激光诱导击穿光谱(LIBS)技术具有非接触测量、无需样品预处理以及快速多元素同时分析等特点, 适合于高温、高压、真空、有毒以及敌对环境等仪器和操作人员无法靠近观测对象的应用中。LIBS技术结合望远镜系统可以实现物质成分的远距离检测与分析。搭建了一套可自动聚焦的LIBS远程测量系统。该系统中的望远镜采用Schwarzschild结构, 由一块凹球面反射镜和一块凸球面反射镜组成。两块球面反射镜共轴安装。其中凸面反射镜安装在电控精密平移台上, 电动平移台可带动凸面反射镜沿光轴移动。通过调整凸面反射镜的位置, 改变凸面反射镜和凹面反射镜的间距, 进而改变系统的焦距, 实现对不同距离的样品进行光谱测量。该结构的优点在于: 激光聚焦光路与信号光采集光路相同, 便于安装和调试;望远镜系统采用全反射式光路, 适用于紫外波段检测;只包括两个球面反射镜, 结构紧凑, 元件容易加工。望远镜系统调焦距离为1.5～3.6 m, 聚焦光斑直径约为0.5~1.0 mm。使用该系统对铜样品进行了LIBS实验, 确认了Cu元素的特征谱线。通过测量Cu元素的LIBS特征谱线(Cu Ⅰ 223.01 nm, Cu Ⅰ 224.43 nm)峰面积和反射镜间距之间关系, 得到了激光的最优聚焦位置。实验结果表明, 该系统能够完成样品的远程激发和LIBS光谱测量, 并能够对不同距离的样品进行自动聚焦。

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种动态光谱。 时间分辨LIBS光谱测量是研究激光诱导等离子体演化和谱线自吸收的重要技术。 结合激光诱导击穿光谱测量的时序特性, 提出一种利用常规性能光谱探测设备获得微秒级时间分辨LIBS光谱的测量方法。 通过控制毫秒级光谱探测设备的积分延迟时间, 获得不同延时下的LIBS光谱信号, 对所得光谱进行处理得到相应特征谱线拟合强度, 将所测的特征谱线强度按照一定的时间间隔进行差分, 得到差值即为差分间隔时间内特征谱线的积分强度。 采用差分时间间隔应大于系统最差时序精度, 同时优选无重叠干扰和背底连续的谱线信号进行分析。 以等离子体产生后持续时间为横坐标, 计算所得谱线差值强度为纵坐标, 即可获得特征谱线的强度演化曲线。 通过实验验证, 使用积分时间为毫秒量级光谱仪和时序精度为0.021微秒控制系统, 该方法可以实现微秒量级时间分辨LIBS光谱测量, 可用于表征LIBS光谱特征谱线演化过程, 降低了LIBS光谱时间分辨测量系统成本。

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是应用于冶金在线分析最具前景的技术之一。 为了研究真空和高温条件下LIBS光谱特性和物质成分定量分析方法, 设计并搭建了可实现真空环境高温熔融金属LIBS光谱测量的实验系统。 系统以调Q Nd:YAG脉冲激光器为光源, 采用不同焦距透镜实现激光聚焦和信号光采集, 并利用光谱仪进行光谱检测, 真空获取和高温加热通过真空泵和中频感应电炉实现, 感应加热线圈通过陶瓷封接引线法兰与真空系统进行整合。 经过安装测试, 搭建系统在未加热情况下真空度可达1×10－4Pa, 加热温度可达到1 600 ℃, 可实现真空环境下铁、 铝等金属加热或熔融, 并获得相应环境下的LIBS测量光谱。 利用该系统进行真空和熔融条件下标准钢样品的LIBS实验, 得到了固态钢样品LIBS光谱在不同真空度下的光谱对比, 以及真空环境熔融态和固态钢样品光谱对比。 通过对测得的LIBS光谱进行数据处理和理论分析, 所得初步实验结果与现有研究结论相符合, 表明该系统工作状况良好, 可满足真空环境下的熔融金属成分分析研究的基本需求。

针对采用五轴联动数控机床的线性插补功能进行数控加工存在的不足，提出了一种B样条插补控制策略用于五轴联动数控机床以实现复杂曲面零部件的高速高精数控加工。参考开放式、模块化体系结构控制器(OMAC)标准，开发了具有B样条插补功能的五轴联动数控机床运动控制器。该控制器将控制任务按照实时性要求进行划分。人机交互、代码解析及参数映射关系构造等过程离线完成，插补运算、离散逻辑控制及逆运动学变换等过程由实时线程执行，保证了数控系统的硬实时性。为简化NC程序的编制过程，控制器设计为接收工件坐标系下的加工信息。通过开发适应各种形式数控机床的逆运动学变换模块，并将机床参数设计为可用户定制，使得控制器具有良好的通用性。在控制器内部建立NC程序文件中位置曲线和方位曲线间的参数映射关系，使得机床平动轴与转动轴间的运动规划符合实际加工要求，并可保证加工精度。实际加工实验中，在采用B样条插补算法的NC程序量降低为线性插补NC程序量15%倍时，其插补误差为线性插补误差的45%，控制器插补精度为0.68，表明该B样条插补控制器可以满足五坐标数控加工的要求。

建立了高精度卫星姿态模拟系统用于光通信地面仿真试验,针对卫星轨迹特点，设计了一种改进的自抗扰控制算法。介绍了自抗扰控制技术的特点和控制原理，提出改进的伺服算法，为自抗扰算法引入了选择性积分项。针对系统±10″动态误差要求，设计了多阈值非线性函数，并添加状态判断模块实时更改非线性函数参数。同时，给出了算法主要参数的整定原则。然后，基于控制器开放伺服功能，给出了自抗扰控制的实现方法和计算流程。实验结果表明：系统具有良好的连续加减速能力，跟踪斜坡信号的动态误差为±6″；经对比，在跟踪卫星姿态轨迹时，自抗扰控制的抗干扰能力优于PID控制，跟随误差达到±7″，满足高精度姿态仿真要求。