SE462663B - Anordning foer reglering av laeget hos en spegel - Google Patents

Description

462 10 l5 20 25 30 35 663 2 utgöres den väsentliga orsaken till variationer i laserplanet av oförmågan hos den piezoelektriska styrmekanísmen för väg- längden att exakt förskjuta spegeln endast i laserstrålarnas plan. Olíkformigheter hos de piezoelektriska elementen och dimensionsonoggrannheter hos de tillverkade delarna i meka- nismen medför, att spegeln lutas då den förflyttas för juste- ring av väglängden och denna lutning medför att laserplanets läge ändras. ' Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstad- komma en exakt väglängdsstyrning i ett ringlasergyro med minsta möjliga spegellutning.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en sådan väglängdsstyrning med en enkel mekanisk uppbyggnad.

Enligt uppfinningen uppnås detta med hjälp av en väglängds- styrmekanism innefattande piezoelektriska skivor. Skivorna är monterade inuti koniska element, varav ett är fäst vid centrum av ett spegelmembran, medan det andra är fäst vid en extern yta eller referensyta för spegeln. Elektroder är fästa över de piezoelektriska skivorna, Då en spänning anslutes till skivorna, kommer skivornas diameter att reduceras genom kontraktion.

Skivornas kontraktion omvandlas till en önskad linjär rörelse, med mekanisk förstärkning, genom deformation av de koniska elementen. På detta sätt drages spegelns centrum i en rak linje i laserstrålarnas plan mot spegelmembranets styvhet, vilket ger en spegelrörelse utan lutning av spegeln.

I det följande skall uppfinningen närmare beskrivas med hänvisning till bifogad ritning, i vilken _ I - fig. l är ett schematiskt diagram över uppfinningen illustrerande uppfinningens principiella funktion; och fig. 2 illustrerar en föredrag utföringsform av upp- finnínge.

De till grund för uppfinningen liggande principerna skall först diskuteras i anslutning till fig. l. Såsom ovan nämnts, regleras väglängden hos ett ringlasergyro medelst läget hos en spegelyta, såsom spegelytan 10. Fackmannen inser, att denna spegelyta 10 ingår i kaviteten hos ett ringlasergyro (ej visat) för justering av väglängden. Spegelytan 10 utgör en del av ett l0 15 20 25 30 35 3 462 663 spegelmembran 12, Spegelmembranet 12 är stelt fäst vid ett bärande element lä. Inuti detta bärande element lfl finnes ett övre koniskt element 16 och ett nedre koniskt element 18. Mellan dessa koniska element är en piezoelektrisk eller piezokeramisk skiva 20 placerad. En lämplig piezokeramisk skiva är tillverkad av blyzirkonattitanat och har en diameter av ca 17,8 mm och en tjocklek av ca 0,51 mm. En sådan skiva kommer att draga samman sig diametralt ca 5,l um, då en spänning om 500 V anslutes över skivans tjocklek. Det inses att skivans 20 kontraktion resulterar i en förstärkt förskjutning av spegelytan 10 izden med X markerade riktningen. Om skivans radie betecknas med R och längden hos de koniska elementens 16 och 18 sida betecknas med L, så blir dx/dR = R/ VL2-R2, eftersom x = VLZ-Rz. Det inses, att förstärkningen dX/dR närmar sig oändligheten då vinkeln a närmar sig noll. Av praktiska skäl med hänsyn till tillverkningstoleranser och materialpåkänningsgränser väljes u till att vara ca 100. Vid en typisk tillämpning med R = 8,89 mm och L = 9,027 mm blir förstärkningen dX/dR = 5,7. Detta inne- bär sålunda att ändringarna i dimensionen X kommer att vara ca 5,7 gånger större än ändringarna i dimensionen R. Denna me- kaniska förstärkning är resultatet av den geometriska konfigu- riktade accelerationer, och spegeln kommer att röra sig på ett nog- grant repeterbart sätt. I det teoretiska fallet med perfekt passning mellan delarna och oändligt styva element skulle spegelns förskjutning vid anslutning av 500 V över skivan 20 bli 28,96 um eller 0,0579 um/V. Sambandet mellan den anslutna spänningen och rörelsen hos spegelytan 10 är väsentligen ration mindre känslig för fel som följd av tvärs linjärt och repeterbart. Den mekaniska förstärkningen minskar också den erforderliga spänningen över skivan för tillfreds- ställande funktion.

