动载体成像系统底座无角位移减振器的设计

详细分析了由动载体振动引起的角位移和线位移对成像系统的影响。角位移是影响成像质量的主要因素。对成像底座减振系统的要求既要满足减振效率,又要控制减振过程中产生的角位移。设计了一种三向等刚度无角位移减震器,它既能满足减振要求,又能控制减振过程中产生的角位移,从而提高了动载体摄像系统的清晰度,同时又不影响视轴的指向精度,是一种比较理想的减振器。     

航空稳像光电平台设计

分析了随机振动对调制传递函数的影响,指出角位移是影响航空成像质量的主要因素.研究了特定条件下可容许的MTF下降,并转变为稳定系统的设计参量,用来指导稳像系统的设计.利用空间机构学及平行四边形平动原理,研制了一种新的无角位移减振稳像平台,满足既无角位移又达到减振要求.根据设计理论给出了设计实例,对频率高于100 HZ的振动,衰减达34dB,并利用动力学软件进行测试仿真,仿真曲线验证无角位移减振的正确性,同时对无角位移机构进行光学测试,结果耦合角度小于8″,可以满足航空成像要求.     

广义位移传感器在形状误差和误差运动分离中的读数贡献

详细推导并统一了形状误差和误差运动高精度检测 分离技术中各类传感器的读数方程 ,包括传统的差动变压器式位移传感器、电涡流式位移传感器、电容式微位移传感器和近年来出现的激光微位移传感器、激光角位移传感器以及后两者组合成的组合式广义位移传感器。以统一的列表方式阐明了各传感器的读数贡献。其优点是 :根据选用的误差分离方法和与之适配的传感器 ,便可按列表方式快速、方便地排出用于直线、圆、圆柱度和平面度等误差分离的原始读数方程 ,并对误差分离的可行性作出了初步分析     

激光干涉数字化角度计量系统分析

通过对数字干涉测角系统的组成、原理、误差、精度等方面的阐述与分析介绍了一种新型的精密角度测量系统。该系统是基于激光干涉技术的一种角度测量系统 ,系统以激光作为干涉光源 ,迈克耳逊干涉仪作为角度量测量的核心装置 ,通过机械装置将角度 (角位移 )量转换为迈克耳逊干涉仪干涉光路中可反映光程差变化的线位移量 ,进而反映为干涉条纹的变化 ,最后通过有关电路对干涉条纹进行的一系列处理 ,实现了对大转角的精密测量。还就上述有关问题用计算机模拟的方法作了定量分析     

旋转调制捷联惯导激光陀螺仪误差自补偿新方法

基于旋转调制的自补偿技术是进一步提高激光陀螺仪捷联惯导系统导航精度的有效方法。研究了旋转调制捷联惯导系统中的激光陀螺仪误差补偿方法。建立旋转式捷联惯导系统激光陀螺仪的误差传播方程,分析激光陀螺仪旋转误差效应及误差传播特性,在此基础上建立了调制策略编排目标函数;研究了双轴交替旋转调制模式下的调制策略编排方案,提出了一种改进的16次序双轴交替旋转调制方法,建立了基于双轴转动角速度的动态误差方程,实现了转动过程中激光陀螺仪的常值项误差、标度因数误差、安装误差的有效补偿,进一步抑制速度误差积累所引起的位置误差。仿真结果验证了该方法的有效性,提高了捷联惯导系统导航精度,可为旋转调制光学捷联惯导系统设计提供理论参考。     

化学自催化混沌反应模型中的耦合作用与混沌同步

选用混沌自催化反应作为子系统 ,构造了耦合自催化反应系统 ,研究了耦合变量、耦合系数对混沌动力学行为的影响 ,给出了不同耦合系数下系统的动力学特征 ,探讨了耦合作用机制 .结果表明 ,耦合作用能明显地改变子系统的动力学行为 ,强化系统间的相关性 .耦合后的混沌运动受到调整与抑制 ,耦合强度加大时 ,呈现出混沌运动轨线的周期化 ,耦合系数大于临界值 ,两子系统实现了完全的同步 .不同变量的耦合时 ,影响最大的是第二种变量 .对于三种物质均有耦合时 ,更容易出现混沌的抑制、运动状态的锁相与周期化和混沌的完全同步 .     

