Pomysł - tip&tilt najprościej, jak się da

Behlur_Olderys · 24 Sierpnia 2022

20 minut temu, fornax napisał:

Jaki jest sens urządzenia skoro sensor położenia jak i kamera główna rejestrują obraz gwiazdy w tym samym czasie ?

Równie dobrze podobne pytanie można zadać do klasycznego guidingu - nic nie stoi na przeszkodzie, żeby guidować na gwieździe będącej w kadrze

Różnica to czasy rejestracji:

Kamera główna z reguły naświetla obraz kilkadziesiąt, a nawet kilkaset sekund.

Sensor położenia rejestruje obraz gwiazdy kilkadziesiąt razy na sekundę.

W przypadku jasnych planet i klasycznego lucky imagingu rzeczywiście zysku praktycznie specjalnego nie ma, bo system online będzie miał robić to samo, co offline można zrobić w Registaxie.

W każdym innym przypadku, gdy czasy są powyżej kilku sekund, zyskamy korekcję szybkozmiennych zmian położenia.

14 minut temu, kuba_527 napisał:

Proponuję element aktywny wykonać w kątówce w torze optycznym. Lustro podeprzeć na środku i dać dwa aktuatorki dające prostopadłe ruchy lustra. Myślałem o takim rozwiązaniu właśnie na off-axis guiderze - jako pierwszy krok do sprawdzenia całości powinno być wystarczające.

Myślałem oczywiście o tym. Problem jest taki, że tor optyczny ulega skróceniu przez obecność beamsplittera. Dodatkow umieszczenie kątówki za focuserem spowoduje jeszcze większe skrócenie. Co więcej, zwiększy się waga zestawu zawieszonego na wyciągu, a ta i tak jest spora, bo dwie kamery, beamsplitter, może jeszcze jakieś filtry...

Jeśli opcja z pająkiem się nie uda, to pewnie zostanie to jedyną opcją, i układ będzie nadawał się do dużych teleskopów z długim backfocusem.

Wydaje się z drugiej strony, że poniżej 200mm lustra nie ma to zbyt wielkiego sensu...

Ogólnie wiem, że do korekcji w dwóch płaszczyznach wystarczyć powinny dwa aktuatory, ale jakoś bardziej przemawia do mnie układ trójkąta, zaprezentowany zresztą przez Thorlabs:

(całkiem z prawej mamy przykład zastosowania trzech aktuatorów)

Jeszcze taki mały BOM:

- trzy aktuatory: około 75EUR (400zł)

- lustro półprzepuszczalne: około 50 EUR (250 zł)

- 3 sterowniki piezo: jakieś 150-200zł

- złączka M48: powiedzmy 20zł

- ESP32Cam: 50zł

- wydruki 3D, śrubki, kleje, przewody, taśma klejąca: jakieś 200zł grubo licząc.

Razem: 1120zł. Zaokrąglam do 1500zł. Myślę, że w podobnej cenie są porządne filtry do kupienia. Przypominam - AO-X działający tylko dla SBiga kosztuje 2k USD.

fornax · 24 Sierpnia 2022

Wszytko ok , teoria teorią ale bezwładność lusterka wtórnego wszytko położy , czas przelotu fotonu będzie szybszy od reakcji piezo . Lepiej rejestrować seing w czasie naświetlania kamerą główną mieć algorytm który by odjął seing od naświetlanego zdjęcia .

Behlur_Olderys · 24 Sierpnia 2022

22 minuty temu, fornax napisał:

Wszytko ok , teoria teorią ale bezwładność lusterka wtórnego wszytko położy , czas przelotu fotonu będzie szybszy od reakcji piezo . Lepiej rejestrować seing w czasie naświetlania kamerą główną mieć algorytm który by odjął seing od naświetlanego zdjęcia .

Mówimy o teorii, jaka leży u podstaw stosowanej od lat - z powodzeniem - optyki adaptatywnej (AO)

Najogólniej mówiąc losowe fluktuacje atmosfery powodujące "pływanie" gwiazd charakteryzują się pewną stałą czasową, podczas której seeing jest "zamrożony", tj. nic się za bardzo nie rusza.

Ta stała czasowa zależy od szybkości wiatru, wysokości, na której tworzą się turbulencje i długości fali światła.

Dla typowych warunków światła widzialnego i przeciętnego seeingu mówimy o czasach rzędu 30ms.

Zatem wg tej teorii jeśli potrafimy skorygować układ optyczny w przeciągu tych 30ms, co dla współczesnych mikroprocesorów jest wiecznością, to uzyskamy poprawę obrazu.

Aktuatory piezoelektryczne charakteryzują się bardzo krótkimi czasami odpowiedzi, są to mikrosekundy. Z powodzeniem znajdują zastosowanie w układach AO i to znacznie bardziej skomplikowanych, niż ten mój.

Bezwładność lusterka nie ma specjalnego znaczenia w tym momencie, bo efekt piezoelektryczny działa bardzo szybko i bardzo mocno: są tam przykładane potencjały rzędu 100V, przekłada się to na spore siły kilkuset czy więcej niutonów. Specjalne drivery dbają o to, by napięcie to było przykładane odpowiednio szybko - z tego co wiem częstotliwości rzędu 300Hz zapewniają nawet takie najtańsze sterowniki do piezo.

