拼接式编码器测角误差分析及试验

根据望远镜测角系统的精度需求,分析了影响拼接式编码器测角精度的误差源,以及多读数头测角消差原理,确定了采用相位相差90°的4读数头的测角方式。在某望远镜方位轴系转台进行了逆时针和顺时针方向的测角试验,通过对测角数据进行谐波分析并补偿后,得到两组实验测角误差RMS分别为0.34"、0.38"。实验表明,相位相差90°的均布4读数头的测角方式消除了由轴系误差、编码器安装位置误差和钢带安装盘部分圆度误差对测角精度的影响,实现了亚角秒级测角的目的。研究结果可用于大口径望远镜设计阶段的误差分析与分配、预估测角精度,为降低设计和加工误差提供参考。     

圆光栅测角系统误差分析与修正

为了提高测角系统的测量精度，基于误差的特性和表现形式，从谐波角度对测角系统中的刻划误差、光电信号误差、偏心误差、倾斜误差和变形导致的误差建立相应的数学模型，并对偏心误差和倾斜误差进行仿真分析。搭建了金属圆光栅测角系统，对系统中的误差进行了分析和修正。实验结果表明:测角系统测角误差为134.2″，修正后误差为32.23″，圆光栅测角系统误差分析为后续的误差补偿提供了理论基础。     

绝对式光电编码器测角误差自动检测系统

光电编码器测角误差的检测是编码器在研制和生产过程中必不可少的工作。目前,人工手动检测装置检测过程复杂、效率较低,耗时较长,很难用于批量生产的产品检测。为了弥补现有手动检测装置的不足,以自准直仪-多面棱体组合作为测量基准,以步进电机和STM32来实现自动化,设计了一种绝对式光电编码器测角误差的自动检测系统。阐述了系统的检测原理及软硬件设计,分析并计算了系统精度,其扩展不确定度为1.6″。对同一编码器进行手动和自动检测后,结果分别为6.3″和7.3″,实验表明检测系统自动检测结果准确。通过本系统进行检测,检测过程无需人工操作,效率较高,在光电编码器的批量检测中,可以体现出本系统的优势;此外,相较于传统的人工手动检测,通过本系统进行检测更能反映编码器在实际工作中低速转动时角度位置精度的真实情况。     

拼接式合成孔径光学系统的失调误差分析研究

拼接式合成孔径光学系统对系统误差分配有特殊要求,子镜失调将严重改变波前分布,影响系统成像。对一个拼接镜面的卡式原理演示系统进行了误差分析论证,并使用ZYGO干涉仪进行实测。结果表明,拼接镜面的波前误差RMS值和PV值有特殊关系,但在一定范围内仍可获得较好的MTF曲线。     

拼接衍射望远镜的失调误差分析

拼接衍射望远镜的失调误差对光学系统的成像质量有重要影响,为此对拼接菲涅耳透镜的失调误差进行公差分析,推导基于瑞利准则的失调误差的理论计算公式,对包含口径为1.5 m的拼接主镜和消色差光路的光学系统进行公差分析。仿真结果表明,公差范围内的波前像差均满足瑞利判据与斯特列尔比,因此该公差分析可为衍射望远镜的装调和检测提供有效的理论指导。     

CCD电视经纬仪测角精度的室内检测及其误差源分析

用于多目标炸点坐标实时测量的CCD电视经纬仪是一种高精度的靶场测量设备,其测角精度等级优于1’,而高精度的测试设备又对检测方法和检测条件提出了更加严格的要求。本文简述了GK-312炸点坐标测量系统中CCD电视经纬仪测角精度的室内检测方法,分析了影响测量和检测精度的主要的误差因素。     

