Магнитоэлектрический дефлектор

(я)5 6 02 Г 1/29 ИЗОБРЕТ ИЯ ГОСУДАРСТВЕ.ЫИ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТВНИЯ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОП ИГРАНИ АВТОРСКОМУ С(56) Ребрин ОХУправление оптическим лучом в пространстве, М.: Сов.радио, 1977,рис,7,7 а,б.Авторское свидетельство СССР М 813352,кл, 6 02 Р 1/29, 1981,(54) ЧАГНИТОЗЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДЕФЛЕКТОР57) Изобретение относится к оптике, в частности к модуляторам и устройствам отклонения светового луча, и может бытьиспользовано в различных оптических устройствах регистрационно-множительныхаппаратов, а также в оптических системах Изобретение относится к оптике, в частности к модуляторам и устройствам отклонения светового луча, и может быть применено в оптических устройствах регистрационно-множительных аппаратов, атаже в различных оптических системах обработки и отображения информации.Известный петлевой и рамочный магнитозлектрические дефлекторы, состоящие соответственно из петли проводников, на которой размещено зеркало, или рамочной катушки индуктивности, на оси которой размещено зеркало, и которые расположЕ- ны в рабочем зазоре магнитной системы между полюсами постоянных магнитов,Поворот зеркала и, следовательно, пространственное отклонение падающего нз обработки,и отображения информации, В дефлектор введена цепь обратной связи с высокочувс гвительным регистрирующим элементомобразованным двумя последовательно соединенными ивстречно включенными секциями приемной ВЧ-катуаки, усилителем., детектором, частотно-зависимым корректирующим четырехполюсником и усилителем мощности, Кроме того, дефлектор содержит две идентичные магнит ные системы, в каждой из которыхразмещена секция подвижной катушки.Секции соединены последовательно; включены встречно и закрейлены на концам не- магнитного стержня, котьрый шарнирно через упругое звено соедииеМ с зеркалом.На зеркале закреплена излучающая катушка, ось которой параллельна осям секций приемной катушки. 2 ил,него луча света осуществляется, в первом случае, за счет изгиба петлевого проводника, а во втором случае за счет поворота оси рамочной катушки в результате протекания по ним тока.Величина углового отклонения зеркала определяется величиной и частотой тока, механическими свойствами упругой системы исполнительного элемента, состоящей из струн петли, зеркала; пружины в одном случае и рамки с катушкой индуктивности, оси зеркала, узла крепления оси в другом, а также величины магнитного поля в зазоре,Недостатками дефлекторов реализованьа, например, на пьезоэлектрической основе, являются: пониженная точность вследствие комплексного, частотно-зивисимого характера его передаточной характеристики, приводящей, в частности, к уменьшению величины угла поворота зеркала при увеличении частоты тока управляющего сигнала; недостаточнаяточностьуглаотклонения зеркала, а следовательно, отображения оптической информации, из-за неравномерности амплитудно-частотной характеристики исполнительногоэлемента, обладающего колебательными демпфирующими и инерционными свойствами,Укаэанные недостаткоиприводят к ис. кажению истинного угла отклонения, следовательно, к искажению в отображаемой оптической информации, что снижает качество изображения,Наиболее близким является электродинамический модулятор (дефлектор), состоящий из расположенных соосно двух 20 идентичных электромагнитов, являющихся магнитной системой устройства, подвижной катушки, немагнитного стержня, расположенного внутри подвижной катушки, и ки находятся в рабочем зазоре электромагнита.В укаэанном дефлекторе поворот исполнительного элемента осуществляется за счет движения немагнитного стержня, жестко сзанноо с одижной ауой, при протекании по ее виткам тока сигнала управления, и наличия подмагничивающегополя в рабочем зазоре электромагнитов,Основные недостатки устройства уменьшение угла отклонения при увеличении частотц тока сигнала, являющееся следствием комплексного характера входного импеданса отклоняющей системц, основ 40 ным элементом которого является катушка индуктивности; низкая точность угла отклонения зеркала из-за неравномерности амплитудно-и фазочастотной характеристики исполнительного элемента, которые определяются упругими колебательными, демпфирующими, механическими и электрическими свойствами отдельных основных элементов, упругих звеньев, катушек, магнитных цепей и др,Цель изобретения - повышение точно 50 сти угла отклонения оптического луча.На фиг,1 показано устройство магнитоэлектрического дефлектора; на фиг,2 - корректирующий частотно-зависимый четцрехполюсник.