大口径平面镜的瑞奇-康芒检测数据处理方法

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作者 张泊泊 鄂可伟 +6 位作者 李世杰 李晶 刘焕玉 郭永康 张东旭 薛勋 赵建科 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第5期1164-1173,共10页

针对现有大口径平面反射镜面形检测中数据处理方法存在通用性较低、检测中数据易受环境影响等问题,本文提出了一种结合光线追迹法获取灵敏度矩阵的数据处理方法,对瑞奇-康芒法检测获得的数据进行处理分析,实现了对大口径平面镜的高精度... 针对现有大口径平面反射镜面形检测中数据处理方法存在通用性较低、检测中数据易受环境影响等问题,本文提出了一种结合光线追迹法获取灵敏度矩阵的数据处理方法,对瑞奇-康芒法检测获得的数据进行处理分析,实现了对大口径平面镜的高精度面形检测。首先,在Zemax软件中建立了瑞奇-康芒光学检测模型,并采用光线追迹算法获得了灵敏度矩阵,使用灵敏度矩阵计算并分离检测过程中存在的误差。其次,对基于灵敏度矩阵的数据处理算法进行了仿真验证。将该算法应用于口径为200mm平面镜的瑞奇-康芒法检测实验,通过与直接采用干涉仪检测结果的交叉对比,结果显示该方法相比于直接采用泽尼克拟合去除像差的方法具有更高的检测精度,避免了近似拟合对数据处理结果的影响,验证了该数据处理方法的正确性。进一步将该方法应用于口径为2.2m平面镜的制造流程中,最终获得的面形均方根误差优于1/50λ。该方法为大口径平面镜的瑞奇-康芒检测提供了一种高效可靠的数据处理算法,具有明显的工程应用价值。 展开更多

关键词 大口径平面镜 瑞奇-康芒法检测 灵敏度矩阵 光线追迹 数据处理算法

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大口径超薄单晶硅红外窗口多工序控形控性抛光(特邀)

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作者 武兆平 李金鹏 +3 位作者 董云芬 李启宇 王斌 陆文剑 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第9期129-139,共11页

由单晶硅制成的光学透镜或反射镜广泛应用于红外光学领域,并随着现代技术的发展对其表面质量提出了更高的要求。针对一种大口径超薄单晶硅红外窗口的透射面形加工,解决了检测中的寄生条纹影响,提出了基于多工序组合的控形控性抛光工艺... 由单晶硅制成的光学透镜或反射镜广泛应用于红外光学领域,并随着现代技术的发展对其表面质量提出了更高的要求。针对一种大口径超薄单晶硅红外窗口的透射面形加工,解决了检测中的寄生条纹影响,提出了基于多工序组合的控形控性抛光工艺。机械臂CCO S工序方面,提出保形高效收敛工艺,大幅提升粗抛阶段的加工效率,同时可以有效评估和控制总去除量,并对各项工艺参数进行了试验与优化。磁流变精修工序方面,设计了针对非标准外形镜面的边缘延拓算法,有效抑制了边缘效应。并基于数据驱动,包括功率谱密度函数PSD曲线、表面粗糙度、面形误差RMS值等,将指标的实现合理地分配到全工艺流程中,采用机械臂CCOS和磁流变多工序组合迭代,提升面形精度并控制了表面质量。采用上述工艺成功完成了单晶硅红外窗口的控形控性加工,最终透射面形精度达到RMS0.019λ@3.8μm,表面粗糙度Ra小于0.5 nm,光洁度优于国标Ⅱ级,平均厚度为5.001 mm,任意两点间的厚度差小于5μm。整个加工周期为15天,效率较传统工艺显著提高,并可实现批量化生产。 展开更多

关键词 超精密抛光 控形控性 组合迭代 单晶硅 寄生条纹 多工序

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大口径宽光谱折射平行光管系统设计 被引量：6

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作者 胡明勇 余俊 +2 位作者 穆永吉 毛一江 潘俊鹤 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第5期530-535,共6页

