大口径非球面镜面形加工环带提取

数控小工具是现代大口径非球面镜面研磨抛光加工中常用的一种计算机控制表面成形技术。在数控小工具加工实践中,当非球面面形精修到一定精度时,面形残差常常表现为环带形式,与相邻部分面形相差较大。为提高加工效率,可以针对这些环带使用小口径研抛工具进行单独修正,因此需要提取环带的位置和宽度。文章提出一种适用于大口径非球面镜的加工方法,通过将面形残差的高度信息映射到色彩空间成为图像,然后使用K-Means聚类分割图像,选择目标区间,得到待加工环带,此时可以计算出环带的宽度信息用于确定研抛工具的大小;另一方面,对环带提取骨架得到位置信息,从而生成数控机床可用的加工路径。该方法应用于1.6m望远镜非球面主镜面形的处理,从中提取了待加工环带信息用于指导面形加工,经多次加工与辅助平滑修抛迭代,主镜面形RMS值优于1/40波长。

K镜消像旋机构在海洋卫星水色仪中的应用

介绍了海洋卫星水色仪的K镜消像旋机构,分析了K镜消像旋原理,讨论了K镜转动机构在结构、转动轴系、谐振频率分配、力矩裕度、长寿命润滑以及驱动控制设计中解决的主要问题,并对K镜机构首次在轨应用结果进行了介绍。

消除45°旋转扫描反射镜像旋转系统的研究及应用

研制了在宽波段范围内采用“Ｋ镜”来消除４５°旋转扫描反射镜像旋转的系统，并进行了理论上的推导和海洋卫星水色扫描仪的实际应用，证明该系统能很好地消除４５°旋转扫描反射镜产生的像旋转，从而提出４５°旋转扫描反射镜加“Ｋ镜”

2m望远镜K镜支撑结构优化设计

为了使得某2m望远镜消旋K镜在重力环境温度变化的影响下镜面面形和结构刚度满足要求,设计了一种柔性支撑结构。KM1支撑方式采用背部三点支撑,通过有限元软件ANSYS对支撑位置进行优化。并基于伴随变换建立了柔性支撑杆的柔度矩阵,对柔性铰链的厚度、长度和宽度进行优化,使反射镜支撑刚度满足需求,并减轻热应力和装配应力面形的影响。KM2采用周边三点支撑,间隔120°均匀分布,支撑杆结构与KM1相同。在重力和均匀温降的联合工况下,KM1和KM2的有限元仿真结果达到了设计要求,KM1镜面面形RMS低于λ/40,KM2镜面面形RMS低于λ/60,一阶谐振频率均高于100Hz。

地平式望远镜消旋K镜的设计

地平式望远镜在进行天体目标跟踪观测时会产生像旋,即视场中的星体会围绕视轴中心旋转,给实时目标识别和基于多帧积累的图像处理算法带来了诸多不便.本文针对地平式望远镜的Coude光路,设计了一种通光口径较大,由三面平面反射镜组成的K镜消旋机构来消除像旋.消旋K镜由三面反射镜组成,通光口径为42mm,第一面反射镜与第三面反射镜的夹角选择为120°,使K镜通光口径较大,能在全光谱波段范围内使用.入射光线绕光轴转动一定的角度,K镜相应的转动入射光线转角的一半,则出射光线不产生旋转.第一面反射镜和第三面反射镜由两面平面镜固定在金属三角架上组成,替代由三棱体磨制的反射镜面,利用自准直平行光管和高准确度转台装配各反射镜,使K镜光轴和回转轴同轴,并采用直流力矩电机直接驱动,使系统具有较快的响应速度.测角元件采用Renishaw圆光栅,细分后的角分辨率为0.072″.

