RU2151414C1

RU2151414C1 - Method for suppression of free oscillations of oscillating secondary mirror of telescope

Info

Publication number: RU2151414C1
Application number: RU97120531A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Караваев
Original assignee: Институт солнечно-земной физики СО РАН
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 2000-06-20

Abstract

FIELD: astronomical instruments, in particular, devices for modulation of telescope observation field. SUBSTANCE: method involves production of two electromagnetic systems, which excite oscillations of mirror, oscillating circuit, which resonance frequency is equal to frequency of free oscillations of mechanical system of mirror. Electromagnetic circuit consists of capacitor, variable inductance coils, which inductance depends on position of mirror, and resistors, which are represented by resistance of inductance coils. Free oscillations of mechanical system of mirror are converted into electromagnetic power and dissipated over circuit resistance. EFFECT: possibility to drive oscillations of secondary telescope mirror with at least two stable states. 3 dwg

Description

Изобретение относится к астроприборостроению и может быть использовано в устройствах модуляции поля зрения телескопа, используемого для измерения интенсивности излучения источников в видимом и ИК-спектральных диапазонах. The invention relates to astroindustry and can be used in modulation devices for the field of view of a telescope used to measure the radiation intensity of sources in the visible and IR spectral ranges.

Известны способы возбуждения вынужденных и подавления свободных колебаний осциллирующего вторичного зеркала (ОВЗ) телескопа [1]. Known methods of excitation of forced and suppression of free oscillations of an oscillating secondary mirror (OVZ) of the telescope [1].

Наиболее близким к изобретению является способ подавления свободных колебаний осциллирующего вторичного зеркала телескопа [2], в котором ОВЗ переключают из одного устойчивого положения в другое периодическим воздействием на механическую систему зеркала магнитными силами, возникающими в зазорах магнитопроводов, одна часть которых закреплена на осциллирующем зеркале, а другая часть и катушки электромагнитов на основании, относительно которого осуществляют колебания зеркала, путем подключения обмоток катушек электромагнита к источникам тока. Для подавления свободных колебаний ОВЗ, возникающих после перехода зеркала в устойчивое состояние, вследствие действия сил трения в механической системе во время перехода зеркала из одного положения в другое, используют конденсатор, который заряжают напряжением, возникающим на обмотке катушки электромагнита в момент выключения тока, и затем разряжают через катушку второго электромагнита в переходной период, когда зеркало движется во второе устойчивое положение, а катушка электромагнита еще не подключена к источнику тока. Емкость конденсатора выбирают такой, чтобы время воздействия на зеркало было много меньше времени перехода ОВЗ во второе устойчивое положение и, возникающая при этом сила придала зеркалу дополнительный импульс, такой, чтобы зеркало пришло во второе устойчивое состояние с нулевой скоростью. Closest to the invention is a method of suppressing free oscillations of an oscillating secondary mirror of a telescope [2], in which the HMI is switched from one stable position to another by periodic exposure to the mechanical system of the mirror by magnetic forces arising in the gaps of the magnetic cores, one part of which is fixed to the oscillating mirror, and the other part and the coils of electromagnets on the basis of which the mirror oscillates, by connecting the windings of the electromagnet coils to the sources s current. To suppress the free oscillations of the phase displacement arising after the mirror transitions to a stable state due to the action of friction forces in the mechanical system during the transition of the mirror from one position to another, a capacitor is used that is charged with the voltage that appears on the winding of the electromagnet coil at the moment the current is turned off, and then discharged through the coil of the second electromagnet in the transition period, when the mirror moves to the second stable position, and the electromagnet coil is not yet connected to the current source. The capacitance of the capacitor is chosen so that the exposure time to the mirror is much shorter than the time of the transition of the OVZ to the second stable position, and the force arising from this gives the mirror an additional impulse, such that the mirror enters the second stable state at zero speed.

