TESS-W Night Sky Brightness Photometer: 8 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:03

TESS-W бол гэрлийн бохирдлыг судлах зорилгоор шөнийн тэнгэрийн гэрлийг хэмжих, тасралтгүй хянах зориулалттай фотометр юм. Энэ нь STARS4ALL H2020 Европын төслийн үеэр нээлттэй дизайнтай (техник хангамж, програм хангамж) бүтээгдсэн. TESS-W фотометр нь өгөгдлийг WIFI-ээр дамжуулах зориулалттай. Өгөгдлийг бодит цаг хугацаанд дүрсэлж, хуваалцдаг (нээлттэй өгөгдөл). Дэлгэрэнгүй мэдээллийг https://tess.stars4all.eu/ вэбсайтаас үзнэ үү.

Энэхүү баримт бичигт TESS-W шөнийн тэнгэрийн гэрэлтүүлгийн фотометрийн техникийн зарим мэдээллийг агуулсан бөгөөд үүнийг хэрхэн бүтээх талаар тайлбарласан болно. Үүнд мэдрэгчийн цахим болон оптик схем, цаг агаарын хамгаалалттай хашлага орно.

TESS фотометрийн талаархи дэлгэрэнгүй мэдээллийг Zamorano et al дээр танилцуулсан болно. "STARS4ALL шөнийн тэнгэрийн гэрэлтүүлгийн гэрэл хэмжигч" шөнийн хиймэл гэрэл дээр (ALAN2016) Клуж, Напока, Румын, 2016 оны 9 -р сар.

TESS-W-ийг багаар хөгжүүлсэн бөгөөд дизайныг Кристобал Гарсиагийн бүтээл дээр үндэслэсэн болно.

Энэ бол Instructables -ийн анхны ажлын хувилбар юм. Байнга байгаарай.

Алхам 1: TESS-W-ийн тайлбар

Фотометрийг тусгайлан хийсэн цахилгаан бараа, оптик эд ангиудыг агуулсан цаг агаарын хамгаалалттай хайрцагт хавсаргасан болно. TESS нь ESP8266 бүхий захиалгат хэвлэмэл хэлхээний самбар (ПХБ) -тэй. ESP8266 бол бүрэн хэмжээний TCP/IP стек ба микроконтроллерийн чадвартай хямд WIFI чип юм. Цахим төхөөрөмж нь TSL237 гэрлийн мэдрэгч (шөнийн тэнгэрийн гэрэлтүүлгийн өгөгдөл), мөн MLX90614ESF-BA хэт улаан туяаны термометр модулийн (үүл бүрхүүлийн мэдээллийг авах) давтамжийг уншихад хэрэглэгддэг.

Тэнгэрийн гэрэл мэдрэгч нь гэрлийг давтамж руу хөрвүүлдэг TSL237 фотодиод юм. Энэ нь SQM фотометрийн ашигладаг ижил мэдрэгч юм. Гэсэн хэдий ч SQM -ийн BG38 өнгөний шүүлтүүртэй холбогдуулан диокро шүүлтүүр (талбай дээр UVIR гэж тэмдэглэсэн) ашиглан зурвас дамжуулалтыг улаан хүрээ рүү илүү өргөтгөсөн болно.

Тэнгэрээс ирж буй гэрлийг диокро шүүлтүүр агуулсан оптик төхөөрөмжөөр цуглуулдаг. Шүүлтүүр нь коллекторыг бүрэн хамардаг (1). Мэдрэгч (энэ зургийг хараагүй) нь хэвлэмэл хэлхээний самбар дээр захиалгат электроникийн хамт байрладаг (2). WIFI модулийг (3) WIFI -ийн хүрээг өргөтгөх хайрцаг дотор антеннтай. Тэнгэрийн температурыг хэмжихийн тулд хэт улаан туяаны ойролцоо мэдрэгч (4) ашигладаг. Эцэст нь хэлэхэд халаагч (5) нь цонхны конденсацаас ангижрах эсвэл мөс, цас хайлуулах хүртэл шаардлагатай үед асдаг (6). Харах талбар (FoV) нь FWHM = 17 градус байна.

