双通道红外耦合旋转连接器

提出一种新型双通道旋转连接器。该连接器应用红外无线技术耦合光信号通过旋转面,可保证信号持续传输。分析了连接器的设计原理,并测试了旋转器固定和旋转两部分的转配误差引起的离轴距离、轴向距离及其相对转动对信号传输的影响。试验结果表明：只要旋转连接器的零件加工和装配精度符合设计要求,装配误差的影响可忽略;当旋转器两部分相对转动时,系统实际的传输速率与静态时的速率相同,均为1．46Mbps;此连接器对机械加工和装配精度的要求显著降低,生产成本减少。     

大内径离轴光纤旋转连接器的设计与实现

为了实现旋转系统之间的光信号耦合,设计了一 种新型的大内径离轴光纤旋转连接器。 将光纤准直器 和红外直角棱镜按照一定的规则排布在法兰盘上,使光信号能在较大离轴偏移量下保持持续 传输状态。分 析了影响离轴光信号传输耦合效率的主要因素,通过优化热扩芯光纤(TECF)准直器和红外直 角棱镜进一步减小了 离轴光纤旋转连接器的耦合损耗。研制的离轴光纤旋转连接器法兰盘内径为60mm, 内外法兰盘上的TECF准直器分别为16个, 并行光收发器实现串行光信号的收发。实验结果表明,本文的离轴光纤旋转 连接器在60RPM的转速和1.25Gbit/s的光信号 传输速率下最大插入损 耗为21.73 dB,可以满足旋转系统之间稳定传输光信号的要求。     

自聚焦透镜装配误差对光信号耦合效率的影响

旋转连接器内信号传输过程中,自聚焦透镜装配误差将引起信号传输系统额外耦合损耗。通过自聚焦透镜和光电探测器耦合系统,研究、测试了自聚焦透镜装配引起的轴向距离、角度偏差和离轴偏差对信号传输系统耦合效率的影响。试验结果表明,为了保证自聚焦透镜与光电探测器之间的耦合效率达90%以上,轴向距离应控制在0～15mm内,离轴偏差应在±0.5mm,角度偏差在-2°～+2°。     

低耦合损耗的光电混合光纤旋转连接器

设计了一种光电混合光纤旋转连接器,能实现相对旋转的光信号在较大对准误差范围内低损耗连接.旋转状态下的自聚焦透镜准直光纤输出的光信号,并由PIN光电探测器将其转换为电信号,冉由激光器根据电信号再生出原始光信号继续在光纤通讯系统中传输.该光电混合光纤旋转连接器在离轴偏移量至520μm或对准倾斜角至0.5°时的附加耦合损耗为0.3 dB,而采用双自聚焦透镜的光纤旋转连接器要获得小于3 dB的插入损耗,其离轴偏移或倾斜角度必须小于100 μm和0.10°相比之下,本文设计的光纤旋转连接器能降低系统对机械加上及装配精度的要求,具有较高的实用价值.     

多通道宽带光纤旋转连接器的实验研究

针对光纤旋转连接器在轴向旋转光通信系统中的应用和技术特点,研制了一种基于Dove棱镜和光纤准直器的空分复用多通道宽带光纤旋转连接器。通过分析光信号在多通道宽带光纤旋转连接器中的光路和光程,得出了850、1 310和1 550nm 3波长光路传输时的出射偏移量,并据此设计Dove棱镜的几何尺寸和光纤准直器收发光路,使其达到宽带耦合最佳位置。实验结果表明,经由多通道宽带光纤旋转连接器传输的850~1550nm波长信号最大插入损耗为4.7dB,回波损耗为43.78dB。光纤旋转连接器在-40~70℃时的插入损耗最大变化值为2.0dB。将光纤旋转连接器接入传输速率为1.32Gbit/s的数字视频复用系统中,数字信号的丢帧率为0,以太网和视频指标均满足实际信号传输要求。     

一种轴向磁驱动多通道光纤旋转连接器

通过对现有的多通道光纤旋转连接器结构优缺点进行比较,提出了一种轴向磁驱动多通道光纤旋转连接器结构。本光纤旋转连接器结构中旁轴通道光信号传输是通过主转动轴上光纤准直器与从动转轴中光纤准直器进行光路耦合,其耦合实现是通过磁驱动机构及精密齿轮传动机构来保证,中心通道光信号无间断传输是通过磁驱动机构实现。通过轴向尺寸的增加可实现通道数的增加。此光纤旋转连接器简单易行,避免了传统结构的诸多缺陷,简化了工艺、降低了成本。     

