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最新刊期
2015 年 第 5 期
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激光跟踪仪转镜倾斜误差的标定及修正
摘要：为了提高激光跟踪仪的测量精度,分析了跟踪仪的几何结构误差,重点研究了其转镜倾斜误差的标定和修正方法。利用矢量分析和坐标转换相结合的方法建立了跟踪仪转镜倾斜误差模型,推导出了跟踪仪几何空间坐标修正公式,并基于自准直仪、多面棱体和可调反射镜建立了高精度误差标定装置。利用标定装置分析了误差标定方法,通过系统仿真研究了转镜倾斜误差对系统测角误差及最终坐标测量误差的影响。利用误差标定实验检测出的系统转镜倾斜误差约为4",将其带入坐标修正公式,并与修正前的坐标进行了比对分析。对比结果显示,经误差修正后系统空间坐标测量误差可减小约2×10-6,验证了转镜倾斜误差标定和误差修正方法的有效性, 表明利用该方法可在不改变系统硬件结构的基础上提高测量系统的测量精度。关键词：激光跟踪仪;几何结构误差;转镜倾斜误差;误差修正;最小二乘法- 67
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发布时间：2020-08-13 -
基于纳米颗粒溶液散射的激光平场系统
摘要：根据对阵列探测器光电响应误差校正的要求,基于纳米颗粒溶液漫散射效应建立了能产生高平整度参考光场的激光平场系统。介绍了激光平场装置的结构和工作原理及光学设计中涉及的若干关键技术。使用光纤将激光高效地导入溶液中,通过优化光纤位置和腔体结构参数,在保证一定光场均匀度的前提下,提高系统的光能利用率,降低界面上的背向散射损耗。基于改进过的蒙特卡洛程序,数值计算了腔体材料反射率对系统透射率的影响。最后,利用现有的高反射率聚四氟乙烯材料,设计了激光平场系统。结果显示,光纤端口的最优位置取决于腔体反射率,对于高反射率的腔体材料,靠近腔体背部的光纤端口可以有效增强前向散射。设计的激光平场系统能够提供的光场均匀度好于0.3%,可基本满足长程面形仪等高精度激光测量装置中探测器误差校正的需求。关键词：激光平场系统;纳米颗粒;溶液;漫散射;CCD探测器;非均匀响应;校正- 60
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发布时间：2020-08-13 -
高色散系数线性渐变滤光片的研制
摘要：采用双离子束溅射物理沉积方法,通过修正线性渐变沉积速率制备了高透过率、高色散系数的线性渐变滤光片。在不同材料的膜厚修正过程中,通过匹配高低折射率材料的线性渐变趋势来减小两种材料的失配误差。利用微小光斑测试方法获得了线性渐变滤光片的线性渐变光谱数据,使用扫描电子显微镜表征了滤光片的表面形貌及微观结构。测试结果表明:制备的线性渐变滤光片各个位置的中心波长峰值透过率均达到85%以上,其工作波长为650~1 050 nm,中心波长的线性变化率为20 nm/mm,线性度误差在5 nm以内,带外截止度在0.1%以下。制备的线性渐变滤光片不仅具有好的光谱特性,也具有良好的稳定性,完全满足滤光片在空间应用时对小型化、集成化和稳定性的需求。关键词：线性渐变滤光片;双离子束溅射;色散;透过率;膜厚修正- 70
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发布时间：2020-08-13 -
沿光轴通光的LiNbO3的横向电光调制特性
摘要：为了克服现有电光器件的缺陷,选取晶体生长工艺成熟、价格低廉、折射率及电光系数较大的LiNbO3作为电光晶体材料,研究了沿其光轴方向通光的横向电光效应。加工制作了x切、(xzl)45°切和y切3种不同切型的横向电光调制器,并对他们的调制性能做了实验分析。研究结果表明,沿LiNbO3光轴方向通光的横向电光调制有相同的电光参量,折射率感应主轴的位置与电场方向有关;3种不同切型的横向体电光调制器的零场泄露均很小,静态消光比均优于1 000:1,半波电压实测值与理论值的相对误差不超过1.7%;相同调制电压下,它们的调制深度相同,且调制性能稳定。该项研究可为该类电光调制器件的设计和应用提供参考,拓展它们在光通信和光学测量领域的应用。关键词：铌酸锂;电光晶体;电光调制器;横向电光调制;晶体切型;半波电压;调制深度- 53
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发布时间：2020-08-13 -
自组装法制备的亚波长纳米多孔二氧化硅薄膜
摘要：通过自组装技术在玻璃基底上制备了二氧化硅薄膜的亚波长多孔结构,这种类似于多晶的胶体晶体结构其特征尺寸约为90 nm,通过不同的提拉速度可以实现可见到红外不同波段的增透。系统研究了胶体乳液浓度、基片提拉速度对亚波长多孔薄膜透射谱的影响,探索了在不同波段实现高效率增透的最佳制备条件。通过等效介质理论(EMT)分析了这种亚波长多孔薄膜的光学特性,结果表明控制亚波长多孔结构的占空比可以改变等效膜层的折射率实现高效率增透。通过扫描电镜(SEM)表征了多孔膜的表面形貌,并通过图像处理的方式得到二氧化硅纳米粒子的占空比因子。实验结果表明:在一定范围内,提拉速度不同,对应的等效膜层的折射率会不同,膜层的透射率也不同。组装这种亚波长多孔纳米微结构最高增透率达到99.8%,且具有一定的宽带增透效果,通过控制膜层的厚度可以实现从可见光到红外波段的有效调谐,其在1 064 nm处的损伤阈值为21.74 J/cm2。关键词：二氧化硅薄膜;增透膜;等效介质理论;亚波长多孔结构;损伤阈值;自组装法- 54
