液浮靶标靶板的设计与实验

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1、液浮靶标靶板的设计与实验　　摘要：为了设计光轴一致性检测中用于基准光轴空间角监测的液浮空间角靶标，确定了液浮靶板选择原则。首先，利用流体力学对靶板在浮液中的横摇固有周期进行了分析；然后，结合谐振等相关知识，分析了靶板横摇固有周期与浮液震荡周期不同比值下，靶板的稳定情况；最后，确定了靶板横摇固有周期应大于浮液震荡周期的靶板选择原则。通过对不同厚度的圆柱形靶板及半球形靶板的分析，选择横摇固有周期较大的半球形靶板，并通过实验验证了所确定的靶板选择原则的正确性。　　关键词：光轴一致性；液浮靶标；横摇　　中图分类号：O493文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.10055630.201

2、6.06.006　　Abstract：Inordertodesigntheliquidfloatedtargetsofspaceangle，aprincipleforselectingtargetisestablished.Firstly，thenaturalrollingperiodofthetargetboardintheliquidisanalyzedbasedonfluidmechanics.Then，withtheknowledgeassociatedwithresonance，thestabilityofthetargetboardinthedifferentratiosoft

3、henaturalrollingperiodoftargetboardandtheoscillationperiodofliquidisanalyzed.Finally，theprinciplethatthenaturalrollingperiodoftargetboardshouldbelongerthantheoscillationperiodofliquidisconfirmed.Thehemispherictargetboardwithlongernaturalrollingperiodischosenandthecorrectnessoftheprincipleisconfirm

4、ed.　　Keywords：opticalaxisparallelism；liquidfloatedtargets；rolling　　引言　　?F代大型光学系统一般装有多种高精度的观测设备，这些设备的光轴间的一致性对整个光学系统使用性能有很大的影响。目前这类大尺寸空间多轴角度的精密测量普遍采用光学非接触方法，如自准直平行光管方法、激光跟踪仪方法、经纬仪方法等，而这些方法在使用中都存在着测量对象需通视、抗干扰能力差等问题[13]。　　为了在不增大视场的情况下实现大轴间距、免通视多轴夹角测量，设计了捷联稳定基准光轴空间角测量方法。该方法利用捷联稳定平台使光电自准直仪的光轴与基准轴线方向时刻保持

5、一致，对基准轴进行实时监测，并实时移动光电自准直仪到不同待测轴线处进行测量。在进行多轴夹角测量中，需要对基准光轴空间角变化进行实时监测，用以对比完成被测对象相对基准光轴角度的换算。　　本文设计了一种液浮空间角靶标，用于多光轴一致性检测中基准光轴空间角度变化的实时监测，该装置采用了“稳定靶标+摄影测量”的设计模式，使用液浮靶板实时跟踪地理水平与方位，为基准光轴空间角度变化的测量提供参照。在实际使用中，由于被测基准光轴空间角度的变化，与其刚性连接的装置同时运动，浮液发生震荡运动，带动靶板产生横向摇荡。靶板是否会发生翻转及能否尽快稳定，对于液浮空间角靶标的使用有很大的影响，而采用不同形状的靶板对

6、其稳定程度有影响。本文综合考虑靶板在浮液中摇荡的固有周期和浮液震荡周期，确定了一套震荡浮液中稳定靶板选择原则，通过对两种形状结构靶板的对比研究，选择了合适的靶板，实现稳定靶标的目的。　　1理论基础　　稳定靶标由靶标座、浮液和靶板组成，如图1所示，其中靶板在浮液的浮力及地球重力作用下，相对地理坐标系稳定不变。　　结合阿基米德原理，靶板在浮液中漂浮要满足以下两个条件：（1）重力和浮力的大小相等；（2）重心G和浮心B在同一铅垂线上[4]。但是靶板满足这些条件仅能保证在浮液中的漂浮，若要实现靶板横摇稳定，还要满足平衡性条件才能实现，这些条件包括正的初稳性高lGM和适当的横摇固有周期T。　　1.1初

7、稳性高lGM　　图2所示是某浮体的倾斜示意图，该浮体在外力作用下倾斜一角度φ，由于其质量及质量分布在倾斜前后没有改变，故排水体积大小和重心位置没有发生变化。倾斜后，浮体水线由正浮时的WL变成W1L1，排水体积形状发生变化，浮心自原来的位置B点移到B1点。　　浮体在倾斜后，浮力的作用线垂直于W1L1，并与正浮时的浮力作用线（中线）相交于M点。当φ为小角度时，曲线BB1可看作是圆弧的一段，M点为曲线BB1的圆心，而lBM=l