TMT tertiary mirror axis calibration with laser tracker

A novel fiber Bragg grating(FBG)displacement sensor is proposed,which can achieve wide measuring range displacement detection with variable measurement precision due to its mechanical transfer structure of helical bevel gear.A prototype is designed and fabricated.The maximum detection displacement of this prototype is 1.751 m,and the precision grade changes from 0.2%to 6.7%.Through analyzing the experiment data which is obtained in the calibration experiment,the measuring range of this sensor is from 0 m to 1.532 m,and the wavelength shift errors between experiment data and theory calculation are all less than 5%.     

从严注汽过程管理提高锅炉注汽干度

注汽干度是衡量注汽质量的重要参数,注汽干度的高低直接影响着注汽后的稠油开采。文中介绍了提高注汽干度的优先原则,提出了锅炉优选到位、锅炉自控调整到位、锅炉运行中压力流量干度三者选择调整到位和雾化参数调整到位等4项主要措施。实践证明,这些措施均十分有效。     

基于离焦星点图的RC式望远镜装调技术

为了实现大口径望远镜的装调,基于离焦星点图的图像处理和分析,研究了RC式望远镜的装调技术.首先,根据横向几何像差分析离焦像点图像和系统装调误差之间的关系,重点讨论了横向误差中离心和倾斜导致的偏心彗差和内外轮廓圆的圆心位置偏离距离的关系,以及彗差消除后残余的像散导致外轮廓椭圆的偏心率随长轴增大而逐渐减小的特点.然后,分析...     

发射望远镜的设计与装调

根据发射望远镜的结构特点,设计了口径为270mm的梅逊反射无焦卡塞格林式发射望远镜并对其进行了装调与检测以满足激光发射及激光准直性的要求。基于光学原理确定了同轴反射式光学结构的设计方法和系统参数。用有限元分析方法对比桁架式与圆筒式主支撑结构以及三翼梁和四翼梁次镜支撑结构在不同工况下的变形,选定桁架式三翼梁支撑结构用于该望远镜。通过设计适当的主、次镜装调结构,配合干涉仪和自准直平面镜,分析了次镜偏心引起的系统像差,得到灵敏度矩阵并用于系统的装调和检测。得到的结果显示系统的波前误差RMS为0.146 7λ,PV为0.73941λ(λ=632nm)。检测结果表明,桁架式结构的镜头能满足发射望远镜系统对像质的要求,可实现激光发射并保证激光的准直性。     

基于极大似然估计的TMT三镜轴系装调

为了完成TMT三镜轴系的检测与装调,引入了极大似然估计来完成TMT三镜轴系装调。首先提出利用两过定点的相交拟合平面辨识一条空间直线;之后考虑到测量数据噪声类型的不确定性,提出使用极大似然估计对三镜机械轴位置参数进行辨识,并在MATLAB产生的一组带有高斯白噪声的训练集上对两个拟合平面所过定点位置进行优化,拟合轴线与理想轴线的夹角由优化前的6.29降低为优化后的5.24,优化量为17%;然后选定Vantage激光跟踪仪作为TMT大型轴系的检验工具,利用之前的优化方案,得出在该方法下TMT三镜轴系的定位残差为2.9,小于TMT招标方提出的指标4。文中将极大似然线性拟合用于TMT三镜轴系装调,提出了一种实时性强、适用范围广的方法,对于其他大口径光学系统轴系的检测与调节也有很大的借鉴意义。     

基于液压支撑的大口径主镜稳像技术

望远镜的俯仰运动会使主镜相对镜室的位置发生改变,进而影响望远镜的稳定成像。为了校正主镜位置变化,本文提出了利用液压支撑对主镜相对镜室位置进行实时控制,实现对主镜稳像的方法。利用实验室现有的1.23mSiC主镜为监测目标搭建了测试系统,设计了基于6个位移传感器的位置监测系统。在未启用和启用液压稳像技术两种状态下,测试了主镜位置变化,并对主镜位置进行解算,试验结果表明液压支撑技术有确实的稳像效果。当镜室转动40°时,未稳像的主镜其X向平移变化为150μm,绕X轴转角为2.5"。采用液压稳像后,X向平移变化减小为3μm而绕X轴转角减小为0.4"。测试结果表明,基于液压支撑的主镜稳像技术可以实现对主镜位置的实时检测和控制。     

