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微光多谱段成像仪调焦及像移补偿机构设计与性能分析

曹业豪 贺玉坤 单博闻 彭越洋 辛宏伟 陈长征

曹业豪, 贺玉坤, 单博闻, 彭越洋, 辛宏伟, 陈长征. 微光多谱段成像仪调焦及像移补偿机构设计与性能分析[J]. 红外技术, 2022, 44(8): 837-845.
引用本文: 曹业豪, 贺玉坤, 单博闻, 彭越洋, 辛宏伟, 陈长征. 微光多谱段成像仪调焦及像移补偿机构设计与性能分析[J]. 红外技术, 2022, 44(8): 837-845.
CAO Yehao, HE Yukun, SHAN Bowen, PENG Yueyang, XIN Hongwei, CHEN Changzheng. Design and Performance Analysis of Focusing and Image Motion Compensation Mechanism for Low Light Level Multispectral Imager[J]. Infrared Technology , 2022, 44(8): 837-845.
Citation: CAO Yehao, HE Yukun, SHAN Bowen, PENG Yueyang, XIN Hongwei, CHEN Changzheng. Design and Performance Analysis of Focusing and Image Motion Compensation Mechanism for Low Light Level Multispectral Imager[J]. Infrared Technology , 2022, 44(8): 837-845.

微光多谱段成像仪调焦及像移补偿机构设计与性能分析

基金项目: 

国家自然科学基金 11803036

详细信息
    作者简介:

    曹业豪(1998-),男,浙江省金华人,硕士研究生,主要研究方向为空间光学遥感器结构设计

    通讯作者:

    陈长征(1976-),男,山东省宁津人,研究员,工学博士,主要研究方向为空间光学遥感器总体设计。E-mail:chencz@ciomp.ac.cn

  • 中图分类号: TH122;V443+.5

Design and Performance Analysis of Focusing and Image Motion Compensation Mechanism for Low Light Level Multispectral Imager

  • 摘要: 根据某型号微光多谱段成像仪的整机结构特性和工作条件,设计了一种调焦及像移补偿一体化的设备,达到节约空间、保证成像质量以及实现低照度环境下成像的目的。其中调焦功能由丝杠螺母配合楔形滑块实现,像移补偿功能由音圈电机实现,且配合有动、静态两级锁紧装置,使机构的可靠性、抗冲击性显著提高。结构外形尺寸为349 mm×192 mm×174 mm,调焦范围为±2 mm,像移补偿量为3 mm,调焦分辨率为0.05 μm,实测的定位精度为±5.7 μm。扫频振动试验得出其一阶模态为225 Hz,与有限元仿真分析结果基本一致,正弦振动试验和随机振动试验结果良好,均在技术指标要求范围内,说明具有良好的动态刚度,可以有效地避免共振现象的发生。综上所述,该调焦及像移补偿机构具有体积小,结构强度高的特点,可以很好地满足微光相机的工作条件。
  • 图  1  微光多谱段成像仪光学系统

    Figure  1.  Optical system diagram of low light level multispectral imager

    图  2  调焦及像移补偿机构

    Figure  2.  Focusing and image motion compensation mechanism

    图  3  调焦及像移补偿机构传动原理

    Figure  3.  Driving principle diagram of focusing and image motion compensation mechanism

    图  4  动态锁紧机构示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of dynamic locking mechanism

    图  5  静态锁紧机构示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of static locking mechanism

    图  6  调焦及像移补偿机构有限元模型

    Figure  6.  Finite element model of focusing and image motion compensation mechanism

    图  7  模态分析的振型图

    Figure  7.  Displacement diagram of modal analysis

    图  8  闭环控制位移变化量的残差

    Figure  8.  Residual of displacement variation of closed loop control

    图  9  扫频振动试验加速度响应曲线

    Figure  9.  Acceleration response curves of swept frequency vibration test

    图  10  Z方向扫频振动试验加速度响应曲线

    Figure  10.  Acceleration response curves of sine vibration test in Z direction

    图  11  Y方向随机振动试验功率谱密度响应曲线

    Figure  11.  Power spectral density response curves of random vibration test in Y direction

    表  1  调焦机构的前四阶模态

    Table  1.   The first four modes of the focusing mechanism

    Order Frequency/Hz Mode of vibration
    1 238.5 Vibration in Y direction
    2 246.6 Vibration in X direction
    3 266.9 vibration in Z direction
    4 368.2 Rotation with X axis
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    表  2  振动试验前后码值对比

    Table  2.   Comparison of code value before and after vibration test

    Direction Code value before vibration Code value after vibration Difference
    X 69905 69911 6
    Y 69911 69903 -8
    Z 69903 69913 10
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-21
  • 修回日期:  2021-06-21
  • 刊出日期:  2022-08-20

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