고정밀 Telescope 작업의 전기 기계 시스템

고정밀도 망원경의 Electromechanical Systems 소개

이 시스템은 옵티컬의 핵심 요소인 옵티컬의 핵심 요소인 옵티컬의 옵티컬의 퓨전을 통해 옵티컬의 퓨전을 통해 옵티컬의 퓨전을 통해 옵티컬의 퓨전을 통해 옵티컬의 퓨전을 통해 옵티컬의 퓨전을 통해 옵티컬의 퓨전을 통해 옵티컬의 퓨전을 통해 옵티컬의 퓨전을 통해 옵티컬의 퓨전을 실현할 수 있습니다. 옵티컬의 퓨전은 퓨전을 위한 포지셔널의 퓨전을 위한 퓨전을 위한 옵티컬의 퓨전을 위한 퓨전을 제공합니다.

이 문서는 고정밀 망원경 작업에 전기 기계 시스템의 구성 요소, 응용 프로그램, 장점 및 도전에 대한 심층적 인 모습을 제공합니다. 우리는 이러한 시스템을 어떻게 파괴 할 수 있는지를 검사, 가까운 - Earth 소행성 추적에서 배란 대기권의 스펙트럼을 캡처합니다.

Electromechanical 시스템의 주요 구성 요소

각 망원경 전기 기계 체계는 4개의 1 차적인 subsystems로 아래로 끊을 수 있습니다: 액추에이터, 감지기, 관제사 및 힘 관리. 각은 최소한 대기권과 높은 반복성으로 작동해야 합니다.

액추에이터: 모터와 드라이브

텔레스코프는 모터의 두 가지 주요 유형을 사용합니다 : [[FLT :0]] 스테퍼 모터[FLT :1]] 및 [FLT : 2]] servo 모터[FLT : 3]]. 스테퍼 모터는 분리 된 단계로 이동하여 초점 메커니즘과 같은 저속, 고 토크 응용 프로그램에 적합합니다. 서보 모터는 폐쇄 루프 피드백을 사용하여 연속 회전을 제공합니다. celestial 개체를 원활하게 추적합니다. 큰 관찰자는 종종 모터를 사용하는 것은 수동으로 사용됩니다. [FLT : 5] 텔레스코프는 모터를 사용하여 수동으로 고정되는 것을 의미합니다. [FLT : 5]

인코더 및 위치 센서

Encoders 디지털 신호로 회전 위치를 변환합니다. 절대 인코딩은 전력 손실 후 위치를 유지하며, 증가 인코딩은 상대적인 움직임을 측정합니다. 고정밀 망원경은 수천 개의 라인과 테이프 인코딩 또는 링 인코딩을 사용하여 0.01 arcseconds 또는 Finer의 해상도를 달성합니다. 로터리 인코더 외에도 선형 인코딩 장치는 콜림을위한 보조 미러 위치를 모니터링합니다. 일부 광학 센서는 기계식 측정을 측정하는 데 필수적으로 측정됩니다.

컨트롤러: 실시간 처리

컨트롤러 (프로그램 가능한 논리 컨트롤러 또는 전용 모션 컨트롤러를 유지) 센서 데이터 및 제어 루프를 실행 1 kHz를 초과하는 속도로 실행합니다. PID (전문적 인 - 직렬) 알고리즘 은 표준이지만 현대 망원경은 식각에 대한 피드를 전달하고 모델 예측 제어를 고용합니다. Gemini)는 각 네트워크의 이동을 통해 분산 된 아키텍처를 사용하여 네트워크의 네트워크의 제어를 제어하는 데 사용됩니다.

전력 공급 및 조건

안정적인 전력은 비 양도할 수 있습니다. 전압 변동은 추적에 있는 지터를 소개할 수 있습니다. 초저음을 가진 선형 전력 공급은 과민한 전자공학 (예를들면, 사진기 관제사)를 위해 선호되고, 스위치 형태 공급은 높 현재 모터 드라이브를 취급합니다. 많은 기능은 망원경 구조에서 전기 소음을 고립시키기 위하여 무정전 전원 공급 (UPS)와 접지 체계를 채택합니다.

Telescope 작업의 응용

전기 기계 시스템은 망원경을 이동하기 위해뿐만 아니라, 그들은 관측의 각 단계에 필수적입니다.

정확한 포인팅 및 Slewing

릴레이팅은 한 번의 대상에서 다른 스코프를 회전시키는 것은 빠르고 정확합니다. 전형적인 썰매는 30 초 안에 고도에서 180°와 60°를 커버할 수 있습니다. 전기 기계 시스템은 대규모 구조를 가속화하고 명령된 위치의 1개의 arcsecond 안에 매끄럽게 decelerates. 인코더 피드백과 높은 ‐ 품질 마운트 모델 (인칭 교정에서 파생) flexure, refraction 및 misalignment를 위해 정확합니다. [0]는 ‐3의 반복성 조사를 달성합니다. [0]:[0]:3]:[0]:3]:[0]:3]:[0]:]

실시간 추적

지구가 회전함에 따라 망원경은 현장에 중심을 둔 스타를 유지하기 위해 보상해야합니다. 사이드 트랙 (23h56m 당 1 개의 혁명)은 대기 굴절, diurnal aberration 및 적절한 모션으로 인해 작은 보정에 의해 수정됩니다. 추적은 폐쇄 루프 제어를 통해 구현됩니다 : 컨트롤러는 인코더 속도와 때로는 분리 된 인도 카메라를 기반으로 모터 속도를 조정합니다. 태양 망원경의 경우, 추적 속도는 태양의 겉보기에 대한 계정이어야합니다. Daniel Koui는 지속적으로 태양 광경을 사용하여 태양 광경을 지속적으로 구동합니다.

