1 国网新疆电力有限公司，新疆乌鲁木齐 830000
2 国网新疆电力有限公司喀什供电公司，新疆乌鲁木齐 830000
3 国网新疆电力有限公司电力科学研究院，新疆乌鲁木齐 830000
4 北京物联感知科技有限公司，北京 101100
针对光纤复合架空地线(OpticalFiberCompositeOverheadGroundWire，OPGW)输电线监测中温度变化、杆塔倾斜同时存在等问题，设计了基于光纤光栅的波分复用多参数监测阵列。从理论模型出发推导了光栅应变与温度及倾斜的数学关系，然后将杆塔模型导入到 CMOSOLMultiphysics进行定性分析，最后进行温度及倾斜试验。试验结果表明基于光纤光栅的杆塔温度监测分辨率可达 0.1℃，倾角传感器的倾角相关系数 K值为 0.0501nm/°，证明所提出监测阵列具有良好的电力行业监测应用前景。
光纤光栅 光纤复合架空地线 温度监测 倾斜监测 波分复用 fiber Bragg grating optical fiber composite overhead ground wire temperature monitoring slope monitoring wavelength division multiplex
1 国网新疆电力有限公司电力科学研究院, 乌鲁木齐 830000
2 国网新疆电力有限公司, 乌鲁木齐 830000
3 北京物联感知科技有限公司, 北京 101100
基于光栅传感的分布式光纤复合架空地线(OPGW)健康监测得到了广泛研究。针对OPGW光缆舞动事件, 提出一种基于三次样条函数拟合的舞动波长预测方法。首先, 通过理论推导, 建立光栅传感相位变化量与舞动波长的数学联系; 然后, 利用仿真分析理想舞动情况下信号三次样条函数拟合前后的相移信号结果, 初步证明了所提方法的有效性; 最后, 将其应用在某220kV线路, 对比分析典型弱风环境及强风环境下的舞动监测强度图。实际监测结果表明, 所选取方法能够有效改善强度图信号特征, 可得出强风条件下档距内舞动波长约为200m, 弱风条件下档距内舞动波长约50m。该方法为舞动事件的图像识别智能监测提供技术参考, 具有较好的应用前景。
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
3 中国科学院 天基动态快速光学成像技术重点实验室，吉林长春100
针对某1 m分辨率、200 km幅宽的大尺度空间相机框架支撑结构轻质量、高刚度的设计要求，设计了一种轻型分体支撑结构。首先从大型空间离轴三反相机研制需求出发，综合比刚度、热稳定性及加工工艺等因素选择了性能良好的高体份SiCp/Al复合材料；然后以结构质量分数为约束条件，建立以基频为目标函数的拓扑优化数学模型，得到了拓扑结果清晰的各分体结构最优传力路径；进一步对主支撑结构各部分尺寸进行二次优化，得到了各分体结构的最佳构型和最优设计尺寸。设计后的分体支撑结构总重为227.8 kg，轻量化率达到93.9%，满足了高轻量化和高刚度要求。有限元分析结果及力学样机试验结果表明：分体支撑结构满足遥感相机整机基频大于50 Hz的刚度要求，在升温5 ℃工况下反射镜变形在公差范围之内，完全符合卫星平台对光学载荷的要求；力学样机在振动实验前后反射镜组件相对偏移角度均不超过22″，具有较好的稳定性，证明了拓扑优化和尺寸优化方法的合理性和可行性。本文提出的分体支撑结构设计对大型空间离轴相机支撑设计具有较高的工程实践价值。
大型空间相机 拓扑优化 分体支撑 轻量 尺寸优化 large size space camera topology optimization split support lightweight size optimization
1 新疆大学信息科学与工程学院信号检测与处理新疆维吾尔自治区重点实验室, 新疆 乌鲁木齐 830046
2 中国移动通信研究院, 北京 100053
3 清华大学电子工程系北京信息科学与技术国家研究中心, 北京 100084
4 国网新疆电力有限公司电力调度控制中心, 新疆 乌鲁木齐 830001
5 国网新疆电力有限公司电力科学研究院电网技术中心, 新疆 乌鲁木齐 830001
综述了面向无人机(UAV)领域光无线通信(OWC)的主要研究进展,分别阐述了借助光无线技术在无人机与陆上终端间、无人机与无人机之间以及无人机与卫星之间,实现稳健、宽带通信链路的诸多研究进展与关键使能技术。重点阐述了不同无人机光无线链路配置下的链路建模、参数优化、实验测试。同时,也初步讨论了高速、高可靠无人机机载光无线通信技术在模块化实现、高空平台应用等方面的发展趋势。
光通信 无人机 自由空间光 可见光通信 光通信链路 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 230003
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了满足空间探测对衍射望远镜的发展需求, 针对某衍射光学系统设计了一种空间可展开衍射望远镜。首先, 根据Serrurier桁架原理及优化设计理论确定了文中所用展开结构的形式及几何尺寸, 并针对某衍射光学系统设计了一种新型自展开结构; 其次, 建立了该展开结构的有限元模型并分析了其展开后的特性; 最后, 搭建了原理样机并对其进行了实验研究。实验结果表明: 该展开结构的展开距离为2.9 m, 展开后的重复精度误差小于2 mm, 偏心小于0.3 mm, 倾角小于0.2°, 且可通过促动器将其展开精度调整至微米级, 能够满足空间衍射望远镜自展开机构的结构简单、质量轻、稳定可靠、精度高等要求。
空间探测 衍射望远镜 衍射光学系统 Serrurier桁架原理 展开机构 space exploration diffractive telescope diffractive optical system Serrurier truss theory deployable structure 红外与激光工程
