LT5765B

LT5765B - Piezoelectric device for controlling of laser beam

Info

Publication number: LT5765B
Application number: LT2009090A
Authority: LT
Inventors: Vytautas JURĖNAS; Sigita NAVICKAITĖ; Algimantas BUBULIS; Ramutis BANSEVIČIUS
Original assignee: Kauno technologijos universitetas, ,
Priority date: 2009-11-23
Filing date: 2009-11-23
Publication date: 2011-09-26
Also published as: LT2009090A

Abstract

The invention relates to instruments, particularly to control laser beam of optical elements. A piezoelectric device for controlling of laser beam comprises a frame (1), in mentioned frame is fixed piezoelectric element (2) and elastic plate (3). A cover (4) is fixed on a plate (3). A piezoceramic element (2) by one end is fixed tightly to a frame (1). Elastic plate (3) is tightly fixed between end of piezoceramic element (2) and opposite wall of a frame. Mentioned plate (3) is bent at an angle?min towards a cap (4) displacement direction. Elastic plate (3) is made from carbon fiber.

Description

Išradimas yra priskiriamas prietaisų sričiai, konkrečiai optinių elementų lazerio spindulio valdymo sričiai.The invention relates to the field of devices, in particular to the field of laser beam control of optical elements.

Yra žinomas optinių elementų valdymo įrenginys, kurį sudaro korpusas, prie kurio pritvirtintos dvi elektrikai valdomos pjezopavaros, kurios sudaro lazerio spindulio sklendės mechanizmą. ( žiūr. Prancūzų firmos CEDRAT GROUP, Products catalog , FPS200M .1999 m.).There is a known optical element control device consisting of a housing to which are mounted two electrically controlled piezo actuators which form a laser beam damper mechanism. (See French Company CEDRAT GROUP, Product Catalog, FPS200M. 1999).

Nurodyto įrenginio konstrukcijoje naudojamos dvi pjezopavaros ( žiūr. FR patentas išradimui Nr. FR2740276 (Al), H 02 N 2/04, 1997 ), kurios prie korpuso yra tvirtinamos viename taške, todėl įrenginyje pasireiškia didesnės inercinės jėgos, kurios neigiamai veikia dinamines pjezoelektrinės lazerio spindulio sklendės charakteristikas.The design of this device utilizes two piezo actuators (see FR Patent No. FR2740276 (Al), H 02 N 2/04, 1997), which are fixed to the housing at a single point, resulting in higher inertial forces that adversely affect the dynamic piezoelectric laser. radius damper characteristics.

Yra žinomas optinių elementų valdymo įrenginys, susidedantis iš korpuso, prie kurio pagrindo tvirtinama pjezopavara, ant kurios vThere is a known optical element control unit consisting of a housing with a base mounted on a piezo actuator on which

montuojamas lazerio spindulio dangtelis. Siame įrenginyje naudojamą pjezopavarą sudaro -minkšta pjezokeramika, ant kurios paviršiaus tvirtinama tampri plokštelė, pagaminta iš nikelio lydinio. Paveikus pjezokeramiką elektrikai, dėl pjezokeramikos skersinių deformacijų (d3i režimo), ant jos pritvirtinta tampri plokštelė yra lenkiama. Tokiu būdu, lazerio spindulio dangtelis įgauna poslinkį ir uždengia lazerio spindulį. ( žiūr. Development of Miniaturized Piezoelectric Actuators for Optical Applications Realized Using LIGA Technology, IIEE Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 8, No. 3, September 1999).mounted laser beam cap. The piezo gun used in this unit consists of - soft piezo-ceramic, which is fitted with a resilient plate made of nickel alloy. When the piezoceramic is subjected to electric shock due to transverse deformations of the piezoceramic (d3i mode), the resilient plate attached thereto is bent. In this way, the laser beam cap gains offset and covers the laser beam. (See Development of Miniaturized Piezoelectric Actuators for Optical Applications Realized Using LIGA Technology, IIEE Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 8, No. 3, September 1999).

