Оптический дефлектор Советский патент 1992 года по МПК G02B26/10 

///////////

Изобретение относится к устройствам для отклонения светового луча и может быть использовано для измерения геометрических размеров изделий в промышленности. Известно устройство для отклонения светового луча, состоящее из биметаллического магнитострикционного элемента, установленного на основании и имеющего зеркальную поверхность, а также расположенную вокруг него обмотку.

Недостатками данного устройства являются низкие динамические характеристики, обусловленные тем, что биметаллический магнитострикционный элемент при работе устройства изгибается и, следовательно, материал, из которого он изготовлен, должен выбираться пол двум критериям -динамической прочности и величине магнито- стрикции, которые не всегда совместимы, низкая частота напряжения, питающего обмотку, равная величине собственной частоты колебаний биметаллического элемента и, следовательно, большие габаритные размеры генератора питающего напряжения, так как габариты частотозадающих элементов (емкостей, индуктивностей, кварцевых резонаторов) обратно пропорциональны задаваемой ими частоте.

В качестве прототипа выбран пассивно- активный пьезоэлектрический дефлектор, состоящий из пьезоэлектрического биморф- ного элемента, установленного на основании и имеющего на свободном конце пластину из материала, не обладающего пьезоэлектрическим эффектом (металл, диэлектрик), содержащую отражающий элемент.

Недостатками данного дефлектора являются низкая частота напряжения, питающего биморфный элемент, которая равна собственной частоте колебаний дефлектора и, следовательно, большие габариты частотозадающих элементов генератора питающего напряжения, невозможность подстройки резонанса путем изменения собственной частоты дефлектора посредством изменения длины биморфного элемента опусканием или выдвижением его над основанием, так как собственная частота дефлектора на низкочастотных гармониках задается длиной пластины, установленной на свободном конце биморфного элемента, и в процессе работы дефлектора нельзя изменить длину этой пластины относительно биморфного элемента, так как невозможно поместить на конце биморфного элемента регулировочное устройство для этой цели.

Цель изобретения - повышение динамических характеристик, увеличение срока

службы, расширение технологических возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в оптическом дефлекторе, содержащем установленные на основании упругий элемент, биморфный элемент, отражатель и обмотку возбуждения, соединенную с генератором питающего напряжения, биморфный элемент выполнен в виде двух

соединенных между собой пластин из маг- нитострикционГных материалов разного знака, при этом биморфный элемент установлен на основании через упругий элемент, а отражатель - на свободном конце

биморфного элемента.

Выполняя биморфный элемент в виде двух магнитострикционных пластин разного знака, соединенных между собой, с закрепленным на нем отражателем и

устанавливая его на упругом элементе в виде пластины, установленной в основании, получаем колебательную систему с двумя степенями свободы, в которой одна степень свободы представлена биморфным элементом с отражателем, являющимся балкой прямоугольного сечения с нежестким закреплением на одном конце и с грузом в виде отражателя на другом, а другая степень свободы представлена упругим элементом,являющимсябалкой

прямоугольного сечения, жестко закрепленной в основании одним концом и с грузом в виде биморфного элемента с отражателем на другом конце. При подборе геометрических размеров биморфного элемента так, чтобы собственная частота его была на два порядка выше собственной частоты упругого элемента, получаем возможность возбуждать колебание дефлектора с частотой,

равной собственной частоте упругого элемента, с помощью переменного магнитного поля, имеющего частоту, равную собственной частоте биморфного элемента, которая подбирается на два порядка больше.

Все это позволяет повысить динамические характеристики дефлектора и, как следствие, его срок службы. Кроме того, снижаются размеры указанного генератора, что позволяет расширить технологические возможности дефлектора.

Закрепление биморфного элемента на упругом элементе с закреплением nocjiefl- него в основании позволяет осуществлять подстройку резонанса путем выдвижения

или опускания упругого элемента над оснб- ванием с помощью простого регулировочного устройства, например винта, что также расширяет технологические возможности дефлектора.

В качестве материала для изготовления биморфного элемента может также использоваться пьезокерамика.

На чертеже представлен оптический дефлектор.

Дефлектор состоит из основания 1, закрепленного на нем изгибного элемента 2 в виде пластины из материала, обеспечивающего необходимые динамические характеристики, биморфного элемента 3, представляющего соединенные между собой пластины 4 и 5 из магнитострикционного материала разного знака, отражателя б, закрепленного на свободном конце биморфного элемента 3, и обмотки 7 возбуждения, в которую помещен биморфный элемент 4.

Дефлектор работает следующим образом.

При прохождении электрического тока через обмотку 7 в биморфном элементе 3 возникает магнитное поле и пластина 5 этого элемента удлиняется, а пластина 4 этого элемента укорачивается, вследствие чего происходит изгиб биморфного элемента 3 и смещение отражателя 6, закрепленного на нем, и светового луча от отражателя 6. При изменении магнитного поля с частотой, равной собственной частоте биморфного элемента 3, последний колеблется с такой же частотой, кроме того, начинает колебаться и упругий элемент 2 со своей собственной частотой, причем его колебания имеют амплитуду, значительно большую, чем амплитуда колебаний биморфного элемента 3, и являются изгибными. Таким образом, колебания отражателя 6 представляют собой сумму описанных колебаний. При этом влияние на отражатель 6 колебаний биморфного элемента 3 можно снизить, уменьшая их амплитуду с помощью увеличения жесткости биморфного элемента 3.

Предлагаемая конструкция оптического дефлектора позволяет повысить динамические характеристики, увеличить срок службы, снизить габариты генератора питающего напряжения, осуществить подстройку резонанса во время работы.

Формула изобретения Оптический дефлектор, содержащий установленные на основании упругий элемент, биморфный элемент, отражатель и обмотку возбуждения, соединенную с генератором питающего напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения динамических характеристик, увеличения

срока службы, расширения технологических возможностей, биморфный элемент выполнен в виде двух соединенных между собой пластин из магнитострикционных материалов разного знака, при этом биморфный

элемент установлен на основании через упругий элемент, а отражатель установлен на свободном конце биморфного элемента.