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发布时间：2020-08-13 -
静态显微光谱成像系统的研制
摘要：提出一种基于液晶可调谐滤光片(LCTF)的显微光谱成像系统。介绍了系统的结构原理和实现方式,完成了原理样机的研制,并给出了实验结果。基于模块化的设计思想,通过标准C转接口与显微镜视频接口连接实现了显微光谱成像。采用LCTF作为分光元件,实现了较宽波长范围内通过电调谐方式来控制透过波长,系统具有无运动部件、调谐速度快且可通过编程灵活选择波长的优点。采用完全对称的中继光学结构,将LCTF置于准直光路中消除可能由LCTF引起的像差;开发了光谱图像采集与分析软件,实现了光谱图像采集的有序控制和数据分析。研制了原理样机,并对头发纤维和南瓜茎纵切片进行了显微光谱成像实验。实验在400~720 nm每隔10 nm采集一幅图像组成数据立方体,通过光谱分析实现了对头发纤维不同来源的区分以及对南瓜茎不同染色部位的提取。实验结果表明:提出的系统能够进行显微光谱成像,获得的数据质量良好,扩展了传统显微成像技术的功能和应用。关键词：光谱成像;显微成像;液晶可调谐滤光片- 62
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发布时间：2020-08-13 -
考虑投影畸变设计大口径离轴非球面检测用计算全息图
摘要：对大口径离轴非球面进行零位补偿检测时, 投影畸变过于严重的区域会由于干涉条纹密度过大而无法检测,从而使加工难以进行。针对此问题,本文采用相对畸变参数定量描述投影畸变,设计了自由度更高、补偿能力更强的计算全息图(CGH)检测方法。该方法在CGH设计阶段考虑投影畸变分布,选择合适的光路结构使得所有区域的投影畸变均较小。根据此方法,对直径为1.45 m的离轴非球面设计了比零位补偿器畸变小的CGH。 检测实验显示:使用设计的CGH可检测非球面的全口径面形误差,验证了在CGH设计阶段考虑投影畸变的正确性与实用性,表明该方法可解决加工过程中零位补偿器由于投影畸变导致部分区域不能检测的问题。以CGH的检测结果为指导,目前该1.45 m直径的离轴非球面加工精度已达0.374λ PV, 0.023λ RMS。关键词：投影畸变;大口径离轴非球面;计算全息图;光学检测- 70
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发布时间：2020-08-13 -
受弯件上粘贴型光纤布拉格光栅的应变传递规律
摘要：考虑粘贴型光纤布拉格光栅(FBG)测量受弯件时测试效果易受到粘贴参数的影响,研究了受弯件的粘贴型FBG的应变传递规律。首先,通过理论分析建立了受弯件粘贴型FBG应变传递模型,确定了相关影响参数;然后,利用仿真法分析了影响应变传递的各个参数;最后,通过实验分析验证了理论与仿真分析结论。实验与仿真对比分析表明:黏胶长度与黏胶中间层厚度是影响受弯件粘贴型FBG应变传递率的主要因素;黏胶的高度/宽度对应变传递率的影响较小,测试的静态特性指标相近,应变传递率分别在96%/95%上下小范围内波动。黏胶长度大于FBG名义长度2倍时,静态特性明显优于黏胶长度较短者,实验应变传递率约为95%。FBG的应变传递率随黏胶中间层厚度的增大而上升,甚至超过100%,可用于对粘贴型FBG传感器的增敏。获得的结论对采用粘贴型FBG对受弯件进行高精度测试具有指导意义。关键词：粘贴型光纤布拉格光栅;应变传递;受弯件;悬臂梁- 57
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发布时间：2020-08-13 -
球面反射式日冕仪实验装置的杂光分析和实验验证
摘要：研究了拉曼阿尔法反射式日冕仪的成像与杂光分布水平,以期获得可靠的杂散光测量方法。根据日冕仪和反射式日冕仪的设计原理,设计并加工了一种新型球面反射式日冕仪实验装置,用于观测太阳在太阳半径(R⊙)为1.3~2.5R⊙时的拉曼阿尔法波段日冕的辐射。对该实验装置进行了成像分辨率测试, 结果显示该实验装置的空间分辨率为17.96 lp/mm,与设计结果相吻合。使用Trace pro软件建立了日冕仪的仿真模型,在零度视场情况下对比了仿真模型和该实验装置获得的子午方向上的杂光分布,得到了该日冕仪实验装置的系统杂光点源透射率(PST)曲线,通过计算得知相应的杂光系数为0.278。文中亦对该实验装置的杂散光来源进行了分析。关键词：光学设计;反射日冕仪;Lyman-alpha辐射;杂散分析;点源透射率- 61
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发布时间：2020-08-13 -
基于数字微镜器件实现共焦测量的结构光参数
