Hsm мотор что такое

Ультразвуковой двигатель

Ультразвуковой двигатель (Ультразвуковой мотор, Пьезодвигатель, Пьезоэлектрический двигатель), (англ. USM — Ultra Sonic Motor, SWM — Silent Wave Motor, HSM — Hyper Sonic Motor, SDM — Supersonic Direct-drive Motor и др.) — двигатель, в котором рабочим элементом является пьезоэлектрическая керамика, благодаря которой он способен преобразовать электрическую энергию в механическую с очень большим КПД, превышающим у отдельных видов 90 %. Это позволяет получать уникальные приборы, в которых электрические колебания прямо преобразуются во вращательное движение ротора, при этом усилие, развиваемое на валу такого двигателя столь велико, что исключает необходимость применения какого-либо механического редуктора для повышения крутящего момента.

Содержание

Конструкция

Ультразвуковой двигатель имеет значительно меньшие габариты и массу по сравнению с аналогичным по силовым характеристикам электромагнитным двигателем. Отсутствие обмоток, пропитанных склеивающими составами, делает его пригодными для использования в условиях вакуума. Ультразвуковой двигатель обладает значительным моментом самоторможения (до 50 % величины mах крутящего момента) при отсутствии питающего напряжения за счет своих конструктивных особенностей. Это позволяет обеспечивать очень малые дискретные угловые перемещения (от единиц угловых секунд) без применения каких-либо специальных мер. Это свойство связано с квазинепрерывным характером работы пьезодвигателя. Действительно, пьезоэлемент, который преобразует электрические колебания в механические питается не постоянным, а переменным напряжением резонансной частоты. При подаче одного или двух импульсов можно получить очень маленькое угловое перемещение ротора. Например, некоторые образцы ультразвуковых двигателей, имеющие резонансную частоту 2 МГц и рабочую частоту вращения 0,2-6 об/сек, при подаче одиночного импульса на обкладки пьезоэлемента дадут в идеальном случае угловое перемещение ротора в 1/9.900.000-1/330.000 от величины окружности, то есть 0,13-3,9 угловых секунд. [1]

Одним из серьёзных недостатков такого двигателя является значительная чувствительность к загрязнениям.

Принцип работы

На «гибкий» статор «подается» переменное напряжение высокой частоты, которое вынуждает его производить ультразвуковые колебания, формирующие механическую бегущую волну, которая и толкает (зацепляет) расположенный рядом ротор. Простота принципа сложна в реализации. И если обычный электродвигатель можно сделать практически «на коленке», ультразвуковой без сложного оборудования не создать.

Применение

Ультразвуковой двигатель может с успехом использоваться в тех областях техники, где необходимо достижение минимальных угловых и линейных перемещений. Например, в астрономии, в космических исследованиях, где требуется точная ориентировка по весьма малым объектам (звездам); в ускорителях заряженных частиц, где необходимо удерживать пучок в строго заданных геометрических координатах; в научных исследованиях при изучении кристаллографической структуры (ориентировка головки гониометра); в робототехнике и т. д.

Такие устройства также используются в объективах для однообъективных зеркальных фотоаппаратов. Вариации названия технологии в таких объективах различных производителей:

Canon — USM, UltraSonic Motor;
Minolta, Sony — SSM, SuperSonic Motor;
Nikon — SWM, Silent Wave Motor;
Olympus — SWD, Supersonic Wave Drive;
Panasonic — XSM, Extra Silent Motor;
Pentax — SDM, Supersonic Drive Motor;
Sigma — HSM, Hyper Sonic Motor;
Tamron — USD, Ultrasonic Silent Drive, PZD, Piezo Drive.

В станкостроении такие двигатели применяются для сверхточного позиционировании режущего инструмента. К примеру есть специальные резцедержатели для токарных станков с микроприводом резца.

