TESS-W ღამის ცის სიკაშკაშის ფოტომეტრი: 8 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:18

TESS-W არის ფოტომეტრი, რომელიც შექმნილია ღამის ცის სიკაშკაშის გაზომვისა და უწყვეტი მონიტორინგისთვის ლიგატების დაბინძურების კვლევებისათვის. იგი შეიქმნა STARS4ALL H2020 ევროპული პროექტის დროს ღია დიზაინით (აპარატურა და პროგრამული უზრუნველყოფა). TESS-W ფოტომეტრია შექმნილია მონაცემების WIFI საშუალებით გასაგზავნად. მონაცემები ვიზუალიზდება რეალურ დროში და გაზიარებულია (ღია მონაცემები). დაათვალიერეთ https://tess.stars4all.eu/ დამატებითი ინფორმაციისთვის.

ეს დოკუმენტი შეიცავს TESS-W ღამის ცის სიკაშკაშის ფოტომეტრის ტექნიკურ დეტალებს და აღწერს როგორ უნდა ავაშენოთ იგი. იგი მოიცავს სენსორის ელექტრონულ და ოპტიკურ სქემებს და ასევე ამინდის მტკიცებულებას.

TESS ფოტომეტრის შესახებ მეტი ინფორმაცია წარმოდგენილი იყო Zamorano et al. "STARS4ALL ღამის ცის სიკაშკაშის ფოტომეტრი" ხელოვნური სინათლის ღამის შეხვედრაზე (ALAN2016) კლუხი, ნაპოკა, რუმინეთი, 2016 წლის სექტემბერი.

TESS-W შეიქმნა გუნდის მიერ და დიზაინი ემყარება კრისტობალ გარსიას მუშაობას.

ეს არის Instructables– ის პირველი სამუშაო ვერსია. თვალყური ადევნეთ.

ნაბიჯი 1: აღწერა TESS-W

ფოტომეტრი მოთავსებულია ამინდის მტკიცებულების ყუთში, რომელიც შეიცავს საბაჟო ელექტრონიკას და ოპტიკურ ნაწილებს. TESS– ს აქვს პერსონალურად დამზადებული ბეჭდური მიკროსქემის დაფა (PCB) ESP8266– ით. ESP8266 არის იაფი WIFI ჩიპი სრული TCP/IP სტეკით და მიკროკონტროლის შესაძლებლობებით. ელექტრონული გამოიყენება TSL237 სინათლის სენსორის მიერ მოწოდებული სიხშირისთვის (ღამის ცის სიკაშკაშის მონაცემებისთვის) და ასევე MLX90614ESF-BA ინფრაწითელი თერმომეტრის მოდულისთვის (ღრუბლოვანი საფარის ინფორმაციისთვის).

ცის სიკაშკაშის დეტექტორი არის TSL237 ფოტოდიოდი, რომელიც გარდაქმნის სინათლეს სიხშირეზე. ეს არის იგივე სენსორი, რომელსაც იყენებენ SQM ფოტომეტრები. თუმცა, bandpass უფრო ვრცელდება წითელ დიაპაზონზე დიქროული ფილტრის გამოყენებით (ნაკვეთებზე მონიშნულია UVIR) SQM- ის BG38 ფერის ფილტრის მიმართ.

ზეციდან შუქი გროვდება ოპტიკით, რომელიც მოიცავს დიქროულ ფილტრს, რათა შეარჩიოს ზოლები. ფილტრი სრულად ფარავს კოლექტორს (1). სენსორი (რომელიც არ ჩანს ამ სურათზე) მდებარეობს დაბეჭდილ მიკროსქემის დაფაზე, საბაჟო ელექტრონიკასთან ერთად (2). WIFI მოდული (3) ანტენით ყუთში, რომელიც აფართოებს WIFI დიაპაზონს. ახლო ინფრაწითელი სენსორი (4) გამოიყენება ცის ტემპერატურის გასაზომად. დაბოლოს, გამათბობელი (5) ჩართულია საჭიროების შემთხვევაში, ფანჯრიდან კონდენსაციის მოსაშორებლად ან ყინულის ან თოვლის დნობისთვისაც კი (6). ხედვის ველი (FoV) არის FWHM = 17 გრადუსი.