摘要：虽然采用并行共焦测量提升了共焦测量速度,但系统中的传统光分束器件参数固化后难以适应不同的被测对象。本文利用数字微镜器件(Digital Micromirror Device,DMD)可产生柔性化结构光的特点,将其作为光分束器件引入共焦测量装置以提升系统对被测对象的适应性。理论分析了DMD的空间调制方法,搭建了DMD的共焦测量装置,研究了DMD结构光参数对共焦测量轴向分辨率、横向分辨率以及图像对比度等指标的影响。实验表明,在光学系统参数匹配的条件下,结构光光点参数越小,测量分辨率越高。同时,利用DMD进行柔性化照明,改善了因光点参数小造成的图像对比度下降的问题。得到的结果为研究基于DMD的跨尺度测量方法提供了研究基础。关键词：共焦测量;分光器件;数字微镜器件;结构光;柔性化照明- 48
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发布时间：2020-08-13 -
激光加工用5 kW光纤耦合半导体激光器
摘要：针对国内大功率半导体激光光纤耦合存在的问题,设计了光纤耦合聚焦系统,研制了5 kW光纤耦合半导体激光器。比较了常见圆光斑光纤耦合与半导体激光方光斑光纤耦合的区别;对国产阵列型半导体激光堆栈,采用光束质量均匀化、偏振合束、多波长合束多路耦合等方式增加能量,将激光耦合进芯径为800 μm,数值孔径(NA)为0.2的传能光纤中,实现了光纤耦合半导体激光输出光功率5 109 W,光纤耦合效率85.69%,系统整体电光转换效率49.48%;在聚焦镜焦距为250 mm时其激光功率密度达到2×105 W/cm2,可以用于金属的表面重熔、合金化、熔覆和焊接等领域。该激光器除了传能光纤外,其余部件均为为国产和自主研发,对我国国产高功率光纤耦合半导体激光器的开发具有重要的推动作用。关键词：激光加工;半导体激光器;光纤耦合;激光焊接;激光熔覆- 74
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发布时间：2020-08-13 -
硝酸铵诱导电沉积氧化锌纳米柱的铝掺杂及光学性质操控
摘要：为了使新型薄膜太阳能电池结构中的ZnO纳米柱阵列能高效捕获光子与收集载流子,研究了提高ZnO纳米柱阵列的电导率和操控其光学性质的方法。使用电沉积方法在溶解有Zn(NO3)2、NH4NO3、Al(NO3)3的水溶液中制备了Al掺杂的ZnO纳米柱阵列。实验显示,通过控制电解液中NH4NO3的浓度可操控所制备的ZnO纳米柱阵列的直径、密度和间距。电解液中NH4NO3浓度的增加会导致所制备的ZnO纳米柱中Al/Zn的质量比显著增大,通过控制NH4NO3在溶液中的添加即可在3.72~3.76 eV内调控所制备的ZnO纳米柱的光学带隙宽度,并能够对其透射、反射、吸收等光学性质进行操控。另外,在电解液中添加NH4NO3,可在377~449 meV内调控所制备的ZnO纳米柱的斯托克斯位移,从而操控ZnO纳米柱内部的非辐射复合。因此,在电解液中使用NH4NO3增强所制备的ZnO纳米柱中Al的含量,不仅可使ZnO纳米柱在保持高迁移率的条件下具有高的电导率,还可实现对光学性质的操控。关键词：薄膜太阳能电池;氧化锌纳米柱;铝掺杂;电沉积;光学性质操控- 45
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发布时间：2020-08-13 -
应用高精度旋转法的干涉仪检测误差校正
摘要：针对利用高精度菲索型干涉仪和旋转平均法对光学元件进行面形绝对检测时对旋转精度的要求,提出了一种旋转误差校正模型来修正面形绝对检测中的旋转非对称项误差。首先基于经典N步旋转平均法理论,通过泽尼克多项式给出面形误差的数学表达形式;然后根据旋转角度所引起的误差修正泽尼克系数进而修正旋转非对称项误差;最后用数值仿真及实验的方法验证了校正模型的正确性。在旋转角度误差为0.1°条件下的仿真结果显示:N步旋转平均法所得面形误差RMS值为真实面形的10.13%,校正后面形误差RMS值为真实面形的6.79%;实验结果显示:N步旋转平均法所得面形误差RMS值为真实面形的10.28%,校正后面形误差RMS值为真实面形的5.77%。这些结果证明所提出的校正模型准确可靠,提高了旋转平均法的检测精度。关键词：菲索干涉仪;旋转平均法;旋转非对称项面形误差;面形绝对检测;泽尼克多项式- 53
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发布时间：2020-08-13
现代应用光学
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三维队列微电极在微细电火花加工的应用
摘要：研究了三维微型腔模具的制备方法。该方法基于微型双工位分层实体制造工艺(DLOM),通过多层铜箔二维微结构叠加拟合出三维队列微电极,将制备的微电极用于微细电火花加工来制得三维微型腔模具。首先,利用线切割对100 μm 厚的多层铜箔进行逐层切割,获得多层二维微结构。然后,通过真空压力热扩散焊对多层铜箔二维微结构进行连接,叠加拟合出三维队列微电极。最后,在电压80 V,脉冲频率0.2 MHZ,脉冲宽度800 ns,休止脉宽4 200 ns的作用下,将上述工艺制备的三维队列微电极用于微细电火花加工,获得表面质量良好、形状与尺寸精度较高的三维微型腔模具。为了有效减少电极损耗对加工精度的不利影响,使用队列电极中的微电极依序对三维微型腔进行了加工。基于上述研究结果,制备了两种形状的三维队列微电极并通过微细电火花加工获得了表面粗糙度Ra为0.48 μm的三维微型腔模具。与目前主流的微细电极逐层扫描放电加工三维微结构的工作方式相比,提出的三维微电极只需进行上下往返式加工便可获得三维微型腔模具,工作效率高且损耗低。关键词：三维微电极;三维微型腔;微细电火花加工;微型双工位分层实体制造- 48
