傅里叶光谱仪的光程扫描控制系统设计

为实现高信噪比、高光谱分辨率的光谱探测性能,在时间调制型傅里叶变换光谱仪中,需要控制反射镜往复精密摆动,完成干涉光程差的均匀扫描调制。首先分析了光谱探测性能对光程扫描控制性能要求间的关系;在此基础上,针对星载干涉仪对光程差扫描的高性能要求,给出了一种基于极点匹配的控制器设计方法。该方法借助于状态反馈设计结果,采用易于工程应用的前项和前馈环节加以有效实现,简化了控制器的设计与实现难度。通过仿真试验,验证了该方法的有效性。     

转镜透射式傅里叶光谱仪光程差的非线性分析

转镜透射式傅里叶光谱仪具有可靠性高、光谱分辨率高、测试速度快等优点,但在正常匀速转动扫描光程差的情况下,存在光程差的非线性问题。针对转镜透射式傅里叶光谱仪的光程差的扫描非线性问题进行了分析,提出了一种光程差非线性数学计算模型,建立了转镜光程差方程,并进行了MATLAB仿真分析。通过速度反馈电机控制转镜匀速旋转时,根据本文的非线性光程差方程可获得等光程差对应的时间非均匀关系,从而可实现时间的非均匀采样,并反演出准确光谱,而不必采用稳频氦氖激光器触发采样,可以节省成本和减小仪器的体积与重量。     

光线通过傅里叶变换红外光谱仪的光程差分析

为了研究光线通过傅里叶变换红外光谱仪的光程差,采用对称分析和几何光学方法分析了光线通过一个至三个平板时的光程表达式,并得出了一个光线通过任意多个平板时的光程的一般表达式.在此基础上,分析了核心部件——迈克耳逊干涉仪的两个臂产生的随入射角变化的光程差的精确表达式,最后给出了其广角条件.该研究对于广角傅里叶变换红外光谱仪的...     

新型红外空间遥感用傅里叶变换光谱仪

为了研制红外空间遥感用傅里叶变换光谱仪,将其作为风云三号、四号气象卫星的有效载荷,在比较国外各种航天工程项目中傅里叶变换光谱仪机械扫描方案的基础上,提出了一种新的机械扫描方案。它利用光通过平行平面镜组时光程随入射角度的改变而变化这一特性,同时把两支光路的光程改变量关联起来。该方案只使用平面反射镜,对于运动部件的精度要求比较低,对倾斜、磨损等不敏感。就国内的具体技术条件而言,这种方案是切实可行的。     

摆镜扫描的重复控制系统

为解决摆镜扫描速度振荡的问题,采用永磁同步电机作为扫描驱动电机,建立了控制系统的传递函数模型.同时,根据摆镜扫描运动具有周期性的特点,提出了一种改进结构的重复控制器对扫描电机的转速进行控制.该控制器引入两个放大环节对系统增益进行调节,从而改善了系统的跟踪性能.实验结果显示,该控制系统能够有效地提高摆镜扫描的速度稳定性,抑制扫描电机在换向时的振荡现象.     

紧凑型静态傅里叶变换光谱仪的工作原理与光学设计

提出一种基于环行三角共逃跑和干涉仪和多通道探测器（ＣＣＤ）的紧凑型静肪傅里叶变换光谱仪,其光学部分仅由两块半五角形棱一块傅里叶变换透镜组成。具有无需机械扫描和全谱同时测量的优点,是一种成本低、结构简单、性能稳定的新型傅里叶变换光谱仪器可望用于环境恶劣的现场及变光谱测量。本文给出这种新型光谱仪的工作原理与结构。性能分析及其设计实例与数值模拟结果。     

光程差倍增的纳米级精度激光干涉仪

介绍了一种新型的纳米级精度位移测量激光干涉仪。提出了耦合差动干涉的新方法。通过对光程差进行倍增 ,提高了干涉仪的分辨率和稳定性。该干涉仪结构简洁紧凑 ,光路布局对称性好 ,不存在死光程 ,容易装调 ,符合阿贝原则和结构变形最小原则 ,在 10 mm (可以扩展至 50 mm )测量范围内 ,获得了λ/16 0 0的分辨率和纳米级的测量精度。     

傅里叶变换光谱仪动镜驱动控制技术

动镜驱动控制技术是傅里叶变换光谱仪的重要组成部分.本文从干涉成像光谱技术原理出发,介绍了迈克尔逊型傅里叶变换光谱仪动镜驱动技术的进展及其应用情况.提出了新型摆扫式干涉机构动镜驱动系统的方案.基于模糊PID控制策略,给出了此驱动系统的闭环控制实现方法.     

