考虑有限距光学系统的成像质量与系统垂轴放大率相关, 本文提出了基于系统波像差检测的垂轴放大率测量方案。以给定的光学系统中像平面位置与物平面位置满足高斯公式和牛顿公式的原理为出发点, 通过系统波像差中离焦量的变化监控物点移动微小量后像点的移动距离。然后, 对牛顿公式或高斯公式微分导出轴向放大率, 最终求出系统垂轴放大率。建立了垂轴放大率测量模型, 给出物点的微小位移量和初始离焦量的选取标准, 并系统地分析了光学元件形位公差和像点定位精度对垂轴放大率测量结果的影响。搭建了基于点衍射干涉仪的微缩投影系统波像差检测平台, 测量了系统的垂轴放大率。 实验显示, 系统垂轴放大率的测量值与理论值的偏差优于0.24%, 验证了提出的垂轴放大率测量方法的可行性和理论分析的准确性。

分析与研究了柔性铰链的柔度特性, 用于柔性放大机构的优化设计。提出了一个通用的柔度比参数λ, 探讨了具有不同柔度比λ的柔性铰链主要输出位移形式的灵敏度, 分析了它对常用柔性铰链的柔度特性的影响规律。然后, 以柔性铰链的柔度比λ为基本参数, 在考虑柔性铰链转动中心偏移量的基础上, 推导了二级杠杆式柔性铰链放大机构放大率的理论计算方法, 并依据柔性铰链的柔度比特性提出了柔性放大机构的优化设计方法。开展了有限元仿真和实验研究。结果显示, 优化后的柔性放大机构的放大率比优化前的放大率分别提高了0.234和0.23。实验表明, 依据柔性铰链的柔度比λ对柔性放大机构进行优化设计能够有效地提高柔性放大机构的位移放大率与工作行程, 进而提高放大机构的末端运动及定位精度。

提出利用结构分析软件ANSYS和流体分析软件ANSYS CFX对无阀压电泵进行流固耦合仿真分析, 以研究无阀压电泵的输出性能。分别对进口在中间出口在一侧、出口在中间进口在一侧、进出口对称布置的3种不同结构形式的无阀压电泵进行了流固耦合仿真分析。结果显示, 上述3种无阀压电泵中, 出口在中间进口在一侧结构形式的无阀压电泵的宏观输出流量最大。制作了3种无阀压电泵的试验样机, 并搭建了相应的试验测试系统, 在幅值为45 V、频率为0~700 Hz 的正弦信号激励下对其输出流量进行了测试。结果表明, 3种不同结构形式的无阀压电泵的最大输出流量分别为3.8、6.0和4.0 ml/min, 出口在中间进口在一侧的压电泵输出流量最大, 与流固耦合仿真分析的结果相吻合, 验证了本文提出的流固耦合仿真分析的方法可以指导压电泵的设计。

为了在保持转动刚度变化不大的情况下, 使得LET (Lamina Emergent Torsion)柔性铰链能够适用于存在轴向载荷的场合, 即拥有较大的轴向刚度, 本文对LET的结构进行了适当改进, 设计了一种新型柔性铰链——抗拉LET柔性铰链。基于抗拉LEMs (Lamina Emergent Mechanisms)柔性铰链结构, 将整个抗拉LET柔性铰链等效为弹簧刚度模型, 并对该弹簧刚度模型进行理论建模, 得到封闭解。之后采用ANSYS软件, 建立其有限元模型, 分析其在转动载荷和轴向载荷两种不同场合下的形变, 并同之前的理论模型进行比较。结果表明, 采用弹簧刚度模型得到的等效刚度解与仿真分析结果较为一致, 抗拉LET柔性铰链的弯曲刚度仅是传统LET柔性铰链的1.12倍, 而拉伸刚度却是它的76.43倍。在弯曲刚度没有大幅变化情况下, 抗拉LET柔性铰链的抗拉刚度明显增大, 抗拉能力大大提高, 表明抗拉LET柔性铰链的结构设计符合预期要求。

