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静电拉伸薄膜反射镜的多电极成形控制
1
作者 张鹏 金光 +1 位作者 张元 钟兴 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期344-351,共8页
针对现有薄膜反射镜成形控制方法存在求解复杂,工程实用性差等问题,提出了基于反演求解的半解析成形控制方法。首先,基于Karman方程和静电场理论推导了所要拉伸的抛物面面形与施加压强分布的关系及实验所需的离散电极环电压值;其次,利... 针对现有薄膜反射镜成形控制方法存在求解复杂,工程实用性差等问题,提出了基于反演求解的半解析成形控制方法。首先,基于Karman方程和静电场理论推导了所要拉伸的抛物面面形与施加压强分布的关系及实验所需的离散电极环电压值;其次,利用有限元软件建模和分析,验证所推导的压强分布;最后,在口径为300mm的三环电极的静电拉伸反射镜实验平台上进行了验证实验。实验显示,拉伸面形最大变形量与理论值基本吻合,面形误差与传统均匀压强下的相比有所减少,最好的实验结果得到的PV值和RMS值较均匀压强下的值分别减少了9.76%和15.38%。仿真及实验结果表明:所描述的方法可以控制面形并提高面形精度,与传统的成形控制方法相比较具有简单实用等优点。 展开更多
关键词 静电拉伸薄膜 薄膜反射镜 成形控制 反演求解
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多电极静电拉伸薄膜反射镜的光学检测
2
作者 钟兴 金光 +1 位作者 张鹏 张元 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期282-286,共5页
利用研制的Φ300 mm口径多电极薄膜反射镜原理样机,开展了光学检测实验工作。利用高斯光学原理对薄膜反射镜的基本光学参数进行了检测,获得了随电压变化的薄膜反射镜曲率半径和最大变形值曲线,趋势与理论计算结果一致。对薄膜反射镜的... 利用研制的Φ300 mm口径多电极薄膜反射镜原理样机,开展了光学检测实验工作。利用高斯光学原理对薄膜反射镜的基本光学参数进行了检测,获得了随电压变化的薄膜反射镜曲率半径和最大变形值曲线,趋势与理论计算结果一致。对薄膜反射镜的面形特性和面形检测方法进行了分析,采用激光干涉仪测试了无电压时中心区域的平面面形,RMS值为1.03λ(λ=632.8nm)。为检验薄膜反射镜的曲面面形,搭建了Hartmann光栏法测试光路并结合Zernike多项式拟合处理方法,对使用非均布电压优化前后的曲面的低频面形进行了测试,面形误差RMS值从24.1μm减小为14.7μm,证明相对于单电极方案,多电极非均压对静电拉伸薄膜反射镜的面形有明显的优化作用。本文使用的检测方法和结论可为相关领域的研究提供参考。 展开更多
关键词 多电极 静电拉伸 薄膜反射镜 Hartmann光栏法
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静电拉伸空间薄膜反射镜面形控制机理研究
3
作者 张鹰 金光 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期68-72,共5页
薄膜反射镜将解决反射镜孔径与重量相互制约的问题.采用静电拉伸法控制薄膜反射镜面形,具有结构简单、反射镜面形易于控制等优点,其原理为利用静电场上库仑力作用使薄膜产生面形变化,生成所需的光学曲面.由于薄膜变形力学,以及静电场理... 薄膜反射镜将解决反射镜孔径与重量相互制约的问题.采用静电拉伸法控制薄膜反射镜面形,具有结构简单、反射镜面形易于控制等优点,其原理为利用静电场上库仑力作用使薄膜产生面形变化,生成所需的光学曲面.由于薄膜变形力学,以及静电场理论的复杂性,目前薄膜成形及其面形控制在理论分析上仍未有定量的结果.本文主要以单电极静电场中的薄膜反射镜面形为考察因素,通过数值计算的方法得到薄膜反射镜上的静电力分布,运用有限元分析获得该分布下的反射镜面形,并将其与理想面形进行比较.提出采用多电极闭环控制可获得更高的控制精度,对静电拉伸薄膜的研究具有一定的指导意义. 展开更多
关键词 空间光学 薄膜反射镜 静电拉伸 面形控制
