SU1756853A1 - Магнитоэлектрический дефлектор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к отике, в частности к модул торам и устройствам отклонени  светового луча, и может быть использовано в различных оптических устройствах регистрацией но-множительных аппаратов, а также в оптических системах обработки и отображений информации. В дефлектор введена цепь обратной св зи с высокочувсгвитсль:;ым регистрирующим элементом, образованным двум  последовательно соединенными и встречно эклю- ченнымм секци ми приемной ВЧ-катушки, усилителем детектором, частотно-зависимым корректирующим четырехполюсником и усилителем мощности. Кроме того, дефлектор содержит две идентичные магнитные системы, в каждой из которых размещена секци  подвижной катушки. Секции соединены последовательна, включены встречно и закреплены на концах немагнитного стержн , который шарнирно через упругое звено соединен с зеркалом. На зеркале закреплена излучающа  катушка , ось которой параллельна ос м секций приемной катушки. 2 ил. С

Description

Изобретение относитс  к оптике, в частности к модул торам и устройствам отклонени  светового луча, и может быть применено в оптических устройствах реги- страционмо-множительных аппаратов, а также в различных оптических системах обработки и отображени  информации.

Известный петлевой и рамочный магнитоэлектрические дефлекторы, состо щие соответственно из петли проводника, на которой размещено зеркало, или рамочной катушки индуктивности, на оси которой размещено зеркало, и которые расположены в рабочем зазоре магнитной системы между полюсами посто нных магнитов.

Поворот зеркала и, следовательно, пространственное отклонение падающего на

него луча света осуществл етс , в первом случае, за счет изгиба петлевого проводника , а во втором случае за счет поворота оси рамочной катушки в результате протекани  по ним тока.

Величина углового отклонени  зеркала определ етс  величиной и частотой тока, механическими свойствами упругой системы исполнительного элемента, состо щей из струн петли, зеркала, пружины в одном случае и рамки с катушкой индуктивности, оси зеркала, узла креплени  оси в другом, а также величины магнитного пол  в зазоре.

Недостатками дефлекторов реализованы , например, на пьезоэлектрической основе ,  вл ютс : пониженна  точность вследствие комплексного, частотно-зивисиСП

мого характера его передаточной характеристики , привод щей, о частности, к уменьшению величины угла поворота зеркала при увеличении частоты тока управл ющего сигнала; недостаточна  точность угла откло- нени  зеркала, а следовательно, отображени  оптической информации, из-за неравномерности амплитудно-частотной характеристики исполнительного элемента, обладающего колебательными демпфирую- щими и инерционными свойствами.

Указанные недостатком привод т к искажению истинного угла отклонени , следовательно , к искажению в отображаемой оптической информации, что снижает каче- ство изображени .

Наиболее близким  вл етс  электродинамический модул тор (дефлектор), состо щий из расположенных соосно двух идентичных электромагнитов,  вл ющихс  магнитной системой устройства, подвижной катушки, немагнитного стержн , расположенного внутри подвижной катушки, и жестко св занного с ней исполнительного элемента с зеркалом, причем витки катуш- ки наход тс  в рабочем зазоре электромагнита .

В указанном дефлекторе поворот исполнительного элемента осуществл етс  за счет движени  немагнитного стержн , жес- тко св занного с подвижной катушкой, при протекании по ее виткам тока сигнала управлени , и наличи  подмагничивающего пол  в рабочем зазоре электромагнитов.

Основные недостатки устройства: уменьшение угла отклонени  при увеличении частоты тока сигнала,  вл ющеес  следствием комплексного характера входного импеданса отклон ющей системы, основным элементом которого  вл етс  катушка индуктивности; низка  точность угла отклонени  зеркала из-за неравномерности амп- литудно-и фазочастотной характеристики исполнительного элемента, которые определ ютс  упругими колебательными, де- мпфир ующими, механическими и электрическими свойствами отдельных основных элементов, упругих звеньев, катушек , магнитных цепей и др.

Цель изобретени  - повышение точно- сти угла отклонени  оптического луча.

На фиг.1 показано устройство магнитоэлектрического дефлектора; на фиг.2 - корректирующий частотно-зависимый четырехполюсник.

Дефлектор состоит из двух идентичных магнитных систем 1 и 2, подвижной катушки , выполненной в виде двух идентичных последовательно соединенных и встречно включенных секций 3 и 4, кажда  из которых намотана на каркасах 5 и б и расположена в соответствующих рабочих зазорах магнитных систем 1 и 2, причем свободный конец одной из секций подключен к общей шине земли, обычно соединенной с металлическим корпусом устройства, исполнительного элемента 7, который выполнен в виде немагнитного стержн  8, жестко соединенного на концах с каркасами 5, 6 секций подвижной катушки, подвижного упругого звена 9, представл ющего собой проволочную немагнитную св зку, работающую на кручение, соединенного с помощью шарнира 10 с немагнитным стержнем 8 в его середине, при этом один конец подвижного упругого звена 9 жестко закреплен в опоре, например, в корпусе устройства , а другой  вл етс  свободным, зеркала 11, закрепленного на свободном конце упругого звена 9, причем на чертеже показан один из возможных вариантов закреплени  зеркала на подвижном упругом звене 9, а именно упругое звено 9 лежит в плоскости зеркала 11, в этом случае используетс  шарнир 10, преобразующий поступательное движение немагнитного стержн  8 в крутильные колебани  упругого звена 9.

