Способ фотометрирования звездного поля и мультиплексирующий сканирующий фотометр для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано в астрономии s а также в других областях науки и техники, где требуется мультиплексирование оптических квазиточечных изображений.

Цель изобретения - повьшление точности и надежности измерений.

На фиг.1 представлена функциональ ная блок-схема мультиплексирующего сканирующего фотометра звездного поля, реализующего предлагаемый способ фотометрированияJ на фиг.2 - несущая функция одной звезды; на фиг.З - сумма несущих функций трех звезд оди наковой величины; на фиг.4 - симметричная несущая функция; на фиг.З - антисимметричная несущая функция.

Мультиплексирующий сканирующий фо тометр звездного поля состоит из пос ледовательно расположенных по оптической оси диaфpaг Ь 1 поля, решетки 2 Ронки, узла 3 сдвига полос решетки системы 4 оптических фильтров, линзы 5 Фабри, диафрагмы 6 выходного зрачка и фотоэлектронного умно кителя 7, импульсного усилителя 8, амплитудного дискриминатора 9, счетчика 10 импульсов, интерфейса 11 ввода., таймера 12, оптоэлектронного датчика 13 нулевого положения решетки 2, микро- ЭВМ 14, устройства 15 вывода информа ции, интерфейса 16 управления, шагового двигателя 17 вращения решетки 2 и щагового двигателя 18 вращения системы 4 оптических фильтров. На оси 19 вращения шагового двигателя 18 укреплен датчик 20 положения оптических фильтров. Аналогично,, на оси 21 вращения щагового двигателя 17 укреплен датчик 22 положения решетки Ронки 2,

Все выполняеГ Ые фотометром функции определяются управляющей программой, которая введена в память мик роЭВМ 14. В начале работы фотометр приводится в исходное состояние. При атом микроэвм 14 -герез интерфейс 16 управления включает шаговый двигатель 17 вращения решетки Ронки 2, на 5;одящейся в фокальной плоскости те- Лескопа. Решетку вращают до тех пор, гюка оптоэлектронный датчик 13 не вы работает признак ее начального положения. После остановки рещетки в начальном положении оптозлектрон1а)Ш датчик 13 через интерфейс П ввода 1:ередает соответствую1Щй сигнал на

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

микроэвм 14. Микроэвм 14 через интерфейс 16 управления включает шаговый двигатель 18, который устанавливает заданный фил ьтр из системы 4 оптических фильтров. Правильность установки фильтра индицируется датчиком 20 положения, который через интерфес 11 ввода передает эту информацию на микроэвм - Фотометр находится в исходном состоянии.

При модуляции звездного поля проводится ряд измерений его суммарной интенсивности при разных угловых положениях решетки Ронки 2. Эти измерения далее будут называться экспозициями. Они проводятся при фиксированной решетке и неподвижных фильтрах cиcтe ы 4. При этом весь свет от фотометрируемого звездного поля, ограничиваемого диафрагмой , проходит через решетку Ронки 2 , установленный фильтр и собирается линзой Фабри на фотокатод фотоэлектронного умножителя 7. Выходящая из фотоэлектронного умножителя 7 г юследовательность им- щшьсов поступает на вход импульсного усилителя В, в котором они усиливаются и поступают на вход амплитудного дискриминатора 9, в котором происходит селекция и стандартизация выходных импульсов фотоэлектронного множителя. В режим счета счетчик пе- реводится таймером 12 и находится в нем в течение времени экспозиции, дл ительность которой задает таймеру 12 ШкроЭВМ через интерфейс 16 управления. Сосчитанное в течение экспозиции число заносится в ячейку па- Г ШТи, номер которой соответствует тому угловому положению решетки, при котором производилась данная экспозиция .

Модулирование звездного поля осуществляется следующим образом.

Вначале производится экспозиция в исходном состоянии фотометра. Затем решетку Ронки 2 вращают с помощью щагового двигателя 17. При этом также запускается шаговый двигатель 18 вращения системы 4 оптических фильтров. Осуществив по указанию микроэвм 14 один или несколько шагов, двигатель 17 останавливается и решетка Ронки 2 занимает новое фиксированное положение. При этом после установки очередного фильтра останавливается и двигатель 18, Правильность установки фильтров и

31

решетки контролируется датчиками 20 и 22, подвижные части которых закреплены на вращающихся осях 19 и 21 шаговых двигателей 18 и 17. Если по каким-либо причинам шаговые двигатели срабатывают неправильно или теряют шаг, датчики 20 и 22 передают информацию об этом через интерфейс 11 ввода на микроЭВМ 14, которая, управляя дивжением шаговых двигателей, перемещает фильтр или решетку в требуемые положения, о чем соответствующее сообщение выдается оператору с помощью устройства 15 вывода информации. После остановки фильтра и решетки производится очередная экспозиция. Далее устанавливается новое положение решетки и очередной фильтр, производится экспозиция и т.д. Это продолжается до тех пор, пока решетка Ронки 2 не сделает полный оборот, что индицируется оптоэлектронным датчиком 13.

