宇宙的暗能量。

HETDEX项目是首次追踪宇宙“暗能量”的大型实验。百万个星系的位置将通过专用光谱仪进行三维描绘。2012年夏,霍比-埃伯利望远镜展开了对宇宙的扫描,与其相伴的是maxon电机。

该望远镜 (HET) 座落于西得克萨斯的麦克唐纳 (McDonald) 天文台。其球面主镜由91枚完全相同的1米六角镜组成。这些单镜合在一起构成了一个直径达11米的整体,成为世界上最大的球面镜。目前,主镜的有效孔径为9.2米,开角为4弧分*。HET凭借其11.1 × 9.8米的规格成为世界上第四大光学望远镜。此外,新颖的设计大大优化了成本:整台望远镜的造价仅为1350万美金,约为同类规模望远镜造价的四分之一。这些节省的开支部分归功于使用或简化了市面上普及的组件。

这台用于天文观测的光谱望远镜是在所谓的Prime Focus Instrument Package(PFIP主焦点仪器包)基础上进行安装。望远镜配备两台中、高等分辨率光谱仪。另一项成本优化则是通过摒弃了85吨望远镜在双轴上移动的方案来实现。这意味着,望远镜始终要以水平55度角的相同高度进行观测,但同时要保证能进行360度水平转动。如此才能观测到70% 的天文情况。由主镜收集的光将在主镜上方进行聚焦,由一个特殊的辅助光学元件搜集并通过光导纤维体传送给光谱仪。辅助光学元件安装在所谓的追踪器“Tracker”内(参见图3)。追踪器可以在6个轴面进行移动。望远镜并不追踪目标物体,而是由目标物体绕圆周运动。

目前,HET将装备广角设备,其视角达22弧分,有效光圈可提升至10米。对于未来的研究项目,光量将几乎全部通过玻璃纤维耦合装置搜集,由此对光谱观测实现革新。科学家希望借助新装备的HET更好的理解“暗能量”。根据目前的假设,“暗能量”约占宇宙物质和能量的四分之三。这种神秘的力量会随着宇宙年龄的增加而加快分解。

HETDEX遥望宇宙

为了追踪这一神秘物质,HETDEX项目(Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment 霍比·埃伯利望远镜暗能量实验)应运而生。从2012年至2015年,科学家们将利用HET对北斗星区域的天空进行深入扫描。此研究项目的目标是距离与在10至11亿光年的一百万个星系。对这些星系进行绘制,不放过任何一处细节。该项目由得克萨斯大学(奥斯汀分校)、宾夕法尼亚州立大学、得克萨斯农工大学、慕尼黑Sternwarte大学、波茨坦天体物理研究所和马普地外物理研究所共同合作。

来自各国的科学家希望对宇宙的过去有更多的了解。这个设立的大型研究项目旨在弄明目前假设的万有引力定律是否正确。此外,通过宇宙大爆炸是否诞生了新的天文单位。在得克萨斯Folwkes山的观测站内,HETDEX影像仪内的光线并不传入照片芯片内,而是送入33400根玻璃纤维中。专家们希望,不是暗物质,而是目前未知的重力作用扩展了宇宙。最早于2016年有关暗物质的各种论点可以初露端倪,或者能够获得一个答案来合理说明某一现象并不存在。

PFIP设计结构
主焦点仪器包Prime Focus Instrument Package位于望远镜上端的追踪装置上,他包括一台广角纠偏仪、一台监测相机、测量仪和一套聚焦面系统。PFIP为一个独立的自动化单元,配有12个子系统和24根移动轴。移动调节器和模块化输入/输出系统通过CANopen通信协议连接。地面与PFIP子系统之间的整体通信或者布置为以太网的点对点方式,或者通过以太网/CAN网关进行,通信对于CANopen信息为透明。

PFIP的24根移动轴中有15根采用电动。对于各种不同的速度,动作执行都必须保持一致、精确,尤其是对于超慢速。动作控制系统必须能够在不同情况下执行各种操作,如准确跟踪速度曲线(光圈控制),绝对位置的启动或停止,或跟踪多轴位置及速度曲线。

PFIP子系统中所应用的驱动装置为maxon无刷EC系列电机。根据需求,该电机还可装配齿轮箱、磁性增量编码器和电动制动器。超低速匀速动作通过正弦换向产生。因此,除了无刷maxon电机中标配的霍尔传感器外,还可选配一个增量编码器。增量编码器会向同坐控制系统发送补充位置数据。

精准的maxon位置控制单元

所有调节器都为maxon EPOS2 50/5型位置控制单元。除了电流、速度和位置的封闭式控制电路外,这套控制系统还有一个运动插补模块。通过这一模块,系统可以追踪经过编程的多轴运动曲线。EPOS2还配有模拟机数字输入输出装置,通过CANopen接口可以对其进行操作。此外,还可以对数字输入信号,如正/负极限值、输出位置、驱动装置的急停和启动/撤销进行程序反馈。PFIP应用中,模块化的输入/输出站也包括CANopen总线耦合器。通过耦合器,所有补充的I/O设备都可直接通过CAN总线或通过以太网的CAN网关进行访问。网关采用简单的ASCII码协议进行配置并双向发送信息报告。

在此应用中,硬件设备与CAN总线连接并以主/从配置通过PFIP控制电脑 (PCC) 进行控制。比如,在多轴运动中,PCC将为所需的运动配置多个运动控制步骤,并同时通过一个CANopen指令启动。一般,PFIP动作控制器采用24伏直流电工作。对于更高的惯量负载,如光圈,则可以采用48伏,并可与EPOS2 50/5控制系统兼容。为了满足PFIP和HET的规格要求,所有硬件组件必须能够在 -10 °C以下正常工作。maxon电机能够提供一大批满足此温度要求的产品,其质量、操作稳定性和可靠性充分满足工业自动化设备的要求。

HET的结构总体非常灵活。通过增加或缩减运动控制系统,可以非常简便的对I/O模块或电源进行大幅调整。这些组件足够轻巧,在输出结构中还能设置额外的零件以备今后的扩展需求。

 © maxon motor ag

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