光補償器

光學(xué)系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)計算通常采用代數(shù)法和縮放法，代數(shù)法是根據(jù)像差理論來求解滿足成像質(zhì)量要求的初始結(jié)構(gòu)的方法，縮放法根據(jù)相近似的結(jié)構(gòu)作為初始結(jié)構(gòu)[8]。然而，縮放法得到優(yōu)質(zhì)的光學(xué)設(shè)計的前提是選擇的縮放對象系統(tǒng)合適，因此縮放法具有一定的局限性。非球面補償器是與被檢面一一對應(yīng)，因此很難找到合適的縮放對象，因此補償器初始結(jié)構(gòu)一般使用代數(shù)法進行求解。但是，代數(shù)法求解初始結(jié)構(gòu)過程繁瑣，準確性差。而且代數(shù)法求解是基于近軸光學(xué)條件，即使進行實際光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)求解，仍然是基于近軸光學(xué)公式。采用代數(shù)法求解初始結(jié)構(gòu)，首先利用賽德和數(shù)或者波像差理論表示像差，其次，采用近軸光學(xué)計算公式計算外形尺寸和實際光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這些計算方案的前提是近軸光學(xué)條件。

由于補償器屬于高精度要求光學(xué)系統(tǒng)，公差分析十分必要。由于系統(tǒng)工作波長為單色波長，并不存在二次光譜，所以透鏡的色散系數(shù)不用考慮。但是，由于補償器透鏡材料的均勻性對補償效果有明顯的影響，選擇透鏡材料時需要考慮折射率特性，因此透鏡材料選擇均勻性能良好的H-BAK7玻璃(成都光明光電股份有限公司)。公差分析過程中，不需要引入阿貝常數(shù)公差，只需要考慮折射率公差。根據(jù)調(diào)研，得出了工藝的公差容限?；谝陨纤?，對設(shè)計結(jié)果按照給出的公差條件進行敏感度分析，將裝配時補償器最后一面到被檢測面之間的空氣間隔作為系統(tǒng)公差的補償，部分結(jié)構(gòu)參數(shù)變化引起的波像差RMS值變化不明顯。非球面補償器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)與透鏡曲率半徑和透鏡厚度的加工誤差可以求出，當結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化時，系統(tǒng)波像差RMS 變化的最大量為800.6。該系統(tǒng)的曲率半徑和其厚度在加工公差范圍內(nèi)變化時，系統(tǒng)性能變化不大。 2100433B

隨著光電設(shè)備使用環(huán)境的不斷復(fù)雜化，激光、紅外、可見光等多譜段共口徑設(shè)計成為了迫切需要，以滿足不同情況下的探測要求。只有反射式結(jié)構(gòu)能同時滿足紅外、激光、可見光多譜段通過。而離軸反射式光學(xué)系統(tǒng)比起其他的系統(tǒng)具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，無中心遮攔，視場可以做大，焦距可以做長，口徑可以做大等優(yōu)點，常被多譜段共口徑光電系統(tǒng)作為共口徑端，以滿足其對多譜段、大視場、高分辨率、小型化等要求。離軸反射式系統(tǒng)中主鏡和三鏡常采用凹非球面，次鏡常采用凸非球面。凸非球面鏡的檢驗比凹非球面鏡困難，特別是無法透射的凸非球面，需要有一束至少接近被檢面口徑的會聚光束，檢測時所需的輔助光學(xué)元件甚至要遠大于所需要檢測的非球面的尺寸。采用補償器進行補償法檢測時，設(shè)計出的補償器對非球面的像差進行補償，使非球面反射回來的光線經(jīng)過該裝置后又能原路返回，補償后的無像差像點可用常規(guī)的檢測方法，如陰影法、干涉法、星點法等進行檢測。

常用的人工補償器有方形補償器、套筒形補償器和波形補償器等。

人工補償器方形補償器

方形補償器是由幾個彎管組成的彎管組，俗稱方形脹力，它依靠彎管的變形來補償管道的熱伸縮。它的特點是結(jié)構(gòu)和安裝簡單，工作的可靠性強，不需要維修，可以在現(xiàn)場制作。但占地面積大，材料消耗多而且介質(zhì)的流動阻力也大，室外管道采用地溝敷設(shè)時，需將地溝局部加寬，管道架空敷設(shè)時，需設(shè)置專門的管架。

人工補償器套筒式補償器

套筒式補償器也稱填料函式補償器，它是以插管和套筒的相對運動來補償管道的熱伸縮，插管和套管之間以壓緊的填料函實現(xiàn)密封。套管式補償器分單向式、雙向式兩種；按照制造材料的不同，又分為鑄鐵和鑄鋼兩種。套筒式補償器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)尺寸小，占據(jù)空間小，安裝簡便，補償能力大(一般可達250～400mm)，熱媒流動阻力小等。但只能用于不發(fā)生橫向位移的直線管段上，且易泄漏，需經(jīng)常維修。如管段發(fā)生橫向位移，填料圈卡住，會造成芯管不能自由伸縮。

人工補償器波形補償器

波形補償器是一種以金屬薄板壓制并拼焊起來的伸縮裝置，其內(nèi)套筒與波壁的厚度為3～4mm，若厚度增加，則其補償能力降低。波形補償器的波數(shù)一般為1～4個，因為波數(shù)過多，波節(jié)邊緣比中間部分的變形大，且中間部分將沿軸線向外彎曲，會破壞每個波帶的對稱變形，產(chǎn)生徑向彎曲，甚至?xí)蛊鋼p壞。波形補償器的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，不需經(jīng)常檢修。但是它的補償能力小，工作壓力低，制作較為復(fù)雜。因此，這種補償器只運用于大直徑、低壓力的煤氣、空氣等介質(zhì)的管道上。

當熱力管道的熱膨脹量過大，不能采用自然補償時，就必須設(shè)置專門的補償裝置來吸收管道的熱膨脹量，這種方法稱為人工補償法，所采用的補償裝置叫做人工補償器。管道中常用的人工補償器有方形補償器、波形補償器及填料式補償器。

如圖2：方形補償器型圖所示，(Ⅰ型B=2a；Ⅱ型B=a；Ⅲ型B=0.5a；IV型B=0；L-開口距離)為常用的方型補償器的四種形式。它主要靠其彎管的變形來補償管段的熱伸長。方型補償器通常用無縫鋼管煨彎或機制彎頭組合而成。此外，也有將鋼管彎曲成“S”形或“π”的補償器。這種用與供熱直管同徑的鋼管構(gòu)成呈彎曲形狀的補償器，也總稱為彎管補償器。

彎管補償器的優(yōu)點是制造方便；不用專門維修，因而不需要為它設(shè)置檢查室；工作可靠；作用在固定支架上的軸向推力較小。其缺點是介質(zhì)流動阻力大，占地多。方型補償器在供熱管道上應(yīng)用很普遍。安裝彎管補償器時，經(jīng)常采用冷拉(冷緊)的方法，來增加其補償能力或減少對固定支座推力的目的。