Затем в соответствии с управляющей программой проводится или анализ записанного в памяти микроЭБМ 14 сигнала, или следующий оборот ре- щетки для статистического накапливания сигнала. Б случае накапливания сигнала отсчеты, соответствующие одинаковым угловым положениям решетки Ронки, суммируются в соответствующих ячейках памяти микроЭВМ 14. При окончании измерения данного звездного поля полученные данные анализируются или на самой микроЭВМ 14 или выводятся с помощью устройства 5 вывода информации для дальнейшей обработки на более совершенной ЭВМ. .

Каждая измеренная звезда в результате модуляции ее изображения решеткой Ронки порождает так называемую несущую функцию, которая однозначно кодирует ее блеск и положение в измеряемом поле. Несущая функция представляет собой зависимость интенсивности пропущенного решеткой Тонки 2 света измеряемой звезды от углового положения решетки (фиг.2). Отсчеты, зафиксированные в памяти микроЭВМ 14 в течение одного оборота решетки Ронки 2, разделяются на группы, в каждой из которых все отчеты получены при одинаковом фильтре, В случае измерения одной звезды упорядоченная по угловым положениям решетки каждая такая группа представляет собой дискретизированную несушую функ57414 .4

цию, измеренную с помощью какого-то фильтра. При измерении нескольких звезд, аналогично разделяя по фильтрам отсчеты, зафиксированные в тече- 5 ние одного оборота решетки, получают группы, каждая из которых представляет собой наложение несущих функций, соответствуюш 1х измеряемым звездам, так называемые модуляционные функции 10 звездного поля. Число модуляционных функций звездного поля, помещаемых в память микроэвм 14 в течение одно-го оборота решетки, равно числу . фильтров в системе 4. Совокупность

f5 этих модуляционных функций звездного поля представляет собой выходной сигнал фотометра. На фиг.З показана модуляционная функция поля, состоящего из трех звезд одинаковой вели0 чины.

Восстановление положения и блеска каждой измеренной звезды производится путем анализа модуляционных функций звездного поля численными

5 методами. Необходимое для анализа число дискретных точек модуляционной функции звездного поля обратно пропорционально периоду применяемой решетки 2 Ронки и прямо пропорциональ0 но размеру модулированного поля, определяемому диафрагмой 1 поля. Период решетки 2 Ронки равен двойной ширине темной или светлой полосы.Каждая модуляционная функция звездного

поля должна быть измерена при достаточном для анализа количества разных угловых положений решетки, т.е. число шагов решетки, выполняемых в течение одного оборота, должно быть

0 значительно больше числа фильтров в системе 4. При этом для эффективной реализации статистического накопления сигнала число шагов решетки должно быть кратным числу фильтров, Ана5 ЛИЗ модуляционных функций звездного поля дает информацию как о положении звезд в плоскости модуляции, так и о их звездных величинах в разных спектральных полосах, выделяемых све0 тофильтрами системы 4. В результате дифракции света при прохождении через решетку 2 Ронки возникают побочные изображения- выходного зрачка, что при вращении решетки искажает несу5 щие функции фотометра из-за неравномерности зональной характеристики чувствительности фотокатода. Для устранения этого нежелательного явления в плоскости фотокатода фотоэлектронного умно7кителя 7 введена дополннтельная диафрагма 6, диаметр отверстия которой равен диаметру выходного зрачка.

Расположение диафрагмы 1 поля перед решеткой 2 Ронки уменьшает по сравнению с известным фотометром количество диафрагируемого и рассеиваемого решеткой света, так как з та- ком случае освещается лишь ограничиваемая диафрагмой 1 область решетки. , Расположение оси 23 вращения решетки Ронки 2 по отношению к полосам решетки оказывает влияние на, форщ несущей функции.

На фиг.4 показана так называемая симметричная несушая функция с периодом, равным половине периода оборота решетки, полученная при враше- НИИ решетки Ронки вокруг оси, проходящей через середину прозрачной полосы. При установке оси вращения решетки на границе темной и светлой полосы период несущей функции равен периоду обращеш-1я решетки, а функция получается антисимметричной (фиг.5).

