Способ фотометрирования звездного поля и мультиплексирующий сканирующий фотометр для его осуществления

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 J 1 44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3880096/31-25 (22) 01.04.85 (46) 15.09.86.Бюл. У 34 (71) Вильнюсский ордена Трудового

Красного Знамени и ордена Дружбы народов государственный университет им. В.Капсукаса (72) В,П.Дадуркявичюс: и Д-А.А.Ралис (53) 535.242(088.8) (56) Nertr L.À. dilute image transform with application to an Х-ray

star camera. — В сб ° : Modern optics.

Brooklyn Polytechnic Press, 1967, р.787-791.

Smith Cn.D. The AMAS — the Astrometric Nultiplexing Area Scanner.À new

technique for measuring stellar positions and magnitudes. — The Journal

of the American Association of Variable Star Observers, 1973, v.2, N 1, р.29-34. (54) СПОСОБ ФОТОМЕТРИРОВАНИЯ ЗВЕЗДНОГО ПОЛЯ И МУЛЬТИПЛЕКСИРУЮЩИЙ СКАНИРУЮЩИЙ ФОТОМЕТР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

„„SU, 3257434 А1 (57) Изобретение позволяет производить с высокой точностью квазиодновременное электрофотометрирование звездного поля . Повышение 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 функцияО ми. В регистрирующую часть устройства 9 на плоскости фотокатода фотоэлектронного умножителя вводится дополнитель- %УМ ная диафрагма, диаметр отверстия которой равен диаметру выходного зрачка системы телескоп — фотометр. Она- Я устраняет влияние побочных изображений выходного зрачка, возникающих вследствие диффракции света от решетки Ронки. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил. (, Д

1257414 2

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

Цель изобретения — повышение точности и надежности измерений.

Ia фиг.1 представлена функциональная блок-схема мультиплексирующего 1Î сканирующего фотоме-ра звездного поля, реализующего прецлагаемый способ фотометрирования,, на фи".2 — несущая функпия одной звезды; на фиг.3 сумма несущих функций трех звезд оди- 15 иаковой величины; на фиг.4 — симметричная несущая функция; на фиг.5 антисимметричная несущая функция.

Мультиплексирующий сканирующий фотометр звездного поля состоит из пос- 2О ледовате,пьно расположенных по оптической оси диафрагмы 1 поля, решетки

2 Ронки, узла 3 сдвига полос решетки, системы 4 оп- è÷åски,х фильтров, линзы

5 Фабри, диафрагмы 6 выходного зрач- ." ка и фотоэлектронного умножителя 7, импульсного усилителя 8, амплитудного дискриминатора 9, счетчика 10 импульсов, интерфейса 11 ввода„ таймера 12, оптоэлектронного датчика 13 нулевого положения решетки 2,, микроЭВМ 14, устройства 15 вывода информации, интерфейса 16 управления, шагового,цвигателя 17 вращения решетки

2 и шагового двигателя 18 вращения системы 4 оптических фильтров. На оси !9 вращения шагового двигателя

18 укреплен датчик 20 положения оптических фильтров. Лналогично, на оси 21 вращения шагового двигателя 1П

17 укреплен датчик 22 положения решетки Ронки 2.

Все выполняемые фотометром функции определяются управляющей программой, которая введена в память микроЭВМ 14. В начале работы фотометр приводится в исходное состояние. При этом микроЭВМ 14 через интерфейс 16 управления включает шаговый двигатель 17 вращения решетки Ронки 2, находящейся B фокальной плоскости те- ° лескопа. Решетку вращают до тех пор, пока оптоэлектронный датчик 13 не выработает признак ее начального положения. После остановки решетки в на-;альном положении оптозлектронныи датчик 13 через интерфейс 11 ввода передает соответствующий сигнал на микроЭВМ 4. МикроЭВМ 14 через интерфейс 16 управления включает шаговый двигатель !8, который устанавливает заданный фильтр из системы оптических фильтров. Правильность установки фильтра индицируется датчиком 20 положения, который через интерфес 11 ввода передает эту информацию íà микроЭВМ 14. 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 фильт— рах системы 4. При этом весь свет от фотометрируемого звездного поля, ог— раничиваемого диафрагмой !, проходит через решетку Ронки 2, установленный фильтр и собирает ся линз ой Фабри на фотокатод фотоэлектронного умножите7. Выходящая из фотоэлеKTpoHHQIo умножителя 7 т:оследовательность импульсов поступает на вход импульсного усилителя 8, в котором они усиливаются и поступают на вход амплитудного дискриминатора 9,, в котором происходит селекция и стандартизация выходных импульсов фотоэлектронного умножителя. В режим счета счетчик переводится таймером !2 H находится в нем в течение времени экспо=.èöêè длительность которой задает таймеру

12 микроЭВМ через интерфейс 16 управления. Сосчитанное в течение экспозиции число заносится в ячейку памяти, номер которой соотзетствует тому угловому положению решетки, при котором производилась данная экспозиция.

