新型无衍射栅型结构光投影系统

提出了一种用于相位法测量的无衍射栅型结构光条纹投影系统,以截面三角棱镜为主要光学元件来获取无衍射栅型结构光投影条纹.从理论上分析了栅型无衍射结构光的无衍射特性以及三角棱镜相关参数对条纹图样的影响,实验测量了系统观察屏上的条纹间距.理论分析与实验表明:该系统产生的无衍射结构光条纹的光强成正弦分布且对比度好,用于相位测量可以获得较高的相位分辨率,提高相位法测量的精度.整个系统光路简单、结构紧凑,有利于系统的集成与小型化.     

基于多周期条纹投影技术的位相逆推法在物体表面形状测量中的应用

提出了一种基于多周期条纹投影技术和位相逆推法的物体表面形状测量法,该方法通过分析干涉条纹的位相分布来测得物体的表面形状。相对于单波长干涉仪、条纹投影法等其他测量方法而言,多周期条纹投影法不仅具有更高的测量精度和更大的测量范围,而且还可以用来测量非连续表面形状。此外,在多周期条纹投影法的基础上,还介绍了一种新的空间位相分析方法：位相逆推法。运用这种方法测量物体表面形状可以极大提高测量的精度和系统的稳定性。数值仿真及实验表明,由位相过零点所得到的测量值精度高于由振幅最大值所得到的测量值精度;当测量范围为毫米级时,基于多周期条纹投影法的位相逆推法的测量精度可以达到微米级。     

果蝇悬飞翅拍动力学问题的建模和数值求解

针对悬飞果蝇翅拍动力学问题,基于稳态气动力模型给出了改进的准稳态气动力矩模型,建立了两自由度的非线性翅拍动力学方程,通过假设翅拍运动和翅膀扭转运动可以解耦计算.基于改进的准稳态气动力模型,采用常规常微分方程数值求解算法和边界值数值求解算法分别对已知翅运动的其中一个自由度的翅膀拍打力学方程和翅膀扭转动力学方程进行了求解.数值结果表明,理论预测获得的翅膀运动学模式和实验测试获得的稳态翅拍运动模式有较好一致性.     

一种测量凹透镜焦距的方法

提出了一种测量凹透镜焦距的方法。这种测量方法基于光栅的弗朗和费衍射,无需测量物距和像距。钠光通过一个狭缝和一个凸透镜后变成一束平行光;平行光垂直入射光栅后被衍射;利用已知焦距的长焦距凸透镜确定凹透镜成像的像位置;利用已知焦距的短焦距凸透镜确定凹透镜成像的物位置;衍射光通过一个凸透镜和待测凹透镜后形成衍射条纹;这些衍射条纹被测微目镜测量。只要测量衍射条纹的间距就可计算得到凹透镜的焦距。     

似蜂非蜂

<正>在花园或野外,我们常常可以看见一些体型略小、肚子扁扁的“蜜蜂”。它们吸食花蜜时不断地振动翅膀,却没有蜜蜂那样的嗡嗡声。你以为你现在看到的是蜜蜂,哈哈,你也被骗了。这种叫做食蚜蝇的昆虫以幼虫捕食蚜虫而著称。它们与蜜蜂没有亲戚关系,倒是与苍蝇和蚊子是一家。它们模仿蜜蜂的目的只有一个,就是希望天敌把它们当成蜜蜂,而不敢冒犯。在昆虫世界里,这类模仿比比皆是,学术名称叫“拟态”,它是许多缺乏防御武器的     

透明介质相位栅衍射条纹研究方法

本文介绍了油腆相位栅衍射条纹分布规律的实验测量方法,以及如何用现有条件实现测量所需的特殊要求。最后介绍了测量结果在大屏幕投影显示整机设计的应用。     

基于无衍射光莫尔条纹的微小位移测量分析

利用He-Ne激光器发出的激光经准直扩束镜后通过轴锥镜,形成径向光强分布呈零阶贝塞尔函数形式的无衍射光,该无衍射光方向性好,在通过反射与折射时不易产生能量损失.然后,通过多次分光与反射得到两束无衍射光,并产生干涉形成莫尔条纹.最后,根据莫尔条纹产生的数目和中心点的位置变化得出位移量,建立莫尔条纹数量变化与微小位移间的数学模型,分析判断工作台产生的偏摆角、滚转角以及俯仰角的误差,并通过ZEMAX软件仿真验证该数学模型的正确性,实现高精度的微小位移测量.     

