Seeing monitor SM-4 en SM-4EX

De SBS SM-4 Seeing Monitor maakt gebruik van een QHY CMOS-sensor met hoge kwantumefficiëntie en lage ruis, en een hoogwaardige lens van 100 mm en f/2.8, samen met speciaal ontwikkelde seeing-monitorsoftware geschreven door Dr. Alan Holmes. De Seeing Monitor bewaakt continu de seeing gedurende een willekeurige periode van 12 uur en toont de meting op het computerscherm, waarbij de gegevens worden vastgelegd in een tekstbestand voor latere analyse. De camera is gemonteerd in een weerbestendige aluminium behuizing met een venster van optische kwaliteit ter bescherming tegen weersinvloeden. Met het deksel verwijderd kan de camera worden scherpgesteld en is de fijne richting onafhankelijk instelbaar. De computerinterface is USB3. In het SM-4 EX-model is een bekabelde USB-extender via Ethernet geïnstalleerd in de aluminium behuizing achter de camera.

Lees een artikel over de Seeing Monitor door Dr. Alan Holmes ->

Details van SM-4

De SM-4 Seeing Monitor is in wezen hetzelfde als de eerdere SM-2 en SM-3, behalve de nieuwe camera; verder is de bediening identiek aan die van de SM-3.  De SM-4 maakt gebruik van een nieuwe QHY5III462M, een 2 megapixel CMOS-camera met een uitzonderlijk hoge QE (90%) en een uitzonderlijk lage uitleesruis (~1 tot 3e-).  De lens is een hoogwaardige, in Japan gemaakte Kowa 100mm f/2.8 c-mount lens, ideaal voor deze toepassing. 

De SM-4 Seeing Monitor is bijzonder nuttig voor wie een vaste opstelling heeft, maar ook voor wie elke nacht moet opbouwen om astro-opnamen te maken. Door het seeing van nacht tot nacht en van uur tot uur te rapporteren en in kaart te brengen, kan de gebruiker het optimale moment bepalen voor opnamen met hoge resolutie en de momenten waarop apparatuur die beter geschikt is voor groothoek- en lagere-resolutieopnamen wellicht aan te raden is. De Seeing Monitor integreert de benodigde hardware in een weerbestendige behuizing en bevat aangepaste software. Het seeing wordt weergegeven in eenheden van de zenitale Full Width Half Maximum (FWHM) in boogseconden die verwacht wordt voor een lange belichting van een sterbeeld.

Werkingsprincipe

De meeste professionele observatoria gebruiken de DIMM-techniek (Differential Image Motion Monitor) om seeing te meten. Deze techniek wordt in hardware geïmplementeerd door een masker met twee gaten over een Schmidt-Cassegrain-telescoopopening van 8 tot 11 inch te plaatsen en de wortel-gemiddelde-kwadraat (rms) fluctuatie van de afstand tussen de twee vlekken te meten die zichtbaar zijn wanneer een heldere ster iets buiten focus wordt afgebeeld met een snelle camera. De reden dat er twee vlekken worden gemeten, is dat de gezamenlijke beweging van de twee vlekken als gevolg van slechte tracking of windvibraties zo kan worden verworpen. Het resulterende systeem is echter ingewikkeld om te automatiseren en vereist steevast ook een geautomatiseerde behuizing voor de telescoop, waardoor de totale kosten oplopen tot vele duizenden dollars. Een probleem met deze benadering is dat deze de buisstromen in de SCT volledig negeert, die niet klein zijn en ook niet gecorreleerd over de opening. De benadering die bij de SBS Seeing Monitor wordt gebruikt, is een vast systeem met één opening dat op Polaris is gericht en op een zware, massieve pijler is gemonteerd. Op deze manier zijn windbeweging en trackingfout verdwenen. Polaris beweegt zich de ruimte van een meting, zodat de lineaire drift van het zwaartepunt van de positie van Polaris wordt bepaald en gecorrigeerd. We noemen dit de SIMM-techniek.

Een nauwkeurige seeing-meting vereist belichtingen van 0.01 seconden of sneller om de seeing te bevriezen en fouten te voorkomen die ontstaan doordat de sterbeweging wordt gemiddeld over een lange belichting. In het geval van de SM-4 verzamelt de software 256 frames aan gegevens, elk met een belichting van 0.01 seconde.  De RMS-beeldbeweging wordt vervolgens bepaald. 256 frames vereisen ongeveer een minuut om te verzamelen en te verwerken.  Een hoogwaardige lens (Figuur Eén, hierboven) met een brandpuntsafstand van 100 mm bereikt subpixel-nauwkeurigheid met de zwaartepuntberekening, en de beweging van Polaris gedurende een nacht kan worden vastgelegd op de CMOS-sensor met een brandpuntsafstand van 100 mm.  In de loop van een nacht kan Polaris bewegen in een boog van 180 graden, dus de beweging moet worden overwogen voor elk langetermijnmonitoringsplan.

