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一种新型红外傅里叶光谱仪全柔性动镜系统的仿真设计与分析

柳华

  随着红外傅立叶变换光谱仪近年来在许多特殊领域(太空、真空)的广泛应用和快速发展,使用环境因素对其运动机构的可靠性和运动部件的寿命提出了很高的要求。论文第一章介绍了红外傅立叶变换光谱仪的发展状况与动镜机械扫描系统的研究背景,结合在研课题的实际需要,确定了本论文的研究内容——全柔性动镜系统。第二章从研究任务出发,对基于迈克尔逊干涉仪的傅立叶变换光谱仪相关参数进行了分析,包括信息容量、动镜垂直耦合位移等,确定了动镜的基本工作状态。再根据这一状态,具体对动镜机械扫描系统核心部分——柔性支撑机构的运动学原理、柔节的种类和型式进行深入地研究,结合柔性支撑机构的工作原理,设计出新型全柔性动镜机械扫描系统,并给出CAD二维设计图及Solidworks三维模型图。第三章在三维建模的基础上,通过分析软件Patran及Nastran建立全柔性支撑机构的有限元网格模型,根据动镜的工作原理,通过对其进行CAD静力学分析,结果不断反馈优化柔性支撑机构的相关参数,最终获得一较好的仿真结果。与目前国内外类似柔性支撑机构的运动精度相对比,结果表明:该动镜系统的线性运动精度比国内外分别高出93.2%和75.3%。对此仿真结果的柔性支撑机构的最薄弱环节——柔节进行疲劳扭断仿真分析,得到柔节仿真寿命的循环次数为5.83x10~5次,在Nf(1x10~5~1x10~7)范围之内,属于高周疲劳范畴。从理论仿真模拟的角度来验证柔性支撑机构相关参数的合理性,进而加深对该傅里叶光谱仪动镜系统寿命情况的了解。第四章根据仿真优化后的柔性支撑机构的相关参数,进行简化设计并加工出简易动镜系统,并对简易实物进行相关试验测试和实验结果误差分析,从实际试验方面来验证此柔性支撑机构相关参数选择的可行性及整套机构理论分析的正确性。第五章主要围绕着动镜系统的仿真和实测结果,对傅里叶光谱仪动镜系统进行分析总结,结合实际应用环境,提出给一些建议和想法,为以后此类的研究工作打下基础。……   
[关键词]:傅里叶变换光谱仪;动镜系统;柔性支撑机构;柔节;有限元分析;疲劳寿命分析;误差分析
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)2011年