垂直哈特曼管与水平管道中铝粉爆炸特性

为研究铝粉粉尘在封闭空间中的爆炸特性,在其他实验条件相同的情况下研究两种不同的装置下点火延迟时间对铝粉爆炸参数的影响。结果表明:在哈特曼装置中的铝粉最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率都小于水平管道,且在最大爆炸压力上升速率上的差距更大。存在一个最佳点火时间使铝粉最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率同时达到最大值;哈特曼管中铝粉的最佳点火延迟时间小于水平管道。

基于哈特曼管的粉尘爆炸仿真模拟研究

为了对粉尘的爆炸过程和爆炸规律有一个直观的认识,以煤粉为研究对象,将内径6.9 cm、壁厚0.95 cm、高29.65 cm、装置整体容积为1.2 L的哈特曼管作为爆炸发生器来研究粉尘爆炸现象。通过对哈特曼管建模,利用模拟仿真软件对煤粉爆炸的喷粉过程和爆炸过程进行数值模拟,结果显示在哈特曼管上对煤粉爆炸进行数值模拟计算是可行的。通过有限元分析与可视化的有机结合,可以将粉尘爆炸从理论到仿真生动形象地展示出来,对粉尘爆炸事故的特征规律进行了提炼总结。

哈特曼-夏克波前传感器高精度球面波标定方法研究

为解决哈特曼-夏克波前传感器传统标定方法存在的测量精度低、稳定性不足等问题,提出了一种基于球面波的哈特曼-夏克波前传感器高精度绝对标定方法。通过理论推导获取了球面波的高精度标定方法,结合搭建的球面波标定实验装置,对子孔径数为128×128的哈特曼-夏克波前传感器完成高精度标定。该方法计算得到了哈特曼-夏克波前传感器结构参数f,w以及L_(0)的精确值。对标定后的哈特曼-夏克波前传感器的测量精度进行测试,实验结果表明,经本文方法标定后的哈特曼-夏克波前传感器的波前复原精度达到了PV=1.376×10^(-2)λ,RMS=4×10^(-3)λ(λ=625 nm),重复性精度为PV=3.2×10^(-3)λ,RMS=9.76×10^(-4)λ(λ=625 nm)。该方法可以为大口径的SHWFS完成高精度标定,提升测量精度。

基于哈特曼探测器的光波相位三维显示方法

相位是描述光波状态的重要参数,但却无法直接观察。本文基于哈特曼探测器的波前快速探测功能,研究了光波相位三维显示的方法,并研制出相位三维显示系统。首先,利用Zemax软件对系统的光源、准直透镜等光学参数进行优化设计;然后,基于模式法波前重构理论,根据探测的Zernike多项式离焦量和像散项系数,实现了对3个不同类型镜片的相位三维显示,并给出相应屈光度的测量方法;最后,实验验证了光波相位的三维显示和屈光度测量的有效性,-2.00 D的近视镜测量值为-2.07 D,1.00 D的远视镜测量值为0.91 D,0.50 D的散光镜测量值为0.56 D。实验结果表明,此系统能够较准确地测量屈光矫正镜的屈光度,并实现相位的三维显示。本文设计的基于哈特曼探测器的相位三维显示方法具有更好的环境适应能力,便于研究者直观观测光的相位分布。

哈特曼装置上粉尘浓度的测量

粉尘浓度和湍流速度对粉尘爆炸猛烈程度和粉尘云最小着火能的测试有很大影响.针对1.2 L哈特曼装置上的粉尘浓度进行了测量研究,并对测量数据进行了分析讨论,得到了1.2 L哈特曼管上不同位置高度的粉尘浓度随时间的变化曲线.粉尘浓度随哈特曼管高度位置分布很不均匀.对于哈特曼管电极位置高度,当点火延迟时间170 ms、计算浓度为500 g/m3时,其粉尘测量浓度近似等于计算浓度;当计算浓度低于500 g/m3时,其测量浓度高于计算浓度.当计算浓度大于500 g/m3时,测量浓度低于计算浓度.哈特曼管上粉尘浓度随高度分布的获得,为最小着火能在不同装置上的测试比较提供了数据,为粉尘爆炸数学模型的检验提供了依据.

