Сканирующее устройство

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 9) (11) За)с 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Каунасский политехнический ичститут им, Антанаса Снечкуса(54)(57) СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержацее плоское зеркало со сферической тыльной стороной, соединеннойс пьезоэлектрическим преобразователем, подключенным к генератору высокочастотных электрических колебаний, о т л и ч а ю ш е е с я тем,что, с целью повышения точности ска. нирования при увеличении ресурса работы, в устройство дополнительно ввЕден умножитель частоты, а пьезоэлектрический преобразователь жестко закреплен на тыльной стороне зеркала по оси его симметрии и выполнен в виде пьезокерамического цилиндра, поляризованного в радиальном направлении и снабженного внутренним и наружным электродами, причем внутренний электрод расположен по оси цилиндра, а наружный - по внешней поверхности цилиндра и разделен равномерно на четыре эоны, две из кото рых, а также внутренний электрод, подключены к генератору высокочастот- ных электрических колебаний через умножитель частоты.Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам отклонения оптического луча, и может быть использовано при создании сканирующих систем в лазерной локации, связи, робототехнике.Известно сканирующее устройство, содержащее зеркало, сопряженное с пьезоэлектрическим преобразователем, подключенным к генератору высокочастотных электрических колебаний 1),Наиболее близким к предлагаемому является сканирующее устройство, содержащее плоское зеркало со сферической тыльной стороной, соединенной с пьезоэлектрическим преобразователем, подключенным к генератору высокочастотных электрических колебаний Г 2 3. Недостатками известного устройства являются снижение точности сканирования за счет влияния одной координаты на другую, а также ограничение ресурса сканирования, так как импульсы приводного усилия, поворачивающего зеркало, вызваны косыми соударениями в зоне Фрикционного контакта пьезоэлектрического преобразователя, которые приводят к износу как рабочей поверхности пьезоэлектрического преобразователя, так и сферической тыльной стороны плоского зеркала.Цель изобретения - повышение точности сканирования при увеличении ресурса работы.Поставленная цель достигается тем, что в сканирующее устройство, содержащее плоское зеркало со сферической тыльной стороной, соединенной с пьезоэлектрическим преобразователем, подключенным к генератору высокочастотных электрических колебаний, дополнитЕльно введен умножитель частоты, а пьезоэлектрический преобразователь жестко закреплен на тыльной стороне зеркала по оси его симметрии и выполнен в виде пьезокерамического цилиндра, поляризованного в радиальном направлении и снабженного внутренним и наружным электродами, причем внутренний электрод расположен по оси цилиндра, а наружный - по внешней поверхности цилиндра и разделен равномерно на четыре зоны, две из которых, а также внутренний электрод подключены к генератору высокочастотных электрических колебаний через умножитель частоты,На фиг. 1 изображено сканирующее устройство в разрезе по вертикали; на фиг. 2 - поперечный разрез пьезоэлектрического преобразователя и схема подключения его электродов; на Фиг. 3 - временные диаграммы изгибных н продольных колебаний пьезоэлектрического преобразователя. 5 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Сканирующее устройство содержиткорпус 1, сопряженный с плоскимзеркалом 2, Зеркало 2 сопрягается,с корпусом 1 своей сферической тыльной стороной. Сопрягаемая поверхность корпуса 1 также выполнена ввиде сферического пояска. Силовоезамыкание зеркала 2 и корпуса 1 осуществляется постоянным магнитом 3,На тыльной стороне зеркала 2 в вершине сферической поверхности по осисимметрии зеркала 2 жестко закреплен пьезоэлектрический преобразователь 4. Пьезоэлектрический преобразователь 4 выполнен в виде пьезокерамического цилиндра, поляризованногов радиальном направлении. Внутреннийэлектрод 5 преобразователя 4 расположен по оси цилиндра, а наружный электрод б расположен по внешней сторонеповерхности цилиндра и равномерно попериметру разделен на четыре зоны.