北航光电实验指导书

1/21北航光电实验指导书光电测试综合实验实验指导书北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院XX年5月一、实验系统简介多功能光学系统本实验系统的光学原理如图1所示，激光通过送计算机图1实验仪光学系统1激光器2,17衰减器3,5,11定向孔4,13移动反射镜6,7,9,12反射镜8,29物镜10准直透镜14分光棱镜15共焦显微镜16多功能试件夹及组合工作台18带压电陶瓷的组合工作台19,27衍射试件平台20成像透镜21目镜22可调光阑23光电接收器24导轨25,28直角棱镜26傅氏透镜30五维调节架31光纤分束器32光纤33a外置式光纤传感器33b内置式光纤传感器34光纤夹持器35备用试件架各种光学元件的切换与配置，组合成一种光学物理系统，实现定性观察与定量测试的多功能，最终由光电接2/21收器23接收，并将信号送入计算机系统，完成实验内容的显示与计算。所谓多功能，主要由下列七部分组成：1Tyman-Green干涉系统激光1经衰减器2调节光强，小孔3,5定向，扩束镜8,10扩束，分光棱镜14分光后，一路由工作台16上试件返回，形成参考光，一路由工作台18上试件返回形成物光，再返回分光镜14形成干涉场，经透镜20成像，光阑22滤波后，在CCD23上形成稳定干涉图样，由计算机程序实现参数显示与计量。2衍射计量系统激光经4，12，13，14转向，射向衍射试件产生衍射，经20会聚成像，至23接收，送计算机显示器观察，并对部分试样实现定标与计量。3光纤传感系统激光经4，12，13及18上平面反射镜至目镜29，实现最大光强耦合，进入干涉调制系统38，形成两相干光束，经34定位，投影于23，光纤调制电源的波形控制与干涉条纹的处理由计算机程序实现。本光路用于实验2223。光电处理与显示光电与计算机处理部分由图2所示。上述光信息经CCD图像系统转换成光电信号，再经模/数变换形成数字信3/21号，将此数字信号送入图像处理卡，然后进入计算机作处理，完成实验显示及相应实验的计算定量，在专用软件的操作下实现所有实验。图2CSY10L处理与显示系统实验仪照片二、软件使用与操作激光多功能光电测试实验仪配套软件是基于WINDOWS操作系统的应用软件，为配合各实验的顺利完成，目前该软件包主要有两部分组成：1.激光多功能光电测试系统实验仪综合软件；2.干涉图的条纹自动分析软件。现将各部分的使用与操作说明如下：激光多功能光电测试系统实验仪综合软件1从任务栏中的“开始”按钮出发，点中“程序”项查找“激光多功能光电测试实验仪配套软件”程序组件，然后用鼠标双击该组件中的“Csylaser”图标进入该软件，可看到如下的对话框：2根据当前所做的实验，可从实验类别下面的下拉式选择框中选择相应的实验类型，可供选择的实验类型有：A位移传感测试B光纤传感测试C纳米计量测试D共焦计量测试E衍射计量测试F散斑位移测试4/21射图样等。按【冻结图象】按钮可实现图象的冻结。4如果在实验过程中干涉条纹发生移动，可按【条纹计数开始】按钮实现计算机自动计数，当前的计数情况将实时地在屏幕右下方显示出来。当条纹往反方向移动时，所计的条纹数目也相应地减少。5按【条纹计数结束】按钮可中止计数。6按【PZT自动扫描】中的【开始】按钮可实现干涉条纹或光纤测试所形成的杨氏干涉条纹的自动移动。计算机产生数字波形，通过D/A输出，经高压放大驱动电路，使压电陶瓷产生微位移或形变。改变【周期调整量】的值可改变所产生波形的周期。7用鼠标拉动【PZT手动扫描】中的滑杆条可实现人为控制干涉条纹或光纤测试所形成的杨氏干涉3按【活动图象】按钮可在窗口中看到探测器上的动态显示的图象，如：干涉条纹、共焦光斑、衍条纹的自动移动。8当选择实验类型为“E衍射计量测试”时，可通过鼠标实现衍射图样中任意两点之间距离的精确度量。具体步骤如下：i.ii.iii.iv.v.