Ультразвуковой мотор — Ultrasonic motor

Ультразвуковой двигатель представляет собой тип пьезоэлектрического двигателя питается от ультразвуковой вибрации компоненты, на статоре , размещенную против другого компонента, причем ротора или ползуном в зависимости от схемы работы (вращение или линейного перевода). Ультразвуковые двигатели отличаются от других пьезоэлектрических двигателей несколькими способами, хотя в обоих обычно используется какая-либо форма пьезоэлектрического материала, чаще всего цирконат-титанат свинца и иногда ниобат лития или другие монокристаллические материалы. Наиболее очевидным отличием является использование резонанса для усиления вибрации статора, контактирующего с ротором в ультразвуковых двигателях. Ультразвуковые двигатели также обеспечивают сколь угодно большие расстояния вращения или скольжения, в то время как пьезоэлектрические приводы ограничены статической деформацией, которая может быть вызвана в пьезоэлектрическом элементе.

Одно из распространенных применений ультразвуковых двигателей — в линзах фотоаппаратов, где они используются для перемещения элементов объектива как часть системы автофокусировки. Ультразвуковые двигатели заменяют более шумные и часто более медленные микромоторы в этом приложении.

СОДЕРЖАНИЕ

Механизм

Сухое трение часто используется при контакте, а ультразвуковая вибрация, индуцированная в статоре, используется как для передачи движения ротору, так и для модуляции сил трения, присутствующих на границе раздела. Модуляция трения позволяет перемещать ротор в объеме (т. Е. На протяжении более одного цикла вибрации); без этой модуляции ультразвуковые двигатели не работали бы.

Обычно доступны два различных способа управления трением на поверхности контакта статора и ротора, вибрацией бегущей волны и вибрацией стоячей волны . Некоторые из самых ранних версий практических двигателей 1970-х годов, разработанные Сашидой, например, использовали вибрацию стоячей волны в сочетании с ребрами, расположенными под углом к контактной поверхности, чтобы сформировать двигатель, хотя и вращающийся в одном направлении. В более поздних разработках Сашиды и исследователей из Matsushita , ALPS и Canon использовалась вибрация бегущей волны для получения двунаправленного движения, и было обнаружено, что такая конструкция обеспечивает более высокую эффективность и меньший износ контактных поверхностей. В ультразвуковом двигателе с исключительно высоким крутящим моментом « гибридный преобразователь » используются пьезоэлектрические элементы с круговой и осевой полярностью вместе для объединения осевых и крутильных колебаний вдоль поверхности контакта, представляя технику управления, которая находится где-то между методами управления стоячей и бегущей волнами.

Ключевым наблюдением при исследовании ультразвуковых двигателей является то, что пиковая вибрация, которая может быть вызвана в конструкциях, происходит при относительно постоянной скорости вибрации независимо от частоты. Скорость вибрации — это просто производная по времени вибрационного смещения в конструкции и не связана (напрямую) со скоростью распространения волны внутри конструкции. Многие технические материалы, подходящие для вибрации, допускают пиковую скорость вибрации около 1 м / с. На низких частотах — скажем, 50 Гц — скорость вибрации 1 м / с в низкочастотном динамике приведет к смещению около 10 мм, что видно. По мере увеличения частоты смещение уменьшается, а ускорение увеличивается. Поскольку вибрация становится неслышной на частоте 20 кГц или около того, вибрационные смещения составляют десятки микрометров, и были созданы двигатели, которые работают с использованием поверхностной акустической волны (SAW) с частотой 50 МГц, которые имеют колебания всего в несколько нанометров. Конструкция таких устройств требует особой осторожности, чтобы обеспечить необходимую точность для использования этих движений внутри статора.

В более общем смысле, существует два типа двигателей, контактный и бесконтактный, последний из которых встречается редко и требует рабочей жидкости для передачи ультразвуковых колебаний статора к ротору. Большинство версий используют воздух, например, некоторые из самых ранних версий Ху Цзюньху. Исследования в этой области продолжаются, особенно в области акустической левитации в ближнем поле для такого рода приложений. (Это отличается от акустической левитации в дальней зоне, которая удерживает объект на расстоянии от половины до нескольких длин волн от вибрирующего объекта.)

Приложения

Canon была одним из пионеров ультразвукового двигателя и прославила USM в конце 1980-х, включив его в свои автофокусные объективы для крепления объектива Canon EF . С начала 1980-х годов Canon, ее главный конкурент по производству объективов Nikon и другие промышленные предприятия зарегистрировали многочисленные патенты на ультразвуковые двигатели . Canon не только включила ультразвуковой двигатель (USM) в свои объективы для цифровых зеркальных фотоаппаратов , но и в мостовую камеру Canon PowerShot SX1 IS . Ультразвуковой двигатель сейчас используется во многих бытовых и офисных электрониках, требующих точного вращения в течение длительных периодов времени.