设计了一款紧凑型刚性支撑式快速控制反射镜(FSM),以适应机载运动平台的高振动、大冲击和高低温等恶劣工作环境。考虑机载FSM的工作需求, 分别对FSM的支撑轴系、驱动元件和测角元件等进行设计与选择。针对刚性支撑轴系设计了轴系间隙调整机构, 提高了FSM系统的轴系精度, 进一步增大了FSM的承载能力; 针对机载FSM研制了专用小尺寸微位移测量传感器, 通过将4个传感器非轴线对称布置, 并利用二次差分的方式实现反射镜位置的实时监测, 进一步减小了FSM系统的体积, 提高了它的测量精度。最后, 对机载FSM的控制带宽和指向精度进行了实验检测。结果显示: 所设计的FSM系统控制带宽约为110 Hz, 方位指向误差不超过3.4″, 俯仰指向误差不超过3.8″, 表明所设计的FSM控制系统稳定、响应速度快、指向精度高, 满足机载运动平台的应用要求。

本文意在寻求双质量硅微机械陀螺仪正交校正最优方案。首先介绍了带有正交校正和检测力反馈梳齿的双质量硅微机械陀螺结构, 量化分析了正交误差对输出信号的影响并进行了仿真, 结果显示解调相角变化为±2°, 200(°)/s的正交误差等效输入角速率可引起15(°)/s的输出信号变化。然后, 对目前3种比较主流的硅微机械陀螺仪正交校正方法(电荷注入法(CIM)、正交力校正法(QFCM)和正交耦合刚度校正法(QCSCM))进行了实验研究, 从理论上证明了这3种方法的可行性。对未加入正交校正环节的陀螺进行了实验, 结果显示其左、右质量块输出的正交误差信号峰峰值分别为150 mV 和300 mV。针对两质量块正交误差不等的实际问题提出了质量块单独校正的方案。采用CIM、QFCM和QCSCM对校正前零偏及其稳定性分别为-4.589(°)/s和378(°)/h的陀螺进行了实验校正, 结果显示3种方法均可有效消除检测通道中正交信号, 3种方法的零偏及零偏稳定性结果分别为-8.361(°)/s和423(°)/h, 2.419(°)/s 和82(°)/h, 1.751(°)/s和25(°)/h, 证明了正交耦合刚度校正法为3种方法中的最优方案。

开展了基于相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)技术的二维温度场扫描测量研究。通过同步扫描测量点及信号接收端的方式, 实验测量了甲烷/空气预混火焰水平截面离散点的温度, 并插值重建了二维温度场; 用同步扫描法调节测量点与火焰的位置, 实现了在扫描过程中对火焰同一空间位置的温度测量, 排除了火焰空间分布不均匀性对扫描测温结果的附加影响。最后分析了提出的扫描CARS测量系统在实验设定状态下的扫描测温A类不确定度。结果显示: 在扫描测量同一空间位置的实验中, 测得该点平均温度为2 074 K; 测温A类不确定度优于21 K。本研究量化了扫描CARS温度测量系统的不确定度, 提高了扫描温度测量结果的可信度, 为后续稳态火焰温度分布高精度测量、计算机流体动力学(CFD)模拟验证及燃烧基本问题研究奠定了实验基础。

设计了一种电容位移传感器在线标定平台, 用于位移的高精度调节和检测。该平台的运动对称中心轴、测量光路的对称中心轴和传感器的传感轴共轴, 故从测量原理上减小了阿贝误差。标定平台具有z/tip/tilt调节功能, 保证了传感器的传感面和被测面板的被测面之间的装调对准。介绍了标定平台的组成和标定方法的原理, 采用对称平行四边形机构实现了微位移调节, 基于柔度矩阵法(CMM)分析了导向机构的输出柔度和行程。试验测得动平台行程为735.162 μm, 和有限元法(FEM)、CMM计算结果的误差分别为7.410%和4.633%, 满足行程误差要求。经过标定补偿后, 传感器的线性度由0.014 21%提高至0.006 231%。实验结果显示, 该线性度标定方法精度高, 标定后的传感器满足位移精密调节机构使用要求。

