电涡流位移传感器用于天文望远镜镜面自动校平

------------------------------------------------------------------------------------------------------

发布日期：2020-05-20 浏览： 次

概况
 

在技术上,LAMOST在其反射施密特改正镜上同时采用了薄镜面主动光学和拼接镜面主动光学技术,以其新颖的构思和巧妙的设计实现了在世界上光谱望远镜大视场同时兼备大口径的突破。并行可控式光纤定位技术解决了同时精确定位4000个观测目标的难题,也是一项国际领先的技术创新。

作用

LAMOST在口径、视场和光纤数目三者结合上超过了国际上已经完成或正在进行中的大视场多天体光谱巡天计划,其科学目标集中在河外星系的观测 , 银河系结构和演化,以及多波段目标证认三个方面。它对近千万个星系、类星体等河外天体的光谱观测,将在宇宙学模型、宇宙大尺度结构、星系形成和演化等研究上做出重大贡献。对大量恒星的光谱巡天将在银河系结构与演化及恒星物理的研究上做出重大贡献。结合红外、射电、X射线、伽马射线巡天的大量天体的光谱观测将在各类天体多波段交叉证认上做出重大贡献。

LAMOST 望远镜安放在国家天文台兴隆观测站,作为国家设备,向全国天文界开放,并积极开展国际合作。LAMOST 将使中国天文学在大规模光学光谱观测中, 在大视场天文学研究上,居于国际领先的地位。

特点

LAMOST望远镜最突出的特点是大口径（4米）兼大视场（5度），以及4000根光纤组成地超大规模光谱观测系统。与国际上同类型的巡天项目，比如美国斯隆数字巡天计划（SDSS）和澳大利亚英澳天文台2dF巡天相比，LAMOST无论在望远镜口径上还是观测效率上都有极大的飞跃。

子系统

LAMOST望远镜由八个子系统组成，分别是光学系统、主动光学和支撑系统、机架和跟踪系统、望远镜控制系统、焦面仪器、圆顶、观测控制和数据处理系统、输入星表和巡天战略。

LAMOST工作原理

光学系统由在南端的球面主镜MB、在北端的反射施密特改正镜MA构成，焦面在中间。光轴南高北低，以适应台址纬度，扩大观测天区。球面主镜MB大小为6.5米×6米，由37块1.1米对角径的六角形球面镜拼接而成。反射施密特改正镜MA大小为5.7米×4.4米，由24块对角径1.1米的六角形主动非球面镜拼接而成。球面主镜MB是固定的，对天体的指向跟踪运动完全由MA担任。作为定天镜的MA采用地平式机架，其指向和跟踪由方位和高度两个方向旋转实现。望远镜在天体经过中天前后进行观测。

关键技术

主动光学技术是LAMOST项目最有挑战性和最核心的关键技术。为了改正球面主镜MB的球差，观测时需要实时变化改正镜MA的非球面面形，主动光学系统通过结合薄镜面和拼接镜面主动光学技术使24块薄平面子镜按要求变形，并使各子镜共焦。上千个力促动器实时控制MA的各个子镜，以便达到要求的形状。MB的37块子镜直接通过主动位移促动器调节机构联接于主体桁架之上，利用拼接镜面主动光学技术实现共焦。由于望远镜露天使用，受环境的湿度，温度变化影响，每一块子镜的姿态都在不断发生变化，而37块子镜的实时姿态，要靠精密位移传感器检测给出，才可能通过微动促动器进行姿态调节，以达到各个子镜共焦的要求。该测量任务需要纳米级精度，其技术难度前所未有。

LAMOST焦面

LAMOST系统在世界上首次应用了在同一块大镜面上同时应用薄镜面主动光学技术和拼接镜面主动光学技术，还首次在一个光学系统中同时采用了两块大的拼接镜面。球面主镜的拼接是项目关键技术的重要组成部分，也是使项目造价大为降低的关键之一。

望远镜收集来自天体的微弱辐射，成像在焦面上，然后通过焦面仪器进行分光、探测和记录。焦面仪器是LAMOST直接获取天体光谱信息的部分，包括光纤定位装置、光纤、光谱仪和CCD探测器等几个主要部分。

“并行可控式光纤定位技术”是LAMOST又一项自主创新和关键技术。与SDSS采用的钻孔铝板和2dF采用的磁扣方式不同，LAMOST光纤定位采用了双回转光纤定位单元方案。LAMOST焦面直径1.75米，与我们吃饭用的圆桌大小相仿，如图4所示。定位系统可在数分钟的时间里将焦面上的4000根光纤按星表位置精确定位，并提供光纤位置的微调。4000个光纤定位单元在焦面上以25.6毫米等距离排列，每个单元驱动光纤在直径33毫米的范围内工作。LAMOST定位系统的优势是通过4000个定位单元并行工作，大大缩短了定位时间。也避免了SDSS那样每次观测都需要更换光纤铝板的麻烦。在一个餐桌大小的焦面板上8000个电机带动4000个光纤定位单元转到，想一想也是件震撼人心的场景。

LOMAST的六角形球面镜

楼三部分组成，如题图所示。MA的圆顶围挡为一带球冠的圆柱形，上部可向东西移开。焦面到MB围挡为一卧式长通道，开有百叶窗，以减少风对MA的影响，并使光路中温度均匀，避免恶化天然的大气视宁度。

LAMOST(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜)镜面自动校平，要求：野外环境,防灰尘，水以及温度变化，重量轻100g，传感器热膨胀少，重复定位精度20nm。特殊专利封装技术应用于世界各大天文台，如中国兴隆，欧南台等。德国米铱高精度电涡流位移传感器被应用于镜片拼接和形态调节，从而避免使用整片镜片，大大降低了设备成本，解决了LAMOST项目最核心的技术问题。  

  点击下载相关技术资料

 

2016年，得益于LAMOST项目的成功经验，德国米铱电涡流位移传感器再次被应用于欧洲南方天文台大型天文望远镜项目，项目总金额达数百万欧元。德国米铱公司的电涡流位移传感器已经成为类似天文望远镜镜面校准和摆平的标准解决方案。

有关欧洲南方天文台项目的相关报道，请点击下载：

欧洲南方天文台米铱电涡流位移传感器镜面精准校准项目报道