基于六阶波像差理论的非球面大孔径折反射成像系统像差优化方法

大孔径折反射成像系统被广泛应用于机器人导航和安全监控等领域。首先分析了超大视场光学系统六阶波像差理论应用于非球面光学系统的像差计算方法,随后基于该六阶波像差理论,构建了非球面大孔径折反射成像系统像差优化评价目标函数,并给出了求解这种包含多个光学参量的目标函数的优化算法,得到优化后的系统结构参数。最后,应用所提方法设计了一款工作波段为400~700 nm、最大视场角为120°、 F数为2.6且成像质量较好的光学系统。设计案例的结果表明所提出方法是有效的,为非球面大孔径折反射成像系统像差优化提供了一种有效手段。

大口径强激光倍频系统精密调整架的研制

叙述了大口径高功率固体激光器，利用两块级联晶体的二阶非线性效应，对激光输出进行谐波转换，实现三次谐波输出的方法。介绍了实现倍频和混频过程所需的精密调整架的结构设计要点及其精度分析。研制的８套倍频器系统在同一台控制电源集中控制下，可获得高精度要求。

用于SS-OCT成像系统的侧视型全光纤镜头及其聚焦性能

为研制适用于扫频光学相干断层成像(Swept Source Optical Coherence Tomography,SS-OCT)系统的高性能侧视型全光纤镜头,分析了侧视型光纤镜头的性能影响因素及样品制作方法。对基于梯度折射率(Graded-Index,GRIN)光纤的侧视型全光纤镜头的光学模型进行解析,得出与侧视型全光纤镜头性能相关的特征参数。研究了“单模光纤+无芯光纤+GRIN光纤+转角介质”四段式侧视型镜头各组件长度对其光学聚焦性能的影响,设计各组件的适宜长度范围。最后,制作了外径小至0.5 mm、刚性长度2.75 cm的超小侧视型全光纤镜头样品,通过实验测得镜头的工作距离(0.52 mm)和光斑直径(26.82μm),与理论分析结果基本一致,并将镜头样品集成于SS-OCT成像系统,获得了清晰的生物组织层析图像。实验结果表明,本文提出的分析方法可用于侧视型全光纤成像镜头结构参数的优化设计。

柔性浅埋物的声-振智能探测

提出一种基于目标检测算法的柔性浅埋物的声-振智能探测方法,将声波激励、激光散斑干涉测振和目标检测算法有机结合,用以柔性浅埋物的大范围快速探测。在论述YOLO系列目标检测算法原理的基础上,选择并优化柔性浅埋物的智能探测网络模型;然后,搭建声-光融合智能探测系统,构建不同柔性浅埋物的激光散斑干涉条纹图数据集;最后,对数据集进行训练和测试,验证该算法用于干涉条纹图识别的可行性。实验结果表明:在给定实验条件下,柔性浅埋物智能探测网络模型的精确率为98.39%,召回率为84.72%,平均识别精度为99.66%。该声-振智能探测方法可以在给定实验环境下对多种柔性浅埋物的激光散斑干涉条纹图进行智能识别,适用于浅层地下柔性掩埋物的大面积快速探测。

微小管道涡流检测机器人系统研究

微小机器人系统 Tubot II型是适应 2 0 mm管道内缺陷的自动探测系统 ,它由一个两级计算机控制的管内移动机构携带涡流探头 ,外加涡流分析仪和记录设备等组成 .本文专述 Tubot II系统设计、关键技术和性能试验 .这套机器人系统经产品化开发后可望应用于诸如核电、化工、制冷和公用事业等的非磁性金属管道的定期检查 .

