shinko denshi co., ltd.

Телескоп Субару построен на датчиках Tuning-Fork

Оптический телескоп СУБАРУ

Самый большой и самый точный оптический телескоп в мире построен на вершине Мауна Ки, Гавайи

Компания Shinko Denshi адаптировала свой сенсор Tuning-Fork для активного механизма, поддерживающего главное отражающее зеркало "СУБАРУ", самого большого и самого точного оптического телескопа в мире. Национальная Астрономическая Обсерватория Японии построила "Субару" на вершине Мауна Ки на Гавайских островах (высота 4200 м. над уровнем моря). На строительство телескопа было затрачено более 40 миллиардов йен. С помощью телескопа можно наблюдать объекты Вселенной, находящиеся на расстоянии до 15 миллиардов световых лет от Земли. Телескоп "СУБАРУ" функционирует и сегодня. Главное отражающее зеркало изготовлено из стекла с ультранизким увеличением и имеет диаметр 8.2 м. и толщину 20 см. Из-за большой массы почти в 23 тонны поверхность зеркала  подвергается значительному воздействию гравитационных сил и деформируется, что в итоге влияет на фокус зеркала. Для непрерывного восстановления точной формы зеркала используется специальный механизм на базе 261 датчика.  В прошлом, это невозможно было сделать, используя систему на базе тензодатчиков, но это стало реальностью с использованием сенсоров и технологии Tuning-Fork, позволившей установить датчики с разрешением 1/150000 и высокой устойчивостью к колебаниям температуры.

Активный механизм поддержки

Механизм, состоящий из 261 привода, играет важную роль в поддержке  главного зеркала телескопа "Субару". Каждый привод с помощью собственного мотора передает через сенсор усилие на зеркало. В то же время, в обратную сторону передаются данные о деформации зеркала вследствие гравитационного и температурного воздействия. Вся информация поступает в центральный компьютер, который, управляя приводами, приводит зеркало в идеальное состояние.

История развития

Начало проекта

Успех проекта "Субару" зависел от точности поддерживающих главное зеркало приводов. Наш первый контакт с проектом состоялся в 1985 году, когда на выставке в Осака мы представили первые в мире высокоточные электронные весы с датчиком Tuning-Fork. Представители компании, проектировавшей главное зеркало для телескопа "Субару", проявили огромный интерес к нашему датчику. В сентябре 1986 эта компания прислала запрос на разработку сенсора согласно следующей спецификации:

Максимальная нагрузка 60 кгс
Линейность и отклонение 5 кгс
Разрешение 1 кгс
Температурный дрейф 1 гс/°C как для ноля, так и для калибровки
Количество 400 шт.

Ужесточение требований

Мы завершили тесты первых образцов в июле 1987 года и встроили их в приводы механизма, но в системе передачи усилий непосредственно на зеркало возникли сложности. В декабре мы поставили двенадцать новых образцов и встроили в приводы для тестирования на предмет контроля поверхности зеркала. В основном результаты тестирования были положительными, но сенсоры нуждались  в доработке с целью уменьшить температурный дрейф и повысить скорость отклика. Также необходимо было уменьшить массу сенсоров. В ноябре 1990 требования, предъявляемые к сенсорам со стороны заказчика, были неожиданно изменены:

Максимальная нагрузка 150 кгс
Линейность и отклонение в диапазоне -5°C ~ 25°C не более 10 гс
Дрейф калибровки 20 гс/год
Период дискретизации не более 50 мс

В сентябре 1991 мы модифицировали сенсоры, но возникла проблема с их подключением к системе. В июне следующего года мы предложили пять новых сенсоров с максимальной нагрузкой 150 кгс и встроенным 16-битным процессором, но опять появились трудности с температурным дрейфом и воспроизводимостью. Наши инженеры работали круглые сутки, чтобы выявить причину неисправности, и, в конце концов ,пришли к выводу, что для установки сенсоров требуется их большая прочность.

 

Восемь лет спустя

Следующая партия образцов подверглась испытаниям в марте 1993 и показала хорошие результаты, и в сентябре того же года были испытаны пять образцов, ставшие в итоге прототипами конечного продукта. Эти образцы продемонстрировали превосходные характеристики по всем показателям и были приняты за основу. Начиная с этого месяца мы произвели 275 сенсоров, каждый из которых подвергался самому строгому контролю. Мы закончили производство и доставили сенсоры в марте 1994 года, восемь лет спустя после получения первого заказа на их разработку.

Спецификация сенсоров в приводе механизма телескопа "Субару":

Номинальная нагрузка 1,500N
Разрешение 0.01N
Воспроизводимость 0.01N
Нелинейность 0.01N
Температурный дрейф 0.1N/30°C
Дрейф калибровки 0.2N/год

Основные характеристики "СУБАРУ"

Монтировка Альт-азимутальная
Диаметр зеркала 8.2 м
Материал Стекло
Масса 22.8 т
Толщина 20 см
Угол наклона 10-89.5 град.
Точность слежения 0.1 arcsec
Поддерживающая система Активная (261 привод)

Неоспоримых преимущества датчика Tuning-Fork по сравнению с другими системами:

  • Высокая точность измерений и воспроизводимость результатов, так как система не требует значительной деформации металла.
  • Оригинальный сигнал нелинеен, но чрезвычайно стабилен. Нелинейность сводится к минимуму с помощью микропроцессора.
  • Отличные температурные характеристики, так как сам датчик изготовлен из специального сплава.
  • Минимальное тепловыделение благодаря низкой потребляемой мощности сенсора и основной платы.
  • Датчик не подвержен влиянию электромагнитных помех, что снижает требования к месту установки весов. Также это дает возможность взвешивать и различные магнитные материалы.
  • Сенсор не нуждается в прогреве до начала измерений, использование весов можно начинать уже через минуту.
  • Датчик устойчив к перегрузкам и имеет встроенную защиту от ударов. Механические повреждения датчика Tuning-Fork практически не случаются, что делает его работу долговременной и стабильной.