离轴旋转光通信系统的设计与实现

将两个光学准直器用于离轴旋转光通信系统,并分别置于通信系统中两端的旋转部件,使准直器的光轴与旋转部件的轴线平行,从而保证光信息在较大间距且相对旋转的两个筒状部件之间的可靠传输。结合光端机、光分路器、语音视频采集卡和电脑等设备,使系统具有实时传输语音视频信号的功能。实验结果表明,在旋转部件间距小于500mm,其转速小于120r/min的条件下,系统满足1.25Gbit/s的高速率光信号的稳定传输。     

低损耗旋转连接器的设计

利用波分复用技术（WDM）设计了一种多通道的光纤旋转连接器。文中测试了该旋转连接器的插入损耗和损耗的旋转变化量。该多通道旋转连接器的性能指标与已设计好的单通道的旋转连接器的性能指标相当。这种光纤旋转连接器具有制作费用低，损耗小的优点。     

离轴旋转光纤传输系统的设计与实现

为了实现光信号的离轴旋转连接,设计了一种新型的离轴旋转光纤传输系统。基于高斯光束传播理论,分析了大口径光纤准直器对高斯光束的扩束准直作用,利用ZEMAX对准直器的结构和输出光束特性进行了优化。对离轴旋转光纤传输系统进行了实验测量,结果表明大口径光纤准直器输出光束在50 mm的工作距离处能量分布满足高斯型,其束腰半径达到18 mm,远场发散角仅为5.48×10-2mrad,在1.25 Gb/s的信号传输速率及80 r/min的转速下,系统的最大连接损耗为23.28 d B,整体性能满足了旋转部件之间稳定传输高速光信号的要求。     

由8字形回路构成的光纤隔离器

一种新型光学隔离器包含光纤法拉第旋光器而不是普通晶体。当光通过平行磁场中的石英光纤时，偏振便逐渐转动。对于足够长的光纤，偏振面可移动45”或更多。而当光反向通过光纤时，偏振不会反向转动，因此，在增添适当取向的入射和击射偏振器情况下，该旋转器可起着单路光阀的作用。光纤法拉第旋光器早在1981年提出，但几个缺点妨碍了实用性实施。。为对多数应用有足够的旋转，需要有几米长光纤，因此，光纤必须绕成线圈，以便更为紧凑。遗憾的是，只是平行于磁场的光纤部分才对旋转有贡献，因此，回路内的净旋转为零。然而，如果回路半径调…     

基于透镜组的新型双通道光纤旋转连接器

针对现有双通道光纤旋转连接器(FORJ)所存在的问 题,提出了一种基于透镜组合系统的 新型双通道FORJ。其中心通道由两光纤准直器直接对准耦合而成,旁轴通道通过透镜组的圆 对称性实现旁轴通道光信号的连续 传输。旁轴通道是这种FORJ设计的关键,利用几何光学定律,通过光线追击法计算了 旁轴通道在准直器和大 芯径光纤分别作接收器下FORJ的光路图。最后测试了双通道FORJ的性能参数,实验结果表明 ,所提出的FORJ中心通道最大插入损耗为1.84dB,旋转变化量小于 0.59dB,回波损耗大于40dB;旁轴通道最大 插入损耗为2.40dB,旋转变化量小于0.76dB ,回波损耗大于45dB,完全可以满足双通道器件性能要求。     

L2范式距离的星图识别方法

在Hausdorff距离的基础上,提出一种不依赖于星敏感器的旋转方向和焦距等因素的星图识别方法。在构造Hausdorff距离的数据点集合时,采用基于L2范数对应的相对欧氏距离作为集合元素,解决星敏感器滚动对星图识别的影响;另一方面,由于受星敏感器焦距的影响,星敏感器图像与标准参考图也会存在误差。在构造标准数据点元素时,考虑到如果一个数据点集包含另一个数据点集,在这两个数据点集之间至少有两个数据点之间的L2范式距离是相同的。对L2范式Hausdorff距离进行比例化处理,每个集合中的相对空间距离除以本集合中最小的相对空间距离,构成一种新的数据点集。这种方法不需要对星敏感器图像由于焦距不同进行标定,避免了星敏感器焦距对星图识别的影响。给出了距离的计算公式和实现步骤,并给出了实验结果。结果表明:在星敏感器转动、尺度变换等情况下,该算法可以正确得到星图识别结果,从而获得星敏感器的姿态信息。     

偏转线圈磁场的测量

本文介绍了用双线圈测量偏转磁场的方法。文中首先导出双线圈处于x(或y)轴任意两个位置求算场参数H0、H2、H4的普遍公式。当两个小线圈的灵敏度稍有差异时,该公式仍然有效。利用沿x(或y)轴测得的一系列数据进行回归分析,求得场参数的最佳拟合值,可适用于离轴较远的距离。     