Эта технология была применена к фотообъективам множеством компаний под разными названиями:

Canon — USM , Ультразвуковой мотор
Minolta , Konica Minolta , Sony — SSM , Super Sonic wave Motor (кольцевой мотор)
Nikon — SWM , бесшумный волновой двигатель
Olympus — SWD , сверхзвуковой волновой привод
Panasonic — XSM , сверхтихий мотор
Pentax — SDM , сверхзвуковой динамический двигатель
Sigma — HSM , Hyper Sonic Motor
Sony — DDSSM , Super Sonic wave Motor с прямым приводом (линейный двигатель)
Tamron — USD , ультразвуковой бесшумный привод; PZD , Пьезо Драйв
Actuated Medical, Inc. — Ультразвуковой двигатель с прямым приводом , совместимый с МРТ

nesovet

мастерская lensservis.ru

Недолговечный мотор автофокуса. Он же USM, HSM, SWM, SSM.

В интернете об ультразвуковом моторе или хорошо или ничего. И быстрый и бесшумный и простая конструкция.
Я о недостатках и ресурсе работы. И расскажу, кому интересно, про конструкцию.

Конструкция, действительно простая как мычание. Вся сложность в материалах.
На мягкий металл наклеиваются полоски из пъезокерамики, котрая совершает колебания при подаче на нее напряжения высокой частоты.
Частота 30000 колебаний в секунду.
Кольцо, на которое наклеены пластины имеет такую же резонансную частоту.
С другой стороны кольца делаются такие прорези и получается. как бы сороконожка.
При колебаниях ножки толкают нижнее кольцо, которое есть ротор мотора.
Верхнее кольцо статор.

Черненький — ротор, в роторе фланцевая пружина, обеспечивает лучшее прилегание.
плотное прилегание ротора и статора очень важно, амплитуда колебаний очень мала.

Шлейф трехпроводной, правая пъезопластина, левая и масса.

Это пружина, которая прижимает статор к ротору.
первое слабое место мотора.
Когда пружина ослабевает, мотор перестает работать.
Статор колеблется, но ротор не вражается, сцепление слабое.

Сверху зажимное кольцо оно сжимает весь «сэндвич» конструкции

И нигде никакой смазки, до нижнего подшипника.

Между статором и кольцами, которые вращают линзоблок фокусировки лежит резиновое кольцо.
оно обеспечивает зацепление.
Статор и ротор соприкасаются непосрдственно и между ними постоянно есть трение.
Материал статора мягкий, иначе колебаний бы не было, ротор алюминиевый.
На ротор нанесено покрытие для уменьшения износа.
НО износ происходит. И как только прижим ослабевает, мотор перестает работать.
В конструкции сломаться вообщем нечему, поэтому, если у вас перестал работать автофокус поднесите объектив к уху.
Писк мотора слышен, хоть это и ультразвук.
Ну в конце концов дайте послушать собаке.
Колебания есть, вращения ротора нет.
В общем, ремонту не подлежит.
Мало того, что есть износ статора, изменяется профиль зубцов.
Подхалтурить можно, сильнее выгнуть прижимную пружину, но она со временем распрямится.
Можно подложить колечко под пружину, но это та же халтура.
И если микро моторчик для объектива 18-55мм стоит 900 рублей, то такой мотор для никона стоит 12000 рублей.
Но если стекло хорошее, можно заменить мотор.
Так, что друзья мои, ЭТО мануальные стекла были вечные, AF-S совсем другая история.
Хотя после отказа автофокуса они тоже становятся мануальными.

Вот собственно и все секреты ультразвукового мотора.
Ремонтировать без подготовки не советую, там есть тонкости.
Успехов в фотографии.

Защищаем приватные ключи от кражи из VPS

В начале каждого семестра студенты магистерской программы кафедры МиИТ Академического университета (СПб) и представители компаний-партнеров собираются вместе. Представители рассказывают о проектах, над которыми можно будет работать, а студенты выбирают их.

