基于灵敏度分析方法的光学镜架动力学模型修正

论述了理论建模与实验建模的特点,介绍了模型修正方法的相关理论,采用灵敏度分析方法,分析了光学镜架的设计参数: 材料的弹性模量、密度、内径、镜框厚度、镜架底部厚度、筋板厚度的灵敏度系数,通过镜架有限元仿真与模态实验结果的对比,建立一个以固有频率为修正目标的多变量动力学修正问题,对包含非线性连接关系的镜架动力学模型进行了修正,修正结果表明前四阶固有频率的平均误差为2.5%,满足工程要求,同时模态阶次也得到了修正。     

基于实验模态的某结构动力学模型修正

目前，动力学建模主要有3种方法：理论建模、实验建模、理论与实验综合建模。理论建模的主要方法是有限单元法，它所建立的有限元模型往往不能完全真实反映结构实际情况，计算结果与实验结果可能不一致。实验建模主要是基于实验模态分析方法。它可以识别结构动力学模型，能够用来修正有限元模型，使其模态参数与实验结果一致或基本一致。第3种方法也被广泛采用，通过大型有限元分析软件建立结构的有限元模型，计算理论模态参数，再结合实验识别出的模态参数对有限元模型进行动力学修正。     

光学双稳态离散模型的动力学行为

对描写光学双稳系统的延时微分方程作了离散化处理，在Ｎ＝１的情况下，得到一个二维迭代方程，研究结果表明：系统刚失稳时不是单模振荡，而是四模同时振荡，并且各自以独立的方式随着参数Ａ而变化并以倍周期分叉道路进入混沌，同时，在周期三窗口发现了另一个共存的吸引子，其吸引域具有类似二维Ｍａｎｄｅｂｌｏｒｔ集的分形结构。 关键词：     

基于神经网络模型的光学计算

目前的电子计算机适于解决数字运算问题，但是在解决辨别、联想、推理等所谓随机问题方面的能力却远不如人的大脑．企图模仿人脑的解剖结构来设计计算机以解决随机问题，并利用光学的独特功能，这就是光学神经元计算机．据此，Ｈｏｐｆｉｅｌｄ提出了一种关联存贮模型（或称为内容存贮），即每个存贮状态不是按地址存贮，而是按内容存贮在整个神经网络系统上．光学由于具有内禀的并行性，特别适于实现这个模型．采用纯光学或光电混会方法，通过光学矩阵乘法，取阀值运算，反馈迭代过程，可以实现从有误差的输入信息中提取正确的关联存贮信息．利用全息技术，有可能实现二维数据的关联存贮．     

考虑结合部特征的?150 mm口径反射镜模型修正

针对?150 mm口径反射镜受结合部的非线性因素影响导致结构分析模型精度较差的问题,提出了线性的动力学等效建模与参数修正方法。首先,在实际装配和约束环境下测试并获得了反射镜结构的试验模态参数。然后,根据界面结合部的动力学特征,对反射镜结构按照镜框固定连接模型、镜面螺钉夹持模型以及间隙等效模型进行了等效建模。最后,以试验模态参数为修正目标,采用优化方法对反射镜结构的动力学等效模型进行了参数修正,并采用模型分层和分步修正的思路,依据结合部特征将修正模型细分为两部分,提高模型参数的修正效率。结果表明,参数修正后的固有频率平均误差为1.5%,模态置信度均大于0.8,提升了反射镜结构的动力学模型精度,验证了线性化等效建模方法的正确性。     

宏观模型的微观修正

本文讨论了宏观模型的微观修正.采用简单的液滴模型,通过拟合核质量,讨论了Moller和Nix给出的微观修正的普适性和可能的改进.实例计算表明这种微观修正也大体适用于我们提出的连续介质模型.对核基态讲,用本文建议的简化的微观修正方法,也能获得效果相似的微观修正.     