Figuur Twee: Twee gesommeerde belichtingen van het Polaris-veld gemaakt met SM-2
(Rode omtrek geeft het gezichtsveld van de SM-4 aan)

Op de breedtegraad van Santa Barbara, CA (35 graden) is de ruisvloer van een SM-3 met een 100 mm lens ongeveer 0.6 boogseconden FWHM. Dit wordt 's nachts binnen gemeten door een LED met een helderheid vergelijkbaar met Polaris langzaam in horizontale richting te bewegen. Begrijp dat deze lage waarde op RMS-wijze wordt toegevoegd aan de werkelijke seeing bij lage niveaus. Dus als een 100 mm lens een seeing van 1.0 boogseconde meet, moet men de gemeten bias van 0.6 seconden (op RMS-wijze) hiervan aftrekken om de werkelijke seeing van 0.8 boogseconden te verkrijgen. Het omrekenen van de gemeten seeing op de hoogte van Polaris naar een zenitwaarde gebeurt met een algemeen aanvaarde formule, waarbij de seeing aan de zenit gelijk is aan de voor Polaris gemeten seeing gedeeld door de luchtmassa tot de macht 0.6. Luchtmassa is gelijk aan 1 gedeeld door de cosinus van de hoeveelheid 90 graden minus de breedtegraad.

Figuur drie: Setup-menu

Seeing-monitormenu: hier kunt u kiezen om onmiddellijk te beginnen met het vastleggen van de seeing. Als u op een specifiek tijdstip wilt starten, selecteert u Tijdgebaseerd en het programma wordt uitgevoerd voor de opgegeven periode. Wanneer de registratie begint, verschijnt er een grafiek die de zenit-FWHM (volle breedte op halve maximum van het sterbeeld) weergeeft, met een starttijd die overeenkomt met het nummer van het vorige uur, en die 12 uur aan gegevens toont. De lengte van deze grafiek is vastgesteld op 12 uur. De grafiek en een tekstbestand met de seeing-gegevens worden elke 5 minuten naar de map C:\SeeingMonitor geschreven. De naam van de seeing-grafiek verandert nooit, dus u kunt een extern programma deze map laten controleren en het bestand op een website plaatsen als u dat wilt. De naam van het geregistreerde gegevensbestand is elke keer hetzelfde als u onmiddellijke registratie start en zal het bestand van de vorige nacht overschrijven. Wijzig daarom handmatig de naam van het tekstbestand van de vorige nacht als u het wilt bewaren. In een modus voor meerdere nachten met een geplande start en einde wordt de bestandsnaam aangepast met de datum, zodat de gegevens van de vorige nacht niet worden overschreven. De seeing-grafiek wordt altijd overschreven.

Figuur vier: Hoofdscherm

Figuur vijf: Grafiek bekijken

 
In de grafiek in figuur vijf hierboven registreren de witte datapunten het seeing-getal in boogseconden. De blauwe datapunten vertegenwoordigen de helderheid van Polaris op het moment van elke meting. U kunt in de grafiek zien dat het seeing die nacht rond 3:00 uur 's ochtends begon te verslechteren en in de volgende 45 minuten snel slechter werd totdat het nutteloos was voor imaging. De helderheid van Polaris begon ook op hetzelfde moment te verslechteren, wat samen wijst op opkomende wolken of mist. Zelfs bij het samplen met 100 keer per seconde, wanneer het seeing echt slecht is, onderschat de seeing-monitor waarschijnlijk hoe slecht het is, omdat het beeld slechts een kokende vlek is. Hoewel de seeing-monitor deze verschrikkelijke nachten onderschat, geeft het een duidelijke indicatie dat u die nacht beter iets anders kunt doen dan astro-imaging. Het nut van de seeing-monitor wordt duidelijk weergegeven in de volgende figuur hieronder. Dit is een animatie van 13 grafieken die over een periode van twee weken zijn gemaakt. Zoals u kunt zien, het seeing, en de patronen van goede versus slechte seeing per nacht variëren sterk, waardoor het bijna onmogelijk is om op geschiedenis of ervaring te vertrouwen om te voorspellen of de nacht de moeite waard is voor urenlange belichtingen of niet.

Model SM-4 EX

 Het model SM-4EX voegt een USB-3-extender via Cat-6- of 7- of 8-kabel toe aan een standaard SM-4 voor gebruik tot op enkele honderden voet van de controlecomputer*.  Bij de computer wordt een extra voeding gebruikt die via de ethernetkabel voldoende stroom levert om de externe ontvanger en de camera van stroom te voorzien.  Extern gebruik wordt dus bereikt met alleen een door de gebruiker geleverde ethernetkabel.

De SM-4 EX bevat een standaard SM-4 plus een USB 3-naar-Ethernet zendereenheid, een Ethernet-naar-USB 3 ontvangsteenheid geïnstalleerd in de behuizing met de camera, AC-voeding en USB-kabels.  De gebruiker levert de benodigde lengte Cat 6-, 7- of 8-kabel*

   * OPMERKING:  Wij hebben de SM-4 EX getest met de volgende lengtes CAT-kabels:

   50 voet platte CAT 6 zonder zichtbare problemen
   100 voet begraafbare CAT 8 zonder zichtbare problemen
   200' van begraven CAT 7 met intermitterende verbindingsproblemen - dit ligt mogelijk net op de grens voor CAT 7

SM-4 Gebruiksaanwijzing

• SM-4 Instructies voor seeing-monitor »