Niestety, "odejmowanie" seeingu jakie proponujesz jest szalenie skomplikowane i możliwe tylko, gdy mamy do dyspozycji specyficzny układ interferometru (np. aperturę z wieloma dziurami), a obliczenia jakie wykonuje się w przestrzeni Fouriera (bo fala świetlna ma nie tylko amplitudę, ale i fazę) wymagają dużego stosunku sygnału do szumu, a więc nadają się do jasnych obiektów, ale nie bardzo do np. planetarek, a wynik tych algorytmów ma wartość naukową, ale niekoniecznie estetyczną.

Szymon Szozda · 26 Sierpnia 2022

Hmmmm, tip tilt działałby tylko dla długich ekspozycji dając lepszy guiding? Wydaje mi się że dla planetarnej skali uśrednianie po całym dysku nie pozwoli na korekcję lokalnych zniekształceń o rozmiarach kilku sekund łuku, więc tak naprawdę nie będzie to AO, lecz ulepszony guider.?
Może zechciałbyś zmodyfikować projekt i zrobić prawdziwe AO?

Behlur_Olderys · 26 Sierpnia 2022

3 godziny temu, Szymon Szozda napisał:

Hmmmm, tip tilt działałby tylko dla długich ekspozycji dając lepszy guiding? Wydaje mi się że dla planetarnej skali uśrednianie po całym dysku nie pozwoli na korekcję lokalnych zniekształceń o rozmiarach kilku sekund łuku, więc tak naprawdę nie będzie to AO, lecz ulepszony guider.?
Może zechciałbyś zmodyfikować projekt i zrobić prawdziwe AO?

Jakoś trzeba zacząć;)

GDYBY udało się choćby tyle, że miałbym zrobiony tip&tilt, to byłby dla mnie gigantyczny sukces inżynierii DIY. Bardzo dużo można tu osiągnąć, chociażby testy wpływu seeingu dla różnych długości fali, porównanie korekcji online i offline, jakieś gwiazdy podwójne czy np. Trapez - żeby chociaż sprawdzić.

Dalej idąc można wykorzystać tip&tilt do astrofoto w dzień sprawdzając, jak głęboko w magnitudo można zejść stosując odejmowanie tła, co bez tip&tilt się nie uda.

Wreszcie można włożyć jakiś tani sensor z mikrobolometrami i sprawdzić, czy nie udałoby się zarejestrować jakichś jasnych źródeł w podczerwieni termicznej.

Sporo.

A "prawdziwe" AO - to dopiero jakbym miał do dyspozycji naprawdę dużą tubę, chyba dopiero od pół metra lustra miałoby to sens... Więc na razie zostanę przy tip&tilt

dobrychemik · 26 Sierpnia 2022

1 godzinę temu, Behlur_Olderys napisał:

A "prawdziwe" AO - to dopiero jakbym miał do dyspozycji naprawdę dużą tubę, chyba dopiero od pół metra lustra miałoby to sens... Więc na razie zostanę przy tip&tilt

Może nawiążesz współpracę się z kimś mającym duże lustro i odpowiednie zaplecze techniczne? @Pablito?

Pablito · 26 Sierpnia 2022

Mam "wolne" 18" z częściami do trusowej tuby. Lubię niestandardowe rozwiązania więc możemy pogadać. W sumie to niebawem spotkamy się na zlocie.

Behlur_Olderys · 26 Sierpnia 2022

4 godziny temu, dobrychemik napisał:

Może nawiążesz współpracę się z kimś mającym duże lustro i odpowiednie zaplecze techniczne? @Pablito?

Najpierw muszę zrobić kilka rzeczy:

- sam tip&tilt ogarnąć

- kupić działkę w górach

- wybudować zdalne obserwatorium

I wtedy możemy zacząć myśleć o półmetrowych lustrach

Mareg · 27 Sierpnia 2022

Super, że takie świetne pomysły tu dyskutujemy, ale jak to często (najczęściej ?) bywa, obawiam się, że możemy nie do końca doceniać stopień ich trudności...

W szczególności zgadzam się z @Herbert West, co do potencjalnych problemów z bezwładnością lusterka wtórnego i sztywności pająka, które muszą być na poziomie sporo mniejszym niż sam ruch LW, czyli pewnie jakichś mikrometrów.

Z tego co rozumiem, celem projektu byłaby optyka do "większego" Newtona, którego LW już troszkę waży, więc niestety jak aktuatory skokowo przesuną LW, to cała siła "oparcia" pójdzie na jego mocowanie i pająk, i na pewno spowoduje to jakieś DYMAMICZNE ugięcia, które po jakimś czasie znów będą zerowe. Pytanie jest o liczby: ILE będzie tych ugięć i jaka będzie dynamika ich gaśnięcia.

Tu aktuatory bezpośrednio na matrycy mają przewagę, bo matryca ma na pewno sporo mniejszą masę i na dodatek sztywniej zamocowaną.

