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最新刊期

2010 年第 1 期

现代应用光学

OLCR技术实现光纤Bragg光栅分布式非均匀应变测量
沈小燕,林玉池,赵美蓉,王为
2010, 18(1): 1-8.

摘要：FBG测量非均匀轴向应变时，反射波谱形状改变，无法用测量Bragg波长的方法来解调。光学低相干技术（OLCR）是解决这个问题的可靠方法。OLCR测试系统以一套扫描Michelson干涉仪为核心，实现光纤光栅脉冲响应的测量，经傅里叶变换，将脉冲响应转化为失调范围内的频率响应，采用光栅重构技术，获得光栅沿轴向各段的复耦合系数，从而由复耦合系数得到沿轴向各段的Bragg波长。最后根据FBG的传感模型可以获得沿轴向的应变分布。结合一套实用的时分复用OLCR系统，详细论述了OLCR测量方法。该系统用于复合层板Ⅰ型层分断裂试验中FBG应变传感器的测量，得到了断裂过程中的轴向应变分布，结果切实可靠。实验证明OLCR能够很好的实现FBG的复杂应变测量，具有很好的应用前景。
关键词：OLCR;FBG;非均匀应变;层分

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发布时间：2020-08-12
用于无模光刻的连续浮雕谐衍射透镜阵列设计
单明广,钟志,郭黎利
2010, 18(1): 9-14.

摘要：提出了一种基于连续浮雕谐衍射透镜阵列的无模光刻方法。该方法采用连续浮雕谐衍射透镜阵列作为无模光刻的物镜阵列，在兼顾系统分辨力和衍射效率基础上，使聚焦写入和检焦由同一衍射透镜阵列实现；同时利用谐衍射透镜的深浮雕特性，调制透镜的环带宽度，降低透镜的制作难度。在分析谐衍射透镜特点以及考虑激光直写制作工艺对连续深浮雕衍射聚焦特性影响的基础上，设计、制作并测试了设计波长为441.6nm， F/#为7.5的连续浮雕谐衍射透镜阵阵列。测试结果表明，该阵列同时具有聚焦写入和检焦功能，且对写入激光和检焦激光的衍射效率均优于70%，从而有望改善无模光刻的制作质量。
关键词：无模光刻连续浮雕衍射透镜谐衍射

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发布时间：2020-08-12
高速大容量气溶胶粒子分类计数存储器的设计实现
黄书华,刘建国,刘文清,陆亦怀,张玉钧,桂华侨,孙世杰,江宇,陈军,王亚萍
2010, 18(1): 15-20.

摘要：摘要：空气动力学粒谱仪能够同时测量气溶胶粒子的空气动力学粒径和光学粒径。本文采用多道存储技术，结合大规模可编程逻辑芯片及高速大容量双端口内存芯片，设计了高速大容量气溶胶粒子分类计数存储器。主要特色是：单一脉冲计数器与特征信号分类计数器有机结合，存储容量高达65535道，每道可计数65535个，典型操作速度可达15nS，且线路简单。该存储器作为本研究所自行研发的空气动力学粒谱仪的关键存储部件，完全满足仪器连续、实时、在线监测对存储速度和容量的要求。
关键词：气溶胶;飞行时间;多道存储;分类计数

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发布时间：2020-08-12
基于红外锁相法的热波检测技术及缺陷深度测量-1
刘俊岩,戴景民,王扬,李慧娟,王俊涛,刘慧,汪子君
2010, 18(1): 37-44.

摘要：红外锁相法热波检测技术（Lock-in Thermography）是一种基于热波处理的主动式红外热成像检测技术，适用于复合材料及复杂结构构件的无损检测，已广泛应用于航天航空、汽车、机械、电力等领域。本文着重介绍了阐述了红外锁相法热波检测技术的原理、缺陷深度测量及在蜂窝夹层结构及焊接构件检测中的应用。采用有限差分法计算了强度按正弦规律变化热流引起试件表面温度变化历程，并采用锁相法提取了有缺陷与无缺陷处的稳态温度变化和计算二者相位差，与试验结果接近。建立了热波在试件中传导的热—电等效模型，利用该模型对红外锁相法热波检测技术进行了仿真研究，得到了缺陷深度和反射热波与入射热波相位差之间的关系，该模型计算结果与试验结果基本一致。采用红外锁相法热波检测技术对模拟缺陷的蜂窝夹层结构试件和实际的焊接构件进行了无损检测试验研究，结果表明，采用红外锁相法热波检测技术能够快速、准确的获得缺陷大小、位置等，该技术对具有复杂曲面结构的构件也十分优越。
关键词：锁相法热成像;热波检测;有限差分方法;热—电等效模型

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发布时间：2020-08-12
SX-700单色器光栅正弦机构数值模拟分析与测试
吴坤,薛松,卢启鹏,彭忠琦,刘楷,陈家华
2010, 18(1): 45-51.

