Пьезоэлектрический модулятор светового луча

Пьезоэлектрический модулятор светового луча

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к оптико-механическому приборостроению и может быть использовано в различных системах модуляции и сканирования светового излучения. Целью изобретения является повышение стабильности параметров модуляции. Пьезоэлектрический модулятор светового луча содержит корпус 1, пружинный элемент, выполненный в виде параллельно размещенных плоских мембран 2 и 3, закрепленных в корпусе 1 по периметру, к поверхностям каждой из которых с обеих сторон жестко присоединены кольцевые пьезопреобразователи 4 и 5. Изолированная часть внешнего электрода одного из пьезопреобразователей соединена с блоком 11 настройки, который вырабатывает сигнал, пропорциональный величине рассогласования собственной частоты колебаний подвижной системы и частоты колебаний генератора 8 управляющего напряжения. Этот сигнал поступает через усилители 9 и 10 на пьезопреобразователи 4 и 5. При этом собственная частота колебаний модулятора изменяется. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 02 В 26/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4601883/24-10 (22) 05.11.88 (46) 07.10.90. Бюл. № 37 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) В. И. Бойков, С. В. Быстров и А. В. Смирнов (53) 535.241:13:537:228.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1273862, кл. G 02 В 26/00, 1985.

Растригин Л. А. Системы экстремального управления. — М.: Наука, 1979. (54) ПЬЕЗОЭЛ ЕКТР И ЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР СВЕТОВОГО ЛУЧА (57) Изобретение относится к оптико-механическому приборостроению и может быть использовано в различных системах модуляции и сканирования светового излучения.

Целью изобретения является повышение ста„„SU„„1597833 А 1

2 бил ьности параметров модуляции. Пьезоэлектрический модулятор светового луча содержит корпус 1, пружинный элемент, выполненный в виде параллельно размещенных плоских мембран 2 и 3, закрепленных в корпусе 1 по периметру, к поверхностям каждой из которых с обеих сторон жестко присоединены кольцевые пьезопреобразователи 4 и 5. Изолированная часть внешнего электрода одного из пьезопреобразователей соединена с блоком 11 настройки, который вырабатывает сигнал, пропорциональный величине рассогласования собственной частоты колебаний подвижной системы и частоты колебаний генератора 8 управляющего напряжения. Этот сигнал поступает через усилители 9 и 10 на пьезопреобразователи 4 и 5.

При этом собственная частота колебаний модулятора изменяется. 1 з. и. ф-лы, 2 ил.

1597833

Изобретение относится к оптико-механическому приборостроению и может быть использовано в различных системах модуляции и сканирования оптического излучения.

Целью изобретения является повышение стабильности параметров модуляции.

На фиг. 1 показан пьезоэлектрический модулятор светового луча; на фиг. 2 — схема блока настройки.

Пьезоэлектрический модулятор светового луча состоит из корпуса 1, состоящего из набора колец, между которыми зажаты плоские упругие мембраны 2 и 3 с концентрически закрепленными на них с обеих сторон пьезопреобразователями 4 и 5, причем между электродами пьезопреобразователей 4 и 5, прилегающими к поверхностям мембран 2 и 3, и самими мембранами 2 и 3 обеспечивается электрический контакт. Центры мембраны 2 и 3 жестко соединены между собой при помощи узла 6 механической регулировки расстояния между ними. На узле 6 механической регулировки закреплен оптический элемент 7. Внешние электроды пьезопреобразователей 4 и 5 снабжены проводниками, выведенными через отверстия в корпусе 1, один из которых подключен к выходу суммирующего усилителя 9, а второй — к выходу вычитающего усилителя 10, корпус 1 заземлен. Часть внешнего электрода одного из пьезопреобразователей 4 и 5 изолирована и полученный таким образом дополнительный электрод с помощью проводников, выведенных через отверстие в корпусе 1, подключен к первому входу блока 11 настройки, к второму входу которого подключен генератор 8 управляющих сигналов. Генератор 8 управляющих с игналов соединен также с первыми входами суммирующего 9 и вычитающего 10 усилителей, вторые входы которых подключены к выходу блока 11 настройки.

Направления поляризации пьезопреобразователей 5 и 6 показаны стрелками P.

Блок 11 настройки состоит из фазочувствительного выпрямителя 12, первый вход которого подключен к дополнительному электроду, второй вход соединен с генератором 8 управляющего сигнала, а выход связан с входом фильтра 13 нижних частот, выход которого соединен с первым входом сумматора 14 сигналов, второй вход которого подключен к выходу источника 15 опорного напряжения, а выход соединен с вторыми входами суммирующего и вычитающего усилителей 9 и 10.

Пьезоэлектрический модулятор светового луча работает следующим образом.

При подаче напряжения от генератора 8 управляющего сигнала через усилители 9 и 10 на пьезопреобразователи 4 и 5 упругие мембраны 2 и 3 с жестко закрепленными на них пьезопреобразователями 4 и 5 прогибаются с максимумом в центре в направлении, зависящем от соотношения полярности приложенного напряжения и направления предварительной поляризации пьезопреобразователей 4 и 5. Возврат в исходное состояние осуществляется за счет упругости мембран 2 и 3. При подаче на пьезопреобразователи 4 и 5 напряжения, меняющего-. ся по гармоническому закону, возникают гармонические колебания мембран 2 и 3, а вместе с ними и оптического элемента 7. Механический узел 6 позволяет производить регулировку расстояния между центрами мем10 бран 2 и 3, создавая предварительный изгиб, что вызывает изменение жесткости пружинного элемента (мембран 2 и 3 с механическим узлом 7 и оптическим элементом 8) и соответственно изменение частоты соб ственного механического резонанса. Таким образом, осуществляется грубая настройка модулятора на резонанс с частотой генератора 8 управляющих сигналов в широком диапазоне частот.