TESS-W– ის სპექტრული პასუხი შედარებულია ასტრონომიულ Johnson B, V და R ფოტომეტრიულ ზოლებთან და მადრიდის სინათლის დაბინძურებული ცის სპექტრით და Calar Alto ასტრონომიული ობსერვატორიის ბნელი ცით.

ნაბიჯი 2: TESS-W Photometer Electronics

ელექტრონული დაფა

TESS– ის მთავარი კომპონენტია საბაჟო ელექტრონული დაფა (PCB, დაბეჭდილი მიკროსქემის დაფა).

PCB– სთვის საჭირო ფაილის გადმოწერა შესაძლებელია

PCB შემუშავებულია ისე, რომ მოთავსდეს არჩეული ყუთის შიგნით (იხ. მოგვიანებით).

ძირითადი კომპონენტები

PCB– ების ელექტრონული ნაწილების დათვალიერება შესაძლებელია თანმხლებ სურათზე და მოცემულ ფაილში.

ნაბიჯი 3: TESS-W Photometer Optics

დიზაინი და კომპონენტები

ზეციდან შუქი გროვდება ოპტიკით, რომელიც მოიცავს დიქროულ ფილტრს, რათა შეარჩიოს ზოლები. ფილტრი სრულად ფარავს კოლექტორს. ფოტომეტრს აქვს ნათელი ფანჯარა, რომლის საშუალებითაც ცის შუქი შედის ფოტომეტრში. შიგნით არის დაცული მინის გამჭვირვალე ფანჯარა.

ოპტიკური დიზაინი გამოსახულია პირველ ფიგურაში. სინათლე გადის გამჭვირვალე ფილტრის ფანჯარას (1) და შემოდის გარსაცმის საფარის ხვრელიდან (3) (2). გამჭვირვალე ფანჯარა მიმაგრებულია შიგთავსის საფარზე. დიქროული ფილტრი (4) მდებარეობს სინათლის კოლექტორის თავზე (5). დეტექტორი (6) მოთავსებულია კოლექტორის გასასვლელში.

გამჭვირვალე ფანჯარა

პირველი კომპონენტი არის გამჭვირვალე ფანჯარა, რომელიც შუქს აძლევს საშუალებას გადავიდეს დანარჩენ კომპონენტებზე და დალუქოს ფოტომეტრი. ეს არის ფანჯარა, რომელიც დამზადებულია მინაში (BAK7), რადგან ის ამინდის წინააღმდეგობა უნდა გაუწიოს. ფანჯრის სისქე 2 მმ და დიამეტრი 50 მმ. გადაცემის მრუდი იზომება LICA-UCM ოპტიკური სამუშაო მაგიდაზე. ის თითქმის მუდმივია ~ 90% ტალღის სიგრძის დიაპაზონში 350nm -1050nm, რაც ნიშნავს რომ გამჭვირვალე ფანჯარა არ იწვევს სინათლის ფერის ცვლილებას.

დიქროული ფილტრი

დიქროული ფილტრი არის 20 მმ დიამეტრის მომრგვალებული ფილტრი, რომელიც მთლიანად ფარავს სინათლის კოლექტორს. ეს გვარწმუნებს, რომ არ არის გაუფილტრავი შუქი დეტექტორამდე. ეს მნიშვნელოვანია ვინაიდან TSL237 დეტექტორი გონივრულია ინფრაწითელ (IR). UVIR ფილტრი შექმნილია 400 -დან 750 ნმ – მდე გადასაცემად, ანუ ის წყვეტს დეტექტორის ულტრაიისფერ პასუხს 400 ნმ ქვემოთ და IR რეაგირებას 750 ნმ. გადაცემის მრუდი მსგავსია გრძელი უღელტეხილისა და მოკლე გავლის ფილტრის კომბინაციით, თითქმის ბრტყელი რეაქციით, რომელიც აღწევს თითქმის 100% -ს, როგორც იზომება LICA-UCM ოპტიკური სამუშაო მაგიდაზე (იხილეთ ნაკვეთები აღწერილობაში)