TESS-W-ийн спектрийн хариу урвалыг одон орны Жонсон В, V, Р фотометрийн зурвасууд, Мадридын гэрэл бохирдсон тэнгэр, Калар Альто одон орон судлалын харанхуй тэнгэрийн спектртэй харьцуулж үздэг.

Алхам 2: TESS-W Photometer Electronics

Цахим самбар

TESS -ийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг нь захиалгаар хийсэн электрон самбар (ПХБ, хэвлэмэл хэлхээний самбар) юм.

ПХБ-д шаардлагатай файлыг https://github.com/cristogg/TESS-W/blob/master/docs/TessWifi-PCB-files.zip дээрээс татаж авах боломжтой.

ПХБ нь сонгосон хайрцагны хайрцагт багтахаар хийгдсэн болно (дараа үзнэ үү).

Үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд

ПХБ -ийн электрон эд ангиудыг хавсаргасан зураг болон өгсөн файл дээр үзэх боломжтой.

Алхам 3: TESS-W фотометрийн оптик

Дизайн ба бүрэлдэхүүн хэсгүүд

Тэнгэрээс ирж буй гэрлийг диокро шүүлтүүр бүхий оптик төхөөрөмжөөр цуглуулдаг. Шүүлтүүр нь коллекторыг бүрэн хамардаг. Фотометрийн хашлага нь гэрэл хэмжигч төхөөрөмжид тэнгэрийн гэрэл орох боломжийг олгодог тунгалаг цонхтой. Дотор нь шилэн цонхоор хамгаалагдсан байдаг.

Оптик загварыг эхний зурагт үзүүлэв. Гэрэл нь тунгалаг шүүлтүүрийн цонхыг (1) дамжуулж, бүрхүүлийн тагны (2) нүхээр (3) ордог. Цэвэр цонхыг хашааны бүрхүүлд наасан байна. Дихроик шүүлтүүр (4) нь гэрэл цуглуулагчийн (5) дээд талд байрладаг. Илрүүлэгчийг (6) коллекторын гарц дээр байрлуулсан.

Цэвэр цонх

Эхний бүрэлдэхүүн хэсэг нь гэрлийг бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд дамжуулж, гэрэл хэмжигчийг битүүмжилдэг тунгалаг цонх юм. Энэ бол шилэн цонх (BAK7) бөгөөд энэ нь цаг агаарыг эсэргүүцэх ёстой. Цонхны зузаан нь 2 мм, диаметр нь 50 мм байна. Дамжуулах муруйг LICA-UCM оптик ажлын ширээн дээр хэмжсэн болно. Энэ нь 350nm -1050nm долгионы уртад бараг 90% тогтмол байдаг бөгөөд энэ нь тунгалаг цонх нь гэрлийн өнгөнд өөрчлөлт оруулдаггүй гэсэн үг юм.

Дихроик шүүлтүүр

Дихроик шүүлтүүр нь 20 мм диаметртэй бөөрөнхий шүүлтүүр бөгөөд гэрлийн коллекторыг бүрэн хамарна. Энэ нь детекторт нэвтэрч буй шүүлтүүргүй гэрэл байхгүй болно. TSL237 детектор нь хэт улаан туяанд (IR) мэдрэмтгий байдаг тул энэ нь чухал юм. UVIR шүүлтүүр нь 400 -аас 750 нм хүртэл дамжуулах зориулалттай бөгөөд өөрөөр хэлбэл детекторын хэт ягаан туяаг 400 нм -ээс доош, IR -ийн хариу урвалыг 750 нм -ээс их хэмжээгээр бууруулдаг. Дамжуулах муруй нь LICA-UCM оптик ажлын ширээний хэмжээсээр бараг 100% хүрдэг бараг л хавтгай хариу үйлдэл бүхий урт дамжуулалт ба богино нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн хослолтой төстэй юм (тайлбарыг үзнэ үү)

Гэрэл цуглуулагч

Тэнгэрээс гэрэл цуглуулахын тулд TESS гэрэл цуглуулагч ашигладаг. Энэхүү коллектор нь тарилгын хэв ашиглан хуванцараар хийгдсэн тул маш хямд байдаг. Энэхүү линз нь гар чийдэнгийн гэрлийг цацруулахад хэрэглэгддэг. Дотор хэсэг нь тунгалаг параболоид тусгал юм. Хар эзэмшигч нь алдагдсан гэрлийг детекторт хүрэхээс сэргийлдэг.

