Survey
* Your assessment is very important for improving the workof artificial intelligence, which forms the content of this project
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The VTT Helioseismology Concept with HELLRIDE and CARMA J.Staiger, KIS Freiburg The VTT Helioseismology Concept KIS Helioseismology Group: Markus Roth Gisela Baumann Hanspeter Doerr Kolja Glogowski Wiebke Herzberg Ariane Schad Aneta Wisniewska Wolfgang Zima Joachim Staiger The VTT Helioseismology Concept KIS Helioseismology Research: - Global / Local Helioseismology - Seismology of Stars - Waves in the Solar Atmosphere (new) The VTT Helioseismology Concept Vacuum Tower Telescope The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE The VTT Helioseismology Concept CARMA The VTT Helioseismology Concept Vacuum Tower Telescope The VTT Helioseismology Concept Vacuum Tower Telescope Current Operation: Primary KIS Observing Facility Future Option: Observing time available VTT advantage: Established technology The VTT Helioseismology Concept Primary VTT Scientific Target: Observation of atmospheric waves at fine-grained vertical resolution with large FOV The VTT Helioseismology Concept Instrument Requirements: Multiline Operation The VTT Helioseismology Concept New Instrument: Etalon-based 2D-Spectrometer HELLRIDE HELioseimic Large Regions Interferometric DEvice The VTT Helioseismology Concept Development Focus: Low Number of Optical Components Easy Handling The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features: Dual Etalon Configuration Manufacturer: IC Optical Spectral Range: 530 nm – 860 nm Gaps: 1.4 , 0.25 mm The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features: Dual Etalon Configuration Manufacturer: IC Optical Spectral Range: 530 nm – 860 nm Gaps: 1.4 , 0.25 mm The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features: Collimated Beam Layout The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features: Cartesian Filter-“Wheel“ Dual Stepper Drive Spatial resolution: 0.0004 mm 16 Filter Mounts The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Test 2009 16 Spectral Lines , 60 sec Cadence Spectral Lines: 517.2 nm Mg I 538.0 nm C I 538.1 nm Fe I 538.2 nm Ti I 543.4 nm Fe I 557.6 nm Fe I 589.6 nm Na I 590.0 nm Na I 630.1 nm Fe I 630.15 nm Telluric 630.2 nm Fe I 654.5 nm H-Alpha 632.0 nm He-Ne 709.1 nm Fe I 777.1 nm Fe I 777.2 nm Fe I 20 Scansteps 15 Scansteps 15 Scansteps 15 Scansteps 10 Scansteps 20 Scansteps 30 Scansteps 30 Scansteps 20 Scansteps 15 Scansteps 15 Scansteps 25 Scansteps 15 Scansteps 20 Scansteps 20 Scansteps 10 Scansteps The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Test Setup 2009 Multilevel P-Mode evidence The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features: Camera Mount 4-Axis Mount CCD: Dalsa 1M30 The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features: Synthetic Aperture Goal: Enlarge CCD FOV (100“ square) Procedure: Tiling Test: 300“ square 2 Bands 60 sec cadence The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features: Velocity Drift Compensation Laser mounted to filter-matrix Laser-line scanne like absorption line The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features: Velocity Drift Compensation The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features: Embedded Device Simulation - The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features (future): Fast Filter Displacement - The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features (future): Realtime Velocity Maps Goal: Storage Reduction Speed Improvement Quality Monitoring Remote Operation The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features (future): Remote Control Motivation: Easy Adjustments Remote Maintenance Device-VTT Coupling Remote Operation Properties: TCP/IP Berkley Unix Sockets HTTP-type ASCII Protocol The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features (future): Online Support Docu - The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features (future): Tablet Usage - The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features (future): Tablet Usage - The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features: New Finesse Procedure The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features: New Finesse Procedure Adjust Plate Parallelity No Scanning Few Components The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE