本发明专利技术涉及光开关，具体是一种基于磁悬浮的超静音机械式自由空间光开关装置。本发明专利技术解决了现有电磁继电器式机械光开关在使用中容易因直接碰撞产生较大噪音的问题。基于磁悬浮的超静音机械式自由空间光开关装置，包括不锈钢底座、支撑柱、环形永磁铁、铁芯、顶盖、减震弹簧、硬塑料管、铜线圈、径向连接杆、遮光板、控制电路；所述控制电路包括可变电阻、固定电阻、电源插头、固态继电器、BNC接头；其中，支撑柱的下端面与不锈钢底座的上端面中央固定；环形永磁铁的下端面与支撑柱的上端面边缘固定；铁芯的下端面与支撑柱的上端面中央固定，且铁芯的下端穿设于环形永磁铁的内腔。本发明专利技术适用于光通信网络和传输系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光开关，具体是一种基于磁悬浮的超静音机械式自由空间光开关装置。
技术介绍
光开关是一种非常重要的光学元器件，在光通信网络和传输系统中可对光信号进行通断和切换。目前，在光通信网络和传输系统中，基于各种不同交换原理和实现技术的光开关被广泛地提出。依据光开关的交换介质来分，光开关可分为：自由空间交换光开关和波导交换光开关。针对光通信和传输过程中需要对自由空间传播的激光进行快速开启和关断的问题，目前通常采用的自由空间交换光开关包括电磁继电器式机械光开关、半导体光开关、声光和电光开关。其中，半导体光开关的开关时间在纳秒量级，但是这种光开关不能完全关断激光、会受到被关断激光的偏振和波长的影响、价格昂贵、能耗很高的缺点制约了它的广泛应用。声光和电光开关可以在微秒范围内开关激光，且其操作起来简单易行，但存在诸多缺点：一、光路的准直性对声光和电光晶体的衍射效率有很大影响，使得声光和电光调制器对入射激光的准直性有很高的要求。二、即使在良好的准直条件下，声光和电光调制器也不可能达到完全的透射和消光。三、其价格较为昂贵。与半导体光开关、声光和电光开关相比，电磁继电器式机械光开关的开关时间在毫秒量级，而且可以完全的关断激光，同时不受偏振和波长的影响、且其使用简单、价格低廉。但现有的电磁继电器式机械光开关在使用过程中，静触点和动触点直接碰撞会产生较大的噪音，进一步会对光通信网络和传输系统产生干扰，从而对光通信和传输的效果产生巨大的影响。基于此，有必要专利技术一种全新的超静音自由空间交换光开关，以解决现有电磁继电器式机械光开关在使用中容易因直接碰撞产生较大噪音的问题。专利
技术实现思路
本专利技术为了解决现有电磁继电器式机械光开关在使用中容易因直接碰撞产生较大噪音的问题，提供了一种基于磁悬浮的超静音机械式自由空间光开关装置。本专利技术是采用如下技术方案实现的：基于磁悬浮的超静音机械式自由空间光开关装置，包括不锈钢底座、支撑柱、环形永磁铁、铁芯、顶盖、减震弹簧、硬塑料管、铜线圈、径向连接杆、遮光板、控制电路；所述控制电路包括可变电阻、固定电阻、电源插头、固态继电器、BNC接头；其中，支撑柱的下端面与不锈钢底座的上端面中央固定；环形永磁铁的下端面与支撑柱的上端面边缘固定；铁芯的下端面与支撑柱的上端面中央固定，且铁芯的下端穿设于环形永磁铁的内腔；顶盖的下端面中央与铁芯的上端面固定；减震弹簧的上端与顶盖的下端面边缘固定，且减震弹簧套设于铁芯的外侧；硬塑料管滑动套设于铁芯的外侧，且硬塑料管位于减震弹簧和环形永磁铁之间；铜线圈缠绕于硬塑料管的外侧面；径向连接杆的数目为两根；两根径向连接杆的末端面分别与硬塑料管的上部外侧面和下部外侧面固定，且两根径向连接杆相互平行；遮光板固定于两根径向连接杆的首端，且遮光板的板面同时与硬塑料管的轴向和径向平行；电源插头的正极与铜线圈的一端连接；电源插头的负极依次通过固定电阻、可变电阻与铜线圈的另一端连接；固态继电器的两个输出端分别与固定电阻的两端连接；BNC接头的两极分别与固态继电器的两个输入端连接。