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最新刊期
2015 年 第 4 期
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真空紫外Al/MgF2反射镜
摘要：采用三步热舟蒸发制作法研制了真空紫外Al/MgF2反射镜, 研究了改善制备工艺有效提升反射率的方法。在两层Al/MgF2反射镜制备过程中, 第一步在室温石英基板上快速蒸发厚约70 nm的铝膜;第二步在铝膜表面迅速蒸发厚约10 nm的MgF2;第三步先对基板加热到一定温度后, 再在Al+MgF2的表面上蒸发15~20 nm厚的MgF2。通过调整基板温度(室温、100 ℃、200 ℃和300 ℃), 研究了基板温度对Al/MgF2反射率的影响。真空紫外反射率计测试结果表明:第二步蒸镀MgF2之后增加基板温度有利于提高反射镜的反射率;MgF2薄膜的厚度对反射镜的反射率起到一定的调制作用, MgF2厚为26.7 nm的反射镜在122 nm处的反射率达85%。在实验室环境下存放1个月和5个月后, 反射镜的反射率没有变化。研究结果为真空紫外光学系统需求的高性能光学元件的研制提供了技术基础。关键词：真空紫外反射镜;Al/MgF2反射镜;基板温度;反射率- 47
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发布时间：2020-08-13 -
光纤Bragg光栅应变计在500m口径球面射电望远镜工程索力监测中的应用
摘要：为了实时监测500 m口径球面射电望远镜(FAST)索网支承结构的典型索力, 避免传统索力监测方法对索网支承结构的影响和工作中的电磁干扰, 提出了一种间接获取索力值的方法。该方法使用光纤布拉格光栅(FBG)传感器监测索头应变值来间接测量索力。测量时将FBG应变计与补偿温度计通过专用安装底座焊接于索头线性应变区域轴向, 防止直接焊接对索头结构性能的影响;然后使用温度应变补偿法补偿温度变化对FBG应变计测量结果的影响。在索体出厂预张拉过程中对该方法进行标定得到相关索力换算公式系数, 从而在实际工程应用中实现了索力的测量。试验结果表明, 索力与索头应变线性拟合度高达0.98, 实际测量中绝对误差均方差为1.38 t, 在FAST工程主索工作索力范围内相对误差优于3%, 满足工程需求。该方法无电磁干扰, 耐用性久, 布线灵活简单, 已成功应用于FAST工程中的316根典型主索的索力监测中。关键词：光纤Bragg光栅;应变计;索力监测;温度补偿;射电望远镜- 76
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发布时间：2020-08-13 -
多主色LED照明光源的相关色温调控
摘要：通过建立光电热(PET)模型, 研究了发光二极管(LED)光源相关色温(CCT)的模型预测控制方法, 实现了多主色LED光源的相关色温控制。首先, 提出了热平衡状态稳定假设和修正的非对称高斯函数作为基函数的假设;根据软模型建模思路, 用最小二乘估计求解各个模型参量的回归子模型, 分析光谱敏感系数曲线随CCT变化的关系。然后, 通过重力线法调试出在3 000, 4 500和6 500 K 下3个常用色温点处所需的电流控制量。最后, 在调设好的电流控制量上加以一定的无规则扰动产生一组验证数据, 用于评价模型精度。实验结果表明:建立的多主色LED光源的PET数学模型能够很好地通过电流控制量和环境温度来预测LED的热沉温度和多主色合成光谱功率分布函数, 进而能够预测控制色温, 具有很好的模型精度。得到的色度坐标预测精度优于±0.005, CCT预测精度优于±150 K。提出的基于模型的控制方法不仅适用于常用LED光源的CCT调控, 还可推广到更多通道的LED光源的色度及CCT控制中。关键词：照明光源;多主色发光二极管;相关色温;光电热模型- 71
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发布时间：2020-08-13 -
用于子孔径拼接干涉系统的机械误差补偿算法
摘要：针对拼接干涉检测系统机械定位精度引起的各子孔径间的相对定位误差, 提出了含定位误差补偿项的全局最优化拼接算法。介绍了该算法原理, 从理论上分析了该算法拟合出的平移和旋转定位系数的精度。结合MetroPro和Matlab软件仿真模拟实验, 分析了机械定位误差对拼接检测精度的影响。实验表明:拟合出的平移定位系数精度高于旋转定位系数精度, 与理论分析一致;相对于一般算法, 该算法对机械误差有较强的免疫力。在搭建的拼接检测装置上检测了口径为150 mm的平面镜, 结果显示:拼接结果与干涉仪直接检测的全口径相位残差的分布峰谷值(PV)为0.015 30λ, 均方根值(RMS)为 0.001 570λ, 得到的结果十分接近, 验证了该算法稳定可靠, 能够合理有效地补偿机械精度引起的子孔径定位误差。关键词：拼接干涉检测;子孔径拼接;机械定位误差;补偿算法;大口径平面镜- 62
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发布时间：2020-08-13 -
应用数字散斑相关的运动轴面位置匹配