介绍了大口径、宽光谱、折射式平行光管物镜的设计理论。结合项目设计实例：工作波长范围400-1100nm，焦距2000mm，相对口径1／10的折射式平行光管系统，论述了光学设计初期玻璃材料选取、初始结构选取与光焦度分配等问题。利用修正的... 介绍了大口径、宽光谱、折射式平行光管物镜的设计理论。结合项目设计实例：工作波长范围400-1100nm，焦距2000mm，相对口径1／10的折射式平行光管系统，论述了光学设计初期玻璃材料选取、初始结构选取与光焦度分配等问题。利用修正的相对部分色散P与阿贝数y建立复消色差方程组求解初始结构，使用Zemax软件优化设计出在全谱段范围内复消色差的平行光管系统。最后，给出Zemax软件分析的像差结果，系统中心视场内的点列图优于5μm，中心波长波像差优于1／60λ，焦距色偏移量为0．33mm，其余像差均在设计指标之内。 展开更多

关键词 光学设计 大口径 宽光谱 复消色差 平行光管

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基于Pt1000的滤光器测温系统设计 被引量：8

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作者 赵金标 朱庆生 +1 位作者 周小军 万敏辉 《传感器与微系统》 CSCD 2017年第6期73-76,共4页

针对天文气象中双折射滤光器温度检测所遇到的问题,以互联型STM32处理器、三线制铂热电阻Pt1000为基础,设计了滤光器桥式测温系统软硬件结构,并采用最小二乘法对标定系统进行了拟合。实验结果表明:该系统能实时监测滤光器中心区域的温度... 针对天文气象中双折射滤光器温度检测所遇到的问题,以互联型STM32处理器、三线制铂热电阻Pt1000为基础,设计了滤光器桥式测温系统软硬件结构,并采用最小二乘法对标定系统进行了拟合。实验结果表明:该系统能实时监测滤光器中心区域的温度,在42℃时测量误差为±0.005℃,保证了太阳活动区视向速度的测量精度。 展开更多

关键词 STM32 PT1000 滤光器 测温系统 最小二乘法

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可重部署钠激光雷达接收系统减震设计 被引量：1

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作者 程永强 胡雄 +3 位作者 闫召爱 郭商勇 孙逸桥 张旭 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第B05期92-97,共6页

为了防止中国科学院临近空间环境野外综合探测站(廊坊,39°N,116°E)的钠荧光多普勒激光雷达在可重新部署运输过程中震动对激光雷达系统的不良影响,保证系统测量的稳定性和精度,文中主要对钠激光雷达接收系统进行了减震设计。... 为了防止中国科学院临近空间环境野外综合探测站(廊坊,39°N,116°E)的钠荧光多普勒激光雷达在可重新部署运输过程中震动对激光雷达系统的不良影响,保证系统测量的稳定性和精度,文中主要对钠激光雷达接收系统进行了减震设计。首先选用了空气悬挂车载底盘和对望远镜的主镜运输以及望远镜安装运输平台等进行了三级减震设计,通过仿真模拟表明通过减震设计的望远镜安装运输平台冲击位移小于望远镜的主镜运输减震设计要求;其次通过跑车实验表明通过减震设计主镜室的最大振动加速度满足望远镜运输条件设计输入要求;最后通过钠荧光多普勒激光雷达系统的观测实验进一步验证了在长途运输中减震设计的可靠性。 展开更多

关键词 钠荧光多普勒激光雷达 接收系统 减震设计 可重部署

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采用单位激励影响矩阵数值计算的瑞奇-康芒检测技术 被引量：6

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作者 刘一鸣 李金鹏 +2 位作者 陈磊 林冬冬 郑锋华 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期771-777,共7页