为满足30 m望远镜(TMT)三镜系统(M3S)对质量和刚度的要求, 研究了合理分配该系统各部分刚度的方法。针对M3S的第一阶谐振频率不小于15 Hz的要求, 本文基于M3S的结构组成对模型进行适当地简化, 然后使用前期设计数据建立了四质量点弹簧-质点模型。研究了三镜支撑系统支撑刚度的组成, 使用特征值反解的方法得到了简化模型在6个广义方向上的刚度矩阵。最后,给出了系统中所有弹簧代表的刚度, 并将这一简化模型和计算结果用来指导后期的结构设计和控制设计。使用运动学仿真软件Adams对分配结果进行了验证, 验证结果显示, M3S各部分刚度配比合理, 系统的基频能够达到15.1 Hz, 满足设计要求。采用本文的刚度分配方法, 可以有效地提高系统设计的效率与合理性。

为了实现锻造操作机升降运动与水平移动之间的解耦, 提出了一种从结构组成原理上实现解耦的锻造操作机机构, 并对该机构的运动机理和动力学性能进行了研究与实验验证。首先, 基于Hoekens四连杆机构介绍了完全解耦式锻造操作机的结构组成原理; 运用螺旋理论工具分析了完全解耦式操作机机构的自由度, 对其升降运动和水平移动之间的解耦机理进行了剖析。然后, 基于虚功原理建立了操作机机构动力学模型, 比较分析了该解耦式操作机机构和典型平行连杆式操作机机构在升降运动和锻造加工过程中的受力性能。最后, 研制了该新型解耦式操作机的比例实验模型, 采用激光跟踪仪测试了钳杆在升降过程中的水平位移变化量。实验结果表明: 在升降运动过程中, 钳杆在水平方向的位移变化量在1 mm之内, 基本上验证了该完全解耦式锻造操作机能够实现升降运动与水平移动之间的解耦。

分析了影响陀螺稳定平台隔离控制精度的主要因素, 包括被控系统模型中的未建模部分、状态的随机扰动以及输出信号的测量噪声等。研究了综合解决各方面影响因素的控制方案以进一步提高陀螺稳定平台隔离精度。针对上述影响因素, 设计一个两步控制策略。第一步, 利用自抗扰对系统中未建模部分进行观测及其前向补偿, 将自抗扰控制中的反馈控制设计为PID控制, 以实现抗平台扰动的调节控制; 第二步, 利用Kalman滤波器对系统中的状态扰动及测量噪声进行滤波消除。详细描述了提出的控制策略并对其性能进行了系统仿真实验及参数优化。结果表明, 该方案在幅值为3°、频率为1/6 Hz的载体扰动下能达到4.61%的隔离度, 与非线性摩擦力建模辨识及其前向补偿策略控制实际陀螺稳定平台达到的隔离度的最好值9.39%相比, 文中提出的控制隔离性能提高了50.9%, 具有更高的实用价值。

针对空间攻防中目标卫星周围由若干小卫星以编队形式绕飞的情况, 研究了拦截卫星的轨道规划问题。以配备电推进的连续推力拦截卫星为对象, 提出了基于遗传算法的拦截卫星攻击轨道寻优方法。以编队小卫星的动态防御模型作为环境模型, 根据进攻轨道安全性和节省燃料的要求建立综合适应度函数, 并对算法的编码方式、选择算子、交叉算子和变异算子进行了设计。基于MATLAB平台进行了仿真试验, 结果表明, 拦截卫星于650 s时击中目标卫星, 总开机时间为410 s。提出的算法能够寻找到最优攻击路径, 并且算法收敛性速度快, 稳定性高。与同类的研究方法相比, 该算法能够有效减少火箭开机时间, 进而减轻了卫星在轨道机动过程中姿态调整的任务负荷。

采用传统的单Bang-Bang控制的光电设备进行精定位时, 系统放大倍数为无穷大, 所以系统不易稳定。本文分析了单Bang-Bang控制的不足, 提出了一种变结构最优控制方法。该方法在粗跟踪时用Bang-Bang控制, 在进入小偏差范围内切换为线性控制。在线性控制时, 根据不同调节器的的不同特点, 提出了红外一阶捕获, 红外二阶跟踪的策略, 并同时给出了Bang-Bang控制和线性控制的切换准则, 红外一阶捕获和红外二阶跟踪的切换准则。实验显示, 采用提出的方法光电设备的90°双目标定位能力在2.3 s左右, 比传统方法缩短了近1 s, 快速性大大提高。另外, 利用激光测距机可以给出舷角相差90°的双目标三维信息数据率为0.45 Hz, 提高了双目标时系统的光电对抗能力。