光导纤维在载荷测量及角位移测量中的应用

介绍了力学量中载荷和角位移的测量传感器。其方法是利用光导纤维作为传感器主要元件,被测载荷使弹性元件变形,使光纤端面间光的耦合效率发生变化,通过测量光通量的变化而测知载何和角位移的大小。在载荷测量中特殊布置光纤的位置,通过电路对信号的差分处理能达到提高传感器线性度的目的。最后的传感器输出结果其非线性大为减小。角位移的测试中,这种角位移光纤传感器灵敏度高,分辨率小,适合于扭转试件的微小角位移测量。这类光纤传感器用于力学量测试可弥补一些传统测量方法的不足。     

力与耦合系统的交互作用和随机能量共振

外界对系统作功的过程就是系统状态发生变化的过程.根据Langevin方程的随机动力学特性,采用微观动力学和宏观热力学方法,建立了基于单一随机轨线的耦合双稳系统的热力学关系.通过力与耦合系统的功交互作用定量地刻画了能量的传递和转换关系,揭示了耦合系统中存在着的随机能量共振现象.从作功与能量的关系进行分析,进一步揭示了随机共振产生的物理本质. 关键词： 耦合双稳系统 随机热力学 随机能量共振 功     

基于条件熵长江三角洲温度的非线性动力学特征分析

通过粗粒化方法得到符号序列，如果两个符号序列的条件熵在相对位移为零时达到最小值，那么这两个时间序列可能属于同一个动力学系统.进一步可以判断两个时间序列之间的耦合强度并提取出两个动力学耦合信号之间的内在滞后关系.本文用条件熵算法分析了长江三角洲地区上海、南通、常州、南京和杭州的逐日气温资料，判断这些地区的温度是否属于同一个动力学系统以及它们之间的动力学耦合关系，并提取出它们之间的滞后信息. 关键词： 粗粒化 条件熵 动力学耦合 滞后时间     

量子点腔非谐振耦合系统纯退相干的特性及应用

采用非相干泵浦、受激辐射和纯退相干的量子主方程研究了量子点腔耦合系统,得出腔与量子点发射光谱解析解.理论分析显示,在非谐振耦合系统中纯退相干能使腔发射谱产生明显的移位效应,从而可以解释“非谐振耦合腔有效发射”效应.为了进一步研究纯退相干在量子点腔耦合系统上的应用,引入了系统有效耦合率和单光子源效率,并通过比较有效耦合率与腔耗散定义出好腔与坏腔机制.选取两组依据实验数据作为参量,在共振与失谐时研究了纯退相干对系统有效耦合率和单光子源效率的影响.结果表明:纯退相干可提高失谐系统有效耦合率与单光子源效率,从而可能使坏腔转变为好腔|两组参量中有较大耦合效率一组在一定范围内满足好腔机制,其单光子源效率明显优于另一组.在非谐振耦合系统比较了好腔机制与坏腔机制的激光,好腔机制是实现单量子点激光的必要条件|由于非谐振耦合系统Fano因子无最大值出现,从而该系统可能无激光阈值.     

机载光电系统稳定精度测试方法研究

提出了一种实时高频角位移测量的新方案，采用该方案可对机载光电系统动态稳定精度进行测试。该方案采用激光自准直测量，以及高精度、高响应频率PSD探测器传感稳定平台的角位移，有效解决了频率达500Hz角振动状态下的稳定精度测量。与传统的脱靶量测试方法相比，精度提高了几个数量级，优于10μrad。该方法可用于机载高精度稳定平台稳定精度的实时测量。     

