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简介：这份材料是作者自学Zemax光学设计及在实践中应用的案例汇编，提供初学者使用软件作光学系统设计练习，整个过程需要Zemax光学系统设计软件。使用的软件版本为比较常见的2005或2009。因两个版本在某些菜单列表和窗口形式上的些许差异，读者需自行对比测试。最开始的一些例子是基于目前比较常见的教材和习作而进行的细化论述，以丰富本文内容同时对初学者入门更有帮助。作者才疏学浅，不保证该文本的科学性和有效性，其主要作用在于帮助自己对知识进行积累、回顾和追溯。文中会对各个实例的关键位置进行尽量详细的叙述，以达到尽可能全面地掌握知识的目的。本文基于理论与实践的结合，不仅描述如何设计一套光学系统，并且讨Zemax激光光学设计实例应用—自学案例汇编FN∏A TWUZ图18-43D光路结构图(混合序列模式)为了减少麻烦,用不着重新在非序列模式中编辑所有组件;我们可以将上述例子直接转换到非序列模式下。步骤为,主菜单 Tools→ MIsce1 aneous→ Convert to NsC Group,在弹出的对话框中,选择要转换的序列范围,比如,这里是从 Surface2到 Surface13,同时注意勾选 Convert file to non- sequenti al mode,确定后即可转换为非序列模式,透镜元件都在。不过,你会发现,原来已有的非序列组件不能转换过来,自动消失了。不过没关系,重新编辑缺失的组件即可。如图18-5所示,添加一个圆柱体(光纤)组件,再添加若干个探测器(方便自己观察的位置即可)BI Non-Sequential Component EditorEdit Solves Errors Detectors Database Tools ViEW Helpobject Typecomment2P351t1hMaterial Front FZ LengthBack rinder volume.050standard I erF1510.70N-5F64R.00冂.000.250standard LerF1511.820N一LAKs.50n6250Toroid a Lers surfaces00Q2.530standard Lerssurfaces45,440D.00Qtandard Lers surfaces4,3200。000standard Lers surfaces47.3z0BA/.0005,350Detector民ect116.000Detector Fect5.200200图18-5非序列光学组件列表接下米,我们米重点说一说光源的选择问题。因为光源的选择会明显影响仿真的实际效果。这里,我们需要个发散型的光源,发散角基本要和光纤的数值孔径相同,光源放在光纤前端——入射端。非序列光源组件有多种类型叫选,包括椭圆形光源 Source e1 lipse半导体光源 Source diode等等。这些可改置发散角的光源是否都满足要求呢,我们要看《 Matlab辅助激光光学分析与应用》作者出品Zemax激光光学设计实例应用—自学案例汇编看这些光源通过光纤组件之后输出一段距离光线的分布情况和聚焦的情况。我们首先选择椭圆形光源 Source e11ipse作为输入光源,放在光纤输入端。表面上看,椭圆形光源 Source e11ipse是一个面光源,可以分别设置两个半轴长度,但实际也是无穷远点光源。要设置光源的发散角,则需要改变发光源的位置,从无穷远改为有限距离。obiectcomment z Position Material*LayoutSourcepie50.020500000Power (wat.. wavenumber color# x Half wi.. Y Half wi.source Di..1.0000.0200.0200.100图18-6椭圆光源参数设置如图18-6所示设置光源参数,类型 object Type选择 Source e11ipse,位置zPoSItion设为-50.02,绘图光线数目 Layout rays设为50,分析光线数目 AnalysisRayS改为500000,半轴长度(相当于光阑) X Half width、 Y Half width均设为0.02(小于光纤半径),光源距离 Source distance设为0.1,其他参数默认即可。如此设置,光源距离和光阑尺寸的配合,恰好获得数值孔径NA为0.2的光源。然后在光纤输岀端、距离光纤端面0.5mm的位置放置一个探测器,检测输出光线分布情况,探测器像素500,尺寸要比预测光斑尺寸略大一些(一般2倍即可)设置完华,打开3D光路结构图,如图18-7所示。