致冷型二次成像离轴三反射镜光学系统设计

研究并设计了一种适合于致冷成像的离轴三反射镜光学系统.设计了二次成像的反射系统结构,将冷光阑作为系统的孔径光阑,得到100%的冷光阑效率,第二和第三反射镜将孔径光阑成像在第一反射镜的位置,有效地减小了第一反射镜的口径.通过调整每个反射镜的偏心与倾斜,实现系统的无遮拦,使用高次非球面校正像差,保证了系统的成像质量.设计的致冷型红外系统工作波段为3~5μm,焦距为500mm,F数为2,视场为10°×0.5°.该系统各视场的调制传递函数在奈奎斯特频率处(20lp/mm)都在0.5以上,并具有紧凑的结构.     

基于卷边结构的小型化三反射镜紧缩场设计

为了解决毫米波太赫兹小口径反射面紧缩场天线测量系统中电磁波边缘衍射对静区的影响和系统低交叉极化隔离度问题,提出了主镜加卷边的小型化三反射镜紧缩场设计方案。采用三个反射面结构配置改善系统交叉极化隔离度,由期望的出射近场分布函数调控静区宽度,采用增大馈源边缘锥度和添加卷边的方法实现降低幅值、相位抖动的目的。此外,在卷边设计中引入了坐标转换矩阵的方法,简化了设计流程。仿真结果表明, 采用所提基于卷边结构的小型化三反射镜紧缩场设计方案, 系统取得了较好的静区性能。     

一种空间遥感器反射镜柔性支撑结构

设计了刚度高、热适应强的反射镜柔性支撑结构。通过有限元模型分析,该支撑结构中的反射镜在±10℃的环境温度变化下,其反射镜面形精度RMS值达到1/50λ(λ=632.8nm)。     

中心支撑式铝合金反射镜组件优化设计

为了满足光学系统在复杂环境下具备高成像质量的要求,结合有限元手段和优化方法,设计了一种具有柔性环节的中心支撑反射镜组件结构。首先,从反射镜组件的材料选取入手,结合反射镜组件结构包络要求及理论计算结果,完成反射镜组件初始结构设计;其次,利用有限元方法,对反射镜组件模态和面形精度展开研究;最后,利用优化方法,以反射镜组件柔性槽尺寸及反射镜背部支撑厚度为设计变量,以反射镜组件一阶频率和镜面面形为优化目标,对反射镜组件初始结构进行优化设计。结果表明:优化后反射镜镜组件一阶频率为230.1 Hz;多工况下,反射镜反射面面形优于1/55λ(λ=632.8 nm),满足结构设计要求,可为成像光学系统反射镜结构设计提供参考。     

大口径纹影系统主反射镜装调结构分析与设计

研制纹影测试系统中大口径主球面反射镜的装调结构.利用有限元法,对有效通光口径直径为800 mm的主镜进行应力和面变形分析.采用断裂几率预测法校核玻璃机械强度,通过优化得出反射镜面变形的均方根(rootmean square,RMS),以此为依据,设计出满足系统技术要求的主镜装调结构.     

快中子照相CCD成像系统反射镜组件设计

基于反射镜组件的刚度、强度和热尺寸稳定性,采用背部4点支撑方案设计了反射镜组件。对反射镜组件进行的静、动态刚度及热尺寸稳定性分析结果表明,反射镜在重力载荷和4℃温升载荷及温度和重力耦合变形下,面形精度达到PV≤λ/10,RMS≤λ/50(λ=400nm)。模态分析结果证明该结构有足够的动态刚度。     

长条形空间反射镜镜体及其支撑结构设计

为了满足长条形空间反射镜的设计要求,从结构材料的选择、镜厚比确定、支撑方式与最佳支撑点位置的选择以及镜体轻量化等方面进行了详细的镜体结构设计。设计了一种空间反射镜柔性支撑结构,以满足温度载荷与装配误差0.05mm工况下镜体面形精度的要求。利用有限元分析软件对反射镜组件进行分析,反射镜组件在Z向1g重力、4℃温升以及0.05mm强制位移三种工况耦合作用下的面形误差峰谷值PV为20.5nm,均方根值RMS为4.75nm,优于PV值小于λ10,RMS值小于λ50的设计指标。组件一阶频率141.83Hz,满足动态刚度要求。组件分析结果表明,反射镜及其支撑结构设计合理,满足空间应用要求。     