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发布时间：2020-08-13 -
基于神经网络与遗传算法的刀具磨损检测与控制
摘要：针对切削参数对刀具磨损状况和使用寿命的影响,研究了基于神经网络和遗传算法的刀具磨损检测与控制方法。采用多因素正交试验设计方法进行了马氏体不锈钢平面的铣削实验,通过万能工具显微镜测量后刀面的磨损量得到训练样本。借助BP神经网络的非线性映射能力,通过有限的训练样本建立了关于切削速度、每齿进给量、背吃刀量和切削时间的刀具磨损预测模型。实验显示该神经网络预测模型的预测误差不超过5.4%。最后构建了使刀具磨损量为最小的切削参数优化模型,根据每一代的刀具磨损量定义个体的适应度评价函数,提出了切削参数优化模型的遗传算法求解技术。与Taguchi法相比,基于遗传算法的优化方法所获得的最优切削参数减小了6.734%的刀具磨损量。实验显示:提出的刀具磨损检测与控制技术提高了刀具磨损量的计算效率与精度,并为切削参数的合理选择提供了基础理论。关键词：刀具磨损;检测;控制;神经网络;遗传算法- 59
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发布时间：2020-08-13 -
光电跟踪设备载车平台的重复定位精度
摘要：为了满足光电跟踪设备车载后的使用精度要求,提出了选用3条机械支腿来支撑载车的支撑方式。首先根据车载设备的位置布局和重量,选用了两前一后的支腿安装方式,然后分析了3种工况下副车架的受力情况。这3种工况为3条支腿全部位于平地、仅后腿位于斜坡和3条支腿全部位于斜坡。在三维仿真软件MSC.PATRAN中生成有限元模型,在3点支撑状态下对模型进行变形仿真,并综合分析了3种工况下的仿真结果,以检验副车架的重复定位稳定精度。最后通过设计实验检验了副车架的重复定位稳定精度,结果显示:俯仰角的最大变化为0.2",方位角的最大变化为0.4",数据表明副车架的重复定位稳定精度满足使用要求,证明选用3条机械支腿来支撑载车的方案合理可行。关键词：光电跟踪设备;载车平台;副车架;三点支撑;重复定位精度- 58
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发布时间：2020-08-13 -
运动副间隙引起的并联机器人误差及其补偿
摘要：针对运动副间隙引起的并联机器人定位误差,提出了通过优化驱动杆的关节角位移参数来补偿运动副间隙误差的方法。以平面3-RRR并联机器人系统为研究对象,建立运动副误差模型,研究了间隙误差引起的杆件实际长度误差和驱动杆实际关节角位移误差的变化规律。根据机器人的逆运动学方程,建立了基于全微分理论的机构误差分析模型。应用粒子群优化(PSO)算法优化驱动杆的关节角位移参数,补偿了运动副间隙引起的系统结构误差。引入线性递减惯性权重和压缩因子对标准PSO算法进行改进,给出了算法的统一表达式。误差补偿结果显示,改进PSO算法能够有效提高优化算法的收敛性能,使用优化后的关节角位移参数得到的机器人末端轨迹误差值比未补偿轨迹降低了99%以上。仿真实验结果显示本文方法能够有效补偿运动副间隙引起的系统结构误差,保证并联机器人系统的定位精度。关键词：运动副间隙;并联机器人;误差分析模型;粒子群优化算法;误差补偿- 99
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发布时间：2020-08-13 -
空间细胞培养芯片系统的弹性膜驱动样品更换
摘要：提出了一种细胞培养池顶聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性膜驱动的样品更换方法,用于减少样品更换所需的流体驱动部件和样品消耗。排出废液时,关断样品贮存池与细胞培养池间微阀,培养池中液体被微泵抽出,池顶弹性膜随之塌陷;塌陷至所需程度时关闭微泵及下游微阀,开启所需样品贮存池与培养池间微阀,新样品将被池顶弹性膜反弹产生的弹性力吸入培养池;反复几次即可完成培养池内新旧样品更换。结合理论分析、有限元仿真和实验结果,对影响样品更换效果的主要因素:培养池顶弹性膜所受净压力、膜厚、样品贮存池到培养池微通道路径形状进行了优化。优化后选定膜厚为0.8 mm、微泵流量为1.67 mL/min、直线型微流道进行的实验显示其80 s左右即可完成90%以上样品更换,样品消耗和培养池内流体剪切力分别小于相同换液率下原有样品更换方式的1/4和1/10。该方法可减少样品损失和微泵、微阀工作时间,简化芯片系统结构、减少总质量和总功耗,换液过程无需人工干预,有利于系统的小型化和自动化,尤其适用于我国目前的空间细胞培养芯片系统。关键词：弹性膜驱动;样品更换;细胞培养池;空间细胞培养芯片- 60
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发布时间：2020-08-13 -
空间光学载荷六维隔振系统的设计
