五角棱镜扫描系统中调整误差及制造角差的影响分析-

五角棱镜扫描系统可以实现高精度测量光学表面面形,为了全面分析五角棱镜扫描系统中的调整误差及制造角差对指向误差和测角仪测量误差的影响。根据旋转变换矩阵和光线矢量追迹理论,运用MATLAB编写通用的五角棱镜扫描系统的光线矢量追迹函数及相关分析程序。同时通过二维二次多项式拟合推导出,在一定角度范围内,用于计算指向误差和测角仪测量值的二阶近似公式。分析结果表明：在扫描测量过程中,测角仪的俯仰角和五角棱镜的制造角差对沿扫描方向指向误差和测角仪垂直方向测量值的影响是常量,五角棱镜扫描过程中的偏摆角和滚动角与其成二次函数关系;五角棱镜的偏摆角和滚动角、测角仪的偏摆角与垂直扫描方向指向误差和测角仪水平方向测量值均成线性关系。当导轨误差滚动10"、偏摆10",系统的各项调整误差为±3"时,沿扫描方向最大测角误差为0.0010666"。     

五角棱镜的角度制造误差对波前测量的影响

从光学平行差入手,导出了有角度制造误差的五角棱镜的像方坐标系和作用矩阵,分析了角度制造误差引起的扫描激光束转向的波前误差,提出了调整五角棱镜的依据,有利于减小角度制造误差对大口径透镜望远镜波前测量的影响。     

光线坐标对结构参数一阶和二阶偏导数的解析算法

本文以多元复合函数的微分法则为基础，从光线追迹公式中对象面上光线坐标对结构参数的一阶解析偏导数进行了推导，并首次提出了光线坐标对结构参数二阶偏导数解析求导的算法。以此为基础可以进一步得到光学自动设计中各种象差及目标函数对设计变量的所有解析一阶、二阶偏导数。本文同时给出了相应的推导过程和计算实例。通过与差分法求导对比计算表明：解析偏导数不仅无原理误差，而且大大地减少了计算量，可直接应用于光学系统优化设计。     

Wollaston棱镜偏振非正交对空间测角系统的影响

为了在一定平移范围内实现快速空间测角系统的测量功能,对一定入射及方位角的光束经过Wollaston棱镜后引起的两出射光束的偏振非正交及进而引起的系统测角误差进行了研究。首先,建立系统坐标系模型,采用光线追迹法,并利用坐标变化的方式,对任意入射角和方位角下Wollaston棱镜的偏振非正交进行了理论推导。接着,对偏振非正交与入射角的关系及它对系统测角精度的影响进行了Matlab仿真。仿真结果表明,随着偏振非正交及空间方位角的变大,系统测量误差变大,且Wollaston棱镜偏振非正交对系统测角精度的影响较大;当方位角为3°,偏振非正交为10′时,测角误差为30″。最后,通过分析偏振非正交的产生原因,改进了原有光源扩束系统,改善了偏振非正交对系统测角精度的影响,减小了测角误差。本文的研究成果对优化系统结构并进一步提高系统性能具有一定的指导意义。     

俯仰扫描用反射棱镜由光学平行度误差带来的测角误差和双像差

本文推证了光线以任意角向楔形镜入射时，偏向角的计算公式。说明当光线通过反射棱镜时，由棱镜光学平行度误差带来的偏差角是随光线入射角的变化而变化的。从而推断，瞄准镜在利用棱镜做大角度的垂直旋转来实现视准轴俯仰扫描时，棱镜的光学平行度误差必然会带来视准轴的偏移，造成会随俯仰角变化的测角误差和双像差。进而对不同镀膜方式的俯仰扫描棱镜补偿调节双像差的原理，进行了分析讨论。推证了它们在补偿调节后的残余双像差的计算方法。说明虽然经过了补偿调节，但还需要对不同镀膜方式的棱镜附加不同的技术要求，才能将双像差控制在较小的范围之内。最后，对如何进一步采取措施来减小和局部消除这种双像差，进行了分析讨论。     