Nurodytame prototipe įrenginio matmenys priklauso nuo pjezokeramikos matmenų, todėl prireikus juos koreguoti reikia keisti visą įrenginį, o tai yra brangu ir sudėtinga. Be to, tokiu būdu tvirtinama pjezokeramika neužtikrina geriausių įrenginio galimų dinaminių charakteristikų ir d3i režimu dirbanti pjezokeramika negali užtikrinti didžiausių optinių elementų valdymo įrenginio poslinkių. Be to, iš nikelio lydinio pagaminta tampri plokštelė, neigiamai veikia įrenginio dinamines charakteriskikas, nes yra gana didelės masės ir nepasižymi geriausiomis tamprumo ir standumo savybėmis. Atsižvelgiant į dideles pjezomedžiagos sąnaudas, galima teigti, kad prototipo konstrukcija yra neekonomiška.In the prototype shown, the dimensions of the device depend on the piezo-ceramic dimensions, so adjusting them as necessary will require the entire device to be replaced, which is expensive and cumbersome. In addition, piezo-ceramics mounted in this way do not provide the best possible dynamic performance of the device and piezo-ceramics operating in d3i mode cannot provide the greatest shifts in the optical element control unit. In addition, the elastic plate made of nickel alloy negatively affects the dynamic characteristics of the device as it is quite large in weight and does not have the best elasticity and stiffness. Given the high cost of the piezoelectric material, the design of the prototype is uneconomic.

Tikslas - pagerinti įrenginio dinaminius parametrus ir supaprastinti konstrukciją.The purpose is to improve the dynamic parameters of the device and simplify the construction.

Išradimo tikslas pasiekiamas tuo, kad pjezoelektriniame lazerio spindulio valdymo įrenginyje, susidedančiame iš korpuso, kurio viduje įtvirtintas pjezokeraminis elementas ir tampri plokštelė, ant kurios standžiai pritvirtintas lazerio spindulio dangtelis, pjezokeraminis elementas yra vienu galu standžiai pritvirtintas korpuso šoninėje sienoje, tarp laisvojo pjezokeraminio elemento galo ir priešingos korpuso sienos standžiai įtvirtinta tampri plokštelė, kuri yra išlenkta kampu a_min. dangtelio poslinkio kryptimi. Be to, tampri plokštelė yra pagaminta iš anglies pluošto.The object of the invention is achieved by the fact that in a piezoelectric laser beam control device consisting of a housing having a piezo-ceramic element and an elastic plate on which a laser beam cap is rigidly mounted, the piezo-ceramic element is rigidly fixed on one side of the housing a resilient plate rigidly secured to the opposite wall of the housing and bent at an angle of a _min . in the direction of the cap displacement. In addition, the elastic plate is made of carbon fiber.

Išradimo esmė paaiškinama 1 figūroje, kurioje yra pavaizduota pjezoelektrinio lazerio spindulio valdymo įrenginio vaizdas iš viršaus ir vaizdas iš priekio.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a top view and a front view of a piezoelectric laser beam control device.

Pjezoelektrinis lazerio spindulio valdymo įrenginys susideda iš korpuso 1, kurio viduje tvirtinama pjezokeraminis elementas 2 ir tampri plokštelė 3, pagaminta iš anglies pluošto. Prie tampriosios plokštelės 3 standžiai pritvirtinamas lazerio spindulio dangtelis 4, kuris veikiant įrenginiui uždengia lazerio spindulį 5. Tampri plokštelė standžiai sujungiama su pjezokeraminiu elemntu 2 ir korpusu 1.The piezoelectric laser beam control unit consists of a housing 1 with an internal piezo-ceramic element 2 and a resilient plate 3 made of carbon fiber. A laser beam cap 4 is rigidly attached to the resilient plate 3, which covers the laser beam 5 during operation of the device.

Įrenginys dirba taip.The device works as follows.