სინათლის კოლექტორი

ციდან სინათლის შესაგროვებლად TESS იყენებს სინათლის კოლექტორს. ეს კოლექტორი ძალიან იაფია, რადგან ის დამზადებულია პლასტმასის გამოყენებით საინექციო ჩამოსხმის გამოყენებით. ეს ლინზები გამოიყენება ფანრებში სინათლის გასანათებლად. შიდა ნაწილი არის გამჭვირვალე პარაბოლოიდური ამრეკლი. შავი მფლობელი ხელს უშლის მაცდურ შუქს დეტექტორამდე.

ჩვენ ვიყენებთ შავი შუქის კოლექტორებს ნომინალური FoV 60 გრადუსით. TESS– ში გამოყენებისას FoV მცირდება კოლექტორის გარეთ დეტექტორის პოზიციის გამო. საბოლოო გაზომილი FoV (ჩათვლით შესაძლო ვინინეტირება გარსაცმის საფარიდან) იზომება ოპტიკური სამუშაო მაგიდაზე. კუთხოვანი პასუხი მსგავსია გაუს ფუნქციისა 17 გრადუსი სრული სიგანით ნახევარ მაქსიმუმზე (FWHM).

Ყუთი

TESS ფოტომეტრის ელექტრონიკა და ოპტიკა დაცულია მარტივი გარსით, რომელიც დაფუძნებულია კომერციულ პლასტმასის ყუთზე, რომელიც შეეფერება გარე და ამინდის წინააღმდეგობას.

ყუთი არის პატარა (გარედან: 58 x 83 x 34 მმ; შიგნით: 52 x 77 x 20 მმ). ყუთს აქვს ხრახნიანი საფარი შიგნით შესასვლელად. დალუქული კონსტრუქცია უზრუნველყოფს საკმარის დაცვას წყლისა და მტვრის შეღწევისგან. თავიდან აცილების მიზნით, რომ ხრახნები განიცდიან ჟანგვას, ორიგინალური ხრახნები შეიცვალა უჟანგავი ფოლადის ხრახნებით.

ნაბიჯი 4: TESS-W დანართი

Ყუთი

TESS ფოტომეტრის ელექტრონიკა და ოპტიკა დაცულია მარტივი გარსით, რომელიც დაფუძნებულია კომერციულ პლასტმასის ყუთზე, რომელიც შეეფერება გარე და ამინდის წინააღმდეგობას.

ყუთი არის პატარა (გარედან: 58 x 83 x 34 მმ; შიგნით: 52 x 77 x 20 მმ). ყუთს აქვს ხრახნიანი საფარი შიგნით შესასვლელად. დალუქული კონსტრუქცია უზრუნველყოფს საკმარის დაცვას წყლისა და მტვრის შეღწევისგან. თავიდან აცილების მიზნით, რომ ხრახნები განიცდიან ჟანგვას, ორიგინალური ხრახნები შეიცვალა უჟანგავი ფოლადის ხრახნებით.

ყუთის დამუშავება

აუცილებელია შეასრულოს რამდენიმე მარტივი დამუშავება ყუთზე. ფანჯარა, რომლის საშუალებითაც სინათლე აღწევს სინათლის კოლექტორს, აქვს დიამეტრი 20 მმ. იგი დაფარულია გამჭვირვალე ფანჯრით, რომელიც უნდა იყოს წებოვანი ამინდის მიმართ გამძლე სილიკონით. პატარა ხვრელი არის IR თერმომეტრის პორტი და აქვს 8.5 მმ დიამეტრი. ყუთის მეორე მხარეს აუცილებელია საკაბელო ჯირკვლისთვის 12 მმ ხვრელი. 2.5 მმ -იანი ორი პერფორაცია გამოიყენება გამათბობლის ყუთის საფარის დასაფიქსირებლად.