2017, 46(12): 1218001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了充分减小空间望远镜发射的质量和体积, 适应微小卫星的运载需求, 针对某光学系统设计了一种基于带状弹簧的新型空间望远镜自展开机构。首先, 根据理论分析确定了所用带状弹簧的几何尺寸, 并针对某空间光学系统设计了一种基于带状弹簧的新型展开机构; 其次, 建立了该展开机构的有限元模型并分析了其展开后的特性; 最后, 搭建了原理样机并对其进行了实验研究。实验结果表明: 该展开机构展开后的高度为500 mm, 展开后的重复精度误差小于0.1 mm, 偏心小于0.1 mm, 且展开后的一阶自然频率为35.5 Hz, 与有限元分析出的结果相符, 其误差为5.3%, 能够满足空间望远镜展开机构的结构简单、质量轻、稳定可靠、精度高等要求。
空间望远镜 微小卫星 光学系统 带状弹簧 展开机构 space telescope microsatellite optical system lenticular tape spring deployment mechanism 红外与激光工程
2017, 46(5): 0518002
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 100039
3 长光卫星技术有限公司, 长春 130000
4 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
为了保证某离轴三反光学系统空间相机光机结构的高稳定性与高准确度, 针对该光学系统中次镜、折叠镜组件轴向空间位置接近的特点, 设计了次镜、折叠镜组件一体化的前框架结构, 并提出了一种结合了自由模态与约束模态的拓扑优化方法来优化相机的前框架结构.将优化后的前框架模型带入整个相机, 并对整机进行有限元分析.结果表明, 光轴呈水平状态, 次镜、折叠镜相对主镜的倾斜分别为9″与22.4″, 次镜相对于主镜的偏心为0.021 mm, 均在光学系统公差要求范围内.此外, 对前框架结构进行自由模态分析与试验, 结果验证了优化方法的正确性.所提出的拓扑优化方法可以有效避免基于约束模态拓扑优化方法约束点之间不存在联系的缺陷, 能够为高分辨、宽视场空间相机光机结构的设计提供参考.
离轴三反空间相机 前框架 拓扑优化 模态测试 一体化结构 Off-axis three mirror anastigmatic space camera Front frame Topology optimization Modal test Intrgrated structure
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100059
针对空间展开机构轻量化、小型化、简单化等的发展需求, 通过理论分析实例设计了碳纤维带状弹簧, 并结合有限元模拟及实验对其屈曲特性进行了研究。首先, 根据薄壳弯曲理论推导了各向异性材料下碳纤维带状弹簧的弯矩计算公式, 并分析了影响其屈曲特性的敏感参数; 然后, 针对工程需要进行了单根碳纤维带状弹簧的实例设计, 并建立了其有限元分析模型, 得出了其弯矩-转角曲线; 最后, 加工出了碳纤维带状弹簧实物并对其屈曲过程进行了实验研究。结果表明: 实验测得的该碳纤维带状弹簧的临界弯矩值为1 237.6 Nmm, 与理论分析及有限元模拟结果符合的较好, 最大误差为8.7%, 验证了理论分析及有限元模拟的准确性及一致性, 为之后碳纤维带状弹簧的设计及应用提供了理论依据及技术支持。
空间展开机构 带状弹簧 碳纤维 屈曲 有限元模型 弯矩 Space deployable structures lenticular tape springs carbon fibrereinforced plastic buckling finite element model bending moment
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
为解决离轴三反空间相机随机响应过大的问题, 提出了一种以降低加速度响应均方根值 (RMS)为目标的空间相机主支撑结构拓扑优化设计方法。首先, 在分析各种空间相机主支撑结构和某离轴三反光学系统特点的基础上, 确定了次镜组件和折叠镜组件分开支撑的结构形式。其次, 以离轴三反空间相机次镜的加速度响应均方根值为优化目标, 以体积分数, X、Y、Z向重力载荷分别作用下次镜的刚体位移, 主支撑结构的一阶频率为约束条件对初始主支撑结构有限元模型进行拓扑优化设计, 得到了加速度响应满足设计要求的主支撑结构。最后, 对该结构进行有限元分析和振动试验, 表明了该离轴三反空间相机力学性能指标均满足设计要求, 其中 Z向 2 g RMS量级的随机激励下次镜的加速度响应均方根值为 5.08 g；主支撑结构质量仅为 3.8 kg, 一阶频率达到了 291.4 Hz。该离轴三反相机主支撑结构的设计方法可以作为其他同型相机结构设计的参考。
主支撑结构 拓扑优化设计 随机响应 离轴三反相机 桁架结构 the supporting structure the topology optimization design random response off-axis three-mirror reflective space camera truss
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 小卫星技术国家地方联合工程研究中心, 长春 130033
为满足视频空间相机中反射镜组件的轻量化、高刚度、高稳定性和短加工周期的要求, 采用基于ZERODUR微晶玻璃的背部单拱形镜体轻量化方案, 设计了一种外圆芯轴粘接的柔性支撑结构.通过有限元工程分析与基于响应面优化设计, 确定了支撑结构的最优尺寸.对反射镜组件进行了模态试验, 并完成了镜面的非球面光学加工与检测.试验结果表明：主镜组件的一阶自然频率为332.5 Hz, 与分析结果之间的相对误差为2.5%; 主镜组件在绕光轴分别旋转0°、120°与240°方向进行光学检测时, 面形精度均方根值均优于λ/40,实现了地面重力对反射镜面形检测零影响, 组件满足设计要求.
空间相机 主镜组件 柔性支撑 有限元 光学检测 零重力 Space telescope Primary mirror assembly Flexible structure Finite element method Optical testing Zero Gravity 光子学报
2016, 45(7): 070722003
