聚焦换能器声场特性的快速检验方法

高强度聚焦超声(HIFU)已在无创肿瘤治疗方面展示出巨大的应用潜力,而换能器聚焦性能的优劣对疗效起到至关重要的作用,因此声场的精确测量成为实际应用的重要保障.由于加工工艺和安装精度的限制,聚焦换能器的实际声场和理想声场可能存在一定偏差.针对传统三维扫描测量存在速度慢和精度低的问题,提出了一种基于双平面双精度测量的聚焦换能器声场特性快速检验方法.通过沿理想z轴的高精度一维扫描确定换能器倾斜角范围,在声压极值点所在横截面内利用低精度和高精度变邻域搜索法实现最大声压点的精准定位,进一步通过焦域内双平面最大声压点构建声场的实际轴线,完成实际声场焦点的精确定位,最后基于实际焦平面内轴向与径向的高精度测量结果,计算获得焦域尺寸、旁瓣大小、分布对称性和声功率等性能参数.利用构建的声场扫描实验系统对聚焦换能器声场进行三维扫描和快速测量,结果表明在相同的测量精度(0.1 mm)下可以有效提高测量速度百倍以上,具有测量速度快、测量精度易于调节和性能分析全面等优点.方法为聚焦换能器检验提供一种高精度的快速声场测量新技术,在超声治疗仪器的检验中具有重要的指导意义与应用价值.

钛焊缝的对置串列PCI与脉冲回波TFM组合检测

随着近年来PCI技术及TFM技术的发展与应用,与FMC及PWI所对应的数据处理方式已日渐丰富,从原先优化定性的辅助工具逐步转变为可用于实际检测的整套先进技术。针对钛焊缝检测中PCI技术与TFM技术的组合使用开展了相关分析,进行了二者与FMC和PWI配合使用的不同结合方式的对比试验。结果表明,采用PWI-TFM与对置串列PWI/FMC-PCI组合检测方式,能够优化钛焊缝检测效率与成像质量。

离面位移激励下微视觉运动追踪精度劣化特性

为在微米级尺度量化表述离面位移激励值-聚焦面内微视觉运动追踪精度劣化值的映射特性,使用光学显微镜、工业相机和空间纳米定位平台进行实验研究。首先,分析离面位移的形成机理,使用方差函数评价图像清晰度,搜索最佳对焦平面并设定为聚焦平面,作为计算离面位移的基准。其次,设计空间多自由度纳米台,将其末端执行器作为微视觉追踪目标,生成聚焦平面内的运动轨迹,同时同步生成可控可测的离面位移。然后,选取灰度值模板匹配法与感兴趣区域划分法作为当前微视觉运动追踪算法,测量聚焦面内的运动轨迹。最后,加工纳米台样机,搭建微视觉运动追踪系统,使用电容传感器作为评价手段,计算不同离面位移引起的微视觉运动追踪精度劣化数值。实验结果表明,微视觉运动追踪精度随着离面位移的增大而不断劣化,具有显著且可量化的相关性。针对给定的76.1 μm×63.7 μm视场、15 Hz采样率与灰度值模板匹配法,(7.7±2.5)μm或更大的离面位移导致微视觉测量系统完全失效。

相控阵超声平面波全聚焦成像算法及其应用

介绍了相控阵超声平面波全聚焦成像算法。首先描述了平面波全聚焦成像技术的数据采集方法,推导了不含楔块和含楔块情况下的声时计算公式,在此基础上阐述了平面波全聚焦成像的原理和步骤,并描述了算法在不同模态下的声时计算方法和算法有效区域的处理方法。然后通过试验展示了平面波全聚焦成像结果。接着,将平面波全聚焦成像分别和相控阵聚焦成像以及基于FMC(全矩阵捕获)的全聚焦成像检测结果进行比较,总结平面波全聚焦成像算法的优点和不足。最后结合平面波成像算法优点对平面波成像的应用进行分析。试验结果表明,PWI-TFM(平面波全聚焦)成像算法和现有成像算法相比,具有多方面的优势,是具有较高实用价值的成像算法。