光学像消旋系统在FY-3 MERSI图像定位中的应用

45°旋转扫描反射镜模式是一种最常见的光机扫描模式。但45°镜的旋转反射会产生像旋转,对于线列探测器并扫成像系统时会产生轴外视场无法配准。在遥感图像地理定位计算中,如果只考虑45°旋转扫描反射镜的反射成像,也同样会造成地理定位结果在轴外的大误差。在遥感图像地理定位处理中,计算了K镜反射特性矩阵,通过光学矢量反射和旋转计算,在图像地理定位结果中消除了轴外误差。在分析了45°旋转扫描反射镜产生像旋转原因基础上,给出了在遥感图像地理定位中45°旋转扫描反射镜和K镜光学像消旋系统的处理方法。将该方法用于FY-3 MERSI 10元并扫探测器的遥感图像地理定位处理,在图像定位结果中减小了误差,地理定位结果平滑连续。并讨论了45°旋转扫描反射镜和K镜光学像消旋系统对遥感图像地理定位可能造成的其他误差。该方法同样适合于其他45°旋转扫描反射镜和K镜像消旋系统以及多元并扫遥感仪器的图像地理定位。

“HY—1A”卫星海洋水色扫描仪像旋转图像校正处理

"海洋1"号("HY—1A")卫星海洋水色扫描仪由于K镜的失效而出现了像旋现象,对获得的卫星图像质量产生直接影响。基于光学反射矢量理论,分析了多元探测器并行扫描方式下45°扫描镜加K镜的扫描轨迹特征,利用图像之间的相关性,首先自动寻找K镜停转的准确角度,然后根据K镜的停转角度与多元并扫理论对像旋图像进行了校正处理,获得了可用的校正图像。

大型望远镜消旋K镜准直技术研究

针对2m地平式望远镜像方视场旋转问题设计了消旋K镜装置。根据K镜系统的几何光学传递特性,推导K镜消旋数学矩阵模型;利用光线追迹方法,拟合了望远镜入瞳坐标与Coude焦点坐标的转换关系,分析入射光经过Coude光路后的视场旋转与望远镜方位轴、俯仰轴旋转的换算规律,从而计算得出望远镜消旋K镜的初始零位及旋转规则;针对K镜的准直性问题,通过对其旋转过程K轴与主光路偏离误差周期性变化特性的分析,设计了基于帕斯卡窝线理论的K镜准直装调策略,将复杂的准直装调问题转化为数学方程参数修正问题,并建立K镜准直精度与帕斯卡窝线方程中关键参数的计算模型;开展了K镜准直装调实验,在准直装调过程中反复修正模型中关键参数,使误差曲线不断趋近最优值。实验结果验证了本文所做研究的有效性及正确性。

地平式望远镜像旋问题研究及消旋K镜设计

针对2m地平式望远镜系统的视场旋转问题,设计了K镜消旋方案。首先,通过对地平式望远镜物方视场旋转及像方视场旋转的分析,给出了K镜组件的消旋速度。其次,对K镜结构进行了详细方案设计,K镜子反射镜采用三点柔性支撑方式,避免在K镜装调过程中对反射镜面形精度产生影响。最后,通过仿真分析,K镜支撑结构具有较好的动态刚度,仿真实验中将柔性支撑与非柔性支撑结构进行对比,结果表明柔性支撑结构可以明显降低温度变化对K镜子反射镜面形精度的影响。

周视扫描成像红外双波段光学系统设计

介绍了一种周视扫描双波段红外光学系统,该系统利用K镜消除像旋转,能对中波3～5μm、长波8～10μm光谱进行双波段成像,且同时具有较大的扫描视场和较宽的光学口径.系统结构简单,装调方便,成像质量优良.