В одном из проектов, сделанных в Parallels Labs, наш студент исследовал возможность реализации виртуального Hardware Security Module (HSM). В результате он добавил свою реализацию VHSM в open-source проект OpenVZ. Подробнее о его решении читайте под катом.

Что такое HSM

Представим себе приложение, которое подписывает отправляемые на сервер данные с помощью приватного ключа. Пусть утеря данного ключа неприемлема для его собственника. Как защитить такой ценный ключ от утечки в результате удаленного взлома системы? Подход с использованием HSM предлагает нам вообще не давать уязвимой части системы доступ к содержимому ключа. HSM – это физическое устройство, которое само хранит цифровые ключи или другие секретные данные, управляет ими, генерирует их, а также производит с их помощью криптографические операции. Все операции над данными производятся внутри HSM, а пользователь имеет доступ только к результатам этих операций. Внутренняя память устройства защищена от физического доступа и взлома. При попытке проникновения все секретные данные уничтожаются.

Чтобы начать использовать HSM, пользователь должен себя аутентифицировать. Если аутентификация выполняется через приложение-клиент HSM, работающее в уязвимой части системы, то возможен перехват пароля HSM злоумышленником. Перехваченный пароль даст возможность злоумышленнику использовать HSM без получения секретных данных, хранящихся в нем. Таким образом, аутентификацию желательно выполнять в обход уязвимой части системы, например, при помощи физического ввода PIN.

Основным барьером в использовании HSM является их высокая стоимость. В зависимости от класса устройства цена может варьироваться от 10$ (USB токены, smart карты) до 30000+$ (устройства с аппаратным ускорением криптографии, защитой от взлома, high availability функциями). Провайдеры cloud решений не оставили без внимания рынок HSM. Например, Amazon продает свой облачный HSM по средней цене 1373$ в месяц.

Одной из основных особенностей HSM является изоляция уязвимой части системы, использующей криптографические сервисы, от HSM, исполняющей эти сервисы. Заметим, что отдельные инстансы (виртуальные машины, контейнеры и т.д.), в облаке изолированы друг от друга, поэтому если вынести функции HSM за пределы уязвимого инстанса в другой изолированный от внешнего мира инстанс, то мы достаточно точно воспроизведем функциональность физического HSM. Такой подход мы назвали Virtual HSM (VHSM). Рассмотрим как он был реализован нашим студентом для проекта OpenVZ.

Что такое OpenVZ

OpenVZ – это одна из технологий для запуска множества изолированных ОС Linux на одном ядре Linux. При этом говорят, что каждая ОС Linux работает в отдельном контейнере. Если сильно упрощать, то фактически в ядро Linux встроена функциональность, которая позволяет изолировать приложения, приписанные разным контейнерам так, чтобы они не подозревали о существовании друг друга. Приложения не могут сменить свой контейнер. Для лучшей изоляции и безопасности коммуникация между приложениями из разных контейнеров при помощи средств IPC запрещена. Обычно она осуществляется с помощью сетевых соединений. В итоге мы видим сходство контейнеров с “обычными” виртуальными машинами. OpenVZ и технологии на ее основе популярны у хостинг провайдеров для создания VPS. В Академическом университете уже делались проекты, связанные с контейнерной виртуализацией. Например habrahabr.ru/company/parallels/blog/174211. Parallels – главный разработчик OpenVZ. Вполне закономерной стала реализация VHSM именно для OpenVZ.

Архитектура Virtual HSM

Client VE – контейнер OpenVZ, в котором выполняются пользовательские приложения, требующие для своей работы криптографические сервисы, такие как шифрование, подпись и т.д. Контейнер доступен для удаленных атак с целью кражи цифровых ключей.
VHSM virtual environment (VHSM VE) — контейнер OpenVZ, в котором запущен VHSM server – демон, принимающий команды от приложений в Client VE и исполняющий их. Никаких других приложений в VHSM VE не запущено. VHSM VE изолирован от обычных пользовательских контейнеров при помощи OpenVZ. У контейнера нет сетевых интерфейсов и он не доступен по сети.
Transport – модуль ядра Linux, предназначенный для передачи сообщений из Client VE в VHSM VE и обратно.
VHSM API – библиотека, реализующая часть стандартного для HSM интерфейса PKCS #11, передающая команды приложений из ClientVE в VHSM server при помощи transport, и возвращающая результат выполнения команды приложению в ClientVE.