ნაბიჯი 5: TESS-W ფოტომეტრის დამონტაჟება

1. მომზადება

1. შეღებეთ ყუთი შიგნით შავად.

ყუთის დამუშავება

2. ბურღვა:

● 1x 20 მმ ფანჯრისთვის. ● 1x 12 მმ საკაბელო ჯირკვლისთვის. ● 1x 8.5 მმ თერმოპოლისთვის. ● 2x 2.5 მმ გამათბობლისთვის. ● 2x 1 მმ ყუთის მხარეს.

3. გაბურღეთ ალუმინის დიფუზორი ფირფიტა (1 მმ სისქე) გამათბობლის წინააღმდეგობისთვის, 4. ხრახნეთ წინააღმდეგობა და ფირფიტა საფარქვეშ.5. წებოვანა 8 მმ -იანი შუასადებები PCB.6 -ისთვის. წებოვანა გამჭვირვალე ფანჯარა (წინააღმდეგობის გამათბობელი უნდა იყოს ხრახნიანი ადგილზე)

თერმოპილი

7. ამოიღეთ ძაბვის რეგულატორი და დააკავშირეთ ორივე ტერმინალი ხიდის შედუღებით.8. შეაერთეთ ერთსაფეხურიანი 4 პინიანი მავთული 60 მმ სიგრძის კონექტორზე.9. წებო თერმოპილი საფარით.

ანტენა

10. გაბურღეთ ხვრელი ანტენის დასაფიქსირებლად ყუთში.11. მორთეთ ანტენის კუთხეები.12. ამოიღეთ wifi მოდულის კერამიკული ანტენა, ასევე ანტენის კონექტორი და წითელი LED.

2. სამონტაჟო

დაიცავით ეს თანმიმდევრობა:

1. დააფიქსირეთ ანტენა ყუთში ხრახნიანი გამოყენებით.2. მოათავსეთ საკაბელო ჯირკვალი და დენის კაბელი.3. დააფიქსირეთ კოლექტორი (შავი ცილინდრი) PCB- ზე (ორი ხრახნი).4. დააფიქსირეთ PCB ყუთში (ორი ხრახნი).5. მიამაგრეთ დენის კაბელი მწვანე დაფის კონექტორზე. (წითელი მავთული დადებითზე).6. შედუღებული ანტენის კაბელი wifi მოდულზე. Solder to გამათბობელი გამათბობელი ერთჯერადი 2 პინიანი მავთული დაფაზე დამაკავშირებელი კაბელი 55 მმ.8. შეაერთეთ თერმოპილი და წინააღმდეგობა (ფრთხილად იყავით, რომ არ დაარღვიოთ PCB).

წინააღმდეგობა მოქმედებს როგორც გამათბობელი და უკავშირდება საფარს ალუმინის ფირფიტით. სურათები ხსნის მომდევნო პროცესებს: ანტენა უნდა იყოს ხრახნიანი ყუთში, თერმოპოლის მარეგულირებელი შეცვლილია ხიდით, ხოლო PCB– ის ორი შუალედი (შავი ფერის) უნდა იყოს დამაგრებული ყუთში. ყუთის შიგნით შეღებილია შავი ფერი.

ერთ -ერთ ფიგურაში ნაჩვენებია ორიგინალური WIFI მოდული, რომელსაც აქვს კერამიკული ანტენა და სოკეტი დამატებითი ანტენის დასაკავშირებლად (ზედა). ჩვენ ვიყენებთ ანტენას, რომლის კაბელი შედუღებულია wifi მოდულზე (ქვედა). გაითვალისწინეთ, რომ ამოღებულია კერამიკული ანტენა, სოკეტი და წითელი LED კაბელის მახლობლად.