摘要：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。
关键词：单色器;正弦机构;数值模拟

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双折射滤光器的误差分析与性能优化
玄伟佳,王东光,邓元勇,张志勇,孙英姿
2010, 18(1): 52-59.

摘要：目的：对于双折射滤光器型太阳磁场望远镜，滤光器的研制质量直接影响透过带，进而影响太阳磁场的测量。当光线倾斜入射或者偏振光学元件存在误差时，双折射滤光器的透过带将发生漂移、形状将发生变化，分析误差项对滤光器性能的影响、有效减小误差，可以提高研制质量。方法：应用光线追迹方法，通过计算机编程，完全模拟光线轨迹，精确分析了多种误差项对双折射滤光器透过带的影响。结果：给出了引起透过带漂移、展宽、极大值和极小值变化的主要误差项，为滤光器的研制提供了可靠依据。
关键词：太阳观测;误差影响;光线追迹方法;双折射滤光器

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掠入射X射线散射法测量超光滑表面
王永刚,孟艳丽,马文生,陈斌,陈波
2010, 18(1): 60-68.

摘要：介绍了掠入射X射线散射法(GXRS)测量超光滑表面的原理及商业用X射线衍射仪改造而成的实验装置。选择微晶玻璃、蓝宝石以及三片不同粗糙度的硅片作为实验样品。根据一级矢量微扰理论对各个样品所测量的散射分布进行处理。结果表明：GXRS法得到的样品功率谱密度函数(PSD)与使用原子力显微镜(AFM)所测量的结果基本相符。分析了探测器接收狭缝的宽度和入射光发散度对实验结果的影响。分析结果表明：当其他实验条件理想的情况下，探测器接收狭缝宽度小于0.02mm和入射光发散度小于43"时，在空间频率大于0.03μm-1的范围内，由其引起的PSD函数测量误差都小于2%。随着探测器接收狭缝宽度和入射光发散度的减小，测量误差呈指数迅速减小。在所测量的空间频率范围内，PSD函数的误差随频率的增加而减小。
关键词：掠入射X射线散射法;一级矢量微扰理论;功率普密度 (PSD);原子力显微镜(AFM);系统误差

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使用红外干涉仪测量非球面面形
贺俊,陈磊
2010, 18(1): 69-74.

摘要：文章阐述了使用红外干涉仪测量非球面面形的原理和方法，推导了非球面与标准拟合球面之间的轴向偏差和波像差关系。利用红外干涉仪工作波长长（λ=10.6μm）的优点，可以检测一些非球面度相对比较大的非球面，首先测量非球面与标准拟合球面之间波像差，再将此波像差与通过理论计算得出的波像差进行比较，从而计算出非球面的面形。结果显示非球面面形偏差为1.20μm（PV），与使用CGH测量的结果比较吻合。实验证明此方法具有操作简单、成本低廉、通用性较强等优点。
关键词：光学测量;非球面;红外干涉仪;波像差

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球面拼接的相对曲率半径测量
林旭东,陈涛,明名,王建立,陈宝刚,董磊
2010, 18(1): 75-82.

摘要：拼接镜面加工制造的最大难题是匹配各子镜，即使各子镜的曲率半径完全匹配，使其能够等效成一个单一的主镜，对于球面拼接镜，就是要求各子镜的曲率半径相同。本文提出了一种使用Shack-Hartmann传感器和高精度球径仪对球面子镜的相对曲率半径进行测量的新方法，并建立了一个实验系统。该方法先使用共焦调整方法使各子镜共焦，然后再用S-H传感器测量子镜的轴向离焦量，轴向调整压电陶瓷促动器，使由传感器测得的离焦量接近于0，最后对子镜进行一次共焦调整之后，就可以使用高精度球径仪测量出各子镜之间的相对曲率半径差。实验中，拼接镜由三块对边长300mm的正六边形子镜组成，子镜面形为球面，设计曲率半径为2000mm。分析及实验表明，该方法测得的球面拼接子镜的相对曲率半径差精度约为，方法适用于大型球面拼接镜面望远镜各子镜相对曲率半径的检测。
关键词：拼接镜;相对曲率半径;Shack-Hartmann传感器;球径仪

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桑色素-Al掺杂的溶胶-凝胶薄膜修饰的MPOF光纤氟离子传感探头
杨兴华,苑立波,王丽莉
2010, 18(1): 83-87.

摘要：本文通过对微结构聚合物光纤修饰桑色素-铝配合物掺杂的凝胶薄膜，制备了一种氟化物光纤传感探头。这种探头的结构基于微结构聚合物光纤实现，其内部具有贯穿的微孔道结构，这种微孔结构可以作为敏感材料的载体以及微传感池。敏感层的修饰通过溶胶-凝胶过程实现，将掺有桑色素-铝的溶胶直接吸入光纤内部，可以在光纤微孔阵列中形成凝胶敏感膜。微结构光纤内部可以容纳微量液体，传感过程在微孔道内进行。传感原理基于荧光淬灭远离实现，氟离子对凝胶膜中桑色素-铝具有强烈的荧光淬灭作用，因此传感探头对于不同浓度的氟离子溶液表现不同的荧光强度。在pH值为4.6的条件下，探头对于氟离子具有良好的响应，其传感范围为5-50mmol/L。
关键词：微结构聚合物光纤;溶胶-凝胶;光学传感;氟化物传感

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Offner补偿器的结构设计与装调分析
陈旭,刘伟奇,冯玉涛
2010, 18(1): 88-93.

