Устройство для модуляции светового потока Советский патент 1992 года по МПК G02F1/00 G02F1/03 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при создании модуляторов оптических излучений с использованием шаговых электродвигателей.

Известен оптический модулятор, содержащий модулирующий элемент, расположенный между входным и выходным световодами и помещенный в управляющее электрическое поле.

Недостатком данного устройства является высокий уровень вносимых потерь.

Наиболее близким к изобретению является устройство для синхронной модуляции

света, содержащее источник излучения, оптически связанный с модулирующим элементом, установленным на валу электродвигателя, датчик положения модулирующего элемента, блок управления, делитель частоты, схему управления вращением электродвигателя и усилитель мощности. Модулирующий элемент выполнен в виде двух синхронно вращающихся зеркал, закрепленных на оси электромотора.

Недостатками данного устройства являются большая сложность, вызванная громоздкой схемой управления, и неработоспособность на низких частотах модуляы

Ю СО 00

о

ции вследствие использования в нем коллекторного двигателя.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства за счет снижения момента инерции модулирующего элемента.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для модуляции светового потока; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства.

Устройство для модуляции светового потока содержит (фиг. 1) источник 1 излучения и дополнительный источник 2 излучения, оптически связанные с модулирующим элементом 3, выполненным, например,в виде Г-образной пластины и установленным на валу шагового электродвигателя 4, фотоприемник 5, оптически сопряженный с дополнительным источником 2 излучения, формирователь 6, вход которого соединен с выходом фотоприемника 5, первый 7, второй 8, третий 9 и четвертый 10 усилители мощности, к выходам которых подключены соответственно первая, вторая, третья и четвертая фазные обмотки шагового электродвигателя 4, первый 11, второй 12 и третий 13 двоичные счетчики, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, первый 15 и второй 16 инверторы, первый 17 и второй 18 формирователи одиночного импульса, элементы ИЛИ 19, И 20 и И-НЕ 21, триггер 22, блок 23 сравнения, генератор 24 импульсов, выход которого соединен с тактовыми входами двоичных счетчиков 11-13, а также шины установки 25 и управления 26.

Выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 соединен с входами первого усилителя 7 мощности и первого инвертора 15, выход которого соединен с входом третьего усилителя 9 мощности, Первый и второй входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 соединены соответственно с выходами первого и второго разрядов первого двоичного счетчика 11, выход второго разряда которого соединен с входами второго усилителя 8 мощности и второго инвертора 16, подключенного выходом к входу четвертого усилителя 10 мощности. Вход формирователя 6 соединен с выходом фотоприемника 5. Первые входы блока 23 сравнения соединены с выходами первого двоичного счетчика 11, вторые входы - с шиной 25 установки, а выход - с входом первого формирователя 17 импульсов, выход которого соединен с R- входом триггера 22 и входом сброса второго двоичного счетчика 12, вход управления которого соединен с его выходом и с первым входом элемента И-НЕ 21, второй вход которого соединен с входом управления третьего двоичного счетчика 13 и с его выходом. Вход сброса третьего двоичного счетчика 13 соединен с S-входом триггера 22, входом сброса первого двоичного счетчика 11 и выходом второго формирователя

18 импульсов, вход которого соединен с выходом формирователя 6 и первым входом элемента И 20, второй вход которого соединен с шиной 26 управления. Выход элемента И 20 соединен с первым входом элемента

0 ИЛИ 19, второй вход которого соединен с выходом элемента И-НЕ 21. Выход элемента ИЛИ 19 соединен с тактовым входом первого двоичного счетчика 11, вход направления счета которого соединен с вы5 ходом триггера 22.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии модулирующий

0 элемент 3 занимает положение, при котором он не перекрывает излучение источника 1 излучения. Такое положение модулирующего элемента 3 соответствует наличию сигнала логической единицы на шине 26

5 управления (команда Открыто). При этом излучение дополнительного источника 2 излучения, перекрытое модулирующим элементом 3, не попадает на фотоэлемент 5. В таком положении модулирующего элемента

0 3 формирователь 6 формирует единичный сигнал на своем выходе, который поступает на вход первого формирователя 18 единичного импульса и на вход элемента И 20. Формирователь 18 вырабатывает им5 пульс установки триггера 22 в единичное состояние по S-входу, На второй вход элемента И 20 также поступает единичный сиг нал с шины 26 управления (подана команда Открыто Поскольку на обоих входах эле0 мента И 20 присутствуют единичные сигналы, то на его выходе также присутствует единичный сигнал, который поступает на вход элемента ИЛИ 19, и, следовательно, на выходе элемента ИЛИ 19 также будет еди5 ничный сигнал. Наличие сигнала на входе разрешения счета первого двоичного счетчика 11 означает запрет счета. В этом положении первый двоичный счетчик 11 своего состояния не изменяет, вал шагового элект0 родвигателя 4 неподвижен. Предварительно в процессе настройки на двух младших разрядах первого двоичного счетчика 11 выставляются нули, затем модулирующий элемент 3 устанавливают в исходное

5 (открытое) положение, после чего фиксируют элементы крепления модулирующего элемента 3 к валу шагового электродвигателя 4.