Зоны наружного электрода, расположенные диаметрально, образуют пары. Одна пара подключена к генератору 7 высокочастотных электрических колебаний, другая пара и центральныйэлектрод подсоединены к генераторувысокочастотных электрических колебаний через умножитель частоты 8(фиг. 2),Сканирующее устройство работает следующим образом.При подаче напряжения генератора 7 на пару зон наружного электрода 6 пьезопреобразователя 4 в последнем возбуждаются резонансные изгибные колебания частотой Е (фиг,З,а). Пьезопреобразователь 4 жестко прикреплен к зеркалу 2, а его масса и разме ры подобраны таким образом, что его изгибные колебания передаются зеркалу с той же частотой Г в виде инерционных импульсов силы, стремящихся повернуть зеркало в положительный полупериод колебаний в одном направлении, а в отрицательный полупериод колебаний - в противоположном, Инер - ционные импульсы силы стремятся повернуть зеркало в плоскости действия изгибных колебаний. При дополнительной подаче напряжения генератора 7 через умножитель частоты 8 на внутренний электрод 5 и другую пару зон наружного электрода б пьезопреобразователя 4 (Фиг. 2) в пьезопреобразователе 4 возбуждаются резонансные продольные колебания с частотой пк , где5-10. Эти продольные колебания распространяются в теле зеркала 2 и уменьшают момент трения в сферическом сопряжении зеркала 2 и корпуса 1. Дополнительное возбуждение продольных резонансных колебаний частотой 1 в пьезопреобразователе 4 осуществляется для поворота зеркала 2 вперед в положительный полупериод изгибных колебаний пьезо1121642 АУар ВНИИПИ Заказ 7977/36 Тираж 496 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 преобразователя 4 (фиг. З,б). Схема определения полярности полупериодов не показана.В положительный полупериод пьеэопреобразователь 4 совершает изгибные резонансные колебания с частотой Е 5 и продольные резонансные колебания с частотой пх 1 . В отрицательный полупериод пьезопреобразователь 4 совершает только изгибные резонансные колебания с частотой(ОТаким образом в положительный полупериод на зеркало 2 действует инерционный импульс силы, стремящейся его повернуть, и уменьшенный момент трения в сферическом сопряжении зер кала 2 и корпуса 1 (фиг. 3), В отрицательный полупериод на зеркало 2 . действует инерционный импульс силы, стремящийся его повернуть в противоположном направлении, и неуменьшенный момент трения в сферическом сопряжении. Величина неуменьшенного момента трения н сферическом сопряжении зеркала 2 и корпуса 1 определяется силой постоянного магнита 3,Действие на зеркало 2 инерционных импульсов силы, направленных противоположно в разных полупериодах резонансных иэгибных колебаний, и неравных н этих полупериодах моментов трения н сферическом сопря жении зеркала 2 и корпуса 1 приводит к повороту зеркала в момент действия уменьшенного момента трения (фиг. За, б),Реверс осуществляется путем ноз буждеьия продольных колебаний пьеэопреобразователя 4 во время отрицаАсю июг. тельного полупериода иэгибных колебаний (фиг. 3, в) . Сканирование по второй координате осуществляется переключением парзон наружного электрода. Пара, которая подключена напрямую к генератору 7, подключается вместе с внутренним электродом через умножитель частоты 8. Пара, которзя подключенас внутренним электродом через умножитель частоты 8, подключается напрямую к генератору 7. Эти переключения выполняются коммутирующим устройством (не показано)При описанных переключениях изгибные колебаниявозбуждаются в плоскости, перпендикулярной их первоначальной плоскоститого же направления, что и вызываетдействие инерционных импульсов силыв плоскости, перпендикулярной первоначальной, т.е. происходит сканирование по второй координатеТаким образом, в предлагаемомустройстве сканиронание осуществляется от пьезопреобразователя, относительно которого зеркало в процессе сканирования не изменяет своего положенияЭто позволяет сканировать относительно системы координат, связанной с зеркалом, что устраняет влияние одной координаты надругую,Кроме того, в сферическом сопряжении зеркала 2 и корпуса 1 не действуют косые соударения пьеэопреобразователя 4 с опорной поверхностьюзеркала, изнашивающие эту поверхность,