Модулирование звездного поля осуществляется следующим образом.

Вначале производится "-кспозиция в исходном состоянии фотометра. За— тем решетку Ронки 2 вращают с помощью шагового двигателя 17. При этом также запускается шаговый двигатель 18 вращения систем 4 оптических фильтров. Осуществив по указанию микроЭВМ 14 оцин 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

1257414 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, 10 перемещает фильтр или решетку в требуемые положения, о чем соответствующее сообщение выдается оператору с помощью устройства 15 вывода информации. После остановки фильтра и ре- <5 щетки производится очередная экспозиция. Далее устанавливается новое положение решетки и очередной фильтр, производится экспозиция и т.д. Это продолжается до тех пор, пока решет- 10 ка Ронки 2 не сделает полный оборот, что индицируется оптоэлектронным датчиком 13.

Затем в соответствии с управляющей программой проводится или анализ записанного в памяти микроЗВМ

14 сигнала, или следующий оборот решетки для статистического накапливания сигнала. В случае накапливания сигнала отсчеты, соответствующие оди-gp иаковым угловым положениям решетки

Ронки, суммируются в соответствую— щих ячейках памяти микроЗВМ 14. При окончании измерения данного звездного поля полученные данные анализиру- 3 ются или на самой микроЭВМ 14 или выводятся с помощью устройства 15 вывода информации для дальнейшей обработки на более совершенной ЗВМ..

Каждая измеренная звезда в резуль-4 тате 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 Ронки 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 несущую функцию, измеренную с помощью какого-то фильтра. При измерении нескольких звезд, аналогично разделяя по фильтрам отсчеты, зафиксированные в течение одного оборота решетки, получают группы, каждая из которых представляет собой наложение несущих функций, соответствующих измеряемым звездам, так называемые модуляционные функции 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 этих модуляционных функций звездного поля представляет собой выходной сигнал фотометра. На фиг.З показана модуляционная функция поля, состоящего из трех звезд одинаковой величины.

Восстановление положения и блеска каждой измеренной звезды производится путем анализа модуляционных функций звездного поля численными методами. Необходимое для анализа число дискретных точек модуляционной функции звездного поля обратно пропорционально периоду применяемой решетки 2 Ронки и прямо пропорционально 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 значительно больше числа фильтров в системе 4. При этом для эффективной реализации статистического накопления сигнала число шагов решетки должно быть кратным числу фильтров. Анализ модуляционных функций звездного поля дает информацию как о положении звезд в плоскости модуляции, так и о их звездных величинах в разных спектральных полосах, выделяемых светофильтрами системы 4. В результате дифракции света при прохождении через решетку 2 Ронки возникают побочные изображения- выходного зрачка, что при вращении решетки искажает несущие функции фотометра из-за неравномерности зональной характеристики чувствительности фотокатода, Для устранения этого нежелательного явБ 2574)4 Ь ления в плоскости фотоката„.>а фотоэлектронног о умножителя 7 введена дополнительная диафрагма б,, диаметр отверстия которой равен диаметру выходного зрачка, 5

Расположение иафрагмы 1 поля перед решеткой 2 Ранки уменьшает г.о сравнению с известным фатаметром количество диафрагируемого и рассеиваемого решеткой света,, так как в та-ком случае освещается лишь ограничив ваемая диафрагмой 1 область решетки.

Расположение оси 23 вращения решетки Ранки 2 по отношению к паласам решетки оказывает вл>ияние на форму несущей функции.

На фиг,4 показана так называемая симметричная несущая функция с периодом., равным половине периода оборота решетки, полученная при вращении решетки Ранки вокруг аси, проходящей через середину прозрачной полосы. При установке аси вращения решетки на границе темной и светлой полосы период иесущ и функции равен > периоду обращения решетки, а функция получается антисимметричпай (фиг.5).

