Диссертация (1149451), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Оптическая схема камеры всего неба. 1 – объектив "рыбий глаз"(угол зрения 180°); 2 – линза поля (коллектив); 3 – конденсорная линза (f =210 мм); 4 – стеклянный фильтр КС17; 5 – объектив ОКП-70 (f = 70 мм); 6 –регистрирующее устройство (ПЗС-камера).Длинноволноваячастьспектраограничиваетсяпадениемчувствительности регистрирующего приемника до нуля около длины волны1000 нм.
В ближней инфракрасной области спектра 660-1000 нм излучаютсяинтенсивные полосы молекулы гидроксила, слабые эмиссии континуума иполос молекулярного кислорода О2(0–1) [Swenson and Mende, 1994; Аммосови Гаврильева 1999]. [Swenson and Mende, 1994] в своей работе определили,38 что вклад интенсивности молекулярных полос гидроксила в выбраннойобласти спектра составляет ~70% от общего регистрируемого сигнала.Регистрирующим устройством является прибор с зарядовой связьюПЗС-камера ST-6, производства Santa Barbara Instrument Group (США).Камера имеет ПЗС-матрицу типа ТС-241, с геометрическими размерами6.5х8.6 мм, с количеством пикселей 375х242,размером одного пикселя23х27 мкм и термоэлектрическим охлаждением.
На ПЗС матрицах каждыйсветочувствительныйэлемент(пиксель)работаеткаккопилкадляэлектронов. Электроны возникают в пикселях под действием света,пришедшего от источника. В течение заданного интервала времени каждыйпиксель постепенно заполняется электронами пропорционально количествупопавшего в него света. По окончании этого времени электрические заряды,накопленные каждым пикселем, по очереди передаются через 16-тиразрядный аналогово-цифровой преобразователь на компьютер [Лебедева,1986].
Заметим, что главной задачей является регистрация слабых эмиссийполос молекул гидроксила и кислорода, поэтому необходимо обеспечитьнаибольшее соотношение сигнала к шуму, то есть снизить темновой фонПЗС-камеры. А достичь этого можно уменьшив ее температуру (уже при –20°Cможно достичь значительного снижение темнового фона.) Даннаякамера имеет термоэлектрическую систему охлаждения, использующуюэффект Пельтье, благодаря которой температуру ПЗС-матрицы можнодовести до –50°C. Производителями было подсчитано, что темновой фон при–30°Cсоставляет30е–1·с–1·пиксель–1.Квантовыйвыходматрицысоответствует 20%, стандартный шум считывания равен 30е–1.Камера установлена на режим съемки с разрешением 375х242пикселей.
Размер одного пикселя равняется 23х27 мкм, что при съемкеночного неба, на высоте 90 км соответствует горизонтальному разрешению взените примерно 1,5 км. Изображения с экспозицией 150 секунд снималиськаждые 3 мин при помощи стандартного программного приложенияCCDOPS ПЗС- камеры.39 Приборпомещенвгерметичныйкорпус,изготовленныйиздюралевых пластин с теплоизоляцией, и имеет внутренний обогреватель.Корпус оснащен терморегулятором, который служит для поддержаниянеобходимого режима температуры.На рисунке 2.2 представлен внешний вид камеры всего неба.Рисунок 2.2. Общий вид камеры всего небаНа следующем рисунке.
2.3 показан пример съемки камеры всегонеба.40 Рисунок 2.3. Вид кадра съемки камерой всего неба. Видна мачтателевизионной антенны на южной стороне кадра.Камера непрерывно (исключая светлое время суток и лунный период)работает в патрульном режиме с 1998 г. по настоящее время на оптическомполигоне Маймага. На сервере института создана база данных, гдеархивируются полученные данные.2.2. Цифровой инфракрасный спектрограф на базе СП-50Спектральный дифракционный спектрограф СП-50 был разработан поинициативе В.И.
Красовского в Государственном Оптическом Институте им.С.И. Вавилова для регистрации спектров слабых свечений в инфракрасномдиапазоне.АхарактеристикпервыеспектрографическиесобственногоизлучениярегистрацииверхнейатмосферывариацийпровелиГерасимова и Яковлева в 1956 году [Герасимова, Яковлева, 1956]. Позже этиспектрографы, имеющие высокие спектральные разрешения, нашли широкоеприменение в астрофизических и геофизических исследованиях. Приборы41 активноиспользовалисьдляизлученияудаленныхастрономическихобъектов и собственного свечения верхних слоев атмосферы Земли.В ИКФИА СО РАН первые экземпляры дифракционного спектрографаСП-50 появились в конце 50-х годов.