旋转双棱镜光束指向的反向解析解

用旋转双棱镜系统控制光束指向时,需要由光束的目标指向位置推算两棱镜的旋转角度（称为反向问题）。本文采用一阶近轴近似方法和非近轴光线追迹方法探讨了旋转双棱镜系统反向问题的完整解析解。首先,基于一阶近轴理论,利用中心算法分析了反向问题的近似解。然后,基于矢量形式的斯涅尔定律对系统进行非近轴光线追迹,用两步算法推算出反向问题的精确解。对比分析两种方法所得的反向解差异并设计实验对结果进行了比较和验证。结果表明,针对一个确定的光束目标指向位置,存在两套反向解。相对一阶近轴近似方法,非近轴光线追迹法推算的反向解更加准确。对于大偏转角度的旋转双棱镜光束指向系统,非近轴光线追迹法是推算其精确反向解的有效方法。     

快速空间测角系统中偏振棱镜消光比的影响

为了在一定平移范围内实现快速空间测角系统的测量功能,对一定入射及方位角的光束经过Glan-Taylor棱镜后导致的非均匀分布的消光比参数引起的系统测角误差进行了研究。首先,建立系统坐标系模型,采用光线追迹法及偏振光的琼斯矩阵描述方式,对格兰-泰勒棱镜消光比参数引起的测角误差进行了理论推导;接着,结合一定入射及方位角下非均匀分布的消光比参数,运用Matlab软件进行了仿真分析。最后,通过搭建实验平台,利用平移接收单元来模拟不同的入射方位及角度变化;根据实验值与仿真结果的对比分析,得出非均匀分布的消光比对测角精度的影响。结果表明,在一定的出射光范围内,入射角是影响消光比非均匀分布进而影响系统测角精度的主要因素,当方位角为90°时,系统测角误差较小;全方位角范围内系统测角误差随入射角的增大而显著增大,由此验证了理论分析的正确性。该研究成果对优化测角系统结构并进一步提高系统性能具有一定的指导意义。     

基于像差修正的同轴度测量方法

为了实现在同轴度测量中平行偏差(平偏)和倾斜偏差(角偏)两个量的同时测量,建立了基于激光准直性的光斑接收系统。该系统由接收物镜、分光棱镜和CCD构成。以物镜光轴、准直光束几何中心线和两个CCD接收面构成的三角关系进行两个偏差量的计算;并通过对系统像差的分析,提出了显著降低物镜像差对测量结果影响的算法。理论和实验数据表明,对于平偏测量范围为±10mm、角偏测量范围为±2°、接收物镜焦距为50mm、CCD尺寸为1.6cm的系统,平偏测量精度可达0.02mm,角偏测量精度可达9.5″。因此,该系统可以满足较大范围内的旋转机械同轴度测量的需要。     

基于自由曲面的空间光学系统偏振像差分析

针对含有自由曲面的空间光学系统中偏振像差对探测精度和成像质量的影响,基于琼斯表示法,提出以条纹泽尼克多项式为表征函数的自由曲面离轴光学系统偏振像差分析方法,构建了自由曲面反射光学系统偏振像差解析模型,分析了条纹泽尼克多项式低阶系数对视场离轴光学系统偏振像差分布的影响;通过全视场偏振光线追迹仿真及系统引入自由曲面前后的对...     

