径向圆光栅纵、横向莫尔条纹性能分析

本文从径向圆光栅形成的莫尔条纹的原理出发,简要分析了其纵、横向莫尔条纹信号的位相和条纹移动的速度、加速度特性,其研究结果对于今后更好地选用径向圆光栅形成的莫尔条纹有一定的指导意义。计量光栅作为一种精密的测量工具,在各个领域已经得到了广泛的应用。它把光、杌、电三大技术有机地结合起来,在长度、角度测量及自动控制等方面展现了它的优势。在应用径向圆光栅形成的莫尔条纹进行角度测量时,科技人员习惯于采用横向莫尔条纹作为测量信号,较少对纵向莫尔条纹进行研究。本文根据径向圆光栅形成的莫尔条纹的原理,对纵、横向莫尔条纹的特性进行了理论分析、研究及实验验证。     

光栅信号质量检测及电路实现

对光栅信号的质量指标，主要是对光栅到莫尔条纹信号质量指标进行了分析，并通过采用谐波分析法，对光栅信号质量进行动态综合检测的电路进行了实现。这对计量光栅的发展和长光栅的检测，具有一定的现实意义。     

一种增量式角编码器的光学特性的探讨

一、引言自1874年英国物理学家诺德瑞利(Lord Rayleigh)发表莫尔(Moire)理论以来,随着技术的发展,目前莫尔条纹技术已广泛应用于精密测量和自动控制的各个领域。近几年圆光栅莫尔条纹技术的应用,已出现如下四种结构方案:     

关于计量光栅中的一个基本问题——如何消除周期误差的探讨

计量光栅作为测角、测长元件,已经得到越来越广泛地应用。随着技术的发展,提高元件和系统的精度变得日益迫切。如何提高精度,主要有两方面:一是消除周期误差;二是减少函数误差。关于消除周期误差的理论,近些年来,国内外资料一般都把光栅莫尔条纹电压信号平均当作消除周期误差的法则。作者根据实践中的启示认真地进行理论分析,认为此法则在理论上是不正确的。本文试图说明这个问题,并阐述另一个见解——“莫尔条纹电压信号周相平均法则”,才是消除光栅周期误差的正确理论。     

炫耀光栅及其在精密测长应用中的基本原理

随着莫尔条纹技术的发展,透射式炫耀光栅的作用将越来越大。本文推导了锯齿型炫耀光栅的透射能量分布公式、光栅方程;证明了衍射级的主极强出现在光栅的自然折射方向上;导出产生双级主炫耀的条件,举例计算炫耀角φ与0级和第一级能量分布关系。叙述光栅付中出射角相同的衍射序列之间的关系,简要介绍炫耀光栅精密测长的基本原理和它所独有的特性,以及使用的主要条件等。本文提供透射式炫耀光栅的一些理论基础,对设计和改进透射式炫耀光栅有重要的指导意义。     

光栅测角系统中的莫尔条纹信号的相差和按装偏心的测调问题

在光栅测角系统中,目前尚广泛采用莫尔条纹电信号平均的消差方法。它虽然在理论上不符合消差定理,但工程上只要满足一定的条件,可看作近似符合消差定理,仍有一定的消差作用。其中莫尔条纹电信号的初相差、安装偏心就是极为重要的条件。不把它们调到所要求的数值,系统的精度就达不到预定的要求。过去,对初相差和安装偏心的测量存在两个毛病:一是测     

用莫尔法改进的双光束干涉仪

本文从理论上和通过实验说明应用莫尔技术消除了在双光束干涉图上由于光学元件的缺陷所引起的性能降低。在这个方法中,调相物体(Phase Object)的信息作为莫尔图样是通过有缺陷的光学系统在有和没有物体时,将干涉图形相迭加而得到的。     