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薄膜反射镜的单电极控制静电成形 被引量：4
4
作者 安源 金光 +3 位作者 齐迎春 孙小伟 蒋宁 艾晨光 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期1964-1970,共7页
考虑薄膜反射镜具有质量轻、柔韧性好、可折叠等优点,研究了由静电拉伸法制备薄膜反射镜的新技术。介绍了薄膜反射镜的静电成形机理,计算了单电极模式下薄膜所受力场,设计了单电极式薄膜反射镜的控制实验。给出了控制成型所需的主要参数... 考虑薄膜反射镜具有质量轻、柔韧性好、可折叠等优点,研究了由静电拉伸法制备薄膜反射镜的新技术。介绍了薄膜反射镜的静电成形机理,计算了单电极模式下薄膜所受力场,设计了单电极式薄膜反射镜的控制实验。给出了控制成型所需的主要参数,设计了薄膜反射镜的夹持结构和控制电路,并利用刀口仪测量了形成的反射面的焦距。实验结果显示,未通电时薄膜反射镜面形的PV值达到11.14λ,RMS值为1.86λ,在10000V的高压下可以形成焦距约为2.1m的反射镜面。通过Zernike拟合验证了数据的可靠性,结果表明,通过改善夹持结构精度和选取性能优良的薄膜材料,反射镜面形精度可进一步提高。 展开更多
关键词 薄膜反射镜 单电极控制 静电拉伸
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薄膜反射镜静电成形机理研究 被引量：2
5
作者 张鹰 金光 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期267-273,共7页
为了控制薄膜反射镜面形,建立了静电拉伸薄膜反射镜物理模型。根据静电力与薄膜变形载荷作用力之间的平衡关系和静电拉伸薄膜反射镜成形的复杂过程,介绍了薄膜反射镜静电成形的控制原理;以三等分环状电极为例,分析了静电场中空间电势分... 为了控制薄膜反射镜面形,建立了静电拉伸薄膜反射镜物理模型。根据静电力与薄膜变形载荷作用力之间的平衡关系和静电拉伸薄膜反射镜成形的复杂过程,介绍了薄膜反射镜静电成形的控制原理;以三等分环状电极为例,分析了静电场中空间电势分布特性,即从拉普拉斯方程推导出静态场势函数的表达式;然后,利用差分与电势方程结合的方法,对单电极电场力和三等分环状电极电场力进行了数值求解;最后,将计算面形与理想抛物面进行了比较,结果显示,单电极情况下得到的薄膜反射镜面形不是理想抛物面,若采用多电极控制可获得更高的控制精度。模拟结果和实验结果表明:多电极控制情况比单电极情况下受力更接近均布力分布,口径180 mm的薄膜反射镜在相同口径单电极控制下,施加10 000 V电压可得到反射镜最大变形为0.001 094 8 mm。系统长时间工作安全稳定,薄膜变形的对称性较好。 展开更多
关键词 空间光学 薄膜反射镜 静电拉伸 面形控制
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空间薄膜反射镜的研究发展现状 被引量：8
6
作者 张鹏 金光 +2 位作者 石广丰 齐迎春 孙小伟 《中国光学与应用光学》 CAS 2009年第2期91-101,共11页
空间薄膜反射镜由于具有面密度低,易于折叠展开且成本低等优点很好地满足了空间反射镜的超轻量、超大口径的要求,因此在空间科学研究领域倍受关注。介绍了空间薄膜反射镜的发展,包括薄膜反射镜的理论基础,充气式薄膜反射镜和静电拉伸薄... 空间薄膜反射镜由于具有面密度低,易于折叠展开且成本低等优点很好地满足了空间反射镜的超轻量、超大口径的要求,因此在空间科学研究领域倍受关注。介绍了空间薄膜反射镜的发展,包括薄膜反射镜的理论基础,充气式薄膜反射镜和静电拉伸薄膜反射镜及其他类型的反射镜的代表成果。而后对空间薄膜反射镜的技术难点进行了分析;重点讨论了薄膜反射镜用聚酰亚胺薄膜的生产情况以及薄膜反射镜的面形控制、面形检测和反射镜支撑结构的设计。最后总结了反射镜近期的研制情况、存在的问题和应用发展趋势。认为空间薄膜反射镜作为国内外空间科学的热点,在未来的几十年内将在航天领域的太空望远镜、空间侦察相机、人造太阳、微波天线等方面得到广泛应用。 展开更多
关键词 空间薄膜反射镜 薄膜理论 静电拉伸 充气 综述
