TESS-W नाइट स्काई ब्राइटनेस फोटोमीटर: 8 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:21

TESS-W एक फोटोमीटर है जिसे लाइट प्रदूषण अध्ययन के लिए रात के आकाश की चमक को मापने और निरंतर निगरानी के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसे STARS4ALL H2020 यूरोपियन प्रोजेक्ट के दौरान एक ओपन डिज़ाइन (हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर) के साथ बनाया गया था। TESS-W फोटोमीटर को वाईफ़ाई के माध्यम से डेटा भेजने के लिए डिज़ाइन किया गया है। डेटा को वास्तविक समय में देखा जाता है और साझा किया जाता है (खुला डेटा)। अधिक जानकारी के लिए https://tess.stars4all.eu/ ब्राउज़ करें।

यह दस्तावेज़ TESS-W रात्रि आकाश चमक फोटोमीटर के कुछ तकनीकी विवरणों को समाहित करता है और यह बताता है कि इसे कैसे बनाया जाए। इसमें सेंसर के इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल स्कीमैटिक्स और वेदर प्रूफ एनक्लोजर भी शामिल हैं।

TESS फोटोमीटर के बारे में अधिक जानकारी ज़मोरानो एट अल में प्रस्तुत की गई थी। आर्टिफिशियल लाइट एट नाइट मीटिंग (एएलएएन2016) क्लुज, नेपोका, रोमानिया, सितंबर 2016 में "स्टार्स4ऑल नाइट स्काई ब्राइटनेस फोटोमीटर"।

TESS-W एक टीम द्वारा विकसित किया गया है और डिजाइन क्रिस्टोबल गार्सिया के काम पर आधारित है।

यह इंस्ट्रक्शंस का पहला वर्किंग वर्जन है। देखते रहो।

चरण 1: TESS-W. का विवरण

फोटोमीटर एक मौसम प्रूफ बॉक्स में संलग्न है जो कस्टम मेड इलेक्ट्रॉनिक्स और ऑप्टिकल भागों को सामग्री देता है। TESS में ESP8266 के साथ एक कस्टम मेड प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (PCB) है। ESP8266 एक कम लागत वाली वाईफ़ाई चिप है जिसमें पूर्ण टीसीपी/आईपी स्टैक और माइक्रोकंट्रोलर क्षमता है। इलेक्ट्रॉनिक का उपयोग TSL237 लाइट सेंसर (रात के आकाश की चमक डेटा के लिए) और MLX90614ESF-BA इन्फ्रारेड थर्मामीटर मॉड्यूल (क्लाउड कवर जानकारी के लिए) द्वारा प्रदान की गई आवृत्ति को पढ़ने के लिए किया जाता है।

स्काई ब्राइटनेस डिटेक्टर एक TSL237 फोटोडायोड है जो प्रकाश को आवृत्ति में परिवर्तित करता है। यह वही सेंसर है जो SQM फोटोमीटर द्वारा उपयोग किया जाता है। हालांकि, एसक्यूएम के बीजी38 रंग फिल्टर के संबंध में एक डाइक्रोइक फिल्टर (भूखंडों पर यूवीआईआर लेबल) के उपयोग के साथ बैंडपास को लाल सीमा तक अधिक विस्तारित किया गया है।

आकाश से प्रकाश को प्रकाशिकी के साथ एकत्र किया जाता है जिसमें बैंडपास का चयन करने के लिए एक डाइक्रोइक फिल्टर शामिल होता है। फिल्टर पूरी तरह से कलेक्टर (1) को कवर करता है। सेंसर (इस तस्वीर में नहीं देखा गया) कस्टम-निर्मित इलेक्ट्रॉनिक्स (2) के साथ एक मुद्रित सर्किट बोर्ड पर स्थित है। वाईफ़ाई रेंज का विस्तार करने वाले बॉक्स के अंदर एंटीना के साथ वाईफ़ाई मॉड्यूल (3)। आकाश के तापमान को मापने के लिए नियर-इन्फ्रारेड सेंसर (4) का उपयोग किया जाता है। अंत में, खिड़की पर संक्षेपण से छुटकारा पाने के लिए या यहां तक कि बर्फ या बर्फ को पिघलाने के लिए जरूरत पड़ने पर हीटर (5) को चालू कर दिया जाता है। देखने का क्षेत्र (एफओवी) एफडब्ल्यूएचएम = 17 डिग्री है।

