Sistema de Óptica Adaptativa para uso Astronómico basado en LabVIEW

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"La plataforma de National Instruments permitió desarrollar con gran facilidad y versatilidad la instrumentación requerida para cada una las etapas del proyecto, incluyendo la interfase de operación del sistema para las pruebas finales en el telescopio del OAN Tonantzintla, Puebla."

- J. Pablo E. A. Sotelo Díaz, Instituto de Astronomía, U.N.A.M

The Challenge:
Desarrollar un sistema capaz de compensar, en tiempo real, deformaciones producidas por la turbulencia de la atmósfera terrestre sobre imágenes astronómicas obtenidas con los telescopios del Observatorio Astronómico Nacional (OAN).

The Solution:
Utilizar LabVIEW para implementar un sistema capaz de monitorear el efecto de la turbulencia atmosférica sobre fotodetectores de referencia y posicionar espacialmente componentes ópticas encargadas de compensar las deformaciones.

Author(s):
J. Pablo E. A. Sotelo Díaz - Instituto de Astronomía, U.N.A.M

Introducción

La luz emitida por los objetos astronómicos se propaga en el espacio millones de kilómetros prácticamente sin perturbación. En kilómetros finales, al propagarse dentro de la atmósfera terrestre hasta llegar a los instrumentos de observación astronómica localizados sobre la superficie, la turbulencia atmosférica produce fuertes deformaciones sobre el frente de onda.

La tecnología actual empieza a hacer posible implementar sistemas de control de alta velocidad, denominados sistemas de óptica adaptativa, capaces de corregir en tiempo real estas deformaciones. Estos sistemas permiten incrementar la resolución de imágenes astronómicas hasta límites similares a los de los telescopios espaciales, con costos mucho menores.

Descripción del Sistema

El sistema cuenta con cuatro fotodetectores de los que se obtienen las señales de referencia que son enviadas a las entradas de una tarjeta I/O multifunción NI AT-MIO-16D, para su digitalización. Esta tarjeta cuenta con 16 de entradas (8 en modo diferencial) y permite una frecuencia de muestreo de hasta 100 Khz lo que es muy importante para nuestro sistema pues la turbulencia atmosférica, dependiendo de la longitud de onda observada y el grado de corrección deseado, presenta constantes de tiempo típicas del orden decenas de milisegundos (en el infrarrojo).

Por medio deLabVIEW instalado en una computadora se determinan las coordenadas de posición del centroide a partir de las señales de los fotodetectores. Estas coordenadas se relacionan con las deformaciones debidas a la inclinación del frente de onda por efecto de la turbulencia.

A partir de las coordenadas instantáneas del centroide se calculan los errores que son enviados a las entradas de dos compensadores tipo PID (uno para cada eje). Los valores obtenidos a la salida de los compensadores son convertidos a voltajes proporcionales por medio de las dos salidas de la tarjeta multifunción. Los voltajes de salida son enviados a manejadores de actuadores piezoeléctricos que se encargan del posicionamiento espacial del espejo corrector.

El panel del instrumento permite que tanto las señales de los fotodetectores como las coordenadas de posición instantánea del centroide puedan ser desplegadas. El panel también permite obtener la gráfica bidimensional de la posición del centroide y, según el número de eventos seleccionados, es posible desplegar el valor instantáneo o el acumulado de las posiciones en el tiempo. Con esta gráfica es posible evaluar la turbulencia atmosférica cuando se habilita el despliegue del centroide en la modalidad de controladores deshabilitados. De igual forma, cuando se habilitan los controladores, la gráfica permite evaluar la eficiencia de operación del sistema por medio de la desviación de las coordenadas de posición del centroide.

En el panel también es posible habilitar el despliegue de la gráfica temporal de las variables asociadas a los compensadores PID y transcurrido el número de eventos predeterminado, toda la información desplegable en el panel puede ser almacenada en un archivo para su análisis posterior junto con la imagen astronómica obtenida.

Conclusión

La plataforma de National Instruments permitió desarrollar con gran facilidad y versatilidad la instrumentación requerida para cada una las etapas del proyecto, incluyendo la interfase de operación del sistema para las pruebas finales en el telescopio del OAN Tonantzintla, Puebla.

El sistema de óptica adaptativa para uso astronómico aquí descrito es uno de los pocos que actualmente reportan resultados en telescopio y su desempeño es superior al reportado para otros sistemas similares desarrollados con otras plataformas.

Author Information:
J. Pablo E. A. Sotelo Díaz
Instituto de Astronomía, U.N.A.M
Ciudad Universitaria, Circuito Exterior
México 04510
Mexico
Tel: (01)(525) 5622-3906 al 3911, Ext. 210
pablo@astroscu.unam.mx

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