摘要：设计了一种基于Stewart构型的隔振系统用于空间光学载荷的在轨隔振并研究了Stewart构型的特点。首先,使用牛顿-欧拉公式建立了隔振系统的理论模型,根据该模型计算得到了隔振系统刚度、阻尼矩阵及各阶固有频率与主模态的数学解析式。然后,以缩小隔振系统前六阶固有频率的分布范围为目标,利用寻优方法优化了隔振系统的几何结构参数,得到了用于六维被动隔振的最佳构型。最后,分别使用有限元单元法及解析方法对隔振系统进行了模态分析,得到隔振系统前六阶固有频率,其理论分析值与有限单元法计算结果的最大误差为1.51%。为了论证所设计的隔振系统的有效性,对隔振系统及光学载荷的耦合模型进行了复频响应分析,得到3个平动及3个转动方向的复频响应曲线,结果表明隔振系统能够将各个方向上高于10 Hz的振动衰减90%以上,满足隔振要求。关键词：空间光学载荷;Stewart平台;隔振系统;模态分析;复频响应- 51
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V型直线超声电机梁式夹持的结构设计
摘要：探讨了直线超声电机夹持结构的设计方法。依据直线超声电机夹持结构的设计准则建立了在弹性夹持下的定子力学模型;研究了夹持结构的法向和切向弹簧刚度对定、动子在接触界面上的法向压力和切向摩擦力的影响规律,并通过有限元软件进行了仿真分析。最后,提出了一种切向刚度充分大的夹持方式,并设计了相应的梁式夹持V型直线超声电机。通过实验对比了设计的梁式夹持超声电机与柔性圆弧式夹持电机的输出特性。结果表明:相对原有的圆弧式夹持电机,新直线超声电机的输出力增大了1.7倍,速度增大了4.6倍,其最大输出力达到37 N,最大速度达到1.4 m/s。研究表明,提高切向弹簧刚度有利于提高电机的输出力和速度, 设计的梁式夹持V型直线超声电机输出特性及稳定性良好。关键词：直线超声电机;夹持方法;力学模型;结构设计- 60
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变正压力非对称夹持惯性压电旋转驱动器
摘要：设计了以非对称机械夹持压电双晶片振子为驱动元件,支撑面之间正压力可以改变的非对称夹持惯性压电旋转驱动器。分析了该驱动器的运动机理,建立了非对称夹持压电双晶片振子的仿真分析模型,研制了实验装置,并采用ANSYS仿真分析和试验测试对比的方式,探讨了非对称夹持压电双晶片振子在对称方波激励电信号作用下的瞬态加速度响应情况。仿真分析和试验测试结果表明,在对称方波激励电信号作用下,非对称夹持压电双晶片振子具有较好的惯性冲击特性。试验研究了变正压力非对称夹持惯性压电旋转驱动器在不同旋转角度和激励电信号频率条件下的工作性能,结果表明:在夹持差为4 mm,激励电信号电压为30 V,激励电信号频率为5 Hz,压电振子与接触平面之间夹角为50°时,研制的压电旋转驱动器能够明显减少惯性压电旋转驱动器回退的现象,可实现稳定单向旋转。关键词：压电驱动器;旋转驱动器;非对称夹持;变正压力;瞬态响应- 46
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发布时间：2020-08-13 -
压电微夹钳钳指位移与夹持力的检测
摘要：为避免在利用压电微夹钳夹持微对象过程中可能造成微对象的损伤或脱落,提出用电阻应变片来检测压电微夹钳的钳指位移与夹持力。采用柔性杠杆放大机构设计了微夹钳,该微夹钳结构微小且紧凑、钳指可平动、指尖夹持灵敏度高。基于悬臂梁弯曲变形理论及有限元方法,分析了用于检测钳指位移与夹持力的微夹钳弹性敏感单元的应变特性。分析结果表明:敏感单元的最大应变部位靠近其底端,钳指位移与夹持力同敏感单元的应变成正比;实验标定了钳指位移与夹持力同弹性敏感单元应变的关系,标定结果表明两种关系均为线性关系;最后实验测试了钳指位移与夹持力的大小。结果表明:在150 V的最大电压下,不夹持微对象时钳指的最大位移为78.35 μm,夹持Φ0.3 mm、长8 mm的微轴时钳指的夹持力为9.24 μN。关键词：压电微夹钳;钳指位移;夹持力;电阻应变片- 80
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发布时间：2020-08-13 -
SiC轻量化主镜的被动支撑系统
摘要：针对热膨胀率较大的SiC反射镜,设计了结合A-Frame柔性切向杆侧向支撑结构和机械式Whiffletree轴向支撑结构、具有良好热解耦能力的1.2 m SiC轻量化主镜被动支撑系统。为研究A-Frame柔性侧向支撑机构对主镜支撑面形、热解耦和系统刚度的影响,利用Ansys软件对支撑系统的支撑效果进行了有限元分析,而后对实际的支撑系统进行了相关试验测试。测试显示在光轴竖直和水平两种状态下,使用提出的支撑机构的支撑系统引起的主镜镜面变形误差RMS的变化小于13 nm;在实验室温度14~23℃下,检测得到主镜面形RMS最大差异为1.9 nm。利用模态分析仪对该主镜及支撑系统进行的动态测试表明:系统的一阶固有频率为52.7 Hz,而理论分析为63 Hz,且前6阶模态振型与分析一致。得到的分析和测试结果都表明该被动支撑系统支撑效果良好,且具有较高的支撑刚度和良好的热解耦能力。关键词：空间望远镜;SiC轻量化主镜;有限元分析;面形检测;热变形实验;模态测量- 69
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发布时间：2020-08-13 -
MEMS矢量水听器封装的流体-结构相互作用