用变频条纹图扫描技术测量陡峭物体的三维轮廓

针对传统条纹投影方法不能测量陡峭物体三维轮廓的问题，提出了一种基于相移的变频条纹图扫描测量技术．采用投影装置投射一系列频率随时间变化的正弦条纹图到被测物体上，且在每个频率下完成相移条纹扫描．用电荷耦合器件(CCD)和图像采集卡记录这些变形的条纹图，对这些条纹图沿时间轴提取相位并进行处理，可以得到图像上每个像素点的相位和沿时间轴的相位变化率，由此得到的每个像素点的相位值在像面内都是相互独立的，而相位变化率包含物体的高度信息，因此可以得到物体的三维轮廓．实验证明，该技术能够成功地测量陡峭物体的轮廓．     

光学工程概述

介绍光学工程在光测量和光纤通信中的运用及未来的发展趋势.光测量主要通过激光发生干涉(衍射),利用干涉(衍射)条纹的级次进行定标、精确测量,利用零级条纹色偏最小原理,对条纹级次进行自动判断;利用光脉冲的高次谐波,测量电场.光通信主要介绍了相干光通信技术、波分复用技术、拉曼光放大器、及全光网络.     

面向光学三维测量的非均匀条纹生成方法

针对投影条纹间距比较小和被测表面法向处于变化范围较大的状态时局部条纹形变严重、分布密集,甚至出现条纹间重叠干涉现象,导致相位求解、条纹中心提取等方法失效的问题,提出了一种非均匀投影条纹生成算法。先利用投影均匀条纹到被测物体上,对相机采集图像中局部条纹分布密集的区域进行相位梯度调整,再运用反向条纹投影原理计算出非均匀投影条纹。对投影均匀条纹和非均匀条纹到被测物体表面进行光学三维测量,仿真和实验结果表明:当测量精度均达到50μm时,投影均匀条纹测量时有7.2%的数据点丢失,投影非均匀条纹时仅有0.24%的数据点丢失,基本上解决了局部条纹变形严重、分布密集导致点云丢失的问题,从而保证测量数据的可靠性。     

蜻蜓滑翔时三维串列柔性双翼气动效能分析

为进一步揭示蜻蜓翼在被动的柔性变形和串列双翼柔性干涉作用下对气流的影响机制,本文基于STAR-CCM+软件,采用流固耦合方法对Navier-Stokes方程进行数值求解。研究了杨氏模量为3 800 MPa、泊松比为0.25时,蜻蜓柔性复翼的变形及其气动特性响应规律。研究表明：蜻蜓翼保持正向高置差气动布局均会带来相似且有益的影响。迎角5°时,1.2 mm的高置布局相比低置气动布局的升力系数提升了5.2%,当迎角增大到25°时,差值达到19%。双翼干涉效应下,前翼的气动特性会得到明显的提升,后翼虽会损失一定的气动力,但总体而言,动态干涉是有益的。从双翼气流分离下诱导的后缘涡强度来看,后翼的涡要明显强于前翼。9 m/s以后,蜻蜓滑翔时由前翼承担主要载荷的方式缓慢过渡到后翼,而且后翼翼梢处受载较明显,其最大变形达到16 mm;扭转变形方面：速度一定时,随着滑翔时失速迎角增大,后翼的动态弯扭变形明显强于前翼,验证了蜻蜓翼大迎角下利用后翼机动滑翔的观点。     

扑翼模型的气动力研究

为了研究扑翼的气动特性,以蜜蜂翅为参考对象建立了扑翼的运动学模型. 利用计算流体力学方法,研究了最大拍动角、频率、攻角对扑翼气动力特性的影响,通过分析扑翼拍动在1个周期的升力和阻力变化,阐释了扑翼保持高升力的原因. 计算结果表明,翻转运动是造成升力变化的主要因素;平均升力会随着最大拍动角和频率的增大而增大;并在攻角50°时达到最大;而各工况对平均阻力的影响可忽略不计.     

微型拍翅式飞行机器人平飞位置控制的研究

对微型拍翅式飞行机器人平飞飞行的位置控制,提出了一个基于平均气动力的控制方案,在每个拍动周期结束后,根据位置的状态反馈误差调整参数.通过改变翅的拍动倾斜角和拍动频率来获得所需的平均气动力.在飞行机器人进行水平飞行和垂直飞行时,对控制系统进行解耦.最后对控制系统进行仿真,仿真结果表明该系统具有鲁棒性.     

基于滑移网格技术的串列翼推进性能分析

以有限体积法结合Standard k ε湍流模型求解黏性不可压缩Navier Stokes方程,采用滑移网格技术实现了串列翼前后翼间的相对运动,分析了前翼拍动后翼静止的串列翼系统的推进性能.探讨了衰减频率、拍动振幅以及前后翼间距对串列翼推进性能的影响.计算结果表明,串列翼的推力主要由前翼产生,且在一定的衰减频率和拍动振幅范围内,串列翼均较传统的单翼拍动具有更高的推进效率,同时,前后翼间距对串列翼推进性能影响不大.     

