Бесконтактный оптоэлектронный переключатель Советский патент 1993 года по МПК H03K17/78 

г/////////

Фиг.1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах для обработки и ввода информации в системах авиационного оборудования.

Цель изобретения - повышение надежности, ресурса работы и улучшение массо- габаритных характеристик бесконтактного оптоэлектрониого переключателя.

На фиг.1 представлена поляризацион- но-оптическая система бесконтактного оп- тозлектронного включателя; на фиг.2 - размещение пластин, вид сверху; на фиг.З - графики зависимостей интенсивности светового пучка Фт через соответствующие части упругого элемента от силы, прикладываемой оператором; на фиг,4 - график изменения суммарного потока светового пучка Ф-i от того же воздействия силы на выходе упругого элемента; на фиг.5 и 6 - графики -зависимости интенсивности светового пучка и изменения суммарного потока для пучка Фг.

Бесконтактный оптоэлектронный переключатель содержит установленные в корпусе 10 источник 1 света, поляризатор 2, упругий элемент 3, состоящий из двух частей З1 и 3, анализаторы 4 и 5 световых потоков, фотоприемники 6 и 7, компаратор 8 и мембрану 9. При этом поляризатор 2, упругий элемент и два анализатора установлены последовательно по ходу световых пучков между источником света и двумя фотоприемниками.

Переключатель работает следующим образом.

Световой пучок Ф от источника 1 излучения, пройдя поляризатор 2, становится поляризованным в плоскости, составляющей угол 45° с направлением силы Р, ежи-. мающей упругий элементЗ. Сила Р является воздействием, которое оказывает оператор на переключатель, включая его. После поляризатора световой пучок Ф проходит сквозь упругий элемент 3 и поступает далее на анализатор 4, плоскость поляризации которого перпендикулярна плоскости поляризации поляризатора.

Если сила Р, приложенная к упругому элементу 3, равна 0, упругий элемент остается оптически изотропным, и световой пучок, сохранив свою форму поляризации, не проходит сквозь анализатор. В том случае, когда сила Р не равна нулю, в упругом элементе создается механическое напряжение, под влиянием которого материал упругого элемента приобретает оптическую анизотропию.

Вследствие этого прошедший сквозь него световой пучок Ф становится в той или

иной степени эллиптически поляризованным, и определенная часть светового пучка проходит анализатор 4 и поступает на фотоприемник 6. Зависимость интенсивности

светового пучка, прошедшего анализатор 4, от силы Р в общем случае имеет синусоидальный характер, что при известных конструкциях пьезооптических модуляторов могло бы привести к выключению бескон0 тактного включателя при дальнейшем увеличении силы Р. Однако в предлагаемом бесконтактном переключателе упругий элемент 3 выполнен из двух частей 3 и 3 (фиг,2). Часть 3 при одинаковой ширине

5 с частью 3 (за ширину принимается поперечный размер упругого элемента, перпендикулярный световому пучку) имеет вдвое большую толщину (за толщину принимается поперечный размер упругого элемента, па0 раллёльный направлению светового пучка). Половина светового пучка Ф1, проходящая сквозь часть 3 упругого элемента, получает вдвое большее изменение эллиптичности поляризации, чем другая половина, прохо5 дящая сквозь часть 3. Вследствие этого период изменения интенсивности в зависимости от силы Р .первой половины светового пучка, проходящего сквозь часть 3 упругого элемента, вдвое короче, чем период измене0 нйя интенсивности половины светового пучка, проходящего через часть 3 упругого элемента. Графики этих зависимостей (первой и второй, соответственно) приведены на фиг.З. Это приводит к тому; что график из5 менения суммарного светового потока Фч на входе фотоприемника 6 будет иметь вид, приведенный на фиг.4. На этом графике минимум светового потока, соответствующий концу первого полупериода изменения пер0 вой половины светового пучка, оказывается скомпенсированным максимумом второй и половины светового потока. Спад светового потока оказывается смещенным на начало четвертого полупериода изменения его пер5 вой половины (фиг.З), что выходит за рамки предельного значения силы Р, прикладываемой к бесконтактному переключателю. Этим обеспечивается однозначность изменения светового пучка Ф-i при изменении

0 воздействующей силы Р в допустимых пределах.

Физические процессы преобразования светового пучка Фа протекают аналогичным образом. Однако вследствие того, что пло5 скость поляризации анализатора 5 параллельна плоскости поляризации поляризатора 2, графики изменения половин светового пучка Ф2. проходящих сквозь части 3 и 3 упругого элемента и изменений, при воздействующей силы Р имеют

форму, представленную на фиг.5, а график их суммарного изменения имеет форуму, представленную на фиг.6.

Световые пучки Oi и Фа поступают соответственно на входы фотоприемников 6 и 7. Электрические сигналы, возникающие вследствие этого на выходах фотоприемников, поступают на вход компаратора 8. кото- рый в зависимости от их разности вырабатывает соответствующий управляю- щий сигнал.

Наличие в переключателе двух световых пучков двух анализаторов и двух фотоприемников позволяет реализовать в нем дифференциальную схему со всеми прису- щими ей достоинствами (нечувствительность к колебаниям питания, отсутствие подобности в опорном сигнале для сравнения с ним рабочего сигнала и т.д.).

По сравнению с существующими уст- ройствами предлагаемый бесконтактный оптоэлектрический переключатель обладает следующими преимуществами:

1. Отсутствует ьзаимное перемещение механических элементов с трением между ними. Этим принципиально устраняется возможность заклинивания и износа деталей.

2. Управляющее силовое воздействие вызывает только упругую деформацию ежа- тия упругого элемента. Допустимое число рабочих циклов в такой конструкции на несколько порядков выше, чем у механизмов

с перемещением и трением деталей, как это имеет место в.прототипе. Поэтому ресурс работы предложенного переключателя значительно выше, чем устройства-прототипа.

3. Смещение конца упругого элемента в предложенном переключателе, к которому приложено управляющее силовое воздействие, составляет десятые доли микрона - примерно на четыре порядка меньше, чем смещение толкателя в прототипе. Благодаря этому примерно во столько же раз повышается по сравнению с прототипом быстродействие предлагаемого переключателя. -Полоса пропускания предлагаемого переключателя по частоте составляет около Гц.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Бесконтактный оптоэлектронный переключатель, содержащий корпус и смонтированное в нем исполнительное устройство с источником света и фотоприемником, о т- личающийся тем, что, с целью повышения надежности, введены по ходу светового пучка последовательно поляризатор света, две равные по ширине пластины из пьезо- оптического материала, суммарная ширина которых равна ширине светового пучка, а соотношение толщины составляет 1/2, два анализатора, дополнительный фотоприемник и компаратор.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах для отработки и ввода информации. Цель изобретения - повышение надежности, ресурса работы и улучшение массогабаритных характеристик. Бесконтактный оптоэлектронный переключатель содержит смонтированные в корпусе источник 1 света, поляризатор 2 света, две равные по ширине пластины 3 из пьезооптического материала, суммарная ширина которых равна ширине светового пучка, а соотношение толщин составляет 1:2, два анализатора 4 и 5, два фотоприемника 6 и 7 компаратор 8, установленные последовательно по ходу светового пучка. Приложение силы на пьезооптические пластины осуществляется через установленную в корпусе мембрану. 6 ил.

ф

20,snп tftr 9b.3

0.5W

Sir

Г -Р

МП2ТГ