为了解决气浮光学平台在水平方向超低频减振的问题以提高超精密实验的产出质量,提出基于调谐液柱阻尼器(TLCD)的气浮光学平台流固耦合理论,用来实现最优调谐控制和实验精度的提升。首先对TLCD进行原理分析并推导出固有频率的设计范围;其次对TLCD气浮光学平台流固耦合系统进行建模及推导;接着对流固耦合系统进行响应特性分析及参数优化;最后对时域响应和光学实验进行验证分析。结果表明,当固有频率比一定时,存在一个最优阻尼比可以使减振效率取得最大值,共振峰处的减振效率达到66.76%;同时通过调控小孔板可以使TLCD减振系统适合宽频激励的工况,气浮光学平台动力响应的有效控制有利于提高实验精度,为超精密实验品质的提升提供了一种有效控制手段。

原子喷泉钟是具有重要应用价值的冷原子装置,紧凑型光学系统设计是研制可搬运冷原子喷泉钟的关键技术之一。介绍了一种以通用铝型材搭建的网格化光学平台,并基于此平台实现了 85Rb喷泉钟紧凑型光路。通过仿真,证明了该型材网格平台在二维方向均具有较好的力学性能。在该平台上,设计并搭建了四倍频移、注入锁定放大、冷却光路、再泵浦光路和探测光路等单元模块,满足了喷泉钟的所有要求。该网格平台面积为50 cm×50 cm,高度为2.5~3 cm。该光路实现了8个月以上的持续运行,功率的起伏小于5%。基于该紧凑型光学系统,完成了后续的 85Rb喷泉钟的物理实验和微波实验。

根据高精密光学系统的工作环境条件, 即要求车载光学平台具备良好的力学性能和隔振性能, 制定了车载光学平台的结构设计方案。通过ANSYS对车载光学平台进行了静态、模态分析, 获得静态应变及振动模态, 从而对车载光学平台进行优化设计。车载光学平台随载车进行了跑车试验和测试, 结果显示, ANSYS仿真分析结果与测试结果相近, 表明车载光学平台具有良好的稳定性, 保证高精密光学系统能够稳定工作。

分析了冲击、振动对车载精密光学系统的影响,指出了光学平台的变形和振动是影响车载精密光学系统精度和稳定性的主要因素,提出了车载光学平台隔振系统设计方案。采用ANSYS有限元方法分析了光学平台隔振系统的振动模态,完成了车载状况下的光学平台振动测试。分析与测试结果表明,该车载光学平台隔振系统具有良好的稳定性,且对环境强振动有很好的衰减作用。设计的技术方案及其振动测试, 对于各种车载精密光学系统和设备具有重要的工程应用价值。

采用ANSYS有限元方法分析了光学平台的自由模态, 并以有限元结果作为参考, 完成了实际工况下的模态实验, 识别了平台整体结构的模态参数, 得到了平台在垂向和横向的一阶频率, 频率值分别为126.77 Hz和361.427 Hz。根据分析, 该平台的刚度满足光学试验的要求。

针对结构优化技术对于产品设计的重要性进行了概述, 并以某个光学平台台面为研究对象, 分别以其静变形位移和第1阶固有频率作为优化约束条件, 开展了优化分析, 得到了一种成功的优化模型。通过几种优化结果的比较, 对于开展结构优化设计工作有了明确的认识, 为今后的工作提供了新的方向。

为了防止车载多普勒测风激光雷达运动过程中振动对系统的不良影响,保证系统测量的稳定性和精度,对车载测 风激光雷达中的机柜和光学平台进行隔振设计。选用IDC公司SB型和M型金属钢丝绳隔振器分别作为机柜和光学平 台的隔振器并合理布置,通过计算可得峰值响应频率都小于干扰频率,冲击位移小于隔振器最大形变量,通过隔振 效率和干扰频率的关系曲线图发现隔振效率达80%以上。最后,通过隔振前后激光雷达锁频实验效果对比可以看 出隔振系统安装后锁频效果有了显著提升,通过运动中测量的1 km高度径向风速正弦曲线拟合进一步验证了在 运动测量中隔振设计的可靠性。

分析了冲击、振动对车载精密光学系统的影响, 指出了光学平台的变形和振动是影响车载精密光学系统精度和稳定性的主要因素, 提出了车载光学平台双层隔振系统的设计方案。采用ANSYS有限元方法分析了光学平台隔振系统的振动模态和减振比, 完成了车载状况下的光学平台振动测试。分析与测试结果表明, 车载光学平台的双层隔振结构具有良好的稳定性, 且对环境强振动有很好的衰减作用。该双层隔振技术方案及其分析测试方法, 对于各种车载精密光学系统和设备具有重要的工程应用价值。