工作时，自由空间传播的激光从遮光板的上方穿过，通过控制电路控制遮光板进行上下运动，由此控制自由空间传播的激光进行快速开关。具体控制过程如下：外部TTL信号经由BNC接头输入至固态继电器，使得固态继电器交替进行导通与关断。当TTL信号为高电平时，固态继电器导通，铜线圈、可变电阻、固态继电器、电源插头共同构成闭合回路，铜线圈中产生一较大的电流，使得由铜线圈和硬塑料管构成的螺线管的下端产生较强的磁场（该磁场与环形永磁铁上端的磁场具有相反的极性），由此使得螺线管和环形永磁铁之间形成较强的排斥作用。在较强的排斥作用下，螺线管通过两根径向连接杆带动遮光板迅速向上运动，由此将自由空间传播的激光快速关断。在此过程中，减震弹簧对向上运动的螺线管进行缓冲，由此防止螺线管与顶盖碰撞产生回跳抖动和噪音。当TTL信号为低电平时，固态继电器关断，铜线圈、可变电阻、固定电阻、电源插头共同构成闭合回路，铜线圈中产生一较小的电流，使得由铜线圈和硬塑料管构成的螺线管的下端产生较弱的磁场（该磁场与环形永磁铁上端的磁场具有相反的极性），由此使得螺线管和环形永磁铁之间形成较弱的排斥作用，且螺线管受到的排斥力远小于螺线管、两根径向连接杆、遮光板的重力。在此情况下，螺线管通过两根径向连接杆带动遮光板迅速向下运动，由此将自由空间传播的激光快速开启。在此过程中，随着螺线管迅速向下运动并靠近环形永磁铁，螺线管受到的排斥力会迅速增大。当螺线管向下运动至一定位置时（即螺线管受到的排斥力与螺线管、两根径向连接杆、遮光板的重力相等时），螺线管会悬浮在环形永磁铁的上方（即螺线管的下端面与环形永磁铁的上端面之间保持一个微小的距离），由此防止螺线管与环形永磁铁碰撞产生噪音。在上述过程中，通过调节可变电阻的阻值，可以调节铜线圈中的电流的大小，由此调节螺线管受到的排斥力的大小，从而更彻底地防止噪音的产生。基于上述过程，与现有电磁继电器式机械光开关相比，本专利技术所述的基于磁悬浮的超静音机械式自由空间光开关装置基于全新的结构，彻底有效地解决了现有电磁继电器式机械光开关在使用中容易因直接碰撞产生较大噪音的问题，由此有力保证了光通信网络和传输系统的稳定性。本专利技术结构合理、设计巧妙，有效解决了现有电磁继电器式机械光开关在使用中容易因直接碰撞产生较大噪音的问题，适用于光通信网络和传输系统。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图中：1-不锈钢底座，2-支撑柱，3-环形永磁铁，4-铁芯，5-顶盖，6-减震弹簧，7-硬塑料管，8-铜线圈，9-径向连接杆，10-遮光板，11-可变电阻，12-固定电阻，13-电源插头，14-固态继电器，15-BNC接头，16-壳体。具体实施方式基于磁悬浮的超静音机械式自由空间光开关装置，包括不锈钢底座1、支撑柱2、环形永磁铁3、铁芯4、顶盖5、减震弹簧6、硬塑料管7、铜线圈8、径向连接杆9、遮光板10、控制电路；所述控制电路包括可变电阻11、固定电阻12、电源插头13、固态继电器14、BNC接头15；其中，支撑柱2的下端面与不锈钢底座1的上端面中央固定；环形永磁铁3的下端面与支撑柱2的上端面边缘固定；铁芯4的下端面与支撑柱2的上端面中央固定，且铁芯4的下端穿设于环形永磁铁3的内腔；顶盖5的下端面中央与铁芯4的上端面固定；减震弹簧6的上端与顶盖5的下端面边缘固定，且减震弹簧6套设于铁芯4的外侧；硬塑料管7滑动套设于铁芯4的外侧，且硬塑料管7位于减震弹簧6和环形永磁铁3之间；铜线圈8缠绕于硬塑料管7的外侧面；径向连接杆9的数目为两根；两根径向连接杆9的末端面分别与硬塑料管7的上部外侧面和下部外侧面固定，且两根径向连接杆9相互平行；遮光板10固定于两根径向连接杆9的首端，且遮光板10的板面同时与硬塑料管7的轴向和径向平行；电源插头13的正极与铜线圈8的一端连接；电源插头13的负极依次通过固定电阻12、可变电阻11与铜线圈8的另一端连接；固态继电器14的两个输出端分别与固定电阻12的两端连接；BNC接头15的两极分别与固态继电器14的两个输入端连接。