TESS-W की वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया की तुलना खगोलीय जॉनसन B, V और R फोटोमेट्रिक बैंड से की जाती है और मैड्रिड के हल्के प्रदूषित आकाश और Calar Alto खगोलीय वेधशाला अंधेरे आकाश के स्पेक्ट्रा के साथ की जाती है।

चरण 2: TESS-W फोटोमीटर इलेक्ट्रॉनिक्स

इलेक्ट्रॉनिक बोर्ड

TESS का मुख्य घटक एक कस्टम मेड इलेक्ट्रॉनिक बोर्ड (PCB, प्रिंटेड सर्किट बोर्ड) है।

पीसीबी के लिए जरूरी फाइल को https://github.com/cristogg/TESS-W/blob/master/docs/TessWifi-PCB-files.zip से डाउनलोड किया जा सकता है।

पीसीबी को चयनित एनक्लोजर बॉक्स के अंदर फिट करने के लिए डिजाइन किया गया है (बाद में देखें)।

प्रमुख तत्व

पीसीबी इलेक्ट्रॉनिक भागों को छवि के साथ और प्रदान की गई फ़ाइल में ब्राउज़ किया जा सकता है।

चरण 3: TESS-W फोटोमीटर ऑप्टिक्स

डिजाइन और घटक

आकाश से प्रकाश को प्रकाशिकी के साथ एकत्र किया जाता है जिसमें बैंडपास का चयन करने के लिए एक डाइक्रोइक फिल्टर शामिल होता है। फिल्टर पूरी तरह से कलेक्टर को कवर करता है। फोटोमीटर के बाड़े में एक स्पष्ट खिड़की होती है जो आकाश प्रकाश को फोटोमीटर में प्रवेश करने देती है। अंदर एक कांच की स्पष्ट खिड़की से सुरक्षित है।

ऑप्टिकल डिज़ाइन को पहले चित्र में दर्शाया गया है। प्रकाश स्पष्ट फिल्टर विंडो (1) से गुजरता है और बाड़े के कवर (2) के एक छेद (3) के माध्यम से प्रवेश करता है। स्पष्ट खिड़की बाड़े के कवर से चिपकी हुई है। डाइक्रोइक फिल्टर (4) प्रकाश संग्राहक (5) के शीर्ष पर स्थित है। डिटेक्टर (6) को कलेक्टर निकास पर रखा गया है।

स्पष्ट खिड़की

पहला घटक एक पारदर्शी खिड़की है जो प्रकाश को बाकी घटकों तक जाने की अनुमति देता है और फोटोमीटर को सील कर देता है। यह कांच (BAK7) में बनी एक खिड़की है क्योंकि इसे मौसम का विरोध करना चाहिए। खिड़की की मोटाई 2 मिमी और व्यास 50 मिमी है। ट्रांसमिशन कर्व को एलआईसीए-यूसीएम ऑप्टिकल वर्कबेंच पर मापा गया है। यह लगभग स्थिर ~ 90% तरंग दैर्ध्य रेंज 350nm -1050nm में है, इसका मतलब है कि स्पष्ट खिड़की प्रकाश के रंग में परिवर्तन का परिचय नहीं देती है।

