Механізм сканування пристрою візуалізації електромагнітного поля у відкритих резонаторах

Механізм сканування пристрою візуалізації електромагнітного поля у відкритих резонаторах, що містить привід і пробне тіло, укріплене на несучій нитці, який відрізняється тим, що він містить два кільця, розташованих співвісно із зазором один щодо одного, одне з яких, опорне, закріплене нерухомо, а друге, провідне, кінематично пов'язане з приводом обертання його навколо осі, в зазорі між кільцями встановлено симетрично на одному діаметрі дві гайки з ходовими гвинтами, виконані у вигляді ведених коліс, що взаємодіють з торцевою поверхнею кілець, при цьому обидві гайки фіксуються від переміщення уздовж своєї осі, гвинти фіксуються від обертання навколо осі, а несуча нитка з пробним тілом закріплена між кінцями гвинтів. Корисна модель, що пропонується, відноситься до механічних скануючих пристроїв і може бути використана для візуалізації електромагнітних полів в резонансних системах: електровакуумних приладів НВЧ, лазерів субміліметрового діапазону, пристроїв міліметрового та субміліметрового діапазонів та ін. Крім того, корисна модель може бути використана в інших пристроях зі скануванням за спіраллю. При розробці різноманітних пристроїв когерентного випромінювання важливо знати, оперативно контролювати і змінювати модовий склад випромінювання, яке одержуємо. В даний час відомі декілька різних методів візуалізації полів і відповідні пристрої на їх основі. При цьому, як правило, одні з них вимагають високої густини потужності випромінювання зовні резонатора, а інші приводять до збільшення втрат в резонаторі, спотворюють картину поля в резонаторі і мають низьку швидкодію. Одним з відомих позарезонаторних пристроїв візуалізації електромагнітного випромінювання є пристрій на основі диска Ніпкова [Завьялов В. В., Воронин В. И. ПТЭ, №6, 1976. 102-104]. В цьому пристрої механізм сканування виконаний у вигляді диска Ніпкова з 15 отворами по 1-витковій спіралі Архімеда. Цей диск насаджений на вал електромотора і обертається таким чином, що всі 15 отво рів послідовно проходять по всьому перетину вихідного пучка лазерного випромінювання. Перевагою цього механізму є те, що він забезпечує високу швидкодію, але разом з тим цей механізм дає значні спотворення картини поля і тому непридатний для сканування всередині відкритого резонатора. Аналіз відомих пристроїв реєстрації амплітудного розподілу полів у відкритих резонаторах і практика експерименту показують, що в даний час найперспективнішими пристроями візуалізації є пристрої засновані на методі обурень (Валитов Р. А., Дюбко С. Ф., Камышан В.В., Шейко В.П. ЖЭТФ.47, № 4, 1964. 1173-1185.), який полягає в тому, що у відкритий резонатор вноситься пробне тіло (зонд), що віддзеркалює або поглинає, з розмірами зневажливо малими в порівнянні з розмірами відкритого резонатора. Пробне тіло здійснює рух за деякою траєкторією в площині, яка перпендикулярна осі відкритого резонатора по всьому поперечному перетину. Пробне тіло в різні моменти часу проходить точки з різною напруженістю поля, при цьому добротність резонатора змінюється пропорційно цієї напруженості. Найближчим аналогом (прототипом) пропонованого технічного рішення є пристрій з використанням механічного приводу [А.С. СССР №286004 МПК" G01r 13/14, 1971.]. Пристрій містить привід і N. 00 4879 пробне тіло, укріплене на несучій нитці. При цьому привід забезпечує рух пробного тіла аналогічно рядковій розгортці. Позитивною якістю цього механізму сканування є те, що він може бути легко розміщений у відкритому резонаторі, не спотворюючи при цьому картину поля. Проте, цей механізм сканування має і ряд істотних недоліків. Це, перш за все, обмежена швидкодія, яка закладена в самому способі сканування по рядках пробним тілом. Як наголошувалося вище, пробне тіло в прототипі переміщується за принципом рядкової розгортки. В ідеальному випадку пробне тіло повинно без прискорення пройти один рядок, миттєво зупинитися, дискретно переміститися на один рядок і далі пройти наступний рядок у зворотному напрямі. Така траєкторія в механічному пристрої характеризується механічними ударами при зупинці і зміні напряму руху. Це приводить до швидкого зносу механізму сканування і вібрації пробного тіла при різкій зупинці, що, у свою чергу, приводить до спотворення картини поля. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення пристрою для візуалізації електромагнітного випромінювання шляхом зміни траєкторії руху пробного тіла так, щоб забезпечити його плавність і безперервність, що приведе до збільшення швидкодії пристрою.