摘要：针对水听器的频响曲线会在透声帽谐振频率处出现共振峰,使水听器频响曲线失真,工作频带变窄等问题。本文考虑水听器的工作环境,通过研究流体-结构相互作用对透声帽谐振频率进行了分析。首先理论分析流体对结构模态频率的影响, 分析显示在流体作用下透声帽谐振频率会降低。然后利用LMS Virtual.lab Acoustics有限元软件对空气中和液体中的MEMS矢量水听器芯片和透声帽进行了模态分析;并利用振动平台和驻波管对有否进行透声帽封装的MEMS矢量水听器进行了测试以验证上述分析。验证结果显示:透声帽在水中的实际一阶谐振频率为550 Hz,与仿真结果非常吻合,表明该谐振频率可使水听器工作频带变窄。实验结果表明:对水听器中透声帽的流固耦合模态分析非常必要,通过准确地获得透声帽在实际状态下的固有频率并预测水听器的接收频响特性,可为改进封装结构提供理论依据,为进一步优化水听器奠定基础。关键词：微机电系统(MEMS);MEMS矢量水听器;流固耦合;透声帽;谐振频率;频带- 63
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发布时间：2020-08-13 -
空间光通信精跟踪系统的模糊自抗扰控制
摘要：针对输入光束抖动及卫星本体微振动对空间光通信系统跟踪精度的影响,设计了模糊自抗扰控制器,提出了对精跟踪系统进行控制的方法。首先,建立了精跟踪系统模型,对系统内外扰动进行分析,并模拟了卫星振动信号。针对系统自身所受的扰动及输入光信号的不确定性,设计了模糊自抗扰控制器。提出的控制方法通过扩张状态观测器观测卫星本体振动及系统未建模动态,应用微分跟踪器提高系统动态响应性能,并用模糊控制原理改进了非线性状态误差反馈控制律,使其可以自适应调整比例和微分增益。最后进行了实验分析,结果表明:与PID控制方法相比,模糊自抗扰控制方法在不同频率及幅值的输入信号下均能提高系统跟踪精度,跟踪精度可以达到±8 μrad,跟踪误差减小了50%左右。该方法基本满足空间光通信精跟踪系统对跟踪速度、跟踪精度及抗干扰能力的要求。关键词：空间光通信;精跟踪;模糊自抗扰;卫星振动- 58
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发布时间：2020-08-13 -
基于球杆仪检测五轴数控机床主轴的热误差
摘要：提出了一种基于球杆仪的主轴热误差检测新方法用于五轴数控机床主轴热误差的便捷检测。该方法借助五轴数控机床的两个旋转轴分别单独运动,实现两个正交圆或圆弧构成的球杆仪空间轨迹测量;采用最小二乘方法对测量数据进行处理,求解主轴空间位置;通过初始状态和经过一定时间间隔测量多组数据,分离得到相应时间段的主轴热误差,包括1个轴向热伸长和2个径向热误差。以双转台五轴数控机床为例,从安装方法、测量步骤和辨识原理等方面介绍基于球杆仪的主轴热误差检测方法,并与ISO 230-3中的5点法进行了对比实验。实验结果显示:该方法的辨识结果与5点法测量结果的平均相对偏差小于15.8%,验证了本文方法的可行性和有效性。该方法测量装置简洁,便于携带、安装和测量,测试结果可为五轴数控机床主轴热误差补偿提供依据,从而有效地提高机床的加工精度。关键词：五轴数控机床;主轴;热误差;误差测量;球杆仪- 100
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发布时间：2020-08-13 -
姿态匹配法测量船体变形角中时间延迟的补偿
摘要：提出了一种时间延迟的估计方法来解决用姿态匹配法测量船体变形角时惯性测量单元(IMU)数据之间存在的时间延迟对测量精度的影响。首先,对光学测量得到的船体变形数据进行处理,确定船体变形过程的数学模型。 然后,通过高精度的主惯导和子惯导输出的局部姿态信息进行惯性量匹配,并构建卡尔曼滤波器估计船体变形角。 最后,在卡尔曼滤波器中加入时间延迟估计参数,对时间延迟进行估计和补偿。设计了一套惯导数据同步录取装置,验证了算法的有效性。实验结果表明:同步录取装置与时间延迟算法补偿所测得的船体变形角与光学测量得到的数据相近,均能达到纵挠角误差13",横扭角误差12",艏挠角误差5"的精度水平。得到的结果显示卡尔曼滤波能有效估计出时间延迟,从而有效补偿时间延迟的影响,提高变形角测量精度。关键词：船体变形;变形角度;姿态匹配;建模;卡尔曼滤波;时间延迟- 61
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发布时间：2020-08-13 -
谐振充电技术在火花开关触发系统中的应用
摘要：为提高触发高功率横向激励大气压(TEA) CO2激光器中旋转火花开关的稳定性和可靠性,减小火花开关触发系统的体积和重量,提出了将高频谐振充电技术应用于触发系统的方法。研发了采用全桥逆变结构和串联谐振软开关电路、输出电压大于38 kV、输出功率为2 kW的高频高压充电电源并将其作为旋转火花开关触发系统。该系统的全桥逆变电路由智能功率模块(IPM)构成,采用MSP430单片机控制IPM驱动信号的频率、脉宽以及个数,直流电压经全桥逆变电路及串联谐振电路在高压脉冲变压器原边获得脉冲信号。此脉冲信号经高压脉冲变压器的升压和变压器次级整流给高压电容充电,当电容电压达到火花开关间隙的自击穿电压时,电容放电。实验结果表明,该系统在500 Hz的重复频率下能连续稳定触发旋转火花开关,提高了触发系统的可靠性和稳定性,其体积及重量为脉冲式触发系统的1/2。关键词：TEA CO2激光器;旋转火花开关;触发系统;串联谐振;充电电源- 46