维生素K_3的表面增强拉曼光谱研究

首次报道了维生素K3 (VK3 )分子的常规拉曼光谱 (NRS)及该分子在活性衬底银镜上的表面增强拉曼散射 (SERS) ,并对它的拉曼特征谱带进行了初步的指认和归属。通过对比VK3 的常规拉曼光谱和SERS谱 ,发现VK3 分子吸附在银表面后拉曼散射强度被大大增强了。另外 ,VK3 的羰基与银粒子发生电荷转移后形成负离子自由基 ,碳氧双键打开。受VK3 分子吸附在银镜表面的影响 ,萘环结构发生了很大的扰动 ,导致一些拉曼特征峰产生位移 ,环变形振动对应的拉曼散射强度得到了增强。这些研究结果为SERS技术今后对VK3进行药物检测以及痕量分析方面的应用提供了依据。

α-酮戊二酸对松浦镜鲤肠道形态与功能的影响

本试验旨在研究不同蛋白源饲料中添加α-酮戊二酸(AKG)对松浦镜鲤肠道形态与功能的影响。在水温23℃下,将初始体质量为(217.93±0.78)g的松浦镜鲤Cyprinus carpio Songpu 400尾,随机分成4组,每组5个重复,每个重复20尾鱼,饲养在控温循环水系统中,投喂4种在不同蛋白源的等氮等脂饲料中添加不同剂量的α-酮戊二酸(AKG)的饲料10周,即饲料1(44%豆粕+0%AKG)、饲料2(44%豆粕+1.5%AKG)、饲料3(30%豆粕+10%鱼粉+0%AKG)、饲料4(30%豆粕+10%鱼粉+1.5%AKG),饲料中蛋白质和脂肪水平分别为28%和5.1%。结果表明:不同蛋白源饲料中添加AKG能显著提高松浦镜鲤后肠皱襞高度、前肠肌层厚度和前肠Na+,K+-ATP酶活性(P<0.05);蛋白源和AKG对肠道形态指标和Na+,K+-ATP酶活性无显著交互作用(P>0.05);饲料中蛋白源添加AKG能显著提高松浦镜鲤前肠和中肠蛋白酶、脂肪酶活性(P<0.05),蛋白源和AKG对后肠蛋白酶活性具有显著交互作用(P<0.05)。综上所述,饲料中添加1.5%AKG可以促进松浦镜鲤肠道发育,增强肠道消化酶活性。

Karhunen-Loeve变换及其几种计算方法

对于K L变换所涉及的协方差矩阵的特征值和特征向量的计算 ,给出特征多项式的降价法和镜像阵法 ,使K L变换在实现上有更多的选择。此外 。

2 m望远镜消旋K镜转台的模型辨识

针对某2 m望远镜消旋K镜转台,提出了一种基于Hankel矩阵奇异值分解的特征系统实现算法对系统的参数和阶次进行辨识。首先,以正弦扫描信号激励转台并同步采集位置反馈信息,利用谱分析法对测试数据进行分析,得到了系统的频率特性曲线;其次,对系统的Hankel矩阵进行奇异值分解,得到了K镜转台的结构模型;最后,采用特征系统实现算法对Hankel矩阵进行辨识,得到了K镜转台的参数模型。实验结果显示:K镜转台相对均衡的最小阶阶次为6阶,在系统的中低频段获得幅度±0.31 dB和相位±0.87°的辨识精度,相对于参数递阶辨识方法,分别提高了50.7%和23%。结果表明:该方法能够确定一个与系统外特性"等价"的相对均衡的最小阶状态空间模型,在辨识系统阶次和参数估计方面具有较好的可行性和实用性。

基于自适应自抗扰控制技术的2 m望远镜K镜的速度控制研究

为了满足2 m望远镜系统中消旋K镜伺服系统的速度控制性能,提出一种基于控制律参数自适应的自抗扰控制新方法。首先,基于速度回路被控对象,设计了二阶线性扩张状态观测器,以实现对扰动的实时观测;然后,为了提高速度环动态和稳态性能,采用回归分析方法,设计了控制律参数基于输入速度变化而自适应调整的比例控制器;最后,搭建了消旋K镜伺服控制实验系统,在速度阶跃信号激励下开展实验研究。结果显示:与传统PI和自抗扰控制器相比,系统以0.001(°)/s速度运行时,稳定时间从7.3 s、3.2 s减少至0.9 s;以10(°)/s速度运行时,系统超调量从8%、62%降低至无超调;在中低频段的扰动抑制能力最大提高了23 dB,性能得到了提高,可满足K镜伺服系统高精度的速度控制性能要求。