डाइक्रोइक फिल्टर

डाइक्रोइक फिल्टर पूरी तरह से प्रकाश संग्राहक को कवर करने के लिए 20 मिमी व्यास का एक गोल फिल्टर है। यह आश्वासन देता है कि डिटेक्टर तक कोई अनफ़िल्टर्ड प्रकाश नहीं पहुंच रहा है। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि TSL237 डिटेक्टर इन्फ्रारेड (IR) में समझदार है। यूवीआईआर फिल्टर को 400 से 750 एनएम तक प्रसारित करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, यानी यह 400 एनएम से नीचे डिटेक्टर की पराबैंगनी प्रतिक्रिया और 750 एनएम से अधिक आईआर प्रतिक्रिया में कटौती करता है। ट्रांसमिशन कर्व एलआईसीए-यूसीएम ऑप्टिकल वर्कबेंच (विवरण में प्लॉट देखें) के रूप में लगभग 100% तक पहुंचने वाली लगभग सपाट प्रतिक्रिया के साथ एक लंबे पास और एक छोटे पास फिल्टर के संयोजन के समान है।

प्रकाश संग्राहक

आकाश से प्रकाश एकत्र करने के लिए TESS एक प्रकाश संग्राहक का उपयोग करता है। यह कलेक्टर बहुत सस्ता है क्योंकि इसे इंजेक्शन मोल्डिंग का उपयोग करके प्लास्टिक में बनाया गया है। इस लेंस का उपयोग फ्लैशलाइट में प्रकाश को बीम करने के लिए किया जाता है। अंदर का हिस्सा एक पारदर्शी परवलयिक परावर्तक है। ब्लैक होल्डर आवारा प्रकाश को डिटेक्टर तक पहुंचने से रोकता है।

हम नाममात्र 60 डिग्री FoV के साथ काले प्रकाश संग्राहकों का उपयोग कर रहे हैं। जब TESS में उपयोग किया जाता है तो संग्राहक के बाहर संसूचक की स्थिति के कारण FoV कम हो जाता है। अंतिम मापा गया FoV (एनक्लोजर कवर से संभावित विगनेटिंग सहित) को ऑप्टिकल कार्यक्षेत्र में मापा गया है। कोणीय प्रतिक्रिया 17 डिग्री पूर्ण चौड़ाई के आधे अधिकतम (एफडब्ल्यूएचएम) के गॉसियन फ़ंक्शन के समान है।

डिब्बा

TESS फोटोमीटर के इलेक्ट्रॉनिक्स और ऑप्टिक्स को एक वाणिज्यिक प्लास्टिक बॉक्स पर आधारित एक साधारण बाड़े द्वारा संरक्षित किया जाता है जो बाहरी होने और अपक्षय का विरोध करने के लिए उपयुक्त है।

बॉक्स छोटा है (बाहर: 58 x 83 x 34 मिमी; अंदर: 52 x 77 x 20 मिमी)। बॉक्स में अंदर तक पहुंचने के लिए एक स्क्रू कवर है। सीलबंद निर्माण पानी और धूल दोनों के प्रवेश के खिलाफ पर्याप्त स्तर की सुरक्षा प्रदान करता है। शिकंजा को जंग लगने से बचाने के लिए, मूल स्क्रू को स्टेनलेस स्टील के स्क्रू से बदल दिया गया है।

चरण 4: TESS-W संलग्नक

डिब्बा

TESS फोटोमीटर के इलेक्ट्रॉनिक्स और ऑप्टिक्स को एक वाणिज्यिक प्लास्टिक बॉक्स पर आधारित एक साधारण बाड़े द्वारा संरक्षित किया जाता है जो बाहरी होने और अपक्षय का विरोध करने के लिए उपयुक्त है।

बॉक्स छोटा है (बाहर: 58 x 83 x 34 मिमी; अंदर: 52 x 77 x 20 मिमी)। बॉक्स में अंदर तक पहुंचने के लिए एक स्क्रू कवर है। सीलबंद निर्माण पानी और धूल दोनों के प्रवेश के खिलाफ पर्याप्त स्तर की सुरक्षा प्रदान करता है। शिकंजा को जंग लगने से बचाने के लिए, मूल स्क्रू को स्टेनलेस स्टील के स्क्रू से बदल दिया गया है।

