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Design and analysis of the Macao Science Satellite-1's laser retro-reflector array 被引量:1
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作者 ZhiEn Cheng Kai Tang +3 位作者 ZhongPing Zhang HaiFeng Zhang Pu Li MingLiang Long 《Earth and Planetary Physics》 EI CSCD 2023年第1期131-135,共5页
The origin and spatial-temporal variation of the Earth’s magnetic field(EMF)is one of the important scientific problems that has long been unsolved.The Macao Science Satellite-1(MSS-1)under construction is China’s f... The origin and spatial-temporal variation of the Earth’s magnetic field(EMF)is one of the important scientific problems that has long been unsolved.The Macao Science Satellite-1(MSS-1)under construction is China’s first high-precision EMF measurement satellite.To satisfy the highly precise requirements of the MSS-1 orbit measurement,a light,high-precision,four-prism laser retroreflector array was designed.It weighs approximately 285 g,its effective reflection area is greater than 1.77 cm^(2),and its size is 100×100×41 mm.The laser retro-reflector array has excellent performance,and it can achieve a ranging precision at the subcentimeter level for satellite laser ranging.It will be developed and installed on the MSS-1 as a power-free load for high-precision orbit measurement and accurate orbit calibration.The MSS-1 is planned to be brought into the International Laser Ranging Service observations.More than 31satellite laser ranging stations in the International Laser Ranging Service around the world will be able to measure the MSS-1 with long arcs,which will support the scientific mission of high-precision EMF exploration. 展开更多
关键词 Macao Science Satellite-1 Earth’s magnetic field satellite laser ranging laser retro-reflector array high-precision orbit
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Illumination system with compound parabolic retro-reflector for single LCOS panel projection display
2
作者 ZHEN Yan-kun YE Zi +2 位作者 ZHANG Wen-zi ZHAO Ting-yu YU Fei-hong 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2007年第12期2021-2026,共6页
In this paper, a new illumination system with ultra high performance (UHP) lamp is proposed for projection display. Parabolic reflector (PR) and compound parabolic retro-reflector (CPR) were jointly used to collect an... In this paper, a new illumination system with ultra high performance (UHP) lamp is proposed for projection display. Parabolic reflector (PR) and compound parabolic retro-reflector (CPR) were jointly used to collect and collimate the light generated from UHP lamp. A polarization converter system (PCS) was used to increase the light efficiency of the projection display system. A beam transformer between PCS and 2f imaging systems was directly used to make the illumination meet the requirement of projection display system. With the consideration of the loss of reflection, the light efficiency in this projection display system was estimated to be 15.6%. 展开更多
关键词 Compound parabolic retro-reflector (CPR) UNIFORMITY Light efficiency Etendue
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Calculation of distribution of effective reflection area for space-borne laser retro-reflector array 被引量:1
3
作者 HU Jingfu LI Xin YANG Fumin CHEN Wanzhen ZHANG Zhongping 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2004年第3期330-337,共8页
The effective area of space-borne laser retro-reflector directly influences the intensity of the return signals for satellite laser ranging. The configuration of the retro-reflector array determines the effective area... The effective area of space-borne laser retro-reflector directly influences the intensity of the return signals for satellite laser ranging. The configuration of the retro-reflector array determines the effective area. The formula for the effective area of the space-borne retro-reflector array with different inclination angles at arbitrary celestial zone was deduced in this paper. As an example, the calculation result about effective area for the retro-reflector array of the Shenzhou-IV orbital module was given. 展开更多
关键词 SATELLITE LASER ranging LASER retro-reflector array EFFECTIVE REFLECTION area.