激光光栅和反射镜姿态调节的高精度开环控制

为了提高高功率激光物理实验中激光束的精密对准度,提出了一种对激光光栅和反射镜姿态进行可视化、高精度调节的开环控制系统。该系统设计为由上位机、下位机和角位移微调机构等部分组成。从应用层通信协议、HostLink(Fins)协议和三维姿态模拟等方面介绍了上位机监控软件的设计;从步进电机驱动器复用、PLC电机断电相位记忆和下位机梯形图程序框图等方面讨论了下位机PLC控制系统设计;分析了角位移微调机构中通过把丝杆螺母的直线微位移转换为角度微位移来达到高精度转角分辨率的实现原理;并用实验数据验证了实际转角分辨率达到高精度设计要求。结果表明这种开环控制系统能够很好的实现对激光光栅和反射镜转角的高精度调节控制,对其他类似实验设备的高精度角度调整也具有借鉴意义。     

高精度角度加工技术研究

激光陀螺不仅对合光棱镜角度精度有极高的要求,而且对角度和尺寸的一致性有严格的限制。为了加工这种高精度角度光学元件,提出通过手修工装母体复制出成盘加工工装,再复制出光学零件的加工方法,并分析了测角仪的测量精度、面形之间的匹配误差和平行的测量误差所引入的角度加工误差情况,提高了面形加工的平面度,避免了局部不规则现象,控制了温差对面形变化的影响。另外通过降低平行测量的误差以及减小闭合角度之间的叠加误差等具体措施也可以提高光学元件加工效率和角度加工精度。     

半导体激光器在激光遥控制导中的空间耦合

针对高功率脉冲半导体激光器的远场特点,及激光制导对激光功率密度和光斑均匀性的要求,给出多孔径空间耦合方案并对其优点进行理论分析;针对纳米叠层芯片高功率半导体激光器偏振特性,基于偏振复用的原理,进行2支高功率半导体阵列激光器的偏振合束研究。通过试验得出结论:偏振耦合后系统输出光功率几乎2倍于单个激光器输出功率,采用多孔径耦合及偏振耦合均能满足遥控制导光斑要求。     

Efficient coupling and relaxed alignment tolerances in pigtailing of a laser diode using dual ball lenses

In this paper, we report an efficient coupling scheme with relaxed misalignment tolerances. The proposed coupling scheme consists of two ball lenses of same diameter (1 mm) and different refractive indices. The second ball lens which is facing the fiber tip has a higher refractive index (1.833), whereas the first one which faces the laser diode has a refractive index of 1.5. Employing Gaussian and ABCD ray tracing optics, the theoretically obtained coupling efficiency can reach a unity with relaxed working distance (separation of the coupling system from the fiber tip) in the range between 1 and 4 mm at some optimum positions of the coupling lenses with regard to each other and to the facet of the laser diode. It has been found that if the distance between the first ball lens and the laser diode (d₁) is fixed at 1.1 mm, which is twice its focal length, the coupling efficiency and the working distance as well as the misalignment tolerances are greatly affected by variation of the separation between the two ball lenses (s), and for this proposed coupling scheme the highest coupling efficiency and largest working distance are obtained when s is in the range of 0.3-0.35 mm. Above and below this range there is a significant reduction in the values of the above-mentioned parameters. Experimentally, the Nd:YAG laser welding system has been used for the alignment and welding of the coupling components in a butterfly configuration; the experimentally obtained coupling efficiency of the proposed coupling system was around 75% with relaxed working distance. From the effect of lateral and angular offsets on coupling efficiency, it is clearly noticed that the mode field of laser diode is transformed from elliptical into circular and hence effectively matched with that of the single-mode fiber.     

Electrical crosstalk-coupling measurement and analysis for digital closed loop fibre optic gyro

The phase modulation and the closed-loop controller can generate electrical crosstalk-coupling in digital closed-loop fibre optic gyro. Four electrical cross-coupling paths are verified by the open-loop testing approach. It is found the variation of ramp amplitude will lead to the alternation of gyro bias. The amplitude and the phase parameters of the electrical crosstalk signal are measured by lock-in amplifier, and the variation of gyro bias is confirmed to be caused by the alternation of phase according to the amplitude of the ramp. A digital closed-loop fibre optic gyro electrical crosstalk-coupling model is built by approximating the electrical cross-coupling paths as a proportion and integration segment. The results of simulation and experiment show that the modulation signal electrical crosstalk-coupling can cause the dead zone of the gyro when a small angular velocity is inputted, and it could also lead to a periodic vibration of the bias error of the gyro when a large angular velocity is inputted.     