Дефлектор состоит из двух идентичных магнитных систем 1 и 2, подвижой катушки, выполненной в виде двух идентичных последовательно соединенных и встречно включеннцх секций 3 и 4, каждая иэ котожестко связанного с ней исполнительногоэлы:,ента с зеркалом, причем витки катуш рцх намотана на каркасах 5 и 6 и расположена в соответствующих рабочих зазорах магнитных систем 1 и 2, причем свободный конец одной иэ секций подключен к общей шине "земли", обычно соединенной с металлическим корпусом устройства, исполнительного элемента 7, который выполнен в виде немагнитного стержня 8, жестко соединенного на концах с каркасами 5, 6 секций подвижной катушки, подвижного упругого звена 9, представляющего собой проволочную немагнитную связку, работающую на кручение, соединенного с помощью шарнира 10 с немагнитным стержнем 8 в его середине, при этом один конец подвижного упругого звена 9 жестко закреплен в опоре, например, в корпусе устройства, а другой является свободным, зеркала 11, закрепленного на свободном конце упругого звена 9, причем на чертеже показан один из возможных вариантов закрепления зеркала на подвижном упругом звене 9, а именно упругое звено 9 лежит в плоскости зеркала 11, в этом случае используется шарнир 10, преобразующий поступательное движение немагнитного стержня 8 в крутильные колебания упругого звена 9.В случае использования шарнира 10, преобразующего поступательное движение немагнитного стержня 8 в изгибные колебания упругого звена 9, целесообразно размещение зеркала на торце его свободного конца с плоскостью зеркала, перпендикулярно его оси, излучающей высокочастотной (ВЧ) катушки 12, расположенной на конце упругого звена 9, например, на противоположной отражающей поверхности зеркала 11, при этом катушка может быть плоской и выполнена непосредственно на этой поверхности зеркала 11 методом фотолитографии, что позволит существенно уменьшить ее вес, следовательно, инерционность, при этом подвижная катушка и исполнительный элемент образуют электромеханическую колебательную систему, приемной ВЧ катушки, выполненной в виде двух идентичных последовательно соединенных и встречно включенных секций 13, 14, свободный конец одной из которых соединен с общей шиной "земля", при этом оси секций 13 и 14 приемной катушки параллельны оси излучающей катушки 12 и расположены симметрично относительно последней, генератора ВЧ колебаний 15, подключенного к свободному концу излучающей ВЧ катушки 12, цепи обратной связи (ОС) 16, образованной последовательно соединенными ВЧ усилителем 17, вход которого соединен со свободным концом секции 13 ВЧ приемной катушки и1756853 Приемная катушка, состоящая из двухсекций 13, 14, включенных последовательно-встречно, расположена вблизи излучающей катушки 12, в которой за счетвзаимоиндукции наводятся модулированные низкой частотой (НЧ) высокочастотныеэлектрические колебания, поступающие затем на вход ВЧ усилителя 17 и далее падетектор 18, После детектирования НЧ ко 0 лебаний в детекторе 18 и прохождения ихчерез корректирующий частотно-зависимый четы рехпол юсник формируется НЧ сигнал карре(ции, который поступает на входусилителя мощности, а затем на секцию 3подвижной катушки, после чего происходитдополнительное движение подвижной катушки, пропорциональное амплитуде сигнала коррекции,Высокочастотная приемная катушка цепи ОС, состоящая из двух секций 13, 14,является регистрирующим элементом цепиОС 16, представляющим. собой воздушныйВЧ дифференциальный трансформатор, обладающий высоким коэффициентом преобразования, высокой чувствительностью инизким уровнем внешних помех за счетвключения секций 13, 14 встречно, соединения последовательно и их расположения водной плоскости, параллельной плоскостизеркала, в области внутри контура излучающей катушки, и ориентирования их такимобразом, чта их оси параллельны оси излучающей катушки 12.В результате настоящее техническоерешение позволяет повысить точность установки угла, поскольку амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) устройства(НО о становится независящей от частоты.Действительно, выходной параметругал р(т) определяется комплексной характеристикой передаточной функцииустройства (дефлектора) Н в)р (т)=-Н а) х(т-Т),где х(т-Т) - входной сигнал с задержкойТ (с),состоящего из колебательной электромеханической системы, регистрирующегоэлемента, влючающего приемную ВЧ катушку, цепи ОС "16 с усилителем мощности20, Обобщенная комплексная характеристика такого устройства, состоящего толькоиз колебательной электрической системы,не охваченной обратной связью, можетбыть выражена в видеН ) К 1Т р +2 еТр+1где Р=) в- круговая частота;Т - постоянная времени колебательнойэлектромеханической системы, состоящей является входом цепи ОС 16, детектором18, корректирующим частотно-зависимымчетырехпалюсным 19, усилителем 20 мощности, ВыхОД котарОГО соеДинен са свобОД"ным концом секции 3 подвижной катушки, 5Кроме того, вход усилителя мощности20 является входом магнита-акустическогодефле кто ра.Устройство работает следующим образом, 1После подачи электрического сигналанизкой частоты на вход усилителя 20 мощности он поступает на секции 3, 4 подвижной катушки, па которой протекаетпеоеменный или постоянный ток. Магнитные поля от каждой секции подвижной катушки этого тока взаимодействуют спостоя ни ыми магнитн ыми полями, существующими в рабочих зазорах соответствующих магнитнь 1 х систем 1,2,благодаря чему 20возникают осевые силы, приводящие к осевому колебательному движению немагнитного стержня, жестко связанного на концахс каркасами 5,6 секций подвижной катушки.