七圈法的应用

众所周知,七圈法即莫尔条纹错位法,刻制元光栅采用此方法可以减少零点闭合误差,提高元件的精确度,而且可以在普通刻机上进行刻制。我所使用七圈法,是在TKF 500刻机和TFF 1000刻机上,分别刻制了2700条线/周,和5400条线/周以上的普通光栅(如每周2700 5400 10800 16200 21600 32400等等)。下面仅举两个实例供有关单位参考。例一我们在刻速率转台光栅时,第一块发现有零点闭合误差存在,第二块改用七圈法刻制,消除了零点闭合误差。刻第三块时将机床重新调正,减小了轴系间隙,用一圈法     

圆光栅测角仪获2000年国防科学技术二等奖

圆光栅测角仪是三○四所研制的集光、机、电为一体的 ,高精度、自动化的动态角度检测仪器 ,是既能检测线角度器件 (圆光栅盘等 ) ,又能检测面角度器件 (角度块、正多面棱体等 )的一台角度基准仪器。它由双面止推精密空气轴系、基准光栅角度发生器系统、动态光电零位触发瞄准系统、标准衍射莫尔条纹产生系统、压缩空气供给系统、驱动稳速系统、光电读数系统、光电信号接收系统、细分调整计数系统、数据输出、误差曲线输出、计算机控制软件等系统组成。该仪器的研制完成 ,填补了我国动态测角的空白 ,使我国在角度测试方面的能力达到国际先进水…     

全息测振干涉图的自动分析与处理

 研究数字条纹图象的自动检测与判读处理的理论与技术,在微型通用数字图象处理系统上建立了一套条纹自动检测与判读处理的软系统,实现了条纹图象的输入、定位、预处理、骨架化、细化、修补与光滑、计数、插值及三维振幅场输出等功能,对类似的散斑干涉条纹和莫尔条纹的判读处理有理论参考价值。     

递推最小二乘法在角位置误差检定中的应用

全组合方法能够把测角系统的角位置误差和棱体的工作角偏差有效地分离出来。在满足角位置误差测量精度的情况下,为了提高测试效率,将递推最小二乘法应用于组合测角中。本文以23面棱体与391齿盘的偏差检定为例,设计了递推最小二乘法的检测软件,实现了每增加一个量测序列,就可以显示新的工作角偏差向量,新的测试的残余误差与计算的随机误差的标准差,提高了测试效率。此方法不仅可以用于棱体一齿盘的检定中,而且可以用于圆感应同步器、光栅等测角系统中。     

干涉测量宽带相关处理算法与验证

阐述了一种用于航天器精确角位置测量的干涉测量宽带相关信号处理算法,通过仿真验证了算法的有效性,并搭建卫星干涉测量实验系统,采集某地球同步卫星信号进行宽带相关信号处理,获得清晰干涉条纹,准确估计出反映测站与卫星位置关系的时延观测量。结果表明宽带相关信号处理的估计时延与卫星信号链路标定时延、测距时延组成系统时延闭合回路,初步验证了干涉测量实验系统的有效性,为后续飞行任务中航天器高精度干涉测量积累了技术和经验。     

火箭发动机燃气射流流场的光学显示方法研究

本文研究了两种用于真实固体火箭发动机燃气自由射流流场和射流冲击流场显示的光学方法。实验结果表明 ,等厚条纹型 F- P干涉法。能够用于燃气自由射流流场的显示 ,而莫尔偏折法除此之外还可用于大范围的燃气射流冲击流场的显示。由此解决了长期以来无法显示这种高温、高压、强冲击、强火焰光等恶劣环境条件下的流场问题     

Interlaced Kalman filtering of 3D angular motion based on Euler'snonlinear equations