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薄膜反射镜的成形控制 被引量：8
7
作者 石广丰 金光 +1 位作者 刘春雨 张鹏 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期732-737,共6页
针对望远镜发射系统承载空间与承载质量的限制与大口径、高分辨率反射镜使用需求之间的矛盾,开展了轻质柔性薄膜反射镜地基试验研究,实现了静电拉伸式薄膜反射镜的精确成形控制。针对口径为300 mm的同心环分布式电极静电拉伸聚酰亚胺镀... 针对望远镜发射系统承载空间与承载质量的限制与大口径、高分辨率反射镜使用需求之间的矛盾,开展了轻质柔性薄膜反射镜地基试验研究,实现了静电拉伸式薄膜反射镜的精确成形控制。针对口径为300 mm的同心环分布式电极静电拉伸聚酰亚胺镀铝薄膜反射镜,基于泊松方程的薄膜小变形近似求解,并通过确定每环电极对面形的影响函数来确定分布式电极对反射镜薄膜成形的控制矩阵,进而利用最小二乘法求得了分布式电极对面形精确控制所需的分布电压。用ANSYS有限元分析法对比结果,分析相关误差并总结控制方法。结果显示,在薄膜中心变形量超过2.5 mm以后,基于泊松方程的理论求解和ANSYS有限元分析结果相差很大,计算面形与理想面形偏差也很大;认为只有综合运用数值计算和有限元分析,通过确定分布式电极对面形的控制矩阵,运用最小二乘法求解分布式电压,才能准确地实现薄膜小变形面形的预知和控制。 展开更多
关键词 静电拉伸 薄膜反射镜 分布式电极 控制矩阵 最小二乘法
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温度对空间薄膜反射镜成形影响 被引量：1
8
作者 张鹏 金光 +1 位作者 张元 钟兴 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2011年第12期2432-2436,共5页
空间薄膜反射镜属于未来空间超大、超轻的反射镜,可以有效减少发射质量和装载体积。环境温度变化将影响薄膜反射镜的焦距和面形。利用有限元软件建立温度对薄膜反射镜成形影响的计算模型,分析了均匀温度变化、径向温度梯度、周向温度梯... 空间薄膜反射镜属于未来空间超大、超轻的反射镜,可以有效减少发射质量和装载体积。环境温度变化将影响薄膜反射镜的焦距和面形。利用有限元软件建立温度对薄膜反射镜成形影响的计算模型,分析了均匀温度变化、径向温度梯度、周向温度梯度3种形式下薄膜反射镜面形变化。以口径Ф300 mm的静电拉伸薄膜反射镜为实验平台,针对均匀温度变化情况进行试验,根据分析结果归纳了温度变化影响补偿的方法。结果表明:相比传统光学元件,温度轻微变化给薄膜反射镜的焦距和面形带来明显变化,均匀温度变化对薄膜反射镜的焦距影响最大,而周向温度梯度对面形影响最大,试验结果验证了有限元模型的正确性。 展开更多
关键词 薄膜反射镜 静电拉伸 温度影响分析 温度影响补偿
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聚酰亚胺薄膜反射镜的研究现状 被引量：1
9
作者 齐迎春 金光 赵勇志 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第8期5-8,共4页
聚酰亚胺薄膜反射镜是一种正在发展中的新概念技术;它将解决反射镜孔径与重量相互制约的问题,为构建太阳能收集、利用装置和大口径轻型成像反射镜奠定技术基础;美国、俄罗斯等国家的一些科研单位已经开始聚酰亚胺薄膜反射镜的研究,目前... 聚酰亚胺薄膜反射镜是一种正在发展中的新概念技术;它将解决反射镜孔径与重量相互制约的问题,为构建太阳能收集、利用装置和大口径轻型成像反射镜奠定技术基础;美国、俄罗斯等国家的一些科研单位已经开始聚酰亚胺薄膜反射镜的研究,目前国内从事这方面研究的还非常少。此项研究将推动国内空间技术的发展。介绍了聚酰亚胺作为最有发展前途的新型反射镜材料的特点,阐述了聚酰亚胺反射镜的制备方法、像差校正手段、目前存在的主要技术难点和研究现状,以及应用领域和前景。 展开更多
关键词 薄膜反射镜 聚酰亚胺 静电拉伸 充气结构
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