電渦流傳感器

電渦流位移傳感器用于天文望遠鏡鏡面自動校平

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發布日期:2020-05-20 瀏覽: 次

概況
 

在技術上,LAMOST在其反射施密特改正鏡上同時采用了薄鏡面主動光學和拼接鏡面主動光學技術,以其新穎的構思和巧妙的設計實現了在世界上光譜望遠鏡大視場同時兼備大口徑的突破。并行可控式光纖定位技術解決了同時精確定位4000個觀測目標的難題,也是一項國際領先的技術創新。

 

作用


LAMOST在口徑、視場和光纖數目三者結合上超過了國際上已經完成或正在進行中的大視場多天體光譜巡天計劃,其科學目標集中在河外星系的觀測 , 銀河系結構和演化,以及多波段目標證認三個方面。它對近千萬個星系、類星體等河外天體的光譜觀測,將在宇宙學模型、宇宙大尺度結構、星系形成和演化等研究上做出重大貢獻。對大量恒星的光譜巡天將在銀河系結構與演化及恒星物理的研究上做出重大貢獻。結合紅外、射電、X射線、伽馬射線巡天的大量天體的光譜觀測將在各類天體多波段交叉證認上做出重大貢獻。

LAMOST 望遠鏡安放在國家天文臺興隆觀測站,作為國家設備,向全國天文界開放,并積極開展國際合作。LAMOST 將使中國天文學在大規模光學光譜觀測中, 在大視場天文學研究上,居于國際領先的地位。

特點

LAMOST望遠鏡最突出的特點是大口徑(4米)兼大視場(5度),以及4000根光纖組成地超大規模光譜觀測系統。與國際上同類型的巡天項目,比如美國斯隆數字巡天計劃(SDSS)和澳大利亞英澳天文臺2dF巡天相比,LAMOST無論在望遠鏡口徑上還是觀測效率上都有極大的飛躍。

子系統

LAMOST望遠鏡由八個子系統組成,分別是光學系統、主動光學和支撐系統、機架和跟蹤系統、望遠鏡控制系統、焦面儀器、圓頂、觀測控制和數據處理系統、輸入星表和巡天戰略。

LAMOST工作原理

光學系統由在南端的球面主鏡MB、在北端的反射施密特改正鏡MA構成,焦面在中間。光軸南高北低,以適應臺址緯度,擴大觀測天區。球面主鏡MB大小為6.5米×6米,由37塊1.1米對角徑的六角形球面鏡拼接而成。反射施密特改正鏡MA大小為5.7米×4.4米,由24塊對角徑1.1米的六角形主動非球面鏡拼接而成。球面主鏡MB是固定的,對天體的指向跟蹤運動完全由MA擔任。作為定天鏡的MA采用地平式機架,其指向和跟蹤由方位和高度兩個方向旋轉實現。望遠鏡在天體經過中天前后進行觀測。

 


 


 

 


 

 

關鍵技術

主動光學技術是LAMOST項目最有挑戰性和最核心的關鍵技術。為了改正球面主鏡MB的球差,觀測時需要實時變化改正鏡MA的非球面面形,主動光學系統通過結合薄鏡面和拼接鏡面主動光學技術使24塊薄平面子鏡按要求變形,并使各子鏡共焦。上千個力促動器實時控制MA的各個子鏡,以便達到要求的形狀。MB的37塊子鏡直接通過主動位移促動器調節機構聯接于主體桁架之上,利用拼接鏡面主動光學技術實現共焦。由于望遠鏡露天使用,受環境的濕度,溫度變化影響,每一塊子鏡的姿態都在不斷發生變化,而37塊子鏡的實時姿態,要靠精密位移傳感器檢測給出,才可能通過微動促動器進行姿態調節,以達到各個子鏡共焦的要求。該測量任務需要納米級精度,其技術難度前所未有。

LAMOST焦面

LAMOST系統在世界上首次應用了在同一塊大鏡面上同時應用薄鏡面主動光學技術和拼接鏡面主動光學技術,還首次在一個光學系統中同時采用了兩塊大的拼接鏡面。球面主鏡的拼接是項目關鍵技術的重要組成部分,也是使項目造價大為降低的關鍵之一。

望遠鏡收集來自天體的微弱輻射,成像在焦面上,然后通過焦面儀器進行分光、探測和記錄。焦面儀器是LAMOST直接獲取天體光譜信息的部分,包括光纖定位裝置、光纖、光譜儀和CCD探測器等幾個主要部分。

“并行可控式光纖定位技術”是LAMOST又一項自主創新和關鍵技術。與SDSS采用的鉆孔鋁板和2dF采用的磁扣方式不同,LAMOST光纖定位采用了雙回轉光纖定位單元方案。LAMOST焦面直徑1.75米,與我們吃飯用的圓桌大小相仿,如圖4所示。定位系統可在數分鐘的時間里將焦面上的4000根光纖按星表位置精確定位,并提供光纖位置的微調。4000個光纖定位單元在焦面上以25.6毫米等距離排列,每個單元驅動光纖在直徑33毫米的范圍內工作。LAMOST定位系統的優勢是通過4000個定位單元并行工作,大大縮短了定位時間。也避免了SDSS那樣每次觀測都需要更換光纖鋁板的麻煩。在一個餐桌大小的焦面板上8000個電機帶動4000個光纖定位單元轉到,想一想也是件震撼人心的場景。

LOMAST的六角形球面鏡

樓三部分組成,如題圖所示。MA的圓頂圍擋為一帶球冠的圓柱形,上部可向東西移開。焦面到MB圍擋為一臥式長通道,開有百葉窗,以減少風對MA的影響,并使光路中溫度均勻,避免惡化天然的大氣視寧度。

 

LAMOST(大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡)鏡面自動校平,要求:野外環境,防灰塵,水以及溫度變化,重量輕100g,傳感器熱膨脹少,重復定位精度20nm。特殊專利封裝技術應用于世界各大天文臺,如中國興隆,歐南臺等。德國米銥高精度電渦流位移傳感器被應用于鏡片拼接和形態調節,從而避免使用整片鏡片,大大降低了設備成本,解決了LAMOST項目最核心的技術問題。  



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2016年,得益于LAMOST項目的成功經驗,德國米銥電渦流位移傳感器再次被應用于歐洲南方天文臺大型天文望遠鏡項目,項目總金額達數百萬歐元。德國米銥公司的電渦流位移傳感器已經成為類似天文望遠鏡鏡面校準和擺平的標準解決方案。

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