C8051F020的微型旋翼飞行器实验平台的控制系统

提出了一种与传统桨距角递推算法不同的基于高速摄影和图像处理的桨距角测定方法。根据实验要求,开发了一个以微型旋翼飞行器的非对称变距装置为测试主体的实验平台,并设计了一套基于C8051F020的微型旋翼飞行器实验平台的控制系统。该控制系统以C8051F020单片机为微控制器,用微型位置传感器来检测螺旋桨主轴的相位信息,并利用C8051F020单片机内部的PCA捕捉功能采集位置传感器的输出信号,得到螺旋桨主轴的四个相位;利用单片机输出的PWM方波信号控制电机的转速,以达到对螺旋桨电机进行加速的目的;利用单片机内部产生的PCA捕捉中断来触发高速摄像机的拍摄,以实现飞机加速与拍摄的同步。该控制系统结构紧凑,系统可靠性高。最后通过该控制系统来控制微型飞行器仿真飞机前飞的状态,得到该状态下桨叶的变距曲线,证明所提出的桨距角测定方法和由此开发的实验平台在测量桨距角中是有效的,达到了预期目标。

超大视场变焦仿生眼光学系统设计

提出了一种新的基于仿生鱼眼镜头模型的超大视场变焦仿生眼光学系统。该仿生眼应用可调光焦度器件能使光学系统更紧凑和不需要移动。鉴于鱼眼系统可以简化成反远物镜的原理，利用矩阵理论和变焦准则，研究了基于可调光焦度器件鱼眼镜头设计的一阶几何光学理论，得到了鱼眼系统前组和后组的光焦度控制方程；进一步讨论了其光焦度的边界方程；最后提供的仿生变焦鱼眼的视场角最大为164°，焦距从5～15 mm变化，成像质量达到系统要求。设计实例为其在智能监控、航天军工、机器人系统等领域的应用提供了有益的探索。

基于光纤的三维电子散斑干涉测量系统设计

为了实现物体三维变形非接触式测量,设计了基于电子散斑干涉技术的三维变形测量系统。该系统采用了一分五型分束光纤,这根光纤在系统中起到分光和传光的作用,使系统所需器件比一般的设计系统要少。为了获得变形的量化数值,系统将电子散斑技术与相移技术结合在一起,由压电陶瓷引入相移,并采用"4+1"相移算法计算变形量。该系统可以实现面内及离面变形的独立测量,进而实现物体三维变形的测量。文中对带缺陷的木板进行了加热变形测量,检测其面内、离面变形的敏感度;然后对钢板进行了应力三维变形的测量,得其离面变形量为5μm。结果表明,设计的测量系统可以实现各种变形的测量。

虚拟仪器在声波激发的地表振动检测系统中的应用

设计一个声波激发的地表振动检测系统,用基于Labview的软件平台实现数据的采集与处理。用扬声器发出扫频的正弦声波激励地表产生地表振动,并用地震检波器接收地表振动速度信号,通过NI 5112数字化仪传送到计算机,在Labview环境下进行滤波、频谱分析、波形显示与数据存储等处理。实验结果显示,该系统能有效完成测量任务,可用于声-地震耦合现象的进一步研究。

管间机器人纵向移动平台模糊控制系统

针对核电站蒸汽发生器热交换管道自动化视频检测的要求,研制了管间机器人,介绍了管间机器人结构和工作原理。检测模块安装在纵向移动平台上,纵向移动平台由步进电机驱动沿导轨做间歇直线运动。在每个管间距行程中,步进电机必须有升速和降速过程,这样可以防止堵转、失步并提高效率。对无法精确建模的纵向移动平台系统,用模糊控制原理设计了步进电机的升降速曲线,给出了模糊推理的步骤。用单片机和外围电路制作了步进电机控制器,将设计结果用于控制程序设计,实验证明纵向移动平台升降速过程平稳,从导轨始端移动到末端的位置总误差在允许范围内,管间机器人样机在此基础上实现了对蒸汽发生器模型的自动化检测。

涡轮增压调节执行器在线检测系统研制

介绍了一种涡轮增压执行器在线检测系统,讨论了该系统的机械构成、电气构成以及检测方法。应用结果表明该系统能够有效的提高生产效率和产品的合格率。

自动复位机器人系统SRR—Ⅱ:机构与控制

介绍了SRR—Ⅱ移动机器人系统。该系统利用三个车体和按正交方式设置 7个主动关节的方法 ,实现了机器人从仰翻或侧翻状态到正常行走状态的自动复位。讨论了自位原理和机构选型、机械和控制系统设计、样机系统性能试验等。