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Arbitrarily shaped retro-reflector by optics surface transformation
4
作者 Fei Sun Yichao Liu +2 位作者 Yibiao Yang Zhihui Chen Sailing He 《Chinese Optics Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第10期58-62,共5页
A novel way to design arbitrarily shaped retro-reflectors by optics surface transformation is proposed. The entire design process consists of filling an optic-null medium between the input and output surfaces of the r... A novel way to design arbitrarily shaped retro-reflectors by optics surface transformation is proposed. The entire design process consists of filling an optic-null medium between the input and output surfaces of the retroreflector, on which the points have 180 deg reverse corresponding relations. The retro-reflector can be designed to be very thin(a planar structure) with high efficiency. The effective working angles of our retro-reflector are very large(from-80 deg to +80 deg), which can, in principle, be further extended. Layered metal plates and zero refractive index materials are designed to realize the proposed retro-reflector for a TM polarized beam. 展开更多
关键词 retro-reflector optics surface transformation
原文传递
基于集成成像的悬浮光场3D显示系统 被引量:1
5
作者 徐秋云 陈小刚 +5 位作者 郑益 芦鹏 陈迪 潘柏晓 陈杰 赵悟翔 《光学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期412-417,共6页
悬浮显示技术是一种非常具有发展前景的显示技术,它可以将图像显示在空中,给观看者带来沉浸感和临场感的体验。目前国内悬浮3D显示技术研究还处于初级阶段。文章提出基于集成成像的悬浮3D显示系统,系统由集成成像3D显示器、半透半反镜... 悬浮显示技术是一种非常具有发展前景的显示技术,它可以将图像显示在空中,给观看者带来沉浸感和临场感的体验。目前国内悬浮3D显示技术研究还处于初级阶段。文章提出基于集成成像的悬浮3D显示系统,系统由集成成像3D显示器、半透半反镜和逆反光膜组成;分析了集成成像3D显示的工作原理和逆反光膜的悬浮显示原理。将集成成像3D显示技术与基于逆反光膜的悬浮显示技术相结合,集成成像3D显示器发出的光线经过半透半反镜的反射到达逆反光膜,逆反光膜将光线以入射的角度进行反射并重建出3D图像,在实现3D图像悬浮显示的同时也解决了集成成像3D图像深度反转的问题,但是3D图像的亮度被大幅度的降低。系统为悬浮3D显示提供新的理论依据,为解决集成成像3D图像深度反转提供新的方法。 展开更多
关键词 悬浮3D显示 逆反光膜 集成成像 深度反转
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全双工逆向调制回复空间光通信系统性能评价 被引量:16
6