В случае использовани  шарнира 10, преобразующего поступательное движение немагнитного стержн  8 в изгибные колебани  упругого звена 9, целесообразно размещение зеркала на торце его свободного конца с плоскостью зеркала, перпенди- кул рноего оси, излучающей

высокочастотной (ВЧ) катушки 12, расположенной на конце упругого звена 9, например , на противоположной отражающей поверхности зеркала 11, при этом катушка может быть плоской и выполнена непосредственно на этой поверхности зеркала 11 методом фотолитографии, что позволит существенно уменьшить ее вес, следовательно , инерционность, при этом подвижна  катушка и исполнительный элемент образуют электромеханическую колебательную систему, приемной ВЧ катушки, выполненной в виде двух идентичных последовательно соединенных и встречно включенных секций 13,14, свободный конец одной из которых соединен с общей шиной земл , при этом оси секций 13 и 14 приемной катушки параллельны оси излучающей катушки 12 и расположены симметрично относительно последней, генератора ВЧ колебаний 15, подключенного к свободному концу излучающей ВЧ катушки 12, цепи обратной св зи (ОС) 15. образованной последовательно соединенными ВЧ усилителем 17, вход которого соединен со свободным концом секции 13 ВЧ приемной катушки и

 вл етс  входом цепи ОС 16. детектором 18, корректирующим частотно-зависимым четырехполюсным 19, усилителем 20 мощности , выход которого соединен со свободным концом секции 3 подвихкной катушки.

Кроме того, вход усилител  мощности 20  вл етс  входом магнито-экустического дефлектора.

Устройство работает следующим образом .

После подачи электрического сигнала низкой частоты на вход усилител  20 мощности он поступает нэ секции 3, 4 подвиж- ной катушки,по которой протекает переменный или посто нный ток. Магнит- ные пол  от каждой секции-подвижной катушки этого тока взаимодействуют с посто нными магнитными пол ми, существующими в рабочих зазорах соответствующих магнитных систем 1,2,благодар  чему возникают осевые силы, привод щие к осевому колебательному движению немагнитного стержн , жестко св занного на концах с каркасами 5,6 секций подвижной катушки. Встречное включение катушек обусловлено необходимостью согласованною действи  сил в каждой секции подвижной катушки при одинаковом направлении посто нного магнитного пол  в зазоре магнитных систем 1,2.

Поступательные осевые движени  (колебани ) немагнитного стержн  8 через шарнир 10 возбуждают крутильные колебани  упругого звена 9, один конец которого жестко закреплен. Так как на свободном конце упругого звена 9 размещены зеркало 11с расположенной на нем с противоположной стороны отражающей поверхности плоской высокочастотной катушкой 12, то они также начинают совершать колебани  вокруг оси упругого звена 9 В результате колебани  зеркала 11 относительно оси упругого звена 9 происходит отклонение луча света, падающего на его отражающую поверхность . Одновременно цепь ОС 16 one- рагивно реагирует на амплитуду отклонени  (на угол отклонени ) зеркала, формирует и выдает коррекции на секцию 3 подвижной катушки. Это происходит следующим образом,

Непрерывный синусоидальный высокочастотный сигнал (ВЧ) от генератора ВЧ 15 подаетс  на излучающую катушку 12, жестко прикрепленную к упругому звену 9, котора  излучает электромагнитные колебани , и за счет НЧ колебаний упругого звена 9 модулируетс  по амплитуде причем модул ци  осуществл етс  пропорционально углу отклонени  зеркала а

Приемна  катушка, состо ща  из двух секций 13, 14, включенных последовательно-встречно , расположена вблизи излучающей катушки 12, в-которой за счет взаимоиндукции навод тс  модулированные низкой частотой (НЧ) высокочастотные электрические колебани , поступающие затем на вход ВЧ усилител  17 и далее на детектор 18. После детектировани  НЧ колебаний в детекторе 18 и прохождени  их через корректирующий частотно-зависимый четырехполюсник формируетс  НЧ сигнал коррекции, который поступает на вход усилител  мощности, а затем на секцию 3 подвижной катушки, после чего происходит дополнительное движение подвижной катушки , пропорциональное амплитуде сигнала коррекции.