用于移动机器人避障的超声测距系统

本文介绍了一种用于移动机器人避障的超声测距系统 ,具体设计了基于单片机控制的 8路超声测距系统的软件和硬件 ,并介绍了该系统的构成和工作原理。本测距系统在室内环境下移动机器人避障系统中使用 ,测距范围 0 .2～ 5m ,精度± 4cm。

微小管道探测机器人系统

阐述了在国家高技术研究与发展计划的资助下 ,在研制TubotI、TubotII机器人系统过程中取得的主要进展。该微小管道探测机器人系统由管内移动机构、驱动与控制系统。

基于纳米磁性液体驱动的液态变形镜系统研究

波前校正器对自适应光学系统的性能起着关键性的作用。以纳米磁性液体为驱动载体,提出了一种新型液态波前校正器设计方法。与传统的固态变形镜相比,磁液变形镜具有镜面连续光滑、变形幅度大、制造成本低和驱动器易于扩展等优点。首先阐述了磁液变形镜系统的设计结构,提出了一种磁液表面银纳米薄膜自组装制备方法,用以提高磁液变形镜镜面反射率;然后结合建立的磁液变形镜镜面动力学模型,提出了一种镜面分布式PID控制方法;最后基于制作的磁液变形镜原型样机,搭建自适应光学实验平台对变形镜性能进行了实验验证,结果表明所设计的液态变形镜及其镜面控制方法能有效控制镜面变形,从而实现期望的光波校正性能。

高精密零件图像缺陷特征快速定位检索仿真

当前零件图像缺陷特征定位检索方法效率和准确性均不理想,提出基于粒子群和加权C均值聚类的高精密零件图像缺陷特征定位检索方法。利用最大值法将彩色高精密零件图像转换为灰色图像,采用邻域平均法对零件图像实行滤波操作,通过Sobel算子加深图像灰度颜色,实现零件图像的锐化。对粒子群和C均值聚类法的初始化参数和最大迭代次数进行设置,以计算粒子对于各个类别中心的隶属度值。根据所得隶属度值构建加权C均值聚类数学规划模型,同时计算粒子适应度函数。更新粒子飞行速度和当前位置,判断检索过程是否满足迭代停止条件,假设满足,将高精密零件图像缺陷特征定位检索结果输出。实验结果表明,所提方法运行耗时平均为0.36h,零件缺陷定位准确率高。上述方法性能优越,鲁棒性强。

微操作机器人系统拟实环境的建模与实现

建立微操作机器人的拟实环境结构 ,应包括微操作环境的建模、微操作工具的建模及模型叠加三部分 ;本文就微操作环境的建模与实现和微操作工具的建模与实现这两部分的关键技术 :图像传输、虚拟微操作器的生成、虚拟显微镜、虚拟成像过程及虚拟控制器给出了实现方案 ,并在基于微机的硬件结构和VisualC ++及OpenGL组成的软件环境里 。

基于单片机的余弦误差修正系统

阐述了激光干涉测量技术是高精度位移测量的最主要方法之一,具有测量范围大、分辨率高和测量精度高等优点。然而,随着测量距离增大,各项误差也随之增大。其中,余弦误差就在大行程激光干涉测量过程中成为一项不可忽略的误差。分析了余弦误差产生的原因,并设计了一套余弦误差修正系统来消除其误差。

超小型飞行器GPS自主导航系统地面站设计

介绍了超小型飞行器自主导航系统的构成以及GPS的数据格式和自定义的发送/接收数据格式。主要研究了地面站计算机在 Windows环境下利用 Visual basic 6.0读取串行口输人的 GPS定位数据,并对该数据进行处理和显示,给出了主要程序框架。

电动汽车驱动系统EMC测试的试验室方案研究

随着电动汽车技术的不断发展,其已成为正式的产品走向市场,与传统汽车相比,电动汽车的电磁兼容问题更为严重,而目前专门针对像电动汽车驱动系统这样大功率、大电流零部件的电磁兼容(EMC)检测标准还没有,传统的电磁兼容检测方法和试验布置已不再适用,基于电动汽车驱动系统大电压、大电流、高发热、高振动、负载特性影响高的特点,对测试台与接地、传动轴、防振动、散热、供电等进行设计分析,提出了一种针对电动汽车驱动系统EMC测试的试验室设计方案。