RU2695281C1 - Устройство управления двухкоординатным пьезокерамическим оптическим дефлектором - Google Patents
Устройство управления двухкоординатным пьезокерамическим оптическим дефлектором Download PDFInfo
- Publication number
- RU2695281C1 RU2695281C1 RU2018121893A RU2018121893A RU2695281C1 RU 2695281 C1 RU2695281 C1 RU 2695281C1 RU 2018121893 A RU2018121893 A RU 2018121893A RU 2018121893 A RU2018121893 A RU 2018121893A RU 2695281 C1 RU2695281 C1 RU 2695281C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoceramic
- differentiator
- control
- mirror
- optical deflector
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
- G02B26/0858—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by piezoelectric means
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/011—Automatic controllers electric details of the correcting means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Abstract
Изобретение относится к оптике, к устройствам для управления направлением отклонения оптических лучей и может быть использовано в астрономии, системах видения в турбулентной атмосфере, в сканирующих системах. Устройство управления двухкоординатным пьезокерамическим оптическим дефлектором состоит из решающего устройства, трех высоковольтных усилителей, а также исполнительных устройств, созданных на основе пьезопакетов. В устройство включен двухканальный электронный демпфер, состоящий из интегратора, последовательно соединенного с ним дифференциатора и сумматора, суммирующего с инверсией выходные сигналы с дифференциатора и фильтра низкой частоты. Двухканальный электронный демпфер установлен между выходами цифроаналогового преобразователя и входами решающего устройства, выходные напряжения с которого через три усилителя управляют пьезокерамическими толкателями. Технический результат заключается в повышении точности и стабильности обработки управляющих сигналов. 3 ил.
Description
Изобретение относится к оптике, в частности к устройствам для управления направлением отклонения оптических лучей, и может быть использовано для коррекции углов наклона волнового фронта в адаптивных оптических системах в астрономии, системах видения в турбулентной атмосфере, управлении лазерным лучом в сканирующих системах.
Известен пьезокерамический двухкоординатный однозеркальный оптический дефлектор [Патент РФ №2606520], который содержит корпус, зеркало в оправе, два подвеса, среднее основание, исполнительный привод, толкатели и систему управления. Система управления выполнена в виде отдельного блока, содержащего плату управления, плату сопряжения с модулем питания и плату интерфейса.
Недостатком аналога является сложность конструкции двухуровневого привода, возникновение сложных колебаний зеркал на частоте их механических резонансов при ступенчатом сигнале управления, например от цифроаналоговых преобразователей платы интерфейса, недостаточное быстродействие.
В качестве прототипа выбран пьезокерамический привод, описанный в статье [Пьезокерамический привод для двух координатного управления угловым положением зеркала. Л.В. Антошкин, Н.Н. Ботыгина, О.Н. Емалеев, П.А. Коняев, В.П. Лукин, А.П. Янков, Приборы и техника эксперимента, 2002, №1, с. 144-146], который содержит электронный блок, решающее устройство, усилители и исполнительные устройства на основе пьезопакетов, с закрепленным на них зеркалом и установленных на основании в вершинах равностороннего треугольника.
Недостатком прототипа является искаженная реакция зеркала на ступенчатые сигналы управления, в том числе и сигналы ступенчатого характера от цифроаналоговых преобразователей, вызывающие колебания зеркала на частоте его механического резонанса, что снижает точность позиционной характеристики и снижает быстродействие устройства.
Задачей изобретения является создание устройства управления двухкоординатным пьезоэлектрическим оптическим дефлектором с минимальным временем установления зеркала, с отсутствием колебаний зеркала при ступенчатом сигнале управления, увеличение частоты поворота зеркала, повышение точности и стабильности отработки управляющих сигналов.
Заявляемое устройство улучшает точность и быстродействие адаптивных оптических систем для коррекции углов наклона волнового фронта в астрономии, системах видения в турбулентной атмосфере, управлении лазерным лучом в сканирующих системах.
Поставленная задача заявляемого изобретения достигается тем, что устройство управления двухкоординатным пьезокерамическим оптическим дефлектором, содержит решающее устройство и три высоковольтных усилителя, а также исполнительные устройства, созданных на основе пьезопакетов из керамики, имеется контроллер, двухканальный цифроаналоговый преобразователь, двуканальный электронный демпфер, установленный между выходами X, У цифроаналогового преобразователя и входами X, У решающего устройства, выходные напряжения с которого через три усилителя управляют пьезокерамическими толкателями в соответствии с блок схемой устройства управления двухкоординатным пьезокерамическим оптическим дефлектором.