作者 张鹏 王天枢 +5 位作者 杨国伟 贾青松 马万卓 张立中 佟首峰 姜会林 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第8期2506-2510,共5页
基于逆向调制反射器(MRR)的空间光通信系统因其结构紧凑、可免去链路一端的捕跟(APT)系统、功耗低等优点,是空间光通信系统研究热点之一。提出采用双波长激光发射实现全双工逆向调制回复空间光通信结构,并基于该结构对强度调制解调模式... 基于逆向调制反射器(MRR)的空间光通信系统因其结构紧凑、可免去链路一端的捕跟(APT)系统、功耗低等优点,是空间光通信系统研究热点之一。提出采用双波长激光发射实现全双工逆向调制回复空间光通信结构,并基于该结构对强度调制解调模式,通信距离为300 km,通信速率为1 GHz下的地面站对近地小卫星全双工通信链路进行了链路计算及通信误码率的分析。当MRR端口径为0.1 m时,通信链路余量大于5 d B,通信误码率优于10-15,满足通信链路的要求。并进一步分析了仿真结果存在的缺陷。结果表明所提出的空间光通信结构在小卫星对地面站全双工激光通信是可行的,是未来空间光通信系统发展趋势之一。 展开更多
关键词 空间光通信 逆向调制回复器 全双工
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激光光束入射角度变化对角锥棱镜测量精度的影响 被引量:27
7
作者 刘万里 欧阳健飞 曲兴华 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期286-291,共6页
为了掌握光束入射角变化对激光跟踪仪中角锥棱镜测量精度的影响规律,详细分析了角锥棱镜的工作原理和反射特性,计算了角锥棱镜在不同入射角下的实际有效反射面积,并建立了角锥棱镜有效反射面积随光束入射角变化的理论公式,进而得到角锥... 为了掌握光束入射角变化对激光跟踪仪中角锥棱镜测量精度的影响规律,详细分析了角锥棱镜的工作原理和反射特性,计算了角锥棱镜在不同入射角下的实际有效反射面积,并建立了角锥棱镜有效反射面积随光束入射角变化的理论公式,进而得到角锥棱镜测量精度随光束入射角变化的规律。实验结果表明:角锥棱镜测量精度随入射角增大而减小,在最大允许入射角处发生突变。在最大允许入射角为±35.26°时,其测量误差达到0.050 mm;而在±20°内时,其测量精度优于0.010 mm;入射角在±15°内其测量精度最高,稳定性最好。所得结论证明了当角锥棱镜入射角在±20°内工作时能满足了激光跟踪仪的测量精度要求,这对角锥棱镜设计和实际测量工作具有指导意义。 展开更多
关键词 角锥棱镜 测量精度 入射角 有效反射面积 激光跟踪仪
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激光跟踪测量系统角度自动校正装置设计 被引量:16
8
作者 刘万里 曲兴华 +1 位作者 欧阳健飞 王占奎 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期1695-1700,共6页
研制开发了一种能使激光跟踪测量系统在动态条件下连续测量的角度自动校正装置。它主要由精密圆形导轨和角度方位自动调节机构组成,能使角锥棱镜在动态测量过程中始终指向激光跟踪测量系统,从而实现在动态条件下的连续工作。利用研制的... 研制开发了一种能使激光跟踪测量系统在动态条件下连续测量的角度自动校正装置。它主要由精密圆形导轨和角度方位自动调节机构组成,能使角锥棱镜在动态测量过程中始终指向激光跟踪测量系统,从而实现在动态条件下的连续工作。利用研制的角度自动校正装置对激光跟踪测量系统进行了角度误差补偿试验,结果表明,该装置使激光跟踪测量系统的水平角测量误差由34.69μm减小到9.71μm,垂直角测量误差由35.43μm减小到10.03μm,从而有效地提高了激光跟踪测量系统的角度测量精度,解决了激光跟踪测量系统在动态测量中受角锥棱镜逆反射器接收角度范围限制而导致的无法连续测量问题。 展开更多
关键词 激光跟踪测量系统 角度校正装置 角锥棱镜
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PN1B微小卫星激光反射器设计及激光测距试验 被引量:7
9