为了解决凝视遥感云场景序列图像的亚像素抖动量求解问题, 提出了基于灰度线性建模的亚像素序列图像抖动量计算方法。首先, 利用三参数线性模型描述像素及邻域灰度, 提出了一种图像灰度的线性建模方法。其次, 以序列帧图像相对参考帧图像的抖动量作为线性模型中的优化变量, 以参考帧图像与序列帧图像之间的相似性为优化目标, 建立了亚像素抖动量解算的最小二乘优化方法, 并推导得到了解析计算公式。最后, 利用云场景序列图像进行了算法仿真验证。结果表明, 该方法抖动量的计算误差小于0.1 pixel。将该方法与传统基于特征点的配准算法进行了比较, 结果显示该方法具有较高的抖动量计算精度, 可应用于遥感图像几何定标、目标定位以及时序图像中目标多帧关联检测等。

由于现有评价与测试方法不能满足3～4 m地基光电探测系统在不同仰角下对光学系统波前检测的需求, 本文提出了基于子孔径斜率离散采样, 再重构全口径波面轮廓的波像差测试方法。采用光学模拟与数学分析协同仿真的方法, 研究了波面重构算法的不确定度以及扫描运动引起的子孔径倾斜误差、子孔径扫描位置误差、像点坐标测量误差与波前复原精度间的作用规律。仿真结果显示, 迭代算法的相对误差ΔPV为0.002 8λ(λ=632.8 nm), 模式算法的相对误差ΔPV为0.002 7λ。当子孔径倾斜误差小于0.2″, 波面重构误差ΔPV约为0.02λ。当子孔径采样位置精度优于0.2 mm, 其引入的波面重构误差小于0.04 nm(PV); 当子孔径像点坐标提取精度优于5 μm, 波面重构误差ΔPV约为0.03λ。研究结果表明, 当考虑波面重构过程中的实际测量误差时, 模式算法的误差容限较高, 收敛性更好。此外, 构建实际测试装置时, 需引入角度监测与算法误差补偿机制, 子孔径倾斜角度监测系统的测角精度需优于0.2″。

为了消除CMOS航空相机高速成像时存在的卷帘快门(RS)效应对成像质量的影响, 建立了在任意姿态角下计算CMOS相机RS效应的数学模型。通过分析CMOS成像原理, 利用坐标变换法求得像面上任意像素点的速度。在分析卷帘快门原理的基础上推导出了RS效应的解析式。利用蒙特卡洛统计方法分析模型精度, 对模型关键参数进行了仿真实验, 并讨论了帧间延迟和姿态角对RS效应的影响。实验结果显示: 在高度测量误差小于0.09 km, 速度测量误差小于0.3 km/h, 姿态角测量误差小于0.02°时, 该模型的精度在1/3个像元以内。得到的结果证明了本文模型的有效性。该模型可作为定量分析大面阵CMOS相机RS效应的理论依据, 对CMOS传感器在航空相机领域的应用有指导作用。

针对支持向量机应用于机载激光雷达(LiDAR)点云数据分类时存在的模型稀疏性弱、预测结果缺乏概率意义、训练时间长等缺点, 提出一种基于信息向量机的LiDAR点云数据分类算法。该算法采取假定密度滤波算法进行近似逼近, 将分类问题转化为回归问题; 以最大后验微分熵为依据, 选择LiDAR点云数据活动子集信息向量实现模型稀疏化; 最后, 通过边缘似然最大化进行核函数自适应获取, 选择一对余分类方法实现了点云数据多类分类。 利用Niagara地区和非洲某地区点云数据进行了对比实验。结果表明: 与支持向量机方法相比, 基于信息向量机分类方法的分类精度分别提高到94.20%和90.78%, 基向量数量分别减少到50个和90个, 训练时间分别降低到5.86 s和8.03 s。实验结果验证了基于信息向量机的点云数据分类算法具有训练速度快、模型稀疏性强、分类精度高等优点。

