III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

1. Краткое теоретическое введение

1.1. Фотометр

Фотометр - это прибор для измерения яркости - в данном случае - астрономических объектов. Результат измерения измеряется в видимых звездных величинах. Видимая звездная величина - безразмерная величина, определяющая яркость объекта и зависящая не только от яркости самого астрономического объекта, но и от удаленности его от наблюдателя. Таким образом, объект обладающей большей яркостью, но находящийся намного дальше от наблюдателя будет менее ярко виден с Земли, чем менее яркий, но находящийся недалеко от нее и, следовательно, будет обладать большей звездной величиной.

Шкала звездных величин логарифмическая. За ее основу взята шкала звездного каталога Гиппарха. Гиппарх определил 6 классов видимых звезд. При этом наибольшей яркостью обладали звезды 1 класса, а наименьшей - 6. Так объект 4 звездной величины в 2.512 раза ярче, чем объект 5, а объект 3 звездной величины в 2.512 раз ярче объекта 4 звездной величины. За эталон 0 звездной величины принята звезда Вега из созвездия Большой Медведицы. Звезды больше 6 звездной величины не видимы невооруженным глазом. Звезды, слабее 23 звездной величины не видны и в телескоп. Луна имеет V=-12,71, а Солнце - V=-26,78. На определение звездной величины влияют погодные условия, состояние атмосферы и качество оптики телескопа.

1.2. Краткая информация о принципах работы поляроидного фотометра

Поляроидный фотометр позволяет измерять яркость астрономических объектов, используя поляризацию световых волн при прохождении света через пластины исландского шпата (турмалина). Принцип работы фотометра (рис. 1) заключается в следующем. Фотометр прикручивается с помощью переходного кольца (2) к крепежу для окуляра на телескопе (1), либо (на схеме не обозначено) встраивается в окуляр и переводит луч света зеркалом с окуляра в фотометр. Последнее более сложно при реализации устройства, но более практично, так как перед измерением есть возможность сфокусировать изображение и наведение телескопа на объект кремальерами.

 

 

 

Рис. 1. Схема фотометра.

 

Фотометр подключается к PC по средствам COM порта. При начале измерения на шаговый двигатель (5) поступает команда с устройства управления (УУ) (6) повернуть вращающаяся пластину (4), соединенную редуктором с двигателем, до предельного положения влево. Фотодиод (9) генерирует постоянный ток, который поступает на УУ. Все триггеры памяти обнуляются. Далее циклически УУ подает сигнал на двигатель поворота вправо на одну позицию и прибавление к числу, хранящемуся в памяти, единицу. Если после этого с фотодиода перестал приходить сигнал, то число передается в качестве результата измерений. Если сигнал есть, то опять подается команда поворота вправо на одну позицию и т.д. Схема в устройстве управления реализует полный автомат.

1.3. Закон Малюса

Если пропустить свет через платину исландского шпата (турмалина), то он поляризуется. Если поставить после первой пластины (рис. 2) другую, повернутую на 90°, она поляризует свет в другой плоскости, в результате чего он прекратится. На рисунке (б) вторая пластина повернута относительно первой не на 90°, а на меньшей угол, в результате чего свет на выходе менее яркий, чем на входе. Угол, на который нужно повернуть вторую пластину, относительно первой, чтобы на выходе света не было зависит от яркости света, но не превышает 90°.

 

 

Рис. 2. Закон Малюса.

 

Яркость света, прошедшего через такую систему определяется по формуле

, где

- яркость света после прохождения через систему;

- яркость света до прохождения через систему;

 - угол поворота второй пластины.

Это соотношение называется законом Малюса, который основан на имперически выявленной пропорциональности яркости света, прошедшего через систему , используя именно эту пропорциональность будет вычисляться звездная величина на основании данных прибора.

1.4.Фотодиод

Фотодиод - оптико-электронное устройство, выдающее ток при поступлении на него света. Сила тока зависит от интенсивности света, однако в данном устройстве это не имеет значения. Мы будем считать, что фотодиод выдает ток, когда его сила не равна 0. То есть функция фотодиода (ФД)=1, и в том случае, если сила тока равна 12A., и если она равна 10^-4A. Чем точнее фотодиод, тем при меньшей интенсивности света он выдаст ток.

2. Устройство управления

2.1 Блок-схема устройства управления

Блок-схема УУ представлена на рис. 3.

 

Рис. 3. Блок-схема УУ

 

2.2. Входные аргументы

Start - сигнал начала измерения. Подается не менее 1.5, но не более 2 тактов ГТИ.

Photo - сигнал с фотодиода.

 

 

Рис. 4. Схема устройства

С - сигнал с ГТИ. Длина машинного такта определяется, как максимальное время из времени поворота двигателя и времени выполнения вычисления на сумматоре.

2.3.Описание логических функций

Res[6] - выходная логическая функция. Выдает шестиразрядное двоичное число (от 1 до 90 в десятичной системе). Минимальное допустимое число - 0000001. Максимально допустимое число - 1011001. Если выдано число 1011010, то это значит, что неисправен фотодиод.

Res[i]=Reg2[i]^ ¬C^¬Work=*Reg2[i]^ ¬(C+Work), где

Reg2[6] - число, хранящееся на втором регистре.

Reg2[i]=Reg1[i]^ ¬C.

Work - триггер, во котором содержится 1, если идет вычисление и 0, если оно завершено.

Work[S]=Start.

Work[C]= ¬C.

Work[R]=(Reg2[0]^ ¬Reg2[1]^ ¬Reg2[2]^Reg2[3]^Reg2[4]^ ¬Reg2[5]^ Reg2[6])+ ¬Photo=*(Reg2[0]^ ¬(Reg2[1]+Reg2[2]) ^Reg2[3]^Reg2[4]^ ¬Reg2[5] ^ Reg2[6])+ ¬Photo.

Reg1[6] - число, хранящееся на промежуточном регистре.

DvL - поворот двигателя до предела влево.

DvL=Start.

DvR - поворот двигателя на одну позицию вправо.

DvR=Work^C^Photo.

Код для цитирования: Скопировать