摘要：由于进行转轴动态扭矩测量时的旋转运动会导致应变测量无法直接进行, 故提出了应用数字散斑相关技术的动态转轴表面位置匹配方法。该方法可通过对旋转运动中轴面位置的识别实现后续转轴表面应变位移的计算。搭建了运动轴面数字散斑相关实验系统, 进行了轴面灰度值稳定转角范围的标定实验、标准转角的转角位移测量实验和运动轴面位置识别实验。实验表明, 本系统轴表面图像在-π/15~π/15转角内灰度值较稳定, 该转角范围对应转动方向160个像素, 相关系数曲面有明显峰值, 转角为-π/15和π/15的相关度分别为0.389 2和0.322 1, 超出该范围后图像灰度信息淹没在由轴面弧度变化引起的噪声中;标准转角轴面位移识别精度和运动轴面位置识别精度为1像素。本文方法解决了旋转运动轴面的位置匹配这类大位移测量问题, 为动态转轴的位移、应变等测量问题提供了有效方法。关键词：数字散斑相关;数字图像相关;参考图像序列;运动轴面;位置匹配- 59
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发布时间：2020-08-13 -
基于荧光成像的准分子激光系统多路光束自动准直
摘要：研究了基于准直光束成像的准分子激光主振荡功率放大(MOPA)系统的多路光束自动准直, 实现了激光在放大器中的多程放大及高的靶面指向精度。采用352 nm He-Cd激光作为准直光源, 提出了多光束感光屏同步接收与可见光CCD荧光成像相结合的复合图像采集技术, 解决了自动准直系统多路激光的近场、远场图像获取问题。利用图像区域分割处理方法编制了准直信息处理软件, 实现了对多光束的自动准直闭环反馈控制。最后, 结合准分子激光MOPA系统中的预放大器光学设计进行了自动准直验证实验。结果表明:准直成像光强可调谐倍数为300, 成像系统在放大器窗口处固有误差占放大器口径比例小于设计值1.08%, 3路激光的自动准直时间为40 s, 完全满足放大器的几何填充和能量提取要求。关键词：准分子激光;主振荡功率放大器;光束准直;自动准直;荧光成像;区域分割;可调谐放大- 86
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发布时间：2020-08-13 -
基于同轴光子带隙晶体的应变传感器
摘要：基于微波网络理论, 提出了一种基于变绝缘层的同轴光子带隙晶体应变传感器的设计方法。给出了同轴光子带隙晶体传感器的结构形式, 推导了传感器带隙极值频率与晶体电长度之间的关系。根据给定监测频点设计了传感器的几何尺寸及材料参数, 计算了传感器的S参数, 计算结果与仿真结果相吻合。分析了提高该传感器灵敏度和品质因数的方法, 并搭建了实验测试平台。实验结果表明:当应变量由0 με提高至10 000 με时, 极值频率由2.450 GHz移至2.432 GHz, 频移量为18 MHz, 灵敏度为1.8 kHz/με。得到的实验结果与仿真结果相吻合, 验证了本文所提出的基于变绝缘层的同轴光子带隙晶体应变传感器设计方法的可行性和有效性。该传感器可满足不同灵敏度需求下对应变的实时监测。关键词：同轴光子带隙晶体;应变传感器;变绝缘层;特性阻抗- 63
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发布时间：2020-08-13 -
中/长波红外双衍射级次共路Offner成像光谱仪
摘要：为提高成像光谱仪的工作波长范围, 提出了基于双波段焦平面探测器(FPAs)的双衍射级次全共路Offner成像光谱仪结构。该结构中凸面光栅的一级衍射光和二级衍射光完全重叠共路传输, 并可由焦平面处的双波段红外焦平面探测器IR FPAs实现级次的自然分离和同时探测。分析了该结构的工作原理和设计方法, 基于几何光线追迹法仿真了谱线弯曲和色畸变特性, 基于Huygens点扩散函数(PSF)仿真了光谱响应函数(SRF)并导出了光谱带宽。实验显示:双衍射级次共路Offner成像光谱仪的工作波段为3~6 μm(二级衍射)和6~12 μm(一级衍射), 谱线弯曲和色畸变均小于0.5个像元宽度, 光谱带宽分别为13.2~14.3 nm(二级衍射)和28.3~33.3 nm(一级衍射), 两个工作波段内的衍射效率均大于或等于20%。整个系统结构简单紧凑、光谱范围宽, 满足对地物或深空目标的中等分辨率的中远红外光谱探测需求。关键词：成像光谱仪;双衍射级次;共光路探测;双波段红外焦平面探测器(IR FPAs)- 61
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发布时间：2020-08-13 -
利用相位差异法检测镜面面形
摘要：为了验证相位差异波前检测器演示系统利用自带光源独立完成波前检测任务的能力, 搭建了基于相位差异法检测镜面面形的实验平台。测试时在焦面和离焦面上同时采集短曝光图像, 在已知离焦量的前提下解算出波前相位分布并恢复出目标, 从而实现对大镜面像差的估计。为了进一步验证相位差异测量方法的准确性, 对相位差异法与高精度的ZYGO干涉仪得到的测量结果进行了比较分析。实验结果表明:两种方法获得的面形误差分布及误差的峰谷值(PV)和均方根值(RMS)一致性很好, 而波前RMS的测量精度达到了2.83/1 000λ。得到的结果表明提出的相位差异法能有效地检测出镜面的像差, 且准确性很好。关键词：镜面面形;面形检测;相位差异法;泽尔尼克多项式;像差- 48