Instr. Features (future): ‘Abs. Heliographic Pointing‘ - Problem: Slow lateral FOV drifts with time Origin: Unbalanced thermal loads Approach: Project CARMA The VTT Helioseismology Concept HELLRIDE in service now at VTT The VTT Helioseismology Concept First campaign dedicated to doctoral thesis The VTT Helioseismology Concept Enhanced Telescope Pointing: Project CARMA Correlative Area MAtching The VTT Helioseismology Concept CARMA Motivation: Image Drift Problem: Slow Migration of FOV with time, Not compensated by Telescope Guiding The VTT Helioseismology Concept CARMA Motivation: Not a problem for pronounced features But a problem for quiet sun observations And a problem for synchronized observations. The VTT Helioseismology Concept VTT Drift Numerical Example: The VTT Helioseismology Concept Problem Source: Guiding Beam not identical to Main Beam The VTT Helioseismology Concept CARMA Hypothesis: Continuum brightness fluctuations are unique position identificator The VTT Helioseismology Concept CARMA Test Results 2012 with SDO: BEOBACHTUNGEN MIT DEM VTT - Erneuerung der Steuerung - Neue instrumentelle Nutzungsmöglichkeiten Helioseismologie (HELLRIDE) Präzisions-Pointing (CARMA) VTT Nachführung Aufgabenstellung der Nachführung Anfahren einer heliographischen Position Fixieren der Position VTT Nachführung Probleme Initialisierung Betriebs-Stabilität Langzeit-Genauigkeit VTT Nachführung Komponenten: Optomechanik: Primärspiegel mit radialer Bahnführung VTT Nachführung Komponenten: Optomechanik: Primärspiegel mit radialer Bahnführung VTT Nachführung Komponenten: Optomechanik: Sekundärspiegel mit kardanischer Halterung VTT Nachführung Komponenten: Optomechanik: Auskoppelspiegel mit Halterung (Spinne) VTT Nachführung Komponenten: Optomechanik: Kreuztisch mit Segment- und Umlenkspiegeln VTT Nachführung Übersichtsdiagramm: VTT Nachführung Funktionsprinzip: Bestimmung der Full-Disk Position durch Sonnenrandsensor Rückführung der Ablage auf Sekundärspiegel Closed-Loop Betrieb nur im Guiding-Strahlengang möglich VTT Nachführung VTT Langzeitdrift VTT Nachführung VTT Langzeitdrift VTT Nachführung Hinode Drift VTT Nachführung Bereich Komponente Resultierendes Problem Optomechanik Mechanische Belastung Vibrationen Thermische Belastung Bildfeld-Drift Streulicht Verlängerte Ansprechzeit Stationäre Ablage Drehgeber Fehlerhafte Initialisierung Fehlerhafte Geschwindigkeiten Reibung Achs-Stillstand Abnutzung Mechanisches Spiel Controller Total-Ausfall Motoren Total-Ausfall Sensorik Total-Ausfall Software Resonanz Hardware Total-Ausfall Antriebe Regelkreis Rechner VTT Nachführung Bereich Komponente Resultierendes Problem Optomechanik Mechanische Belastung Vibrationen Thermische Belastung Bildfeld-Drift Streulicht Verlängerte Ansprechzeit Stationäre Ablage Drehgeber Fehlerhafte Initialisierung Fehlerhafte Geschwindigkeiten Reibung Achs-Stillstand Abnutzung Mechanisches Spiel Controller Total-Ausfall Motoren Total-Ausfall Sensorik Total-Ausfall Software Resonanz Hardware Total-Ausfall Antriebe Regelkreis Rechner VTT Nachführung Bereich Komponente Resultierendes Problem Optomechanik Mechanische Belastung Vibrationen Thermische Belastung Bildfeld-Drift Streulicht Verlängerte Ansprechzeit Stationäre Ablage Drehgeber Fehlerhafte Initialisierung Fehlerhafte Geschwindigkeiten Reibung Achs-Stillstand Abnutzung Mechanisches Spiel Controller Total-Ausfall Motoren Total-Ausfall Sensorik Total-Ausfall Software Resonanz Hardware Total-Ausfall Antriebe Regelkreis Rechner VTT Nachführung Bereich Komponente Resultierendes Problem Optomechanik Mechanische Belastung Vibrationen Thermische Belastung Bildfeld-Drift Streulicht Verlängerte Ansprechzeit Stationäre Ablage Drehgeber Fehlerhafte Initialisierung Fehlerhafte Geschwindigkeiten Reibung Achs-Stillstand Abnutzung Mechanisches Spiel Controller Total-Ausfall Motoren Total-Ausfall Sensorik Total-Ausfall Software Resonanz Hardware Total-Ausfall Antriebe Regelkreis Rechner VTT Nachführung Mögliche Problemquelle: Regelkreis-Software Kein Absturz bisher zurückzuführen auf mangelnde Dauerlauf-Eigenschaften Regelungsqualität normalerweise nur beschränkt durch Seeing Erreichbare Regelungsgüte: < 0.2“ VTT Nachführung Mögliche Problemquelle: Streulicht VTT Nachführung Mögliche Problemquelle: Streulicht VTT Nachführung Problemübersicht: kein Streulichtproblem kein Regelkreisproblem VTT Nachführung Problemübersicht: Handhabung Antriebs-Alterungsproblem Langzeit-Stabilitätsproblem VTT Nachführung Vorgesehene Verbesserungen: Vereinfachung der Handhabung Erneuerung der Antriebstechnik Verbesserung Langzeit-Stabilität VTT Nachführung Erneuerung Antriebstechnik: Testfall Stundenantrieb Problem: Stundenantrieb zu schnell Ursache: fehlerhafte Drehgeber-Rückkopplung Wirkung: nach ca. 3-4 Stunden Nachführung am Limit Lös.