基于MATLAB的远程数据采集系统的设计

讨论了基于MatLab远程数据采集系统的特点，给出了这种系统的设计方法、原理及实现步骤，对其中的关键技术、重要的MatLab内部函数做了较详细的介绍。     

压力容器封头及接管的设计与计算

压力容器封头的几何尺寸是影响封头可靠性的重要因素之一,常规设计不能说明封头在多大程度上是安全可靠的,一般的设计图纸不直接给出封头接管的长度,这给制造厂家带来了如何确定接管长度的计算困难,根据在设计及制造压力容器封头上接管尺寸理论计算的经验与实践的验证,建立了压力容器中标准椭圆封头接管尺寸设计的数学模型,该模型在满足设计标准应力校核情况下,得出更为理想的设计方案,并运用MatLab自定义函数求出封头接管尺寸的精确数值,使设计快速、计算精确,方案合理,节省了资源和时间,提高了安全性可靠性.     

基于MatLab的光圈变化图仿真

基于等厚干涉的基本原理,对光学球面镜片生产中光圈变化的原理以及光圈识别的方法进行了详细的理论分析。推导出光圈变化与照明光源波长、球面曲率半径、光圈数N及识别方式等参数之间的相互关系和表达式,建立了简洁的数学模型,并运用MatLab软件进行相应的计算机模拟,软件模拟得到的干涉图形与国家标准样板标准光圈图一致。这对企业指导培训工人和检验人员具有积极的意义,同时可应用于\"光学零件工艺\"课程实验教学。     

杨氏双缝干涉实验的MatLab模拟

应用MatLab软件编程,模拟了杨氏双缝干涉实验光强分布图形,通过改变波长、缝宽等参数,研究了双缝干涉条纹的光强变化规律。得到双缝的宽窄是造成杨氏双缝干涉实验条纹光强分布不均的主要因素,以及杨氏双缝干涉条纹宽度与波长反比等规律。通过对该实验进行计算机模拟,可以直观地分析各参数对干涉结果的影响,对光学的理论研究及实验教学来说有一定的指导作用。     

基于MatLab的永磁直流电动机调速控制算法研究

以电动机的转速为控制目标,输入电压为控制变量,根据所给参数建立电动机的数学模型,用MatLab仿真分析其开环、闭环特性,得出其开环系统不稳定,而闭环系统的相角裕度不够的结论,同时对其进行超前校正网络的设计。     

基于阻尼最小二乘算法的计算机辅助装调方法

对于具有中心遮拦的光学系统装调,需要将获得的波前进行拟合求取低阶像差。但是Zernike圆多项式在环域上已不具有正交性,不能正确的计算低阶像差。而Zernike环多项式在环域上具有正交性,可以解决这个问题。基于阻尼最小二乘法的算法原理,运用MatLab实现了计算机辅助装调。文中对卡塞格林光学系统进行了模拟实验,验证了使用Zernike环多项式进行拟合的辅助装调程序的正确性。同时,对于辅助装调程序的应用范围也做出了分析。     

光学实验的计算机仿真

提出了一种综合利用视频编辑技术、MatLab语言和Flash动画,设计光学实验的计算机仿真方法,并以牛顿环测曲率半径的实验为例详细介绍了实现仿真实验的全过程。实验结果表明,设计物理现象突出,操作性强,仿真度高,测量结果与现实相符,取得了较好的仿真效果。     

速度控制系统的建模与仿真研究

对速度控制系统进行了建模分析和仿真,得出了系统的控制模型及关键数的取值范围,为控制系统的仿真和设备的优化设计提供了依据。     

基于MatLab的天文望远镜电机调速系统的仿真与分析

针对电机的控制在天文望远镜中占有很大的比重,基于MatLab对天文望远镜电机调速系统进行建模、分析与仿真,并对仿真结果进行了分析。通过仿真,可以直观、快速地分析系统的性能,并能灵活改变系统的结构和参数,以达到系统的优化设计。     

线阵CCD信号小波降噪方法研究及MatLab仿真

随机噪声是影响CCD器件输出信号信噪比的主要因素,它包括1/f分形噪声和白噪声。小波变换是一种具有一定时间和频率分辨力的方法,它能够较好地滤除分形噪声。阐述其基本原理,利用MatLab小波工具箱,选择合适方法实现CCD信号的小波消噪。结果表明了该方法的有效性。