TESS-W түнгі аспан жарықтығының фотометрі: 8 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:25

TESS-W-ластануды зерттеу үшін түнгі аспанның жарықтығын өлшеуге және үздіксіз бақылауға арналған фотометр. Ол STARS4ALL H2020 Еуропалық жобасы кезінде ашық дизайнмен (аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз ету) жасалған. TESS-W фотометрі деректерді WIFI арқылы жіберуге арналған. Деректер нақты уақытта бейнеленеді және бөлісіледі (ашық деректер). Қосымша ақпарат алу үшін https://tess.stars4all.eu/ шолыңыз.

Бұл құжатта TESS-W түнгі аспан жарықтылығының фотометрінің кейбір техникалық мәліметтері бар және оны қалай құру керектігі сипатталған. Ол сенсордың электронды және оптикалық схемаларын, сондай -ақ ауа райына төзімді қоршауды қамтиды.

TESS фотометрі туралы қосымша ақпарат Zamorano et al. «STARS4ALL түнгі жарықтың фотометрі» жасанды жарық түнгі кездесулерде (ALAN2016) Клуж, Напока, Румыния, қыркүйек 2016 ж.

TESS-W тобы әзірледі және дизайн Кристобал Гарсианың жұмысына негізделген.

Бұл Instructables бағдарламасының бірінші жұмыс нұсқасы. Бізді қадағалаңыз.

1-қадам: TESS-W сипаттамасы

Фотометр арнайы жасалған электроника мен оптикалық бөліктерді қамтитын ауа райына төзімді қорапқа салынған. TESS -те ESP8266 бар реттелген баспа схемасы (ПХД) бар. ESP8266-бұл толық TCP/IP стекі мен микроконтроллер мүмкіндігі бар арзан Wi-Fi чипі. Электрондық құрал TSL237 жарық сенсоры (түнгі аспанның жарықтығы туралы деректер) үшін жиілікті, сондай-ақ MLX90614ESF-BA инфрақызыл термометр модулін (бұлт туралы ақпарат үшін) оқуға арналған.

Аспан жарықтығы детекторы - бұл жарықты жиілікке түрлендіретін TSL237 фотодиоды. Бұл SQM фотометрлерінде қолданылатын дәл сенсор. Алайда, өткізу қабілеті қызыл диапазонға SQM BG38 түсті сүзгісіне қатысты дихрикалық сүзгіні (учаскелерде UVIR деп белгіленген) қолдана отырып кеңейеді.

Аспандағы жарық диапазонды сүзуді қамтитын оптика көмегімен жиналады. Сүзгі коллекторды (1) толығымен жабады. Датчик (бұл суретте көрінбейді) баспа схемасында арнайы электроникамен бірге орналасқан (2). WIFI модулі (3) қораптың ішінде антеннасы бар, WIFI ауқымын кеңейтеді. Аспандағы температураны өлшеу үшін жақын инфрақызыл сенсор (4) қолданылады. Ақырында, жылытқыш (5) терезеде конденсациядан құтылу үшін немесе тіпті мұзды немесе қарды еріту үшін қажет болғанда қосылады (6). Көру өрісі (FoV) FWHM = 17 градус.

TESS-W спектрлік реакциясы астрономиялық Джонсон В, V және Р фотометриялық диапазондарымен және Мадридтің жеңіл ластанған аспаны мен Калар Альто астрономиялық обсерваториясының қара аспанының спектрлерімен салыстырылады.

2-қадам: TESS-W фотометр электроникасы

Электронды тақта

TESS негізгі компоненті - тапсырыс бойынша жасалған электронды тақта (ПХД, баспа платасы).

ПХД үшін қажетті файлды https://github.com/cristogg/TESS-W/blob/master/docs/TessWifi-PCB-files.zip сайтынан жүктеуге болады.

ПХД таңдалған қорап қорапшасына сәйкес келуге арналған (кейінірек қараңыз).

Негізгі компоненттер

ПХД электрондық бөліктерін берілген суретте және берілген файлда шолуға болады.

3-қадам: TESS-W фотометрінің оптикасы

Дизайн және компоненттер

Аспандағы жарық диапазонды сүзуді қамтитын оптика көмегімен жиналады. Сүзгі коллекторды толығымен жабады. Фотометрдің корпусында фотометрге аспан жарығының түсуіне мүмкіндік беретін ашық терезе бар. Ішкі шыны мөлдір тереземен қорғалған.