作者 罗青山 郭唐永 +6 位作者 邹彤 李欣 朱威 李世鹏 时文涛 张慧华 姚运生 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期18-23,共6页
大气密度探测实验卫星PN1B于2015年9月在太原卫星发射中心成功发射,为了实现对该卫星星载GPS定轨数据提供检核标准及高精度测轨应用要求,依据卫星无法提供阵列结构激光反射器所需要的安装面积的限制,首次采用通光口径为10mm的微小激光... 大气密度探测实验卫星PN1B于2015年9月在太原卫星发射中心成功发射,为了实现对该卫星星载GPS定轨数据提供检核标准及高精度测轨应用要求,依据卫星无法提供阵列结构激光反射器所需要的安装面积的限制,首次采用通光口径为10mm的微小激光反射器按照不同的指向分布在卫星的棱边。利用TROS1000流动人卫激光测距系统对该卫星进行追踪和激光测距试验,测量结果表明激光回波数据充足,每秒平均激光回波光子数达173个,标志着此类微小激光反射器的应用将会在卫星轨道精密定轨方面发挥重要作用。 展开更多
关键词 皮纳卫星 激光反射器 人卫激光测距 速差补偿
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卫星角反射器的设计 被引量:5
10
作者 周辉 李松 +2 位作者 石岩 翁兴涛 胡克伟 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第11期25-29,共5页
以角反射器远场衍射理论为依据,提出了利用角反射器参数补偿速差的技术方案。即通过改变角反射器参数的大小,使得接收光斑的极值中心刚好回到测站位置,以弥补速差效应的影响。采用角反射器衍射光学理论与采用传统理论所得的卫星角反射... 以角反射器远场衍射理论为依据,提出了利用角反射器参数补偿速差的技术方案。即通过改变角反射器参数的大小,使得接收光斑的极值中心刚好回到测站位置,以弥补速差效应的影响。采用角反射器衍射光学理论与采用传统理论所得的卫星角反射器补偿角之间存在差异,这种差异随着轨道高度的不同而发生变化。以德国Champ卫星上角反射器为例,运用角反射器衍射光学理论进行了设计,设计所得的单角误差-3.70″与Champ卫星提供的-3.8″非常相近,而且按两者结果模拟得到的接收强度仅相差0.6%,从而验证了设计方法的正确性和可靠性。 展开更多
关键词 衍射光学 卫星 角反射器 直角误差 面形误差
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HY-2卫星激光反射器理论分析及激光测距实验 被引量:7
11
作者 罗青山 郭唐永 +2 位作者 邹彤 朱威 姚运生 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第11期104-110,共7页
激光反射器作为一种被动无源光学合作目标,是人造卫星激光测距系统中的重要组成部分。对于运行在低轨卫星中的激光反射器,既要在较大的激光入射角范围提供服务,又要将角反射器阵列结构所引入的综合测距误差控制在一定范围内,以保证高精... 激光反射器作为一种被动无源光学合作目标,是人造卫星激光测距系统中的重要组成部分。对于运行在低轨卫星中的激光反射器,既要在较大的激光入射角范围提供服务,又要将角反射器阵列结构所引入的综合测距误差控制在一定范围内,以保证高精度的激光测距,因此绝大多数采用半球形阵列结构。文中以我国海洋二号卫星激光反射器为例,对半球形激光反射器的远场衍射分布、相对有效反射面积分布、距离更正误差分布和激光测距综合精度等核心技术参数进行理论分析。并以国内流动式卫星激光测距系统TROS1000对海洋二号卫星激光反射器进行追踪和激光测距实验,测量结果表明,激光测距内符合精度为1.1 cm,理论分析与实测结果相符。标志着海洋二号卫星激光反射器性能优良,这对以后激光卫星反射器的设计具有指导意义。 展开更多
关键词 激光反射器 人卫激光测距 速差补偿 相对有效反射面积
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卫星激光反射器有效反射面积的计算与测试 被引量:16
12
作者 王元明 杨福民 陈婉珍 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第10期25-29,共5页