बॉक्स मशीनिंग

बॉक्स पर कुछ सरल मशीनिंग करना आवश्यक है। खिड़की जो प्रकाश को प्रकाश संग्राहक तक पहुंचने देती है उसकी चौड़ाई 20 मिमी व्यास है। यह एक स्पष्ट खिड़की से ढका हुआ है जिसे मौसम प्रतिरोधी सिलिकॉन से चिपकाया जाना चाहिए। छोटा छेद IR थर्मामीटर पोर्ट है और इसका व्यास 8.5 मिमी है। बॉक्स के दूसरी तरफ केबल ग्रंथि के लिए 12 मिमी का छेद आवश्यक है। हीटर को बॉक्स कवर पर सुरक्षित करने के लिए 2.5 मिमी के दो छिद्रों का उपयोग किया जाता है।

चरण 5: TESS-W फोटोमीटर को माउंट करना

1. तैयारी

1. बॉक्स को अंदर काले रंग से पेंट करें।

बॉक्स मशीनिंग

2. ड्रिलिंग:

खिड़की के लिए 1x 20 मिमी। केबल ग्रंथि के लिए 1x 12 मिमी। थर्मोपाइल के लिए 1x 8.5 मिमी। हीटर के लिए 2x 2.5 मिमी। बॉक्स के किनारे पर 2x 1 मिमी।

3. हीटर प्रतिरोध के लिए एल्यूमीनियम विसारक प्लेट (1 मिमी मोटाई) को ड्रिल करें, 4. प्रतिरोध और प्लेट को कवर पर पेंच करें।5। PCB.6 के लिए 8 मिमी स्पेसर को गोंद करें। स्पष्ट खिड़की को गोंद करें (प्रतिरोध हीटर को जगह में खराब कर दिया जाना चाहिए)

थर्मापाइल

7. वोल्टेज रेगुलेटर को हटा दें और दोनों टर्मिनलों को एक ब्रिज में सोल्डर करके कनेक्ट करें। 60 मिमी लंबाई के बोर्ड कनेक्टर के लिए सिंगल-हेड 4-पिन तार मिलाप।9। थर्मोपाइल को कवर से चिपका दें।

एंटीना

10. एंटेना को बॉक्स में सुरक्षित करने के लिए एक छेद ड्रिल करें।11। एंटीना के कोनों को ट्रिम करें।१२। वाईफाई मॉड्यूल के सिरेमिक एंटीना और एंटीना कनेक्टर और लाल एलईडी को भी हटा दें।

2. माउंटिंग

कृपया इस आदेशित क्रम का पालन करें:

1. एक स्क्रू का उपयोग करके एंटीना को बॉक्स में सुरक्षित करें।2। केबल ग्रंथि और पावर कॉर्ड रखें।3। कलेक्टर (काले सिलेंडर) को पीसीबी (दो स्क्रू) में सुरक्षित करें।4। पीसीबी को बॉक्स में सुरक्षित करें (दो स्क्रू)।5। पावर केबल को ग्रीन बोर्ड कनेक्टर में स्क्रू करें। (लाल तार से धनात्मक)।6. वाईफाई मॉड्यूल के लिए मिलाप एंटीना केबल।7। सोल्डर टू रेजिस्टेंस हीटर एक सिंगल-हेड 2-पिन वायर टू बोर्ड कनेक्टर केबल 55 mm.8। थर्मोपाइल और प्रतिरोध को कनेक्ट करें (सावधान रहें कि पीसीबी को न तोड़ें)।

प्रतिरोध एक हीटर के रूप में कार्य करता है और एक एल्यूमीनियम प्लेट के साथ कवर से जुड़ा होता है। चित्र अगली प्रक्रियाओं की व्याख्या करते हैं: एंटीना को बॉक्स में खराब कर दिया जाना चाहिए, थर्मोपाइल के नियामक को एक पुल से बदल दिया गया है, और पीसीबी के लिए दो स्पेसर (काले रंग में) बॉक्स से चिपके होने चाहिए। बॉक्स के अंदर काले रंग से रंगा गया है।

