| infotek | 2020-12-01 09:34 |
電光傳感器的協(xié)同設(shè)計和分析（3）我們對熱浸和熱瞬態(tài)測試數(shù)據(jù)的集成STOP分析結(jié)果可以通過以下三個表中提供的匯總數(shù)據(jù)的幫助來理解和解釋。表2提供了用于每個測試中的熱和冷條件下的熱聚焦控制系統(tǒng)的一些關(guān)鍵參數(shù)。這些數(shù)據(jù)表明，至少對于1瓦以上的加熱器功率，保持聚焦所需的加熱器功率大致與周圍光具座和L13-16設(shè)定點之間的溫度差成比例。應(yīng)指出的是，L13-16設(shè)定點溫度不同于41℃的設(shè)計偏差溫度。對于感興趣的環(huán)境邊界條件溫度值，儀器廠商的控制算法選定的設(shè)定點溫度由作為保持聚焦的最適的值。另外，在透鏡部件13至16中設(shè)定的軸向熱梯度的大小與采用的加熱器功率成正比。  表2.熱控制系統(tǒng)參數(shù) 表3總結(jié)了對于相同的四個測試條件下集成STOP分析給出透鏡組件波前差分布預(yù)測值的標(biāo)準(zhǔn)41C設(shè)計殘差值的變化。波前誤差以在0.6328微米波長的波中的峰-谷（PV）量值給出。 這里我們看到兩個氟化鈣透鏡元件（13和15）占主導(dǎo)地位，并且來自透鏡13和15的波前誤差增量趨于補償在其他所有加熱器功率。  表3.加熱器功率水平下的透鏡部件波前誤差貢獻(xiàn)的變化 我們集成STOP分析從如下物理視角提供了對這種非常規(guī)熱聚焦控制操作方法。周圍光具座溫度降低到L13-16的41℃設(shè)計偏置溫度以下越多，在透鏡子組件透鏡13和透鏡16端部處的條帶加熱器上施加的加熱器功率越多以保持可見光通道的聚焦。在L13-16子組件的兩端施加相等的熱量，從而在每個透鏡內(nèi)建立從L13到L16的軸向熱梯度和更小的徑向熱梯度。兩個CaF2透鏡元件（13和15）具有比玻璃元件（14和16）更低的標(biāo)準(zhǔn)折射率，但是具有較大的dn/dT值。在所有加熱器功率水平下，由透鏡13和15引入的附加波前誤差占主導(dǎo)地位，這表明熱致折射率變化正在影響光學(xué)性能的變化。與每個透鏡的平均體溫度的變化相比，在透鏡中建立的徑向梯度較�。�1/3th至1/10th），因此透鏡中的體溫度變化對圖像質(zhì)量具有主要影響。我們在集成STOP分析中也評估了由在光學(xué)表面上固定時彈性應(yīng)力引起的透鏡表面圖變化，但是卻發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的波前誤差貢獻(xiàn)可以忽略。由儀器廠商的控制算法選定的L13-16設(shè)定點溫度，總會使具有較小直徑的透鏡15 CaF2元件的溫度升高到高于41℃設(shè)計偏差值溫度，并將較大直徑的透鏡13的溫度降低到設(shè)計點以下，使得對于所有加熱器功率水平，這兩個透鏡的熱致波前誤差貢獻(xiàn)總是傾向于彼此抵消。這種傾向使L13-16子組件的總焦距和圖像質(zhì)量貢獻(xiàn)在傳感器的預(yù)期熱環(huán)境中相對不變。 表4中數(shù)據(jù)總結(jié)了該熱控制方法在保持聚焦和可見通道波前誤差方面的總體效應(yīng)。我們通過分析可以證實，對于可見光通道，儀器廠商的聚焦控制方法在傳感器的預(yù)期熱環(huán)境中可以有效地保持聚焦。對于所有情況，除了一些情況下（瞬態(tài)、熱情況），每個測試條件的像差殘差在衍射極限（0.25波PV）內(nèi)。此外，通過表4中對于每個測試情況說明，可以通過附加重聚焦來移除像差殘差。除了瞬態(tài)熱情況，對于熱效應(yīng)（1mil）的產(chǎn)生散焦，這些重新聚焦值在儀器廠商的誤差預(yù)算分配范圍內(nèi)。  表4.聚焦控制效應(yīng) 初始STOP分析的注意事項 我們最初的集成STOP分析的精確度和整體效用受到三個因素的限制。首先，由于我們分析時采用基線光學(xué)設(shè)計模型的限制，無法直接將STOP模型圖像質(zhì)量預(yù)測與傳感器可見通道的測量圖像質(zhì)量進(jìn)行比較。我們的光學(xué)設(shè)計模型僅包括基線光學(xué)設(shè)計和簡化表示的傳感器中心遮擋。它不包括對于該傳感器是重要的制造、對準(zhǔn)或重力釋放誤差。它也不包括用于測試傳感器的準(zhǔn)直器的顯著像差。這個限制將在未來的工作中通過將Zernike相位表面添加到表示這些誤差的基線設(shè)計來解決。其次，盡管我們的STOP模型對于L13-16透鏡子組件具有高精確度，但由于時間和計算資源的局限性限制了其余可見光通道的精確度。由于光具座的結(jié)構(gòu)模型的有限精確度，可能引入了L13-16子組件的整體傾斜和偏心的小誤差，并且忽略了除了L13-16之外的可見通道分量的光學(xué)性能影響。這些限制將根據(jù)我們的客戶的后續(xù)工作的需要來處理。最后，熱瞬態(tài)光學(xué)預(yù)測的準(zhǔn)確性受兩個因素的影響。對于L13-16使用平均初始溫度分布，而不是由于時間和計算資源限制在前兩個熱循環(huán)中計算其從初始條件的演變。由于這個原因，用于STOP分析的溫度分布中可能存在一些小的誤差。更重要的是，用于測試有效載荷的全鋁準(zhǔn)直器的溫度和焦點在熱瞬態(tài)測試期間不受控制，因此在這些測試中觀察到的一些焦點漂移，特別是在極端溫度條件下，可能導(dǎo)致準(zhǔn)直器焦點隨時間和溫度漂移。這是測試設(shè)置中的限制，如果測試要重復(fù)進(jìn)行，則需要對其進(jìn)行校正。 結(jié)束語和未來工作計劃 | |