1 长春电子科技学院，吉林 长春 130012
2 中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130062
根据CCTV（closed circuit television）镜头的使用需求，以“非相似”成像原理为基础，设计了一款双波段CCTV鱼眼镜头。系统工作波段480 nm～850 nm，可见光和近红外光双波段成像，可实现昼夜监控。镜头F数1.8、视场角1800、焦距1 mm、光学总长7.76 mm，具有大相对孔径、大视场角、小型化等特征。采用7组9片式反远距结构，无特殊玻璃、无非球面，大大降低了系统复杂化程度和加工制造成本。利用光学设计软件Zemax对其进行光学系统设计，选取1/3英寸CCD作为探测器，在奈奎斯特频率120 lp/mm时，其各个视场的子午调制传递函数曲线和弧矢调制传递函数曲线值均达到0.5以上，接近衍射极限，成像质量很好。全视场场曲均小于1 mm，相对畸变小于25%，相对照度在95%左右，满足CCTV镜头的使用要求，可广泛用于监控侦察等领域。
光学设计 CCTV镜头 双波段 大视场 大相对孔径 optical design CCTV lens dual band large field of view large relative aperture 
1 广东电网有限责任公司电力科学研究院, 广东 广州 510080
3 河南省日立信股份有限公司, 河南 郑州 450001
六氟化硫气体在电力领域的广泛应用带来日益严峻的环保压力, 寻求可替代的新型环保绝缘气体已成为化学及电气学科领域研究的热点。 反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯[HFO-1336mzz(E)]气体因其优良的环保特性及高介电强度受到国内外的广泛关注。 开展光谱吸收特性及检测技术的研究对深化电气性能的研究意义重大。 采用自组装压强、 温度可调控多次反射长光程池, 组合傅里叶变换红外分光光度计(FTIR)及真空泵等搭建实验测试系统, 通过FTIR实验及仿真模拟首先研究了HFO-1336mzz(E)气体在常温常压、 1 100~1 350 cm-1波段的红外吸收特性; 并对测试背景中可能存在的CO2和H2O进行谱线交叉干扰分析; 重点研究了压强、 温度对HFO-1336mzz(E)气体在1 100~1 350 cm-1波段红外光谱吸收特性的影响; 同时基于非分散红外(NDIR)技术对HFO-1336mzz(E)气体低浓度泄漏及高浓度混合比传感器进行了仿真测试。 结果表明: HFO-1336mzz(E)的三个强吸收峰的中心波数分别为1 152, 1 267及1 333 cm-1, 模拟仿真红外光谱与气体实测结果吻合较好; 1 333 cm-1处干燥空气背景中CO2吸收强度数量级低至10-6, 在150 nm滤波带宽内水分子峰面积积分影响因子约为1.44×10-3, 谱线交叉干扰均可忽略不计, 而痕量泄漏检测时需要湿度补偿; 选择HFO-1336mzz(E)气体在1 333及1 267 cm-1位置分别作为NDIR技术实现低浓度泄漏及高浓度混合比检测的吸收谱线切实可行; 光谱吸收系数及谱线展宽随着压强升高而增大, 1 333及1 267 cm-1位置吸收系数随压强的变化率分别为0.273和0.118 cm-1·kPa-1; 随温度的升高峰值吸收系数减小, 谱线展宽变窄, 但不同位置吸收系数变化差异较大, 1 333及1 267 cm-1位置吸收系数随温度的变化率分别为-0.105 6和-0.035 cm-1·K-1。 传感器仿真测试结果显示1 333 cm-1处5 cm光程可实现0~1 800 μL·L-1低浓度痕量泄漏测试, 1 267 cm-1位置2 mm光程可实现0~10%高浓度混合比测试。 该研究为基于红外光谱吸收原理的光学气体传感器的研制提供实验与理论依据。
反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯 红外吸收特性 温度特性 压强特性 非分散红外技术 仿真测试 Trans-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene Infrared absorption characteristics Temperature characteristic Pressure characteristic NDIR technology Simulation test 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3099
针对火炮零部件变形量进行测量时存在着结构复杂、几何尺寸范围大、需经常拆卸等问题, 提出了一种用于火炮零部件变形量测量的新方法。该方法采用激光雷达测量原理和标准球测量原理, 并进行计算机实时控制和数据处理。对长度8 m的火炮身管进行实验测量, 其重复性测量精度小于0.13 mm, 测量精度能够满足火炮零部件变形量的测量要求。