摘要：90nm节点光刻投影镜头中使用的非球面都存在高次项，而且对理想球面的偏离量较大。本文设计了一种基于三片式结构的Offner补偿器，实现了对高次非球面面形的高精度检测。采用等量轴向球差补偿非球面各阶系数的方法，主动引入一定量的轴向球差，补偿光线在非球面法线方向的偏离量，结果表明：对初级像差和高级像差很好的平衡，使剩余像差很小；MTF 远远超过衍射极限，系统工作波长为632.8nm，F数达到1.64，均方波差RMS<λ/1250。满足了高精度检测补偿器的设计要求。最后根据现有的检测装置的精度对所设计的结构进行了公差分析，给出了较宽松的公差容限。
关键词：非球面检测;Offner补偿器;公差分配

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发布时间：2020-08-12
真空紫外闪耀硅光栅的制作
盛斌,徐向东,刘颖,洪义麟,付绍军
2010, 18(1): 94-99.

摘要：摘要：本文基于单晶硅在KOH溶液中的各向异性刻蚀的特性，在相对于Si（111）面偏向切割5度的单晶片上制作1200线/毫米的闪耀光栅。工艺上结合全息干涉以及光刻胶灰化技术，得到小占宽比、平滑且干净的光刻胶掩模，用湿法刻蚀将光栅图形转移到硅单晶表面的天然氧化层上，并将其作为硅各向异性刻蚀的掩模，成功获得接近于理想槽形的锯齿形闪耀光栅。经过原子力显微镜对闪耀面进行分析，表面均方根粗糙度约为0.2nm，这对光栅在短波光学上的应用显得尤为重要。经过真空紫外波段的效率测量，发现光栅在135nm波长处显示出良好的闪耀特性。此方法可以应用于极紫外和软X射线波段的光栅制作上，在获得较高的槽形效率的同时，可以大大减少其制作难度及成本。
关键词：闪耀光栅;硅各向异性刻蚀;真空紫外

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发布时间：2020-08-12
CR扫描仪激光扫描光学系统的设计
郑猛
2010, 18(1): 101-28.

摘要：设计了一种适合于计算机X射线扫描仪的新型激光扫描系统。在分析常用扫描结构的基础上，用五角棱镜和聚焦物镜组成扫描臂以取代传统的Fθ镜头，利用成像板的柔性成圆弧形进片。同时扫描臂又用做接收器件来收集激发出的荧光，使得系统性能提高，结构简单。针对计算机X射线扫描仪的使用性能，利用所设计光学系统，用实验验证了激光光点大小对分辨率的影响。分析了系统中影响激光光点大小的因素，对关键部件扫描臂进行了在高转速条件下的有限元仿真，计算了当入射光与五角棱镜入射面不垂直及五角棱镜存在安置误差时，对激光光点大小影响。计算显示所设计的激光扫描光学系统具有一定的容差性和实用性。用实验验证了所设计制造的扫描仪的性能，结果显示图像具有良好的视觉效果，能够满足工业检测要求。
关键词：激光扫描光学系统;有限元分析;五角棱镜;扫描臂

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发布时间：2020-08-12
1200mm望远镜开环液晶自适应光学系统设计
陈浩,宣丽,胡立发,曹召良,穆全全
2010, 18(1): 109-117.

摘要：在利用地基大口径光学望远镜进行天文观测时，液晶自适应光学成像技术已经被广泛地应用于校正大气湍流所引起的波前像差，为验证该技术的有效性，并最大限度地提高光学系统的能量利用率，现应用Zemax软件，设计出了与1200mm望远镜匹配的开环液晶自适应光学系统，并对该光学系统的成像性能进行了评价。所设计自适应光学系统的MTF曲线接近衍射极限，光学传递函数的模在50 lp/mm时可以达到0.4，而成像CCD的极限分辨率为31 lp/mm，充分地利用了CCD相机的分辨资源。该自适应光学系统与1200mm望远镜对接匹配后的组合焦距为19.9m，F数为16，P-V值为0.0314λ。

关键词：自适应光学;光学系统;望远镜;离轴抛物面反射镜;Zemax软件

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发布时间：2020-08-12

微纳技术与精密机械

轴对称飞行器滚转稳定控制与舵机技术指标研究
张跃,段镇
2010, 18(1): 100-107.

