The VTT Helioseismology Concept with HELLRIDE and CARMA
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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 2 D-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. 2 nm Fe I 20 Scansteps 15 Scansteps 10 Scansteps 20 Scansteps 30 Scansteps 20 Scansteps 15 Scansteps 25 Scansteps 15 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 1 M 30
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: RS 232 / 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
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