आंकड़ों में से एक मूल वाईफ़ाई मॉड्यूल दिखाता है जिसमें एक अतिरिक्त एंटीना (शीर्ष) को जोड़ने के लिए सिरेमिक एंटीना और सॉकेट है। हम एक एंटीना का उपयोग करते हैं जिसका केबल वाईफाई मॉड्यूल (नीचे) में मिलाप किया जाता है। ध्यान दें कि केबल के पास लगे सिरेमिक एंटीना, सॉकेट और लाल एलईडी को हटा दिया गया है।

चरण 6: TESS-W फोटोमेट्रिक कैलिब्रेशन

फोटोमीटर को यह सुनिश्चित करने के लिए कैलिब्रेट किया जाना चाहिए कि विभिन्न उपकरणों से माप सुसंगत हैं। TESS-W, Universidad Complutense de मैड्रिड के Laboratorio de Investigación Científica Avanzada (LICA) में एक मास्टर फोटोमीटर के सापेक्ष क्रॉस कैलिब्रेटेड हैं।

सेटअप एक एकीकृत क्षेत्र है जिसका आंतरिक प्रकाश स्रोत द्वारा प्रकाशित किया जा सकता है और फोटोमीटर को जोड़ने के लिए कई ऑप्टिकल बंदरगाहों के साथ। नियोजित प्रकाश स्रोत 14 एनएम एफडब्ल्यूएचएम के साथ 596 एनएम का एलईडी है।

यदि आप अपने TESS-W फोटोमीटर को कैलिब्रेट करना चाहते हैं, तो आप LICA-UCM से संपर्क कर सकते हैं।

चरण 7: TESS-W सॉफ्टवेयर

वाईफ़ाई मॉड्यूल सॉफ्टवेयर

संचार और सॉफ्टवेयर

पूरी प्रणाली में एक सेंसर नेटवर्क और एक सॉफ्टवेयर ब्रोकर शामिल है जो सूचना उत्पादकों और उपभोक्ताओं के बीच मध्यस्थता करता है जो कैलिब्रेटेड सेंसर के लिए आरक्षित है। एक बार जब आप अपने फोटोमीटर को कैलिब्रेट कर लेते हैं (चरण 6 देखें), तो STARS4ALL आपको ब्रोकर में प्रकाशित करने के लिए क्रेडेंशियल प्रदान करेगा।

एक SQLite डेटाबेस में डेटा संग्रहीत करने के लिए Python में एक नमूना उपभोक्ता विकसित किया गया है। यह उपभोक्ता एक या कई पीसी या सर्वर में स्थापित किया जा सकता है। सॉफ्टवेयर की मुख्य विशेषताएं नीचे सूचीबद्ध हैं:

TESS के लिए कस्टम सॉफ्टवेयर C में विकसित किया गया।

Arduino IDE और ESP8266 पुस्तकालयों में विकसित MQTT प्रकाशक सॉफ्टवेयर।

MQTT ब्रोकर या तो इन-हाउस परिनियोजन में या किसी उपलब्ध तृतीय पक्ष में (अर्थात mosquitto.org का परीक्षण करें)

MQTT सब्सक्राइबर सॉफ़्टवेयर प्रकाशकों से डेटा प्राप्त करता है और इसे एक रिलेशनल डेटाबेस (SQLite) में संग्रहीत करता है।

एमक्यूटीटी एक एम2एम/इंटरनेट ऑफ थिंग्स लाइटवेट प्रोटोकॉल है जो सीमित उपकरणों के लिए उपयुक्त है जिसके लिए HTTP आधारित संचार की तुलना में बहुत कम ओवरहेड की आवश्यकता होती है।

प्रत्येक सेंसर एक स्थानीय राउटर के माध्यम से एक दूरस्थ MQTT सर्वर को समय-समय पर माप भेजता है। MQTT दुनिया में "ब्रोकर" नाम का यह सर्वर - कई सेंसर से डेटा प्राप्त करता है और सभी सब्सक्राइब्ड पार्टियों को पुनर्वितरित करता है, इस प्रकार उपभोक्ताओं से प्रकाशकों को अलग करता है। रिमोट सर्वर को परियोजना के लिए केंद्रीय सुविधा में या तो आंतरिक रूप से तैनात किया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, हम उपलब्ध, निःशुल्क MQTT दलालों जैसे test.mosquitto.org का उपयोग कर सकते हैं।