摘要：结合捷联惯性导航技术，系统性研究了舵机技术指标对滚转自动驾驶仪性能的影响。根据滚转回路特性，分析了滚转回路截止频率与舵机带宽的基本关系；应用频域分析，在低阶简化模型和高阶模型性能比较基础上，研究了舵机带宽和相角对滚转回路性能的影响。以二阶系统阶跃响应形式，联系飞行操纵产生的下洗流干扰力矩与滚转稳态指令，确定了舵的最大偏转角速度，保证滚转自动驾驶仪在机动飞行下工作在线性区；另外，综合考虑有转速和角度限制的二阶系统舵机模型及不同总攻角下的最大干扰力矩等因素，考查饱和非线性区中滚转回路指令和滚转角的响应状态，论证滚转回路稳定性。结果表明：对于弹体滚转时间常数为，舵效率力矩，带宽要求大于的滚转自动驾驶仪，舵机带宽应不小于、阻尼比在以上。研究提供了滚转自动驾驶仪设计时确定舵机技术指标的一种基本方法。
关键词：滚转自动驾驶仪;舵机;稳定性;饱和非线性

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发布时间：2020-08-12
创伤手指康复外骨骼手系统研究
王鹏,付宜利,王树国,孟庆刚
2010, 18(1): 108-117.

摘要：在分析了人手生物学特性的基础上，提出了一种新的外骨骼式机械手，用于创伤手指的术后康复治疗。基于模块化思想设计了外骨骼手机构本体，该外骨骼手的特点是可以适应不同人手长度，能够驱动手指进行独立的弯曲和内收/外展康复运动，康复过程中为避免对关节周围软组织的损坏能够保证康复力始终垂直作用于指骨，且能实时反馈手指的关节角度、力信息。对外骨骼手关节单自由度和二自由度构型进行了分析，建立了外骨骼手的运动学模型，给出了外骨骼手的运动学和动力学方程。以ARM微处理器为核心建立了基于SPI总线的外骨骼手控制系统。最后，进行了外骨骼手的动力学仿真验证和食指弯曲方向康复实验研究。实验结果表明，外骨骼手系统可靠，康复原理和方法正确可行，能够满足创伤手指康复要求。
关键词：康复;外骨骼手;运动学;动力学

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发布时间：2020-08-12
RTV胶层有限元建模方法在透射镜结构动力学分析中的应用
韩旭,吴清文,马军
2010, 18(1): 118-125.

摘要：对透射镜结构中RTV胶层建模方法进行了研究。详细地阐述了节点相连(忽略胶层材料)、各向同性材料(三层体单元和一层体单元)和各向异性材料建立胶层材料的方法，分别采用三种方法对透射镜镜组建立了有限元模型，并进行了仿真模态分析，同时搭建了模态试验装置，测试了它的模态参数，结果表明，各向异性胶层材料的建模方法得到的一阶自由模态频率与试验测试的一阶自由模态频率误差只有0.3%，而各向同性材料的三层单元和一层单元建模方法、节点相连建模方法的误差分别达到1.8%，1.2%和13.9%。通过分析与测试可以得到，胶层材料在有限元分析当中是不可以被忽略的，综合来看，各向同性材料一层单元的建模方法不但可以减少模型单元数量，同时还可以达到工程应用的精度要求
关键词：RTV;FEA;模态分析;模态试验

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发布时间：2020-08-12
基于立体视觉的大尺寸工业测量系统
刘建伟
2010, 18(1): 126-134.

摘要：针对工业制造领域普遍存在的大型物体全尺寸测量难题，提出并实现了一种基于立体视觉技术的便携式工业测量系统。该系统采用多个CCD视觉传感器，获取被测物体的多视图像序列，通过前方交会由二维像点坐标计算物体表面点的三维坐标。全局关键点测量由多目立体视觉系统完成，使用CCD相机从多个位置和方向拍摄物体，获得多目视差照片，由测量软件二维处理并完成三维重建。局部区域密集点云的测量由双目立体觉系统完成，左右两相机同步拍摄由投影机投向物体表面的编码条纹，测量软件自动进行立体匹配和三维重建后获得物体表面局部的密集点云。最后测量软件根据局部的关键点完成密集点云的坐标系转换。实验表明，该系统的测量精度达到0.1mm/3m，可以满足工业现场大尺寸测量对精度和效率的要求。
关键词：立体视觉;标志点识别;立体匹配;三维重建;点云配准

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发布时间：2020-08-12
关节臂式坐标测量机角度传感器偏心参数辨识
王文,林铿,高贯斌,陈子辰
2010, 18(1): 135-141.

摘要：关节臂式坐标测量机是一种采用角度传感器（如圆光栅）测量关节转角、并通过坐标转换求得测头空间三维坐标的非正交坐标测量系统。圆光栅角度传感器的分度盘安装存在偏心误差，将直接影响系统的测量精度。论文建立了一种六自由度关节臂式坐标测量机的坐标系统，分析了圆光栅分度盘的安装偏心对角度测量的影响，推导了由于偏心引起的测量误差及其修正公式，分析表明，较小的安装偏心便会引起较大的角度测量偏差。以测量机的单点重复测量精度为目标函数，提出了一种基于模拟退火算法的角度传感器偏心参数辨识方法，并将其用于测量机关节圆光栅12个偏心参数的辨识和修正，实验结果表明：修正之后测量机的重复测量精度提高了11.3%。
关键词：关节臂式坐标测量机;角度传感器;偏心误差;参数辨识;误差补偿

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发布时间：2020-08-12
基于Nd: YAG固体激光器预制连杆初始裂解槽研究
郑祺峰,杨慎华,林宝君,寇淑清
2010, 18(1): 142-148.