A novel Kalman filtering technique is presented that reduces the mean-square-error (MSE) between three-dimensional (3D) actual angular velocity values and estimated ones by an order of magnitude (when compared with the MSE resulting from direct measurements) even under extremely low signal-to-noise ratio conditions. The filtering problem is nonlinear in nature because the dynamics of 3D angular motion are described by Euler's equations. This nonlinear set of differential equations state that the angular acceleration in one axis is proportional to the torque applied to that axis, and to the products of angular velocity components in the other two axes of rotation. Instead of using extended Kalman filtering techniques to solve this complex problem, the authors developed a new approach where the nonlinear Euler's model is decomposed into two pseudolinear models (primary and secondary). The first model describes the time progression of the state vector containing the linear terms, while the other characterizes the propagation of the state vector containing the nonlinearities. This makes it possible to run two interlaced discrete-linear Kalman filters simultaneously. One filter estimates the values of the state vector containing the linear terms, while the other estimates the values of the state vector containing the nonlinear terms in the system. These estimates are then recombined, solving the nonlinear estimation process without linearizing the system. Thus, the new approach takes advantage of the simplicity, computational efficiency and higher convergence speed of the linear Kalman filter form and it overcomes many of the drawbacks typical of conventional extended Kalman filtering techniques. The high performance and effectiveness of this method is demonstrated through a computer simulation case study     

挤压孔边残余应力的测定与计算

 本文提供了一种确定冷挤压孔边残余应力的工程方法。采用无损检测的普通密栅云纹方法,分别测定芯棒挤入和挤出两个状态下的孔边应变值;基于这些实测的应变值,采用追踪加载路线的方法,推算出孔边的残余应力。     

KrF激光对高速飞片的驱动特性研究

利用诱导空间非相干技术平滑的KrF准分子（248nm）激光驱动带有烧蚀层的平面靶，研究激光空间均匀性对产生完整飞片的影响，结果表明激光不均匀性在2％以下，能够产生完整的高速飞片，且完整飞片能够维持20ns以上不破裂；当激光不均匀性达到5％，激光引入流体力学不稳定性种子应很强，冲击波在靶内输运过程中不稳定性不断发展增强，到靶背时强到足以使飞片解体甚至气化，不能产生完整的飞片。为了获得尽可能高的飞片速度，采用激光与烧蚀层参数不匹配方法，使冲击波对飞片作多次加速。利用功率密度为1012 W/cm2的KrF激光与含50μm Kapton烧蚀层的5μm铝飞片作用，得到速度约10km/s的高速飞片，与模拟结果吻合得很好。     

Control of spacecraft turns in scheduled time using rocket engines

We obtained an on-off control law for two spacecraft (SC) rocket engines creating the angular acceleration in the opposite directions considering that SC is controlled by the rocket engines with an exponential increase of thrust at starting and decrease at shutdown. This control law provides the change-over of SC from the initial angular position to the final one in the scheduled time. A special trajectory consisting of eight typical segments is proposed to identify the angular acceleration and delay of its formation in the rocket engines. Both problems are solved by the method of analytical construction of composite trajectories for the angular turn from the typical segments on which the differential equations of angular motion have analytical solutions. The results are applicable for the development of promising space interceptors and design of onboard control systems.     

旋转固体火箭发动机随质量变化的姿态运动分析

旋转固体火箭发动机是否稳定主要取决于其微小的侧向角速度是否被耗散或被放大。就发动机内部随燃烧而质量发生变化,且使飞行器整体质心前移的圆柱形装药结构进行姿态动力学分析,得到在几种典型装药形式下侧向角速度随时间的变化情况。结果指出,质量的减小对飞行角速度的变化是有影响的,由于误差等因素所引入的初始侧向角速度也会被逐渐耗散掉。此外,在某些装药形式及燃烧方式下,其侧向角速度在燃烧过程中会以指数规律增加,通过对计算结果的分析,提出了对发动机设计的稳定性要求。     

带环状裂纹圆棒的J积分评价方法

通过有限元解析方法分别研究了轴向或扭转载荷下带环状裂纹圆棒试样的J积分的评价方法。首先模拟计算得到了一系列带有不同深度环状裂纹的中碳钢圆棒试样的载荷-位移关系,然后分别利用单试样的简单评价法和多试样的能量评价法计算J积分值。结果发现,当圆棒试样的裂纹深度足够深或位移足够小时,两种评价方法计算的J积分值相当一致。