在影响矩阵法瑞奇-康芒检验中,恢复被测面形的关键在于构建被检平面面形误差与系统波像差之间的Zernike系数影响矩阵。为了提高瑞奇-康芒法的检测精度,研究了采用单位激励法来精确计算影响矩阵的方法。分别重构平面镜仅包含某一种Zernik... 在影响矩阵法瑞奇-康芒检验中,恢复被测面形的关键在于构建被检平面面形误差与系统波像差之间的Zernike系数影响矩阵。为了提高瑞奇-康芒法的检测精度,研究了采用单位激励法来精确计算影响矩阵的方法。分别重构平面镜仅包含某一种Zernike波像差下的系统波像差分布,经Zernike拟合得到该种Zernike像差的影响系数向量;由各Zernike像差的影响系数向量组成影响矩阵,然后用最小二乘拟合出被检平面面形。对口径为90mm的平面镜进行实际检验,在瑞奇角为26.5°与40.6°的情况下进行波前恢复,得到被检平面镜PV值为0.141 3λ,RMS为0.019 4λ。与直接采用平面参考镜检测相比,瑞奇-康芒法检测误差PV值为0.082 8λ,RMS为0.010 9λ。该方法能够精确生成影响矩阵,抑制了影响矩阵法中对大F数的依赖,可用于精确恢复平面镜面形。 展开更多

关键词 光学检测 单位激励法 数值计算 瑞奇-康芒法 Zernike拟合

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多星敏感器地面热漂移标定位置误差检测研究 被引量：3

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作者 潘森 高婧婧 +2 位作者 许孝芳 毕勇 李金鹏 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期664-667,共4页

为了减少多个星敏感器地面热漂移标定时受到不同安装平台的位置误差影响,采取一种多星敏感器地面热漂移标定位置误差检测方法,进行了理论分析和实验验证,取得了-25℃~60℃真空状态下系统中基准方棱镜变形的位置偏移量数据,并进行了标定... 为了减少多个星敏感器地面热漂移标定时受到不同安装平台的位置误差影响,采取一种多星敏感器地面热漂移标定位置误差检测方法,进行了理论分析和实验验证,取得了-25℃~60℃真空状态下系统中基准方棱镜变形的位置偏移量数据,并进行了标定位置误差精度分析。结果表明,多星敏感器位置绕各轴产生的最大偏移量分别为-39.341″/℃,-0.060″/℃,-24.137″/℃,通过建立误差检测模型对位置误差进行计算,将其从姿态测量结果的偏移量中剔除后获得更准确的星敏感器姿态测量四元数,剔除位置误差后的系统精度至少提高了11%。该研究在提高星敏感器热漂移标定精度方面具有很好的应用前景。 展开更多

关键词 测量与计量 标定位置误差 四元数姿态解算 星敏感器 热漂移

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直升机机载扫描反射镜组件随机振动仿真分析 被引量：5

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作者 衡楠 郑锋华 李金鹏 《机械设计与制造》 北大核心 2020年第6期290-293,297,共5页

为研究扫描反射镜组件在某型号直升机机载环境下的随机振动响应特性,利用有限元分析软件对其模型进行仿真分析.在确定边界条件过程中,依照能量等效原则,以一种基于振动试验的转化方法将正弦叠加宽带振动谱线转化为窄带叠加宽带谱线,该... 为研究扫描反射镜组件在某型号直升机机载环境下的随机振动响应特性,利用有限元分析软件对其模型进行仿真分析.在确定边界条件过程中,依照能量等效原则,以一种基于振动试验的转化方法将正弦叠加宽带振动谱线转化为窄带叠加宽带谱线,该方法的应用减小了由于对结构品质因数的粗略估计而导致的误差.对扫描反射镜组件进行随机振动仿真,得到了机构的最大等效应力以及所选节点在三轴向下的随机振动位移响应,分析了结构振动响应特点.结果表明机载扫描反射镜组件在随机振动条件下满足刚度和强度要求,并能够保证使用时的工作精度,为直升机机载设备振动分析提供一种新思路. 展开更多