基于XFlow的仿生扑翼飞行器机翼气动特性分析

通过空间曲柄摇杆结构产生的急回特性来实现仿生飞行器扑翼运动.为了探究仿生扑翼飞行器的气动特性的影响因素,采用玻尔兹曼模型的粒子跟踪方法模拟扑动过程中气动特性,基于计算流体力学仿真软件XFlow对不同翼型、翼展、翼平面形状进行仿真分析并探究对升力和推力的影响.结果表明:翼型弯度和翼展的增大能够增加扑翼飞行器的升力系数,推力系数随着弯度的增大而变小;通过综合分析得到翼展长度在2.5倍弦长时,气动特性最佳;不同翼面形状的机翼具有不同的气动性能,相对于机翼后缘几何形状,前缘对气动特性的影响较大.研究结果为扑翼飞行器机翼的系统设计提供了有益的指导.     

扑翼不同的运动方式对其获能影响的数值模拟

翼型在风或水流中扑动既可以作为一种推进方式也可以在改变运动参数后从中获取能量. 通过控制波形参数得到扑翼的升沉和俯仰运动波形, 并利用非定常数值模拟来研究St数、俯仰幅值和升沉俯仰运动的波形对其获能效率的影响. 同时, 还研究了不同的扑动俯仰轴位置对扑翼获能效率的影响. 研究结果表明, 在获能参数域内俯仰运动的波形和俯仰轴位置会对扑翼获能产生较大的影响, 而升沉运动的波形对扑翼获能的影响有限, 且当St=1.332,θ₀=76.3, β_t和β_r分别为1.13 (此时的俯仰波形为接近正弦波)和0.67时, 翼型扑动获能的效率最高, 为41%.     

基于3-RPS并联机构的自适应机翼方法实现

针对自适应机翼飞行器设计了一种翼身连动机构,使机翼能够完成变前后掠、变翼展、变上下反角三种变形,从而在整个飞行任务过程中都能使飞行器达到气动性能最优。该连动机构以经典3—RPS并联机构为原型,通过3杆联动完成机翼姿态的变化。根据自适应机翼的变形要求,该结构对经典3—RPS机构进行改进,使机构在单一转动自由度和平动自由度的复合运动中,不会产生衍生自由度。且新结构截面外形与机翼截面的几何构型更为接近,较之经典3—RPS机构更适合应用于自适应机翼的连动机构。此外,电控系统设计也更利于系统未来优化升级。     

转轴扭角及扭振测试技术研究

提出了采用编码器来测量轴的扭转角方法。测量由编码器发出的脉冲时间间隔可以获得在装置编码器轴断面处的角速度。比较轴两端断面的角速度，可得到扭转角速度和其它有关扭角和扭振信息。研制了测量扭转角的数据采集和处理系统以及相应的软件。试验结果表明所研制的系统能较精确地测量扭角和具有良好的使用性能。     

Aerodynamic force generation of an insect-inspired flapper actuated by a compressed unimorph actuator

We examined experimentally the flapping performance in terms of aerodynamic force generation of an insect-inspired flapper actuated by both of original LIPCA and compressed LIPCA. Flapping tests for two artificial wing shapes of horse botfly and hawk moth were conducted at the wing rotation angle of 60° and a flapping frequency range from 6 Hz to 12 Hz to find the optimum flapping frequency and to investigate the effect of compressed LIPCA and wing shape on the force generation. Flapping tests in the vacuum were also undertaken to measure the induced inertia force. The aerodynamic force was calculated by subtracting the inertia force from the total force measured in the air. It was found that the average inertia force was relatively small when compared with the average total force. The use of the compressed LIPCA could significantly improve the flapping angle of the flapper from 110° to 130° （18.2% increase） resulting in 24.5% increase in the average aerodynamic force. It was also found that flapper with hawk moth wings could produce larger force than the flapper with horse botfly wings.     

昆虫飞行高升力的一种新解释——柔性楔形效应

以探索仿生扑翼飞行机器人研制为目的,在研究"柔性楔形效应"的基础上,将昆翅视为柔性翅,提出用"柔性楔形效应"解释昆虫飞行高升力的观点.指出了用"柔性楔形效应"解释昆虫飞行高升力的仿生学意义.根据该观点,翅翼在自适应变形状态下施以简单的节律运动将是未来仿生扑翼飞行机器人翅翼驱动方式的发展趋势.仿生运动的模拟越简单越容易稳定地实现,实验小组已设计制作了仿生扑翼飞行机器人样机,并成功进行了多次室外放飞.