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发布时间：2020-08-13 -
980nm高稳定度激光泵浦源控制系统
摘要：设计、制作了一款980 nm高稳定度激光泵浦源控制系统, 以满足掺铒光纤放大器(EDFA)稳定工作的需要。首先, 以恒流激励原理设计了控制系统的驱动单元。接着, 使用半导体制冷器(TEC)作为泵浦源的温度控制手段, 设计了控制系统的温度控制单元。为了验证控制系统的有效性, 选用一款激光泵浦模块组成了完整的激光泵浦源系统。最后, 对激光泵浦源的激光输出进行了实验, 研究了光功率与驱动电流的关系, 以及系统的光功率稳定度与光谱稳定性等。对系统进行了相关测试实验, 结果显示:应用了本控制系统的激光泵浦源的激光输出中心波长为975.2 nm, 光功率可达600 mW, 短期光功率稳定度为±0.008 dB, 长期光功率稳定度为±0.05 dB, 比同类激光泵浦源具有更高的稳定度。得到的结果表明:所设计的激光泵浦源控制系统满足设计要求, 具有一定的实用价值。关键词：激光泵浦源;激光泵浦控制系统;恒流源;半导体温度控制;掺铒光纤放大器- 44
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发布时间：2020-08-13
现代应用光学
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线切割与真空热扩散焊组合工艺制备微模具
摘要：采用线切割和真空压力热扩散焊组合工艺制备了高深宽比的三维微结构。分别研究了线切割与热扩散焊工艺并获得了较好的工艺参数用于制备微模具。首先, 在脉冲宽度为10 μs, 脉冲间隔为40 μs, 线切割电流为0.28 A, 电压为60 V的条件下, 对100 μm厚的铜箔进行线切割, 获得了多层二维微结构。然后, 在热扩散温度为850 ℃, 热扩散时间为10 h, 压力为1.0 μPa的工艺参数作用下, 对多层铜箔二维微结构进行真空压力热扩散焊接, 通过多层二维微结构的叠加形成微模具, 并制备了六棱台微型腔模具及微型级联齿轮模具。实验结果表明:三维微模具表面形貌较好, 制作结果较理想, 与设计模型基本相符。最后, 通过超声模压成型分别获得了二阶和三阶的塑料级联齿轮。这些微塑件质量良好, 验证了该工艺方法的可行性。关键词：三维微结构;微注塑模具;线切割;真空压力热扩散焊- 42
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发布时间：2020-08-13 -
基于修整力的树脂结合剂金刚石砂轮机械修整
摘要：研究了树脂结合剂金刚石砂轮修整过程中修整力与修整效果的关系, 基于修整力的变化表征了砂轮的表面形貌及磨削性能。首先, 对碳化硼、碳化硅、白刚玉3种砂轮修整工具进行实验, 并采集了修整过程中修整力的变化;然后, 利用白光干涉仪观测修整后砂轮的表面形貌;最后, 对修整后砂轮进行磨削验证实验, 得到不同修整工具修整后砂轮的磨削性能。基于上述实验, 分析并验证了修整力的变化与砂轮表面形貌和砂轮磨削性能的关系。结果表明, 法向力Fn能够表征砂轮的磨粒切削刃密度以及磨粒突出高度;修整比率β反映了砂轮的锋锐程度, 当β稳定时, 砂轮达到充分修整。因此修整力反映了砂轮表面形貌和磨削性能, 根据修整力的变化可以把握砂轮的修整进程。关键词：磨削;机械修整;树脂结合剂金刚石砂轮;修整力;表面形貌- 59
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发布时间：2020-08-13 -
轴向磁通飞轮电机印刷电路板定子绕组设计
摘要：针对卫星姿态控制用反作用飞轮小型化的要求, 设计了采用印刷电路板(PCB)定子绕组形式的轴向磁通反作用飞轮系统, 并研究了PCB定子绕组的布线形式。根据系统设计方案和工艺的要求, 采用理论分析与有限元仿真相结合的方法, 研究了螺旋形绕组的反向转矩产生机理, 对比分析了螺旋形和波形PCB定子绕组对飞轮驱动电机性能的影响, 并分别对采用两种形式定子绕组的飞轮样机进行了地面性能测试。试验结果表明, 飞轮工作在额定转速5 000 r/min时, 采用波形定子绕组比采用螺旋形定子绕组时的电机功耗降低了26.2%, 电磁效率降低了0.8%。试验结果验证了理论分析与仿真结果的正确性, 为PCB定子绕组型轴向磁通永磁电机的工程化应用提供了参考。关键词：反作用飞轮;印刷电路板定子绕组;轴向磁通永磁电机;有限元- 44
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发布时间：2020-08-13 -
三分频式压电骨传导助听装置的仿真与测试
摘要：设计了一种采用3个结构尺寸不同的压电振子进行电信号-音频信号转换的三分频式压电骨传导助听装置, 该装置可以适应较宽的工作频率范围。对压电振子进行了模态仿真分析和谐响应仿真分析, 得出了压电振子最佳振型和谐振频率, 确定了各个压电振子的工作频率段。根据仿真结果设计制作了三分频压电骨传导助听装置试验样机, 对样机的幅频特性和响度进行了试验测试。结果显示:助听装置中低频、中频和高频压电振子的最大振动幅值分别为86.08 μm、34.24 μm和1.545 μm, 且处于各自振动频率段内;低频、中频和高频压电振子在各自频段内响度最大, 各频段的最大响度值依次为69.1 dB、98.3 dB和117.1 dB。由于3个压电振子同时工作时, 各频段声音都能得到较好的响应, 因此拓宽了声音的响应频域。关键词：骨传导助听装置;三分频式;压电振子;仿真- 57