光纤傅里叶光谱仪干涉图均匀抽样方法

提出了一种干涉图均匀抽样的新方法.采用高速数据采集卡同时采样参考光信号和测试光信号,依据参考光信号与采样点数和测试光信号与采样点数的关系对测试光信号重新抽样得到等光程间隔采样的干涉图.数值仿真和实验研究表明:干涉图均匀抽样法实现了光纤傅里叶变换光谱仪干涉图的等间隔采样,消除了附加的谱线可用于傅里叶变换光谱仪的采样系统中,尤其是在短波段干涉光谱仪中有很强的优势.     

摆臂式干涉仪光程差扫描模型及其仿真

为实现摆臂式干涉仪光程差（OPD ）随时间的线性变化,需要摆臂式干涉仪作变速摆动。为此,在分析摆臂式干涉仪光程扫描系统组成的基础上,对干涉仪的电气特性进行了研究,在saber软件中建立了摆臂式干涉仪光程差扫描模型。为验证模型的正确性,将PID算法应用到摆臂干涉仪模型仿真中,研究了干涉仪系统的单位阶跃响应,确定了摆臂式干涉仪PID控制算法的各项参数。仿真结果表明,该模型可用于模拟摆臂式干涉仪光程差扫描过程,能够为干涉仪扫描控制系统的设计提供参考。     

基于DSP的傅里叶变换红外光谱仪动镜控制系统设计

在直线扫描式高精度傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪系统的研制过程中,为了达到光谱图的质量和分辨率要求,提出了一种利用DSP芯片TMS320F28335作为控制器,直线电机运动平台带动动镜的系统设计方法。介绍了FTIR的优点以及TMS320F28335的性能特点,分析了FTIR系统的原理,详细阐述了电机控制系统的设计方案,给出了DSP、电机驱动器以及电机模块之间的硬件接口电路和软件实现方法。实验证明,该电机控制系统具有很好的稳定性和很高的运动精度,其位置运动精度能够达到0.1μm,保证动镜做稳定可靠的直线运动。     

A double pass rapid scanning Fourier transform spectrometer for plasma diagnostics

The construction and the performance of a double pass rapid scanning Fourier transform spectrometer are described. The instrument covers a frequency range below 900 GHz. It has a maximum spectral resolution of 6.6 GHz and a maximum time resolution of 10 msec. The spectrometer has been applied to JIPP T-II device at Institute of Plasma Physics in Nagoya University. Electron cyclotron emission from the device has been measured and the electron temperature of the plasma has been obtained. The results are shown.     

长波双视场扫描型红外光学系统设计

与中波红外成像系统相比,长波红外成像系统在地面目标探测上具有天然的优势.利用光学变焦原理,建立扫描型双视场光学系统的设计模型.基于制冷型288×4元焦平面HgCdTe探测器,设计了一套结构紧凑、变倍比为6倍的双视场机载前视红外光学系统,其工作波段为7.7～10.3 μm,F数为1.67,长焦为154mm,短焦为25.4...     