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发布时间：2020-08-13
微纳技术与精密机械
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采用图像块对比特性的红外弱小目标检测
摘要：对红外图像小目标与背景的特性进行了分析,提出一种基于图像块邻域对比特性的红外弱小目标检测算法用于有效检测低信噪比条件下的红外弱小目标。该方法利用大尺度图像块邻域最大对比特性(IPMCM)获得图像显著图并自适应分割感兴趣区域;然后计算多尺度图像块邻域最小对比度并进行最大值合并操作;最后以自适应阈值精确检测目标位置。文中从理论上分析了红外目标图像测试算法的有效性,使用该检测算法检测了弱小目标的性能,并与其它检测方法进行了对比。实验结果显示,提出的方法能够在低信噪比条件下有效地检测出红外弱小目标,在参与实验的8幅图片中均见实效。与局部概率分析、中值滤波和Top-Hat等方法相比,本文方法在目标检测性能对比试验中的检测率最高,虚警率最低。关键词：目标检测;红外弱小目标;图像块;对比检测;感兴趣区域- 104
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发布时间：2020-08-13 -
面向高光谱图像分类的半监督丛流形学习
摘要：考虑高光谱遥感数据集多类别非线性的特点,本文假设高光谱遥感数据集具有丛流形结构属性,提出了一种半监督丛流形学习(SSBML)算法来有效提取高光谱遥感图像的鉴别特征。该算法利用标记样本和无标记样本构建两个近邻关系图来保持数据集中丛流形的"整体"结构(各个子流形之间的相互关系)和每个子流形的内蕴结构特征,实现半监督的丛流形学习。在肯尼迪航天中心(KSC)和帕维亚大学(PaviaU)高光谱数据集上的实验结果表明:该算法可以发现高光谱遥感数据集中丛流形结构的精细特征,有效提升高光谱遥感图像的分类精度。实验显示:该算法的总体分类精度比单一流形假设的局部保形投影(LPP)和邻域保持嵌入(NPE)算法提升了约2.9%~15.7%,比半监督最大边界准则(SSMMC)和半监督流形保持嵌入 (SSSMPE)等半监督算法提升了约2.6%~12.4%。关键词：高光谱遥感图像;鉴别特征;丛流形结构;半监督丛流形学习- 71
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用于快速星跟踪的双向递推匹配识别
摘要：针对星敏感器跟踪过程的稳定性对星敏感器整体性能的影响,讨论了如何利用跟踪过程中前后两帧星图上的星点位置信息进行匹配识别的问题。为了使跟踪过程具有较高的稳定性,分析了现有星跟踪过程中匹配识别方法的优缺点,提出用"先排序后双向递推匹配"的方法来获得在"参考星邻域内出现多颗观测星"时的成功匹配能力,从而增加每一帧快速星跟踪时被成功跟踪恒星的数目;同时通过引入先确定视场边缘区域,再选取有效参考星进行匹配的思想,有效地减小误匹配发生概率,进而保证匹配的有效性。在外场对某星敏感器从初始姿态运动到最终状态的跟踪进行了实验,对蒙特卡洛法生成的全天球100个视轴方向进行星跟踪的对比分析结果表明:在姿态运动角速度较大时,利用本文提出的匹配识别方法,平均可实现约91.44%的快速星跟踪;而利用相应的对比方法,平均只能实现77.18%的快速星跟踪。分析显示本文提出的匹配识别方法具有重要的工程应用价值。关键词：星敏感器;星跟踪;星图识别;跟踪算法;匹配识别- 51
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发布时间：2020-08-13 -
自适应编辑传播的人脸图像光照迁移
摘要：提出一种融合人脸特征分析的自适应编辑传播方法来提高人脸图像光照渲染的效能,并以此实现复杂背景下基于单张参考人脸的自动光照迁移。该方法把参考图像的人脸区域与目标图像的背景区域进行融合,利用边缘保持平滑滤波从融合的人脸中提取光照信息。然后,构建一个能随不同人脸区域而自适应变化的编辑传播模型,把提取的光照信息从人脸区域扩散到背景区域,生成光照模板。最后,通过融合光照模板与目标人脸实现光照迁移。在YaleB数据库的定量实验中,平均每张迁移光照人脸有超过85%的像素(归一化到)与标准光照人脸的像素值差异小于6。与其他方法对比,本文方法获得的光照渲染效果具有更好一致性。结果表明,本文方法扩展了光照迁移的适用范围,具有良好的稳定性,能在具有不同性别和背景等特点的参考人脸与目标人脸中生成自然的光照迁移效果。关键词：人脸图像;光照迁移;编辑传播;边缘保持平滑;光照模板- 67
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发布时间：2020-08-13 -
基于改进运动矢量估计法的视频稳像
摘要：提出用改进的运动矢量估计方法对视频序列进行运动补偿,以有效去除机载成像设备摄取视频序列的帧间抖动,实现电子稳像。介绍了BRISK算子提取特征的模型和算子描述方式,利用BRISK算子提取相邻帧的稳定特征点并进行匹配,结合参数仿射变换模型实现帧间运动矢量粗估计。为了提高运动矢量估计的精度,引入粒子滤波解决因特征点景深不同引起的运动矢量估计失准的问题,继而采用加权最小二乘法改进运动矢量估计。最后采用卡尔曼滤波从全局运动矢量里分离出运动补偿分量,对视频序列进行逐帧补偿。实验表明,视频序列稳像后的帧间变换保真度值提高了近3 db, 显示提出的的稳像算法可以处理复杂运动下视频的帧间抖动,且快速准确并具有一定的鲁棒性。关键词：电子稳像;视频稳像;特征匹配;粒子滤波;运动补偿;评价指标- 57
