1 哈尔滨工业大学 机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨5000
2 天地科技股份有限公司，北京10000
3 中国科学院光电技术研究所，四川成都610207
空间光学相机是高精度系统，其主镜由重复伸展机构支撑到位并实现系统成像。为了提高空间光学相机可重复展收机构的精度，基于Miura折纸原理提出薄膜防护罩折叠方法并进行了参数分析。采用NX/SST仿真软件分析了伸展机构有无防护罩包覆的温度场，研究了主镜安装面在不同温度梯度下的变形规律，利用伸展机构防护罩样机进行了伸展机构可重复展收实验。结果表明本文设计的可重复折展薄膜防护罩的展开角θA=120°时，结构已完成接近85%的展开，此时模型形状依然规整，验证了防护罩的随动重复展收功能。通过热分析发现，有防护罩时伸展机构最高温度为12 ℃，最低温度为3.5 ℃，与无防护罩相比，最高温度降低了22 ℃，最低温度提高了51.5 ℃，防护罩有效降低了伸展机构的温度梯度。实验结果表明，伸展机构在进行了10次重复展开试验后，在X方向重复精度平均值的绝对值为0.002 16 mm，Y方向为0.005 96 mm，Z方向为0.003 48 mm。本文设计的伸展机构具有较高的重复展收精度，基于折纸原理设计的薄膜防护罩具有良好的可重复展收、遮光和热控效果，可以有效保证光学相机在空间环境的应用。
空间相机 薄膜防护罩 Miura折纸 不均匀温度场 热变形 space camera membrane protective cover Miura origami non-uniform temperature field thermal deformation 光学 精密工程
2021, 29(12): 2877
1 昆明理工大学 机电工程学院, 云南 昆明 650500
2 云南北方驰宏光电有限公司, 云南 昆明 650217
为降低外界环境温度和内部发热元件形成的非均匀温度场对红外热成像仪的成像性能影 响。通过Proe和Ansys ICEPARK建立红外热成像仪的有限元模型, 在红外镜头表面进行黑色阳极氧化、喷砂处理增强辐射换热, 以及安装风扇增强对流换热保证高温环境时的散热, 低温环境时采用热电阻进行温升设计, 并仿真分析红外热成像仪在不同温度环境下整机内部温度分布和红外镜头温度分布情况, 并利用在高低温箱的红外热成像仪来观察平行光管中的靶标图的成像质量, 验证温控设计的高效性。结果表明: 所采用温度控制电路板对风扇与热电阻能进行温度控制, 当环境温度下降至0 ℃和升高至30 ℃时, 启动温控系统使红外热成像仪光学系统温度正常, 保证红外热成像仪的成像质量。
温控设计 红外热成像仪 非均匀温度场 temperature control design infrared thermal imager non-uniform temperature field 红外与激光工程
2019, 48(6): 0604002
华东交通大学机电工程学院, 江西 南昌 330013
采用元胞自动机法和有限元法, 将宏观温度场与微观晶粒生长相耦合, 建立了激光熔注316L复合涂层晶粒生长模型, 研究了非均匀温度场条件下复合涂层的晶粒生长, 及增强相颗粒体积分数和颗粒尺寸对晶粒生长的影响。结果表明: 激光熔注复合涂层晶粒大小分布随熔池深度方向变化而变化, 熔池表面呈细小的等轴晶, 熔池底部晶粒粗大; 增强相颗粒体积分数含量越高, 晶粒生长越慢, 晶粒尺寸越小; 增强相颗粒尺寸越小,晶粒生长的越慢, 晶粒尺寸越小, 组织越均匀。
元胞自动机 非均匀温度场 激光熔注 晶粒生长 cellular automata non-uniform temperature field laser melt injection grain growth
1 北京信息科技大学光电信息与仪器北京市工程研究中心, 北京 100016
2 光电测试技术北京市重点实验室, 北京 100101
3 生物医学检测技术及仪器北京实验室, 北京 100101
采用电极脉冲电弧放电激励紫外曝光刻写的光纤布拉格光栅（FBG），重点研究了电极在栅区不同位置放电对光纤光栅光谱特性的影响。实验发现，在电极放电激励时，光栅反射率下降，光谱展宽并红移，放电引起的光谱变化具有可逆性。采用传输矩阵方法，在理论上分析了光纤光栅在电极放电产生的非均匀温度场下的光谱特性，与实验结果吻合。特别地，当电极在栅区中心位置放电时，光栅反射率下降幅度达到最大，反射谱峰值比无电极放电时小12 dB，表现出开关量特性。
光栅 光纤布拉格光栅 非均匀温度场 电极放电 开关量传感器 局部放电检测
1 哈尔滨工业大学(威海) 土木工程系, 山东, 威海 264209
2 哈尔滨工业大学 土木工程学院, 黑龙江, 哈尔滨 150090
3 中国建筑股份有限公司 技术中心, 北京, 101300
在最不利气候条件下(7月15日)研究了上海65 m射电望远镜的非均匀温度场及其效应, 以掌握其主反射面面型精度在不同风速下受非均匀温度场的影响规律。研究了考虑构件尺寸效应的空气对流、天空辐射以及地面辐射等温度场关键影响因素的计算方法, 并建立了温度场分析的有限元模型; 对3种典型风速下的非均匀温度场进行分析, 并将所得到的非均匀温度场施加到主反射面上, 研究了不同风速下反射面精度受非均匀温度场的影响规律, 即各节点实际坐标拟合抛物面误差均方根(RMS)随时间的变化规律。结果表明: 在年平均风速3.2 m/s条件下, 射电望远镜结构的RMS最大值为0.44 mm。当风速由1.0 m/s增大到10.0 m/s时, RMS最大值由0.56 mm减小到0.35 mm, 且风速越大非均匀温度场对反射面精度的影响越小。该研究成果可为此类望远镜结构的温度场监测、传感器布设、以及热变形控制措施的选取提供参考信息。
射电望远镜 非均匀温度场 型面精度 时程分析 radio telescope non-uniform temperature field surface precision transient analysis
1 山东大学控制科学与工程学院， 山东 济南 250061
2 山东大学信息科学与工程学院， 山东 济南 250100
3 德州学院物理系， 山东 德州 253023
采用聚焦的红外飞秒激光对紫外激光刻写的Ⅰ型光纤布拉格光栅(FBG)分别进行了单点和扫描式曝光实验，重点研究了飞秒激光脉冲能量远低于光纤的损伤阈值情况下，脉冲激光对光栅光谱的影响。实验发现，激光单点照射栅区任意位置时，照射过程中的光谱有较大红移，且光谱结构不再是单透射峰而是不规则的多透射峰；然而照射结束后的布拉格波长蓝移且光栅透射率增加，随着曝光时间的增加该变化逐渐趋于饱和。通过建立非均匀温度场扩散模型，激光诱导的折射率变化会叠加在原光栅的折射率调制分布上，理论仿真了不同曝光时间后和曝光过程中的光谱变化，与实验结果非常吻合。
超快光学 飞秒激光 非均匀温度场 折射率调制 光纤光栅
