方差分析在激光点光源质量评价中的应用

为了更好地评价激光点光源的发光质量,本文引入方差分析来研究激光点光源的系统误差以及随机误差。首先,本文从理论上推导了理想激光点光源的统计学模型,分析了理想点光源的基本统计学性质;之后,将方差分析引入了点光源质量评价之中,提出了一种检验激光点光源发光均匀性的检测方法并利用本文所提出的方法,对于某激光点光源的发光质量进行评价,得出了在0.99的置信概率下,其系统误差分布均匀的结论,验证了本文理论的正确性以及方法的可行性。最后以三十米望远镜为背景考虑了本文方法在下一代大口径光电系统误差分析中的应用。本文的工作对于点光源的发光质量评价有着一定指导意义;同时,对于光电系统的误差分析也有很好的帮助作用。     

大口径望远镜四通垂直度检测方法研究

为了保证大口径望远镜俯仰轴系的回转精度,对四通轴孔同轴度及轴孔轴线与两端面的垂直度等误差提出了很高的加工检测要求。针对大口径光学望远镜四通结构件的形位误差检测需求,并根据四通的结构特点,首先,提出了运用测微准直望远镜配合自准直仪等光学测量设备进行四通件的形位误差检测的方案。本方案利用测微望远镜光轴模拟四通轴孔的轴线,用精密侧角的自准直仪来测量四通端面与轴孔轴线之间的偏角,通过对测量数据进行处理计算即可得到被测件的垂直度。之后,对该方法的基本测量原理进行研究分析,并结合一套四通模拟件进行了垂直度的测量。通过实验验证了该检测方案的可行性,获得了精确的测量数据,测得其垂直度为98.2″,重复性RMS值为2.3″。最后,并对本测量方法的测量不确定度进行了分析,其合成标准不确定度为2.2″。本文所提出方法可以满足大口径望远镜四通形位误差的检测需求,对大型轴孔类结构件的形位误差检测具有一定的借鉴意义。     

大型跟瞄架方位轴系的研制

详细地叙述了大型跟瞄架方位轴系的研制过程,对轴系及关键大件的设计给出了定性及定量分析.     

大口径主动光学巡天望远镜大动态范围曲率传感

为了保证外界环境剧烈变化下大口径巡天望远镜的成像质量以及实现系统的快速对准,其波前传感系统在保持像差检测精度的同时也需要具备较大动态范围。首先基于同侧离焦星点像光强分布与曲率传感技术建立了一套大动态范围的对准检测技术,分别使用解析式表达和机器学习方法实现离焦量以及系统其余低阶像差的解算。然后对不同类型像差的解算精度进行了理论分析,最后针对所提出方法进行实验验证,结果表明离焦检测误差(以波前RMS变化为准)分别小于5%,而失调检测误差小于15%,满足对准装调要求。     

30m望远镜三镜系统初步设计与分析

为保证30 m望远镜(thirty-meter telescope,TMT)聚集的光线顺利进入各个终端设备,设计了一套适用于30 m望远镜的精密跟踪指向三镜系统.该系统包含有基于Whiffle-tree原理的三镜支撑系统设计和采用地平式结构的跟踪指向系统设计2两个部分.通过参数化建模手段,在ANSYS中建立了系统的详细模型,联合Matlab完成了98个主要工况下的静力学分析后,对镜面面形结果以及结构变形情况进行了统计总结.最后将面形误差引入到ZEMAX中,分析了三镜面形变化对光学调制传递函数的影响.结果表明:98个工况下三镜位置与理想位置最大偏差为1.28 mm,系统的第一阶谐振频率为15.1 Hz,各工况下三镜面形精度均满足指标要求.三镜面形误差对系统MTF影响较大,但通过主镜主动光学校正后可以明显提高成像质量,满足使用要求.通过分析可知,该方案能够满足30 m望远镜项目的需求.探索与解决巨型望远镜的这些技术问题能够大大提高中国在超大口径光学望远镜上的设计和制造能力,并为建设中国下一代巨型望远镜积累丰富的经验.     