采用光束扫描的透射仪测量光路自动准直系统

能见度是航空、航海及其他领域关系到安全保障的重要气象要素之一,透射式能见度仪在安装和使用过程中测量光路的准直状态,对能见度测量精度有重要影响。根据其光学系统的特点提出了一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直方法,并基于该方法设计了自动准直系统。系统通过电机驱动发射端探测光束与接收端接收视场分别在两个垂直方向上进行扫描,计算发射端与接收端的准直方位角,进而实现透射仪测量光路的对准。系统测试表明,系统可以实现透射仪测量光路的自动对准,方位角定位最大误差为66rad,准直时间小于10 min,系统具有准直精度高、过程自动化、易于安装等特点。     

显微全息的一种光路设计

一、引言 显微全息术是显微和全息相结合的技术,其特点是将微小物体通过显微技术进行放大,通过全息技术进行三维信息贮存,这两种技术的先后次序是可以互换的,因此显微全息术分两种类型,一种是用显微术将标本图像放大再记录其全息图称预放大;另一种是先拍摄标本的全息图再用显微镜进行观察称后放大。显微全息术最突出的优点是可以拍摄生物活标本的瞬态全息图,便于进行三维观察或“冻结”它的某个瞬态进行长期保存。这种情况通常需使用脉冲激光器或高功率连续激光器,这些光源价格昂贵,而且由于照射在活标本上的激光束功率密度高,往往会影响甚至破坏它的正常生长。本文介绍的一种显微全息光路,它无需庞大的防震     

大气成分临边探测光谱仪摆镜控制系统设计

星载大气成分临边探测光谱仪在采集高度方向上光信息时需要借助反射镜的反射, 为满足光谱仪扫描需求, 设计了一款扫描摆镜驱动控制系统, 并在地面模拟验证了扫描方向上的光谱数据采集。设计的驱动控制系统基于 STM32 微控制器, 采用 DRV8833C 电机驱动电路和闭环数字 PID 调节器, 利用有限转角直流无刷力矩电机作为光谱 仪摆镜控制系统的执行机构, 并使用 18 位单圈绝对值光电编码器作为位置传感器。进而搭建了摆镜控制系统和试验 平台, 利用光电自准直仪对摆镜系统性能进行试验验证, 测试了系统的指向精度。结果显示平均指向精度小于 12.15′′ , 最大偏差小于 19.6′′ , 最小偏差小于 7.46′′ , 满足工程预研阶段的主要指标要求。     

Microcomputer control and data analysis for a far infrared Fourier spectrometer

A commercial general-purpose microcomputer is used to provide real-time experimental control, data acquisition and data analysis for a far infrared Fourier spectrometer. The interfacing and programming procedures are described. The microcomputer gives excellent performance at a low cost.     

水下激光周视扫描4f发射光学系统设计

针对水下激光周视扫描环窗设计的缺点,提出一种转移扫描基点的发射光学系统设计方法。该方法基于开普勒望远镜的结构,通过对物镜和目镜组分别采用像方远心方法进行共轭设计并加以畸变控制,对光束的发散角及其分布均匀性进行了优化。在优化设计的基础上,分别仿真分析了平板窗和共形窗对光束质量的影响,以及镀膜对能量传输效率的影响。最后,对不同窗口设计进行了公差分析和水压受力仿真。光学和力学仿真结果表明,该方法有效减小了壳体表面开窗面积,避免了环窗设计造成的扇形探测盲区,对水下激光周视扫描发射系统的工程设计具有一定的指导意义。     

折/衍混合多光谱红外成像光谱仪离轴系统设计

采用二元光学透镜作为分光元件的多光谱成像光谱仪,由于焦距随波长的变化改变了系统的F数,因此改变了系统的放大率,从而引起光谱图像的像元配准误差。为改进基于二元光学透镜的多光谱成像光谱仪的性能,首次提出将离轴三反射镜系统与具有二元光学透镜的变焦距系统相结合的新技术方案。设计了由三片二次非球面生成的无中心遮拦的前置望远镜,该望远镜不仅有利于提高多光谱成像光谱仪的集光能力,且有利于系统的小型轻量化。同时设计了含二元光学透镜的三片型变焦距组件,用来消除多光谱成像光谱仪的像元配准误差。整个多光谱成像光谱仪系统仅有6个单片,非常简单。另外,该系统在空间频率为20 c/mm时MTF超过0.3,充分满足红外焦平面探测器对多光谱成像系统分辨率的要求,像面尺寸为7.2 mm。适用于探测单元尺寸为25μm、规格为128×128元的红外焦平面探测器。