Vid det i fig. 2 visade utförandet användes ett par 36 är fästa vid skivan 30 respektive 32. Via ledningar 38 och 40 piezokeramiska skivor 30 och 32. Elektroder 34 och kan spänningar anslutas över skivorna 30 och 32. Vid detta utförande innefattar ett nedre koniskt element #2 en del 44, som är utformad att fästas vid ett utskjutande parti 46 på spegelenheten 48. Skivorna 30 och 32 monteras i de koniska 462 10 15 20 25 30 35 665 ** elementen 42 och 50 med en mekanisk förbelastning, vilken åstadkommes genom att ett tryck utövas på de koniska elemen- tens 42 och 50 mittpartier då skivorna sättes in. Denna för- belastning säkerställer en god, glidfri passning mellan delarna.

Under den slutliga monteringen förbelastas det koniska elemen- tet H2 mot spegeldelen 46 med ett förutbestämt belopp.

Då man under drift önskar ändra läget för spegelytan 52 för justering av väglängden i ett ringlasergyro, anslutes en spänning över elektroderna 34 och 36. Såsom beskrivits i det föregående, kommer denna spänning att medföra, att de piezo- keramiska skivorna 30 och 32 kontraherar i diametral riktning.

Som följd av den geometriska konfigurationen, vilken ger en mekanisk förstärkning, medför denna diametrala kontraktion en förflyttning av spegelytan 52.

De inneboende onogrannheterna hos ett piezokeramiskt element är av liten betydelse vid denna utföringsform, efter- som de koniska elementen 42 och 50 anpassar sig till omkrets- kanten hos den keramiska skivan som följd av förbelastningen.

Vidare kompenseras skivans termiska utvidgning automatiskt och ingen noggrann anpassning av de keramiska delarna till de andra delarna av konstruktionen erfordras. Den föreliggande utformningen närmar sig det ideala villkoret för applicering av krafter mellan spegelns centrum och en fast punkt på stöd- elementet på ett repeterbart sätt. Detta arrangemang medför, att spegelytan 52 rör sig utan praktiskt taget nåogn lutning.

I motsats till tidigare piezoelektriska enheter är den före- liggande enheten relativt okänslig mot störningar som följd av vibrationer, accelerationer och stötar, eftersom överhänget är litet och de rörliga delarna uppbäres av styva element.

I synnerhet göres de koniska elementen 42 och 50 tillräckligt styva för att ge höga resonansfrekvenser. Ändamålen med uppfinningen uppnås sålunda medelst den beskrivna anordningen, vilken ger en exakt förflyttning av spegelytan utan någon åtföljande lutning av densamma. Den be- skrivna anordningen ger vidare mekanisk förstärkning och spegelrörelsen är i hög grad repeterbar.

Det inses att modifikationer och variationer av uppfin- ningen är möjliga inom ramen för bifogade patentkrav.

Claims (4)

d.. 462 663 Patentkrav
1. l. Anordning för reglering av läget hos en spegel (10), k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar ett bärande element (lä) fäst vid spegelns (10) omkrets, ett par koniska element (16, 18) anordnade inuti det bärande elementet (14), varvid det ena koniska elementet (18) är fäst vid en central del av spegeln (10) och det andra ko- niska elementet (16) är fäst vid det bärande elementet (lH); en piezoelektrisk skiva (20) anordnad med sin yttre kant i kontakt med de koniska elementen (16, 18); och organ för anslutning av en spänning över den piezo- elektriska skivan (20), varvid skivans kontraktion i diametral riktning medför en linjär förflyttning av spegelns (10) yta.
2. 2. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att den piezoelektriska skivan innefattar ett par, på varandra liggande, piezokeramiska skivor (30, 32).
3. 3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att de piezokeramiska skivorna är tillverkade av blyzirkonat- titanat.
4. 4. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda organ för anslutning av en spänning över den piezo- elektriska skivan innefattar elektroder (SM, 36) fästa på ömse sidor av skivan.