SX-700单色器光栅正弦机构数值模拟分析与测试

SX-700单色器是上海光源(SSRF)软X射线谱学显微光束线的核心部件;光栅正弦机构是其重要的组件,其波长扫描转角重复精度要求优于0.43”。为了验证设计能达到预期的精度指标,本文详细介绍了该单色器光栅正弦机构的转角精度误差来源,运用有限元分析软件ANSYS对光栅正弦机构中的正弦杆和驱动杆进行数值模拟,根据模拟结果对光栅正弦机构的转角精度进行误差分析,得转角重复精度为0.28”。利用我们建立的一套由光电自准直仪组成的测试系统测得光栅正弦机构的转角重复精度为0.15”。结果表明：光栅正弦机构的设计满足转角重复精度要求。     

变包含角平面光栅单色器扫描转角精度的检测

针对上海光源(SSRF)软X射线谱学显微光束线站高分辨变包含角单色器(VAPGM)在超高真空环境下对波长扫描机构转角精度的现场测试,提出了一种实用、有效的检测方法。采用自制的多角棱镜,结合高精度光电自准直仪进行现场测试。首先,介绍了单色器波长扫描原理,给出角度与波长的关系;接着,理论分析了转角精度与系统分辨率之间的关系;最后,介绍了该方法的检测原理、装置及检测步骤。利用该方法完成了VAPGM平面镜(PM)和平面光栅(PG)转角精度的检测,结果分别为0.19″,0.22″,满足单色器技术指标要求。在电离室在线检测了标定后的单色器系统的分辨率,测试结果好于10000,进一步验证了该检测方法的有效性。

     

同步辐射单色器冷却压弯机构

研究了带有柔性铰链组合体的冷却压弯机构,以用于减少晶体的热变形.给出了晶体热变形的种类及其机理,以及冷却压弯机构的受力分析及机构结构.运用有限元方法对这种机构进行了分析.结果表明:此种机构大大降低了第一晶体的热变形,在承受5N/mm²峰值功率密度条件下,面型误差仅为0.04μrad 3μrad,远远小于同步辐射光束线设计要求.结果还表明:此种机构尤其适用于高热载情况,是解决第三代同步辐射光源关键技术.     

双晶单色器微调机构柔性铰链的设计

阐述了双晶单色器微调机构的基本原理,对其关键零件柔性铰链的设计作了详细介绍,利用计算机进行优化计算,应用有限元法对柔性铰链作了应力与变形分析。结果表明,有限元分析的计算值与实验测量值接近,说明采用柔性铰链的微调机构能满足精度要求。     

同步辐射X射线双晶单色器联动机构

提出了一种实现固定空间输出位置同步辐射双晶单色器的方法及联动机构。分析了基于Bragg衍射原理的此类X射线双晶单色器发展状况,尤其是在能量扫描过程中,通过运动补偿实现出射光束方向与位置固定的方法,总结了各种机械联动机构。在综合凸轮耦合运动机构及直角联动机构运动特点基础上,详细描述了国家同步辐射实验室成功研制的X射线双晶单色器L型联动机构特征,其融合了二者的优点,简化了结构与运动,重点分析了其结构原理与运动关系,以及机构运动的实现与第二晶体自身微调,并对其性能做了进一步的讨论。测试结果表明,L型联动机构完全适用于实现3.1~12.4keV整个能量范围的全谱扫描实验研究。     

单色器杂散光模拟分析与验证

杂散光是衡量光谱仪器性能的重要指标。本文以荧光检测器中的单色器设计为例,分析了单色器杂散光的主要来源,通过建模及ASAP软件对单色器中杂散光的形成和分布进行了模拟,并通过实验验证了模型的正确性。在此基础上,本文初步讨论了单色器外罩内壁各表面对杂散光的影响及贡献,增加不同的光陷阱结构,并模拟了其对改善系统杂散光性能的效果。     

正弦楔块细分机构的设计

文章介绍了我所研制的分布反馈染料盒中的染料盒转动机构,着重介绍了细分机构的设计,对细分机构一正弦楔块机构的精度进行了详细的分析。     

梦之线光栅单色器温度起伏对能量漂移的影响

为了确保光栅单色器温度起伏引起的能量漂移不影响光束线的表观能量分辨率,建立了单色器高精度的恒温环境。结合上海光源梦之线设计,根据光栅衍射方程推导出单色器温差与能量漂移之间的关系;据此设计了沿光束方向温度起伏较小的单色器恒温环境,测试了温度控制系统不同条件下的长期温度稳定性,并通过长时间多次测量氮气K边吸收谱的方法,得到了相应的能量漂移。结果显示:温度控制系统未启动的情况下,棚屋内最大温度变化约为0.62K,测得的能量漂移约为49 meV;温度控制系统使用独立冷水机时,最大温度变化约为0.20 K,相应的能量漂移约为17meV。实验表明,建立的单色器恒温环境满足设计要求,使得单色器温差引起的能量漂移对梦之线表观能量分辨率的影响得到有效控制。     

压电陶瓷精密转动平台的转角精度测量

提出了一种亚角秒精度的转角测量方法。利用ZYGO数字干涉仪测量压电陶瓷转动平台驱动待测标准平面镜偏转前后镜子面形精度的PV(PeakValley)值,二者的差值除以待测标准平面镜的直径,其结果近似等于压电陶瓷转动平台转动的角度。通过测量与误差分析,验证了压电陶瓷转动平台的转角精度小于1μrad(0.2″),而测量的总误差和压电陶瓷转动平台移动的角度大小有关,移动距离越大,产生的误差越大,但其相对误差小于1％。本测量方法证明压电陶瓷精密转动平台转角精度达到了极紫外太阳望远镜(EUT)0.8″的角分辨率的要求。     