提出了基于纹理粗糙度的红外图像显著性检测算法, 以解决红外图像对比度低, 目标显著性检测难的问题。首先, 研究了Tamura的粗糙度原理, 对粗糙度进行分析和评价, 提出了新的粗糙度计算方法。然后, 将图像分解为超级像素集合, 并计算超级像素的最大平均强度差; 利用最大平均强度差定义超级像素的最佳尺度, 作为纹理粗糙度的度量。最后, 将超级像素区域均匀外延, 利用粗糙度的局部对比度和灰度信息度量红外图像的显著性。通过实验验证了本文算法的有效性, 结果表明: 在10%的噪声水平下, 本文粗糙度保持不变,粗糙度特征图一致性较好, 而Tamura的粗糙度特征图中杂点明显增多。与其它显著性检测算法对比, 本文算法击中率最高, 为0.752。该算法挖掘了红外图像的纹理粗糙度特征, 为红外图像显著性检测提供了新的特征选择。

针对传统跨媒体相关模型(CMRM)只考虑图像的视觉信息与标注词之间的相关性, 忽略标注词之间所具有的语义相关性的问题, 本文提出了一种新的基于图学习算法的CMRM图像语义标注方法。该方法首先根据运动领域图片训练集中的标注词, 建立运动领域本体来标注图像; 然后采用传统的CMRM标注算法对训练集图像进行第一次标注, 获得基于概率模型的图像标注结果; 最后, 根据本体概念相似度, 利用图学习方法对第一次标注结果进行修正, 在每幅图像的概率关系表中选择概率最大的N个关键词作为最终的标注结果, 完成第二次标注。实验结果表明, 本文提出的模型的查全率和查准率均高于传统的CMRM算法。

考虑Kayser-Fleischer( K-F)环自动检测系统可以用于威尔逊氏病(wilsons disease, WD)的辅助诊断, 本文针对现有的威尔逊氏病检测方法均没有考虑光照及角膜老年环的影响, 通过分析彩色图像中Kayser-Fleischer (K-F)环的分布特征, 设计了K-F环自动检测系统。该系统通过对图像进行预处理获得目标检测候选区域, 通过梯度响应最优算法精确检测K-F环的边界信息。 为了降低光照对算法有效性影响, 建立了光照检测模型来提高检测系统的鲁棒性。最后, 定义宽度特征算子排除正常图像的影响, 定义颜色特征算子排除角膜老年环的影响。实验分析显示, 在采集的2 234幅图像中, 本文提出的K-F环自动检测系统的识别率能够达到98.4%, 而且系统不受角膜老年环的影响。

提出了一种基于90° Mie散射的高速图像采集微球测速方法, 用于准确评估流式细胞仪流动室内的层流状态及单细胞流的稳定性。利用流动室内微球速度的稳定性对流动室内单细胞流的稳定性进行了评估。首先, 利用高速显微成像系统采集90° Mie散射光的图像, 选取90°侧向散射光以避免激发光源直射光的干扰, 同时去除背景光源并提高图像对比度; 然后, 利用基于梯形白化权函数的灰色聚类分析方法对微球拖尾图像进行分类, 实现对不足、正常、衍射和重叠4种情况的准确分类; 最后, 利用中点法确定正常图像上升沿及下降沿的边界, 提高拖尾长度计算的准确性。搭建了高速微球测速实验系统, 对本文方法进行验证。结果表明, 该方法能够获得清晰的微球拖尾图像并对微球拖尾图像进行准确分类。对本文实验系统测得的微球拖尾长度平均值为116.9个像素点, 标准差为1.7。

针对板上芯片(COB)集成封装发光二极管(LED)补粉排测设备对光色参数检测的需求, 研制了一套基于光纤光谱仪的LED快速光色检测系统。该系统包括光色参数检测模块、LED测试机械结构及显示模块等3个部分。光色参数检测模块主要由自制光谱仪构成, 用于对测量获得的光谱数据进行计算, 进而得出LED的光色参数。LED测试机械结构由积分球和可加装不同COB封装LED的夹具测试平台构成。基于该系统架构, 可快速测量LED的光通量、色坐标及色温等参数。利用该设备进行了COB封装LED的快速扫描并测量了它的光色参数, 期间操作者可根据实际测量结果进行相应的补粉。结果表明: 在测试10颗LED时, 单次测量时间少于3 s; LED色坐标准确度优于±0.003, 色坐标重复性小于0.000 5, 色温测试精度为0.6%@5700K, 色温重复性误差小于0.000 8。测试结果满足了当前大功率COB封装LED测试系统对速度、准确性和重复性的要求。