可见与图18-4所示的混合序列模式没有明显区别,除了绘图光线均匀性的区别,非序列模式中绘图光线为随机分布方式,而序列模式中绘图光线为均匀分布方式将图像局部放大,观察光纤输入端和输出端,注意光线是否有溢出或者发散角与设想的是否一致等等,分别如图18-8和18-9所示。因为,笔者实测发现一个问题,减小光纤直径,到一定程度之后,就会影响输出端的光线数值孔径,似乎一部分发散角大的光线被消去,输出的光线数值孔径变小了。但是,这时如果将光纤长度缩短到一定程度后,输出光线的数值孔径又能恢复正常。这个问题具体是由什么原理、原因造成的,口前还不知道。也就是说,用这个圆柱体cy1 inder yo lume来模拟光纤,需要注意育径-长度比例,否则丢失信息,读者注意。《 Matlab辅助激光光学分析与应用》作者出品Zemax激光光学设计实例应用—自学案例汇编图18-73D光路结构图(非序列模式图18-83D光路结构图-光纤前端(非序列模式)《 Matlab辅助激光光学分析与应用》作者出品Zemax激光光学设计实例应用—自学案例汇编图18-93D光路结构图-光纤出端(非序列模式)接着,打开探测器观察窗口,再打开光线追迹控制器,追迹所有探测器光线。这里,我们放置了两个探测器,分别在光线输出端口和光线聚焦位置。先看光纤输出端的光线分布,如图18-10所示为相干模式下,光纤输出端附近的光斑形状及光线密度分布情况,从图上看,分布不是很均匀,但大体还是可以看出光斑整体轮廓效果:;再切换到非相干模式下,如图18-11所示,我们看到这时光线分布严重不均匀,甚至光斑轮廓都看不到了,这显然已经和实际经验相去甚远了。133,S1l5宁,四了了4:1F315宁,H4,529,总92H,3屮DETEC T0R工MRGE: COHEEENT工RRFD工FNCED: YHG旺 AM BELTVERT SIST日正,屮日國翼的,题 H NILLLHETERXELS 500WX 591 H. TOTAL HITS =499993FHc:1,用92《 Matlab辅助激光光学分析与应用》作者出品Zemax激光光学设计实例应用—自学案例汇编图18-10探测器光线分析-光线输出端(相干模式)291625222三51292H1DETECTOR工HGE: INCOHERENT RR工HNE正囚,"HM工ET防.PIEs5EW5〗H.卫THT=曾們EF工RRR工RNCE40TE+004 HATTSCH 2TOTHL POWERi 9 9998E-00L HTT5图18-11探测器光线分析-光线输出端(非相干模式)121,5L,2272,55四DETE匚TDR工NRGE: COHERENT工 =EDLNCEND: HG BERM ELTWERY STSTEMTUE MAY正 ETECTOR 9. NSCG SLRFRCE正EW2@H山工TE,FE§5W5H,TfHT=2PEF TRRAOTFNCE i 12785E+00L ATTSCH"?OTAL POWER2.5占5E-2 MATTS图18-12探测器光线分析-聚焦光斑(相干模式)《 Matlab辅助激光光学分析与应用》作者出品Zemax激光光学设计实例应用—自学案例汇编r94:15屮714,72535,32555,123827E58 8317ETEGTUE工MRGE: INCOHEENT RRH工RNCELD: YAG BERM DELIVERY SYSTE1RCE 1SLZE 4I LX 21DE5 H MILLLHE TER PLNELS 59 5X 505 H. OTAL HTs =197978CE::60:m2TOTHL FILER图18-13探测器光线分析-聚焦光斑(非相干模式)再看另外一个探测器,光线经过透镜光学系统整形聚焦后的光斑形状和光线分布情况,相干模式和非相干模式分别如图18-12和18-13所示。同样,相干模式虽然分布也不均匀但基本还能看出光斑轮廓为以椭圆光斑;而非相干模式下,光线分别很不均匀,看上去光斑形状也不是椭圆形,而是一个变形了的菱形。于是,笔者怀疑光源的选择和设置可能不人合理。可能是由于光源本质还是一个点光源,即使通过光纤(圆柱体)后光线也没能有效匀化所致。那么,换一个光源类型,比如半导体光源 Source diode会不会更好一些。如图18-14所示,光源类型选择 Source diode,位置 z Postion设为-50.02,绘图光线数目Layout rays设为50,分析光线数目 Analysis Rays设为500000,发散角X- Di vergence、Y- DI vergence均设为12(匹配光纤数值孔径),其他参数默认即可。如此设置,获得的数值孔径NA差不多也为0.2的光源ε然后同样在光纤输出端、距离光纤端面0.5mm的位置放置一个探测器,检测输岀光线分布情况,探测器像素500,尺寸要比预测光斑尺寸略大一些(一般2倍即可)。