基于神经网络模型的CCD像差修正

针对传统CCD标定中由于修正像差造成标定算法复杂、精度不高、结果不稳定的特点,提出了用4层前向神经网络模型修正CCD像差的方法。为了检验算法,用修正像差后的CCD对空间点进行三维重建,并与传统方法作了对比。结果表明,基于神经网络模型的CCD像差修正方法可以获得比传统方法更高的精度和稳定性。     

大口径光学元件薄膜厚度均匀性修正

研究了2.2 m高真空箱式镀膜机镀膜时的实际膜厚分布情况。对非球面和平面光学元件,分别采用行星夹具和平面公转夹具并利用修正板调节膜厚均匀性。从实验上实现了大口径薄膜均匀性的调节,并获得较为理想的结果。口径在700 mm范围内,对于凹面均匀性可以控制在0.7%以内,平面均匀性在1%以内;口径在1 200 mm范围内凹面元件均匀性可控制在1%以内,平面1 300 mm口径以内窗口均匀性可控制在1%以内。镀制了口径在400~1 300 mm的多种天文观测上使用的反射镜、增透膜等,获得了理想的光谱曲线与较好的使用效果。     

大口径光学元件薄膜厚度均匀性修正

 研究了2.2 m高真空箱式镀膜机镀膜时的实际膜厚分布情况。对非球面和平面光学元件,分别采用行星夹具和平面公转夹具并利用修正板调节膜厚均匀性。从实验上实现了大口径薄膜均匀性的调节,并获得较为理想的结果。口径在700 mm范围内,对于凹面均匀性可以控制在0.7%以内,平面均匀性在1%以内;口径在1 200 mm范围内凹面元件均匀性可控制在1%以内,平面1 300 mm口径以内窗口均匀性可控制在1%以内。镀制了口径在400~1 300 mm的多种天文观测上使用的反射镜、增透膜等,获得了理想的光谱曲线与较好的使用效果。     

应用离子束修正大面形误差光学元件

为了获得超高精度面形的光学元件并验证离子束的修正能力,对应用离子束修正大面形误差光学元件的问题进行了实验研究。通过改变离子源光阑尺寸的方式获得了不同束径的离子束去除函数,并对一直径为101mm、初始面形峰谷(PV)值为417.554nm、均方根(RMS)值为104.743nm的熔石英平面镜进行了离子束修形实验。利用10、5、2mm光阑离子源的组合,进行了12次迭代修形,最终获得了PV值为10.843nm、RMS值为0.872nm的超高精度表面。实验结果表明,应用离子束可以对大面形误差光学元件进行修正,并且利用更大和更小束径离子束去除函数的组合进行优化,可以进一步提升加工效率和精度。     

基于特征值灵敏度分析的超高速摄影仪转镜设计

利用数值分析方法,通过建立转镜特征值灵敏度分析模型,根据模态分析计算生成转镜特征值灵敏度循环执行文件,选用Monte Carlo法拉丁超立方抽样对转镜结构尺寸参数在其概率密度分布函数内进行抽样计算,统计分析得到反应转镜结构尺寸与特征值之间的Spearman秩相关系数。根据数值分析结果,修改镜体外接圆半径,并对修改前后的转镜分别进行模态数值分析和试验,结果显示转镜1阶模态增大101.8%,1阶临界转速达到8.7105 r/m,说明根据转镜特征值灵敏度数值分析结果优化转镜结构尺寸是一种实用、有效的方法。     

基于动力学性能的超高速摄影仪转镜的设计

为探索超高速摄影仪转镜的设计,提出了系统性的转镜动力学性能设计理论和方法。结合静力学和动力学理论,利用有限元分析软件对初始设计的转镜进行静强度、模态、谐响应、固有频率灵敏度进行数值分析,并对数值分析结果进行试验验证,根据分析结果反复修改相应的转镜的结构尺寸并设计新的转镜,对新设计的转镜进行交变力疲劳分析和试验。结果发现,初始设计转镜的最大应力小于转镜材料的屈服强度,转镜不会出现静强度失效;转镜一阶临界转速落在工作转速以内,其动力学特性不满足要求;镜体外接圆半径与转镜的固有频率负相关且相关程度最高;新转镜的一阶固有频率从459.4 Hz增大到713.6 Hz,变化率55.3%,转镜的一阶临界转速达到42 816 r/min,成功地避开了共振点,且疲劳强度满足设计要求。     

监测点波长对高双折射光纤环镜轴向应变灵敏度的影响

研究了高双折射光纤环镜监测点波长对轴向应变灵敏度的影响. 经理论推导得出高双折射光纤环镜轴向应变灵敏度公式. 结果表明: 当高双折射光纤材料选定后, 灵敏度随着监测点波长的增大而增大; 当监测点选定后, 监测点的灵敏度为常数, 波长变化与应变成线性关系. 实验选取不同波长的波峰进行应变灵敏度监测, 对各监测点进行数据拟合, 实验结果与理论分析一致. 研究结果对提高高双折射光纤环镜应变、温度等灵敏度具有指导意义. 关键词： 波长 灵敏度 监测点 高双折射光纤环镜     