用于复色哈特曼人眼波像差测量的折/衍混合调焦系统

设计了一个折 /衍混合多色调焦系统 ,可用于哈特曼波前传感器测量不同波长下人眼的波像差 系统由两片折射透镜和一个二元衍射面构成 ,焦距调整范围为 - 2 0 0～ 2 0 0mm 系统性能达到衍射受限 ,在 0 .488～ 0 .655μm波长范围内 ,焦点色位移小于 3μm 整个系统结构简单、紧凑 ,同哈特曼波前传感器相匹配 。

用夏克-哈特曼探测器测量人眼波前像差

为了精确测量人眼的高低阶像差,设计并搭建了一套人眼波前像差精确测量光学系统。该系统采用夏克-哈特曼波前探测器进行波前探测,可以在不同瞳孔、不同视场和不同调焦状态下精确测量人眼的波前像差。用ZEMAX软件对系统进行模拟分析,验证了该系统的探测精度,讨论了系统的调焦性能。用该系统实验分析了人眼各阶像差的分布情况、瞳孔大小和调焦状态对人眼波前像差的影响,以及人眼波前像差的时间和空间变化特性(变化频率约3 Hz,等晕角约为1.5°)。结果表明,该系统精度高(PV<1/20λ),操作方便,是人眼波像差的研究和个性化角膜手术的有力工具。

哈特曼技术在序列光斑检测中的应用

为了提高水平链路大气无线激光通信中的对准精度,降低强湍流对激光通信的影响,对系统结构进行了改进并研究了光斑检测对准算法。首先,根据哈特曼-夏克传感器对波前畸变局部的实时探测结果,计算局部畸变的变化量,从而实时确定局部截止频率-局部判决阈值Tn。接着,采用统计序列均方误差获取序列采样信息M(Xi,Yi),并根据局部阈值判决确定信标序列采样空间(Xi,Yi)。最后,遵循最小二乘原则进行圆心拟合,使序列均方误差达到最小,并从信息论的角度出发,分析了基于序列信息圆心拟合光斑检测法的优缺点。实验结果表明,在湍流中该方法的检测精度优于4μrad,比传统质心算法的检测精度高1倍,满足了大气无线激光对准的基本要求,较好地回避了湍流引入噪声过大这一难题。

扫描型哈特曼检测装置研究

在传统哈特曼检验法基础上研制成功一种扫描型哈特曼检测新装置,可对最大口径为300 mm的聚焦镜在全口径范围内进行采样测量。该检测装置由大口径标准平行光管、扫描式哈特曼光阑、被检聚焦镜、CCD摄像机及计算机组成,在水平和垂直两个径向上开有等间距排列且相互错开半个间距的小孔,并且在步进电机的驱动下绕光轴旋转,可对被检聚焦镜进行全口径连续采样。对有效口径为154 mm的斐索平面干涉仪非球面准直物镜的球差及焦斑能量集中度进行了测量,进而由球差计算得到了波像差,并用干涉法对该准直物镜进行了测量。球差的理论值与测量值最大偏差为14.6%;由新装置测量并计算得到的波像差PV值与干涉法测量并计算得到的PV值偏差为11.5%;实测的80%的能量集中在34μm的范围内,而计算得到的80%的能量集中在28μm之内,最后对结果进行了分析并提出了进一步改进的意见。

哈特曼传感器测量人眼波像差的特性研究

准确测量人眼波像差,对提高正常眼睛的视力和人眼屈光矫正手术具有重要的实验和临床 价值。对哈特曼传感器测量人眼波像差的精确性和重复性进行了研究,测量人眼离焦的精度为0.2D,波像差的平均偏差为0.065mm。

增大夏克-哈特曼波前传感器动态测量范围的方法

为了使夏克-哈特曼波前传感器(HS)在具有高灵敏的同时又能获得大的动态测量范围,介绍了一种能够增大HS动态测试范围的软件处理方法-外推法。在运用外推法时,首先需要找出任意子孔径(A)对应的焦斑位置作为起始点,然后利用外推法得到与A相邻的子孔径(B)内的焦斑位置,再以B内的焦斑位置作为起始点外推得到与B相邻的其它子孔径内的焦斑位置,依次类推,直至把所有子孔径内的焦斑全部找到。文中利用实验对外推法的可行性和实用性进行了验证,结果表明,在超出HS动态测量范围2倍的情况下,利用外推法可以完美地复原波面,基本解决了HS的动态测量范围和灵敏度相互矛盾的问题。

基于哈特曼-夏克波前测量原理的焦距测量

本文从哈特曼-夏克波前测量原理出发,提出了基于波前测量的透镜焦距测量方法;得到了使用这一方法测量焦距的计算公式.使用633 nm和780 nm两种波长的半导体准直激光器作为光源,测量了三片双合透镜的焦距,结果表明,633 nm光源下测量得到的波长与透镜的设计焦距值相吻合,能够正确测量透镜焦距;而780 nm光源的测量结果显示出较大的相对测量偏差,但可用于评估透镜的剩余球差、色差以及制造公差.

