定天鏡

將太陽光反射到恆定方向的光學裝置，由兩塊平面鏡組成。第一平面鏡，又稱定天鏡，置於沒有赤緯軸的赤道式基架中鏡面與指向天北（南）極的儀器軸重合。

基本介紹

• 中文名：定天鏡
• 外文名：coelostat
• 性質：物理裝置
• 組成：平面鏡兩塊

結構

定天鏡

定天鏡

將太陽光反射到恆定方向的光學裝置，由兩塊平面鏡組成。第一平面鏡，又稱定天鏡，置於沒有赤緯軸的赤道式基架中（見圖【水平式定天鏡結構示意圖】），鏡面與指向天北（南）極的儀器軸重合。觀測時，由電機驅動，鏡面以48小時一轉的均勻速度與太陽視運動同方向轉動，便可將太陽光反射到某一固定方向，由第二平面鏡截獲，再將光線反射到水平（或垂直向下）的方向，然後進入水平式（或塔式）太陽望遠鏡中。第二平面鏡通常採用地平式裝置，分別繞兩根互相垂直的軸作微調轉動，以改正跟蹤過程中太陽像的偏離。為了適應太陽赤緯的周年變化，避免在一天中出現定天鏡上太陽光入射角過大（一般不超過45°），以及出現第二平面鏡裝置擋住射向定天鏡的光的情況，定天鏡和第二平面鏡之間應當能作相對運動。

使用原理

水平式太陽望 遠鏡是利用南北和東西方向的軌道來實現在水平面內的相對運動的。而在許多太陽塔中，為了減小塔頂面積，定天鏡要能在沿極軸方向傾斜的南北嚮導軌上，或在圓弧形軌道上運動，第二平面鏡則作升降運動。

雲南天文台40厘米定天鏡

工作性能

當定天鏡裝置套用於日全食觀測時，可以不用第二平面鏡，只用第一平面 鏡反射到某特定的水平方向，其方位角根據當時的太陽赤緯和當地地理緯度確定。定天鏡的優點是結構簡單、穩定、尤其是相對於固定在地面上的太陽望遠鏡來說，反射的天區並不轉動，這對大型太陽攝譜儀的套用十分有利。

定天鏡

六十年代以前的太陽塔絕大多數採用定天鏡。定天鏡的缺點是在一天的跟蹤過程中，太陽光的入射角和反射角不斷變化，反射光的偏振狀態也不斷變化，而且變化規律不是簡單的函式，在測量太陽磁場的橫向分量時，引入難以補償的儀器偏振。此外，結構分散，不能安置在真空系統中，也就不能避免自身產生的熱空氣湍流對成像的不良影響。

控制系統

恆星光干涉儀的星光接收望遠鏡系統宜採用地平式的定天鏡加固定望遠鏡的方式。採用定天鏡反射裝置後，星光

被反射到某個固定方向，對恆星的定位和跟蹤就轉變為對定天鏡法線指向的定位和跟蹤，兩者是大不相同的。

定天鏡

一、定天鏡的定位根據干涉的要求，兩面或多面定天鏡要同時指向並跟蹤同一天體，其誤差不超過±5（星光方向，定天鏡的法線方向為它的一半）。以步進電機作為驅動部件，用級的感應同步器和1級的數顯表作為位置閉環檢測器件。這個方案比採用光碼盤的方案要節省80-"90的經費。為了滿足光干涉要求振動小，驅動定天鏡的步距要儘可能地小，比如小於0.05，以便在跟蹤天體時，波前方向的改變小於0.1/對普通國產步進電機步距為1.5。的實際情況來說，要將其步距減小至0.05，傳輸比要高達108。這么大的倍數僅靠機械減速是不可能的，因此要求對步進馬達的步距進行電細分。如果能電細分到64倍，再加上2000倍的機械傳輸比，就可以滿足上述要求。

如果能電細分到128倍，則步距可小到0.02，這是最理想的情況（將來電細分能達到256倍時，機械傳輸比只要求1000就夠了）。件，在指定時刻之前，將定天鏡法線對向天空某個方向，以使待測天體的光線反射到某個固定方向，定天鏡法線方向和待測天體方向之間的關係，可由天文三角形求得，假定在某個時刻天體的方位角和高度分別為和，其所對應的定天鏡法線方向的方位和高度分假定儀器法線的當前位置為則差值（一）和（一。）的符號給出了儀器轉動方向，絕對值大小將決定轉動的最大速度。為了使儀器運轉平穩，定位精確，決定採用分級升速，降速的辦法。比如△，△大於10。時，升到最高速（如2。/）運轉，△，△小於0。時，用次高速（如。/）運轉。為了及時地減速，儀器開始加速之後，控制機每50查詢一次儀器的當前位置，並和目的位置，進行比較得△，△。為了使儀器能準確而叉平穩地停在預期位置而不發生振盪，可根據△，△的大小設定幾級速度，比如，△小於2。時，改為0。5。/的低速，當△，△小於0.5。時，改為0/盼慢速，△，△小於，改為20/的跟蹤速度，直到△，△為零時停轉。