摘要：裂解槽的设计与加工是连杆裂解加工技术的核心和技术关键，将直接影响着连杆的裂解质量。为提高连杆裂解槽加工质量，采用Nd：YAG固体激光器对两种类型的连杆进行了裂解槽激光加工试验，分析了不同切割参数对裂解槽质量的影响，并对激光切割参数进行了优化。结果表明：激光峰值功率、离焦量、切割速度、脉冲频率、辅助气体压力、激光入射角等对裂解槽的加工质量都有很大的影响，其中激光峰值功率直接影响着裂解槽的加工深度，在切割速度与脉冲频率比值约为1：3以及非正离焦量状态下所加工的裂解槽对连杆的裂解都非常有利。

关键词：连杆;裂解;裂解槽;激光切槽

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发布时间：2020-08-12
姿控飞轮变结构变速积分控制及实现
武俊峰,吴一辉
2010, 18(1): 149-155.

摘要：为了兼顾飞轮控制系统的响应速度和稳态精度，在分析常值切换变结构控制和变速积分控制特性的基础上，将具有开关特性，响应快，但存在抖振缺点的常值切换变结构控制与能改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应，稳态精度高的变速积分控制相结合,利用变速积分控制算法的稳态精度高的优点弥补常值切换控制的开关特性带来的缺点,提出了变结构变速积分控制。实验结果表明：变结构变速积分控制使系统的动态性能和稳态性能都得到很大提高。控制指令为偏移量1000rpm，幅值100rpm, 周期0.01Hz正弦信号时，跟踪误差为2rpm。
关键词：姿控飞轮;ＰＩ控制;变结构控制;变速积分;转速跟踪

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发布时间：2020-08-12
基于惯性冲击原理的非对称夹持式压电旋转驱动器的实验研究
李晓韬
2010, 18(1): 156-161.

摘要：针对目前压电驱动器主要使用锯齿波这种非对称波电信号驱动压电晶体实现驱动的现状，设计了非对称夹持构件，提出了非对称夹持压电双晶片振子的旋转驱动器的结构设计方案，使对称波电信号作用在压电双晶片振子上，产生正反两方向大小不同的周期性惯性冲击力，驱动机构实现旋转位移。建立了压电旋转驱动器的动力学模型，并分析了非对称夹持旋转驱动器实现大小不同的惯性冲击力原理以及压电旋转驱动器的运动过程。组成了压电旋转驱动器的测试系统，在不同电压幅值、频率的方波激励下，对压电旋转驱动器的平均步长进行了测试。结果表明：非对称夹持式压电旋转驱动器能实现较稳定的单向转动，最大行程360°，最大承载能力超过300g，步长分辨率5µrad，最大转动速度4000µrad/s；驱动器样机在20V、2Hz的方波激励下，平均运动步长12µrad，转动速度24µrad/s。
关键词：非对称;惯性冲击;压电双晶片;旋转驱动器

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发布时间：2020-08-12
磁流变抛光消除磨削亚表面损伤层工艺研究
石峰,戴一帆,彭小强,王卓
2010, 18(1): 162-168.

摘要：针对传统光学制造技术对亚表面控制局限性和磁流变抛光的特点，提出用磁流变抛光替代研磨工序直接衔接磨削工序的新工艺流程。采用自研的磁流变抛光机床KDMRF−1000和水基磁流变抛光液KDMRW-2进行了磁流变抛光去除磨削亚表面损伤层的实验研究。直径为100mm的K9材料平面玻璃，经过156min的磁流变粗抛，去除50um深度的亚表面损伤层，表面粗糙度Ra值提升至0.926nm，经过17.5min磁流变精抛，去除了200nm深度的材料，并消除磁流变粗抛产生的抛光纹路，表面粗糙度Ra值提升至0.575nm。应用磁流变抛光可以高效消除磨削产生的亚表面损伤层。磁流变抛光替代研磨工序直接衔接磨削工序的新工艺流程可以实现近零亚表面损伤和纳米精度抛光两个工艺目标。
关键词：磁流变抛光亚表面损伤光学加工工艺

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发布时间：2020-08-12
超导转子旋转驱动装置设计
胡新宁,王厚生,王晖,王秋良
2010, 18(1): 169-174.