За 40 лет прибор прошел различныепреобразования и модернизации. В диссертационной работе приводятсяданныеинфракрасногоцифровогоспектрографа,разработанногоиизготовленного в институте [Аммосов, Гаврильева, 2000]. Прибор былсобраннабазеспектрографаСП-50сприменениемвкачестверегистрирующего устройства ПЗС-камеру с цифровым выходом. Регистрацияв цифровом виде способствовала облегчении проведения наблюдения иобработки данных.
Ниже приводится общий вид оптического прибора(Рисунок 2.4).Рисунок 2.4. Общий вид инфракрасного спектрографа СП-50.Рабочая область дифракционного спектрографа СП-50 800–1100 нм,или другими словами, ближняя инфракрасная область, где присутствуют42 интенсивные полосы гидроксила и молекулярного кислорода.
На рисунке 2.5представлена оптическая схема спектрографа СП-50.Рисунок 2.5. Оптическая схема дифракционного спектрографа СП-50.1 – Входная щель, 2 – объектив коллиматора, 3 – дифракционная решетка, 4 –выходной объектив, 5 – стеклянный фильтр, 6 – приемник излученияСвет от входной щели 1 собирается объективом 2 коллиматора ипараллельным пучком падает на плоскую дифракционную решетку 3 с 600штр/мм. Обратная линейная дисперсия – 4 нм/мм.
Разложенный по длинамволн свет собирается на фокальной плоскости камерного объектива, гдеустановлена регистрирующая ПЗС-камера.Основные технические характеристики дифракционного спектрографаСП-50 приведены в таблице 3.1.43 Таблица 3.1Основные технические характеристикидифракционного спектрографа СП-50.Объектив коллиматора: Рабочая область спектра, нм 800–1100 фокусное расстояние, мм 820 относительное отверстие 1: 6.8 Обратная линейная дисперсия, нм/мм 10Предельное разрешение, нм 0.5Объектив камеры: Регистрируемая длина спектра, мм 15 фокусное расстояние, мм 135 Метод регистрации спектра: фотографич. относительное отверстие 1:1.5 Габаритные размеры, мм Увеличение оптической системы: 0.16х длина 1250 ширина 550 Реплика дифракционной решетки: высота 270 плоская Вес, кг 57 число штрихов на 1 мм 600 размер заштрихованной части, мм 120х95 концентрация света: 1 порядок На фокальной плоскости камерного объектива дифракционногоспектрографа СП-50 установлена ПЗС-камера ST-6 (подробное описание иосновные характеристики ПЗС-камеры приведены в разделе 2.1).
На данномприборе в отличие от камеры всего неба установлен режим низкогоразрешения:250х121пикселей.Данныйрежим,придостаточномпространственном разрешении спектральных линий, имеет ряд преимуществ:шесть ячеек связываются в одну ячейку (бин) и суммирование зарядовувеличивает отношение сигнал/шум и уменьшает время считывания.Запись изображений спектров проводилась с помощью стандартногопрограммногоприложенияCCDOPSПЗС-камерыST-6.Приложениепозволяет управлять методом и временем накопления сигнала, а такжепроцессом охлаждения приемника. Охлаждение ПЗС-камеры установлено на–50°С. Также при помощи программного приложенияавтоматизировансеанс наблюдения.
Программа производит запись изображения спектра длякаждой экспозиции на жесткий диск и прекращает цикл наблюдений последостижения момента их окончания.44 На следующем рисунке 2.6 представлено изображение спектра сполосамигидроксила–ОН(6,2)ипервойатмосфернойполосымолекулярного кислорода – О2(0–1) на выходе ПЗС-камеры.Рисунок 2.6. Изображение спектра ночного неба на выходе ПЗСкамеры.Спектрограф установлен под зенитным углом 49° и направлен назапад. Угол зрения у спектрографа достаточно широкий ~ 9°. На высотеизлучения молекулы гидроксила примерно 87 км, спектрограф регистрируетсигнал из участка неба ~ 32 × 13.7 км.В работе [Аммосов, Гаврильева, 2000] была сделана оценкачувствительности прибора, где было показано, что получаемые цифровымспектрографом спектры достаточно чисты и пригодны для получениятемпературы с большой точностью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