关键词 直升机 反射镜组件 随机振动 谱线转化 有限元法

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2.7米标准球面检验镜支撑优化设计 被引量：3

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作者 高婧婧 焦长君 +2 位作者 黄屾 张真 毕勇 《中国光学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期805-813,共9页

球面检验镜口径不断增大导致其检验精度下降,针对该问题,本文优化设计了2.7米标准球面镜的重锤支撑参数,并对该标准球面镜的调整架以及支撑系统进行了结构设计。首先,利用有限元和遗传算法,对镜体进行了54点等力支撑环带优化,针对增加... 球面检验镜口径不断增大导致其检验精度下降,针对该问题,本文优化设计了2.7米标准球面镜的重锤支撑参数,并对该标准球面镜的调整架以及支撑系统进行了结构设计。首先,利用有限元和遗传算法,对镜体进行了54点等力支撑环带优化,针对增加嵌套孔后镜体刚度变差的情况,对各环带底支撑力和侧支撑力分别进行了优化;然后,利用统计方法分析了支撑半径和支撑力误差对支撑变形的影响;最后,基于优化分析结果对标准检验镜的调整架和支撑系统进行了结构设计。分析结果表明,经过对标准球面镜54点支撑位置、各环带底支撑力和侧支撑力进行优化设计后,在球面镜支撑变形RMS(Root Mean Square)小于1/115λ(λ=632.8 nm),底支撑位置扰动为±2 mm,侧支撑位置扰动为±0.6 mm,以及支撑力扰动为±3 N的情况下,支撑变形小于1/70λ,满足标准球面镜的支撑要求。 展开更多

关键词 标准球面镜 重锤支撑 优化设计 扰动分析

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大口径标准平面镜主动校正仿真分析 被引量：2

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作者 许映杰 赵琦 +1 位作者 李金鹏 焦长君 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期222-229,共8页

为了让大口径标准平面镜能在多个不同工作状态下均能保持良好面形,采用主动校正的方法对重力引起的镜面支撑变形进行校正。整个支撑系统由主动校正系统和被动支撑系统组成,通过轴向支撑和侧向支撑相结合的被动支撑方式使标准平面镜保持... 为了让大口径标准平面镜能在多个不同工作状态下均能保持良好面形,采用主动校正的方法对重力引起的镜面支撑变形进行校正。整个支撑系统由主动校正系统和被动支撑系统组成,通过轴向支撑和侧向支撑相结合的被动支撑方式使标准平面镜保持平衡;当工作状态改变时,通过泽尼克拟合建立刚度矩阵,结合实际测得面形与最小二乘法计算校正力,将得到的相应的主动校正力作为第二级加载在轴向的支撑点上,使镜面面形恢复。仿真结果表明,不考虑镜子本身的加工误差,镜面改变45°时,主动支撑可将重力引起的面形误差从初始的RMS=λ/8(λ=632.8 nm)校正到λ/74;镜面改变90°时,主动支撑能将重力引起的面形误差从初始RMS=λ/6校正到λ/70。这种主动支撑方法能降低大口径标准平面镜在不同工作状态下引起的支撑变形,为大口径标准镜在多种工作状态下都能保持良好面形提供了依据。 展开更多

关键词 大口径标准平面镜 主动支撑 最小二乘法 面形误差

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红外成像与激光发射系统共口径结构轻量化设计 被引量：1

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作者 衡楠 郑锋华 李金鹏 《机电工程》 CAS 北大核心 2019年第10期1020-1026,共7页