摘要：设计了一种基于迈斯纳效应的超导转子旋转驱动装置，利用驱动装置的定子线圈产生的磁场在空心转子内壁窗口产生的转动力矩驱动转子旋转。对超导转子旋转驱动力进行了有限元分析，结果表明，驱动力矩近似与驱动电流的平方成正比。在4.2 K温度、30 Pa气压下进行了转子旋转实验，30 A驱动电流下转子转速达到了8512 r/min。实验结果为进一步优化装置运行参数及提高转子旋转稳定性奠定了基础。
关键词：低温;超导转子;电磁力;有限元分析

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发布时间：2020-08-12
一种新型三维精密位移系统的设计与分析
王生怀
2010, 18(1): 175-182.

摘要：研究开发了一种新型的大行程、纳米级和计量型三维精密位移系统。精密位移系统采用模块化结构设计，三个方向的驱动机构均采用完全相同的设计结构，分别称为X、Y、Z向一维工作台。位移系统在X、Y、Z三个方向采用粗、精两级驱动，并分别装有计量光栅。其中X、Y两个方向的驱动机构水平放置且为上下层叠式，Z方向上的驱动机构垂直放置。各方向粗驱动采用交流伺服电机配合精密丝杠和直线导轨进行驱动，精驱动采用压电陶瓷微位移器配合柔性铰链进行驱动，每个方向的两级驱动共用一套计量光栅，从而保证了位移系统的大行程、纳米级和计量型。介绍了位移系统的结构设计，分析了位移系统的位移分辨率、位移系统的计量原理以及位移系统的运动性能，从而为位移系统的设计提供理论依据。
关键词：三维;精密位移系统;结构设计;粗、精两级驱动;计量原理

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发布时间：2020-08-12
一种应用于体三维成像的螺旋扫描系统
樊琼剑,李莉,沈春林
2010, 18(1): 183-189.

摘要：一个稳定、均匀的投影空间是体三维实时、高清成像的重要环节。基于体扫描技术和静态扫描技术建立的投影空间的特点分析，提出了一种由伺服电机驱动阶梯轴，带动屏旋转的双螺旋屏扫描系统。这种屏结构的设计方案采用半透明高强度的光敏树脂材料、缕空支撑墙体、快速成型直接制造。通过Solidworks软件进行螺旋扫描屏的三维建模，并利用COSMOSWorks模块进行稳定运行的可行性分析。仿真结果显示，屏在600rpm恒速旋转时产生的最大位移数据0.013mm，远小于人眼视觉可分辨的范围，可以满足成像空间设计需求。最后在此基础上，结合现有的工程技术与工艺水平，建立了双螺旋屏扫描系统的物理平台。实验结果表明，该螺旋屏扫描系统形成的25cm×Ф50cm的柱型成像空间，可以呈现出清晰的体三维图像。
关键词：投影屏;成像系统;图像质量;三维模型;屏偏移

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发布时间：2020-08-12
双半外圈调心球轴承预紧力和预紧量的分析计算
王国民
2010, 18(1): 190-196.

摘要：预紧是保证轴承刚度和旋转精度的重要途径。为了保证双半外圈双列调心球轴承的预紧效果，对其预紧力的确定和预紧量的大小进行了分析计算。目前这种双半外圈双列调心球轴承在轴承分类中还没有，它结合了成对双联向心推力球轴承和双列向心调心球轴承的优点。既能实现大角度调心，调心角度达3°，又能进行轴向预紧。通过对这类轴承的力学分析，推导了轴向预紧力与轴承支撑负载的关系公式。预紧量是通过控制两个半外圈之间的隔圈厚度进行调节的，基于弹性接触理论，推导了轴承定位隔圈磨削量大小的公式。这种轴承在国家重大科技项目LAMOST天文望远镜像场旋转轴中得到应用，内径1100mm的轴承现场安装预紧调整后实测，在任意50°范围内（旋转轴工作范围），轴系径向跳动小于0.02mm，端面跳动小于0.03mm。满足了LAMOST对像场旋转轴系刚度和旋转精度的要求。跟星实测像场旋转精度RMS值优于0.3″。

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发布时间：2020-08-12
基于节点分析法的复杂MEMS系统级仿真研究
王永泉,陈花玲,彭倍,朱子才
2010, 18(1): 197-204.

摘要：系统级仿真在MEMS产品的设计开发过程中具有重要作用。本文在概要介绍两种统一环境下MEMS系统级仿真建模方法，即模拟/混合信号硬件描述语言（VHDL-AMS、Verilog-A等）表述法和等效电路法的基础上，借鉴MEMS结构化设计即节点分析的思想，提出了一种有别于常规信号流类比方法，适于复杂MEMS系统快速仿真的等效电路建模思路与方法，并结合一类典型MEMS集成系统——梳齿式静电反馈微加速度计的分析实例，对其进行了具体介绍和验证。最后，对VHDL-AMS语言描述法与本文所提出的等效电路法各自的应用原理、特点等进行了比较和总结。

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发布时间：2020-08-12
WTYD型压电陶瓷微位移器的迟滞特性模拟
王代华,朱炜
2010, 18(1): 205-211.