本文介绍了反射器有效反射面积的概念及计算方法,并用矢量的方法分析了光线在角反射器内部的轨迹。计算了60o位置角的角反射器的有效反射面积,对内切圆角反射器的相对有效反射面积进行了测试,给出了测试结果。分析了角反射器位置角对有... 本文介绍了反射器有效反射面积的概念及计算方法,并用矢量的方法分析了光线在角反射器内部的轨迹。计算了60o位置角的角反射器的有效反射面积,对内切圆角反射器的相对有效反射面积进行了测试,给出了测试结果。分析了角反射器位置角对有效反射面积的影响,以及星载激光反射器的反射面积与卫星轨道高度的关系。理论计算及实测结果表明,当卫星高度低于14625km时,为保证在卫星的可观测区域内,反射器均有较大的反射面积,应对角反射器镀以高反射膜,使反射器的有效反射面积不受反射器位置角的影响。 展开更多
关键词 卫星激光测距 激光反射器 有效反射面积
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区域观测卫星激光反射器有效反射面积的设计 被引量:5
13
作者 程志恩 张忠萍 +3 位作者 张海峰 李朴 汤凯 孙建锋 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第2期27-31,共5页
卫星激光反射器阵列结构决定有效反射面积分布,进而影响激光回波强度。在某些小型卫星应用中,地面台站只需对卫星局部天区过境观测,但激光反射器需数十平方厘米的有效反射面积,且对质量和尺寸有限制,需合理设计激光反射器阵列排布指向... 卫星激光反射器阵列结构决定有效反射面积分布,进而影响激光回波强度。在某些小型卫星应用中,地面台站只需对卫星局部天区过境观测,但激光反射器需数十平方厘米的有效反射面积,且对质量和尺寸有限制,需合理设计激光反射器阵列排布指向以满足大的有效反射面积应用需求。推导了不同指向角反射器有效反射面积计算模型,并以某一局部天区观测的低轨卫星激光反射器为例,给出了有效反射面积的仿真结果,并进行了实验室测试。结果表明,局部天区观测卫星激光反射器的有效反射面积设计与测试结果相符,为区域观测卫星激光反射器应用奠定了基础。 展开更多
关键词 光学设计 有效反射面积 激光反射器
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机载角反射器阵列设计 被引量:7
14
作者 李建超 高明 苏俊宏 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2011年第5期835-839,共5页
低轨目标目前流行的类半球状布阵方式的远程角偏小,测距盲区较大。对角锥棱镜进行研究分析,依据角反射器光束入射角度允许变化范围,合理分布角反射器,设计了一机载激光反射器装置,外形尺寸为119mm×88.8mm,共有15个角锥棱镜,底面... 低轨目标目前流行的类半球状布阵方式的远程角偏小,测距盲区较大。对角锥棱镜进行研究分析,依据角反射器光束入射角度允许变化范围,合理分布角反射器,设计了一机载激光反射器装置,外形尺寸为119mm×88.8mm,共有15个角锥棱镜,底面切割成正六边形,底面边长为15.5mm,底面对边距为26.87mm,有效通光口径为25mm,高为19mm。考虑到角反射器的速差效应及其补偿要求,角锥棱镜最大角误差为5″,面形最大误差为5″。通过合理设计,比较单层角反射器,增加了入射光允许的角度范围,大大减小了低轨目标的测试盲区。 展开更多
关键词 角反射器 激光测距 有效反射区域 角反射器阵列
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角锥棱镜的斜入射远场衍射图样 被引量:4
15
作者 汤凯 程志恩 +2 位作者 邓华荣 耿仁方 张忠萍 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第15期85-94,共10页
角锥棱镜是激光反射器的主要光学组件,在合作目标卫星激光测距中发挥着关键作用.精确计算角锥棱镜的远场衍射图样是估算激光测距回波能量的必要过程.本文基于角锥棱镜的反射原理,分析了不同激光入射方向对反射器有效反射面积的影响,提... 角锥棱镜是激光反射器的主要光学组件,在合作目标卫星激光测距中发挥着关键作用.精确计算角锥棱镜的远场衍射图样是估算激光测距回波能量的必要过程.本文基于角锥棱镜的反射原理,分析了不同激光入射方向对反射器有效反射面积的影响,提出了一种适用范围更广的有效反射面积计算方法,同时分析了激光入射方向对角锥棱镜光学反射率的影响.在此基础上,应用光学标量衍射理论建立了远场衍射图样算法,分别对多种激光入射方向的镀金属(银)膜和无镀膜角锥棱镜进行了远场衍射图样仿真计算,得到了两类角锥棱镜的远场衍射图样分布随入射方向变化的规律.搭建了角锥棱镜远场衍射图样测试系统,通过实测结果与仿真计算的对比分析,验证了仿真计算的准确性. 展开更多