Оптикалық дизайн бірінші суретте көрсетілген. Жарық мөлдір сүзгі терезесінен (1) өтіп, қоршау қақпағының (2) саңылауынан (3) кіреді. Мөлдір терезе корпус қақпағына жабыстырылған. Дикрофильтр (4) жарық коллекторының (5) жоғарғы жағында орналасқан. Детектор (6) коллектордың шығуына қойылды.

Мөлдір терезе

Бірінші компонент - бұл жарықтың басқа компоненттерге өтуіне мүмкіндік беретін мөлдір терезе және фотометрді тығыздайды. Бұл әйнектен жасалған терезе (BAK7), себебі ол ауа райына қарсы тұруы керек. Терезенің қалыңдығы 2 мм және диаметрі 50 мм. Өткізу қисығы LICA-UCM оптикалық жұмыс үстелінде өлшенді. Толқын ұзындығы 350нм -1050нм диапазонында ~ 90% дерлік тұрақты, яғни таза терезе жарық түсінің өзгеруіне әкелмейді.

Дихро сүзгісі

Дикрофильтр - жарық коллекторын толығымен жабу үшін диаметрі 20 мм дөңгелек сүзгі. Бұл детекторға түсетін фильтрсіз жарықтың болмайтындығына кепілдік береді. Бұл өте маңызды, өйткені TSL237 детекторы инфрақызыл (IR) сезімтал. UVIR сүзгісі 400 -ден 750 нм -ге дейін өткізуге арналған, яғни детектордың ультракүлгін реакциясын 400 нм -ден төмен, ал IR -нің реакциясын 750 нм -ден жоғары ажыратады. Өткізу қисығы LICA-UCM оптикалық жұмыс үстелінде өлшенетін 100% дерлік жететін жазық жауап беретін ұзын және қысқа өту сүзгісінің комбинациясына ұқсас (сипаттамадағы суреттерді қараңыз)

Жарық жинаушы

Аспаннан жарық жинау үшін TESS жарық коллекторын қолданады. Бұл коллектор өте арзан, себебі ол пластиктен құйылған құю әдісімен жасалған. Бұл линзалар фонарьдағы жарықты жарықтандыру үшін қолданылады. Ішкі бөлігі - мөлдір параболоидты рефлектор. Қара ұстағыш жарықтың детекторға жетуіне жол бермейді.

Біз номиналды 60 градус FoV қара жарық коллекторларын қолданамыз. TESS -те детектордың коллектордан тыс орналасуына байланысты FoV азаяды. Оптикалық жұмыс үстелінде соңғы өлшенген FoV (қоршау қақпағынан ықтимал винкетингті қоса) өлшенді. Бұрыштық жауап Гаусс функциясына толық ені 17 градус максимумның жартысында (FWHM) ұқсас.

Қорап

TESS фотометрінің электроникасы мен оптикасы ашық ауада және ауа райының әсеріне қарсы тұруға жарамды коммерциялық пластикалық қорапқа негізделген қарапайым қоршаумен қорғалған.

Қорап кішкентай (сыртында: 58 x 83 x 34 мм; ішінде: 52 x 77 x 20 мм). Қораптың ішіне кіруге арналған бұрандалы қақпағы бар. Тығыздалған конструкция судың да, шаңның да енуіне қарсы жеткілікті қорғаныс деңгейін қамтамасыз етеді. Бұрандалардың тот басуына жол бермеу үшін бастапқы бұрандалар тот баспайтын болаттан жасалған бұрандалармен өзгертілген.

4-қадам: TESS-W корпусы

Қорап

TESS фотометрінің электроникасы мен оптикасы ашық ауада және ауа райының әсеріне қарсы тұруға жарамды коммерциялық пластикалық қорапқа негізделген қарапайым қоршаумен қорғалған.

Қорап кішкентай (сыртында: 58 x 83 x 34 мм; ішінде: 52 x 77 x 20 мм). Қораптың ішіне кіруге арналған бұрандалы қақпағы бар. Тығыздалған конструкция судың да, шаңның да енуіне қарсы жеткілікті қорғаныс деңгейін қамтамасыз етеді. Бұрандалардың тот басуына жол бермеу үшін бастапқы бұрандалар тот баспайтын болаттан жасалған бұрандалармен өзгертілген.

Қораптарды өңдеу

Қорапта қарапайым өңдеуді орындау қажет. Жарықтың коллекторға түсуіне мүмкіндік беретін терезенің диаметрі 20 мм ені бар. Ол ашық тереземен жабылған, оны ауа райына төзімді силиконмен жабыстыру керек. Кішкене тесік ИҚ термометр порты болып табылады және диаметрі 8,5 мм. Қораптың екінші жағында кабельдік корпус үшін 12 мм тесік қажет. Жылытқышты қорап қақпағына бекіту үшін 2,5 мм екі тесік қолданылады.