-Ansatz: Ausbau Stundenantrieb Dezember 2012 Anpassung an neue Motorsteuerung Wiedereinbau und Test Januar 2013 VTT Nachführung Erneuerung Antriebstechnik: Testfall Stundenantrieb VTT Nachführung Neue Motorsteuerung Bezeichung: Hydra Interface: RS232 / Netzwerk Commands: ASCII Set Lieferant: PI MICOS Anwendungen: Präzisionsoptik Chip-Fertigung KIS-Erfahrung: HELLRIDE VTT Nachführung Erneuerung Antriebstechnik: Testfall Stundenantrieb Ergebnis: VTT Nachführung Erneuerung Antriebstechnik: Testfall Stundenantrieb noch zu klären: Reset nach 45 Min. erforderlich Dauer: 14 sec Ursache: Linear Count Overflow Zwischenlösung: Feinnachführung als temp. Hourdrive Beseitigung: in 2 – 3 Monaten VTT Nachführung Erneuerung Antriebstechnik: Testfall Stundenantrieb Schrittweise Vorgehensweise:Austausch Controller Austausch Motoren / Drehgeber Austausch Mechanik Vorteile: kurze Ausfallzeiten Rückbau in kurzer Zeit möglich VTT Nachführung Erneuerung Antriebstechnik: Testfall Stundenantrieb weitere Kandidaten: Feinnachführung Kreuztisch HELLRIDE Grobantriebe Sekundärspiegel VTT Nachführung Langzeit-Stabilität: Neues Pointing-Modell VTT Nachführung Langzeit-Stabilität: Annahmen: Neues Pointing-Modell 1. Solare Oberflächenstrukturen sind Lage-invariant in Bezug auf die Auflösung des beobachtenden Teleskopes 2. Solare Kontinuums-Fluktuationen können bei geringer Auflösung durch Zufalls-Verteilungen beschrieben werden. VTT Nachführung Langzeit-Stabilität: Neues Pointing-Modell Test Juli 2012: Simultane Beobachtungen am VTT mit SDO Detektor: HELLRIDE CCD: Objekte: - Sonnenmitte - Fleck - Sonnenrand Ergbnis: Klares Korrelations-Signal über mehrere Stunden VTT Nachführung Langzeit-Stabilität: Limb Guider Neues Pointing-Modell Neues Verfahren VTT Nachführung Langzeit-Stabilität: Neues Pointing-Modell Test Okt. 2012:Simultane Beobachtungen mit VTT / GONG Udaipur / Izana / Cerro Tololo / SDO - Sonnenmitte - Sonnenrand Ergbnis: Korrelations-Signal bei allen drei GONG Teleskopen VTT Nachführung Langzeit-Stabilität: Neues Pointing-Modell Vergleich mit üblicher Sonnenmitte-Prozedur: Start-Kalibration: ca. 5 sec Update-Kalibration: ca. 100 ms Im Dauerbetrieb um Faktor ca. 500 schneller Keine Teleskopbewegung erforderlich VTT Nachführung Langzeit-Stabilität: Neues Pointing-Modell Erstmals Closed-Loop Betrieb im Hauptstrahlengang erreichbar VTT Nachführung Langzeit-Stabilität: Eigenschaften: Neues Pointing-Modell Sehr einfache Hardware keine Kopplung mit Hauptteleskop gemeinsame Nutzung durch mehrere Teleskope Triangulation VTT Nachführung Langzeit-Stabilität: Planung 2013: Neues Pointing-Modell Near-Realtime GONG Zugriff Synchronisationstest mit ext.Obs. Testmodul für Helioseismologie am VTT VTT Nachführung Langzeit-Stabilität: Neues Pointing-Modell VTT Nachführung Langzeit-Stabilität: Planung 2013: Neues Pointing-Modell Test der Eignung für schnellen Flare-Zugriff HELLRIDE Filtermatrix: Filterhalterungen: 16 X-Y Positionierung: 0.0005 mm Kippung: 0.2 Deg. HELLRIDE Wissenschaftliche Nutzung: Solarer Energietransfer: MHD-Wellen HELLRIDE VTT Nutzung 2013 Aneta Wisniewska: Vertikale Wellenausbreitung Markus Roth: Akustische Halos Joachim Staiger: Neue Nachführ-Techniken HELLRIDE Beobachtungen Ziel: Bestimmung von Plasma-Geschwindigkeiten Verfahren: Messung der Doppler-Verschiebung von Spektrallinien HELLRIDE Dokumentation: 1. User Manual 1.1 Bedienungsanleitung 1.2 GUI Beschreibungen 2. Software Manual 2.1 Beschreibung der Einzel-Routines 2.2 Aufbau der Software HELLRIDE Demo: 1. Vorbereitung einer Messung 2. Durchführung einer Messung VTT MULTILINE SPECTROMETER VTT Campaign July 2009 Findings: Fine Grained Frequency Shift with Height Ridges / Rings visible in all Layers Project Presentation: J.Staiger Jan. 14 2010 VTT MULTILINE SPECTROMETER Online Gap Monitoring Method: Laser Line Scanning Result: Online Drift Compensation Possible Project Presentation: J.Staiger Jan. 14 2010 VTT MULTILINE SPECTROMETER Plate Parallelism VTT MULTILINE SPECTROMETER