कोई भी सॉफ्टवेयर क्लाइंट ब्रोकर की सदस्यता ले सकता है और TESS उपकरणों द्वारा प्रकाशित जानकारी का उपभोग कर सकता है। इन सभी डेटा को एकत्र करने और उन्हें SQLite डेटाबेस में संग्रहीत करने के लिए एक विशेष MQTT क्लाइंट विकसित किया जाएगा।

उपकरण का प्रारूप

रखरखाव में मदद के लिए उपकरण विन्यास को कम से कम किया जाएगा।

प्रत्येक डिवाइस को इस कॉन्फ़िगरेशन की आवश्यकता होती है:

ओ वाईफाई एसएसआईडी और पासवर्ड।

o फोटोमीटर अंशांकन स्थिरांक।

ओ एमक्यूटीटी ब्रोकर आईपी एड्रेस और पोर्ट।

o इंस्ट्रूमेंट फ्रेंडली नाम (प्रति डिवाइस अद्वितीय)

o MQTT चैनल का नाम (जैसा कि ऊपर बताया गया है)

वाईफाई विन्यास

जब पहली बार बिजली से जुड़ा होता है, तो TESS-W एक वाईफाई एक्सेस प्वाइंट बनाता है। उपयोगकर्ता सेटिंग्स में भरता है जिसमें वाईफाई राउटर का नाम (एसएसआईडी) और पासवर्ड, फोटोमेट्री का शून्य बिंदु और इंटरनेट पता और ब्रोकर रिपोजिटरी का नाम शामिल है। एक रीसेट और स्विच ऑफ और साइकिल पर स्विच करने के बाद, TESS फोटोमीटर का उत्पादन और डेटा भेजना शुरू हो जाता है।

पहले बूट पर, TESS TESSconfigAP नाम से एक एक्सेस प्वाइंट के रूप में शुरू होता है। एक मोबाइल फोन को इस एक्सेस प्वाइंट से कनेक्ट होना चाहिए।

इंटरनेट ब्राउज़र से निम्न URL ब्राउज़ करें:

2.3 में सूचीबद्ध मापदंडों के साथ फॉर्म भरें

डिवाइस को रीबूट करें, जो स्थानीय राउटर से कनेक्ट होगा।

जब डिवाइस वाईफाई राउटर के साथ लिंक खो देता है, तो रीबूट करें और खुद को एक्सेस प्वाइंट के रूप में फिर से कॉन्फ़िगर करें, जो कॉन्फ़िगरेशन को बदलने के लिए सुविधाजनक है।

सॉफ्टवेयर

TESS-W फर्मवेयर एक दस्तावेज जीथब रिपॉजिटरी में पाया जा सकता है

github.com/cristogg/TESS-W

ESP8266https://github.com/cristogg/TESS-W/blob/master/tess-w-v2_0/tess-w-v2_0.ino.generic.bin के लिए

माइक्रोप्रोसेसर के लिएhttps://github.com/cristogg/TESS-W/blob/master/tess-u/tess-u.hex

चरण 8: अंतिम टिप्पणी

STARS4ALL फाउंडेशन TESS-W फोटोमीटर नेटवर्क के संचालन के प्रभारी STARS4ALL प्रोजेक्ट की निरंतरता है। यह एक नागरिक विज्ञान परियोजना है जो प्रकाश प्रदूषण अध्ययन के लिए रुचि के डेटा का उत्पादन करती है।

एक बार जब आपका फोटोमीटर कैलिब्रेट किया जाता है और कॉन्फ़िगर किया जाता है तो माप को STARS4ALL इंफ्रास्ट्रक्चर को भेजना शुरू हो जाएगा। इन मापों को हमारे मंच (https://tess.stars4all.eu/plots/) से देखा जा सकता है। साथ ही, नेटवर्क में उत्पन्न सभी डेटा को हमारे ज़ेनोडो समुदाय (https://zenodo.org/communities/stars4all) से डाउनलोड किया जा सकता है।