还包括壳体16；不锈钢底座1、支撑柱2、环形永磁铁3、铁芯4、顶盖5、减震弹簧6、硬塑料管7、铜线圈8、径向连接杆9、遮光板10、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于磁悬浮的超静音机械式自由空间光开关装置，其特征在于：包括不锈钢底座（1）、支撑柱（2）、环形永磁铁（3）、铁芯（4）、顶盖（5）、减震弹簧（6）、硬塑料管（7）、铜线圈（8）、径向连接杆（9）、遮光板（10）、控制电路；所述控制电路包括可变电阻（11）、固定电阻（12）、电源插头（13）、固态继电器（14）、BNC接头（15）；其中，支撑柱（2）的下端面与不锈钢底座（1）的上端面中央固定；环形永磁铁（3）的下端面与支撑柱（2）的上端面边缘固定；铁芯（4）的下端面与支撑柱（2）的上端面中央固定，且铁芯（4）的下端穿设于环形永磁铁（3）的内腔；顶盖（5）的下端面中央与铁芯（4）的上端面固定；减震弹簧（6）的上端与顶盖（5）的下端面边缘固定，且减震弹簧（6）套设于铁芯（4）的外侧；硬塑料管（7）滑动套设于铁芯（4）的外侧，且硬塑料管（7）位于减震弹簧（6）和环形永磁铁（3）之间；铜线圈（8）缠绕于硬塑料管（7）的外侧面；径向连接杆（9）的数目为两根；两根径向连接杆（9）的末端面分别与硬塑料管（7）的上部外侧面和下部外侧面固定，且两根径向连接杆（9）相互平行；遮光板（10）固定于两根径向连接杆（9）的首端，且遮光板（10）的板面同时与硬塑料管（7）的轴向和径向平行；电源插头（13）的正极与铜线圈（8）的一端连接；电源插头（13）的负极依次通过固定电阻（12）、可变电阻（11）与铜线圈（8）的另一端连接；固态继电器（14）的两个输出端分别与固定电阻（12）的两端连接；BNC接头（15）的两极分别与固态继电器（14）的两个输入端连接。...
【技术特征摘要】
1.一种基于磁悬浮的超静音机械式自由空间光开关装置，其特征在于：包括不锈钢底座（1）、支撑柱（2）、环形永磁铁（3）、铁芯（4）、顶盖（5）、减震弹簧（6）、硬塑料管（7）、铜线圈（8）、径向连接杆（9）、遮光板（10）、控制电路；所述控制电路包括可变电阻（11）、固定电阻（12）、电源插头（13）、固态继电器（14）、BNC接头（15）；其中，支撑柱（2）的下端面与不锈钢底座（1）的上端面中央固定；环形永磁铁（3）的下端面与支撑柱（2）的上端面边缘固定；铁芯（4）的下端面与支撑柱（2）的上端面中央固定，且铁芯（4）的下端穿设于环形永磁铁（3）的内腔；顶盖（5）的下端面中央与铁芯（4）的上端面固定；减震弹簧（6）的上端与顶盖（5）的下端面边缘固定，且减震弹簧（6）套设于铁芯（4）的外侧；硬塑料管（7）滑动套设于铁芯（4）的外侧，且硬塑料管（7）位于减震弹簧（6）和环形永磁铁（3）之间；铜线圈（8）缠绕于硬塑料管（7）的外侧面；径向连接杆（9）的数目为两根；两根径向连接杆（9）的末端面分别与硬塑料管（7）的上部外侧面和下部外侧面固定，且两根径向连接杆（9）相互平...
【专利技术属性】
技术研发人员：马杰，李玉清，武寄洲，肖连团，贾锁堂，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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