Бид 60 градусын FoV нэрлэсэн хар гэрэл цуглуулагч ашиглаж байна. TESS -д ашиглах үед коллекторын гаднах детекторын байрлалаас шалтгаалан FoV багасдаг. Эцсийн хэмжсэн FoV -ийг (хашааны бүрхүүлээс винтет хийх боломжтойг оруулаад) оптик ажлын ширээн дээр хэмжсэн болно. Өнцгийн хариу нь Гауссын функцтэй ижил бөгөөд хамгийн өргөн тал нь 17 градус (FWHM) юм.

Хайрцаг

TESS фотометрийн электроник ба оптикийг гадаа, цаг агаарыг тэсвэрлэхэд тохиромжтой, арилжааны хуванцар хайрцган дээр суурилсан энгийн хашлагаар хамгаалдаг.

Хайрцаг нь жижиг хэмжээтэй (гаднаа: 58 x 83 x 34 мм; дотор: 52 x 77 x 20 мм). Хайрцаг нь дотогш орохын тулд шураг тагтай. Битүүмжилсэн барилга нь ус, тоосны аль алиных нь нэвтрэлтээс хамгаалах хангалттай түвшинг хангадаг. Шураг зэврэхээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд анхны боолтыг зэвэрдэггүй ган боолтоор сольсон.

Алхам 4: TESS-W хашаа

Хайрцаг

TESS фотометрийн электроник ба оптикийг гадаа байх, цаг агаарыг эсэргүүцэх зориулалттай хуванцар хайрцагт суурилсан энгийн хашлагаар хамгаалдаг.

Хайрцаг нь жижиг хэмжээтэй (гаднаа: 58 x 83 x 34 мм; дотор: 52 x 77 x 20 мм). Хайрцаг нь дотогш орохын тулд шураг тагтай. Битүүмжилсэн барилга нь ус, тоосны аль алиных нь нэвтрэлтээс хамгаалах хангалттай түвшинг хангадаг. Шураг зэврэхээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд анхны боолтыг зэвэрдэггүй ган боолтоор сольсон.

Хайрцаг боловсруулах

Хайрцаг дээр хэд хэдэн энгийн боловсруулалт хийх шаардлагатай байна. Гэрлийг коллекторт хүрэхийг зөвшөөрдөг цонх нь 20 мм диаметртэй өргөнтэй байдаг. Энэ нь цаг агаарт тэсвэртэй силиконоор наасан байх ёстой тунгалаг цонхоор хучигдсан байдаг. Жижиг нүх нь IR термометрийн порт бөгөөд 8.5 мм диаметртэй. Хайрцагны нөгөө талд кабелийн хавчаарын хувьд 12 мм -ийн нүх байх шаардлагатай. 2.5 мм -ийн хоёр цоорхойг халаагчийг хайрцгийн таг руу бэхлэхэд ашигладаг.

Алхам 5: TESS-W фотометрийг суурилуулах

1. Бэлтгэл ажил

1. Дотор хайрцгийг хар өнгөөр будна.

Хайрцаг боловсруулах

2. Өрөмдлөг:

● Цонхны хувьд 1х20 мм. ● Кабелийн хавчаарын хувьд 1х12 мм ● термопилийн хувьд 1х 8.5 мм -ийн ● халаагчийн хувьд 2х 2.5 мм -ийн ● хайрцгийн хажуу талд 2х 1 мм хэмжээтэй.

3. Халаагчийн эсэргүүцлийн хувьд хөнгөн цагаан сарниулагч хавтанг (1 мм зузаантай) өрөмдөх, 4. Эсэргүүцэл ба хавтанг таг руу шургуулна.5. ПХБ -ийн 8 мм -ийн зайг цавуугаар наа. Цэвэр цонхыг нааж (эсэргүүцлийн халаагуурыг боолттой холбох хэрэгтэй)

Термопил

7. Хүчдэлийн зохицуулагчийг аваад гүүрийг гагнах замаар хоёр терминалыг холбоно.8. 60 мм урттай нэг толгойтой 4 зүү утсыг гагнах. Термопилийг таг дээр наа.