四频差动激光陀螺中的粒子数脉动效应

为研究激光陀螺精细模耦合作用,考虑了增益介质中的粒子数脉动效应.从激光器物理原理出发,分析了粒子数脉动效应的产生机制,结合四频差动激光陀螺特点,得出粒子数脉动效应是一种精细模耦合效应,不同激光模式间的拍频使增益介质中粒子数布居差产生调制,进而对模耦合产生影响.数值计算了粒子数脉动在耦合效应中的大小.计算结果表明:粒子数脉动效应和其他耦合效应随腔频变化基本一致,在大多数腔频范围内数值较小,为其他耦合效应的4%以下;在某些腔频范围(如0.37＜ξ＜0.46,0.02＜ξ＜0.06,0.86＜ξ＜0.88)有较大数值,为其他耦合效应的80%以上,在激光陀螺的模耦合分析中不可忽略.     

Free vibration analysis of a rotating hub–functionally graded material beam system with the dynamic stiffening effect

A comprehensive dynamic model of a rotating hub–functionally graded material (FGM) beam system is developed based on a rigid–flexible coupled dynamics theory to study its free vibration characteristics. The rigid–flexible coupled dynamic equations of the system are derived using the method of assumed modes and Lagrange's equations of the second kind. The dynamic stiffening effect of the rotating hub–FGM beam system is captured by a second-order coupling term that represents longitudinal shrinking of the beam caused by the transverse displacement. The natural frequencies and mode shapes of the system with the chordwise bending and stretching (B–S) coupling effect are calculated and compared with those with the coupling effect neglected. When the B–S coupling effect is included, interesting frequency veering and mode shift phenomena are observed. A two-mode model is introduced to accurately predict the most obvious frequency veering behavior between two adjacent modes associated with a chordwise bending and a stretching mode. The critical veering angular velocities of the FGM beam that are analytically determined from the two-mode model are in excellent agreement with those from the comprehensive dynamic model. The effects of material inhomogeneity and graded properties of FGM beams on their dynamic characteristics are investigated. The comprehensive dynamic model developed here can be used in graded material design of FGM beams for achieving specified dynamic characteristics.     

基于滑动平均的速率偏频激光陀螺静态角速率测量算法

提高速率偏频激光陀螺静态角速率测量精度在其应用领域具有重要的作用.通过对速率偏频激光陀螺随机漂移数据进行分析处理,发现量化噪声对陀螺精度有较大的影响,进而提出了一种基于滑动平均的速率偏频激光陀螺静态角速率测量算法,并进行了理论分析及数值模拟.结果表明,通过合理的选择分组参数,该算法可以有效地降低量化噪声对速率偏频激光陀螺静态角速率测量精度的影响.实验结果也验证了该算法的有效性,可以应用于其它类似需要降低量化噪声的场合.     

单色器晶体角度微振动的高精度原位检测技术

为实现对双晶单色器角度微振动的原位测量,设计了基于双频激光干涉仪的双晶单色器晶体角度微振动测试系统,并搭建了实验平台。激光经干涉计偏振分光后射向被测晶面,对反射信号调制解调求得晶面两端的位移偏差,从而高频获取晶面的角度位移信息。通过数据预处理可以有效去除夹杂在数据中的噪声及直流分量,应用快速傅立叶变换处理得到晶体角度振动的频谱信息,准确获取对晶体稳定性产生影响的特征频率,从而分析影响晶体稳定性的主要振源。该方案可实现晶体角位移的高频采集,分辨率高达25 nrad,并能准确分析出不同振源影响下晶体微振动的情况,为单色器结构优化提供参考。