K-B镜面形高精度检测技术研究进展

以新一代同步辐射光源和全相干X射线自由电子激光为代表的先进光源已成为众多学科领域中一种不可或缺的研究工具。先进光源技术不断进步,驱动超精密光学制造快速发展,先进光源中关键聚焦光学元件K-B镜的面形精度是影响光源性能的重要指标,要求其在几十纳弧度以下。然而,高精度K-B镜面形检测技术依然存在较大技术挑战,一直是国内外研究热点。本文介绍了反射式轮廓测量技术即长程轮廓仪(LTP)、纳米测量仪(NOM)以及拼接干涉检测技术等典型K-B镜面形检测技术的基本原理,对比分析了其技术特点,综述了国内外K-B镜面形检测技术的研究现状和最新进展,对发展趋势进行了展望。

K镜光机结构优化设计与智能误差分配

以K镜消旋系统为例,针对光机结构中多误差源耦合和误差分配的问题,采用蒙特卡洛算法进行误差分解,并提出了类粒子群优化算法,对误差源进行智能误差分配,以指导工程化的加工公差分配和结构优化极限。首先,对一套悬臂式K镜消旋系统的光机结构引起的消旋指向精度进行误差来源分析;然后,通过蒙特卡洛算法结合粒子群优化方法对误差源进行智能分配,指导K镜关键零部件的优化设计和公差分配;最后,分别利用光机耦合仿真分析法和实验装调法对设计的K镜消旋系统进行消旋指向精度分析。结果显示,仿真分析获得消旋指向精度为6.95″,实验装调最优消旋指向精度为14.24″,验证了光机结构设计方案及其误差分配方案的可行性。

45°旋转镜加K反射镜扫描特性讨论

讨论了采用４５°旋转镜加Ｋ反射镜实现多元扫描的可行性。分析表明该扫描模式虽然可以消除单独４５°旋转镜带来的像旋转问题，但只能在严格保证初始同相位、转速稳定时才能实现，且存在偏振较大的问题。

高重复频率水冷Nd:YAG激活镜放大器的温度特性

为解决高重复频率大能量激光放大器的热管理问题,采用数值模拟与实验分析的方法,对背面水冷Nd:YAG激活镜放大器的流体散热进行了研究.基于低雷诺数k-ε湍流模型,建立了流-固共轭传热多物理场藕合分析模型,对比分析了近壁面处理方法对流体流动、对流扩散和热传导过程及温度分布的影响,分析研究了不同冷却液流量和泵浦参数对流场特性、激光介质温度和波前分布的影响.数值模拟表明:激光介质的温度分布与固液边界层内的黏性作用密切相关,且冷却液的热扩散主要发生在100μm范围内;激光介质的热沉积分布中心对称,而温度分布沿水流方向不对称,最大温升位于出水口端且基本保持不变;增益介质前表面的温度分布与介质的波前分布随冷却液流量非线性变化,而随泵浦参数线性变化;实验结果与数值模拟符合较好.

活细胞钙离子浓度荧光显微检测系统的研制和应用

研制了活细胞钙离子浓度荧光显微检测系统。该系统的工作原理是 :氙灯发射的光线被椭球面镜聚焦后以衍射光栅分光 ,通过光纤、双路耦合聚光镜和物镜将单色光纤入样本平面以激发细胞中的钙离子荧光探针发出荧光 ,最后用光电倍增管检测荧光信号。使用该系统 ,测定了高K+ 去极化刺激下PC12细胞 (大鼠嗜铬细胞瘤细胞 )内 [Ca2 + ]i 变化的动态特性曲线。结果表明 :静息状态下PC12细胞内 [Ca2 + ]i 为 80 .0±15 .0nmol/L ,高K+ 去极化刺激可使PC12细胞内 [Ca2 + ]i 增加到 1.9± 0 .2 μmol/L ,上升至峰值时间约为2 0 .1s。表明此系统可以满足检测活体细胞 [Ca2 + ]i 的需要。