Встречное включение катушек обусловлено 25необходимостью согласованного действиясил в каждой секции подвижной катушкипри одинаковом направлении постоянногомагнитного паля в зазоре магнитных систем1,2, 30Поступательные осевые движения (колебания) немагнитиого стержня 8 черезшарнир 10 возбуждают крутильные колебания упругого звена 9, один конец которогожсстко закреплен. Так как иа свободном 35конце упругого звена 9 размещены зеркало11 с расположенной на нем .с противоположной стороны отражающей поверхностиплоской высокочастотной катушкой 12, тоони также начинают совершать колебания 40вокруг оси упругого звена 9, В результатеколебания зеркала 11 относительно оси упругого звена 9 происходит отклонение лучасвета, падающего на его отражающую поверхность. Одновременно цепь ОС 16 оперативно реагирует на амплитудуотклонения (на угол отклонения) зеркала,формирует и выдает коррекции на секцию 3подвижной катушки. Это происходит следующим образом, 50Непрерывный синусаидальный высокочастотный сигнал (ВЧ) от генератора ВЧ 15падается на излучающую катушку 12, жестка прикрепленную к упругому звену 9, которая излучает электромагнитные колебания, 55и за счет НЧ колебаний упругого звена 9модулируется по амплитуде причем модуляция осуществляется пропорционально углуотклонения зеркала а, из подвижной катушки и исполнительногоэлемента;е - коэффициент затуханий электромеханической системы;К 1 - коэффициент усиления,Минимальные искажения в угле отклонения во временной области йолучаются потому, что АЧХ (НО а)=К - постояннаявеличина, и корректирующая цепь частотнозависимого четырехполюсника выбранатак, что его передаточная функция равнаНос 0 в) = Р( Р+1) =2 еТ ТК 1 2 еН 1Ш ) Н 2О ) е (3)которая получается, если иэ условия неискаженной передачи сигнала записать передаточную функцию электромеханическойколебательной системы с ОС в видеНоН(О)-, Н Нпосле подстановки в него выражения (2), Вто же время для фазочастотной характеристики (ФЧХ) также выполняется условиер (в) = - в Т, т.е, достигается идеальныйхарактер фазочастотной характеристики.Следовательно, вклад в абсолютную иотносительную погрешность в определенииугла положения зеркала, вносимый неравномерностью АЧХ и ФЧХ, равен нулю, что иприводит к повышению точности в положениизеркайа,Длй увеличения чувствительности датчика цепи ОС и исключений влияния ВЧсигнала цепи ОС от генератора ВЧ 15 наисполнительный элемент секций 3, 4 подвижной катушки, несущая частота ВЧ сигнала выбрана много большей, чем частотаНЧ колебаний (обычно частота НЧ колебаний не превышает 30 КНц, частота ВЧ колебаний порядка 30 МГц и выше).Наиболее просто корректирующий частотно-зависимый четырехполюснИк реализуется с определенной степенью точности,как каскадное соединение инерционнофорсирующего четырехполюсййка, выполненного на элементах Я 1, С 1, Я 2, с дифференцирующим звеном, выполненным на элементах СЗ и Яб, разделенных буферным каскадом на транзисторе Т 1 и элементах С 2, Я 4, БЗ, Я 5, в определенном 5 частотном диапазоне, посредством подборки его элементов по номиналам (фиг.2),Формула изобретения10 Магнитоэлектрический дефлектор, содержащий две идентичные магнитные системы, подвижную катушку сисполнительным элеменом, включающимнемагнитный стержень, соединенный жест 15 ко с подвижной катушкой и шарнирно - сзеркалом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности угла отклоненияоптического луча, в него введены излучающая катушка, скрепленная с зеркалом, при 20 емная катушкавыполненная в виде двухпоследовательно соединенных и встречновключенных секций, свободный конец одной из которых соединен с общей шиной,причем оси секций приемной катушки па 25 раллельны оси излучающей катушки и расположены симметрично относительнопоследней, генератор высокой частоты, соединенный с излучающей катушкой, цепьобратной связи, образованная последова 30 тельно соединенными высокочастотнымусилителем, вход которого соединен о свободным концом другой секции приемной катушки; детектором, корректируощимчастотно-зависимым четырехпол юсником,35 усилителем мощности, выход которого соединен с Одним Выводом подВижной катушки, а вход является входом устройства,другой вывод подвижной катушки соединенс общей шиной, при этом подвижная катуш 40 ка выполнена в виде двух последовательносоединенных и встречно включенных секций, расположенных в соответствующихмагнитных системах и жестко закрепленныхна концах немагнитного стержня, шарнир 45 ная связь которого с зеркалом выполненачерез введенное упругое звено,17568 3 7 иг,2оставитель Н. Назароваехред М,Моргентал Корректор Н, Гунько едактор С, Па ва оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3087 Тираж ВНИИПИ Государственного ком 113035, МосПодписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ СС