电子设备240的光轴的相交处。

由此，本公开的信号路径改变部件的切换装置100能够被应用于地面光机或者空间光机产品中需要对激光器发射或者探测器接收进行冗余备份的场合，或者需要反复精确切入反射镜折转光束方向的应用场景；也可以用光路当中需要重复切入其他类型光学镜片的应用场景，类似滤光片、偏振片等光学镜片。

本公开通过定位机构的设置，实现了可耐受航天工作环境的光路切换的精密定位机构，代替了依靠编码器的复杂的定位方式，仅靠超声电机的堵转压紧，控制堵转的时间实现了精密稳定的定位，并可通过周围布置的霍尔传感器判断当前切换臂的位置状态；也就是说，切换臂的转动方向的自由度通过定位机构的定位，配合超声电机位置自锁保持，实现单次重复精度在5″以内，并且可以保证振动/温度环境试验前后的反射镜位置精度在20″以内。

本公开采用了超声电机作为驱动部件，其具有质量轻、自锁力矩大的优势，避免了使用蜗轮蜗杆或者四连杆机构简化切换机构的复杂度，减小尺寸包络及重量；并对应进行了切换臂的质心设计，使切换机构具备质量轻，外形紧凑的特点，并且通过振动和热真空测试，自锁可靠，产品可靠性裕度高。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种信号路径改变部件的切换装置，其特征在于，包括：

驱动装置，所述驱动装置用于提供驱动力；

切换臂，所述驱动装置能够驱动所述切换臂沿垂直于所述切换臂的长度方向的旋转轴转动，并使得所述切换臂具有第一位置和第二位置；以及

信号路径改变部件，所述信号路径改变部件设置于所述切换臂的一端；

其中，当所述切换臂处于第一位置时，将所述信号路径改变部件移动至远离信号传输路径的位置；当所述切换臂处于第二位置时，将所述信号路径改变部件切换至信号传输路径，并通过该信号路径改变部件改变该信号传输路径。

2.如权利要求1所述的信号路径改变部件的切换装置，其特征在于，还包括定位机构，当所述切换臂处于第二位置时，通过所述定位机构对所述切换臂进行定位。

3.如权利要求2所述的信号路径改变部件的切换装置，其特征在于，所述定位机构包括座部件，所述座部件形成有定位槽；所述切换臂设置有定位件，当所述切换臂处于第二位置时，所述定位件与所述座部件的定位槽配合，以便对切换臂进行定位。

4.如权利要求3所述的信号路径改变部件的切换装置，其特征在于，所述定位槽的横截面为V形或者圆弧形。

5.如权利要求3所述的信号路径改变部件的切换装置，其特征在于，所述定位件与定位槽配合的部分的横截面为V形或者圆弧形。

6.如权利要求1所述的信号路径改变部件的切换装置，其特征在于，所述驱动装置通过输出轴驱动所述切换臂转动，其中，所述输出轴的轴心线形成为所述旋转轴。

7.如权利要求6所述的信号路径改变部件的切换装置，其特征在于，所述输出轴通过两个角接触轴承支撑于支撑座，其中两个角接触轴承背对背安装。

8.如权利要求6所述的信号路径改变部件的切换装置，其特征在于，所述输出轴的一端连接于所述驱动装置，所述输出轴的另一端安装于所述切换臂的两端之间的部分，并使得所述输出轴与所述切换臂之间垂直设置。

9.如权利要求1所述的信号路径改变部件的切换装置，其特征在于，所述切换臂的另一端设置有配重结构。

10.如权利要求1-9之一所述的信号路径改变部件的切换装置，其特征在于，所述切换臂设置有磁场产生部，以通过所述磁场产生部产生磁场；

可选地，还包括：

检测元件，所述检测元件通过检测所述磁场产生部所产生的磁场，获得切换臂的当前位置；可选地，当切换臂处于第二位置，控制驱动装置持续输出扭矩预设时间，以使得定位机构的座部件和定位件保持紧密接触；可选地还包括：

主电子设备，所述主电子设备能够发射信号或者接收信号；以及

备份电子设备，所述备份电子设备能够发射信号或者接收信号；

其中，当所述切换臂位于第一位置时，通过所述主电子设备发射信号，或者通过所述主电子设备接收信号；当所述切换臂位于第二位置时，通过所述备份电子设备发射信号，或者通过所述备份电子设备接收信号。

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