Рассмотри каждый компонент подробнее.

VHSM virtual environment

Сервер VHSM отвечает за аутентификацию пользователей, взаимодействие с хранилищем секретных данных и выполнение криптографических операций. Кроме сервера VHSM, VHSM VE содержит Secure Storage – базу данных, хранящую важную информацию в зашифрованном виде. Каждый пользователь VHSM имеет свой мастер ключ, которым шифруются его данные. Мастер ключ генерируется из пароля пользователя при помощи функции PBKDF2. Передаваемая ей на вход соль хранится в незашифрованном виде в базе данных. Таким образом, VHSM не хранит мастер ключ пользователя в БД, а использование PBKDF2 существенно снижает скорость перебора исходного пароля пользователя при краже БД.

Пользователь регистрируется в VHSM администратором, в роли которого может выступать как человек, так и программа. При регистрации пользователя VHSM генерирует 256-битный ключ аутентификации и шифрует его мастер ключом с помощью AES-GCM. Далее, перед использованием VHSM, пользователь аутентифицирует себя парой логин-пароль. Во время аутентификации, мастер-ключ, сформированный из пароля и соли, используется для расшифровывания ключа аутентификации пользователя. Использование GCM позволяет проверить правильность мастер-ключа при расшифровке. Мастер-ключ получается из пароля пользователя, и потому проверка его правильности позволяет проверить и сам пароль пользователя, переданный при аутентификации. После успешной аутентификации пользователю становятся доступны криптографические сервисы, использующие хранящиеся в VHSM цифровые ключи пользователя.

VHSM требует явного выбора контейнеров, из которых конкретный пользователь может работать с VHSM. Информация о контейнере, из которого получена команда пользователя, предоставляется OpenVZ.

VHSM API

Это C-библиотека, находящаяся в пользовательских контейнерах и реализующая часть стандартного для HSM интерфейса PKCS#11, позволяющего управлять ключами, данными, сессиями, цифровой подписью, шифрованием и т.д. Рассмотрим конкретный пример использования VHSM API:

Приложению в пользовательском контейнере необходимо подписать отправляемое сообщение.
При помощи VHSM API приложение генерирует пару открытый-закрытый ключ, получает ID закрытого ключа и открытый ключ.
Приложение передает сообщение в VHSM API для подписывания закрытым ключом с нужным ID. VHSM API возвращает подписанное сообщение.
Подписанное сообщение и открытый ключ передаются получателю сообщения. При этом закрытый ключ не доступен клиентскому контейнеру.

В клиентской части проекта также были реализованы OpenSSL engine и PAM-модуль, позволяющие работать с VHSM в существующих приложениях, использующих OpenSSL и PAM. Однако, эта часть проекта слабо проработана и представляет собой скорее proof of concept.

VHSM Transport

Как было сказано выше, приложения, исполняющиеся в разных контейнерах, не могут взаимодействовать друг с другом при помощи механизмов IPC Linux. Поэтому для транспортировки сообщений от клиентов к серверу и обратно был реализован свой загружаемый модуль ядра Linux. Модуль запускает Netlink-сервер в ядре, а VHSM-клиенты и VHSM-сервер соединяются с ним. Netlink-сервер отвечает за передачу сообщений от источника (клиента VHSM) к приемнику (серверу VHSM) и обратно. Попутно к сообщениям добавляется ID контейнера источника сообщения, чтобы, например, сервер мог отклонить запросы от контейнеров, из которых конкретному пользователю запрещено использовать VHSM.

Заключение

Основной целью создания VHSM было исключение возможности кражи секретных ключей из памяти пользовательских приложений, работающих в пользовательском контейнере. Эта цель была достигнута, т.к. секретные данные доступны только в изолированном контейнере (VHSM VE). Изоляция реализуется OpenVZ.

Утечка БД из VHSM VE не приведет к немедленной утрате секретных данных, т.к. они хранятся в зашифрованном виде. Ключ шифрования не хранится в БД, а генерируется из пароля пользователя, передающегося при его аутентификации.
Как и любая технология защиты иформации, приведенное решение является еще одним барьером на пути злоумышленника и не обеспечивает полной защиты информации.

Источник