传输型立体测绘相机的调焦机构设计

提高立体测绘相机地面像元分辨率和地面目标的定位精度,相机需设计调焦环节用以补偿CCD靶面的离焦量。本文根据立体测绘相机光学结构的特点以及相机的焦深,设计了一种基于凸轮导向的调焦机构。在设计中采用了可靠性设计和消空回措施,以保证结构的强度和刚度以及调焦精度。对传动误差的分析及精度验证试验表明:该调焦机构的传动误差为±1.71μm;CCD靶面的直线性精度在X方向为11.2″、Y方向为11.8″;在调焦行程内CCD靶面绕光轴旋转4.7″,满足用户提出的精度要求。

大尺寸焦平面空间相机调焦机构的精度分析

由于大尺寸焦平面空间相机调焦机构的焦平面两端存在的不可消除的同步运动误差会直接影响相机调焦精度,因此对焦平面两端同步运动精度进行了分析。首先,研究了大尺寸焦平面空间相机调焦机构的特点,提出了焦平面两端同步运动误差是影响其调焦精度的主要因素;其次,分析了影响同步运动精度的主要误差来源,建立了同步运动误差的数学模型,并采用蒙特卡罗仿真算法对数学模型进行了仿真分析;最后,通过测试焦平面两端同步运动精度对仿真结果进行了验证。仿真结果显示,同步运动精度为0.02 mm,与试验数据分析结果0.023 mm一致,说明此方法能够比较准确地确定焦平面两端同步运动精度,为后续在轨调焦策略的确定以及同类产品的研制提供技术支持。

连续型平面衍射聚光透镜掩模的制作

针对目前二元光学元件掩模制作工艺过程的诸多不足,对连续型平面衍射聚光透镜掩模的激光直写制作工艺进行了研究。基于基尔霍夫标量衍射理论,采用光线追迹法设计了连续型平面衍射聚光透镜掩模。采用激光直写技术,利用CLW S-300M/C极坐标激光直写设备、S1830光刻胶和M ICROPO S IT-351显影液,进行了刻写实验。实验表明,激光能量、预烘烤温度、显影液浓度以及预曝光对掩模微结构的制作均有影响。最后制作了掩模。与二元光学元件掩模的制作工艺相比,该技术具有工艺简单、制作周期短且易于操作的优点。

推扫式航空遥感器像面调焦机构设计

为了提高航空遥感器的地面分辨率,改善图像清晰度,本文分析了遥感器离焦原因,根据推扫式航空遥感器光学系统的特点和结构形式,设计了一种使用凸轮和直线导轨的调焦机构来补偿CCD感光面的离焦量。设计中采用偏心的内、外曲线凸轮,以保证CCD探测器的位置稳定性。对机构的误差分析和精度实验表明:该调焦机构的误差不大于遥感器的半焦深0.04 mm,满足使用要求。提出的像面调焦方法适用于装机空间小,焦距较短的遥感器。

调焦系统中数字图像清晰度评价函数的研究

为了实现基于数字图像处理的自动调焦技术,采用准确有效的图像清晰度评价函数是其实现的关键。通过实验分析比较了梯度函数、频谱函数和熵函数在自动对焦技术中的作用,并研究了各评价函数在实验平台下所表现出来的性能和特点。研究结果表明,Tenengrad函数、Brenner函数和平方梯度函数在焦平面附近具有变化趋势明显和灵敏度高的特点,而在离焦较远时变化不大,适用于要求精确对焦的设备。而方差函数具有良好的单峰性和无偏性,具有较好的计算效率,相对其他的评价方法具有更高的信噪比、可靠性和清晰灵敏度,更好地满足了对图像清晰度评价的要求,适用于摄像头辅助调焦系统中。