Окончательный .пиз выходного сигнала производят путем подгонки не сущих функций к измеренн1з1м значениям методом наименьших квадратов, По параметрам подогнанных несущих функций восстанавливают блеск к положение в плоскости модуляции ка лдтой из меряемой звезды. При реальных измерениях несущие функции ис;ха::-каттся как пуассоновскими шумамИэ присущими световому потоку от измеряемы7{ звезд, так и дополнительным гауссовыми шу- мами, возникающими вследствие звездных мерцаний. В случае присутствия этих шумов более точное и надежное восстановление блеска и ноложения модулируемых звёзд получа;от, если в анализируемом сигнале звездные изображения промодулированы антисимметричными несущими функциями, т.е. модуляция звездного поля производится решеткой, ось вращения которой находится на границе межд5 темной и светлой полосой. Ддя облегчения установки оси вращения решетки дополнительно введен узел 3 сдвига полос,

в котором микрометрическим винтом 24

смещая решетку в направлении, перпендикулярном полоскам решеткиJ изменяют положение оси 23 вращения относительно полос. Модулируя одну звезду

J

jg и

20 25

зо , ,щ 5-

5

0

и вращая винт 24, добиваются такого положения, при котором после одного оборота решетки получают антисимметричную несущую функцию. Это и соответствует случаю, когда ось 23 вращения решетки 2 Ронки находится на гг анице полос решетки.

Формула изобретения,

if

1.Способ фотометрирования звездного поля 5 включаюЕЦ{й сканирование изображения поля вращ,ающейся решеткой Ронки, оптическую фильтрацию светового потока изображения поля с заменой оптического фильтра, проецирование полученного модулированного светового потока на фотокатод фото- злектронного умножителя, преобразо- ва;чие светового потока в последовательность электрических импульсов, усиление и регистрацию импульсов для дальнейшего анализа, отличающийся тем, что, с целью, повышения точности и надежности измерений, сканирование изображения звездного поля производят скачкообразно, а; количество импульсов регистрируют в интервалах между скачками при не- подвшкной решетке, причем замену оптического фильтра осуществляют во врел-ш перемещения сканирующей реше тки.

2,Мультиплексирующий сканирующий фотометр для фотометрирования звездного поля, сод8ржаш 1Й расположенные но ходу луча решетку Ронки, д aфpaг- му поля, систему оптических ф1-шьтров, линзу Фабри, фотоэлектро шьгй умножитель, двигатель вращения решетки, причем ось вращения решетки Ронки установлена вне сканирующего поля, импульсный усилитель, вход которого с выходом фотоэлектронного умнслжтеляз и оптозлектронный датчик начального положения решетки-, о т л и ч а ю щ и и с я , тем, что, с целью повышения точности и .надежности измерений, в него дополнительно введены амплитудный дискриминатор ; счетчик импульсов, интерфейс ввода, таймерJ устройство вывода ин- фор -5ации5 микроэвм, интерфейс управ- шаговый двигатель вращения , системы оптических фильтров, датчик положения системь фильтров и датчик положения решетки Ронки, двигатель вращения которой выполнен в виде шагового, при этом диафрагма поля уста71

новлена перед решеткой со стороны телескопа, выход импульсного усилителя соединен с входом амплитудного дискриминатора, выход которого соединен с информационным входом счетчика импульсов, выход которого соединен с информационным входом интерфейса ввода, выход которого соединен с входом микроэвм, информационный выход которой соединен с устройством вывода информации, а управляющий выход микроэвм соединен с входом интер фейса управления, выходы которого соединены с входом таймера, шаговым двигателем вращения решетки Ронки и шаговым двигателем вращения системы оптических фильтроз, причем шаговые двигатели соответственно механически соединены с датчиком положения решетки Ронки и датчиком положения сие

2574148.

темы оптических фильтров, выходы обоих датчиков положения соединены с управляющими входами интерфейса ввода, выход таймера соединен .с управляющим 5 входом счетчика импульсов, а выход оптоэлектронного датчика начального положения решетки Ронки соединен с входом интерфейса ввода.

10 3. Фотометр по 2, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что ось вращения решетки Ронки установлена на границе прозрачной и непрозрачной полос решетки.

15 4. Фотометр по пп.2 и 3, о т л и- чающийся тем, что, с целью повьш1ения точности и надежности измерений, путем упрощения установки оси вращения решетки Ронки, в него 20 введен узел сдвига полос решетки.

Угол mfcopfffna

(pvfZ

9

ytff/T /fefoflOfna /tfu/efrtffu (fuf.3

кi I:

Изобретение позволяет производить с высокой точностью квазиодновременное электрофотометрирование звездного поля . Повьшение точности и надежности измерений достигается путем шагообразного вращения решетки Ронки с измерением интенсивности светового потока при неподвижной решетке. Смена оптических фильтров производится во время перемещения решетки Ронки. Ось вращения решетки Ронки находится на границе прозрачной и непрозрачной полос, что обес- -печивает модуляцию звездных изображений антисимметричными несущими функциями . В регистрирующую часть устройства на плоскости фотокатода фотоэлектронного умножителя вводится дополнительная диафрагма, диаметр отверстия которой равен диаметру выходного зрачка системы телескоп - фотометр. Она устраняет влияние побочных изображений выходного зрачка, возникающих вследствие диффракции света от решетки Ронки. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил. i (Л ьйь (яшА 4

11 Л I пи

n п I iilii

n n I Ml 11

mn II

Mflj nil ;; I i

inim