摘要：为了模拟WTYD型压电陶瓷微位移器的输出位移与驱动电压之间的迟滞曲线，本文通过采用Bouc-Wen模型模拟迟滞分量提出了一种表征WTYD型压电陶瓷微位移器的输出位移与驱动电压之间的迟滞关系的Bouc-Wen模型并建立了相应的参数辨识方法。为了验证Bouc-Wen模型及其相应的参数辨识方法的有效性，建立了相应的实验装置并对模型进行了实验验证。研究结果表明，本文提出并研究的WTYD型压电陶瓷微位移器的Bouc-Wen模型及相应的参数辨识方法能较好地模拟WTYD型压电陶瓷微位移器的迟滞特性。
关键词：压电陶瓷微位移器;迟滞曲线;Bouc-Wen模型;参数辨识

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发布时间：2020-08-12

信息科学

星上定标积分球标准光源—稳流源驱动器的研制
许杰,李东景
2010, 18(1): 212-219.

摘要：对各种标准光源的要求是发光强度的稳定性和准确性，且寿命长，这取决于灯具本身的精心制作及电源的稳定性，工作电流的稳定性及电压冲击对标准灯的稳定性和寿命影响很大。星上定标积分球系统更是要求保证为星上定标用卤钨灯提供标准的稳流电源，其稳定度要求达到0.16%。本文从实际应用角度介绍了具有软启动特性的标准灯稳流驱动电源的工作原理及应用电路，且通过调整三级管增益的方法调整软启动的时间。通过电路中串联高精密电阻，采集其电压而计算电路中电流的方法得到0.037%的电流稳定性，由于每次启动电源会有重复性的误差，折合到整个电路中可以达到0.043%的电流稳定性。实验结果表明， 0.043%的电流稳定精度已经完全可以满足积分球系统光的变化不超过1%的要求。
关键词：标准灯;标准光源;稳流源;软启动特性

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发布时间：2020-08-12
光电跟踪系统自抗扰伺服控制器的设计
邱晓波,窦丽华,单东升,周伟科
2010, 18(1): 220-226.

摘要：为了快速、精确地跟踪高机动目标，针对系统扰动对光电跟踪伺服系统精度的影响，提出了自抗扰的控制方案，并分析了其实现自抗扰的工作原理。基于对某型光电跟踪系统的结构分析，将目标运动速度视为外部扰动，系统内部参数摄动视为内部扰动，采用扩张状态观测器从系统响应的输入输出信号中估计出扰动，并进一步用跟踪微分器提取扰动的一阶导数来提高对扰动的估计精度，以最大程度地补偿扰动。实验结果表明：在载体扰动下跟踪最大角速度40mrad/s和最大角加速度8mrad/s2机动目标的误差小于0.1mrad，响应快速、超调小于10%。该方案结构简单，控制鲁棒性强，无需额外的传感器对目标运动进行测量、滤波和预测，即可有效提高系统高精度捕获、跟踪快速机动目标的能力。
关键词：光电跟踪;伺服系统;自抗扰控制

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改进的基于决策树的说话人在线聚类
张素敏
2010, 18(1): 227-233.

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一种鲁棒的基于改进Mean-shift的目标跟踪算法
薛陈,朱明,陈爱华
2010, 18(1): 234-239.

摘要：为了克服传统Mean-shift算法在跟踪运动目标时由于背景像素造成的定位偏差和由于遮挡造成的跟踪失效，提出了两点改进措施。第一，根据初始帧目标和背景在颜色分布上的差异，建立对数似然图(log-likelihood image)，筛选出目标中与背景可区分性好的颜色特征建立目标模型，并以同样的方法在后续帧建立候选模型。第二，将候选区域划分为若干重叠的子块，分别利用Mean-shift算法对各个子块进行迭代，以与目标区域相应子块最为匹配的子块的所在位置对整个目标重新定位，该方法很好地实现了目标部分遮挡情况下的稳定跟踪；严重遮挡时，采用简单的线性预测，估计下一帧目标可能出现的位置。实验结果表明：改进算法可以准确的进行目标跟踪，对部分遮挡和严重遮挡都有较强的鲁棒性。
关键词：目标跟踪;Mean-shift;对数似然图;遮挡

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发布时间：2020-08-12
无线传感器网络中基于邻居簇的JPEG2000多节点协同图像压缩方法
鲁琴,罗武胜,胡冰
2010, 18(1): 240-247.

摘要：针对无线传感器网络能量、存储、处理能力严重受限的特点，一些学者提出了“在网计算”的思想，对实现无线传感器网络中大尺寸、高分辨率图像的压缩和传输极具指导意义。结合JPEG2000算法流程以及无线传感器网络的网络拓扑结构特点，本文提出一种基于邻居簇的JPEG2000多节点协同图像压缩方法，即将相机节点采集的图像分片，然后将压缩任务转移到多个邻居簇内，由多节点协作共同完成。仿真结果表明，该方法不仅使无线传感器网络中实现大尺寸图像的JPEG2000编码成为可能，且极大地缓解了相机节点的能耗压力，进而延长网络生命周期。
关键词：无线传感器网络;图像压缩算法;JPEG2000;多节点协同

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OBS中一种新型自适应汇聚策略
朱智俊,乐孜纯
2010, 18(1): 248-256.

