Оптический дефлектор Советский патент 1992 года по МПК G02B26/10 

Фиг.1

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 по двумя 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.

Известен также пассивно-активный пьезоэлектрический дефлектор, состоящий из пьезоэлектрического биморфного 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 интегратора 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 ппастины, 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 регулировочного устройства 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

средство возбуждения, соединенное с генератором питающего напряжения, биморфный элемент выполнен в виде четного числа пластин одинакового размера из маг- нитострикционных материалов разного знака, соединенных между собой по плоскостям с чередованием знака4 пластин от одного биморфного элемента к другому, пары пластин соединены между собой торцами1, с которыми связан отражатель, биморфные

элементы установлены на-упругом элементе, закрепленном на основании, выполненном из ферромагнитного материала в виде статора с числом пар полюсов, равным числу пар пластин, размещенных против соответствующих им пар пластин с зазором, а средство возбуждения выполнено в виде обмотки возбуждения.

Закрепляя биморфн ый элемент на упругом элементе, а упругий элемент устанавливая в основании и подбирая жесткость упругого элемента меньше жесткости биморфного элемента получаем перемещение отражателя за счет деформаций упругого элемента, что позволяет повысить динамические характеристики дефлектора и срок службы за счет подбора материала упругого элемента по динамической прочности, а материала биморфного элемента по величине магни тострикции.

Выполняя биморфный элемент в виде

произвольного четного числа пар пластин из магнитострикционных материалов разного знака так, что пары пластин соединены друг с другом торцами и к торцу каждой

пластины одной пары присоединяется торец пластины с магнитострикцией противо- положного знака другой пары, лежащей в одной плоскости с первой парой, и закрепляя на нем отражатель, а его самого на упругом элементе, который закреплен в основании, получаем систему колебаний с двумя степенями свободы. Одна степень свободы представлена биморфным элементом, который можно рассматривать как ком0 бинацию балок со свободными концами, другую степень свободы представляет упругий элемент, который можно рассматривать как стержень, испытывающий крутильное колебание, с грузом на одном конце и жес5 тко закрепленный в 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 колебания дефлектоpa с частотой, равной собственной частоте упругого элемента, с помощью переменного магнитного поля с частотой, равной собственной частоте биморфного элемента, которая подбирается на два порядка выше.

Таким образом, частота генератора питающего напряжения, подключаемого к обмоткам возбуждения, может быть на два порядка выше частоты механических колебаний, которые она возбуждает в дефлекторе, значит снижаются габариты указанного генератора и расширяются технологические возможности дефлектора.

Закрепление биморфного элемента на упругом элементе с закреплением последнего в основании позволяет осуществлять подстройку резонанса путем выдвижения или опускания упругого элемента над основанием с помощью простого регулировочного устройства, например винта, что обеспечивает расширение технологических возможностей дефлектора

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

На фиг. 1 представлена конструкция оптического дефлектора; на фиг. 2 - то же, вид сверху.

Дефлектор содержит основание 1, выполненное из ферромагнитного материала. На основании 1 установлен упругий элемент 2, на котором закреплен биморфный элемент 3, состоящий из четырех пар пластин А и 5, соединенных между собой плоскостями, причем пары пластин 4 и 5 соединены между собой торцами в одной точке, являющейся для них центром симметрии, так, чтобы к торцу пластины одной пары, например 4, присоединялся торец пластины 5, обладающей магнитострикцией противоположного знака другой пары, лежащей с первой в одной плоскости Основание выполнено в виде статора, имеющего число полюсов, равное числу пар пластин 4 и 5 биморфного элемента 3, причем число пар пластин 4 и 5 должно быть четным (в данном случае равно четырем).

Биморфный элемент 3 устанавливается на упругом элементе 2 в точке, соединяющей торцы пар пластин, и содержит отражатель 6, обмотки 7 возбуждения намотаны на основании 1 и соединяются с генератором питающего напряжения (не показан) параллельно либо последовательно.

Дефлектор работает следующим образом.

При подаче питающего напряжения от генератора на обмотки 7 возбуждения, протекающий в них электрический ток вызывает появление магнитного поля в основании

1и биморфном элементе 3. При этом пластины 4 биморфною элемента 3, обладающие положительной магнитострикцией, удлиняются, а пластины 5, обладающие отрица5 тельной магнитострикцией, укорачиваются, и на свободных концах пар пластин биморфного элемента 3 появляются крутящие моменты Мкр (фиг. 2} относительно точки соединения торцов пар пластин. Так как к

0 торцу каждой пластины одной пары присоединяется пластина, обладающая противоположным знаком магнитострикции другой пары, лежащей в одной плоскости с первой, то моменты Мкр всех четырех пар пластин

5 направлены в одну сторону (в данном случае по часовой стрелке) и складываются, вызывая закручивание упругого элемента 2 При подаче переменного напряжения к обмоткам 7 пары пластин биморфного элемента 3

0 испытывают изгибные колебания, а упругий элемент 2 - крутильные. При подборе частоты питающего напряжения, равной одной из собственных частот колебательной системы биморфный элемент 3 - упругий элемент 2,

5 происходит резонанс и амплитуда колебаний отражателя б резко возрастает, причем собственные колебания упругого элемента

2могут быть получены с помощью переменного питающего напряжения, имеющего ча0 стоту, равную собственной частоте биморфного элемента 3, которая может быть выше на несколько порядков собственной частоты упругого элемента 2 при соответствующем подборе геометрических

5 размеров указанных элементов

Предлагаемая конструкция оптического дефлектора позволяет повысить динамические характеристики, увеличить срок службы, снизить габариты генератора

0 питающего напряжения, осуществить подстройку резонанса во время работы Формула изобретения Оптический дефлектор, содержащий установленные на основании упругий эле5 мент, биморфный элемент, отражатель и средство возбуждения, соединенное с генератором питающего напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения динамических характеристик, увеличения

0 срока службы, расширения технологических возможностей, биморфный элемент выполнен в виде четного числа пар пластин, одинакового размера из магнитострикционных материалов разного знака, соединенных

5 между собой по плоскостям с чередованием знака пластин от одного биморфного элемента к другому, пары пластин соединены между собой торцами, с которыми связан отражатель, биморфные элементы установлены на упругом элементе, закрепленном на

основании, выполненном из ферромагнит- против соответствующих им пар пластин с ного материала в виде статора с числом полю- зазором, а средство возбуждения выполне- сов, равным числу пар пластин, размещенных но в виде обмотки возбуждения.

Изобретение относится к устройствам для отклонения светового луча и может быть использовано для измерений геометрических размеров изделий в промышленности. В оптическом дефлекторе биморфный элемент 3 выполнен из произвольного четного числа пар пластин 4. 5, изготовленных из магнитострикционных материалов разного знака, при этом пары соединены между собой торцами в одной точке, являющейся центром симметрии, содержит отражатель 6 и установлен на упругом элементе 2, закрепленном на основании 1, выполненном из ферромагнитного материала в виде статора, имеющего число пар полюсов, равное числу пар пластин, причем каждый полюс расположен возле соответствующей ему пары с малым зазором, а средство возбуждения выполнено в виде обмотки возбуждения, соединенной с генератором питающего напряжения. 2 ил. (Л G

Фиг. 2