关键词 角锥棱镜 有效反射面积 远场衍射图样 仿真计算
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斜入射条件下角锥棱镜光学特性分析 被引量:7
16
作者 周斌 刘秉琦 张瑜 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2011年第11期1231-1234,共4页
角锥棱镜具有严格的后向反射特性。激光斜入射条件下,会造成角锥棱镜有效反射面积的减小及附加光程差,对激光主动探测及激光精确测距产生影响。利用几何光学原理,建立了斜入射条件下角锥棱镜有效反射面积数学模型,针对激光精确测距要求... 角锥棱镜具有严格的后向反射特性。激光斜入射条件下,会造成角锥棱镜有效反射面积的减小及附加光程差,对激光主动探测及激光精确测距产生影响。利用几何光学原理,建立了斜入射条件下角锥棱镜有效反射面积数学模型,针对激光精确测距要求,推导了附加光程差与入射角的关系。理论分析及数值仿真结果表明,激光主动探测系统回波功率随入射角的增大而减小,不同的入射方位角对应不同的最大可探测入射角。对于给定的角锥棱镜,测距精度随入射角的增大而减小,在角锥棱镜最大允许入射范围内,测距精度误差可达2.85 mm。这对角锥棱镜的设计和实际应用具有指导意义。 展开更多
关键词 角锥棱镜 入射角 有效反射面积 回波功率 测距精度
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单片式LCOS微型投影仪照明系统设计 被引量:3
17
作者 甄艳坤 叶子 +1 位作者 刘玉玲 余飞鸿 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第11期36-40,共5页
照明系统作为投影仪的重要组成部分,对于整个系统的亮度和均匀度起着决定性作用。本文提出了一种特殊的复合抛物面聚光器(Compound Parabolic Concentrator,CPC)作为回复反射器微型投影仪照明系统,目的在于利用CPC特殊的几何结构对UHP(U... 照明系统作为投影仪的重要组成部分,对于整个系统的亮度和均匀度起着决定性作用。本文提出了一种特殊的复合抛物面聚光器(Compound Parabolic Concentrator,CPC)作为回复反射器微型投影仪照明系统,目的在于利用CPC特殊的几何结构对UHP(Ultra High Performance)光源发出的部分光线进行收集循环利用,以提高整个系统的光能利用率。通过在Tracpro软件中建立整个单片式LCOS微型投影仪照明系统进行光线模拟,结果表明:使用特殊CPC回复反射器以后,投影到屏幕上的能量提高约为单纯利用椭球形反光碗收集光线时的两倍。 展开更多
关键词 亮度 均匀度 特殊CPC回复反射器 微型投影仪
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激光靶光电探测系统优化设计 被引量:4
18
作者 苏尚恩 李智中 +1 位作者 王艳红 郝晓剑 《中北大学学报(自然科学版)》 EI CAS 2006年第4期352-356,共5页
介绍了一种新颖的激光光幕靶弹丸速度测量系统.系统由半导体激光光源准直、扩束形成原向反射屏反射后形成一定直径的反射光斑,光斑经用以扩大接收面积的光纤光锥会聚后由光电探测器接收.给出了苏格兰片反射率测试的方法和测试结果以及3... 介绍了一种新颖的激光光幕靶弹丸速度测量系统.系统由半导体激光光源准直、扩束形成原向反射屏反射后形成一定直径的反射光斑,光斑经用以扩大接收面积的光纤光锥会聚后由光电探测器接收.给出了苏格兰片反射率测试的方法和测试结果以及3 mm飞行物体的过靶波形.试验结果表明,采用原向反射屏和光纤光锥构成的光电探测系统具有较高的信噪比和灵敏度. 展开更多
关键词 大面积靶区 弹丸 苏格兰反射屏 光纤锥
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耐臭氧龟裂试验机观察装置的设计及优化 被引量:8
