定天镜

将太阳光反射到恒定方向的装置

将太阳光反射到恒定方向的光学装置，由两块平面镜组成。第一平面镜，又称定天镜，置于没有赤纬轴的赤道式基架中镜面与指向天北（南）极的仪器轴重合。

结构

定天镜

将太阳光反射到恒定方向的光学装置，由两块平面镜组成。第一平面镜，又称定天镜，置于没有赤纬轴的赤道式基架中（见图【水平式定天镜结构示意图】），镜面与指向天北（南）极的仪器轴重合。观测时，由电机驱动，镜面以48小时一转的均匀速度与太阳视运动同方向转动，便可将太阳光反射到某一固定方向，由第二平面镜截获，再将光线反射到水平（或垂直向下）的方向，然后进入水平式（或塔式）太阳望远镜中。第二平面镜通常采用地平式装置，分别绕两根互相垂直的轴作微调转动，以改正跟踪过程中太阳像的偏离。为了适应太阳赤纬的周年变化，避免在一天中出现定天镜上太阳光入射角过大（一般不超过45°），以及出现第二平面镜装置挡住射向定天镜的光的情况，定天镜和第二平面镜之间应当能作相对运动。

使用原理

水平式太阳望远镜是利用南北和东西方向的轨道来实现在水平面内的相对运动的。而在许多太阳塔中，为了减小塔顶面积，定天镜要能在沿极轴方向倾斜的南北向导轨上，或在圆弧形轨道上运动，第二平面镜则作升降运动。

工作性能

当定天镜装置应用于日全食观测时，可以不用第二平面镜，只用第一平面镜反射到某特定的水平方向，其方位角根据当时的太阳赤纬和当地地理纬度确定。定天镜的优点是结构简单、稳定、尤其是相对于固定在地面上的太阳望远镜来说，反射的天区并不转动，这对大型太阳摄谱仪的应用十分有利。

六十年代以前的太阳塔绝大多数采用定天镜。定天镜的缺点是在一天的跟踪过程中，太阳光的入射角和反射角不断变化，反射光的偏振状态也不断变化，而且变化规律不是简单的函数，在测量太阳磁场的横向分量时，引入难以补偿的仪器偏振。此外，结构分散，不能安置在真空系统中，也就不能避免自身产生的热空气湍流对成像的不良影响。

控制系统

恒星光干涉仪的星光接收望远镜系统宜采用地平式的定天镜加固定望远镜的方式。采用定天镜反射装置后，星光

被反射到某个固定方向，对恒星的定位和跟踪就转变为对定天镜法线指向的定位和跟踪，两者是大不相同的。

一、定天镜的定位根据干涉的要求，两面或多面定天镜要同时指向并跟踪同一天体，其误差不超过±5（星光方向，定天镜的法线方向为它的一半）。以步进电机作为驱动部件，用级的感应同步器和1级的数显表作为位置闭环检测器件。这个方案比采用光码盘的方案要节省80-''90的经费。为了满足光干涉要求振动小，驱动定天镜的步距要尽可能地小，比如小于0.05，以便在跟踪天体时，波前方向的改变小于0.1/对普通国产步进电机步距为1.5。的实际情况来说，要将其步距减小至0.05，传输比要高达108。这么大的倍数仅靠机械减速是不可能的，因此要求对步进马达的步距进行电细分。如果能电细分到64倍，再加上2000倍的机械传输比，就可以满足上述要求。

如果能电细分到128倍，则步距可小到0.02，这是最理想的情况（将来电细分能达到256倍时，机械传输比只要求1000就够了）。件，在指定时刻之前，将定天镜法线对向天空某个方向，以使待测天体的光线反射到某个固定方向，定天镜法线方向和待测天体方向之间的关系，可由天文三角形求得，假定在某个时刻天体的方位角和高度分别为和，其所对应的定天镜法线方向的方位和高度分假定仪器法线的当前位置为则差值（一）和（一。）的符号给出了仪器转动方向，绝对值大小将决定转动的最大速度。为了使仪器运转平稳，定位精确，决定采用分级升速，降速的办法。比如△，△大于10。时，升到最高速（如2。/）运转，△，△小于0。时，用次高速（如。/）运转。为了及时地减速，仪器开始加速之后，控制机每50查询一次仪器的当前位置，并和目的位置，进行比较得△，△。为了使仪器能准确而叉平稳地停在预期位置而不发生振荡，可根据△，△的大小设置几级速度，比如，△小于2。时，改为0。5。/的低速，当△，△小于0.5。时，改为0/盼慢速，△，△小于，改为20/的跟踪速度，直到△，△为零时停转。