针对薄膜滤光片倾斜入射时产生的偏振光中心波长分离现象和偏振相关损耗, 本文利用等效层理论设计了倾斜入射下中心波长消偏振的100 GHz信道间隔滤光片膜系结构, 实现了薄膜滤光片的角度和波长调谐。首先通过相位关系分析, 计算了滤光片间隔层的消偏振等效折射率, 实现了不同偏振光中心波长的对准。然后, 根据等效层理论, 设计三层对称膜层结构实现了对间隔层中心波长消偏振等效折射率的替换。与原有的五层规整低偏振薄膜滤光片相比, 本文提出的膜系结构更为简单, 对消偏振等效折射率的替换更为精确。仿真和实验结果表明: 该膜系结构的薄膜滤光片能实现0~20°倾斜入射的偏振光中心波长对准, 偏振光波长偏离度小于0.03 nm, 波长调谐范围能达到35 nm。

为了实现中国科学院国家授时中心研制的锶原子光晶格钟钟跃迁的自动化探测, 设计了完整的自动控制系统。该系统主要由延迟精度与同步精度在μs 量级的时序控制系统和满足要求的激光频率扫描系统组成。两个控制系统均通过LabVIEW软件编程及虚拟仪器控制光场和磁场。完成了锶原子的两级冷却和光晶格囚禁, 最终得到了高信噪比载波线宽为180 Hz的锶原子1S0-3P0钟跃迁谱线。谱线展现了高信噪比和窄线宽的特点, 表明整个锶原子光钟系统的运行较为稳健, 整个控制系统满足实验对于控制精度的需求, 实现了锶原子光钟系统的自动化操作与控制。该控制系统具有一定普适性, 也可拓展至需要对光场及磁场进行控制的其他系统中。

研究了在-60～50 ℃条件下准确测量材料法向发射率的方法。基于发射率定义建立了材料法向发射率测量模型。为屏蔽环境杂散辐射与大气吸收的影响, 利用真空液氮背景通道搭建了低温状态下材料发射率测量装置。测量了氧化铜与高发射率陶瓷两种样品的法向发射率随温度、波长的变化情况。结果表明: 两种样品的法向光谱发射率均随波长增加而降低; 随温度的升高, 氧化铜样品法向积分发射率稳定为0.850±0.012, 陶瓷样品的法向积分发射率降低了0.124。最后, 实现了低温状态下红外光谱辐射的高精度采集, 对低温状态下材料法向光谱发射率测量结果的不确定度进行了评定, 得到的结果显示其相对扩展不确定度小于6.0%。

介绍了风云3号(FY-3, C星)太阳辐射监测仪采用的自主设计的精指向自解锁星载太阳指向器。该指向器是一个绕双轴旋转的指向平台, 其由驱动单元、执行机构、编码器、太阳敏感器等实现主动例行工作与被动冗余相结合的在轨太阳指向策略。为避免运输、发射等过程的冲击振动对其性能及寿命影响, 指向器具有自由度锁止及释放功能, 可以实现发射前的自由度锁止及入轨后的自由度释放。文中给出了指向器的结构组成、指向精度设计过程以及寿命实验结果。FY-3(C星)于2013年10月成功发射, 太阳辐射监测仪的太阳指向器入轨后成功解锁, 目前为止已经在轨连续运行17个月, 在轨指向精度为±0.05°, 其承载的太阳辐射监测仪获取了大量高精度有价值的太阳辐射数据。该精指向自解锁星载太阳指向器可为未来风云系列及其它卫星载荷指向机构设计提供应用基础。