选择实验类型为“E衍射计量测试”5/21按【活动图象】按钮监视衍射图样，调整衍射图样到最佳状态按【冻结图象】按钮使图象静止用鼠标点中度量的起始点并按下鼠标的左键按住左键将鼠标移动到度量的终点，在移动过程中将在图中显示一条红线，并在屏幕的右下方实时地显示出红线所度量的长度。当鼠标到达度量的终点时，放开左键，则完成度量。vi.若需要重新度量，只需要重复步骤e)即可。北京航空航天大学航空科学与工程学院研究生实验课程选课手册二零一三年八三、实验模块介绍1.流体力学实验I实验模块介绍目前，流体力学实验I共有实验模块7个，下面是这7个模块的介绍。实验模块：飞机标模染色液流动显示指导教师：郭辉实验目的流动显示是流体力学实验基本手段之一。水洞实验6/21在这方面有独特优势。通过本次实验，学生可以掌握染色流动显示技术的基本原理、应用方法和实验过程中应注意的技术问题。同时，了解战斗机典型绕流现象和特性，包括机翼前缘涡、机头涡的形态、特征、涡系间相互作用，以及攻角影响等，并分析这些流动现象对飞机气动性能的影响。实验简介实验在米多用途低速水洞中进行，模型采用超音速战斗机标模，在机头、机身、边条、机翼和尾翼等主要部件上布有共约40个染色夜孔。实验攻角从零度到60度，观测整机模型的边条涡、机翼涡和机头前体涡的发生发展变化特性，分析其对飞机气动性能的影响。米多用途低速水洞实验模型染色液注入系统先修课程：实验流体力学参考书：1范洁川.近代流动显示技术.国防工业出版社，20022夏雪湔，邓学蓥.工程分离流动力学.北京航空航天大学出版社，1991实验模块：油膜干涉法测量壁面摩擦应力实验7/21指导教师：郭辉实验目的油膜干涉法测量壁面摩擦应力是一项现代先进测试技术，也是最有可能发展成表面摩擦应力测量风洞实验常规手段的一种技术。通过本次实验，学生能够掌握这项实验技术的基本技能。实验简介实验在D-1风洞中进行，采用半椭圆前缘的平板模型，实验风速取30m/s。实验中观测零攻角条件下的层流边界层壁面摩擦应力，并与理论估算结果比较。在此基础上，观测2度攻角下自然转捩条件下剪切应力的流向分布，以及观测不同公角下绕平板的典型流动特征。实验模型实验装臵实验观测的典型干涉条纹先修课程：实验流体力学参考书：1C.Tropea,A.L.Yarin,J.F.Foss.HandbookofExperimentalFluidMechanics.Berlin;Springer,XX:875-886.实验模块：细长三角翼表面压力测量实验导航系统8/21实验指导书王玲玲编动化与电气教学实验中心XX年4月自目录概述/前言/课程介绍.1基本要求与注意事项.2一、安全操作守则.2二、预习要求.3三、出勤要求.3第一部分实验系统操作指导.41仪器设备介绍.4YH5000AHRS.49/21YH7000AHRS.4TZS-74IIA型转台.9LT-51惯导系统.9直流稳压电源.9计算机.9卫星导航系统.9万用表.92仪器设备使用方法.12YH5000AHRS.4YH7000IMU.10/214TZS-74IIA型转台.9LT-51惯导系统.9直流稳压电源.9计算机.9卫星导航系统.93实验系统软件介绍.15导航系统实验指导书ImuMonitorTM软件.15Gpsolution软件.16第二部分导航系统实验指导.18实验一平台惯性导航系统实验.1811/21一、实验目的.18二、实验内容.18三、实验设备.18四、预习要求.18五、实验原理.19六、实验步骤.20七、注意事项.20八、实验报告要求12/21.20九、课后思考题.20十、参考资料.20实验二捷联航姿系统实验.21一、实验目的.21二、实验内容.21三、实验设备.21四、预习要求.21五、实验原理13/21.21六、实验步骤.26七、注意事项.26八、实验报告要求.26九、课后思考题.27十、参考资料.27实验三初始对准实验.21一、实验目的.21二、实验内容14/21.21三、实验设备.21四、预习要求.21五、实验原理.21六、实验步骤.26七、注意事项.26八、实验报告要求.26九、课后思考题.27十、参考资料15/21.27实验四卫星导航系统实验.21一、实验目的.21二、实验内容.21三、