1 山东大学 前沿交叉科学青岛研究院，山东青岛266200
2 山东大学 空间科学研究院，山东威海6409
由于制造和装配误差，反作用飞轮产生的谐波干扰是导致光学遥感卫星微振动现象出现的主要因素，微振动现象严重阻碍了光学遥感卫星向更高分辨率方向发展。为了在设计时更有效地抑制光学遥感卫星微振动现象，需要较好地把握反作用飞轮微振动相关参数。本文提出了一种反作用飞轮连续转速状态下的参数辨识方法，即在时频域内获取飞轮扰振变化特性。首先利用时频分析获取非稳定干扰力信号的时频分布；然后利用加扇形窗的线性最小二乘估计方法辨识反作用飞轮的倍频特征；其后建立与飞轮转速相关的参数化模型，并利用加权非线性最小二乘估计方法辨识出参数化模型的待估参数，其后将模型参数转化为模态参数；再结合模态参数和倍频参数，获取飞轮干扰力或力矩的转速-频率峰值点。最后通过一组反作用飞轮测试试验验证本文所提出的方法，试验结果显示，连续转速状态下的辨识结果更接近反作用飞轮真实工作状态，该方法准确掌握了飞轮干扰力和力矩变化趋势，相对于传统固定转速状态下的测试结果平均误差小于1%，结果具有良好的精度。
反作用飞轮 参数辨识 微振动 时频分析 reaction wheel assembly parameter identification micro-vibration time-frequency analysis
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 长光卫星技术有限公司, 长春 130102
为了提高飞轮与整星耦合特性影响成像像移理论预估的精度，提出了一种星上飞轮安装刚度和阻尼参数的数值补偿算法.首先，建立补偿算法数学模型，基于飞轮径向摇摆模态以及线性整星微振动传递函数模型，通过联合飞轮在专用测量平台上的扰振实测数据以及星上安装后所致成像像移实测数据构建优化函数，实现对星上飞轮安装刚度以及阻尼参数的补偿.其次，采用该算法对某型号卫星上的飞轮安装刚度以及阻尼进行了补偿和估计，最后对参数补偿前后的飞轮扰振所致像移分别进行理论预估与对比.对比结果表明：参数补偿后的预估像移数据较补偿前预估像移数据更接近实测像移数据且径向摇摆模态固有频率曲线更加明显，证明此参数补偿算法可行.本研究显著降低了整星微振动分析过程中飞轮在星上安装刚度与测试平台安装刚度不一致所带来的分析误差，为飞轮与整星耦合特性安装等效参数求解提供了一种思路.
飞轮 微振动 补偿算法 安装刚度和阻尼 像移 Flywheel Micro-vibration Compensation algorithm Stiffness and damping of installation Image motion
河北大学 物理科学与技术学院, 河北省光电信息材料重点实验室, 河北 保定 071002
在室温、10Pa氩气环境氛围中, 引入垂直于烧蚀羽辉轴线的外加直流电场, 采用脉冲激光烧蚀技术制备了一系列纳米硅晶薄膜, 衬底分布于以烧蚀点为圆心的弧形支架上.扫描电子显微镜、喇曼散射谱和X射线衍射谱检测结果表明：晶粒平均尺寸随着电压的增加逐渐变大, 且靠近接地极板处的晶粒尺寸比与之对称角度处的略大;薄膜中晶粒面密度随着电压的增加先减小后增大而后再减小.