大口径望远镜主镜保护盖设计

针对某米级光学望远镜设计了四门对开花瓣式主镜保护盖。简要介绍了国内外已建成大口径望远镜主镜保护盖的主要结构形式,利用铰链四杆机构的演化偏置曲柄滑块机构为基体进行优化设计,得出一种不需曲柄存在的四杆机构,建立运动学模型,对其受力状态进行分析,计算了电机所需的驱动力矩、滑块的移动位移及镜盖开关时间。实际工程应用表明,该保护盖对主镜能够有效防尘及保护,单次打开或关闭时间约为62.5 s,在长春地区无故障使用时间大于一年,免维护开关次数大于500次。满足系统设计要求,为后续研究者提供了设计参考。     

望远镜次镜钢索支撑结构动力学分析

为了增加大口径望远镜次镜支撑结构第一阶固有频率,采用施加有预紧力的八根钢索取代原有的四翼梁结构。文中首先根据Euler-Bernoulli梁理论将此次镜支撑结构简化为一个由质量点和梁组成的简化模型并使用变分法得出系统固有频率表达式以及系统第一阶固有频率;然后以1.23 m望远镜为例,计算得出预紧力为20 000 N时系统第一阶固有频率为18.9 Hz与有限元仿真软件ANSYS得出的17.8 Hz相比误差为6%,证明了简化的可行性与理论的正确性。最后通过分析次镜室质量不变的情况下,不同主镜口径下预紧力与次镜支撑结构第一阶模态的关系,得出对于1.23 m望远镜,施加70 000 N的预紧力即可以使一阶模态达到34 Hz,对于2 m、4 m口径的望远镜,通过调节预紧力,可以将一阶频率控制在20 Hz以上的结论。文中的方法可以用于类似结构的动力学特性计算;同时这种结构具有较高的抗扭转刚度,并能够有效减轻次镜支撑结构的重量,对于大口径光学系统的设计有很好的指导意义。     

工业物料水分测量与中子测水技术的应用

详细介绍了中子测水技术的原理、技术特点、产品性能和使用方法，说明了该技术应用在炼铁高炉中的优越性。     

30m望远镜三镜系统刚度分配与分析

为满足30m望远镜(TMT)三镜系统(M3S)对质量和刚度的要求,研究了合理分配该系统各部分刚度的方法。针对M3S的第一阶谐振频率不小于15Hz的要求,本文基于M3S的结构组成对模型进行适当地简化,然后使用前期设计数据建立了四质量点弹簧-质点模型。研究了三镜支撑系统支撑刚度的组成,使用特征值反解的方法得到了简化模型在6个广义方向上的刚度矩阵。最后,给出了系统中所有弹簧代表的刚度,并将这一简化模型和计算结果用来指导后期的结构设计和控制设计。使用运动学仿真软件Adams对分配结果进行了验证,验证结果显示,M3S各部分刚度配比合理,系统的基频能够达到15.1Hz,满足设计要求。采用本文的刚度分配方法,可以有效地提高系统设计的效率与合理性。     

PSSn在大口径望远镜误差评估中的应用

为了更好地对大口径望远镜进行误差分析以及分配,引入了由美国30 m望远镜（TMT）团队所提出的标准化点源敏感性（PSSn）,来进行大口径望远镜的各项误差及其之间的协调与分配。为了更好地利用PSSn进行误差分配,首先根据其定义对PSSn的基本性质进行了研究,论述了PSSn作为全频域评价指标的优越性,然后与传统的评价指标（波前均方根）进行了比较,重点分析了PSSn的合成特性以及合成误差的特点,之后利用Zernike多项式分析系统静态误差与PSSn的关系,得到了不同的Zernike系数与PSSn之间的关系。对于系统的动态载荷,利用功率谱结合光学传递函数的方法来研究系统的光学特性并对实际的大口径波前做出了仿真研究,得到系统的PSSn从0.996下降到0.991。所做的研究可以更好地理解大口径望远镜的误差特性,同时也可以帮助系统工程师对大口径望远镜的误差进行更好的分配。