ნაბიჯი 6: TESS-W ფოტომეტრიული დაკალიბრება

ფოტომეტრები უნდა დაკალიბრდეს იმის უზრუნველსაყოფად, რომ სხვადასხვა მოწყობილობების გაზომვები თანმიმდევრულია. TESS-W არის კალიბრირებული სამაგისტრო ფოტომეტრთან შედარებით მადრიდის Universidad Complutense de Laboratorio de Investigación Científica Avanzada (LICA)-ში.

კონფიგურაცია არის ინტეგრირებული სფერო, რომლის ინტერიერი შეიძლება განათებული იყოს სინათლის წყაროს მიერ და რამდენიმე ოპტიკური პორტით ფოტომეტრების დასაკავშირებლად. დასაქმებული სინათლის წყარო არის LED 596 ნმ და 14 ნმ FWHM.

თუ გსურთ თქვენი TESS-W ფოტომეტრის დაკალიბრება, შეგიძლიათ დაუკავშირდეთ LICA-UCM- ს.

ნაბიჯი 7: TESS-W პროგრამული უზრუნველყოფა

WIFI მოდულის პროგრამული უზრუნველყოფა

კომუნიკაცია და პროგრამული უზრუნველყოფა

სრული სისტემა მოიცავს სენსორულ ქსელს და პროგრამულ ბროკერს, რომელიც შუამავლობს ინფორმაციის მწარმოებლებსა და მომხმარებლებს შორის, რომელიც დაცულია დაკალიბრებული სენსორებისთვის. მას შემდეგ რაც დაკალიბრებთ თქვენს ფოტომეტრს (იხ. ნაბიჯი 6), STARS4ALL მოგაწვდით ბროკერში გამოსაქვეყნებელ მონაცემებს.

შემუშავებულია პითონში მომხმარებელთა ნიმუში, SQLite მონაცემთა ბაზაში მონაცემების შესანახად. ეს მომხმარებელი შეიძლება დაინსტალირდეს ერთ ან მრავალ კომპიუტერზე ან სერვერზე. პროგრამული უზრუნველყოფის ძირითადი მახასიათებლები ჩამოთვლილია ქვემოთ:

● CESS– ში შემუშავებული პერსონალური პროგრამული უზრუნველყოფა TESS– ისთვის.

● MQTT გამომცემელი პროგრამული უზრუნველყოფა შემუშავებულია Arduino IDE და ESP8266 ბიბლიოთეკებში.

● MQTT ბროკერი ან შიდა განლაგებაში ან ხელმისაწვდომი მესამე მხარის (მაგ. ტესტი mosquitto.org)

● MQTT აბონენტის პროგრამული უზრუნველყოფა იღებს მონაცემებს გამომცემლებისგან და ინახავს მათ მონაცემთა ბაზაში (SQLite).

MQTT არის M2M / Internet of Things მსუბუქი პროტოკოლი, რომელიც შეეფერება შეზღუდულ მოწყობილობებს და მოითხოვს გაცილებით ნაკლებ ხარჯებს ვიდრე HTTP დაფუძნებული კომუნიკაციები.

თითოეული სენსორი პერიოდულად აგზავნის გაზომვებს დისტანციურ MQTT სერვერზე ადგილობრივი როუტერის საშუალებით. ეს სერვერი - სახელწოდებით "ბროკერი" MQTT მსოფლიოში - იღებს მონაცემებს მრავალი სენსორისგან და ანაწილებს ყველა ხელმოწერილ მხარეზე, რითაც გამოყოფს გამომცემლებს მომხმარებლებისგან. დისტანციური სერვერი შეიძლება განთავსდეს შიდა პროექტის ცენტრალურ დაწესებულებაში. გარდა ამისა, ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ ხელმისაწვდომი, უფასო MQTT ბროკერები, როგორიცაა test.mosquitto.org.