Недостатками такого способа подавления свободных колебаний осциллирующего зеркала являются сложность системы управления, так как для коммутации обмоток катушек электромагнитов и конденсатора применяют четыре ключа, в качестве которых используют электромагнитные реле, невозможность устранения свободных колебаний зеркала в устойчивых состояниях при воздействии на ОВЗ внешних кратковременных сил, вызванная тем, что для уменьшения потерь и связанного с этим нагревом конструктивных элементов зеркала применяют высокодобротные механические системы колебания ОВЗ, в которых кратковременный импульс внешней силы вызывает слабозатухающие колебания зеркала, а также отсутствие системы подавления свободных колебаний в случае переключения ОВЗ в три и более устойчивые состояния. The disadvantages of this method of suppressing free oscillations of an oscillating mirror are the complexity of the control system, since four keys are used for switching the windings of the electromagnet and capacitor coils, which use electromagnetic relays, the inability to eliminate the free oscillations of the mirror in stable states when external short-term forces are applied to the HSS in order to reduce losses and the structural elements of the mirror associated with this heating, high-quality mechanical the system of HIA oscillations, in which a short-term pulse of an external force causes weakly damped oscillations of the mirror, as well as the absence of a system for suppressing free oscillations in the case of switching HMI in three or more stable states.

Целью изобретения является подавление свободных колебаний осциллирующего вторичного зеркала, возникающих при переключении зеркала из одного устойчивого положения в другое, а также при воздействии на зеркало внешних кратковременных сил и задания формы колебаний ОВЗ, определяемой электромагнитным устройством привода осциллирующего зеркала. The aim of the invention is the suppression of free oscillations of an oscillating secondary mirror arising when the mirror is switched from one stable position to another, as well as when external short-term forces are applied to the mirror and the wave form is determined by the OVZ determined by the electromagnetic drive of the oscillating mirror.

Схема, реализующая предлагаемый способ, представлена на фиг. 1. A diagram implementing the proposed method is presented in FIG. 1.

Две электромагнитные системы, состоящие из электромагнитов, в которых магнитопровод разделяют на две части с зазором, одну часть закрепляют на осциллирующем зеркале, а другую часть и катушки 1 электромагнитов на основании, относительно которого осуществляют колебания зеркала. Одни концы катушек электромагнитов соединяют между собой и подключают к общему выводу двух управляемых генераторов тока 2, а другие концы катушек соединяют с другими выводами генераторов тока индивидуально и между собой через конденсатор 3. Конденсатор, катушки электромагнитов с переменной индуктивностью, меняющейся при изменении положения зеркала относительно основания, и резисторы, состоящие из активных сопротивлений катушек, образуют колебательный контур, имеющий резонансную частоту, равную частоте свободных колебаний механической системы ОВЗ. Колебания осциллятора вызывают изменения величины зазора в магнитопроводах и, как следствие, индуктивностей катушек электромагнитов и появление на их обмотках электродвижущей силы (ЭДС), пропорциональной скорости движения осциллятора. При равенстве частоты механических колебаний и собственной частоты контура нагрузкой источника ЭДС является активное сопротивление контура определяемое внутренним сопротивлением катушек электромагнитов, а изменение энергии механических колебаний ОВЗ определяется мощностью, выделяемой на активном сопротивлении контура, которая пропорциональна квадрату скорости движения зеркала. При небольших амплитудах колебаний зеркала относительно положения равновесия, вызываемых действием внешней кратковременной силы, либо возникающих после окончания перехода зеркала в это состояние, свободные колебания, т.е. колебания с частотой, равной резонансной частоте электрического контура, затухают даже в отсутствии сил трения в механической системе. Темп затухания свободных колебаний осциллирующего вторичного зеркала определяется эквивалентной добротностью всей электромеханической системы ОВЗ:
Q = k ω (L/R) (x/b),
где b - величина зазора в магнитопроводах электромагнитов;
x - изменение этого зазора;
ω - собственная механическая частота осциллирующего зеркала;
L - индуктивность катушек электромагнитов;
R - активное сопротивление электромагнитного контура;
k - коэффициент порядка единицы.Two electromagnetic systems, consisting of electromagnets, in which the magnetic circuit is divided into two parts with a gap, one part is fixed on an oscillating mirror, and the other part and coils 1 of electromagnets on the basis of which the mirror oscillates. Some ends of the coils of electromagnets are connected to each other and connected to the common output of two controlled current generators 2, and the other ends of the coils are connected to other terminals of the current generators individually and to each other through a capacitor 3. Capacitor, coils of electromagnets with variable inductance, changing when the mirror position changes relative to bases, and resistors, consisting of the active resistances of the coils, form an oscillatory circuit having a resonant frequency equal to the frequency of free oscillations th HIA system. Oscillations of the oscillator cause a change in the gap in the magnetic circuits and, as a result, inductances of the electromagnet coils and the appearance on their windings of an electromotive force (EMF) proportional to the speed of the oscillator. If the frequency of mechanical vibrations and the natural frequency of the circuit are equal, the load of the EMF source is the active resistance of the circuit determined by the internal resistance of the coils of electromagnets, and the change in the energy of the mechanical vibrations of the OVZ is determined by the power released on the active resistance of the circuit, which is proportional to the square of the speed of the mirror. At small amplitudes of oscillations of the mirror relative to the equilibrium position, caused by the action of an external short-term force, or occurring after the transition of the mirror to this state, free vibrations, i.e. vibrations with a frequency equal to the resonant frequency of the electrical circuit dampen even in the absence of friction in a mechanical system. The rate of attenuation of free oscillations of an oscillating secondary mirror is determined by the equivalent quality factor of the entire electromechanical system of the OVZ:
Q = k ω (L / R) (x / b),
where b is the magnitude of the gap in the magnetic circuits of the electromagnets;
x is the change in this gap;
ω is the intrinsic mechanical frequency of the oscillating mirror;
L is the inductance of the coils of electromagnets;
R is the active resistance of the electromagnetic circuit;
k is a coefficient of the order of unity.

