Поиск

Юстировка поляриметрических нуль-пунктов


Пока получилось урвать момент и спустить MMPP вниз, нужно было успеть хотя бы вставить четвертьволновую пластинку и определить нуль-пункты (эту операцию больше ради интереса проводил, т.к. все равно наблюдатели должны будут калиброваться по стандартам).
Из подручных средств и горы пластилина получилась вот такая «лабораторная установка» (кстати, и авторефераты мои хоть где-то пригодились):

Пока фотометр висел на Ц-1000 проблем как-то не возникало (правда, кроме турелей ничем не пользовались), а как спустили, я обнаружил, что маленькая подвижка (фазовой пластины) не работает. В чем дело, разбираться было некогда, благо, были еще две резервные платы (уже заводского изготовления, а не самопал). Вторую плату пока что оставил старой (поэтому измерение тока во втором канале отсутствует, но его и нет в «штатном» GUI).
Справа виден старый модуль, он ответственен за поляроид (верхняя подвижка):

А с этой стороны уже виднеется новый модуль, управляющий фазовой пластиной (нижняя подвижка):

USB-хаб с алиэкспресса работает только для USB1.1, т.е. в данной ситуации как раз то, что нужно. Справа из него торчит PL2303 (кстати, обнаружил, что в передаче данных нет-нет, да возникают глюки; надо будет до 9600 скорость снизить), а два желтых разъема — для турелей. Если бы не турели, я бы лучше на RS-232 сделал вход — разъем надежней!
Прежде, чем вставить фазовую пластину, нужно было определить нуль-пункты, а для этого вместо оптических деталей вставляются проставки с нитяными крестами. Я обматерил себя, пока эти операции проводил: уж очень неудобным я сделал доступ к оправе поляроида (нужно открутить платформу с оправой, перевернуть, снять платформу с оправы, обратно перевернуть и лишь после этого откроется доступ к винтам оправы оптики). Перепаял концевики подвижки поляроида, чтобы ее нуль-пункт тоже был в положении «вне пучка». Проследил, чтобы направления вращения обоих элементов совпадали (положительное направление — по часовой стрелке, если смотреть со стороны ПЗС).
Заодно пометил обе турели, чтобы не запутаться, с какой стороны падает свет (турели развернуты «мордами» друг к другу, иначе их было не разместить компактно):

Справа — агрегат, который дал мне В.Л., чтобы откалиброваться удобней:

Правда, использовал я его несколько иначе: просто как источник поляризованного света с вертикальным направлением поляризации относительно ПЗС. Здесь же — уродливый чиллер (надеюсь, недолго ему осталось на Ц-1000 работать: для штатного самодельного чиллера уже почти все элементы собраны в кучу, нужно прошивку написать и отладить). Я решил, что гонять ПЗС для простой задачи определения плоскости поляризации поляроида и плоскости максимальной скорости четвертьволновой пластинки — слишком круто. Поэтому хоть и залил воду в систему охлаждения, ПЗСку снял и использовал обычный фоторезистор (которых с десяток купил еще года 4 назад на алиэкспрессе). Для освещения спаял вместе желтый и красный светодиоды во встречном направлении (т.е. если желтый провод на +12В подключить, будет гореть желтый, а красный провод включает красный светодиод). ШИМ-контроллер на STM8S003 с алиэкспресса служил регулятором освещенности (я выставил 10кГц, чтобы точно не влиять на результаты измерения мультиметром).
Вот так при помощи пластилина и призмы Глэна-Тейлора была найдена ориентация осветителя для получения вертикально поляризованного света (там внутри объектив, перед которым наклеена поляризующая пленочка от монитора; подобные пленки лежат на чиллере на предыдущей фотографии — их я тоже откалибровал):

Пластилином же наклеен фоторезистор со стороны ПЗС:

Далее фотометр завешивается тканью для уменьшения посторонней засветки и можно приступать к измерениям. Старый нетбук Asus eepc700 уже давно используется мной как простой терминал (хотя, там даже иксы с IceWM есть, но они редко нужны бывают). Ну и старым добрым способом: карандашом на обратной стороне бумажек, на которых распечатан протокол управления контроллерами фотометра (протокол был нужен для тонкой настройки: коэффициенты преобразования АЦП, направление положительного вращения двигателей и т.д., и т.п.), — проводилась фиксация измерений. Как на лабораторных работах 20 лет назад…

Для калибровки интенсивности я замерил сопротивление фоторезистора при засветке напрямую (без анализаторов поляризации) при разных степенях заполнения ШИМ (точки — значения, восстановленные по степенной аппроксимации):

В логарифмической шкале получается практически прямая, поэтому можно определить параметры зависимости вида ln(I)=a+b·ln(R) (I — в процентах, R — в килоомах):

calduty=[1:10 20:10:100];
calR = [4400 1800 1100 830 660 560 480 420 380 340 190 130 100 87 75 67 60 55 50];
lcalR=log(calR); lcald = log(calduty);
M=[ones(19,1) lcald'];
k = M\lcalR';


На основе этого можно сделать простую функцию: function I=I(R); I=(8.05524-log(R))./0.92113; endfunction, которая позволит преобразовать нелинейное сопротивление в линейную интенсивность.

С поляроидом все получилось прилично: в двух сериях эксперимента результаты вышли различающимися не больше, чем на 0.3 градуса (как одинаковые углы, так и отличие их на 180°). А вот с четвертьволновой пластинкой получилось как-то криво. Понятно, что плоскость максимальной скорости определить невозможно без второй четвертьволновой пластинки (ее невозможно отличить от плоскости минимальной скорости), но протестировать интересно. Эксперимент простой: засвечиваем фазовую пластинку поляризованным светом, а за ней ставим второй поляризатор, скрещенный с первым. Как только направление плоскости максимальной скорости фазовой пластинки совпадает с одной из плоскостей поляризации, мы получим минимальную интенсивность на выходе. И если пластинка правильная, то ровно через 90° это будет повторяться.
А у меня вчера получилось почти 92°. Поэтому сегодня перемерил. Два раза. И в обоих случаях с точностью в 0.03° получилось абсолютно то же самое!
Вот как выглядят кривые вблизи минимума интенсивности (они отцентрованы на минимум):

Однако, если теперь вычислить медианное значение этого угла (с поправками на 90·n°) и построить кривые относительно него, получим вот такую картинку:

Я получил ее трижды (правда, вчера только 2 угла промерил, без сопряженных)!
Для определения центров использовал вот такую функцию:

function [alpha Intens] = getmax(iA, iR)
%
% k = getmax(iA, iR) - calculate intensity minimum & plot graph
% iA - angle (degrees), R - resistanse (kOhms)
% alpha = iA(:); Intens = I(iR(:)); M = [ones(size(alpha)) alpha alpha.^2]; k = M\Intens; ang = -k(2)/2/k(3); Imin = min(Intens); Imax = max(Intens); ii = [iA(1):0.1:iA(end)]; plot(iA, Intens, 'o', [ang ang], [Imin Imax], ii, k(1)+k(2)*ii+k(3)*ii.^2); printf("center angle = %g\n", ang); alpha = iA - ang;
endfunction


Хоть на самом деле должна получаться синусоида, но аппроксимировать параболой намного проще (да и вблизи минимумов синусоиды парабола отлично справляется).
Итак, в среднем получилось, что фазовые плоскости пластины лежат не строго ортогонально, а под углом 91.7° друг к другу! Как это повлияет на результаты — не знаю, я не оптик и уже давно не астрофизик…
Завтра вешаем фотометр на Ц-1000, и висеть ему там как минимум до окончания праздников! Нужны еще поляриметрические измерения для определения возможностей прибора, и тогда можно будет в конце-концов написать нормальную документацию и сдать его в штатную эксплуатацию!
eddy_em.livejournal.com

Добавить комментарий