针对某空间红外成像与激光发射共口径光学系统主支撑结构的轻量化设计问题,在低质量及高力学性能的基础上,对主支撑镜筒结构优化、仿真分析以及红外成像系统样机的性能检测等方面进行了研究。首先利用简化载荷的模型,根据变密度法,建立... 针对某空间红外成像与激光发射共口径光学系统主支撑结构的轻量化设计问题,在低质量及高力学性能的基础上,对主支撑镜筒结构优化、仿真分析以及红外成像系统样机的性能检测等方面进行了研究。首先利用简化载荷的模型,根据变密度法,建立了以支撑镜筒柔度为目标函数,以质量保留比为约束的拓扑优化数学模型,实现了初步轻量化;然后基于响应面法,通过中心复合试验设计了多目标遗传算法,对初步轻量化模型进行了多目标优化,实现了最终轻量化;最后对红外成像系统实物样机的系统调制传递函数和焦距进行了检测。研究结果表明:经两次优化的模型轻量化率提高了13%,1阶固有频率提高了24.7%,最大应力降低了42.3%,最大变形减少了20.7%;实际检测结果显示经优化设计的主支撑结构满足使用要求。 展开更多

关键词 共口径 轻量化设计 拓扑优化 多目标优化

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车载状态下测风激光雷达的浮筏减振研究

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作者 韩飞 胡明勇 +3 位作者 毕勇 陈远 杜宁 陈泽 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期47-52,共6页

为了减弱振动对车载激光雷达测量精度和稳定性的影响,借鉴浮筏减振系统在船舶领域的成功使用,对其进行了浮筏减振布局设计。采用多刚体动力学建模方法对系统在简谐激励下的减振性能进行了分析,得出系统各处减振器参量对系统减振效果的... 为了减弱振动对车载激光雷达测量精度和稳定性的影响,借鉴浮筏减振系统在船舶领域的成功使用,对其进行了浮筏减振布局设计。采用多刚体动力学建模方法对系统在简谐激励下的减振性能进行了分析,得出系统各处减振器参量对系统减振效果的影响。根据选定的减振参量,结合所选车型,经过计算得到激光雷达主体的传递率峰值,有效避开了汽车运输过程中的激振频率,且几乎在有效的激振频率范围内传递率曲线都小于1;经计算得到冲击作用下的振动量程没有越过减震器的有效减震范围,符合理论要求;通过振动状态下激光雷达和探空气球所测风速数据的对比,验证了减振设计对保证测量精度的效果;通过静止和模拟振动状态下激光雷达的锁频效果对比,证明了浮法减振设计在车载系统中应用的可靠性。结果表明,浮筏减振设计应用于车载测风激光雷达是合理的、成功的。 展开更多

关键词 激光技术 车载测风激光雷达 浮筏 多刚体动力学建模方法 振动传递率 风速 锁频

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倒立式三视场施密特望远镜关键技术研究

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作者 赖新华 李金鹏 +3 位作者 彭润富 杨永兴 王鑫蕊 石旺舟 《应用光学》 CAS 北大核心 2023年第6期1286-1293,共8页

研制了基于三分区镜的倒立式三视场施密特型望远镜,对其关键技术进行了分析。利用正三棱锥的几何对称性,推导了3个视场的视轴夹角与分区镜面夹角之间的关系式,设计了用于实现多视场观测功能的三分区镜;通过有限元法分析了倒立式施密特... 研制了基于三分区镜的倒立式三视场施密特型望远镜,对其关键技术进行了分析。利用正三棱锥的几何对称性,推导了3个视场的视轴夹角与分区镜面夹角之间的关系式,设计了用于实现多视场观测功能的三分区镜;通过有限元法分析了倒立式施密特望远镜主镜重力形变对像质的影响,阐述了检测光路关键参数对施密特修正镜加工误差的影响程度,采用蒙特卡罗法对该光学系统的杂散光进行了分析。最后对整个光学系统进行了实验检测,检测结果表明:实际研制的三分区镜镜面之间的夹角为133.08°,可同时对相互垂直的3个视场进行观测;该望远镜光学系统的PV=0.614λ,RMS=0.105λ(λ=632.8 nm)。该系统可用于地球空间姿态测量,拓展了施密特望远镜的应用范围。 展开更多

关键词 施密特望远镜 三分区镜 重力形变 施密特修正镜

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