指向反射镜轻量化及支撑结构设计与分析

为增长相机的曝光时间,改善成像质量,光学系统入瞳前方需要设置扫描机构进行俯仰方向的运动补偿。指向镜体轻量化及其支撑结构设计是扫描机构设计的关键环节。本文针对有效通光口径为320mm×260mm的一维指向反射镜进行了轻量化与支撑结构设计。设计从材料选择、轻量化设计和支撑方式等方面展开,指向镜轻量化后重量为6.245kg,轻量化率为58.4%;运用有限元方法对指向反射镜组件进行了分析,系统基频为196Hz,系统在1g重力载荷与±5℃均匀温变作用下的面形精度rms均优于λ/50、PV值均优于λ/10;最后采用模拟件进行了试验验证。最终得到满足设计要求的合理结构。     

中波红外发射系统光机结构设计与主镜的分析和检测

激光准直扩束系统被广泛应用在光通信、光测量等领域,可实现对出射激光准直和扩束,减小激光发散角,增强远场激光辐射强度。根据设计要求和光学系统特点,设计了口径为290mm的卡塞格林式中波红外发射系统,设计了主、次镜装调结构,并完成主镜支撑结构、次镜支撑结构、透射目镜支撑结构及其他部分的结构设计。用ANSYS Workbench对主镜支撑结构进行分析。主镜面形精度采用ZYGO干涉仪进行波像差检测,得到RMS为0.047λ(λ=4.7μm)。结果表明,设计的中波红外发射系统满足准直扩束系统对像质的要求,可实现出射激光的准直和扩束,且结构简单,易于加工装调,具有较高实际应用价值。     

超大口径凹非球面反射镜的动态干涉测量技术

为了克服超长光路造成的振动和大气扰动的影响,采用动态干涉测量结合补偿法进行超大口径凹非球面的精密检测.通过分析超大口径凹非球面反射镜检测的难点,采用动态干涉仪克服检测中振动和大气扰动,并利用Zemax光学设计软件,以口径3.5m的凹非球面反射镜为例设计了干涉补偿光路.误差分析结果表明,采用动态干涉仪和补偿法进行超大口径凹非球面反射镜面形检测,不仅可以克服振动和大气扰动的影响,还能达到λ/90以上的检测精度.     

电流模式线性变换高阶电流镜滤波器

为了设计具有电流控制功能的电流模式滤波器,研究了应用电流镜实现高阶线性变换有源滤波器。基于线性变换,给出了实现电流模式电流镜滤波器的系统设计简表,以便于设计全极点与椭圆函数滤波器。通过实例实现了仅由电流镜和接地电容组成的三阶椭圆低通滤波器。并采用0．18μm CMOS工艺对电路进行PSPICE仿真。仿真结果表明,该电路工作电压低（0．9V）,结构简单,灵敏度低,截止频率电流可调,适于全集成。     

CH-85 FMS故障分析及可靠性改进

建立了柔性制造系统(FMS)故障信息数据库,对柔性制造系统技术国家级重点实验室的主实验系统(CH 85FMS)的主要单元进行了故障分析,确定了CH 85FMS薄弱环节及应重点监测与维护的故障模式。     

基于数字微喷的金属粉末三维打印实现方法研究

金属三维打印能够实现复杂功能零件直接制造与净近成型,具有广阔的应用前景和重要的研究价值. 在高精度金属三维打印领域目前以选择性激光烧结(SLS)工艺为主,但由于选择性激光烧结工艺的设备成本高、模型成型时间长、金属粉末材料选择范围窄等原因,限制了其应用范围. 本文提出一种“基于数字微喷与UV光固化相结合的金属粉末三维打印”实现方法,开发出一套完整的硬件平台与软件系统,并进行了相关的实验,验证了工艺的可行性和开发系统的可靠性. 该方法为金属三维打印提供了新的实现方法,具有较高的研究价值和意义.     

