大视场低畸变的星敏感器光学系统设计

星敏感器是微纳卫星的重要组成部分,其通过光学遥感技术,可推测出微纳卫星的飞行姿态信息.根据星敏感器的要求及所选探測器CMV300参数,设计了一种基于球面的星敏感器光学系统.该光学系统由6片国产透镜组成,光谱范围为520～880nm,视场角18°,相对孔径1/1.49.优化后的光学系统焦距为25mm,总长为37.9mm,具有极低的畸变率(≤0.12％),能量集中度大于或等于90％(2×2像元内),成像均匀且具有良好的色差校正.结果表明,该光学系统成像质量良好,可满足微纳卫星对星敏感器的要求及发展需要.     

宽光谱大相对孔径CCD星敏感器光学系统设计

星敏感器是目前航天器用于确定姿态的最先进的空间姿态敏感器之一。文中针对星敏感器的特点,设计了一种星敏感器光学系统。该光学系统焦距为52.5mm,F数为1.5,视场角为12。,光谱范围为480～850nm,选取复杂化的双高斯光学结构形式及选用特殊的玻璃配对。设计的光学系统在宽谱段范围内获得了较好的成像质量,在13.4μm直径范围内能量包围达到85%,在0.85视场内各色光相对主色光的倍率色差在爱里斑直径范围内,全视场畸变小于1%,能获得准确位置坐标的恒星图片,符合星敏感相机使用要求。     

基于数字光处理技术的小型星模拟器设计

提出了基于数字光处理(DLP)技术的星模拟器系统的技术方案。根据星模拟器技术指标,确定了总体光学结构;在确定数字微镜元件(DMD)芯片规格的基础上,计算出星模拟器光学系统的焦距、单星张角、相对孔径等光学系统参数;最后,介绍了星图模拟软件的设计方法。计算及模拟结果表明,设计的小型星模拟器实现了星图视场为10.5°×7.5°,模拟星等为2.0~8.0等星,单星张角优于40″;将采样周期控制在毫秒量级,能为星敏感器提供任一时刻、任一惯性坐标系下指向的模拟星图,可满足航天工程中对小型星模拟器的动态性、大视场、宽星等范围、短采样周期等需求。     

大孔径大视场轻小型星敏感器光学系统

提出了一个大相对孔径、大视场轻小型CCD星敏感器光学系统设计方案,该星敏感器焦距为22.5 mm,F数为1.2,谱段范围470~750 nm,视场角25°。采用双高斯基本型后加一片近乎等晕的正透镜,获得了较大的相对孔径,同时选择高折射率玻璃材料增大视场并降低轴上及轴外光束入射角,高折射率玻璃材料亦能降低高级像差且使系统总长缩短。像质分析表明,此设计方案能够满足使用要求,光学系统总长仅为46.51 mm,满足实际工程轻量化需求。     

Design of optical system for catadioptric fundus camera

为控制传统眼底相机的杂光和鬼像,设计了一款40°视场、48 mm工作距离的折反式眼底相机光学系统.设计了离轴反射式网膜物镜,引入了自由曲面以校正其离轴像差,成像物镜中采用两个自由曲面对网膜物镜的剩余像差进行校正.建立了一种离焦眼模型,用于优化成像光路,消除人眼像差对成像的影响,同时得到不同视度缺陷眼的成像光路.照明光路中使用3个相邻的环形光阑,减少了眼球光学系统反射的杂光.成像光学系统可在-10～+10 m-1调焦,物方各视场分辨率为33 lp/mm,系统畸变小于8.5％;照明光学系统在不产生鬼像的前提下,可均匀照明眼底,照度非均匀性在15％以内.实验表明,引入自由曲面的折反式眼底相机,有效地消除了杂光和鬼像,满足大视场和大工作距离的要求.     

面向光学装调微小距离测量的系统设计

光学仪器能否精准装调对其最终呈现的成像质量及性能有着重要影响。针对光学相机装校的修切量检测,提出了一种用于微小距离测量的光路方案并设计了一款物像等距的有限远共轭光学系统,其放大倍率为1×,数值孔径为0.09,视场为0.5°。根据实际应用需要,制定合理的光学指标,利用光学设计软件Zemax进行系统的设计与优化。结果表明,有限远共轭光学系统各视场在160 lp/mm处的调制传递函数均接近衍射极限,且都大于0.3,各视场的均方根半径小于艾里斑半径,满足光学指标设计要求。搭建实验平台,对装配星敏感镜头和CCD相机的修切圈进行测量,实验结果符合设计要求。     

基于非球面的大相对孔径微型星敏感器镜头设计

星敏感器是卫星上精度最高的姿态测量仪器,其通过对恒星成像与识别来确定卫星的三轴姿态,主要由光学系统、电子学系统和信息处理系统组成。传统卫星上高精度星敏感器的体积重量较大,难以满足蓬勃发展的微纳卫星的任务需求,成为限制微纳卫星定位精度的主要障碍。相对于电子学微型化、集成化和信息处理技术的飞速发展,光学系统成为星敏感器小型化的瓶颈。提出一种基于非球面大相对孔径微小型光学系统设计方法,仅用5片镜片,即可实现焦距25 mm,相对孔径1/1. 3,17°全视场角,在奈奎斯特频率处MTF优于0. 5,采用选取相对部分色散系数相同或接近、色散系数相差较大的玻璃组合的方法,有效校正了500～880 nm宽光谱色差,并实现了全视场畸变≤0. 013%。引用此技术设计纳型星敏感器镜头焦距25 mm,重量仅为15 g,降低到国内纳型星敏感器镜头的1/5。结果表明,光学系统经测试畸变等指标,满足角秒级星点中心确定的要求,为高精度纳型星敏感器提供了核心保障。     

星敏感器星象模拟软件的研究

星敏感器是高精度姿态测量部件,广泛应用于各种航天器中,作用对象是空间恒星,成像过程涉及光学系统、CCD探测器及前端信号处理系统,最后输出惯性坐标系或地心坐标系下的姿态角.本文完成了对星敏感器成像过程的模拟,研制了星敏感器星像模拟软件,为星敏感器及其他类似航天器的性能评价提供了有效手段.     