Антен

10. Антенныг хайрцагт бэхлэх нүх өрөмдөх.11. Антенны буланг хайчилж ав. Wifi модулийн керамик антенн, антенны холбогч, улаан LED -ийг салга.

2. Холбох

Энэ дараалсан дарааллыг дагана уу.

1. Шураг ашиглан антенныг хайрцагт бэхлэх.2. Кабелийн хавчаар болон цахилгааны утсыг байрлуулна.3. Коллекторыг (хар цилиндр) ПХБ -д бэхлэх (хоёр эрэг).4. ПХБ -ийг хайрцагт бэхлэх (хоёр шураг).5. Цахилгааны кабелийг ногоон хавтангийн холбогч руу шургуул. (Улаан утас эерэг рүү).6. Wifi модульд гагнах антенны кабель.7. Гагнуур эсэргүүцэл халаагч 55 мм-ийн хоёр толгойтой нэг толгойтой холбогч кабелийг залгах.8. Термопил ба эсэргүүцлийг холбоно уу (ПХБ -ийг эвдэхгүй байхыг анхаарна уу).

Эсэргүүцэл нь халаагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд хөнгөн цагаан хавтангаар бүрхүүлд холбогддог. Зураг нь дараагийн үйл явцыг тайлбарлаж байна: Антенныг хайрцагт шургуулж, термопилийн зохицуулагчийг гүүрээр сольж, ПХБ -ийн хоёр тусгаарлагчийг (хар өнгөтэй) хайрцагт наасан байх ёстой. Хайрцагны дотор талыг хараар будсан байна.

Зурагуудын нэг нь керамик антентай, нэмэлт антен (дээд талд) холбох залгууртай анхны WIFI модулийг харуулж байна. Бид кабелийг wifi модульд (доод талд) гагнасан антен ашигладаг. Кабелийн ойролцоох керамик антен, залгуур, улаан LED -ийг салгасан болохыг анхаарна уу.

Алхам 6: TESS-W фотометрийн шалгалт тохируулга

Фотометрийг янз бүрийн төхөөрөмжөөс авсан хэмжилтүүд нийцэж байгаа эсэхийг баталгаажуулахын тулд тохируулсан байх ёстой. TESS-W нь Мадридын их сургуулийн Complutense-ийн лабораторийн лабораторийн мастер фотометртэй харьцуулахад хөндлөн шалгалт тохируулга хийсэн болно.

Тохиргоо нь гэрлийн эх үүсвэрээр гэрэлтүүлж, фотометрийг холбох хэд хэдэн оптик порттой интеграцчлах хүрээ юм. Ашиглаж буй гэрлийн эх үүсвэр нь 596 нм LED бөгөөд 14 нм FWHM юм.

Хэрэв та TESS-W фотометрийг тохируулахыг хүсвэл LICA-UCM-тэй холбоо барьж болно.

Алхам 7: TESS-W програм хангамж

WIFI модулийн програм хангамж

Харилцаа холбоо, програм хангамж

Бүрэн систем нь мэдрэгчийн сүлжээ, тохируулагдсан мэдрэгчд хадгалагдсан мэдээлэл үйлдвэрлэгч ба хэрэглэгчдийн хооронд зуучлах програм хангамжийн зуучлагчийг агуулдаг. Та фотометрээ тохируулсны дараа (6 -р алхамыг үзнэ үү) STARS4ALL танд брокерт нийтлэх итгэмжлэлийг өгөх болно.

SQLite мэдээллийн санд өгөгдөл хадгалах Python програмын жишээ хэрэглэгчийг боловсруулсан болно. Энэ хэрэглэгчийг нэг эсвэл олон компьютер эсвэл сервер дээр суулгаж болно. Програм хангамжийн үндсэн шинж чанаруудыг доор харуулав.

● C хэл дээр боловсруулсан TESS -ийн захиалгат програм хангамж.

● Arduino IDE болон ESP8266 номын санд боловсруулсан MQTT нийтлэгчийн програм хангамж.

● MQTT брокер нь дотооддоо эсвэл гуравдагч этгээдээр ажилладаг (жишээ нь mosquitto.org тест)

● MQTT захиалагчийн програм хангамж нь нийтлэгчдээс өгөгдөл хүлээн авч, харилцааны мэдээллийн санд (SQLite) хадгалдаг.

