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题名	静止轨道大气垂直探测仪光学系统低温性能研究
作者	屈金祥
答辩日期	2008-06-05
文献子类	博士
授予单位	中国科学院研究生院
导师	王维扬
关键词	低温光学 干涉仪 低温真空腔体 热分析 热变形分析 干涉调制度 Rms值
学位专业	物理电子学
英文摘要	干涉式大气垂直探测仪是新一代静止轨道气象卫星的一个有效载荷，可以获得高灵敏度多通道高光谱分辨率的大气辐射光谱，经过反演得到有关大气温度、湿度的垂直分布情况，是未来空间遥感技术和大气探测技术的主要发展方向之一。本文主要针对大气垂直探测仪的冷光学系统，展开了低温特性研究，下面进行简要介绍。 大气垂直探测仪预研样机冷光学系统结构，采用辐射制冷器做冷源，根据实际使用的要求，将冷光路部分分为：干涉光路、中继光路、后继光路和探测器冷箱四个模块。重点对干涉光路部分用I—DEAS软件进行了热分析，得到了每个光学元件的温度场。其中动镜和定镜是干涉光路的两个关键部件，将其热分析结果从I-DEAS软件导入ANSYS软件之中，进行了热变形分析。 分析结果表明能满足设计要求。 组建了小型低温光学试验系统。重点设计了低温真空腔体的结构，研究了光学窗口对系统测试的影响，设计了试验平台的梯形支撑，根据活性炭低温吸附的原理，采用活性炭维持光学性能静态测试时的真空度，并对低温真空腔体进行了热传递分析。 通过对光学系统中重要部件的热光学特性的分析，提出了低温光学系统中光学元件的热光学灵敏度分析是研究光学系统成像质量的关键，而热光学灵敏度分析主要表现在光学元件的温度水平、轴向温差、径向温差、周向温差以及装夹方式对其变形的影响。重点分析了冷光学系统中重要光学元件动镜的压圈式和三点式两种不同的安装方式的轴向温差、径向温差和周向温差对变形和波前差RMS值的影响。通过不同材料对温度变形影响的分析和动镜不同的安装方式对热变形影响的分析，修正了热边缘效应的定义，得到热机械边缘效应的结论，并定义了热机械边缘效应系数。最后对用薄圆板变形理论对动镜进行了重力变形分析，分析结果表明重力变形对动镜面面形影响很小，结构尺寸完全满足设计要求。 完成了光学系统的重要部件的低温真空性能试验研究，其中包括动镜低温温度场测试，动镜和定镜的低温变形试验，动镜的角度倾斜变化试验，定镜电机的低温真空特性试验、动镜电机的功耗仿真测试试验和激光器的真空性能试验等。通过这些试验，总结了影响动镜信号的主要因素。详细地研究了动镜在200K时，前后表面的温度场，测量计算得到了实际的动镜的轴向温差、径向温差和周向温差，并结合用Zernike多项式和最小二乘法得到了动镜表面的温度场表达式的系数，在MATLAB软件中仿真得到了动镜表面的温度场。研究了真空和装夹对低温真空腔体玻璃窗口面形的影响。 测试了从常温到200K时，动镜和定镜的面形变化。研究了消除低温真空腔体窗口对测试结果影响的方法。研究了动镜和定镜低温变形的RMS值对评价干涉效果的重要指标干涉调制度的影响。研究了在常温下和低温下动镜位移与动镜倾斜角的关系，并分析了低温动镜倾斜角变化的影响。同时也研究了低温下动镜最大位移时，倾斜角的变化对干涉调制度的影响。
学科主题	红外系统与元部件
公开日期	2012-08-14
内容类型	学位论文
源URL	[http://202.127.1.142/handle/181331/4624]
专题	上海技术物理研究所_上海技物所
推荐引用方式 GB/T 7714	屈金祥. 静止轨道大气垂直探测仪光学系统低温性能研究[D]. 中国科学院研究生院. 2008.

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