자동차 및 활성 광학

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Electromechanical 시스템의 장점

이전의 모든 기계 또는 유압 시스템, 전기 기계 설계 제안 결정적 이점과 비교.

Sub-arcsecond Precision: 0.1 arcseconds의 점유 오차가 0.1초의 고해상도 인코딩 및 저하 마찰 베어링으로 달성할 수 있습니다.
자동화 및 원격 조작: 관측자는 자동 교정을 통해 큐 스케쥴링을 실행하는 데 실패한 밤을 실행할 수 있습니다.
Reliability: 솔리드 스테이트 전자, 브러시리스 모터, 밀봉된 인코더는 착용을 감소시킵니다. 현대 드라이브 시스템에 대한 실패 사이의 대기 시간은 종종 10,000 시간을 초과합니다.
Flexibility: 소프트웨어는 하드웨어 변경 없이 다른 악기(예:, Nasmyth focal station)에 주요 초점에서 전환)에 대한 제어 매개 변수를 재구성할 수 있습니다.

도전과 유지

그들의 장점에도 불구하고 전기 기계 시스템 얼굴 지속적 도전.

기계 착용과 피로

베어링, 기어 및 케이블 경험 사이클링 스트레스. 30 미터 망원경을 슬링하는 것은 거대한 관성 부하를 소개합니다; 빈약한 감쇠는 감속을 유발할 수 있습니다. 토크 튜브, 웜 기어의 일정한 검사, 케이블 랩은 필수적입니다. James Webb Space Telescope는 극저온 배치 시스템과 함께 이를 움직입니다. 그러나 현장 망원경은 정기적으로 베어링과 모터를 교체해야합니다.

교정 및 모델링

모든 망원경은 중력 flexure, 열팽창 및 인코더 상쇄를 위한 계정이 점유 모형을 요구합니다. 정확한 모형을 창조하는 것은 하늘과 적합 polynomials에 많은 점을 매핑하는 것을 포함합니다 시간 소모 과정. 바람 동요, 눈 선적, 또는 온도 윤활제 같이 환경 요인은 적응시키는 recalibration를 요구합니다.

열 관리

전기 기계 부품은 열을 생성합니다. 모터, 컨트롤러 및 전원 공급 장치는 흐르는 이미지를 만드는 turbulence (돔보기)를 창조하는 국부적으로 공기 온도를 올릴 수 있습니다. 관찰자는 수동식 냉각 (열 싱크, 액체 반복) 및 때때로 활동적인 온도 조종을 이용합니다. Gran Telescopio Canarias는 주위의 0.5°C 내의 거울 세포를 유지하는 열조화 체계를 통합합니다.

전자기 간섭 (EMI)

스위칭 전원 공급 장치 및 모터 드라이버는 민감한 검출기 또는 보조 장비를 손상시킬 수있는 전기 소음을 생성합니다. 보호, 페라이트 구슬 및 절연 접지는 필수입니다. 많은 망원경은 과학 카메라에서 멀리 모터 드라이브에 대한 별도의 전기 객실이 있습니다.

미래 개발

Ongoing 연구는 망원경을 위한 더 높은 전기 기계 체계를 개량하기 위하여 약속합니다.

Higher-Resolution 인코더

나노미터 규모의 변위 측정을 위한 인터페로미터 인코딩기는 신중합니다. 적합한 광학과 통합할 때, 이 점은 빈번한 보고에서 조차 diffraction-limited Imaging을 허용할 수 있었습니다.

Predictive Maintenance를 위한 기계 학습

모터 전류, 진동 및 온도 모니터링, 기계 학습 알고리즘은 베어링 고장 또는 정렬 주간을 미리 예측할 수 있습니다. Vera C. Rubin 전망대는 이러한 예측 모델을 사용하여 주간 동안 유지 보수를 일정 할 수 있습니다.

경량 물자 및 직접적인 드라이브

탄소 섬유 구조와 직접 구동 모터는 이동하는 질량을 감소시키고, 빨리 썰물과 낮은 전력 소비를 가능하게 합니다. 유럽 극단적으로 큰 망원경 (E‐ELT)는 0.5 arcseconds 보다는 더 나은 점에 3000 톤을 초과하는 총 이동하는 질량과 더불어 모든 축에 직접적인 드라이브를 이용할 것입니다.

Quantum-Enhanced 감각

quantum angular rate 센서로 연구는 매우 안정된 포인팅을 위해 기계적 지루함을 대체할 수 있습니다. 이들은 편류에 더 적은 수용이 될 것이며 재 포장 없이 몇 년 동안 작동 할 수 있습니다.