平行光管主反射镜组件的非线性有限元分析

为了提高对光学仪器中光机结构分析的精度,引入了非线性分析方法,用非线性有限元法研究了某平行光管主镜组件存在的非线性问题。介绍了产生结构非线性的主要来源,并在接触理论的基础上对主反射镜组件进行了合理的有限元建模。采用接触非线性分析方法对螺钉预紧时反射镜的响应及在自重和温度载荷作用下反射镜的变形进行了分析。将线性和非线性分析结果与实际结果进行了对比,结果表明,采用接触非线性分析方法对反射镜组件进行工程分析减小了分析误差。因此,在工程分析中,对某些接触部位采用非线性分析方法可以提高分析精度,得到的结果更加符合实际。     

平行光管主反射镜组件的非线性有限元分析

为了提高对光学仪器中光机结构分析的精度,引入了非线性分析方法,用非线性有限元法研究了某平行光管主镜组件存在的非线性问题。介绍了产生结构非线性的主要来源,并在接触理论的基础上对主反射镜组件进行了合理的有限元建模。采用接触非线性分析方法对螺钉预紧时反射镜的响应及在自重和温度载荷作用下反射镜的变形进行了分析。将线性和非线性分析结果与实际结果进行了对比,结果表明,采用接触非线性分析方法对反射镜组件进行工程分析减小了分析误差。因此,在工程分析中,对某些接触部位采用非线性分析方法可以提高分析精度,得到的结果更加符合实际。     

Three methods for improving an axial strain sensitivity of polarization maintaining fiber loop mirror

Sensitivity is one of the important performances for sensor. Theoretical results show that we can choose a long wavelength monitoring point, a high strain dependent birefringence coefficient polarization maintaining fiber (PMF) and a low birefringence PMF to improve the axial strain sensitivity of PMF loop mirror, and experimental results show that the axial strain sensitivity has respectively been improved by 8.06, 30.73, and 22.26% by these methods. The advantage of these methods is to improve the axial strain sensitivity without increasing system complexity. These results help to improve the temperature, displacement, torsion, curvature and liquid level sensitivities of PMF loop mirror. These results can also be applied in photonic crystal fiber loop mirror.     

柔性铰链结构特性对快速反射镜性能影响分析北大核心CSCD

柔性铰链作为快速反射镜(fast steering mirror,FSM)的关键部件之一,分析其结构特性对FSM性能的影响,用于指导FSM结构设计。通过将柔性铰链简化为弹性环节,等效为3轴的平动刚度和3轴的转动刚度,基于欧拉动力学,建立了两轴FSM的运动微分方程,搭建了FSM控制系统的Simulink仿真模型;在给定振动环境下,仿真分析了结构谐振频率对FSM性能的影响,指出平动固有频率越大,FSM锁零精度越高,平动固有频率选择在伺服系统增益交界频率2倍以上;考虑到锁零精度要求和电机力矩限制,转动固有频率选择在25 Hz~50 Hz。最后结合实物进行了振动试验,仿真结果与振动试验结果一致,验证了仿真模型的正确性。     

光学镜面复制技术的研究

光学镜面复制技术包括镀膜、胶合、脱模等工艺 ,这是一种通过压模的方法生产光学镜面的技术。一个镀好膜的高精度母模的光学面被复制到没有抛光过的复制件非光学表面上 ,母模和复制件之间的面形误差由胶粘剂补偿 ,通过脱模 ,可以得到一个镀好膜的由基体和胶粘剂组成的复制光学面。探讨了光学镜面复制技术的工艺方法 ,给出了所复制的球面、非球面、二次复制平面的干涉图和阴影图。     

摆臂式三点光学镜面支撑系统的研究

提出了一种摆臂式三点光学镜面支撑系统,分析了其结构原理和工作性能,给出了实现的方法和制造工艺。该支撑系统具有结构简单、刚度恒定以及无附加温度应力等特点,可用于中小型光学镜面和光学元件的支撑,特别适用于空间仪器的光学加工领域。