Окончательный апюijjç выходного сигнала произвацят путем подгонки не-3О сущих функций к измеренным значениям методом наименьших квадратов, Па параметрам подогнанных несущих функций восстанавливают блеск и полажение в плоскости мадуляц.-,и каж>.>ой из35 меряемой звезды. При реальных измерениях несущие гЬункции ис.:<ажавтс".я как пуассоновскпми шумами, прнсу1>ими световому потоку ат измеряемых звез7> > так и дополн>ительнь>ми гауссовыми шумами,, БозниKа>ж>им>> вcледствке звезд ных мерцаний. В случае присутствия этих шумов более точное и наде><иае восстановление блеска и поло;кения I.IG дулируемых звезд получают, если з анализируемом сигнале з>зездные изобра>кения промодулированы антисимметричными несущими функциями, т,е. модуляция звездного поля производится решеткой, ось вращения которой на>>> ходится на границе между темной и светлой полосой. Д»я облегчения ус— танавки аси вращения решетки дано.l( нительно введен узел 3 сдвига п>>1ос. в котором микрамегрическим винтам 24, 55 смещая решетку в направлении, перпендикулярном полоскам решетки,. изменяют положение оси 23 вращения относительно полос., Модулируя одну звезду и вращая винт 24, добиваются такого положения, при котором после одного оборота решетки получают антисиммет-ричиую несущую функцию. Это и соответствует случаю, когда ось 23 вращ>ения решетки 2 Ранки находится на границе полос решетки. формул а и з обретения

l. Способ фотометрирования звездного поля, включающий сканирование изображения поля вращающейся решет— кой Ранки, оптическую фильтрацию светового потока изображения поля с заиеной оптического фильтра, проецирование полученного модулированного светового потока на фотокатод фотоэлектронного умнажителя, преобразование светового потока в последовательность электрических импульсов, усиление и регистрацию импульсов для дальнейшего анализа, о т л и ч а ю—

III II и с я тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений, сканирование изображения звезд— нога поля производят скачкообразно, а: количество импульсов регистрируют в интервалах между скачками при неподвижной решетке, причем замену опт:--ческого фильтра осуществляют во вре.гя перемещения сканирующей реше т> >.> .

:>. Мультиплексирующий сканирующий фотометр для фотаметрирования звездного поля, содержащий расположенные па ходу луча решетку Ранки, диафрагму г:оля, систему оптических фильтров, линзу Фабри, фотоэлектронный умножи..ель, двигатель вращения решетки, причем ось вращения решетки Ранки установлена вне сканирующего поля, импульсный усилитель, вход которого соединен с. выходом фотоэлектронного умна>кителя, и o÷òîýëeêòðoííûé датчик

l=:ачальнаго положения решетки, о т

>1> 1 ч а ю шийся тем, что, с

,e. -..ю повышения точности и .надежности измерений, в него дополнитель-;о введены амплитудный дискриминатор,, счетчик импульсов, интерфейс ввода, таймер., устройство вывода информации, микроЗВМ, интерфейс управления, .шагавый двигатель вращения системы оптических фильтров, датчик положения системы фильтров и датчик положения решетки Ранки, двигатель вращения которой выпслнен в виде шагового, при этом диафрагма поля уста12574 новлена перед решеткой со стороны телескопа, выход импульсного усили— теля 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 10 вывода информации, а управляющий выход микроЭВМ соединен с входом интерфейса управления, выходы которого соединены с входом таймера, шаговым двигателем вращения решетки Ронки и шаговым двигателем вращения системы оптических фильтров, причем шаговые двигатели соответственно механически соединены с датчиком положения решетки Ронки и датчиком положения сис- 20

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

3. Фотометр по 2, о т л и ч а юшийся тем, что ось вращения решетки Ронки установлена на границе . прозрачной и непрозрачной полос решетки.

4. Фотометр по пп.2 и 3, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений, путем упрощения установки оси вращения решетки Ронки, в него введен узел сдвига полос решетки.

Д /

) 2 l

-1 .

/ 1 .

) (;"ЦЫ,. .: О)-:

3:- коз |!, ! С .ШПИГ "г: . =

7, ! ! . о э,"=тс 70) Ц,Ул„"..—.;:.-,:.д нап