更新3D光路结构图,放大观察光纤入射端和输出端的光线情况,分别如图18-15和18-16所示,可见都还比较正常,没有溢出光线,输出发散角也比较合理。《 Matlab辅助激光光学分析与应用》作者出品Zemax激光光学设计实例应用—自学案例汇编object TypeComment Position Material+ I ayout.*Analysi.Source diode0,U∠0object Type Astigmatismx-Diver ge.X-superGa.Y-Diverge.Y-superGasource D1 odel0.0D012.000.0112.0000.01图18-14导体光源参数设置图18-153D光路结构图-光纤前端图18-163D光路结构图-光纤输出端《 Matlab辅助激光光学分析与应用》作者出品Zemax激光光学设计实例应用—自学案例汇编311,忌HL428,总5732屮9,"F31之18,28187,1H6」5s.92712,3白占2,3日318H1JE TEG TOR工MRGE:Cu仨RENT工 CERO LHNGELD: YAG BERM DELIVERY SYSTE1灯T职R1, NSCE RFACE L江正区W翼四,HM工能防,PXL5E的日H.ILHT=8工RRRL工FNCE:3,1L8HE+2H^2TOTHL PERB,5551E-图18-17探测器光线分析-光线输出端(相干模式)H⑦13屮131忌3L7s叫sDETECTOR工MRGE:工 COHEZET工RRR囗工FCEHG BERM DELIVERY SYSTE正 TECTOR10. NSCG EURFACE LX,啦H工能TE,PX555H而HT=第83工 H:z:22SrCH+图18-18探测器光线分析-光线输出端(非相干模式)《 Matlab辅助激光光学分析与应用》作者出品

C#操作OPC,包含KepServer4.5软件, OPCAutomation.dll以及一个C#工程。支持S7200，300，400PLC开发。

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本文重点介绍了，Matlab优化工具在通用风力机翼型型线设计中的应用情况。并进行了设计实例分析第28卷第4期机械设计Vol 28 No 42011年4月JOURNAL OF MACHINE DESIGNApr.2011种有效的动压气体径向轴承承载力数值解法张海军,沈剑英,杨琴(嘉兴学院机电工程学院,浙江嘉兴314001)摘要:考虑动压气体径向轴承中气膜压力变化小的特点,对润滑 Reynolds方程的非线性项进行适当近似,得到线性Reymolds方程。利用有限差分法求解该近似 Reynolds方程,得到动压气体径向轴承的压力分布,分析气体径向轴承性能,计算得出轴承承栽力的大小,并与文献中的实验数据进行比较。与直接数值解相比,该数值解计算结果与实验数据吻合较好。关键词:动压气体径向轴承; Reynolds方程;非线性;有服差分法;中图分类号:TH17.2文獻标识码:A文章编号:1001-2354(2011)04-002-04气体轴承利用润滑膜中的气体压力来实现承载作为两类3:解析数值解和直接数值解。解析数值解方用的。由于所用润滑介质一般为空气,因此气体轴承法,即对非线性 Reynolds方程进行一些近似,求得近似具有摩擦损耗少、速度高、精度高和污染少等特点1。解析解表达式,然后用数值方法求解;直接数值解方法20世纪60~70年代国内外进行气体轴承研究较多,则是对非线性 Reynolds方程直接进行数值近似求解。近年来随着MEMS微动力涡轮研究的兴起,气体轴承 Raimondi利用有限差分法分析了有限长动压气体径的研究又开始受到重视2]。向轴承性能。Peks和 Breuer5采用伪谱法来求解Reynolds方程是分析动压气体径向轴承性能的基 Reynolds方程。戚社苗。等通过数学变换,将动压气本方程,由于气体的可压缩性使 Reynolds方程呈现非体润滑 Reynolds方程变换成标准的椭圆型偏微分方程线性,一般难以求得解析解,因此采用数值方法研究气形式,以 Matlab pde( partial differential equation)工具体径向轴承性能是一种有效途径。数值解方法可以分箱为求解器,实现 Reynolds方程的计算。如·.