为了实现无遮拦、宽谱段、动态的局部高分辨成像, 设计了一种局部高分辨率的离轴主动反射变焦系统。该系统将离轴主动反射式变焦理论和局部动态高分辨率成像理论相结合, 实现了宽谱段范围内不同焦距处的动态局部高分辨成像。采用曲率半径可变的变形镜实现变焦, 避免了传统机械变焦中复杂的机械运动控制, 减轻了系统体积和重量并有效地保证了系统的宽谱段和大视场; 通过对变形镜面形的控制, 在不同焦距处实现了全视场内任意感兴趣区域的局部高分辨成像, 降低了数据传输量; 而采用无色差的反射式系统则克服了传统透射式及折反射式系统只能实现单色局部高分辨成像的缺点。经过优化设计,系统在可见光范围内成像, 焦距f′为75 mm(视场角FOV为x: 0°~0.5°, y: 3°~10°)~150 mm(FOV为x: 0°~0.5°, y: 1.7°~5°), F/#为7~14。理论和仿真分析表明, 系统在各焦距处感兴趣区域内的成像质量均可达到衍射极限, 实现了全视场内任意区域动态局部高分辨的成像效果。

基于数字化微喷射技术搭建了射频识别(RFID)标签天线的按需微喷射制备系统。首先, 将纳米银导电墨水按需微喷射到镀有疏水化薄膜的聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)基底表面形成天线图形; 然后在恒温干燥箱内烧结, 形成RFID标签天线。实验研究了微喷射系统参量对液滴产生的影响以及制备参数对纳米银导线成线的影响, 制得了最小线宽为100 μm、厚度为2.8 μm、电阻率为5.2 μΩ·cm且阻值具有较好线性度的导线。设计、仿真和制备了弯折偶极子天线, 并对其性能参数进行了测试, 结果显示其天线谐振频率、带宽和谐振点S11参数等与仿真结果具有较好的一致性。实验结果表明, 按需微喷射导电银墨水制备RFID标签天线的方法具有系统结构简单、成本较低、液滴微喷射精确、便于制备任意天线图形等特点; 制备的弯折偶极子天线尺寸可控、导电性高、阻值均一性好, 并具有较好的天线性能。

为了提高大口径石英玻璃光学元件的加工效率, 提出了热辅助塑性域超精密磨削石英玻璃的新方法。分析了石英玻璃的热辅助塑性域磨削机理, 通过理论推导得出磨削深度对磨削区表面最高温升的影响规律。采用陶瓷结合剂立方氮化硼(CBN)砂轮对石英玻璃进行干磨削, 利用磨削热改善磨削区石英玻璃的力学性能, 实现了石英玻璃的高效塑性域磨削。通过磨削实验研究了不同磨削深度对石英玻璃表面粗糙度(Ra)和亚表面损伤深度的影响。实验结果表明, 随着磨削深度的增加, Ra和亚表面损伤深度反而降低。当磨削深度为5 μm, 大于粗磨表面的裂纹深度时, 获得了Ra值为0.07 μm的光滑无裂纹的塑性域磨削表面。通过扫描电镜观察研究了砂轮的磨损机理, 结果显示陶瓷结合剂CBN砂轮塑性域干磨削石英玻璃时, 砂轮以磨耗磨损为主, 该结果为研究新型的陶瓷结合剂CBN砂轮提供了依据。

结合激光刻蚀手段与数控加工技术, 提出了一种基于数控激光铣削的工程塑料表面金属覆层定域精细去除方法。考虑不同位置的零件对加工质量的要求不同, 通过激光烧蚀实验结果得到了保证图形边缘质量的精密切边加工工艺并确定了相应的工艺参数。开发了基于实际进给速度自适应调整激光能量的覆层金属定厚度高效去除技术, 完成了图形内部余量的去除, 解决了机床实际进给速度受动态性能限制无法达到预设值而导致的目标材料过烧蚀问题。最后, 以典型零件复合式三维信号发送/接收器为例, 通过对工件图形分区域变参数加工验证了所提出的方法的可行性。实验结果表明: 采用基于数控激光铣削的金属覆层定域精细去除技术能够完成典型样件的精密加工, 加工的三维金属图形衔接精准, 边缘光顺整齐, 热影响区范围小, 能够满足该类零件高质高效的制造要求。