实践证明用这种逐级升降速的办法，能有效地避免仪器冲过头，可一次定位成功。以上所有的控制软件都存放在一个控制单片机之内。二，观测时的跟踪定天镜的定位，是用上述的驱动和检测部上一节介绍了如何使仪器在开始观测之前收稿日期：1991—03—1265第4卷天文文献情报对向预定的位置。而在观测开始时，仪器应跟随恒星而动。由于采用地平式的定天镜，定天镜的法线位置和速度已经完全不同于待测天体的位置和速度，前者可由后者计算出来。根据计算结果，在被测天体的天顶距≤45。的正常第2--3期观测条件下。如果每秒钟刷新一次位置和速度，方位上的累积误差小于0.005，高度上的累积误差小于。0.01。因而只要每秒钟刷新一次定天镜法线的位置和速度即可。跟踪的计算分以下几步：在最后一步的计算中，

还要加上大气折射改正，根据观测时的气温，气匮等参数随时计算。在驱动时，根据--5达的实际步距，将，一1-_+一，转换成频率输出给步进马达，为防止可能的丢失，位置读数的反馈可用于检查并及时补偿（增加或减少送给马达的咏冲数）可能出现的情况。

三，与组成闭环系统为了弥补跟踪时可能出现的丢步，以及更主要的是为了改正大气湍流对波前倾斜的影响，每一臂光路中都有一面由驱动的倾斜镜，其调节范围约为±25（每个方向）。定天镜除了按上述计算饥给定的位置和速度运动外，它的另一个功能是保持倾斜镜在它工作范围的中央，即如果在一个或两个方向超出了它的中央范围±5，就将此信息送给定天镜的控制机，使定天镜在一个或两个坐标上做相应的转动，从而倾斜镜又回到了它的中央范围之内。这里可以看出，定天镜回路中有两个闭合系统：位置盘和的闭合。为了防止两个系统之间可能出现的。推挽现象，这两个闭环系统之一应享有优先权，再附加上一些判断条件之后，两者便能协调地工作。

软件设计

实验阶段的恒星光干涉仪用地平式的定天镜，它具有天区覆盖大、整体结构对称、放置灵活等优点。在定位和跟踪过程中，望远镜固定不动，只有定天镇在运动，大部分光学、机械部件以及基线参考点在空间的位置也基本稳定，但是定天镜的反射作用使定天镜的指向误差放大2倍。

在精度要求一定时，定天镜伺服驱动系统分辨率和精度就要求提高1倍。为了正确地寻到待测天体，根据总体方案设计要求，定天镜的指向精度每个坐标应达到士5”（机械系统误差除外）。

我们用1”级的光学码盘和1”级的数显表组成闭环系统，采用齿隙差小的齿轮和铜带组成传输系统，用日本RORZE公司生产的RM5640D微步进电机驱动。为了减小步进电机转动时产生的振动对定天镜的影响，为了使两相干光束波前的变化平缓，减轻保持它们之间平行度的难度，要求步进电机的驱动步跟角应＜0．05”，这样的分辨率可通过RORZE公司生产的RD－053MS（0～400细分）驱动器加上1000倍的机械传输比来达到

驱动原理

定天镜的伺服驱动原理张竹恒，孙淑琴（中国科学院陕西天文台，陕西省临潼，710600）关键词定天镜，电细分，伺服驱动，定位，跟踪分类号Pill·47摘要主要介绍恒星光干涉仪实验系统的定天镜伺服驱动原理．采用电细分和逐级升、降速的方法来减小定天镜在转动时的振动，提高定位、跟踪精度．由于应用了400的电细分和1000倍的传速比，步进电机的步距角达到0．00648°．1引官为了确保光学系统、机械系统、王城参考点在空间的稳定性，我国恒星光干涉测量实验系统的集光装还采用地平式定天镜，该装还不是直接指向天体，而是把星光反射到干涉仪的光轴方向，因此它具有天区覆盖大、结构对称、易于吉定等优点．本文介绍实验系统的定天位伺服驱动子系统．

定表侯伺服子系统的组成与工作原理光干涉仪的基线由两个定天镜的镜面中心点来确定，每个定天境有两套伺服驱动系统，即方位驱动系统和高度驱动系统．它们分别由一个8098单片单板机控制．8098单板机通过RS232标准串行接口

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通过太阳塔的观测已获得大量太阳活动耀斑日珥黑子等的光谱资料利用这些资料已取得了一系列重要成果项目太阳活动22周观测和研究获教育部科技进步一等奖1995和国家自然科学三等奖1997太阳耀斑光谱诊断和日冕物质抛射物理机制的研究获教育部自然科学一等奖2004

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