Для точной настройки резонансной час20 тоты модулятора служит схема, состоящая из блока 11 настройки, а также суммирующего и вычитающего усилителей 9 и 10. Электрический сигнал, несущий информацию об амплитуде и фазе колебаний подвижной системы, снимается с изолированной части внешних электродов одного из пьезопреобразователей 4 и 5 (используется явление прямого пьезоэффекта) и подается на первый вход блока 11 настройки, на второй вход которого подается входной сигнал управления

ЗО подвижной системой с выхода генератора 8 управляющего сигнала. Блок 11 настройки, сравнивая входной и выходной сигналы подвижной системы, вырабатывает сигнал, пропорциональный величине рассогласования собственной частоты колебаний подвижной системы и частоты колебания генератора

8 управляющего сигнала. Этот постоянный сигнал с выхода блока 11 настройки поступает на вторые входы усилителей 9 и 10. Суммирующий усилитель 9 складывает его с переменным сигналом генератора 8 управ4О ляющего сигнала, а вычитающий усилитель

10 вычитает этот сигнал. В результате на пьезопреобразователи 4 и 5 с выходов усилителей 9 и 10 поступают, кроме переменного сигнала генератора 8 управляющего

4 сигнала, постоянные сигналы противоположных полярностей, которые стремятся изогнуть мембраны 2 и 3 с пьезопреобразователями 4 и 5 в противоположных направлениях, т. е. приводят к изменению механических напряжений в элементах подвиж5О ной системы, а следовательно, к изменению собственной частоты ее колебаний.

Блок 11 настройки работает следующим образом.

Сигнал с дополнительных электродов

55 пьезопреобразователей 4 и 5, несущий информацию об амплитуде и фазе механических колебаний мембран 2 и 3 модулятора, сравнивается фазочувствительным выпрями1597833

Формула изобретения

ff !

Составитель А. Тулубенский

Редактор Н. Гунько Техред А. Кравчук Корректор С. Шевкун

Заказ 3054 Тираж 457 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прп ГКНТ СССР

113035, Москва, 7К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 10! телем 12 с сигналом управления модулятором на выходе генератора 8. Фильтр 13 нижних частот выделяет постоянную составляющую из. сигнала на выходе фазочувствительного выпрямителя 12. Эта постоянная составляющая пропорциональна косинусу угла сдвига фаз между сигналом управления модулятором и механическими колебаниями подвижной системы самого модулятора.

В случае неточной настройки модулятора светового луча на резонанс сигнал с выхода фильтра 13 нижних частот отличен от нуля, причем знак этого сигнала несет информацию о направлении отклонения от резонанса, а его величина — о степени отличия частоты собственных механических колебаний модулятора от резонансной.

Для обеспечения возможности подстройки частоты механических колебаний устройства в обоих направлениях как в сторону увеличения, так и уменьшения, применяется смещение нулевого уровня сигнала настройки с помощью источника 15 опорного напряжения, величину опорного напряжения принимают равной половине от диапазона изменения напряжений на выходе фильтра 13 нижних частот. Сумматор 14 сигналов осуществляет суммирование сигнала с выхода фильтра 13 нижних частот и источника 15 опорного напряжения. Сформированный таким образом сигнал настройки с выхода сумматора 14 сигналов подается на вторые входы усилителей 9 и 10.

1. Пьезоэлектрический модулятор светового луча, содержащий пружинный элемент, закрепленный по периметру в корпусе, выполненный в виде параллельно размещенных плоских мембран, на одной из которых закреплено основание с оптическим элементом, а между мембранами размещен жестко связанный с ними и установленный соосно корпусу узел механической регулировки расстояния между ними, а также кол ьцев ые пьезопреобразователи с нанесенными на них электродами, закрепленные соосно узлу механической регулировки расстояния с обеих сторон каждой мембраны, и генератор управляющегоще го сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности параметров модуляции, один из электродов разделен на основной и дополнительный, в устройство введены блок настройки, суммирующий усилитель и вычитающий усилитель, причем первый вход блока настройки подключен к дополнительному электроду на одном из пьезопреобразов ателей, а второй — к генератору управляющего сигнала, первые входы усилителей подключены

2О к генератору управляющего сигнала, вторые входы соединены с выходом блока настройки, а выходы подключены к основным электродам пьезопреобразователей.

2. Модулятор светового луча по п. 1, отли25 чающийся тем, что блок настройки содержит фазочувствительный выпрямитель, фильтр нижних частот, источник опорного напряжения, сумматор сигналов, причем первый вход фазочувствительного выпрямителя подключен к дополнительному электроду, а вто30 рой вход — к генератору управляющего сигнала, выход фазочувствительного выпрямителя подключен к входу фильтра нижних частот, выход которого соединен с первым входом сумматора сигналов, второй вход которого подключен к источнику опорного наЗБ пряжения, а выход соединен с вторыми входами суммирующего и вычитающего усилителей.