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发布时间：2020-08-13 -
大口径非球面光学研抛压力控制系统
摘要：根据大口径非球面光学元件研抛工艺的需求, 基于行星式研抛装置设计了一种新型的双路气压平衡研抛压力控制系统。该系统利用低摩擦气缸, 压力传感器和两个电气比例阀构建研抛气压闭环回路。分析了系统工作原理, 建立了压力控制系统的非线性模型。为了实现恒压控制, 运用前馈控制及双模态PID控制算法设计了复合控制器。实验结果表明, 该系统能实现研抛压力的平缓过渡, 可完成研抛压力的无级调节和柔性控制, 输出研抛压力在0到350 N可调, 稳态压力波动小于1 N, 对气缸活塞位移波动干扰有较强的鲁棒性。该系统基本满足研抛系统对研抛压力稳定性和精确度的要求。关键词：大口径非球面;光学研抛;研抛压力;压力控制;PID控制- 46
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发布时间：2020-08-13 -
小型光学遥感器主镜室的光机结构
摘要：设计了一种新的光机结构, 以使超小型光学遥感器在宽温度范围及恶劣的动力学环境下能够良好成像。研究了该结构中的核心部件-主镜组件的支撑结构的设计原理和实现方法。通过对主镜室初始设计方案的力、热特性分析, 说明了主镜传统支撑方式的局限性。然后, 以挠性支撑原理为基础设计了一种新型的适用于小口径反射镜支撑的挠性反射镜支撑结构, 对该支撑结构的温度适应性及组件的模态进行了有限元分析, 说明了采用这种反射镜挠性支撑结构能够满足设计指标要求。最后, 论证了小型光学遥感器主镜室的加工及具体实现方法。对装配后的主镜组件进行了热冲击试验和温度拉偏试验, 结果表明:在-60 ℃~80 ℃进行热冲击试验后, 主镜不会出现炸裂现象;而在-20 ℃~50 ℃温度下, 反射镜面形精度RMS仍保持在 0.025λ(λ=632.8 nm)水平。得到的结果验证了主镜室的设计可以满足小型光学遥感器的应用环境要求。关键词：遥感器;主镜;挠性支撑;模态分析;冷加工;电火花加工- 63
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发布时间：2020-08-13 -
三乙醇胺在镁铝尖晶石固结磨料研磨中的作用
摘要：探索了三乙醇胺在镁铝尖晶石固结磨料研磨中的作用机理并进行了系列实验。首先, 通过显微压痕实验测量了三乙醇胺和去离子水作用下镁铝尖晶石样品的硬度。然后, 采用X射线光电子能谱仪(XPS)分析了三乙醇胺的化学作用机理, 研究了在三乙醇胺和去离子水作用下工件表面层化学组分随深度的变化, 估算了其表面软化层的厚度。最后, 通过研磨实验探索了去离子水和不同浓度的三乙醇胺对材料去除率和表面质量的影响。结果表明:三乙醇胺研磨液对工件的化学作用降低了其表面层的显微硬度, 形成了软化层;三乙醇胺和去离子水形成软化层的机制是其中的OH-和吸附的CO2与尖晶石基体发生了反应, 而三乙醇胺形成的软化层厚度约为2 nm, 去离子水形成的软化层厚度小于0.65 nm;采用三乙醇胺研磨液的材料去除率高于采用去离子水, 但表面质量较采用去离子水的差。实验证明, 三乙醇胺对工件的化学作用可以显著地提高材料去除效率。关键词：三乙醇胺;尖晶石;固结磨料;研磨;软化层- 59
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发布时间：2020-08-13 -
多层UV-LIGA电铸镍材料的抗冲击性能
摘要：为研究采用UV-LIGA(Ultraviolet Lithography, Galvanoformung, Abformung)技术制作的多层电铸镍的机械可靠性, 对其进行了抗冲击性能分析。利用冲击试验台及信号采集系统测试了UV-LIGA多层电铸镍的抗冲击性能。实验分析得到其累积失效概率-加速度峰值曲线近似拟合于韦布尔统计分布, 韦布尔系数γ=7.6, 参考加速度为21 300g。当加速度为12 000~18 000g时, 可靠性相对较高;当加速度为12 000~18 000 g时, 累计失效概率增加较快;当加速度大于24 000g时, 可靠性下降迅速。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了试样, 得到其主要的失效形式有分层、断裂、塑性变形以及黏连等。初步分析了失效原因, 并提出了相应的优化设计方法, 为UV-LIGA多层结构的设计提供实验依据。关键词：UV-LIGA;多层电铸镍;抗冲击性能;微机电系统(MEMS)- 69
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发布时间：2020-08-13 -
二氧化碳探测仪的热控系统