實踐證明用這種逐級升降速的辦法，能有效地避免儀器衝過頭，可一次定位成功。以上所有的控制軟體都 存放在一個控制單片機之內。二，觀測時的跟蹤定天鏡的定位，是用上述的驅動和檢測部上一節介紹了如何使儀器在開始觀測之前收稿日期：1991—03—1265第4卷天文文獻情報對向預定的位置。而在觀測開始時，儀器應跟隨恆星而動。由於採用地平式的定天鏡，定天鏡的法線位置和速度已經完全不同於待測天體的位置和速度，前者可由後者計算出來。根據計算結果，在被測天體的天頂距≤45。的正常第2--3期觀測條件下。如果每秒鐘刷新一次位置和速度，方位上的累積誤差小於0.005，高度上的累積誤差小於。0.01。因而只要每秒鐘刷新一次定天鏡法線的位置和速度即可。跟蹤的計算分以下幾步：在最後一步的計算中，

還要加上大氣折射改正，根據觀測時的氣溫，氣匱等參數隨時計算。在驅動時，根據--5達的實際步距，將，一1-_+一，轉換成頻率輸出給步進馬達，為防止可能的丟失，位置讀數的反饋可用於檢查並及時補償（增加或減少送給馬達的詠沖數）可能出現的情況。

定天鏡

三，與組成閉環系統為了彌補跟蹤時可能出現的丟步，以及更主要的是為了改正大氣湍流對波前傾斜的影響，每一臂光路中都有一面由驅動的傾斜鏡，其調節範圍約為±25（每個方向）。定天鏡除了按上述計算飢給定的位置和速度運動外，它的另一個功能是保持傾斜鏡在它工作範圍的中央，即如果在一個或兩個方向超出了它的中央範圍±5，就將此信息送給定天鏡的控制機，使定天鏡在一個或兩個坐標上做相應的轉動，從而傾斜鏡又回到了它的中央範圍之內。這裡可以看出，定天鏡迴路中有兩個閉合系統：位置盤和的閉合。為了防止兩個系統之間可能出現的。推挽現象，這兩個閉環系統之一應享有優先權，再附加上一些判斷條件之後，兩者便能協調地工作。

軟體設計

實驗階段的恆星光干涉儀用地平式的定天鏡，它具有天區覆蓋大、整體結構對稱、放置靈活等優點。在定位和跟蹤過程中，望遠鏡固定不動，只有定天鎮在運動，大部分光學、機械部件以及基線參考點在空間的位置也基本穩定，但是定天鏡的反射作用使定天鏡的指向誤差放大2倍。

在精度要求一定時，定天鏡伺服驅動系統解析度和精度就要求提高1倍。為了正確地尋到待測天體，根據總體方案設計要求，定天鏡的指向精度每個坐標應達到士5”（機械系統誤差除外）。

我們用1”級的光學碼盤和1”級的數顯表組成閉環系統，採用齒隙差小的齒輪和銅帶組成傳輸系統，用日本RORZE公司生產的RM5640D微步進電機驅動。為了減小步進電機轉動時產生的振動對定天鏡的影響，為了使兩相干光束波前的變化平緩，減輕保持它們之間平行度的難度，要求步進電機的驅動步跟角應<0．05”，這樣的解析度可通過RORZE公司生產的RD－053MS（0～400細分）驅動器加上1000倍的機械傳輸比來達到

驅動原理

定天鏡的伺服驅動原理張竹恆，孫淑琴（中國科學院陝西天文台，陝西省臨潼，710600）關鍵字定天鏡，電細分，伺服驅動，定位，跟蹤分類號Pill·47摘要主要介紹恆星光干涉儀實驗系統的定天鏡伺服驅動原理．採用電細分和逐級升、降速的方法來減小定天鏡在轉動時的振動，提高定位、跟蹤精度．由於套用了400的電細分和1000倍的傳速比，步進電機的步距角達到0．00648°．1引官為了確保光學系統、機械系統、王城參考點在空間的穩定性，我國恆星光干涉測量實驗系統的集光裝還採用地平式定天鏡，該裝還不是直接指向天體，而是把星光反射到干涉儀的光軸方向，因此它具有天區覆蓋大、結構對稱、易於吉定等優點．本文介紹實驗系統的定天位伺服驅動子系統．

定表侯伺服子系統的組成與工作原理光干涉儀的基線由兩個定天鏡的鏡面中心點來確定，每個定天境有兩套伺服驅動系統，即方位驅動系統和高度驅動系統．它們分別由一個8098單片單板機控制．8098單板機通過RS232標準串列接口

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