Команда Модуляция осуществляется подачей нулевого сигнала на шину 26 управления (фиг, 2, эпюра з). При этом на выходе

элемента И 20 появляется нулевой сигнал, который прикладывается к первому входу элемента ИЛИ 19. Значение сигнала на выходе элемента ИЛИ 19 определяется сигналом на его входе, соединенном с выходом элемента И-НЕ 21, входы которого соединены с выходами второго 12 и третьего 13 двоичных счетчиков, а также с их входами разрешения счета. Наличие нулевого сигнала на этих входах означает разрешение счета, следовательно, счетчики 12 и 13 считают до тех пор, пока на их соответствующем выходе не появится единичный сигнал, после чего счетчики 12 и 13 останавливаются. Значит через некоторое время после включения на выходах счетчиков 12 и 13 присутствуют единичные сигналы, а на выходе элемента И-Н Е 21 - сигнал с нулевым Потенциалом (О). Наличие нулевых сигналов на обоих входах элемента ИЛИ 19 означает наличие нулевого сигнала на его выходе, что соответствует команде разрешения счета для первого двоичного счетчика 11. Последний начинает считать (фиг. 2, эпюры б, в). Выходы двух младших разрядов первого двоичного счетчика 11 соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14. Такое включение приводит к тому, что на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 формируется последовательность импульсов с таким же периодом, что и последовательность импульсов на выходе второго разряда двоичного счетчика 11, но сдвинутая относительно нее на четверть периода (фиг. 2, эпюра г). С помощью инверторов 15 и 16 образуются еще две последовательности импульсов с таким же периодом, но сдвинутые относительно первых двух последовательностей на половину периода (фиг. 2, эпюры д, е). Таким образом, формируются четыре последовательности импульсов каждая со сдвигом в четверть периода, которые необходимы для управления четы- рехфазным шаговым электродвигателем 4. При помощи усилителей 7-10 мощности обмотки шагового электродвигателя 4 поочередно по две подключаются к источнику питания (не показан), что приводит к вращению вала шагового электродвигателя 4 в какую-либо сторону. Для смены направления вращения необходимо сменить направление счета первого двоичного счетчика 11. Предварительной настройкой добиваются, чтобы при работе первого двоичного счетчика 11 на суммирование модулирующий элемент 3 перемещался в сторону перекрытия излучения источника 1, а при работе на вычитание - в обратную сторону. На шину 25 установки подается число в двоичном коде, равное числу шагового электродвигателя 4,

которое ему необходимо сделать, чтобы модулирующий элемент 3 перекрыл излучение источника 1. Например, если для того, чтобы

модулирующий элемент 3 перекрыл излучение источника 1 требуется поворот вала на 90°, а шаг электродвигателя 4 равен 15°, то на шину 25 установки подается число шесть. Когда вал электродвигателя 4 отработает

0 требуемое число шагов, то число, записанное в первом двоичном счетчике 11, оказывается равным числу, поданному на шину 25 установки. Блок 23 сравнения фиксирует равенство, и на его выходе появляется единич5 ный сигнал, который поступает на вход первого формирователя 17 одиночного импульса, на выходе которого формируется импульс, прикладываемый к обнуляющему R-входу триггера 22 и переводящий его в

0 нулевое состояние, Нулевой сигнал с выхода триггера 22 подается на вход направления счета первого двоичного счетчика 11 и обусловливает переход его из режима суммирования в режим вычитания.

5 Кроме этого, импульс с выхода первого формирователя 17 прикладывается к R-входу сброса второго двоичного счетчика 12 и обнуляет его, что приводит к появлению единичных сигналов на выходах элементов

0 И-НЕ 21 и ИЛИ 19 и остановке первого двоичного счетчика 11, так как на его вход разрешения счета подан единичный сигнал (фиг. 2, эпюра о). Остановка счета первого двоичного счетчика 11 приводит к тому, что

5 модулирующий элемент 3 фиксируется в положении, при котором он перекрывает излучение источника 1, что соответствует состоянию Закрыто. Такое состояние будет до тех пор, пока второй двоичный счет0 чик 12 не отсчитает заданное число импульсов и на его выходе не появится единичный сигнал, который его остановит и даст разрешение на счет первому двоичному счетчику 11. Второй двоичный счетчик 12

5 формирует задержку модулирующего элемента 3 в положении, при котором он перекрывает излучение источника 1.

Чем больше импульсов сосчитает второй двоичный счетчик 12 до остановки, тем

0 дольше будет находиться модулирующий элемент 3 в этом положении. Регулирование задержки осуществляется подключением соответствующего выхода второго двоичного счетчика 12 к его входу разрешения счета.

5 После разрешения на счет первый двоичный счетчик 11 начинает работать в режиме вычитания, вал шагового электродвигателя 4 начинает вращаться в обратную сторону. Это продолжается до тех пор, пока модулирующий элемент 3 не перекроет излучение дополнительного источника 2. При этом на

выходе формирователя 6 вместо нулевого сигнала вновь появляется единичный сигнал, что свидетельствует о возвращении мо- дулирующего элемента 3 в исходное положение. Единичный сигнал прилагается к входу второго формирователя 18 одиночного импульса, на выходе которого формируется импульс, обнуляющий первый двоичный счетчик 11, третий двоичный счетчик 13, и устанавливающий триггер 22 в единичное состояние.