摘要：根据二氧化碳探测仪所处的空间环境、结构特点和工作模式, 采用被动热控和主动热控相结合的方法设计了它的热控系统。首先, 介绍了探测仪结构及内热源, 同时分析了探测仪的外热流, 从而得到了热控任务难点。然后, 对探测仪的各个部分进行了热设计, 采用被动热控与主动热控相结合的方式进行了热隔离、热疏导和热补偿;根据探测仪所处的空间环境和采取的热控措施利用TMG软件进行了热分析。仿真分析结果表明, 光学系统主体框架的温度为13.3~21.7 ℃, 满足了设计要求。最后, 通过真空条件下的热平衡试验对热设计进行了试验验证, 试验结果显示光学系统主体框架的温度为13.0~20.3 ℃, 试验值与计算值基本一致, 满足热控指标要求。得到的数据表明提出的热设计方案合理可行。关键词：二氧化碳探测仪;热控系统;热设计;热分析;热试验- 57
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发布时间：2020-08-13 -
气辅式多射流纳米颗粒高效静电雾化喷射
摘要：研究了一种带辅助气体的新型纳米颗粒多射流高效雾化喷射技术。开发了带有辅助气流的多喷嘴静电雾化喷头, 引导辅助气体均匀分布于各喷嘴四周形成稳定鞘层气流, 从而对带电雾化射流产生拉伸与约束作用, 而形成的鞘层气流降低了表面电荷密度, 克服了带电喷嘴间的电场干扰, 实现了多雾化射流的稳定、持续喷射。研究了静电雾化多射流的喷射、沉积行为, 分析了辅助气体供气压强对射流喷射临界启动电压和纳米颗粒均匀性的影响规律。实验结果显示:辅助鞘层气流降低了射流喷射临界启动电压和雾化颗粒直径, 提升了雾化纳米颗粒的均匀性。辅助气体供气压强从0 kPa增加到50 kPa时, 雾化多射流喷射临界启动电压从4.9 kV降低至2.8 kV, 纳米颗粒平均直径从845.267 nm下降至528.06 nm。结果表明:鞘层气流的引入为纳米颗粒的多射流、快速喷射提供了一种有效的技术手段, 有助于推动静电雾化技术的应用发展。关键词：静电雾化;纳米颗粒;多射流喷射;鞘层气流;约束聚焦- 61
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5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床完整刚度模型及其刚度特性
摘要：基于全雅可比矩阵和虚功原理建立了5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床的完整刚度模型。首先基于螺旋理论推导出约束分支中的约束雅可比矩阵;然后锁定分支中的主动副并利用互易积原理求得驱动雅可比矩阵, 最后提出了冗余驱动雅可比矩阵。利用约束力、驱动力和冗余驱动力与外力的映射关系, 结合虚功原理, 得到系统整体刚度矩阵。考虑虎克铰、轴承等传动部件的轴向变形对分支轴向刚度的影响, 构造了各个分支的轴向刚度模型。借助激光跟踪仪对所建立的刚度模型进行了实验测试。结果表明:该刚度模型的误差为2%~5%, 验证了理论分析的可靠性。在此基础上, 以机床的线刚度和角刚度的最小值为刚度性能指标, 分析了其在工作空间内的分布情况。分析显示:机床线刚度的最小值主要分布在Y轴两侧, 角刚度的最小值则主要分布在-0.05≤z≤0.05 m和-0.11≤y≤-0.05 m, 因此, 在进行并联机床工具规划时应该尽量避免该区域。文中内容可为并联机床刀具运动轨迹的优化提供参考依据。关键词：并联机床;冗余驱动;完整刚度模型;最小刚度分布- 56
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X-Y精密定位平台的敏感函数逆前馈补偿控制
摘要：针对音圈电机驱动的X-Y定位平台中稳态误差导致的系统定位精度较低的问题, 提出了基于敏感函数逆的前馈补偿控制方法。首先, 采用频域辨识方法建立了系统模型, 基于终值定理推导出系统扰动和稳态误差的关系, 并由此设计了敏感函数的逆模型来补偿扰动对稳态误差的影响, 从而提高系统精密定位性能。最后, 在搭建的音圈电机驱动X-Y定位平台上进行了不同运动行程的实验研究。实验结果表明:在行程为10 μm, 最大加速度为6 mm/s2的微定位运动条件下, 补偿后的定位误差可由2 μm降低到0.2 μm;在行程为10 mm, 最大加速度为6 m/s2的宏定位运动条件下, 定位误差可由2 μm降低到0.4 μm。实验结果验证了本方法的有效性, 为后续高精密伺服系统的研制提供了重要参考和设计依据。关键词：音圈电机;精密定位平台;敏感函数;前馈补偿- 60
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发布时间：2020-08-13 -
气动干扰下的Hex-Rotor无人飞行器控制器及其飞行实验
摘要：分析了气流扰动、翼间干扰等因素对飞行中的无人飞行器的控制精度和效果产生的影响, 并给出了相应的解决方法。建立了Hex-Rotor飞行器的动力学模型, 分析了升力因子不确定性导致飞行器控制效果下降的影响因素。设计了反演滑模控制器来控制飞行器的空间六自由度运动, 同时考虑升力因子的不确定性采用超螺旋非线性观测器观测各个旋翼的升力因子来克服气动干扰的影响。通过原型机验证了提出的方法, 结果显示:Hex-Rotor飞行器在气动干扰较大的外部环境中飞行时, 水平位移跟踪误差不超过±4.5 m, 高度误差不超过±2.5 m, 姿态角度误差保持在±2°内, 较大地增强了飞行器的抗扰能力。结果表明:采用本文的方法可以有效地估计各个旋翼的升力因子, 从而提高Hex-Rotor飞行器的控制精度和效果。关键词：无人飞行器;升力因子;气动干扰;反演滑模控制器;超螺旋非线性观测器- 56
