煤质在线检测的光学调整架振动分析及优化设计

发布时间：2023-04-23 05:37

　　煤质在线检测采用激光诱导击穿光谱技术,光学调整架是激光传输光学系统中光学元件的承载部件。在复杂的工作环境中,光学调整架受振动的干扰会使激光光束发生偏移,导致作用于待检测煤粉样本上的激光质量差,进而影响煤质检测光谱分析结果的准确性。分析振动环境对激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)系统中光学调整架的影响,明确煤质在线检测系统中光学调整架的性能与工作过程中激光束质量的关系。针对光学调整架的功能要求进行总体方案设计,根据光学调整架实现四维变换调整和二维位移调整的功能要求和主要技术指标将各部件分为两个子系统——支撑系统和调整系统。根据光学调整架的功能设计结构原理图,完成光学调整架的结构设计。建立振动环境中激光光束传输模型,为光学系统的振动失调计算提供理论依据,并为光学调整架的仿真分析奠定良好基础。建立光学调整架的有限元动力学模型进行模态分析和随机振动分析。通过模态分析得出其前6阶固有频率及振型,分析每一阶的振型类型。根据模态分析结果对光学调整架的集中质量进行比较,选取参与计算的有效质量最大的数轴进行随机振动分析,得出对应的应力应...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 激光诱导击穿光谱技术的研究现状
        1.2.2 光学调整架研究现状
        1.2.3 光学振动稳定研究现状
    1.3 课题研究的内容及组织结构
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 论文组织结构
第2章 光学调整架的总体方案及振动失调光路研究
    2.1 光学调整架的总体方案设计
        2.1.1 振动环境对光学调整架的影响
        2.1.2 光学调整架的设计思路
        2.1.3 总体方案功能分析及主要技术指标
    2.2 振动环境中激光光束传输分析
        2.2.1 光学系统光线变换矩阵分析
        2.2.2 单元件组成的失调光学系统的失调光束传输建模
        2.2.3 多元件组成的失调光学系统的传输变换建模
        2.2.4 光学元件的位移扰动
        2.2.5 LIBS激光光学传输系统应用
    2.3 本章小结
第3章 光学调整架静力学分析
    3.1 光学调整架的结构设计
    3.2 建立几何模型
    3.3 建立光学调整架的有限元模型
        3.3.1 有限元分析过程
        3.3.2 定义材料属性
        3.3.3 有限元模型网格划分
    3.4 设定约束及边界条件
    3.5 静力学结果分析
    3.6 本章小结
第4章 光学调整架动力学分析
    4.1 模态分析
        4.1.1 模态分析理论
        4.1.2 模态分析计算结果与分析
    4.2 随机振动分析
        4.2.1 结构动力学
        4.2.2 计算结果与分析
    4.3 本章小结
第5章 基于响应面法的光学调整架多目标优化设计
    5.1 优化设计概述
    5.2 响应面法
    5.3 优化分析流程及结果
        5.3.1 优化分析流程
        5.3.2 DOE实验设计
        5.3.3 响应面计算
    5.4 优化设计结果分析与对比
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 未来展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况



本文编号：3799199