摘要：目的：根据OBS (Optical Burst Switching) 网络的特点,分析了在OBS网络边缘节点进行数据汇聚的一般原则,针对现有汇聚策略提出了一种新型的OBS网络边缘节点自适应汇聚策略。方法：与以往的汇聚策略采用固定汇聚门限不同，本文设计的汇聚策略引入穿越计数器，通过测量网络业务流量，根据穿越计数器，动态选择合适的汇聚门限。比较前后两次选择的汇聚门限类型修正门限步长。结果：仿真结果表明：与现有的汇聚策略相比，本文设计的汇聚策略在不同的自相似参数和网络负载情况下丢包率分别降低了69.07%和38.89%左右；结论：因此，该汇聚策略不仅能够根据网络流量变化动态调整汇聚门限的选择，而且该策略更适应具有突发性的业务量，在强自相似情况下有较小的丢包率。
关键词：光突发交换;汇聚策略;自适应调整;自相似业务;ON/OFF 源

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发布时间：2020-08-12
随机模式投影双目测量系统中的单目测量方法
石春琴,张丽艳,韦虎,刘胜兰
2010, 18(1): 257-265.

摘要：针对基于随机模式投影的双目立体测量系统的特点，提出了一种由单摄像机-投影器构成两个单目测量单元的测量方法。首先给出了一个简洁有效的标定算法，该算法只需从不同角度拍摄随机光场在普通白板上的图像（称为标定图像），就可以标定纯随机模板上每一点经投影镜头发出的光线。无需标定投影镜头畸变，且精度不受投影镜头畸变的影响。然后将随机光场照射下的被测物体图像与标定图像进行亚像素精度的像点匹配，根据三角测量原理获取物体表面的三维点云数据。最后采用标准平面对该方法进行测量精度验证，并给出了具体的测量实例。实验结果表明：平面度测量精度为0.0175mm，不确定度<0.05mm(3σ)。由于采用单目测量单元进行测量时，空间一点无需在两个摄像机视场内均可见，因此避免了因局部高光、被测物体自身遮挡等原因引起的三维测量数据丢失，有效地弥补了双目测量系统的不足。
关键词：双目立体测量;摄像机-投影器;标定;随机光场;三维测量

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发布时间：2020-08-12
遥感图像去云雾噪声的实现
石文轩,吴敏渊,邓德祥
2010, 18(1): 266-272.

摘要：目的：为了去除遥感图像中的云雾，提出了一种新的非局域均值算法来处理遥感图像序列的云雾噪声。方法：首先，根据遥感图像在云雾阴影下的梯度的性质，得出了在云雾阴影下图像的灰度值偏低而梯度值却变化不大的特点，从而在权重值的计算中耦合入了梯度信息。然后，利用序列图像的帧间冗余信息来计算新的权重值。最后，用新的权重值对图像进行恢复。结果：该算法可以在不知道云层运动方向和相机运动方向以及噪声模型的情况下对遥感图像进行恢复。用UltraCamD相机在对我国新疆和山西地区上空拍摄的两组遥感图像序列进行的实验表明:恢复图像的质量与传统的图像恢复算法相比有很大的提高，峰值信噪比提高了9dB以上。结论：能有效地对薄云雾覆盖的图像进行恢复。
关键词：非局域均值;梯度;图像序列;去云雾

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发布时间：2020-08-12
面阵CCD彩色视频图像实时采集系统的设计
杨辉,冉峰,黄舒平
2010, 18(1): 273-280.

摘要：为了实现用面阵CCD对彩色视频图像进行实时采集，设计了一种彩色视频图像采集实时显示系统。在详细分析SONY面阵CCD器件ICX424AQ的结构参数和彩色视频图像采集原理的基础上，实现了CCD控制时序的产生和整个采集系统的时序控制逻辑。分析了CCD器件的主要噪声来源，采用相关双采样技术滤除了视频信号中的复位噪声和1/f等低频噪声，提高了系统的信噪比。由于采用的面阵CCD芯片表面覆盖有Bayer彩色滤波阵列（CFA），因此每个像素点只有一个颜色分量。为了获得全彩图像，采用一种改进的双线性插值算法来获得每个像素点上丢失的色度信息，较好的解决了插值效果和硬件实现复杂程度的折衷。设计采用CCD逐行扫描工作方式，曝光时间为0.32ms时，所有像素信号依次读出。整个系统采用FPGA作为核心控制器件，读取的CCD信号经过插值处理，实时地通过DVI发送芯片SiI1162以DVI格式发送到TFT-LCD屏上显示。
关键词：面阵CCD;图像采集;现场可编程门阵列;相关双采样;彩色插值

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发布时间：2020-08-12

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