刻划光栅刻线弯曲误差在线修正技术研究

刻划光栅存在刻线弯曲误差，将直接影响光栅的衍射波前质量。通过构建光栅刻线弯曲误差与衍射波前的映射关系，搭建了光栅刻线弯曲误差的实时测量光路，论述了光栅刻划机主动控制技术原理，将光栅刻划机主动控制技术用于光栅刻线弯曲误差的在线补偿。通过对比光栅刻划实验验证该方法的可行性。上述方法能够准确提取并有效补偿光栅刻线弯曲误差，将光栅衍射波前由0.074 λ提高到0.038 λ，提高了48.6%，同时有效地解决了光栅表面弯曲问题。其研究结果可用于提高机械刻划光栅质量，具有重要的理论及应用价值。     

压电驱动器布置对光栅拼接误差的影响

分析了两种光栅拼接调整机构（三角形和L形）,利用有限元分析软件对这两种光栅调整机构进行了模态分析和优化分析设计。相同光栅尺寸下（以口径为450 mm420 mm60 mm光栅为例）,驱动器三角形分布的固有频率与L形分布的固有频率相差无几,一阶频率分别为58.816 Hz和58.864 Hz。对两种驱动器布置方式引入的误差进行了分析比较,计算结果表明:三角形调整机构的最大误差比L形的大,同时三角形分布控制算法较L形的复杂。在主动控制中三角形模型误差迭代次数多,不利于控制。因此L形的压电驱动器布置方式优于三角形。     

压电驱动器布置对光栅拼接误差的影响

分析了两种光栅拼接调整机构（三角形和L形）,利用有限元分析软件对这两种光栅调整机构进行了模态分析和优化分析设计。相同光栅尺寸下（以口径为450 mm420 mm60 mm光栅为例）,驱动器三角形分布的固有频率与L形分布的固有频率相差无几,一阶频率分别为58.816 Hz和58.864 Hz。对两种驱动器布置方式引入的误差进行了分析比较,计算结果表明:三角形调整机构的最大误差比L形的大,同时三角形分布控制算法较L形的复杂。在主动控制中三角形模型误差迭代次数多,不利于控制。因此L形的压电驱动器布置方式优于三角形。

     

欧姆表测电阻的误差分析和量程的选择

欧姆表是用直接读数法测量电阻的仪表,虽然使用方便,但是不够准确.本文从欧姆表测电阻的误差特性出发,介绍如何正确选择量程,从而减小测量误差.     

光栅光谱仪光谱响应误差校正

针对由器件光谱特性引起的光栅光谱仪测量误差问题,提出了一种误差校正方法,并对该技术中的理论模型、数值提取算法和精度、误差校正精度进行了研究。首先,在深入剖析光栅光谱仪工作原理的基础上,建立了光谱误差校正的理论模型;其次,在研究光栅、探测器、反射镜等核心器件光谱特性曲线典型特征的基础上,提出了器件光谱响应参数提取算法,并对该算法的精度进行了实验研究;最后利用本文所建立的理论模型和数值提取算法对光栅光谱仪测得的溴钨灯光谱进行了校正,并将校正后的结果与溴钨灯标准谱线进行了比较。实验结果表明,本文所提出的数值提取算法的平均误差为0.39%,校正后的光谱曲线与溴钨灯标准光谱曲线一致,说明本文所提出的校正技术能够有效消除器件光谱特性引入的误差。     

Optical encoder based on Fractional-Talbot effect using two-dimensional phase grating

This work presents an optical encoder that uses a two-dimensional phase grating. Rather than using a four-windowed scanning grating, this design with a special two-dimensional phase index grating generates two sinusoidal signals that are mutually phase-shifted by 180°. Afterwards, two large-areas, specially structured index grating generates the four 90° electrically phase-shifted scanning signals. The special design of the two-dimensional phase index grating provides more accuracy of phase-shift by using the fact that the  + 1 and −1 diffraction orders are intrinsically phase-shifted from one another by 180°. The gap between the phase index grating and mail scale was increased to three quarters of Talbot distance. The tolerance of gap between the index and main grating is 0.1 mm. The tolerance of yaw motion is ± 0.25°.     