大口径SiC轻量化反射镜柔性带式支撑静摩擦影响

采用柔性带式支撑方式的大口径光学反射镜与支撑带之间的静摩擦力对反射镜面形精度影响较大,而且该影响难于直接定量测量。针对这一实际情况,考虑到温度变化将引起静摩擦力状态变化这一规律,建立了温度—静摩擦力间的关系表达式;接着,以反射镜所受静摩擦力与环境温度关系为基础,通过测量不同温度下的反射镜面形精度,间接推算出静摩擦力对反射镜面形精度的影响;以1.2米SiC轻量化反射镜为研究对象,利用干涉仪检测其柔性带式支撑机构在不同温度下的面形精度,并利用实测数据推导出温度—静摩擦关系的相应系数;最后借助ANSYS软件,对带式支撑机构的受力情况进行仿真分析。实测结果与仿真分析结果一致性较好,说明该研究方法可较为准确地推导出静摩擦力对大口径SiC轻量化反射镜面形影响。     

主次镜系统的计算机辅助装调

为了实现大口径望远镜系统的装调,提高其光学成像质量,研究了望远镜装调像差和计算机辅助装调技术。首先针对RC式望远镜系统,分析了装调过程中由于次镜偏心和倾斜导致系统模型产生的扰动误差。针对实际调整过程中选择零彗差点和曲率中心作为旋转中心进行调整的特点,分析了这两个旋转点的选择对系统像差和指向精度的影响。然后结合计算机辅助装调原理,研究了关于恒定彗差、线性像散与模型相关的灵敏度矩阵的特殊形式,结合波像差理论与光学软件Code V模型仿真来实现装调技术。最后,针对1 m级望远镜系统进行了安装调整。实验结果表明:装调后系统的RMS达到了0.144 5λ,大大优于装调前的1.214λ,证实了该方法具有较好的精度、抗干扰能力和实际应用价值。     

环境对大口径SiC轻量化主镜视宁度的影响

由于地基大口径望远镜主镜视宁度与望远镜系统成像质量相关,本文研究了环境对主镜视宁度的影响。理论分析了影响主镜视宁度大小的因素,得出主镜视宁度会随主镜表面和环境之间温差的增大而增大的结论。利用有限元法分析了自然对流和吹风条件下主镜的温度变化和温度分布;最后通过相应工况条件下2mSiC轻量化主镜的温度测试实验对仿真分析结果进行了验证。实验结果显示:在初始温差为6℃的无风自然对流情况下,主镜与环境达到温度平衡约需4h;而在初始温差为8℃的吹风情况下,主镜与环境达到热平衡仅需1.5h。分析和实验结果表明:采用强迫对流热控措施可快速而有效地将主镜视宁度控制在合理的范围内,可获得更多的望远镜观测时间,同时保证大口径望远镜系统的成像质量。     

GSSM系统抖动测量误差分析

30 m望远镜三镜是世界上最大的平面镜，由于其复杂的功能，又被称作大型科学可控反射镜（Giant Steering Science Mirror，GSSM）。为了更好地分析与抑制GSSM在实现光线中继功能时的抖动，需要对抖动有精确的测量。由于GSSM抖动的要求特殊且严格，在测量之前，需要对抖动测量的误差进行仔细地分析与理解，才可以更好地完成检测任务。首先，文中针对使用编码器进行抖动测量的情况，在不同的测量方案以及相对距离下，通过蒙特卡洛方法可以得到由激光跟踪仪进行标定的误差:俯仰轴线的定位误差，在轴上测量的期望为1 m，小于轴外测量的3 m；方位轴线的定位误差在激光跟踪仪偏离两米的情况下为4.6 m。之后对加速度计测量抖动的误差进行了考虑，首先推导了使用功率谱方法的完备性条件；之后使用累积功率谱对于333B32的标定结果进行处理，得到当采样频率为2 048 Hz，0.05 Hz以外的频段，其精度为0.6 m。抖动的测量以及误差分析，不仅是GSSM建设过程中十分重要的环节，同时，它可以为大口径望远镜建设提供宝贵的统计学先验知识，并对于系统工程的发展是一种很好的推动。