Преимущества предложенного устройства заключаются в том, что повышается быстродействие поворота зеркала по двум координатам за счет сокращения времени установки зеркала и точность позиционной характеристики дефлектора, уменьшаются искажения, вносимые зеркалом в процессе работы в адаптивных оптических системах, отсутствие колебаний зеркала при ступенчатом сигнале управления, за счет предотвращения возможности возникновения колебаний зеркала на частоте его механического резонанса.
Новым для устройства является наличие двухканального блока электронного демпфирования (демпфер), предназначенного для предотвращения возникновения колебаний зеркала дефлектора при ступенчатом изменении входных управляющих сигналов с ЦАПа
Сущность изобретения состоит в следующем.
Управляющие дефлектором сигналы, после формирования цифроаналоговым преобразователем поз. 2 (фиг. 1, блок схема устройства управления пьезокерамическим приводом с электронным демпфером), в аналоговом виде имеют ступенчатую форму с крутыми фронтами с широким частотным спектром. При каждом ступенчатом изменении управляющего напряжения на выходах усилителей происходит линейная деформация пьезокерамических актюаторов, что вызывает повороты зеркала, установленного на них. Зеркало дефлектора устанавливается в заданное положение, но в переходный момент начинает колебаться с частотой своего механического резонанса с убывающей амплитудой, пропорциональной величине изменения входного управляющего сигнала. Время успокоения и амплитуда возникающих колебаний зеркала зависит от механических характеристик дефлектора на пьезокерамических актюаторах.
Для обеспечения поставленной задачи в устройство управления включен двухканальный блок электронного демпфирования (демпфер) фиг. 1, поз. 3, предназначенный для предотвращения возникновения колебаний зеркала дефлектора при ступенчатом изменении входных управляющих сигналов с ЦАПа
Каждый канал электронного демпфера (фиг. 2, блок схема одного канала электронного демпфера) состоит из интегратора 11, последовательно соединенного с ним дифференциатора 12 и сумматора 13, суммирующего с инверсией выходные сигналы с дифференциатора и фильтра низкой частоты 14.
Устройство (фиг. 1) состоит из контроллера 1, двухканального цифроаналогового преобразователя 2, двуканального электронного демпфера 3, установленного между выходами X, У цифроаналогового преобразователя и входами X, У решающего устройства 4, выходные напряжения с которого через три усилителя 5, 6, 7 управляют пьезокерамическими толкателями 8, 9, 10 в соответствии с блок схемой устройства управления двухкоординатным пьезокерамическим оптическим дефлектором.
Устройство работает следующим образом:
По любому фронту ступенчатого изменения сигналов управления с ЦАПа демпфер формирует одиночный импульс в виде полупериода синусоиды на частоте механического резонанса зеркала, по амплитуде пропорциональный величине изменения управляющего напряжения и противофазный по направлению и суммирует его с управляющим сигналом ЦАПа (фиг. 3).
Работа блока электронного демпфера отражена на временной диаграмме напряжений фиг. 3.
15 - ступенчатый аналоговый сигнал с цифроаналогового преобразователя на входе демпфера;
16 - выход интегратора;
17 - выход дифференциатора;
18 - выход фильтра низкой частоты;
19 - выход демпфера;
20 - угол поворота зеркала дефлектора;
21 - угол поворота зеркала дефлектора без демпфирования.
Скорректированные по форме сигналы управления по двум координатам с демпфера поступают на входы решающего устройства, вычисляющего управляющие напряжения для каждого актюатора, с выходов которого три сигнала управления распределяются на входы соответствующим им выходных усилителей поз. 5, 6, 7, (фиг. 1).