Iš valdymo bloko (figūroje nepavaizduotas) paduodamas elektrinis signalas, kuris sužadina pjezokeraminį elementą 2, įtvirtintą korpuso 1 šoninėje sienelėje. Pjezokeraminiame elemente 2 pasireiškia išilginės deformacijos t.y. d₃₃ režimas. Priklausomai nuo parinkto pjezokeramikos tipo, išilginės deformacijos 2-3 kartus didesnės už skersines deformacijas, t.y d₃j režimą. Pjezokeraminio elemento deformacijų dydis tiesiogiai įtakoja dangtelio 4 poslinkį Ad. Šių deformacijų dėka, tarp laisvojo pjezokeraminio elemento 2 galo ir priešingos korpuso 1 sienos, standžiai įtvirtinta ir kampu a_mį_n. išlenkta tampri plokštelė 3 yra stumiama, kol išlinksta iki kampo a_max. Tampri plokštelė gaminama iš tokios medžiagos, kaip pvz. anglies pluoštas, kuris pasižymi tvirtumu, tamprumu ir nedidele mase, lyginant su plienu ar kitų metalų lydiniais. Dangtelio 4, kuris standžiai sujungtas su plokštele, poslinkis Ad priklauso nuo tamprios plokštelės 3 įlinkio kampo a_max. Išlinkimo kampas a_max., o tuo pačiu ir lazerio spindulio dangtelio poslinkis Ad. yra valdomi elektriškai. Kuomet elektrinis signalas, kuris paduodamas iš valdymo bloko nustojamas tiekti, pjezokeraminiame elemente 2 išnyksta prieš tai buvusios deformacijos ir tampri plokštelė 3 grįžta į pradinę padėtį, o kartu su plokštele 3 grįžta ir lazerio spindulio dangtelis 4, taip atidengdamas lazerio spindulį 5.An electrical signal is applied from the control unit (not shown in the figure) to excite the piezo-ceramic element 2 mounted on the side wall of the housing 1. The piezoceramic element 2 exhibits longitudinal deformation, ie, d ₃₃ mode. Depending on the type of piezo ceramics chosen, the longitudinal deformations are 2-3 times larger than the transverse deformations, ie d ₃ j mode. The size of the deformation of the piezo-ceramic element directly influences the displacement of the cap 4 Ad. Thanks to these deformations, between the free end of the piezo-ceramic element 2 and the opposite wall of the housing 1, it is rigidly fixed and at an angle a _m to _n . the curved elastic plate 3 is pushed until it curves to an angle a _max . The elastic plate is made of a material such as. carbon fiber, which is characterized by strength, elasticity and low weight compared to steel or other metal alloys. The displacement Ad of the cover 4, which is rigidly connected to the plate, depends on the inclination angle a _max of the resilient plate 3. Angle of curvature a _max ., And thus the displacement of the laser beam cap Ad. are electrically operated. When the electrical signal from the control unit is stopped, the previous deformations in the piezo-ceramic element 2 disappear and the resilient plate 3 returns to its original position, and together with the plate 3, the laser beam cap 4 returns, thereby exposing the laser beam 5.

Palyginus su prototipu, nauja konstruktyvių elementų visuma, dėka to, kad pritvirtinus pjezokeraminį elementą korpuso šoninėje sienoje, atsiradusios išilginės deformacijos, t.y. rėžimas d₃₃, yra 2-3 kartus didesnės už skersines deformacijas, t.y d₃₁ režimą o tamprios plokštelės pagaminimui panaudojus anglies pluoštą pasižyminti tvirtumu, tamprumu ir nedidele mase, pagerėja įrenginio dinaminiai parametrai ir supaprastėja konstrukcijąCompared to the prototype, the new constructive elements whole, thanks to the fact that the piezoelectric element is mounted on the housing side wall as a result of longitudinal deformation, that is for mode ₃₃ is 2-3 times larger than the transverse deformations, ie d ₃₁ mode and the elastic plate has been manufactured by using carbon fiber characterized by robustness, elasticity and low weight, it improves the dynamic parameters of the device and simplifies the construction

Claims

DEFINITION OF INVENTION

Piezoelectric laser beam control device consisting of a housing having a piezo-ceramic element and an elastic plate on which a laser beam cap is rigidly fixed, characterized in that the piezo-ceramic element is rigidly fixed at one end to the side wall of the housing, between the free-cutting piezo-ceramic element a resilient plate rigidly mounted on the opposite wall of the housing, which is curved at an angle a _m j _n . in the direction of the cap displacement.

2. Piezoelectric laser beam control device according to claim 1, characterized in that the resilient plate is made of carbon fiber.