基于光纤滑环的旋转部件温度测量

提出由两个准直镜构成用于实现离轴旋转连接的光纤滑环,利用其与光纤布喇格光栅传感器结合,获得轴心被占用或为空心轴时旋转部件上温度测量的新方法。分析了影响光纤滑环插入损耗的主要因素,指出插入损耗对两准直镜间的横向错位和轴向夹角的变化很敏感,而对轴向间距的变化略显迟钝。旋转部件匀速转动过程中,光纤滑环的耦合信号为周期脉冲信号,测得信号的占空比为0.5%,与理论值基本相符。并利用光纤滑环对光纤布拉格光栅传感光路的耦合,实现旋转部件上待测温度场升温过程的实时观测,从而验证了此测量方法的可行性。     

光驱动马达技术中晶体转子厚度的优化分析

为了提高碳酸钙晶体转子的转动频率,采用了激光微束驱动单轴双折射晶体使其产生旋转的方法,并改进了光致旋转的实验系统。对给定实验参量下的碳酸钙晶体转子的转动频率与其厚度和激光有效功率的变化关系进行了理论分析,通过实验测得了不同厚度碳酸钙晶体转子的转动频率值,并对影响转子转动频率的主要因素进行了详细讨论。结果表明,碳酸钙晶体转子的转动频率与其厚度呈现余弦变化关系,当入射有效激光功率为10mW时,测得其最大转动频率值为8.9Hz,实验结果与理论模拟基本吻合。该结论为微观范围内生物活细胞的颗粒分类、微纳机械转子的性能研究等提供了技术保障。     

捷联惯导系统任意方位两位置的对准模式

为了实现快速精确对准,研究了绕任意轴捷联惯导系统（SINS）的两位置对准问题。首先建立了一种基于李雅普诺夫变换的SINS等价误差模型。应用该模型,对SINS分别绕方位轴、俯仰轴和横滚轴两位置对准时系统的可观测性进行了定量分析,明确了SINS绕3个正交轴旋转系统的可观测性。通过引入弹体坐标系与导航坐标系之间的旋转角速率代替姿态矩阵,使导航坐标系中的转动坐标轴可以指向三维空间的任意方位,得到了弹体绕任意轴旋转两位置对准时系统状态变量误差的变化规律。研究结果可为SINS静基座快速精确对准及其工程应用提供参考。     

离轴反射式光学系统的设计与装调分析

根据双镜反射系统的像差理论,设计了一种全新的离轴反射式像传递光学系统,该系统由两块相对放置的离轴抛物面反射镜组成。对该系统进行了装调分析和误差分析,讨论了元件的哪些失调量会对系统引入像差,根据误差分析的结果,给出了每一种失调量可允许的失调范围,其中反射镜偏心误差范围在-0.4~0.4 mm,倾斜误差范围在-0.1°~0.1°,两镜间距误差范围在-0.7~0.7 mm。     

非相干叠加激光发射系统光学设计

介绍了一种适用于三束激光非相干叠加聚焦的新型激光发射光学系统,工作波长1 080 nm,全视场角0.6。系统为离轴两镜反射结构,对三束紧密排列的激光光束进行扩束聚焦,系统主镜为口径303 mm的椭球面反射镜,系统像质接近衍射极限,并且可以通过控制次镜轴向位置调焦适应不同目标距离。计算了叠加后的激光光斑的功率密度分布和环围功率曲线,设计在目标距离1 000 m时叠加光斑半径9 mm内的环围功率大于95%,此激光发射系统结构简单,长径比小,聚焦质量满足使用需求,激光光斑能量得到有效叠加。     

主点与旋转中心距离的标定方法

为了消除在近距离光电测量中光学镜头主点与旋转中心之间距离带来的测量误差,建立了光学镜头主点随旋转机构转动的运动轨迹模型,提出主点与旋转中心之间距离的标定方法。在光轴与旋转轴共面的约束条件下,对主点的运动轨迹进行了分析,得到了满足嵌入式系统实时处理要求的简化模型。实验结果表明,用该方法标定主点与旋转中心之间距离的标定精度可达0.23 mm。能满足近距离光电测量中对主点与旋转中心之间距离标定的要求。     

基于光学显微平台的离轴数字全息显微系统的实现与标定

为了在普通光学显微平台上实现对细胞生物样品的三维动态成像,设计光学显微平台与Mach-Ze-hnder干涉系统相结合的离轴数字全息显微测量系统,并且提出用连续高度变化的楔形样品对系统进行标定.介绍离轴数字全息显微的原理;基于倒置显微镜设计和搭建离轴数字全息显微系统;制备连续高度变化的楔形样品来标定离轴数字全息显微系统,并与白光干涉仪结果进行比较;通过测量出离轴数字全息系统可分辨的干涉条纹最小小数部分来实现系统的标定.实验结果证明了结合光学显微平台的离轴数字全息显微系统在样品三维测量上的优势,本系统能够分辨22.6 nm的高度变化量,因此,本系统的轴向分辨率应优于23 nm.