用哈特曼法研究自由旋涡气动窗口光束质量

利用 37单元哈特曼波前传感器实验研究不同工作条件下不同时刻自由旋涡气动窗口对输出激光波前的影响。将高速 CCD所采集的畸变激光波前传送给高速波前处理机 ,采用模式法对其进行波前重构 ,进而计算给出畸变波前的波像差峰谷值、波像差均方根和斯特列尔比值等相关光学参数随气动窗口工作条件不同的变化曲线。结果表明 ,自由旋涡气动窗口对输出激光波前的影响主要是光束偏转和离焦 ,特别是气动窗口工作在设计状态时 ,其余低阶及高阶像差都比较小 ,能够满足实际需要。哈特曼波前传感器能很好地用于自由旋涡气动窗口对激光波前影响的二维动态测量 ,并能给出波前畸变的各项 Zernike多项式的模式系数得到畸变波前 ,直接为气动窗口与强激光发射系统的对接和波前校正提供数据。

夏克-哈特曼阵列光斑质心探测误差比较

在相同信噪比的情况下,通过数值仿真对夏克-哈特曼波前传感器阵列光斑的4种质心探测算法进行质心探测误差对比.仿真结果表明,强加权质心算法具有较好的适用性,该算法在信噪比小于5时,质心探测误差低于0.5像素.在对阵列光斑进行质心探测时,同时考虑质心探测误差和探测速率,有效提高了质心探测的准确性和快速性.

自适应光学系统中哈特曼传感器与变形镜对准误差的测量方法

提出了一种可以实现自适应光学系统中哈特曼传感器与变形镜对准的方法。该方法通过给用来做标记的驱动器施加电压来表征变形镜的位置,利用哈特曼探测变形镜镜面面形的斜率分布信息获取驱动器的准确位置,并据此计算哈特曼传感器和变形镜之间位置失配,为二者的自动对准提供依据;阐述了该方法的对准原理,推导了哈特曼和变形镜之间位置失配计算公式;以45单元自适应光学系统为例,展开对该对准方法的模拟仿真。结果表明:当二者的平移失配和旋转失配误差小于2倍子孔径大小和小于10°时,测量误差分别小于子孔径大小的5%和0.15°,能够准确测量自适应光学系统中哈特曼传感器和变形镜之间的位置失配。

基于哈特曼波前探测层析重建折射率场

介绍了哈特曼层析测量系统的原理,设计静态测试实验,对实际圆对称折射率场分布进行了层析重建·系统由哈特曼采集折射率场的投影数据,采用代数重建算法进行层析重建,取得了满意的重建结果·

湍流大气中哈特曼传感器的模式波前复原误差II

分别采用 Zernike和 Karhunen-Loeve两种模式波前复原法 ,分析了在子孔径斜率测量噪声影响下 ,哈特曼传感器对大气湍流畸变波前的模式复原误差与模式复原阶数等的关系。发现最优模式复原阶数主要与哈特曼传感器的子孔径斜率探测信噪比有关。分析了一个哈特曼传感器对实际大气湍流畸变波前的测量结果 ,给出了确定传感器测量噪声的方法。

大口径哈特曼扩束系统的设计和研制

论述了用于哈特曼波前探测系统的透射式光学扩束器的研制。以三级像差理论为基础,分析了传统扩束器没能很好校正轴外像差的原因,在推导计算出初始结构参数后,通过ZEMAX光学设计软件,设计出轴上和轴外傢差都得到很好校正的、大口径、大相对孔径、视场可增大的新型扩束器。并根据此哈特曼扩束系统的实际使用要求,考虑支撑受力与热变形等因素,为光学元件配以相应的结构设计,给出了具体的设计实例。介绍了加工过程与调整方法,提供了检验方式。最终验收得到波前PV值为λ／4。

双光楔微扫描哈特曼-夏克波前探测技术

传统哈特曼-夏克传感器主要受微透镜尺寸与微透镜数量的限制,对待测波前采样不足,影响对波前的探测精度。通过对哈特曼-夏克传感器波前重构原理和双光楔微扫描原理进行分析讨论,提出了一种在哈特曼-夏克传感器之前加入双光楔微扫描结构的检测方法,弥补了传统哈特曼-夏克传感器对待测波前采样不足的缺点。利用Zemax和Lighttools软件模拟了加入双光楔微扫描结构哈特曼-夏克传感器的光斑分布情况。微扫描图像重建算法与波前重构算法结合给出原理性验证,对所模拟后大像差光学系统波前复原精度提高了53.53%,该方法可以有效提高哈特曼-夏克传感器对波前探测的精度。

对Zernike模式法重构19单元哈特曼测量波前的研究

通过对19单元哈特曼测量和模式法重构波前的过程进行数值模拟,研究了Zern ike模式法重构波前时耦合和混淆出现的原因、条件、程度和数学算法的表现。确定了在综合考虑最高可识别模式和计算稳定性同计算工具关系的情况下,选择最佳重构阶数的基本原则。同时对19单元哈特曼复原精度进行了评价,得出模式耦合是影响精度的主要因素,得到了模式法波前测量的适用条件,为利用哈特曼进行光束质量诊断提供了依据。