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发布时间：2020-08-13 -
基于响应面法的微操作平台多目标优化
摘要：为了提高微操作平台的操作空间和动态性能, 基于响应面法对一种新型微操作平台进行了多目标优化设计。采用中心组合设计方法选取仿真试验点, 根据试验点建立平台的参数化几何模型, 应用软件ANSYS对平台进行静力学和模态分析得到其固有频率、位移放大倍数和最大应力的响应值。根据所得的仿真试验数据, 采用最小二乘法和显著性检验建立反映平台性能指标的二阶多项式响应面模型。最后, 计算了反映响应面拟合度的评价指标, 验证了所建响应面模型的精确性。以微操作平台的放大倍数和固有频率为优化目标, 强度为约束, 建立了平台的多目标优化模型, 采用多目标遗传算法对平台进行优化得到Pareto解集。从Pareto解集可知, 固有频率与放大倍数之间是相互冲突的, 故需权衡固有频率和放大倍数从Pareto解集选取最优解。比较优化前后平台的各性能指标可知, 平台的固有频率增大了35.58 %, 放大倍数增大了2.33 %, 最大应力减小了38.97 %, 证明了提出的优化方法的有效性。关键词：微操作平台;中心组合设计;响应面法;多目标遗传算法- 57
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发布时间：2020-08-13 -
永磁同步电机速度控制器的全数字化集成
摘要：基于现场可编程门阵列(FPGA)设计了具有Anti-windup策略的速度控制器用于永磁同步电机伺服控制系统, 并给出了相应的集成设计方法。该方法通过单片FPGA实现永磁同步电机的全数字集成控制。采用FPGA的嵌入式Nios II核完成速度环控制策略, 通过FPGA的并行硬件电路实现了高速电流环控制器。为了解决速度给定较大时产生的控制器积分饱和问题, 设计了具有Anti-windup策略的PI速度控制器用于有效地减小转速超调量, 缩短调节时间。实验结果表明:与PI控制器相比, 使用这种速度控制方法可使永磁同步电机最大转速跟踪精度提高10 r/min, 且具有良好的动态性能和稳态精度。提出的设计方法满足永磁同步电机伺服控制系统的设计需要。关键词：永磁同步电机;现场可编程门阵列;Anti-windup策略;速度控制器;PI控制器- 70
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发布时间：2020-08-13 -
时栅传感器动态测量误差补偿
摘要：针对动态测量误差特点, 提出了对系统误差和随机误差分别进行建模和组合补偿的思想来提高时栅传感器的动态测量精度。对具有周期性变化特征的系统误差采用傅里叶级数逼近的方法进行建模, 运用最小二乘求解超定方程组的方法计算出系统误差的补偿参数。对于系统误差补偿后残留的随机误差采用灰色预测GM(1, 1)模型进行预测, 通过模型残差检验和修正提高预测的准确度。实验结果表明, 利用傅里叶级数逼近模型有效地补偿了系统误差, 误差由±35"降至±7.8", 通过最小二乘参数寻优得到的补偿参数与传感器实际的误差成分相吻合;灰色预测模型则很好地预测补偿了残留的随机误差, 误差由±7.8"降至±3"。得到的结果表明, 利用这种对误差分别建模和补偿的方法大幅度地降低了动态测量误差, 有效地提高了传感器的测量精度。关键词：时栅传感器;位移测量;动态测量误差;系统误差;随机误差;傅里叶级数逼近;GM(1;1)模型- 56
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发布时间：2020-08-13
微纳技术与精密机械
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空间相机图像复原的实时处理
摘要：提出了一种基于有效提取点扩散函数(PSF)的图像实时复原方法来提高空间相机成像性能。从典型的图像复原原理出发, 分析了实时复原的关键问题。将PSF与典型的线性复原滤波方法相结合计算出实时复原的反卷积算子, 通过空间域卷积计算的方式进行实时复原, 并以现场可编程门阵列(FPGA)为核心器件设计了具备图像实时复原计算性能的硬件系统。利用上述设计在硬件平台上对空间相机的遥感图像数据进行了实验验证, 并与经典图像复原方法的效果进行了对比。结果显示, 采用该平台对单片CCD像元数为12 000的空间相机图像进行复原后, 灰度平均梯度由3.788 7提升到8.229 6, 拉普拉斯和由15.456 7提升到43.907 5, 达到了经典图像复原的性能。在模板尺寸为19 pixel×19 pixel时, 实时复原处理延时为1.9 ms, 复原后的相机调制传递函数在Nyqyist频率处从0.1提高到0.23, 有效地提高了空间相机系统的成像性能。关键词：空间相机;图像实时复原;反卷积算子;现场可编程门阵列- 67