5-қадам: TESS-W фотометрін орнату

1. Дайындық

1. Ішіндегі қорапты қара түске бояңыз.

Қораптарды өңдеу

2. Бұрғылау:

● Терезе үшін 1х20 мм. ● Кабельдік шнур үшін 1x12 мм ● термопил үшін 1x 8,5 мм ● жылытқыш үшін 2x 2,5 мм ● қораптың бүйірінде 2x 1 мм.

3. Қыздырғыш кедергісі үшін алюминий диффузорлық пластинаны (қалыңдығы 1 мм) бұрғылаңыз, 4. Қарсыласу мен пластинаны қақпаққа бұраңыз.5. ПХД үшін 8 мм аралықтарды желімдеңіз.6. Мөлдір терезені жабыстырыңыз (қарсылық жылытқышты орнына бұрап қою керек)

Термопил

7. Кернеу реттегішін алып тастаңыз және екі терминалды көпірді дәнекерлеу арқылы қосыңыз.8. Ұзындығы 60 мм коннекторға жалғанатын 4-істікшелі бір сымды дәнекерлеу. Термопилді қақпаққа жабыстырыңыз.

Антенна

10. Антеннаны қорапқа бекіту үшін тесік бұрғылаңыз.11. Антеннаның бұрыштарын кесіңіз.12. Wi -Fi модулінің керамикалық антеннасын, сондай -ақ антенна коннекторын және қызыл жарықдиодты алып тастаңыз.

2. Монтаждау

Осы реттелген реттілікті орындаңыз:

1. Антеннаны қорапқа бұрандамен бекітіңіз.2. Кабельдің шнуры мен қуат сымын салыңыз. Коллекторды (қара цилиндр) ПХД -ге бекітіңіз (екі бұранда).4. ПХД қорапқа бекітіңіз (екі бұранда). Қуат кабелін жасыл тақта қосқышына бұраңыз. (Қызыл сым оңға қарай).6. Антенна кабелі wifi модуліне дәнекерленеді.7. Дәнекерлеу қарсылыққа жылытқыш 55 мм бір сымды 2-істікшелі коннектордың кабелі. Термопиля мен қарсылықты қосыңыз (ПХД сынбау үшін абай болыңыз).

Қарсылық жылытқыштың рөлін атқарады және алюминий пластинамен қаптамаға қосылады. Суреттер келесі процестерді түсіндіреді: антеннаны қорапқа бұрау керек, термопилдің реттегіші көпірге ауыстырылды, ал ПХД үшін екі аралықты (қара түспен) қорапқа жабыстыру керек. Қораптың іші қара түске боялған.

Суреттердің бірінде керамикалық антеннасы бар қосымша WIFI модулі көрсетілген және қосымша антеннаны қосу үшін розетка бар (үстіңгі жағы). Біз антеннаны қолданамыз, оның кабелі wifi модуліне дәнекерленген (төменгі). Керамикалық антенна, розетка мен кабельдің жанындағы қызыл жарықдиодты алып тасталғанын ескеріңіз.

6-қадам: TESS-W фотометриялық калибрлеу

Фотометрлер әр түрлі құрылғыдан алынған өлшемдердің біркелкі болуын қамтамасыз ету үшін калибрленуі керек. TESS-W-Мадрид Университетінің Laboratorio de Investigación Científica Avanzada (LICA) шебер фотометріне қатысты кросс-калибрленген.

Орнату - бұл интеграцияланатын сала, оның ішкі бөлігін жарық көзімен және фотометрлерді қосуға арналған бірнеше оптикалық порттармен жарықтандыруға болады. Жарық көзі - 596 нм жарық диоды, 14 нм FWHM.

Егер сіз TESS-W фотометрін калибрлегіңіз келсе, LICA-UCM-ге хабарласа аласыз.

7-қадам: TESS-W БҚ

WIFI модульдік бағдарламалық қамтамасыз ету

Байланыс және бағдарламалық қамтамасыз ету

Толық жүйе сенсорлық желі мен калибрленген сенсорларға сақталған ақпарат өндірушілер мен тұтынушылар арасында делдалдық жасайтын бағдарламалық қамтамасыз ету брокерін қамтиды. Фотометрді калибрлегеннен кейін (6 -қадамды қараңыз), STARS4ALL сізге брокерде жарияланатын тіркелгі деректерін береді.