折反式眼底相机光学系统设计

为控制传统眼底相机的杂光和鬼像,设计了一款40°视场、48mm工作距离的折反式眼底相机光学系统。设计了离轴反射式网膜物镜,引入了自由曲面以校正其离轴像差,成像物镜中采用两个自由曲面对网膜物镜的剩余像差进行校正。建立了一种离焦眼模型,用于优化成像光路,消除人眼像差对成像的影响,同时得到不同视度缺陷眼的成像光路。照明光路中使用3个相邻的环形光阑,减少了眼球光学系统反射的杂光。成像光学系统可在-10～+10m-1调焦,物方各视场分辨率为33lp/mm,系统畸变小于8.5%;照明光学系统在不产生鬼像的前提下,可均匀照明眼底,照度非均匀性在15%以内。实验表明,引入自由曲面的折反式眼底相机,有效地消除了杂光和鬼像,满足大视场和大工作距离的要求。     

光学系统中杂光分析

光学系统的杂散光极易在系统内形成多个鬼像 ,这不仅严重影响光束质量和传输特性 ,并可能对系统光学元件造成永久性损伤。提出了一种基于光线追迹基础的分析光学系统杂光影响的有效方法 ,建立适合各类光学系统杂散光及鬼像分析的数理模型。编制了专门的杂散光分析软件 ,通过计算机光路模拟 ,对光学系统中的鬼光束进行全面、系统分析 ,可得出系统鬼像及关键元件处的能量密度 ,从而在光学系统设计阶段排除鬼像的潜在危害     

A high shear rate, high pressure microviscometer

The development of a high shear rate, high pressure microviscometer is described. This viscometer was developed specifically to examine a highly loaded, dynamic contact generated in a small volume of fluid. The viscometer was used to examine the fluid film formed by the mechanism of elastohydrodynamic lubrication in the presence of an SAE 50 oil. A complete numerical analysis of the resulting elastohydrodynamic contact was performed.     

等离子辅助镀膜技术在优质高产的镀膜系统中的应用

大规模生产高质量薄膜产品是今后镀膜设备需要解决的问题。等离子体或离子辅助镀膜现在被广泛应用于高质量膜系生产中并取得了良好的效果,但是主要由于等离子体或离子源的原因,产能不高。介绍了一种新型精密光学镀膜系统和一种新型溅射镀膜系统。新的系统能够优质高效地生产复杂膜系,特别适合大规模生产。     

Flying high

If your material costs are soaring up your balance sheet you may think that nothing can be done. Not so, says Stephen Plummer, who shows you how to bring them gliding back down.     

采用高速高精度磨削的优点

分析高速高精度磨削工艺,提出其可以提高工件表面质量和加工精度及磨削效率,且操作简便,成本低.     

用FP2系列PLC实现高速外圆磨削的控制

对FP2系列PLC在高速外圆磨床上实现圆柱体工件在线测量及闭环反馈控制的方法进行了研究。实践证明该方法精度高,稳定性好,有较强的抗干扰性和实用性。     

高温高压模拟井筒的设计

根据教育部"石油天然气装备"重点实验室的建设要求,设计了能模拟3000 m井下工况的高温高压模拟井筒.该装置通过泵和电加热器循环加热井筒内的液压油.使其基本达到预期温度;用加压泵循环加压至设定压力,再由循环泵和盘管保持设定温度,实现井下温度和压力环境.根据设计条件采用第三强度理论确定模拟井筒的壁厚,进而确定井筒的结构方案;同时进行了系统热平衡计算,根据循环装置的设计使用要求选定了电加热器的功率.     

高效高精度圆材送料器的设计

为了更好地满足圆材校直切断机、高速切断机等设备的使用需求,经过多次设计、试验,采用斜楔式送料夹紧方案设计开发了一种新型的圆材送料器.使用结果表明该送料器不但提高了以往圆材送料机构的送料频率和送料定位精度,还使产品的形状精度得到改善.介绍了该送料器的结构和工作原理,详细描述了其夹紧送料机构和调整机构的设计.     

Energy dissipation of materials at high pressure and high temperature

We report an experimental method to study the anelastic properties of materials at high pressure and high temperature. The multianvil high pressure deformation device, used to apply a cyclic loading force onto the sample, can reach 15 GPa and 2000 K. A synchrotron x-ray radiation source provides time resolved images of the sample and reference material. The images yield stress and strain as a function of time; stresses are derived from the reference material, and strains from the sample. This method has been tested by applying a sinusoidal stress at megahertz to hertz frequency on a San Carlos olivine specimen at 5 GPa and up to 2000 K. Strain as small as 10(-5) can be resolved. We have obtained experimental results which exhibit resolvable attenuation factor (Q(-1)) and shear modulus (M) at deep Earth conditions. These results are in quantitative agreement with previously reported lower pressure data and suggest that temperature and grain size have dominating effect on these properties.