离轴三反消像散多光谱相机调焦系统设计

空间环境的恶劣经常导致航天相机的成像平面偏离焦平面产生离焦,从而影响遥感成像质量。本文针对某航天离轴三反消像散多光谱相机设计了一种调焦系统对成像平面的离焦进行有效补偿。首先,分析了相机的离轴三反消像散光学系统和CCD焦平面的特点,确定调焦方式并阐述调焦系统工作原理。然后,介绍了调焦系统构成以及调焦控制器环境适应性、步进电机力矩选择、调焦传动机构的设计参数和位置编码器,推导出了调焦精度与调焦机构参数及编码器分辨率的关系,分析了调焦系统所能达到的调焦精度。最后,通过调焦系统测试了调焦行程内CCD焦平面直线位置与编码器码值的对应曲线。对闭环控制方式测试数据的计算分析显示,闭环调焦精度在3σ情况下为±3.11μm,满足相机调焦控制精度±10μm的要求。

大视场长焦面光学遥感器双凸轮式焦面调焦机构

为保证焦面长度大于600mm的大视场空间光学遥感器在空间环境下的成像质量,设计了一套在±2mm调焦范围内焦面组件倾斜小于7″、定位精度优于0.01mm的焦面调焦机构。针对系统对调焦精度、力学环境、真空环境的要求,该调焦机构采用双凸轮驱动技术来满足调焦精度要求;采用失电制动器自锁技术,使相机经发射等力学环境冲击后像面位置仍保持稳定。此外,采用高刚度导轨和轴承使调焦机构具有较高的动态刚度。设计分析及实验证明,该套焦面调焦机构具有较高的调焦精度和可靠性,能够在复杂的空间环境下完成调焦任务,提高遥感器的成像质量。

遥感相机的智能调焦方法

为了将基于图像处理的智能调焦方法引入到空间遥感相机中,从而提高其在轨调焦能力,提出了采用辅助CCD的遥感相机智能调焦方法。该方法解决了推扫式遥感相机由于图像动态变化导致的比较基准不确定问题,为智能调焦方法在遥感相机中的应用开创了途径。在阐述基本调焦原理的基础上,给出了实际应用中多片CCD级联时评价区域选择依据和算法,并以Variance函数为评价函数对调焦过程进行了仿真模拟,实验结果表明:该方法能够可靠、自动地搜索到最佳聚焦位置,获取清晰图像,适用于遥感相机使用。

利用脉冲激光的片上系统芯片单粒子效应试验

为评估脉冲激光试验对研究SoC(片上系统芯片)单粒子效应的有效性,构建了一个65 nm SoC的脉冲激光试验系统,并进行了试验。提出并采用坐标定位法、有源区聚焦法、ΔZ补偿法等针对大规模倒装焊集成电路的试验方法。对SoC的片上存储器、寄存器文件、RapidIO、DICE触发器等部件进行了脉冲激光试验和分析。结果表明:片上存储器对脉冲激光最为敏感,部件的激光试验与相应的重离子试验现象吻合,利用脉冲激光试验可有效研究纳米工艺下大规模集成电路的单粒子效应。

离轴三反空间相机调焦机构设计

空间相机受所处复杂运载环境(冲击、振动、过载)和空间运行环境(压力、温度、微重力)的影响易产生焦平面偏移。为提高成像质量,本文设计了一种利用丝杠螺母变向、直线导轨导向、倾斜导轨驱动且适用于反射式光学系统的新型高精度调焦机构来修正离焦量。该设计采用防冷焊措施、预压消间隙措施和双重防卡死设计,有效地提高了结构强度、刚度和可靠性,从而保证了调焦精度。介绍了其结构和工作原理,描述了相应的可靠性设计措施,最后通过精度检测试验对调焦机构进行了综合性能测试。试验结果表明:该调焦机构具备良好的自锁特性,其直线运动精度优于±2μm,重复定位精度优于±1μm;调焦行程范围内调焦反射镜摆角精度绕X轴和Y轴方向均优于±3.5″,满足用户提出的精度要求。