一种基于容栅编码器测量炮塔高精度动态转角的方法

容栅编码器是在传统容栅技术上发展起来的新型传感技术,针对目前炮塔相对地盘转角的高精度测试需求,提出了一种基于容栅编码器测量高精度动态转角的方法。结合炮塔环境,设计了容栅测角装置的安装方式,分析了测角装置的工作原理,通过机械结构设计和容栅编码器后续的电路设计,提高了其工作的稳定性与可靠性。对测角装置分别进行了实验室角度标定与某靶场实地试验,结果表明:该测角系统能够满足实际需求,具有断电保护、通电位置识别及零位记忆等功能,测试精度达60。     

一种大型望远系统波前检测的方法

对传统S-H波前检测方法进行了改进的基础上,设计了一套适应于大型望远系统的波前检测方案。利用五角棱镜光束转向系统形成大型望远系统各子孔径准参考光束,实现依次扫描各子孔径;并用改进的S-H波前传感器实现依次探测各子孔径的波前。理论分析证明了由五角棱镜的制造误差和运动误差引起的波前倾斜误差在微变情况下,可通过波前修正方法予以修正,可有效地再现出望远系统自身波前误差。该方案可适用于大口径望远系统的波前检测。     

利用神经网络提高编码器精度的方法

介绍了编码器误差的构成及特点，针对系统误差的分布规律与特点提出了基于神经网络的误差修正方法。采用非线性逼近精度较高的径向基函数神经网络，以采样点的角度值作为网络的输人样本，以高精度检测编码器的检测值作为学习目标建立了误差修正模型。实验结果表明，采用此种方法可将编码器的精度提高至原来的3倍以上，可有效地改善编码器的系统精度。     

Simultaneous Strain and Temperature Measurement with Optical Fiber Gratings: Error Analysis

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇｓｅｎｓｏｒｓ(ＦＧＳｓ)ｈａｖｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｇｒｅａｔｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒｐｏｔｅｎｔｉａｌｕｓｅｉｎｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ,ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｉｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｎｔｅｇｒｉｔｙｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｓ,ｂｒｉｄｇｅｓａｎｄａｄｖａｎｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ.Ｈｏｗｅｖｅｒ,ｍｏｓｔＦＧＳｓａｒｅ…     

Simultaneous Strain and Temperature Measurement with Optical Fiber Gratings: Error Analysis

Many schemes designed to simultaneously measure strain and temperature with optical fiber grating sensors have been reported in recent years. In this paper, the influence of systematic errors associated with the measurement process is analyzed and the error formulas are derived. The results are applied to a range of techniques that are of current interest in the literature. The performance of these schemes is contrasted with respect to the influence of wavelength measurement error and sensitivity matrix error.     

紫外双光栅光谱仪结构设计与波长精度分析

为了满足太阳光谱在170～380 nm波段的精确观测需求,设计了波长重复性精度优于±0.02 nm的紫外双光栅光谱仪。波长扫描机构是双光栅光谱仪的关键组件,根据凹面光栅色散原理,将光学设计指标转换为波长扫描机构设计的输入参数,分析了影响光谱仪波长重复性精度的误差源。根据分析结果得知,丝杠的重复定位误差是影响波长重复性的主要误差源。选用重复定位精度为±2μm的丝杠设计了波长扫描机构,并对光谱仪整机进行了设计。以汞灯光源对光谱仪的波长重复性指标进行了验证实验。实验结果表明,设计的光谱仪波长重复性介于-0.005～+0.007 nm之间,满足波长重复性优于±0.02 nm的指标要求。     

光纤Bragg光栅倾角传感器的标定与不确定度分析

实现光纤Bragg光栅倾角传感器的静态的测试和性能分析。设计了一种量程为5°的倾角传感器标定装置,对其进行校准实验。通过对光纤光栅解调仪的中心波长差和标定装置产生的倾角值进行最小二乘法拟合,求出静态标定系数,并对倾角传感器标定装置的不同不确定度分量进行分析以求出合成不确定度。实验结果表明,光纤传感器的灵敏度为0.17343nm/(°),线性度为99.993%,重复性误差为0.0552%,标定装置的合成不确定度为8.606×10-2°。