纳米晶粒 成核生长动力学 脉冲激光烧蚀 外加电场 Nano-crystal grain Dynamics of nucleation and growth Pulsed laser ablation Extra electric field 光子学报
2014, 43(12): 1214004
河北大学 物理科学与技术学院， 河北省光电信息材料重点实验室， 河北 保定 071002
在室温和10 Pa氩气环境中，引入平行于靶面方向的直流电场，通过改变脉冲激光能量密度烧蚀单晶硅靶，在与羽辉轴线呈不同角度的衬底上沉积纳米硅晶薄膜。利用扫描电子显微镜和拉曼散射谱对沉积样品进行分析，结果表明：随着激光能量密度的增加，位于相同角度衬底上的晶粒尺寸和面密度逐渐变大；在同一激光能量密度下，零度角处衬底上的晶粒尺寸和面密度最大，且靠近接地极板处的值比与之对称角度处略大。通过朗缪尔探针对不同能量密度下烧蚀羽辉中硅离子密度变化的诊断、结合成核区内晶粒成核生长动力学过程，对晶粒分布特性进行了分析。
脉冲激光烧蚀 电场 朗缪尔探针 成核区 pulsed laser ablation electric field Langmuir probe nucleation region
河北大学 物理科学与技术学院, 河北省光电信息材料重点实验室, 河北 保定 071002
在10 Pa的Ar环境气体中，采用脉冲激光烧蚀技术，分别在半径为2.0，2.5，3.0，3.5和4.0 cm的半圆环不同角度处的衬底上制备了一系列含有纳米晶粒的Si晶薄膜。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和拉曼光谱仪对其表面形貌和微观结构进行分析表征。结果表明，纳米Si晶粒的平均尺寸和烧蚀粒子的阻尼系数均相对于羽辉轴向呈对称分布，并随着与羽辉轴向夹角的增大而减小；同时，随着衬底半径的增加，晶粒平均尺寸和阻尼系数均逐渐减小。
脉冲激光烧蚀 平均尺寸 烧蚀粒子 阻尼系数 空间分布 pulsed laser ablation average size ablated particles damping coefficient spatial distribution
1 中国科学院成都光电所，成都 610209
2 苏州大学现代光学技术研究所，苏州 215006
3 烟台大学光电信息学院，烟台 264001
4 中国科学院研究生院，北京 100039
基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘，能够在PZT驱动器的作用下改变面形，用于中小口径非球面镜加工。为优化设计基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘，利用有限元分析方法，计算各驱动器的影响函数，计算非球面能动抛光盘的输出面形，与理论面形比较得到剩余残差。以优化设计驱动器排布方式和极头直径为例，当非球面能动抛光盘中心到非球面工件中心的距离L为120mm，分别计算比较，极头直径为Φ10mm时，19单元PZT圆形排布与21单元PZT方形排布的剩余残差；以及19单元PZT圆形排布时，极头直径为Φ10mm与Φ14mm的剩余残差。结果表明，非球面能动抛光盘产生变形后的剩余残差RMS相应分别为0.303μm、0.367μm、0.328μm。因此，基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘确定选用19单元PZT圆形排布且极头直径Φ10mm。
非球面镜 非球面能动抛光盘 优化设计 压电陶瓷驱动器 aspheric mirror deformable aspheric polishing lap optimization design PZT
1 中国科学院 成都光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院 研究生院, 北京 100039
3 烟台大学 光电信息学院，山东 烟台 264001
4 苏州大学 现代光学技术研究所, 江苏 苏州 215006
基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘，能够在PZT驱动器的作用下改变面形，用于中小口径非球面镜加工。研制了一个口径100 mm、含19个PZT驱动器的非球面能动抛光盘，用于口径为350 mm、k＝－1.112 155、顶点半径为840 mm的双曲面镜的加工实验。为研究PZT压电陶瓷驱动器迟滞效应对非球面能动抛光盘输出面形的影响，实测各PZT压电陶瓷驱动器的电压位移特性曲线，用基于径向基函数的神经网络算法建立了各PZT压电陶瓷驱动器位移输出特性的数学模型并实施补偿，实测了各PZT压电陶瓷驱动器迟滞补偿前后的位移输出值。最后，利用有限元分析方法，得到了迟滞补偿前后非球面能动抛光盘的输出面形RMS以及剩余残差RMS分别为1.910 μm和0.342 μm。通过补偿各PZT压电陶瓷驱动器的迟滞效应，非球面能动抛光盘输出面形精度得到了提高，剩余残差RMS减少了82%。
非球面镜 非球面能动抛光盘 迟滞效应 径向基神经网络 aspheric mirror deformable aspheric polishing lap hysteresis effect Radial Basis Function(RBF) neural network
1 中国科学院 成都光电所,四川 成都 610209
2 中国科学院 研究生院,北京 100039
3 烟台大学 光电信息学院,山东 烟台 264001
4 苏州大学 现代光学技术研究所,江苏 苏州 215006
研制了一个口径为100 mm、含19个PZT驱动器的非球面能动抛光磨盘,用于加工口径为350 mm、k=-1.112 155、顶点半径为840 mm的双曲面镜。为研究定位误差对非球面能动抛光磨盘输出面形精度的影响,对磨盘上任意点所需变形量δ以及由定位误差引入的变形量误差△δ进行了理论公式推导,并利用有限元分析方法计算得到了当非球面能动抛光磨盘中心到非球面工件中心的距离L为120 mm且δL分别为0,-1.0,-0.5,0.5,1 mm时,非球面能动抛光磨盘输出面形与理论面形比较剩余残差RMS相应分别为0.329,0.454,0.366,0.367,0.461μm,定位误差导致剩余残差RMS分别相应增加0,38%,10.9%,11.2%,40%。因此,定位误差应该控制在±0.5 mm以内。
非球面镜 非球面能动抛光磨盘 定位误差分析 PZT驱动器 aspherical mirror deformable aspheric polishing lap location error analysis PZT actuator