·············分··心···分·····如·心如·鲁心·心心普·心···心·必·心·心·心·心·心·心鲁●[2 Fuglsang P, Bak C, Gaunaa M, et al. Design and verificaApplication Matlab optimization tool in general profilestion of the Risg- Bl airfoil family for wind turbine[ J]. Jour- design for wind turbine airfoilsnal of Solar Energy Engineering, 2004, 126: 1002-1010WANG Xu-dong WANG Li-cun[3] Timmer W A, Van Rooi A. Summary of the delft universiEngineering Research Centre for Waste Oil Recovery Tech-ty wind turbine dedicated airfoils[ J]. Jourmal of Solar En- nology and equipment, Ministry of Education, Chongqing Technolergy Engineering, 2003, 125: 488-496ogy and Business University, Chongqing 400067, China[4] Bjork A. Coordinates and calculations for the FFA-Wl-xxxAbstract: Based on the optimization algorithm and optimizaFFA-W2-xox and FFA-w3-xxx series of airfoils for horizon- tion tool in Matlab, the optimization mathematical model for the In-tal axis wind turbines[ R ] FFA TN, Stockholm, tegrated expression of general profile for wind turbine airfoils wasSweden, 1990established. By taking the optimization design of the lift and drag[5]苏金明,张莲花,刘波等.MA们AB工具箱应用M]. ratio of wind turbine airfoils as the objective function, taking the co-北京:电子工业出版社,2004.eficients of the general profile control equation as design variables6]钱翼稷.空气动力学[M].北京:北京航空航天大学出 and taking the thickness and curve shape of the wind turbines air-版社,2005foils as the constraints, one airfoil with relative thickness of 18%is[7]王旭东,陈进, Wenzhong Shen,等.风力机叶片翼型型线 designed and the its performances are analyzed. The result has集成设计理论研究[门].中国机械工程,2009,20(2): broadened the design way and method for wind turbine airfoils211-213Key words Matlab; wind turbine airfoil; general profile; op-[8] Drela M. XFOIL 6.8 User Primer[M]. MIT Aero astro, timization algorithmFig 3 Tab0 Ref 8Jixie Sheji"0298咖收稿日期:2010-01-11;修订日期:2010-10-25甚金项目:嘉兴市科技计划资助项目(2008AY2021)作者简介:张海军(1976—),男,山东鱼台人,讲师,硕士,研究方向:气体轴承-转子动力学等。Mat1ab优化工具在通用风力机翼型型线设计中的应用旧WANFANG DATA文献链接作者:王旭东,王立存, WANG Xu-dong, WANG LI-cun作者单位:重庆工商大学,废油资源化技术与装备教育部工程研究中心,重庆,400067刊名:机械设计 ISTIC PKU英文刊名:JOURNAL OF MACHINE DESIGN年,卷(期)本文链接http://d.g.wanfangdata.comcn/periodiCaljxsj201104005.aspx

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