实验设备.21四、预习要求.21五、实验原理.21六、实验步骤.2616/21七、注意事项.26八、实验报告要求.26九、课后思考题.27十、参考资料.27附件1实验报告模板.28导弹制导系统课程配套实验指导书陈万春覃天刘小明编宇航学院航天飞行器技术系XX年12月实验指导书导弹制导系统课程配套实验指导书导弹制导系统是宇航学院导弹设计专业方向一门非常重要的专业限选课，为了激发学生学习兴趣，更好17/21地了解和掌握导弹制导系统课程的基本内容，达到理论与实践相结合的教学目的，特此开设本课程实验，让学生亲身体会导弹导引控制技术。实验设备：导引动力学仿真教学实验平台实验内容：实验一开发数字图像处理环境实验二数字图像处理算法设计实验地点：新主楼D105我们在实验设计安排上尚存在许多不足，希望同学们提出宝贵意见和建议，便于我们及时纠正和改进。宇航学院航天飞行器技术系504教研室XX年12月实验平台简介“导引动力学仿真教学实验平台”简介导引动力学仿真教学实验平台是504教研室导引动力学仿真实验平台的小型化，采用数字化测控，成本大幅降低，便于在教学中推广；仿真环境采用XPC，学习和使用都很方便。与原平台相比，本平台测控精度有所降低，但导引仿真功能都保留了下来。导引动力学仿真教学实验平台的系统框图如下所示：18/21图1导引动力学仿真教学实验平台系统框图由上图可以看出，本平台主要由四部分组成：上位机、下位机、控制箱和转台，上位机有两个功能，一方面，在仿真前，我们要在上位机搭建仿真模型，搭建完成后，编译、下载到下位机，仿真过程中，上位机可以实时观测、干预和改变下位机的运行状况；另一方面，在仿真过程中，上位机还要通过实时地对采集到的视频信息进行处理，通过摇杆人工选定目标后，可以自动跟踪目标，获取目标偏差信号，然后传给下位机，作为导引误差使用。下位机实时地运行仿真模型，接受上位机的干预和目标偏差，为上位机提供当前运行状况信息；下位机要实时地将计算出的电机控制信号传给控制箱，并接收控制箱传过来的转台运行信息。控制箱接收下位机的转速控制指令，并据此来控制转台里面电机的转动，同时接收转台发过来的运行信息。转台里的电机接受控制箱的控制信号，带动导引头和目标运行，同时也带动光电码盘转动，为控制箱提供转台信息。转台上的导引头将目标及其背景信息转化为视频信号，通过无线影音传输模块传给上位机供处理。始终不得强加外力来转动旋转机构，设备飞车时，立即按下急停开关，不得用外力阻止设备运行。19/21实验一开发数字图像处理环境实验一开发数字图像处理环境实验目的1.复习电视导引基本原理。2.熟悉VC开发环境。3.掌握VFW函数的使用方法。实验内容1.学习VFW函数的使用方法。2.设计基于VFW的数字图像处理环境。实验概述电视制导作为制导方式始于第二次世界大战中,美国于二战中使用的滑翔弹是电视制导方式的最早应用.在现代战争中特别是海湾战争以来,电视制导在飞航导弹制导中占有重要的地位。电视制导是利用目标反射的自然可见光信息,对目标进行捕获、定位、追踪和导引的制导方式。电视制导是利用电视摄像机作为制导系统的敏感元件,获得目标图像信息,形成控制信号,控制和导引导弹或炸弹飞向目标的制导方式。导引头中的电视摄像机开机并搜索、捕获、跟踪、锁定目标。同时利用导引头敏感的俯仰误差角、航向误差角和倾斜误差角,利用误差电压反馈给弹体使其按预定方向飞行。电视成像跟踪系统的原理框图20/21图像采集是数字图像处理的首要步骤，它关系到采集图像数据的质量，因此，图像采集会影响到其后的各种操作。以下将从VFW、DirectShow和SDK3个方面介绍图像采集的解决方案。这三种方案是比较常见的图像采集方法。其中，VFW是一种较老的视频采集方法，它是Microsoft提供的数字视频软件包，提供了一组库函数，能够实现视频捕捉、影像压缩及影像播放等功能。使用VFW的优点是它随从Windows操作系统一起安装，可执行文件不需要附带额外的库文件就可以运行，但是许多采集卡不支持VFW，而且功能也相对较弱，因此现在开发视频采集相关的软件时很少使用VFW技术。