轻小型空间遥感相机精密调焦机构设计与试验

空间遥感相机在发射过程中及其在轨运行时,由于大气压力、温度、力学环境等的变化,导致焦面离焦。为了满足成像质量要求,相机在空间投入使用之前必须对偏离的焦面进行校正。针对轻小型空间相机的使用特性及要求,设计了一套调焦范围±3 mm的像面移动式调焦机构,质量仅为3.25 kg。利用蜗杆传动的自锁性,防止焦面组件在外力作用下发生窜动。选用微型精密级直线滚动导轨保证CMOS靶面的直线性精度。同时利用光电编码器(16位)实时反馈靶面的位置信息,以保证其定位精度。对调焦机构进行了理论分析、动力学分析及试验验证、精度测试及分析、焦面标定试验等。试验结果表明:调焦机构的一阶固有频率为182.7 Hz,可以有效地避免共振现象;CMOS靶面的直线性精度优于20″,定位精度优于±4.2μm,满足调焦精度要求;焦面标定试验验证了调焦机构设计的有效性,满足了空间遥感相机的成像质量要求。

圆口径天线聚焦特性的研究

对聚焦圆口径天线的近轴场进行计算。利用分部积分法导出了圆口径天线近轴聚焦（辐射）场的通用解析表达式。焦平面具有和远区完全相同的场表达式，焦斑包含了占总辐射功率４７％的能量传输，焦距越小焦班越小，能量也就愈集中。对振幅均匀和坡变分布的圆口径天线聚焦特性作数值计算并相互比较，总结聚焦特性。

一种新型视频调焦方法的研究

介绍了一种新型的自动调焦的方法，它利用电视跟踪系统视频信号的峰值变化控制调焦镜组，来调整由于目标距离、温度等变化引起的成像焦面变化，得到清晰图像，完成电视自动调焦。

焦面二维精密调整机构研究

针对大口径、长焦距的高分辨力空间光学遥感器对调焦和调偏流的要求,本文基于高刚度、高强度滚珠花键结构和高精度滚珠丝杠结构,提出了一种焦面二维精密调整机构,能够实现调焦和调偏流目的。焦面二维精密调整机构结构紧凑,占用空间小,质量轻,并具有足够的强度、刚度、良好的自锁性能及抗冷焊性能。机构的质量为5.5 kg,调焦范围为±2 mm,调焦分辨力为0.17μm,调偏流范围为±5°,调偏流分辨力优于0.000 2″,对机构进行精度检测,各项参数均满足指标要求,适合在大口径、长焦距的高分辨力空间光学遥感器空间光学遥感器中使用。

一种适用于大尺寸焦面的调焦机构

设计了一种采用双蜗轮蜗杆、双滚珠丝杠配合的两点驱动式调焦机构,弥补了传统调焦机构组件基频低、指向精度差的缺点。依据材料力学理论,分析了支撑点数量对构件变形的影响;依据两点支撑的优势设计,研制了新型调焦机构,并进行了力学环境试验验证和指向精度的测试。试验和测试结果表明:该调焦机构三个方向的一阶基频大于220 Hz,试验前后焦面指向精度优于2?。该调焦机构抗力学性能强、指向精度高、运行平稳、可靠性高,适用于空间遥感相机大尺寸长焦面的支撑与精密调整。

空间相机均力输出式调焦机构

为了补偿空间相机因所处复杂运载环境和空间运行环境导致的焦平面偏移,研制了一套利用均力输出组件驱动,正反双曲柄滑块机构传动,直动组件导向的新型高精度调焦机构。介绍了其结构组成和运动原理,并对其误差来源及影响因素进行了深入分析。该调焦机构采用两点支撑方式,两支撑点均力输出且无同步性误差,机构内应力小,运行平稳,调焦精度高;运动副采用预压消间隙措施,有效消除配合间隙,无空回,重复精度高。在模拟空间环境条件下,对其各项参数进行了测试。试验结果表明,该调焦机构可在±1.77mm间调焦,直线定位精度大于±8μm,重复性优于±2μm;同步性误差小于±4μm,重复性优于±3μm;调焦行程范围内调焦反射镜转角精度优于±5″,重复性优于±1.5″。得到的结果能够满足空间相机在复杂空间环境下的成像需求。