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介绍一种基于光学等厚干涉原理的拼接镜面边缘传感器新方案

MEMSensor 来源:《光学学报》 作者:左恒 2021-06-29 09:25 次阅读

建造更大口径的天文光学望远镜一直是天文光学技术的重点研究方向。但是,随着镜面尺寸的增大,也会带来制造、加工、装调等技术方面的难题。主动光学拼接镜面技术是突破传统单镜面光学望远镜口径限制的一个有效方法:将大镜面采用大量小镜面拼接而成,不仅能解决制造上的技术难题,还可以节约成本。由中国科学院南京天文光学技术研究所作为主要研制单位承担的国家九五重大科学工程郭守敬望远镜(LAMOST),是我国目前口径最大的地基大视场光学望远镜,拥有“光谱之王”和“世界光谱工厂”等众多美誉,在世界上引领了大规模光谱巡天的国际潮流。LAMOST创新性地开辟和发展了具有中国独立知识自主产权的新型主动光学技术,在国际上首先发明和实现在同一镜面上同时应用薄镜面主动光学和拼接镜面主动光学,实现了常规不能实现的光学系统,打破了大视场兼备大口径光谱巡天望远镜的国际天文瓶颈,攻克了世界级技术挑战,是我国光学望远镜研制历程和光学工程发展史上的重大里程碑之一,奠定了我国未来天文望远镜研制的坚实基础。

对于大口径拼接镜面天文望远镜来说,只有实现子镜拼接共相,才能真正发挥其高分辨性能和效率的最大威力,达到衍射极限性能。共相的精度取决于边缘传感器测量精度。

边缘传感器位于相邻拼接子镜边缘,可精确测量子镜间的相对刚体自由度的位姿状态误差。目前,世界上的大型拼接镜面望远镜几乎都采用基于电学原理的边缘传感器,这类电学传感器安装于子镜背面,一般只能进行相对测量,需要辅助设备对其进行一定周期频率的精确标定;而且存在的温漂/时漂,不仅极难改善,在实际应用中也很难彻底消除。

南京天光所科研团队提出了基于光学等厚干涉原理的拼接镜面边缘传感器新方案,基于等厚干涉原理,通过探测器上得到的等厚干涉条纹,即可得知相邻子镜的姿态,具有精度高、原理简单、易于装调、工作稳定、无温漂时漂、适用于野外恶劣环境下使用等突出优点,具体原理示意图如下。

基于等厚干涉原理的拼接镜面边缘误差检测结构示意图

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两子镜存在相对误差时的光强分布条纹。(a) x轴倾斜误差;(b) y轴倾斜误差;(c)平移误差

研究人员通过仿真模拟验证了该方案的可行性,并且优化了同心圆识别算法,可以实现高精度的同心圆提取,保证对误差进行实时监测。仿真结果显示:理论测量精度可以达到倾斜误差0.02“、平移误差20nm,可以满足大口径拼接镜面望远镜的共相检测需求。

本方案的关键优势包括:1)简化了拼接共相过程,可实时得到相邻子镜位姿之间的绝对误差,无需单独进行额外的定标;2)利用相邻子镜的条纹差异信息来反演相邻子镜的绝对位姿误差,可避免传感器安装支架和系统的重力变形、热变形及安装误差带来的影响;3)系统设计不基于电学原理,不易受温漂和时漂的影响,也避免了电噪声的干扰;4)原理简单,结构紧凑,方便在镜面上进行大规模部署。

目前,科研团队针对图像处理方法进行了深入研究,后续将在郭守敬望远镜(LAMOST)上进行实地测试和应用。该方法有望攻克拼接共相中的高精度位姿检测等关键科学难题,打破国外垄断,在众多高精尖测量领域有着广阔的应用前景。

该项研究获得国家自然科学基金天文联合基金重点项目(U2031207)、国家自然科学基金 (U1931126、12073053)、中国科学院青年创新促进会(2013041)等项目资助。

论文地址:http://www.opticsjournal.net/Articles/Abstract/gxxb/41/12/1212002.cshtml

责任编辑:lq6

原文标题:中科院提出一种新型基于光学等厚干涉的拼接镜面边缘传感器方案

文章出处:【微信号:MEMSensor,微信公众号:MEMS】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 加速度计类型 : MEMS DC 即插即用加速度计传感器类型 : 直流响应即插即用加速度计 结构特性 电气连接 : 一体式电缆 电气特征 满量程输出电压 (VDC): ±2 励磁电压 (VDC): 8 – 36 零加速输出 (mV): ±100 励磁电流 (mA): 5 信号特征 频率响应 (Hz): 0-300 主体特性 轴数 : 1 重量 : 7 g [ .245 oz ] ...
    发表于 08-21 01:00 46次 阅读