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发布时间：2020-08-13 -
高光谱图像的分布式压缩感知成像与重构
摘要：根据高光谱数据的特点, 提出了一种基于像元的分布式压缩采样模型来实现高光谱图像的有效压缩采样与重构。搭建了能实现该模型的压缩采样光谱成像系统, 并研究了用于该系统成像的重构算法。在图像采集阶段, 将高光谱数据分为参考像元和压缩感知像元;地面像元的辐射能通过棱镜进行谱带分离, 再利用数字微镜器件实现谱带的线性编码。对压缩感知像元进行低采样率的线性编码, 对参考像元进行采样率为1的线性编码。压缩采样数据重构时, 不再采用传统方法直接重构高光谱数据, 而是利用线性混合模型将重构高光谱数据转换成端元提取和丰度估计, 然后根据重构的端元和丰度恢复原数据。对比实验表明, 在压缩采样数据为总数据的20%时, 重构的平均信噪比提高了10 dB。所设计的成像系统应用压缩感知理论减少了采集的数据量, 采样方式简单, 可应用于星载或机载的高光谱压缩感知成像。关键词：分布式压缩感知;高光谱图像;成像光谱仪;线性混合模型;感知矩阵- 55
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发布时间：2020-08-13 -
形状空间下的3D面貌相似性比较
摘要：开展了利用计算机自动比较两个3D面貌相似程度的研究。提出了一种在形状空间下基于测地线的3D面貌相似性比较的方法。该方法使用测地线近似表示3D面貌模型, 然后将其变换到形状空间下, 以对应测地线的平均测地距离作为两个3D面貌的相似性比较的依据。在公开的GAVADB三维面貌库上对14个人的28个3D面貌模型进行了实验, 识别率达到92.86%以上, 说明本方法可以将同一个人的不同模型与不同人的模型区分开。另外, 使用提出的方法对不同人的3D面貌模型进行了相似性比较实验, 结果表明使用本方法得出的相似程度的判断与人的主观判断相一致, 说明本方法能够较好地反应3D面貌的相似程度。关键词：计算机图形学;计算机视觉;3D面貌相似性;测地线;形状空间;平方根速度函数(SRVF)- 55
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发布时间：2020-08-13 -
非均匀采样莫尔条纹信号的分析与处理
摘要：为了动态、实时地测量光电编码器在变速转动情况下的细分误差, 提出了一种莫尔条纹信号的非均匀采样分析与处理方法。利用傅里叶级数原理构造了实际情况下的莫尔条纹信号方程, 根据编码器在不同转速下的实时采样, 揭示了莫尔条纹信号的非均匀采样特征。鉴于信号采样的非均匀性, 采用曲线拟合的最小二乘法重构莫尔条纹信号, 利用离散傅里叶变换算法分析重构信号并求出波形参数。通过信号参数与细分误差的关系式, 测量了编码器动态细分误差。采用该方法对21位绝对式光电编码器莫尔条纹信号进行了分析和处理, 两次测试得到其动态细分极值误差为+3.21"、-4.69"和+3.45"、-4.81"。实验结果表明, 该方法可以有效地分析和处理编码器在非匀速转动下产生的变频莫尔条纹信号, 精确地测量编码器的动态细分误差, 为工作现场编码器误差的实时检测与修正奠定了基础。关键词：光电编码器;细分误差;莫尔条纹;非均匀采样;离散傅里叶变换- 57
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发布时间：2020-08-13 -
基于视频行场消隐期的大容量FLASH存储控制器
摘要：为克服传统大容量FLASH视频存储控制器时序设计复杂、缓存资源要求较高的缺点, 设计了一种利用视频行场信号消隐期进行时序控制的FLASH视频存储控制器。该控制器基于FPGA时序设计, 利用视频行场同步信号消隐期时间写入FLASH的读出和写入控制命令。由于无需缓存资源即可实现多级流水线的设计, 提高了时序控制效率, 简化了时序设计过程。基于Verilog 硬件描述语言, 设计了3级流水线和并行控制时序, 数据达120 MB/s, 实现了对2 048 pixel×1 752 pixel/15 frames高速视频数据的实时存储与回放。仿真与实验结果均表明, 系统时序设计正确, 大容量FLASH阵列读写操作正常, 可实现视频数据的采集、存储、回放等多种功能。关键词：FLASH存储控制器;大容量FLASH;现场可编程门阵列(FPGA);消隐期- 50
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发布时间：2020-08-13 -
增量深度学习目标跟踪
摘要：由于现有目标跟踪算法在复杂环境下易发生目标漂移甚至跟踪丢失, 故本文提出了以双重采样粒子滤波为框架, 基于增量深度学习的目标跟踪算法。该算法在粒子滤波中引入粒子集规模自适应调整的双重采样来解决粒子衰减及贫化问题, 并利用无监督特征学习预训练深度去噪自编码器以克服跟踪中训练样本的不足。将深度去噪自编码器应用到在线跟踪中, 使提取的特征集合能够有效表达粒子图像区域。在深度去噪自编码器中添加了增量特征学习方法, 得到了更有效的特征集以适应跟踪过程中目标外观变化。该方法还用线性支持向量机对特征集合进行分类, 提高对粒子集合的分类精度, 以得到更精确的目标位置。在复杂环境下对不同图片序列进行的实验表明:该算法的跟踪综合评价指标为94%、重叠率为74%, 平均帧率为13 frame/s。与现有的跟踪算法相比, 本算法有效地解决目标漂移甚至跟踪丢失问题, 并且对遮挡、相似背景、光照变化、外观变化具有更好的鲁棒性及精确度。关键词：目标跟踪;粒子滤波;深度去噪自编码器;支持向量机;增量特征;深度学习- 45