Появление нулевого сигнала на выходе третьего двоичного счетчика 13 приводит к появлению единичных сигналов на выходах элементов И-НЕ 21 и ИЛИ 19. Первый двоичный счетчик 11 останавливается, поскольку на его вход разрешения счета подан единичный сигнал. Такое состояние продолжается до тех пор, пока третий двоичный счетчик 13 не отсчитает заданное число импульсов и на его выходе не появится единичный сигнал, который приведет к появлению нулевых сигналов на выходах элементов И- НЕ 21 и ИЛИ 19 и к разрешению дальнейшего счета первого двоичного счетчика 1,1, после чего процесс повторяется.

Модулирующий элемент 3 поочередно перекрывает излучения источников 1 и 2. Второй двоичный счетчик 12 формирует время нахождения модулирующего элемента 3 в положении, при котором перекрыто излучение источника 1, а третий двоичный счетчик 13 - в положении, при котором перекрыто излучение источника 2. С помощью двоичных счетчиков 12 и 13 осуществляется регулировка скважности модуляции. Для остановки устройства на шину 26 управления подается единичный сигнал, после чего устройство работает до тех пор, пока модулирующий элемент 3 не займет положение, при котором перекрыто излучение источника 2. При этом на входе формирователя б появляется единичный сигнал, поступающий на первый вход элемента И 20 и вызывающий появление единичного сигнала на его выходе, что приводит к появлению единичного сигнала на выходе элемента ИЛИ 19 и к остановке первого двоичного счетчика 11. Устройство возвращается в исходное положение.

Использование изобретения позволит повысить быстродействие за счет снижения момента инерции модулирующего элемента, а также повысить точность устройства за счет увеличения числа шагового электродвигателя.

Формула изобретения

Устройство для модуляции светового потока, содержащее источник света, оптически связанный с модулирующим элементом, закрепленным на валу шагового

электродвигателя, четыре усилителя мощности, первый двоичный счетчик, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два инвертора, шину управления, шину установки и генератор

импульсов, выход которого соединен с тактовым входом первого двоичного счетчика, подключенного выходом первого разряда к одному входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и выходом второго разряда и входам

0 второго усилителя мощности и второго инвертора и к другому входу элемента ИСК- ЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с входами первого усилителя мощности и первого инвертора, выходы первого

5 и второго инверторов подсоединены к входам соответственно третьего и четвертого усилителей мощности, выходы первого, второго, третьего и четвертого усилителей мощности подключены к соответствующим

0 обмоткам шагового электродвигателя, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия за счет снижения момента инерции модулирующего элемента, в него введены дополнительный источник излуче5 ния, оптически сопряженный с фотоприемником и модулирующим элементом, формирователь, два формирователя одиночного импульса, второй и третий двоичные счетчики, элемент ИЛИ, элемент И,

0 элемент И-НЕ, триггер и блок сравнения, первый двоичный счетчик выполнен реверсивным, блок сравнения подключен первой группой входов к выходам первого двоичного счетчика, второй группой входов - к шине

5 установки и выходом - к входу первого формирователя одиночного импульса, выход которого соединен с R-входом триггера и с обнуляющим R-входом второго двоичного счетчика, подсоединенного входом управ0 ления к его выходу и к одному входу элемента И-НЕ, другой вход которого соединен с входом управления и с выходом третьего двоичного счетчика, тактовые входы второго и третьего двоичных счетчиков соединены с

5 выходом генератора импульсов, третий двоичный счетчик подключен обнуляющим R- входом к обнуляющему R-входу первого двоичного счетчика, к S-входу триггера и к выходу второго формирователя одиночного

0 импульса, вход которого соединен с выходом формирователя и с одним входом элемента И, подсоединенного другим входом к шине управления и выходом к одному входу элемента ИЛИ, подключенного другим вхо5 дом к выходу элемента И-НЕ и выходом к входу разрешения счета первого двоичного счетчика, вход направления счета которого соединен с выходом триггера, а выход фотоприемника подключен к входу формирователя.

. I

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при создании модуляторов оптических излучений. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства за счет снижения момента инерции модулирующего элемента. В устройство, содержащее источник излучения, модулирующий элемент, шаговый электродвигатель, четыре усилителя мощности, первый двоичный счетчик, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,.два инвертора, генератор импульсов, шину установки и шину управления, введены дополнительный источник излучения, фотоприемник, формирователь, два формирователя одиночного импульса, элемент ИЛИ, элемент И, элемент И-НЕ, второй и третий двоичные счетчики, триггер и блок сравнения. Переход устройства из открытого состояния в закрытое и обратно осуществляется не за два, а за бол ь- шее количество шагов, определяемых оптимальной конструкцией модулирующего элемента. Благодаря увеличению числа шагов перехода устройства из открытого состояния в закрытое и наоборот уменьшаются размеры модулирующего элемента, а следовательно, момент его инерции и точность.2 ил.