პროგრამული უზრუნველყოფის ნებისმიერ კლიენტს შეუძლია გამოიწეროს ბროკერი და მოიხმაროს TESS მოწყობილობების მიერ გამოქვეყნებული ინფორმაცია. შემუშავდება სპეციალური MQTT კლიენტი, რომ შეაგროვოს ყველა ეს მონაცემი და შეინახოს ისინი SQLite მონაცემთა ბაზაში.

მოწყობილობის კონფიგურაცია

● ინსტრუმენტის კონფიგურაცია შემცირდება მინიმუმამდე, რაც ხელს შეუწყობს შენარჩუნებას.

● თითოეულ მოწყობილობას სჭირდება ეს კონფიგურაცია:

o WiFi SSID და პაროლი.

o ფოტომეტრის კალიბრაციის მუდმივი.

o MQTT ბროკერის IP მისამართი და პორტი.

o ინსტრუმენტის მეგობრული სახელი (უნიკალურია თითოეული მოწყობილობისთვის)

o MQTT არხის სახელი (როგორც ზემოთ აღწერილია)

WiFi კონფიგურაცია

როდესაც პირველად უკავშირდება დენს, TESS-W ქმნის WiFi წვდომის წერტილს. მომხმარებელი ავსებს პარამეტრებს, რომელიც მოიცავს WiFi როუტერის სახელს (SSID) და პაროლს, ფოტომეტრიის ნულოვან წერტილს და ინტერნეტ მისამართს და ბროკერის საცავის სახელს. გადატვირთვის და გამორთვის და ციკლის ჩართვის შემდეგ, TESS ფოტომეტრი იწყებს მონაცემების წარმოებას და გაგზავნას.

პირველი ჩატვირთვისას, TESS იწყება როგორც წვდომის წერტილი სახელწოდებით TESSconfigAP. მობილური ტელეფონი უნდა იყოს დაკავშირებული ამ წვდომის წერტილთან.

● დაათვალიერეთ ინტერნეტ ბრაუზერი შემდეგი URL:

● შეავსეთ ფორმა 2.3 -ში ჩამოთვლილი პარამეტრებით

● გადატვირთეთ მოწყობილობა, რომელიც დაუკავშირდება ადგილობრივ როუტერს.

როდესაც მოწყობილობა დაკარგავს ბმულს WiFi როუტერთან, გადატვირთეთ და კვლავ დააკონფიგურირეთ როგორც წვდომის წერტილი, რაც მოსახერხებელია კონფიგურაციის შესაცვლელად.

პროგრამული უზრუნველყოფა

TESS-W Firmware დოკუმენტაცია შეგიძლიათ იხილოთ github საცავში

github.com/cristogg/TESS-W

ESP8266https://github.com/cristogg/TESS-W/blob/master/tess-w-v2_0/tess-w-v2_0.ino.generic.bin

მიკროპროცესორებისთვის

ნაბიჯი 8: საბოლოო შენიშვნები

ფონდი STARS4ALL არის STARS4ALL პროექტის გაგრძელება, რომელიც პასუხისმგებელია TESS-W ფოტომეტრების ქსელის მუშაობაზე. ეს არის მოქალაქეობის სამეცნიერო პროექტი, რომელიც აწარმოებს მონაცემებს სინათლის დაბინძურების კვლევებისათვის.

მას შემდეგ რაც თქვენი ფოტომეტრია დაკალიბრებული და კონფიგურირებული დაიწყება გაზომვების გაგზავნა STARS4ALL ინფრასტრუქტურაში. ამ გაზომვების ვიზუალიზაცია შესაძლებელია ჩვენი პლატფორმიდან (https://tess.stars4all.eu/plots/). გარდა ამისა, ქსელში წარმოქმნილი ყველა მონაცემი შეიძლება გადმოწერილი იყოს ჩვენი ზენოდოს საზოგადოებიდან (https://zenodo.org/communities/stars4all)