    4000A-050-030 4000A-050-030 即插即用加速度传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 加速度计类型 : MEMS DC 即插即用加速度计传感器类型 : 直流响应即插即用加速度计 结构特性 电气连接 : 一体式电缆 电气特征 满量程输出电压 (VDC): ±2 励磁电压 (VDC): 8 – 36 零加速输出 (mV): ±100 励磁电流 (mA): 5 信号特征 频率响应 (Hz): 0-800 主体特性 轴数 : 1 重量 : 7 g [ .245 oz ] ...
    发表于 08-21 01:00 24次 阅读

    603-0100-120 603-0100-120 速率和惯性传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 速率和惯性传感器类型 : Rate Sensors/Gyros 电气特征 励磁电压 (VDC): 5 – 16 尺寸 尺寸 MM : 20.8 x 20.8 x 14.5 使用环境 工作温度范围 : -40 – 105 °C [ -40 – 221 °F ] 包装特性 速率和惯性传感器包装 : Anodized Aluminium 其他 精确度 : ±0.5% Non-Linearity FS 范围 (±) DEG/SEC : 100...
    发表于 08-21 01:00 32次 阅读

    20010631-00 610-12K-276 速率和惯性传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 速率和惯性传感器类型 : Rate Sensors/Gyros 电气特征 励磁电压 (VDC): 5 – 16 尺寸 尺寸 MM : 14.6 x 10.2 x 7.6 使用环境 工作温度范围 : -40 – 105 °C [ -40 – 221 °F ] 包装特性 速率和惯性传感器包装 : Anodized Aluminium 其他 精确度 : ±0.5% Non-Linearity FS 范围 (±) DEG/SEC : 12000...
    发表于 08-21 01:00 24次 阅读

    62105012-000 62105012-000 位置传感器配套仪表

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  电气特征 线路电源电压要求 (VDC): ±12, ±15 信号调节 - LVDT/RVDT 输出类型 (VDC): ±10 励磁电压 (Vrms): 3 信号特征 励磁频率 (kHz): 2.5 – 10 机械附件 信号调节 - LVDT/RVDT 安装 : Printed Circuit Board Edge or Terminal Block 使用环境 工作温度范围 : -1 – 55 °C [ 30 – 130 °F ] 其他 传感器类型 : 带 5 或 6 根导线的 LVDT 或 RVDT 传感器通道 : 1 ...
    发表于 08-21 01:00 24次 阅读

    67010001-000 67010001-000 线性位移传感器 - LVDT

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  使用环境 工作温度范围 : 5 – 60 °C [ 41 – 140 °F ]
    发表于 08-21 01:00 28次 阅读

    7104A-0050 7104A-0050 即插即用加速度传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 加速度计类型 : IEPE 即插即用加速度计传感器类型 : 交流响应即插即用加速度计 结构特性 电气连接 : 10-32 同轴连接器 电气特征 满量程输出电压 (VDC): ±5 励磁电压 (VDC): 18 – 30 励磁电流 (mA): 2 – 10 信号特征 频率响应 (Hz): 0.3-10000 主体特性 轴数 : 1 重量 : 8.6 g [ .303 oz ] 材料 : 不锈钢 ...
    发表于 08-21 01:00 20次 阅读

    72162000-020 72162000-020 倾角传感器和倾角仪

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  结构特性 接口 : 模拟 电气特征 电源电压 (VDC): 12 – 24 模拟接口 (mA): 4 – 20 端接特性 倾角传感器和测斜仪安装 : 垂直 尺寸 尺寸 (mm): 最多 70 倾角传感器和测斜仪精确度 (°): 最多 +/- .5 分辨率 (°): 最多 +/- .01 使用环境 测量原理 : 液体 工作温度范围 : -25 – 60 °C [ -13 – 140 °F ] 包装特性 倾...
    发表于 08-21 01:00 24次 阅读

    11106140-00 AST4300A05000P4P1000 压力传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 压力传感器类型 : 非易燃压力变送器 压力类型 : 测量仪 结构特性 压力端口/接头 : 1/4 MNPT 电气连接 : 10 英尺导管 电气特征 压力传感器电源电压 (V): 10 – 28 主体特性 端口材料 : 316L 使用环境 压力 : 344.73 bar [ 5000 psi ] 工作温度范围 : -40 – 80 °C [ -40 – 176 °F ] 操作/应用 耐压范围 : 2X,最小值 ...
    发表于 08-21 01:00 47次 阅读

    11108715-00 AST4600A02000P4W1000 压力传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 压力传感器类型 : 防爆型压力变送器 压力类型 : 测量仪 结构特性 压力端口/接头 : 1/4 MNPT 电气连接 : 导管 2 m 引线 电气特征 压力传感器电源电压 (V): 10 – 28 主体特性 端口材料 : 316L 使用环境 工作温度范围 (°C): -40 – 85 工作温度范围 (°F): -40 – 185, -40 – 185 操作/应用 耐压范围 : 2X,最小值 ...
    发表于 08-21 01:00 41次 阅读