Применение предлагаемого способа подавления свободных колебаний осциллирующего вторичного зеркала телескопа позволяет создать систему для задания вынужденных колебаний ОВЗ с двумя и более устойчивыми положениями. The application of the proposed method for suppressing free oscillations of an oscillating secondary mirror of a telescope allows you to create a system for setting forced oscillations of an SEC with two or more stable positions.

На фиг. 2 приведены импульсы токов в катушках электромагнитов (2а, 2б) и форма колебаний (2в), т.е. угол отклонения зеркала от положения равновесия, занимаемого им в отсутствии магнитных сил, осциллирующего вторичного зеркала телескопа "Цейсс-600", имеющего диаметр 200 мм и массу 2.2 кг, с двумя устойчивыми угловыми положениями, а на фиг. 3 приведены аналогичные результаты возбуждения колебаний ОВЗ с тремя устойчивыми угловыми положениями. In FIG. Figure 2 shows the current pulses in the coils of the electromagnets (2a, 2b) and the waveform (2c), i.e. the angle of deviation of the mirror from the equilibrium position occupied by it in the absence of magnetic forces oscillating the secondary mirror of the Zeiss-600 telescope, having a diameter of 200 mm and a mass of 2.2 kg, with two stable angular positions, and in FIG. Figure 3 shows the similar results of the excitation of oscillations of an integrated phase response with three stable angular positions.

Литература
1. Second ESO Infrared Workshop; Garching, 20-23 April 1982; Proceedings, Edited by A.C. Moorwood and K. Kjar, Norvember 1982, p.p. 93-100, 169-172.Literature
1. Second ESO Infrared Workshop; Garching, April 20-23, 1982; Proceedings, Edited by AC Moorwood and K. Kjar, Norvember 1982, pp 93-100, 169-172.

2. Патент Германии N DE 3213076 A1, МПК 3, G 02 B 23/16, 1983. 2. German patent N DE 3213076 A1, IPC 3, G 02 B 23/16, 1983.

Claims

A method of suppressing free oscillations of an oscillating secondary mirror (OVZ) of a telescope with two electromagnetic systems consisting of electromagnets, in which the magnetic circuit is divided into two parts with a gap, one part is fixed to an oscillating mirror, and the other part and the electromagnet coils on the basis of which the oscillations mirrors, and a capacitor, characterized in that some ends of the coils of electromagnets are interconnected and connected to the common output of two controlled current generators, and others the ends of the coils are connected to the other terminals of the current generators individually and with each other through a capacitor in order to form an oscillating circuit having a resonant frequency equal to the frequency of free oscillations of the OVZ mechanical system, which consists of a capacitor, coils with a variable inductance that changes when the mirror position is changed relative to the base, and resistors, consisting of the active resistances of the coils, in which the energy of free vibrations of the mechanical system of the OVZ is converted into electromagnetic energy and dissipate on the resistance of the circuit.