基于图像处理的在线零部件检测技术

基于图像处理的在线检测技术在现代工业零件加工过程中倍受重视.以零件的在线检测技术为研究对象,给出了从原始图像采集到得出测量结果的相关处理方法,包括图像的信号预处理、边缘特征提取等.基于Hough坐标变换提取了零件直线参数;获得了零件的像素空间尺寸,并与标准件进行了校验标定,得出了零件的实际物理尺寸.实验数据表明,与标准件相比误差满足要求.     

光学反射镜结构材料优化研究

空间反射镜片的应用日益广泛,选择最佳综合性能的材料和结构是制造镜片首先需要解决的问题。为此,设计了不同材料的、不同减重结构的镜片,通过有限单元法程序模拟计算了镜片固有频率,以及重力、温度场和光源辐镜片面形的影响。通过计算结果的比较,确定光学玻璃、铍和碳化硅等太空镜片材料的适宜场合,以及优化镜片的减重结构。计算结果表明,铍镜片的综合性能最佳,但必须考虑其毒性;低温和光源辐照条件下,碳化硅镜片性能最佳。     

分层共轭自适应光学系统扩大校正视场的方法研究

为了扩大自适应光学(AO)系统的校正视场,本文分析了在主要湍流层的共轭面上设置多个变形反射镜(DM),即采用分层共轭自适应光学(MCAO)的方法。在自适应光学系统中,角度的非等晕性产生的波前误差主要取决于校正的模式数、大气介质折射率结构常数(C2n)的分布和系统的几何尺寸。文中阐述了一种基于泽尼克多项式空间校正函数的非等晕性计算方法,并进一步给出了在多激光导星(LGS)配合下,用一个夏克-哈特曼(SH)曲率传感器测量两个湍流层强度起伏的算法。结果表明,对于孔径为3.5m的望远镜,利用两个变形反射镜能够达到3弧分的校正视场。     

基于ESO的反射镜拓扑优化设计

针对目前反射镜拓扑优化存在的局限性和渐进结构优化的优点,提出了用渐进结构优化的方法对镜体进行拓扑寻优。分析了渐进结构优化的原理并进行了改进,同时对比了不同模型和删除参数的影响,对镜体在竖直和水平两种工况下分别进行分析,得到了在复合工况下材料的最佳分布(载荷传递路径),分析了这个结果与现有镜体结构形式的异同,给出了改进建议,根据上述最佳材料分布加以整理,提出了一种多点支撑下的镜体结构形式,对以后相关设计具有一定的参考价值。     

机动式激光大气通信机扩大校正视场的方法研究

激光大气通信机常常采用自适应光学（AO）系统补偿大气湍流的影响。传统的自适应光学视场非常小，本文分析了在主要湍流层的共轭面上设置两个变形反射镜（DM）的方法扩大自适应光学（AO）系统的校正视场，阐述了一种基于泽尼克多项式空间校正函数的非常晕性计算方法，并进一步给出了在多激光导星（LGS）配合下，用一个夏克－哈特曼（SH）曲率传感器测量两个湍流层强度起伏的算法。结果表明，利用两个变形反射镜能够达到3弧分的校正视场。     

舰船测量设备平行基准传递机构设计

为了实现舰船等测量设备的基准平行传递,设计了一种平行基准传递机构。该机构以平行放置的两块平面反射镜为平行度传递的基础,其中一块反射镜设计成半反半透镜,利用其反射及透射原理和自准直平行光管的自准直成像原理,实现两基准镜的平行度测量。在介绍了平行基准传递机构的工作原理的基础上,给出精度标定方法及误差不大于0.2″;介绍了两基准镜平行度检测方案,给出了检测结果,分析了影响测量结果的因素,两基准镜的平行度误差在X方向不大于0.75″,在Y方向不大于1.15″,测量系统的误差不大于0.35″。结果表明,平行基准传递机构具有设计简单、成本低、使用方便、测量精度高等优点,可在工程中推广使用。