Высокочастотна  приемна  катушка цепи ОС, состо ща  из двух секций 13, 14,  вл етс  регистрирующим элементом цепи ОС 16, представл ющим собой воздушный ВЧ дифференциальный трансформатор, обладающий высоким коэффициентом преобразовани , высокой чувствительностью и низким уровнем внешних помех за счет включени  секций 13, 14 встречно, соединени  последовательно и их расположени  в одной плоскости, параллельной плоскости зеркала, в области внутри контура излучающей катушки, и ориентировани  их таким образом, что их оси параллельны оси излучающей катушки 12.

В результате насто щее техническое решение позвол ет повысить точность установки угла, поскольку амплитудно-частотна  характеристика (АЧХ) устройства (H(j ft))) становитс  независ щей от частоты.

Действительно, выходной параметр- угол р() определ етс  комплексной характеристикой передаточной функции устройства (дефлектора) НО &)

p(t)H(ja)-x(t-T),

где x(t-T) - входной сигнал с задержкой Т (с),состо щего из колебательной электро- механи еской системы, регистрирующего элемента, включающего приемную ВЧ катушку , цепи ОС 16с усилителем мощности 20. Обобщенна  комплексна  характеристика такого устройства, состо щего только из колебательной электрической системы, не охваченной обратной св зью, может быть выражена в виде

НоО (о)

Т2р2+2еТр + 1

где P-J со- кругова  частота;

Т- посто нна  времени колебательной электромеханической системы, состо щей

из подвижной катушки и исполнительного элемента;

е- коэффициент затухани  электромеханической системы;

«1 - коэффициент усилени ,

Минимальные искажени  в угле отклонени  во временной области получаютс  потому , что АЧХ {Н(У)К - посто нна  величина, и корректирующа  цепь частотно- зависимого четырехполюсника выбрана так, что его передаточна  функци  равна

НосО а) (-2Tp + O

Hi(jw)H2(jcy) ,(3)

котора  получаетс , если из услови  неиска- женной передачи сигнала записать передаточную функцию электромеханической колебательной системы с ОС в виде

н) К

после подстановки в него выражени  (2). В то же врем  дл  фазочастотной характеристики (ФЧХ) также выполн етс  условие р((и ) -соТ .т.е. достигаетс  идеальный ха|. фазочастотной характеристики.

Следовательно, вклад в абсолютную и относительную погрешность в определении угла положени  зеркала, вносимый неравномерностью АЧХ и ФЧХ, равен нулю, что и приводит к повышению точности в положе- нии зеркала.

Дл  увеличени  чувствительности датчика цепи ОС и исключени  вли ни  ВЧ сигнала цепи ОС от генератора ВЧ 15 на исполнительный элемент секций 3, 4 по- движной катушки, несуща  частота 84 сигнала выбрана много большей, чем частота НЧ колебаний (обычно частота НЧ колебаний не превышает 30 КНц, частота ВЧ колебаний пор дка 30 МГц и выше),

Наиболее просто корректирующий частотно-зависимый четырехполюсник реализуетс  с определенной степенью точности, как каскадное соединение инерционно- форсирующего четырехполюсника, выпол- немного на элементах R1, С1, R2, с

дифференцирующим звеном, выполненным на элементах СЗ и R6, разделенных буферным каскадом на транзисторе Т1 и элементах С2, R4, R3, R5, в определенном частотном диапазоне, посредством подборки его элементов по номиналам (фиг.2).

Claims (1)

1. Формула изобретени  Магнитоэлектрический дефлектор, содержащий две идентичные магнитные системы , подвижную катушку с исполнительным элементом, включающим немагнитный стержень, соединенный жестко с подвижной катушкой и шарнирно - с зеркалом, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности угла отклонени  оптического луча, в него введены излучающа  катушка, скрепленна  с зеркалом, приемна  катушка, выполненна  в виде двух последовательно соединенных и встречно включенных секций, свободный конец одной из которых соединен с общей шиной, причем оси секций приемной катушки параллельны оси излучающей катушки и расположены симметрично относительно последней, генератор высокой частоты, соединенный с излучающей катушкой, цепь обратной св зи, образованна  последовательно соединенными высокочастотным усилителем, вход которого соединен со свободным концом другой секции приемной ка- тушки, детектором, корректирующим частотно-зависимым четырехполюсником, усилителем мощности, выход которого соединен с одним выводом подвижной катушки , а вход  вл етс  входом устройства, другой вывод подвижной катушки соединен с общей шиной, при этом подвижна  катушка выполнена в виде двух последовательно соединенных и встречно включенных секций , расположенных в соответствующих магнитных системах и жестко закрепленных на концах немагнитного стержн , шарнирна  св зь которого с зеркалом выполнена через введенное упругое звено,

   ЬВмд

   Фив.

   ++Ј