火炮 变形量 激光雷达 标准球测量 artillery deformation quantity laser radar standard ball measurement
1 长春理工大学 光电信息学院, 吉林 长春 130012
2 中国中车长春轨道客车股份有限公司, 吉林 长春 130062
在对目前水下成像系统现状进行调研后, 分析了影响水下成像距离和成像质量的主要因素, 即后向散射。突破了传统水下成像系统分视场、多探测器的成像方式, 利用光学设计软件Zemax设计了一款大相对孔径、大视场的水下成像光学系统。系统只采用一个光电探测器, 波长486 nm~656 nm, 相对孔径1/1.8, 视场角120°, 采用9片透镜, 无非球面, 简化了透镜加工过程及成本。中心视场的艾里斑尺寸3 μm , 在奈奎斯特频率60 lp/mm, 时, 各视场的调制传递函数曲线均高于0.7。同时, 对大视场系统产生的高畸变进行校正, 畸变小于5%, 成像质量很好。此系统可广泛应用于水下探测、海洋开发、海底资源勘探、水下反恐等领域。
光学设计 水下成像 后向散射 大相对孔径 大视场角 optical design underwater imaging backward scattering large relative aperture large FOV angle
1 长春理工大学 光电信息学院， 吉林 长春 130012
2 中车长春轨道客车股份有限公司， 吉林 长春 130062
设计了一套基于谐衍射的液体透镜变焦系统。系统对可见光波段成像，视场角2ω为150°，焦距f′为20~120mm，可实现6X变焦。采用两片液体透镜，利用电润湿原理，无需改变透镜间距，只需调整施加于之上的电压即可实现变焦，同时引入一个谐衍射面来校正大视场所引入的色差。系统的调制传递函数曲线在奈奎斯特频率60lp/mm时，短焦高于0.7，长焦高于0.6，成像质量很好。系统的设计既保证了成像的高清晰度，又减小了系统体积，可广泛应用于内窥镜和智能手机等微型变焦系统领域。
光学设计 电润湿原理 液体透镜 谐衍射 大视场 变焦光学系统 optical design principle of electric wetting liquid lens harmonic diffraction wide field zoom optical system
对传统的火炮定向束平行性测量方法进行调研，在总结其不足之后，提出了一种基于激光雷达的火炮定向束平行性测量方法。通过实验证明，该方法可达到0.2密位的测量精度，实现了高精度和高效率的测量。
火炮定向束 射击精度 平行性 激光雷达 gun directional beam firing accuracy parallelism lidar
1 长春理工大学 光电信息学院, 吉林 长春 130012
2 中国中车长春轨道客车股份有限公司, 吉林 长春 130062
3 长春工业大学, 吉林 长春 130012
设计了一套CCD航空相机动态分辨率检测系统, 系统入瞳直径D=200 mm, 焦距f′=2 000 mm, 视场角2ω=5°, 利用光学设计软件Zemax进行仿真, 设计结果表明, 在奈奎斯特频率为40 lp/mm的情况下, 调制传递函数曲线值均高于0.5。采用波差法校正由长焦距所引入的二级光谱, 同时, 引入分辨率尺的概念, 将每一块单独的分辨率板采用拼接的方式制作成300 mm×24 mm的分辨率尺, 令分辨率尺在电机的带动下作匀速直线运动来模拟动态目标。该测试系统的设计能够在模拟飞机飞行的状态下, 对其动态分辨率进行检测, 检测精度1″,可广泛用于测绘、**侦察和航空航天等领域。
CCD航空相机 动态分辨率 分辨率尺 二级光谱 光学系统 CCD aerial camera dynamic resolution resolution ruler secondary spectrum optical system
1 长春理工大学 光电信息学院，吉林 长春 130012
2 中国中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130062
设计了一套焦距f′=8 mm~2 400 mm的超高倍变焦光学系统，对可见光波段成像。采用多组元全动型变焦结构，在实现高变倍比的前提下不增加系统尺寸；在普通衍射透镜的基础上，分析了谐衍射元件的成像特性及色散，减小长焦距所引入的色差和二级光谱；给出了新型非球面方程及特性，解决了普通非球面方程项数选取复杂的问题。在上述理论基础上，利用Zemax光学设计软件对系统进行仿真，引入4个谐衍射面和4个新型非球面。设计结果表明，在奈奎斯特频率50 lp/mm时，调制传递函数曲线均在0.5以上，成像质量较好，可广泛应用于**、航天等领域。
变焦光学系统 超高变倍比 谐衍射 新型非球面 光学设计 zoom optical system ultra high variable ratio harmonic diffraction new aspheric surface optical design