19
作者 徐云慧 佟兰 +1 位作者 韦邦风 李培培 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2014年第2期60-62,85,共4页
通过对硫化橡胶或热塑性橡胶耐臭氧龟裂试验机观察装置的设计及优化,包括对观察灯、观察镜、反光镜的设计及优化,解决了在耐臭氧龟裂试验机不停机状态下对臭氧龟裂试样的观察,大大提高了臭氧龟裂观察结果的准确性、全面性,也解决了臭氧... 通过对硫化橡胶或热塑性橡胶耐臭氧龟裂试验机观察装置的设计及优化,包括对观察灯、观察镜、反光镜的设计及优化,解决了在耐臭氧龟裂试验机不停机状态下对臭氧龟裂试样的观察,大大提高了臭氧龟裂观察结果的准确性、全面性,也解决了臭氧龟裂试验操作不方便的问题。 展开更多
关键词 硫化橡胶或热塑性橡胶 耐臭氧龟裂试验机 观察灯 观察镜 反光镜
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分体式原向反射法水下武器速度测试技术研究 被引量:2
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作者 刘吉 武锦辉 +2 位作者 于丽霞 张静 杨琦 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期26-30,共5页
水下动态参数的测试是特种武器、两栖武器、水下专用武器性能考核的必备环节,而水下运动体的速度信息是评价水下武器性能的重要指标之一。针对现有的水下高速目标参数测试系统中存在的成本高、安装调试复杂、设备体积庞大等问题,提出一... 水下动态参数的测试是特种武器、两栖武器、水下专用武器性能考核的必备环节,而水下运动体的速度信息是评价水下武器性能的重要指标之一。针对现有的水下高速目标参数测试系统中存在的成本高、安装调试复杂、设备体积庞大等问题,提出一种以激光光幕为有效区域水上、水下分体式,实时、非接触的测速方法。通过分析Lambert-Beer定律和体散射函数等数学原理,确定了水下光谱传输规律综合考虑性价比获得最佳峰值波长;将1m的圆柱体作为散射体模拟光在水中的散射情况,追迹空间区域内的光线总数为1×10~5,获得位于传播方向上1,3,5和7m处的接收面上辐照度的光能量分布,从而获取系统激光光源的最佳峰值功率。以此为依据,采用定距测时原理和一维原向反射技术,由峰值波长为532nm的半导体光纤耦合绿光激光器、光纤耦合式鲍威尔棱镜防水扩束器、一维原向反射器等构建光学系统。激光光源、光电转换部分和信号调理部分位于水上,激光光幕和原向反射器位于水下,通过光纤束完成两路光信号的发射和反射光的回收。发射端光纤一端与光源耦合,另外一端与鲍威尔棱镜耦合置于水下形成扇形光幕。接收端光纤一端均布于鲍威尔棱镜出口,另一端与PIN型光电传感器耦合。设计齿形一维原向反射器并完成加工制造,光线将沿着入射光方向原向返回,另外一维方向则仍为镜面反射,将接收系统置于发射点垂直光面内附近即可接收大部分光能量,解决了现有原向发射器因水介质折射率不同于空气而导致原向反射特性消失的问题。实验采用波长为(532±5)nm绿光激光器,功率稳定性<1%,光学噪声<0.5%,准直后耦合至长度为2m的单模光纤再经过鲍威尔棱镜展宽为60°扇形一字线光幕,扩束模块封装采用尼龙防水材料,接收光纤均布于光源周围形成环形光纤束,光纤另外一端均匀排列与PIN光敏二极管直接耦合。光敏二极管前加中心波长为532nm的光学滤光片,FWHM=(3±1)nm,透过率为70%。PIN型光敏二极管有效尺寸为5.0mm×5.0mm。采用多档可调的光电信号调理电路以适应不同尺寸的测试对象。该系统进行了不同目标速度参数测试实验,以钢弩为发射装置,信号经过光纤回收、信号调理,采集至计算机处理获得波形及区间内平均速度,两激光光幕之间的距离为定值300mm,波形峰值作为计时时刻。成功获取了较高信噪比的波形信号和目标速度值。利用水下运动体模型与模拟结果进行比较得到其绝对误差。实验结果表明:本方法结构简单、重复性好,可实现有效区域达到1m×1m,最小可测目标尺寸为5mm,理论测速上限可达1 000m·s-1,实验数据通过与理论经验公式结果比对表明,系统测试精度可达0.2%。 展开更多
关键词 水下武器 激光光幕 弹丸速度 一维原向反射
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