LAMOST并行可控式光纤定位子系统的构建

　　1　引　　言

　　LAMOST(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜)是我国正在进行的重大科学工程之一,它要求在直径1.75m的球冠形焦面板上将4,000根光纤端部快速定位。我们提出了一种双回转并行可控式光纤定位系统:每根光纤及其控制机构组成一个定位单元,焦面板上有4,000个这样的单元[1]。在LAMOST焦面板光纤定位中期试验中,为了对各单元的定位精度、干涉现象、测量方法、坐标转换等各种问题作初步研究,制作了19个单元,配以驱动和测量系统,构成一个光纤定位子系统。

　　2　LAMOST光纤定位子系统的构建

　　如图1所示,整个光纤定位子系统由五个主要部分组成:焦面执行机构,单元控制器,驱动电路,测量系统,控制主机。

　　2.1　焦面执行机构

　　焦面执行机构的基座是一个正六棱柱,在端面上19个单元如图2重叠排列,保证没有观测盲区,同时提高观测效率,每个单元用一个惟一的二维数组标号标识。基座用螺钉安装在一个可以在导轨移动的滑块上,通过滑块的移动来调节焦面执行机构与CCD摄像头的距离,达到一个较合适的物像缩放比。

　　单元采用的是双回转结构,如图3所示。它包括有臂长相等的一中心回转轴和一偏心回转轴。两轴分别由一步进电机驱动,中心轴和偏心轴的回转范围为360°和180°,两轴的组合运动可实现单元观测范围内任意位置的光纤定位。

　　2.2　单元控制器

　　各单元中心轴和偏心轴步进电机的运动取决于各自对应的驱动脉冲频率和数目。根据子系统的需要,必须提供19个单元的38个电机的频率可调的脉冲序列。

　　MCS 8051系列的单片机最小模式系统加上串口通讯模块,加上一些用于I/O控制、选通脉冲输出和回零信号输入的芯片构成一个单元控制器。

　　为了方便开发调试,采用了Keil C51编译器加上Manley的仿真器。单元控制器和控制主机通过自定的简单协议进行通信,通过程序设计,控制器从串行口接受主机传送的指令和数据,发出驱动步进电机各种运动所需的脉冲序列,并且向控制主机反馈执行信息[2]。

2.3　驱动电路

　　由单元控制器产生的脉冲序列需要经过功率放大才能驱动步进电机。TDA1521是一种9脚单列直插式、塑封双声道的2×12W高保真音频功率放大器。该功率放大器所需外接的外围元器件少,通道间具有很好的增益平衡,使用方便,并具有过热保护功能、短路保护功能和静噪功能,输出与地之间的偏离电压小,通道间的增益平衡性优良以及工作电压范围大等优点,　　用来作为驱动电路的功率放大部分。