SQLite мәліметтер қорында деректерді сақтау үшін Python -да тұтынушы үлгісі жасалды. Бұл тұтынушы бір немесе бірнеше дербес компьютерлерге немесе серверлерге орнатылуы мүмкін. Бағдарламалық жасақтаманың негізгі сипаттамалары төменде келтірілген:

● C тілінде әзірленген TESS үшін арнайы бағдарламалық қамтамасыз ету.

● Arduino IDE және ESP8266 кітапханаларында жасалған MQTT баспагерлік бағдарламалық қамтамасыз ету.

● MQTT брокері не ішкі қолданыста, не үшінші тарапта (яғни mosquitto.org тест)

● MQTT абоненттік бағдарламалық жасақтамасы баспагерлерден деректерді қабылдайды және оны реляциялық мәліметтер қорында (SQLite) сақтайды.

MQTT - бұл шектеулі құрылғыларға арналған M2M / Интернет заттарының жеңіл хаттамасы, ол HTTP негізіндегі байланысқа қарағанда әлдеқайда аз шығындарды қажет етеді.

Әрбір сенсор жергілікті маршрутизатор арқылы қашықтағы MQTT серверіне мезгіл -мезгіл өлшеулер жібереді. MQTT әлеміндегі «брокер» деп аталатын бұл сервер көптеген сенсорлардан деректерді алады және барлық жазылушы тараптарға таратады, осылайша баспагерлерді тұтынушылардан ажыратады. Қашықтағы серверді жобаның орталық орталығында орналастыруға болады. Сонымен қатар, біз test.mosquitto.org сияқты қол жетімді ақысыз MQTT брокерлерін пайдалана аламыз.

Кез келген бағдарламалық қамтамасыз ету клиенті брокерге жазыла алады және TESS құрылғылары жариялаған ақпаратты тұтынуы мүмкін. Барлық осы деректерді жинау және SQLite мәліметтер қорында сақтау үшін арнайы MQTT клиенті әзірленетін болады.

Құрылғы конфигурациясы

● Техникалық қызмет көрсетуге көмектесу үшін құрал конфигурациясы минимумға дейін азаяды.

● Әрбір құрылғыға келесі конфигурация қажет:

o WiFi SSID және пароль.

o Фотометрдің калибрлеу тұрақтысы.

o MQTT Broker IP мекенжайы мен порты.

o Құралға ыңғайлы атау (бір құрылғы үшін бірегей)

o MQTT арнасының атауы (жоғарыда сипатталғандай)

WiFi конфигурациясы

Қуатқа алғаш қосылған кезде TESS-W WiFi кіру нүктесін жасайды. Пайдаланушы WiFi маршрутизаторының атауын (SSID) және паролін, фотометрияның нөлдік нүктесін және Интернет мекенжайын және брокер репозиторийінің атын қамтитын параметрлерді толтырады. Қалпына келтіру және өшіру мен циклды қосқаннан кейін, TESS фотометрі деректерді шығаруды және жіберуді бастайды.

Бірінші жүктеу кезінде TESS TESSconfigAP атауымен кіру нүктесі ретінде басталады. Ұялы телефон осы кіру нүктесіне қосылуы керек.

● Интернет -шолғышпен келесі URL мекенжайын шолыңыз:

● 2.3 -те көрсетілген параметрлермен форманы толтырыңыз

● Жергілікті маршрутизаторға қосылатын құрылғыны қайта жүктеңіз.

Құрылғы WiFi маршрутизаторымен байланысын жоғалтқан кезде, қайта жүктеліп, конфигурацияны өзгертуге ыңғайлы кіру нүктесі ретінде қайта конфигурацияланады.

Бағдарламалық қамтамасыз ету

TESS-W микробағдарламасының құжаттамасын github репозиторийінен табуға болады

github.com/cristogg/TESS-W

ESP8266 үшін

Микропроцессор үшін

8 -қадам: Қорытынды ескертулер

STARS4ALL Foundation-бұл TESS-W фотометрлер желісінің жұмысына жауапты STARS4ALL жобасының жалғасы. Бұл жарықтың ластануын зерттеу үшін қызығушылық тудыратын ғылыми ғылыми жоба.

Фотометрді калибрлеп, конфигурациялағаннан кейін STARS4ALL инфрақұрылымына өлшемдер жіберіле бастайды. Бұл өлшемдерді біздің платформадан көруге болады (https://tess.stars4all.eu/plots/). Сонымен қатар, желіде жасалған барлық деректерді біздің Zenodo қауымдастығынан жүктеуге болады (https://zenodo.org/communities/stars4all)