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发布时间：2020-08-13 -
联合4方向特征的全局优化图像补全
摘要：为更好地保持修复后图像的结构连贯性及与邻域信息的连续一致性, 提出了联合4方向特征的全局优化图像补全算法。该方法利用Curvelet变换提取图像的水平, 垂直, 正对角及反对角4个方向的特征。在构造数据项和平滑项能量时, 利用4方向特征与颜色信息共同衡量样本块间的相似性, 以此构造符合人眼视觉要求的全局能量约束方程;同时自适应确定计算数据项和平滑项能量的样本块尺寸。最后利用图割算法求取全局能量的极小值, 获得修复图像。实验显示:与现有算法相比, 提出算法可以获得更优的修复结果, 其峰值信噪比(PSNR)平均值比现有算法至少高出2 dB, 验证了提出算法的有效性;结果也表明:提出的算法可以更好地保持图像结构的连贯性及修复区域内的连续一致性, 能满足人眼视觉需求。关键词：图像补全;目标移除;全局优化;4方向特征- 43
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发布时间：2020-08-13 -
无参考的特征点复杂度激光干扰图像评估
摘要：由于目标识别和检测效果取决于目标提取的准确性, 本文结合主动成像与目标识别技术搭建了激光主动成像系统实验平台, 研究了激光干扰对获取图像质量以及特征点提取效果的影响。提出了一种无参考的特征点复杂度图像评估算法。该算法在目标区域位置计算图像的特征点、纹理、梯度和对比度复杂度, 然后综合4个因子得到归一化的评估结果。利用激光主动成像系统对设定目标进行了照明成像实验, 同时采集了不同干扰功率和光斑位置的干扰图像。使用本文提出的特征点复杂度算法对标准数据库及实验获得的激光干扰图像进行了评估。实验结果表明:提出的评估算法能够客观地反映图像质量的变化情况, 可对不同程度的激光干扰图像给出合理的评估结果, 其评价结果更符合主观视觉感受, 并且能够指导激光主动成像识别系统的防护与应用。关键词：图像处理;图像质量评价;激光干扰;特征点相似度;目标识别- 61
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发布时间：2020-08-13 -
彩色眼底图像视盘自动定位与分割
摘要：针对彩色眼底图像视盘定位时图像边缘高亮环对定位准确率的影响, 提出了一种有效的图像预处理方法。针对已有的视盘分割算法中存在的问题, 提出了一种结合形态学、椭圆拟合及梯度矢量流(GVF) Snake模型的分割算法。提出的预处理方法首先利用最小二乘法拟合出眼底图像的边界, 然后裁剪掉边界的一部分高亮像素点, 最后进行视盘定位。视盘分割算法则首先进行血管擦除, 然后用椭圆拟合提取初始轮廓, 最后使用GVF Snake精确调整视盘边界。用提出的方法对Messidor眼底图像数据库1 200幅图像上进行了实验, 结果显示:视盘定位准确率由原来没经过预处理的95.4%提升到了98.7%;视盘分割错误率与当前已知最好的算法相比由12.5%降低到了9.39%。结果表明:提出的眼底图像视盘自动定位与分割方法准确率高、实用性强, 可以用于眼科疾病的计算机辅助诊断。关键词：彩色眼底图像;图像预处理;视盘定位;视盘分割- 63
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发布时间：2020-08-13 -
消隐点共线约束逐点畸变校正算法
摘要：对逐点图像畸变校正算法进行分析和研究。分析了基于四点共线交比不变性的逐点畸变校正算法的校正精度, 指出该算法由于初始使用图像点含有误差导致计算其他图像点产生了精度改变, 同时给出了计算结果误差较小时的图像点位置和相对距离的选取方法。基于上述分析, 提出了基于消隐点共线约束的逐点畸变校正算法。该算法利用消隐点来提高直线拟合精度, 利用共线特征来约束校正图像点精度。该算法不仅可以优化基于四点共线交比不变性算法校正的图像点, 同时也可以优化初始使用的图像点, 从而提高所有图像点畸变校正精度。基于MATLAB的仿真实验显示:对于400万像素的镜头, 校正后图像点最大误差是初始图像点噪声的29.05倍。针对实物图像对基于四点共线交比不变性法校正的图像点, 基于消隐点共线约束法校正的图像点和未校正采集图像点的交比值进行对比, 结果表明本文提出算法优于四点共线交比不变性算法的结果。关键词：计算机视觉;图像校正;畸变校正;消隐点;交比不变性;共线约束- 69
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发布时间：2020-08-13
信息科学
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