Może więc warto się zastanowić, czy nie dobrze byłoby wyizolować problem LW i pająka, i w najprostszy możliwy sposób sprawdzić, jaka jest jego skala i ewentualnie szukać usprawnień.

Tu myślę o jakimś prostym setupie z samym pająkiem, aktuatorami i lustrem wtórnym, na który pada wiązka lasera, która po odbiciu pada na kamerę.

Włączamy skokowo aktuator, który ma przesunąć wiązkę o X sekund łuku i na kamerze rejestrujemy co się dzieje. Y na kamerze będzie opóźnione i NA PEWNO będzie miało jakieś oscylacje, pytanie na ile to wpłynie na działanie całego systemu. Taki setup umożliwiłby także ewentualną optymalizację sztywności pająka a potem prace nad samym sprzężeniem zwrotnym korekcji: ruszamy wiązką "wejściową" lasera, a ten wspaniały system ma tak skorygować położenie LW, żeby plamka rejestrowana przez kamerę stała w miejscu.

Myślę, że taki prosty setup testowy byłby dobrym wstępem przed przerabianiem 20" na wersję adaptacyjną.

Edytowane 27 Sierpnia 2022 przez Mareg

Behlur_Olderys · 27 Sierpnia 2022

@Mareg dzięki za wnikliwą analizę. Myślę, że tak właśnie musiałbym się do tego zabrać - użyłbym właśnie lasera. Na powiedzmy 5 metrach przekątnej pokoju i podróży wiązki w tą i z powrotem, dla aktuatorów tworzących 30mm trójkąt i uwzględniając podwojenie kąta przy odbiciu wychodzi, że 3-4um ruchu aktuatora zostanie wzmocnione do 2-3mm, co dość wygodnie będzie się mierzyło.

Natomiast odnośnie drgań mam jeszcze takie spostrzeżenie / uzupełnienie:

Godzinę temu, Mareg napisał:

które muszą być na poziomie sporo mniejszym niż sam ruch LW, czyli pewnie jakichś mikrometrów.

Godzinę temu, Mareg napisał:

jak aktuatory skokowo przesuną LW,

Godzinę temu, Mareg napisał:

Włączamy skokowo aktuator

Odnośnie tych zacytowanych zdań:

Aktuatory o których myślę mają 3um przesunięcia dla napięcia 100V.

Umieszczenie ich w konfiguracji trójkąta da mi realnie możliwość ruchu LW o jakieś +/- 2um. Po przejściu do kamery uzyskujemy ok 30-40um. Na IMX462 daje to możliwość korekcji o ok. 10-13pikseli. I tyle najzupełniej wystarczy do fazy prototypowania.

Sterownik piezo potrafi zmieniać napięcie wyjściowe znacznie szybciej niż 100Hz, ok 8kHz z tego co pamiętam.
Nie mam zamiaru wrzucać na wejście sterownika skoku, tylko jakieś łagodne zbocze. Gdyby na początku ustawić 10Hz dla korekcji to mamy wtedy zbocze narastające 1V / 1ms, co przekłada się na jakieś 40nm /ms, a więc 40um/s. To bardzo wolno. Jeśli algorytm będzie sterowania interpolował jak najłagodniej, to ruch lusterka będzie dość gładki, i moim zdaniem wibracje będą mogły być znacznie ograniczone. Ale oczywiście trzeba to sprawdzić w praktyce

Mareg · 27 Sierpnia 2022

@Behlur_Olderys, wielkie dzięki za liczby, dzięki którym mogłem się przekonać, że moje obawy co do przeciążeń pająka są najprawdopodobniej na wyrost, jeśli pasmo aktuatorów będzie ograniczone do 10 Hz a amplituda ruchu do 2 um. Przy 100 Hz sprawa komplikuje się 100-ktotnie.

A teraz dlaczego tak sądzę:

Zakładając, że aktuator powoduje sinusoidalne przesunięcie lustra p = A sin (2π f t) o amplitudzie A i częstotliwości f, to maksymalne przyspieszenie lustra będzie
a = A (2πf )². Dla 2 um i 10 Hz to przyspieszenie wynosi 0.008 m/s².
Do 12" f/5 potrzeba LW około 3", które waży jakieś 0.3 kg (masa z Antares Optics). Do naszych szacowań załóżmy, że jeden aktuator walczy z masą m = 0.1 kg.
Przy wyliczonym wyżej przyspieszeniu daje to dynamiczną siłę 0.0008 N działającą na pająk i mocowanie LW (F = m a).
Jest to tylko jakieś 0.03 % statycznej siły ciężaru LW (3 N), który pająk musi cały czas podtrzymywać.
Jeśli pasmo aktuatorów wzrośnie 10 razy, do 100 Hz, to siła wzrośnie 100 razy, do 3 % ciężaru LW.
I tu już mogą pojawić się jakieś problemy, które pewnie da się rozwiązać odpowiednio usztywniając pająk.

A co do "skokowego przesunięcia LW", dalej może to być dobry pomysł w czasie testowania, żeby poznać graniczną odpowiedź projektowanego systemu i na tej podstawie odpowiednio dobrać pasmo jego pracy.