MQTT нь хязгаарлагдмал төхөөрөмжүүдэд тохиромжтой M2M / Internet of Things of Protocol юм.

Мэдрэгч бүр орон нутгийн чиглүүлэгчээр дамжуулан хэмжилтийг алсын MQTT сервер рүү үе үе илгээдэг. MQTT ертөнцөд "брокер" гэж нэрлэгддэг энэхүү сервер нь олон мэдрэгчээс өгөгдөл хүлээн авч, захиалсан бүх талуудад дахин хуваарилдаг тул хэвлэн нийтлэгчдийг хэрэглэгчдээс салгадаг. Алсын серверийг төслийн төвийн байгууламжид байрлуулж болно. Эсвэл бид test.mosquitto.org гэх мэт үнэгүй, үнэгүй MQTT брокеруудыг ашиглаж болно.

Програм хангамжийн аливаа үйлчлүүлэгч брокерт бүртгүүлж, TESS төхөөрөмжүүдийн нийтэлсэн мэдээллийг ашиглах боломжтой. Эдгээр бүх өгөгдлийг цуглуулж SQLite мэдээллийн санд хадгалах тусгай MQTT үйлчлүүлэгчийг боловсруулна.

Төхөөрөмжийн тохиргоо

● Засвар үйлчилгээ хийхэд туслахын тулд багаж хэрэгслийн тохиргоог хамгийн бага хэмжээнд хүртэл бууруулах болно.

● Төхөөрөмж бүрт ийм тохиргоо хэрэгтэй:

o WiFi SSID ба нууц үг.

o Фотометрийн шалгалт тохируулгын тогтмол.

o MQTT брокерын IP хаяг ба порт.

o Багаж хэрэгсэлд ээлтэй нэр (төхөөрөмж бүрт өвөрмөц)

o MQTT сувгийн нэр (дээр тайлбарласны дагуу)

WiFi тохиргоо

TESS-W анх цахилгаан тэжээлд холбогдсон үед WiFi хандалтын цэгийг бий болгодог. Хэрэглэгч WiFi чиглүүлэгчийн нэр (SSID), нууц үг, фотометрийн тэг цэг, интернет хаяг, брокерын репозиторын нэрийг агуулсан тохиргоог бөглөнө. Дахин тохируулж, унтрааж, мөчлөгийг асаасны дараа TESS фотометр нь өгөгдлийг гаргаж, илгээж эхэлдэг.

Эхний ачаалах үед TESS нь TESSconfigAP нэртэй хандалтын цэг болж эхэлдэг. Гар утас энэ хандалтын цэг рүү холбогдох ёстой.

● Дараах URL -г интернет хөтчөөр хайж үзээрэй:

● Маягтыг 2.3 -т заасан параметрүүдийг бөглөнө үү

● Дотоод чиглүүлэгчтэй холбогдох төхөөрөмжийг дахин ачаална уу.

Төхөөрөмж WiFi чиглүүлэгчийн холбоосыг алдах үед дахин ачаалж, нэвтрэх цэг болгон дахин тохируулдаг бөгөөд энэ нь тохиргоог өөрчлөхөд тохиромжтой юм.

Програм хангамж

TESS-W програм хангамжийн баримт бичгийг github репозитороос олж болно

github.com/cristogg/TESS-W

ESP8266-ийн хувьд:

Микропроцессорын хувьд

Алхам 8: Эцсийн тайлбар

STARS4ALL сан нь TESS-W фотометрийн сүлжээний ажиллагааг хариуцсан STARS4ALL төслийн үргэлжлэл юм. Энэ бол гэрлийн бохирдлын судалгаанд сонирхолтой өгөгдлийг гаргадаг иргэний шинжлэх ухааны төсөл юм.

Таны фотометрийг тохируулсны дараа хэмжилтийг STARS4ALL дэд бүтэц рүү илгээж эхэлнэ. Эдгээр хэмжилтийг манай платформоос харж болно (https://tess.stars4all.eu/plots/). Нэмж дурдахад сүлжээнд бий болсон бүх өгөгдлийг манай Zenodo бүлгээс татаж авах боломжтой (https://zenodo.org/communities/stars4all)