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发布时间：2020-08-13 -
融合变分偏微分方程的单幅彩色图像去雾
摘要：对单幅雾霾图像的图像处理问题进行了分析。鉴于现有方法不能很好恢复场景深度变化较大的图像,本文融合大气衰减模型与变分偏微分方程,提出了一种单幅彩色图像去雾算法。该算法利用数学形态学中的中值集算子构造局部白平衡处理,精确估计大气光参数。设计了一种全新的平滑性度量范数,尝试从全变分的角度建立目标图像的变分能量模型,继而通过偏微分方程将其转化为欧拉-拉格朗日方程。最后,利用交替半二次型算法求解欧拉-拉格朗日方程,以提升算法流程的整体运行速度,使其可维持在105 ms左右。以图像熵和平均梯度为图像质量评价指标进行了仿真实验, 结果表明,本文算法使评价指标提升达60%,而对照组则均保持在15%至30%左右。该算法对于场景深度变化较大的图像的局部区域恢复效果明显,可以满足应用要求。关键词：彩色图像;图像去雾;中值集算子;变分偏微分方程;平滑性度量范数;交替半二次型法- 57
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发布时间：2020-08-13 -
多模态鲁棒的局部特征描述符
摘要：针对基于灰度的局部特征匹配方法对图像对比度变化敏感,导致在多模态图像配准应用中性能大幅下降的问题,提出了一种多模态鲁棒的局部特征描述符和匹配方法。首先,基于对比度变化不敏感的相位一致性和局部方向信息,提出一种多模态鲁棒的角点和线段特征提取方法,在对比度差异显著的多模态图像之间提取较多的共性角点和线段特征;然后,以角点为中心选择48个均匀分布的圆形特征子区域,利用角点与特征子区域内线段的距离和线段长度信息,构建96维的特征向量;最后,将归一化相关函数作为匹配测度函数进行特征匹配,并采用基于位置约束的随机抽样一致(RANSAC)方法进行匹配提纯。实验表明,本文提出的多模态匹配方法匹配正确率和重复率分别高达80%和13%,分别为对称-尺度不变特征变换算法(S-SIFT)、多模态-快速鲁棒特征算法(MM-SURF)等基于灰度方法的2~4倍和4~7倍,显著优于同类方法。关键词：图像配准;多模态配准;多模态鲁棒特征;相位一致性;局部方向;归一化相关- 55
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发布时间：2020-08-13 -
空间光学相机在乃奎斯特频率处的调制传递函数测试与实验
摘要：为了精确地测试空间光学相机入轨之前在乃奎斯特频率处的调制传递函数,开展了整机在乃奎斯特频率处的传递函数测试实验。给出了相机在乃奎斯特频率处的调制传递函数测试链路图;推导了乃奎斯特频率的方波靶标在整个链路中的传递过程和终端靶标图像的精确对比度函数模型;计算了终端靶标图像的对比度与相机在乃奎斯特频率处的调制传递函数转换关系和理论误差形式。最后,在真空环境下测试了相机在乃奎斯特频率下的调制传递函数,并依据本文推导的结论对结果进行了修正。实验结果表明:某空间光学相机在实验室条件下测得的乃奎斯特频率处的调制传递函数为0.213,经折算时间延迟积分CCD(TDICCD)及处理电路的调制传递函数为0.602,TDICCD外围处理电路的调制传递函数等效衰减系数为0.946,与理论值接近。测试结果表明提出的方法基本准确,能够满足空间光学相机地面研制阶段对调制传递函数测试的要求。关键词：空间光学相机;乃奎斯特频率;调制传递函数;对比度传递函数- 32
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发布时间：2020-08-13 -
基于空不变图像复原的光学遥感成像系统优化
摘要：提出了依据复原处理来优化设计遥感成像系统的思想。对影响复原处理性能的主要链路环节因素及其关系进行了理论分析、半物理和仿真实验以及正交试验。通过复原问题的数学模型,从理论上提出相机调制传递函数(MTF)的空间变化性(MTFSV)、数据压缩比(CR)和非均匀性校正残差(NCR)是影响空不变复原处理的主要因素;然后通过搭建半物理平台和仿真实验,分析上述因素导致的处理误差对复原图像判读质量的影响;最后利用组合数学理论,通过MTFSV、CR、NCR多因素多水平图像复原的正交试验,建立它们与处理性能间的关系量表。实验结果表明:在遥感成像系统MTFSV小于10%、CR小于4:1、NCR不大于3%,而系统MTFN仅为0.07的情况下,采用空不变复原处理仍可提高图像MTF面积达70%以上,且能保持图像信噪比(SNR)不变,而处理误差所致的图像失真也不会影响判读质量。关键词：光学遥感;成像系统;优化设计;调制传递函数;空间变化性;压缩比;非均匀性校正残差;图像复原- 39
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发布时间：2020-08-13
信息科学
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