提高模拟测量电路精度的方法分析

本文针对模拟测量电路的精度如何提高进行了深入的分析,并提出了两种行之有效的解决方案,从而提高了测量系统的稳定性,降低了系统测量误差,改善了系统测量精度。在工程实际中得到了验证,起到了良好的效果。     

基于凹面光栅的可调高分辨率单色仪结构设计及波长重复性分析

凹面光栅兼具成像和色散的能力,采用凹面光栅分光的单色仪能够很好实现小型化设计和应用到低于200 nm的真空紫外波段。光谱分辨率和波长重复性是单色仪的重要指标,针对单色仪的光谱分辨率,本文将光栅固有分辨率和由狭缝引起的增宽相结合推导出单色仪的光谱分辨率计算模型,利用自研微动狭缝进行实验验证,单色仪分辨率符合理论模型,极限分辨率优于0.1 nm;针对单色仪的波长重复性,在单色仪光机结构参数转换的基础上对波长重复性影响因素进行分析,推导出单色仪的波长重复性计算模型,利用汞灯作为光源进行波长重复性验证其波长重复性优于0.02 nm符合理论计算模型,验证了光机结构设计的有效性和理论分析的正确性。     

移动变换中的旋转角度计算

给出了移动变换定义;一般移动变换分解为先平移,求得重合的对应这后,在投影的基础上,经三次旋转达到重合的解析表达式;给出了相关的程序框图。     

悬置式3自由度并联机构的位置及转动性能分析

提出了一种新型的空间3自由度并联机构,该机构的运动平台具有2个移动自由度和1个转动自由度。建立了机构位置的正反解,对机构的转动能力进行了分析,计算出机构动平台在空间运动时的转动角度。同时．可以使整个机构沿x、y方向移动,增加了机构的工作空间。     

基于小偏转角和单表法的联轴器计算机辅助找正技术

针对传统找正方式的优缺点,寻求并推导出千分表在小偏转角的情况下计算联轴器径向偏差的几何原理.结合单表法找正技术,以小巧的上网本为编程平台,用VB实现可视化的联轴器计算机辅助找正过程,在满足大多数找正精度需要的情况下,用比激光对中仪低得多的成本实现了快速找正的目的.     

基于Pro/E的棘轮机构的运动仿真及动态分析

棘轮机构是指主动件通过摆动或作往复运动驱动棘轮,使棘轮作单向间歇转动,止动棘爪可阻止棘轮的逆向转动。利用Pro/E软件对常用的外接棘轮进行三维实体建模及装配,并运用Mechanism模块进行动态仿真分析,得出棘轮机构的角速度、角加速度随时间变化的曲线。     

新型两平移一转动并联机构位置分析及运动仿真

提出了一种两平移一转动并联机构,进行了结构学分析,包括其自由度计算及输出运动类型分析,给出了位置分析的正、逆解.通过SolidWorks及与其无缝集成的运动学分析模块--COSMOSMotion,开发了该机构的三维实体模型并进行了运动学仿真.分析表明该机构的位置分析求解容易,易于实时控制,可广泛应用于工业装配机器人、微动机器人、虚拟轴并联机床和多维减振平台等领域,同时验证了该机构的正确性.     

圆光栅测角系统示值误差分析与补偿

首先针对引起圆光栅测角系统示值误差的主要来源(光栅盘的偏心及倾斜)进行理论研究,同时提出光栅盘与转动轴的同轴安装方法;利用中国计量科学研究院的全圆连续角度标准装置(测量不确定度为0.05″)对待测圆光栅测角系统直接进行溯源性测试,避免了圆光栅安装过程和间接溯源性测试(多面棱体和光电自准直仪配合校准)过程中引入的仪器误差;其次利用谐波理论分析偏心和倾斜以及其它阶次误差在频谱中的分布;最后针对安装偏心和倾斜造成的误差,进行谐波补偿。实验结果表明,测角系统的示值误差从补偿前的100″减小到了10″,有效消除了光栅盘安装偏心、倾斜造成的稳定可复现的误差谐波成分。     

直线运动机构三维角误差同步测量方法研究

基于标准阶梯量块参数测量结果,提出了一种三维角度(偏摆、滚转、俯仰)同步在线测量方法,用于直线运动系统运动角误差的快速测量。该系统使用线激光传感器实现阶梯量块参数的实时采集,建立阶梯量块各参数与三维角度变化的数学模型。结合标定后的精密转台,完成系统测量稳定性及重复性的验证,将测量值与理论模型比较,确定±30°范围内的测量误差不超过1%。采用实验与软件计算相结合的方法完成角度测量分辨力的确定,结果显示标定后角度分辨率为0.001°。最后,利用本系统完成三维移动平台Z轴3项运动角误差的同步测量,测量结果验证了本系统具有简单、实用及高效的特点。     

空间第一组机构连杆扭角和回路的关系研究

从球面三角理论出发 ,对球面四杆机构构件扭角和机构回路的关系进行分析 ;通过球面 4R机构中最大扭角和最小扭角进行定义 ,给出了其所满足的三个条件与球面 4R机构的四种回路特性之间的联系 ,最后阐述了将此结论应用于第一组空间单环机构的方法。这对于机构分析与综合有重要的参考价值。     

变转速液压系统瞬时转速测量与误差分析

为实时监测柱塞马达的运行状态,准确测量瞬时转速,结合基于工控机与数据采集卡的瞬时转速测量原理与算法,讨论了数据量化误差的主要来源、影响机理以及处理方法,利用LabVIEW与Matlab混合编程的方法,设计了变转速液压系统柱塞马达瞬时转速的测量系统,通过实验验证了测速系统的可行性.仿真与实验结果表明,采样频率对马达转速测量具有重要影响.提高采样频率可以减小数据量化误差、提高测量精度.