Рішення поставленої задачі досягається тим, що механізм сканування пристрою візуалізації електромагнітного поля у відкритих резонаторах, що містить привід і пробне тіло, укріплене на несучій нитці, додатково містить два кільця, розташованих співвісно із зазором один щодо одного. Одне з цих кілець, опорне, закріплене нерухомо. Друге, провідне, кінематичне пов'язане з приводом обертання його навколо осі. В зазорі між кільцями встановлено симетрично на одному діаметрі дві гайки з ходовими гвинтами. Гайки виконані у вигляді відомих коліс, які взаємодіють з торцевою поверхнею кілець. Обидві пари гайка-гвинт мають різноспрямовані нарізки. Гайки фіксуються від переміщення уздовж своєї осі, а гвинти фіксуються від обертання навколо осі. Несуча нитка з пробним тілом закріплена між кінцями гвинтів. В загальному вигляді пропонований пристрій характеризується такими ознаками: відома раніше передача між колесами з пересічними осями валів (в нашому випадку кільце-гайка), вживається в техніці для передачі зусилля від одного валу до іншого; планетарна взаємодія коліс (в нашому випадку два кільця і дві гайки) також застосовується в техніці для здійснення передачі між колесами з валами, що обертаються; застосування ходових гвинтів в техніці також відоме, вони застосовуються для перетворення обертального руху в поступальне від гвинта до гайки і навпаки. Застосування двох ходових гвинтів з різноспрямованими нарізками для забезпечення руху пробного тіла за спіраллю, на думку авторів, є новим. Крім того, сукупність всіх разом вказаних ознак авторам також не відома, а застосування вказаної сукупності ознак дозволило вирішити поставлену задачу - скоротити час візуалізації за рахунок забезпечення траєкторії, яку описує пробне тіло, у вигляді спіралі. Суть корисної моделі, яка пропонується, пояснюється ілюстраціями, на яких представлені: на Фіг.1 - загальний вигляд пропонованого пристрою, на Фіг.2 - загальний вигляд пропонованого пристрою по стрілці А, на Фіг.З - варіант пропонованого пристрою в лазерному резонаторі, що вакуумується. Механізм сканування пристрою візуалізації електромагнітного поля містить два, розташованих співвісно в порожнині резонатора 1 із зазором один щодо одного, кільця 2,3 - опорне і провідне. Опорне кільце 2 закріплено нерухомо. В зазорі між кільцями 2,3 встановлено симетрично на одному діаметрі дві гайки 4,5, які кінематичне пов'язані з приводом 6. Для забезпечення вакууму привід 6 може бути розташований зовні лазерного резонатора 1, а приводний вал 7 введений у резонатор 1 через вакуумне ущільнення 8. В іншому варіанті привід 6 може бути виконаний, наприклад, у вигляді магнітної муфти. Гайки 4,5 мають нарізне з'єднання з ходовими гвинтами 9,10. Гайки 4,5 встановлені на одній осі на підшипниках 11 рамки 12. Гайки 4,5 встановлені симетрично на одному діаметрі торцевої поверхні кілець 2,3 в зазорі між ними. Гайки 4,5 встановлені з можливістю осьового обертання при взаємодії з торцевою поверхнею кілець 2,3. Обидві пари гайка-гвинт 2,9 та 3,10 мають різноспрямовані нарізки з однаковим кроком. Гайки 4,5 зафіксовані в зазорі між кільцями 2,3 від радіального переміщення, наприклад, шляхом виконання їх бічних поверхонь конусними. Торцева поверхня взаємодії кілець 2,3 виконана у вигляді кільцевого паза, зв'язаного з бічними поверхнями гайок 4,5. При цьому кожна пара поверхонь взаємодії, що сполучаються, виконана, наприклад, у вигляді зубчатої шестерної передачі. Гвинти 9, 10 фіксовані від повороту навкруги своєї осі при взаємодії з гайками 4,5. При цьому головки гвинтів 9,10 мають прямокутну форму і закріплені в зазорі між кільцями 2,3 на опорах 13 (качання або ковзання), між торцями гвинтів 9,10 закріплено пробне тіло 14 на несучій нитці 15. Взаємне розташування гвинтів 9,10 і пробного тіла 14 вибрано таким чином, що при переміщенні пробного тіла 14 від центру до периферії поперечного перетину резонатора 1 гвинт, що вкручується, наприклад, гвинт 9, не входив в порожнину резонатора 1, а гвинт, що викручюється, наприклад, гвинт 10, не випадав з гайки 3 і навпаки. Механізм сканування працює таким чином. Привід 6 приводить в обертання провідне кільце З, при взаємодії з яким гайки 4, 5, виконуючи планетарний обіг опорного кільця 2, обертаються навкруги власної осі, викликаючи поступальне переміщення гвинтів 9, 10. При цьому пробне тіло 14 виконує рух за спіраллю в площині, перпендикулярної осі резонатора 1. Швидкість поступального переміщення гвинтів 9, 10 залежить від кроку нарізки К і співвідношення між діаметром с гайок 4, 5 Ц і відстані d 2 між гайками 4, 5. Час t, необхідний для сканування всього поперечного перетину резонатора, визначається співвідношенням: 4879 t _ 2Kdrn де D - діаметр резонатора n - число оборотів ведучого кільця. Наприклад, для реалізованої авторами моделі легко отримати час сканування рівне 2сек, при цьому D = 20 MM, d 2 = 40 мм, К = 1 мм, d., = 40 мм, п = 300об/хв. В прототипі цей час дорівнює не менше ніж Юсек. Крім того, у пропонованому пристрої збільшуючи п можна добитися скорочення часу сканування. Рішення проблеми, пов'язаної із збільшенням швидкодії пристроїв для візуалізації електромагні Комп'ютерна верстка А. Крижанівський тних полів дозволить оперативно контролювати і цілеспрямовано змінювати модовий склад як пасивних відкритих резонаторів з геометрією, що змінюється з часом, так і активних резонаторів, які складають основу резонансних систем, що розробляються в даний час таких джерел електромагнітного випромінювання як субміліметрові лазери, квазіоптичні твердотільні генератори, напівпровідникові генератори з квазіоптичною резонансною системою та інше. Крім того, пропонована корисна модель може бути використана в інших пристроях, що передбачують переміщення пробного тіла за спіраллю. Підписне Тираж 37 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. К и ї в - 4 2 , 01601 L