Claims (1)
- Устройство управления двухкоординатным пьезокерамическим оптическим дефлектором, состоящее из решающего устройства, трех высоковольтных усилителей, а также исполнительных устройств, созданных на основе пьезопакетов, отличающееся тем, что в устройство включен двухканальный блок электронного демпфирования, состоящий из интегратора, последовательно соединенного с ним дифференциатора и сумматора, суммирующего с инверсией выходные сигналы с дифференциатора и фильтра низкой частоты, двухканальный электронный демпфер установлен между выходами цифроаналогового преобразователя и входами решающего устройства, выходные напряжения с которого через три усилителя управляют пьезокерамическими толкателями.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018121893A RU2695281C1 (ru) | 2018-06-13 | 2018-06-13 | Устройство управления двухкоординатным пьезокерамическим оптическим дефлектором |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018121893A RU2695281C1 (ru) | 2018-06-13 | 2018-06-13 | Устройство управления двухкоординатным пьезокерамическим оптическим дефлектором |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2695281C1 true RU2695281C1 (ru) | 2019-07-22 |
Family
ID=67512190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018121893A RU2695281C1 (ru) | 2018-06-13 | 2018-06-13 | Устройство управления двухкоординатным пьезокерамическим оптическим дефлектором |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2695281C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2338231C1 (ru) * | 2007-05-29 | 2008-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Уральский оптико-механический завод" имени Э.С. Яламова | Двухкоординатный оптический дефлектор |
| US20160214398A1 (en) * | 2015-01-27 | 2016-07-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning optical apparatus |
| RU2606520C1 (ru) * | 2015-07-07 | 2017-01-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "Реагент" | Пьезоэлектрический двухкоординатный однозеркальный оптический дефлектор |
| RU181166U1 (ru) * | 2017-12-08 | 2018-07-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Двухкоординатный пьзокерамический корректор углов наклона волнового фронта |
-
2018
- 2018-06-13 RU RU2018121893A patent/RU2695281C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2338231C1 (ru) * | 2007-05-29 | 2008-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Уральский оптико-механический завод" имени Э.С. Яламова | Двухкоординатный оптический дефлектор |
| US20160214398A1 (en) * | 2015-01-27 | 2016-07-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning optical apparatus |
| RU2606520C1 (ru) * | 2015-07-07 | 2017-01-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "Реагент" | Пьезоэлектрический двухкоординатный однозеркальный оптический дефлектор |
| RU181166U1 (ru) * | 2017-12-08 | 2018-07-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Двухкоординатный пьзокерамический корректор углов наклона волнового фронта |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5238479B2 (ja) | Ｍｅｍｓミラー走査器の駆動方法及びｍｅｍｓアクチュエータ走査器の駆動方法及びｍｅｍｓアクチュエータの回転角制御方法 | |
| US10466516B2 (en) | Control system including a beam stabilizer and a phase modulation capable acousto-optic modulator for diverting laser output intensity noise to a first order laser light beam and related methods | |
| Chang et al. | Analysis and control of monolithic piezoelectric nano-actuator | |
| CA2747245C (en) | Mirror control device | |
| CN111837066B (zh) | 用于控制微镜阵列的系统和方法 | |
| EP3319187B1 (en) | Control system using a phase modulation capable acousto-optic modulator for diverting laser output intensity noise to a first order laser light beam and related methods | |
| Mynderse et al. | Two-degree-of-freedom hysteresis compensation for a dynamic mirror actuator | |
| JP2012055852A (ja) | アクチュエータの駆動装置 | |
| RU2695281C1 (ru) | Устройство управления двухкоординатным пьезокерамическим оптическим дефлектором | |
| Zhu et al. | Adaptive control of a piezo-actuated steering mirror to restrain laser-beam jitter | |
| EP3564726A1 (en) | Scanning optical device with broadened image area | |
| EP4109165A1 (en) | Optical scanning device and control method thereof | |
| JP4135054B2 (ja) | 光干渉計用移動ミラー支持装置 | |
| CN108287404B (zh) | 一种快速反射镜带宽计算方法及仿真计算模型 | |
| Zhu et al. | Input trajectory shaping based on a B-spline model for the scanning control of a piezoelectric actuator in external-cavity diode laser | |
| US4831246A (en) | Large angle off-axis beam steering of a phased telescope array | |
| JP6424479B2 (ja) | アクチュエータ及びアクチュエータの制御方法 | |
| Prakash et al. | A comparison of dithers for hysteresis alleviation in dahl model based piezoelectric actuator | |
| US10048490B2 (en) | Drive system, video device, image projection device, and drive control method | |
| Arancibia et al. | Adaptive control of a MEMS steering mirror for free-space laser communications | |
| WO2019021558A1 (ja) | 補償光学システムおよび補償光学方法 | |
| CN114114674B (zh) | 一种基于无惯性反馈校正的光束稳定装置 | |
| Macho et al. | Iterative Learning Control for Quasi-Static MEMS Mirror with Switching Operation | |
| Orzechowski et al. | Nonlinear adaptive control of optical jitter with a new liquid crystal beam steering device | |
| CN116893505A (zh) | 光扫描装置、光扫描装置的驱动方法及图像描绘系统 |