Устройство для управления лазерным лучом Российский патент 2019 года по МПК G02B26/10 G01C21/24 

Изобретение относится к области управления перемещением лазерного луча в пространстве, способам сканирования и слежения и может быть использовано для навигации космических аппаратов (КА).

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: патент №2506547, заявка 2012140350/28 МПК G01J 1/44, 2012 год «Приемник импульсных оптических сигналов» (Вильнер В.Г., Волобуев В.Г., Почтарев В.Л., Рябокуль Б.К.). Изобретение относится к технике приема импульсного оптического излучения, преимущественно к приемникам импульсных лазерных дальномеров и подобных устройств для измерения временных интервалов между оптическими импульсами. Приемник импульсных оптических сигналов, содержащий фотоприемник с источником смещения и нагрузкой, подключенной к усилителю, усилитель выполнен в виде двух транзисторных повторителей с общей нагрузкой, вход одного из повторителей подключен к нагрузке фотоприемника, а вход второго повторителя имеет возможность подключения к внешнему источнику сигнала, причем параллельно входам транзисторных повторителей введены ключи, связанные с коммутатором, управляющим их замыканием и размыканием в противофазе. Технический результат заключается в повышении точности временной привязки принятого сигнала и, соответственно, высокой точности измерений с помощью приборов, в которых используется такой приемник. Недостатком изобретения является невозможность его использования при больших расстояниях между космическими аппаратами, поскольку регистрируются отраженные сигналы лазерного излучения.

Известно заявленное изобретение - аналог: патент №2619168, от 12.05.2017, заявка №2015152105, МПК B64G 3/00, 2015 год, «Способ определения направления на активный объект, преднамеренно сближающийся с космическим аппаратом» (Яковлев М.В., Яковлева Т.М., Яковлев Д.М.), согласно которому принимают сигналы, излучаемые приближающимся активным объектом, измеряют амплитуду и выполняют обработку принимаемых сигналов. Для приема сигналов применяют детекторы плоской формы. Детекторы располагают на поверхности сферической оболочки ортогонально радиус-вектору из центра сферической оболочки к точке касания с детектором. Внутри сферической оболочки помещают материал - поглотитель излучения. Направление на активный приближающийся объект определяют по радиус-вектору, направленному на детектор с максимальной амплитудой регистрируемого сигнала. Недостатком способа является отсутствие излучающих элементов, что исключает возможность его использования в качестве сканирующего устройства.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: патент №2369887, МПК G02B 26/10, 2008 год «Лазерное сканирующее устройство» (Калюжный Д.М.), согласно которому предложено лазерное сканирующее устройство, которое включает направленный источник излучения, установленный напротив зеркала, закрепленного на четырехлучевой крестовине, и систему управления зеркалом, собранные в корпусе, причем система отклонения луча дополнительно снабжена четырьмя направляющими стержнями, закрепленными по одному на каждой из четырех оконечностей крестовины. Каждый направляющий стержень соединен с крестовиной при помощи шарнира, имеющего четыре степени свободы. Направляющие стержни имеют на своей внешней поверхности винтовую нарезку, с помощью которой закреплены в неподвижных резьбовых втулках с аналогичной внутренней нарезкой и имеют возможность перемещаться возвратно-поступательно при вращении в ту или иную сторону. А в качестве управляющих элементов используются электродвигатели, вращающие направляющие стержни. Технический результат - повышение точности и изменение функциональных возможностей для получения сложных траекторий перемещения лазерного луча. Недостатком изобретения является низкая скорость перемещения лазерного луча, что связано с необходимостью механического перемещения крестовины с зеркалом, отражающим лазерное излучение.

Известно защищенное патентом изобретение - прототип: патент №2639609, МПК G02B 26/10, G05D 1/00, 2017 год «Способ управления лазерным лучом» (Яковлев М.В., Яковлева Т.М., Яковлев Д.М.), согласно которому в магнитное поле помещают платформу с зеркалом на одной стороне, проводником электрического тока и поворотным механизмом на противоположной стороне, причем проводник электрического тока выполняют в виде кольцевых витков, расположенных по периметру платформы, поворотный механизм устанавливают в центре тяжести платформы, магнитное поле формируют системой электромагнитов, ток кольцевых витков и электромагнитов регулируют из условия отражения лазерного луча от зеркала в заданном направлении. Недостаток изобретения заключается в том, что оно не позволяет осуществлять управление лазерным лучом в пределах больших телесных углов (более 2π стерадиан).

Целью предполагаемого изобретения является расширение пределов регулировки направления лазерного луча при сохранении высокой оперативности перемещения лазерного луча в телесных углах более 2π.

Указанная цель достигается в заявляемом способе управления лазерным лучом, согласно которому управляют направлением лазерного луча за счет поворота расположенной в магнитном поле платформы с зеркалом на одной стороне, проводником электрического тока и поворотным механизмом на противоположной стороне, проводник электрического тока выполняют в виде кольцевых витков, расположенных по периметру платформы, поворотный механизм устанавливают в центре тяжести платформы, магнитное поле формируют системой электромагнитов, ток кольцевых витков и электромагнитов регулируют из условия направления лазерного луча в заданную область космического пространства, причем опору поворотного механизма и систему электромагнитов жестко монтируют на внутренней поверхности с геометрическим центром, совпадающим с центром тяжести платформы, а на внешней поверхности сферической оболочки располагают механический привод, обеспечивающий ее перемещение вокруг геометрического центра по углу места и азимуту.

Обоснование реализуемости заявляемого способа заключается в следующем. При любом положении сегмента сферической оболочки с геометрическим центром, совпадающим с центром тяжести платформы, сохраняется относительное расположение отклоняющих электромагнитов и поворотной платформы с отражающим зеркалом. Следовательно, сохраняются все настройки системы при работе в пределах телесного угла, соответствующего отклонению лазерного луча в исходном положении устройства. При этом действие лазерного луча переносится в другую область пространства, и тем самым расширяются пределы регулировки направления лазерного луча при сохранении высокой оперативности перемещения лазерного луча в телесном угле, соответствующем исходному положению устройства.

Таким образом, техническая возможность реализации заявляемого способа управления лазерным лучом не вызывает сомнений.

Изобретение относится к области управления перемещением лазерного луча в пространстве, способам сканирования и слежения, и может быть использовано для навигации космических аппаратов (КА). Заявленное устройство содержит платформу с зеркалом и поворотным механизмом, проводник электрического тока, выполненный в виде кольцевых витков по периметру платформы, систему электромагнитов и механический привод. Управление лазерным лучом осуществляется управляющим током кольцевых витков и электромагнитов и механическим приводом для поворота платформы с зеркалом относительно ее центра тяжести для перемещения лазерного луча в заданную область космического пространства в телесных углах более 2π. Технический результат – расширение пределов регулировки направления лазерного луча при сохранении высокой оперативности перемещения лазерного луча в телесных углах более 2π.

Устройство для управления лазерным лучом, содержащее платформу, в центре тяжести которой установлено зеркало, имеющее поворотный механизм, проводник электрического тока, выполненный в виде кольцевых витков, расположенных по периметру платформы, и систему электромагнитов, размещенную на внутренней поверхности платформы, формирующих управляющий ток в проводнике, отличающееся тем, что платформа выполнена с возможностью ее поворота вместе с установленным на ней зеркалом вокруг оси, проходящей через центр ее тяжести и перпендикулярной наружной поверхности в пределах значений телесных углов больших 2π, имеет механический привод, размещенный на внутренней поверхности платформы.