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          旧的流量技术如何解决高科技问题以冷却世界上灵敏的天文相机

          来源: 作者: 发布日期:2020-05-15

                 世界上大的光学望远镜,位于拉帕尔马岛加那利岛上的10.4m Gran Telescopio Canarias(GTC)配备了由英国谢菲尔德大学制造的功能强大的新型天文相机。这款名为HiPERCAM的相机于2018年在望远镜上调试,可以每秒同时拍摄五种光学颜色的1000张照片。谢菲尔德大学的Vik Dhillon教授是HiPERCAM的幕后负责人,他说:“ HiPERCAM是世界上灵敏的天文相机,已被用来研究黑洞,中子星,白矮星,系外行星,活跃的银河核和太阳系。太阳系的外围区域”。

           
                问题:HiPERCAM中使用的五个光传感器是超灵敏电荷耦合器件(CCD),需要将其冷却至183K(-90degC)才能将图像中的噪声降至非常低。这种冷却是使用非常高性能的热电(珀耳帖)冷却器实现的,该冷却器继而需要液态冷却剂(+ 5°C的水-乙二醇混合物)以除去它们提取的热量。如果冷却剂无法通过,珀尔帖电源的热量输入将损坏CCD,这将花费超过500,000英镑,并且需要数年的时间才能更换。在如此多的情况下,谢菲尔德团队开发了一种故障安全系统,该系统可对流经检测器的冷却液流造成任何干扰,从而使对珀耳帖的电源自动关闭,从而保护其昂贵的设备。显然,
           
                这就是Titan企业进入故事的地方。我们初为HiPERCAM选择了1000系列微型涡轮流量传感器。需要六个这样的流量传感器,五个检测器各一个,而控制电子设备(也被冷却)中的第六个。这六个流量传感器连接到安装在HiPERCAM上的6通输入歧管上,该6通输入歧管用于向6个并联冷却回路供气,如下图所示。Titan 1000系列流量传感器首先在英国的实验室进行测试,然后于2018年在拉帕尔玛的相机上进行调试。
           
                乍一看似乎一切都很好,每个传感器通常报告的流量为1.5升/分钟。但是,随着时间的推移(几天-几周),传感器开始报告零流量,这导致珀尔帖电源关闭并且检测器预热,从而使HiPERCAM无法操作。鉴于望远镜的每一晚费用为50,000欧元,因此这是一个严重的问题。
           
                在检查有故障的传感器时,发现霍尔效应螺旋桨中的磁铁随时间积累了粘稠的金属物质,终阻止了它们在蓝宝石轴承上旋转,从而报告了零流量。显然,尽管进行了过滤,但天文台提供的冷却液供应仍然不够清洁,无法使用这种流量传感器。
           
                因此,HiPERCAM团队重新联系了Titan企业以寻求建议。我们建议更换超声波传感器,因为它们不会渗透冷却液中的金属污泥。我们为Process Atrato超声波传感器提供了定制外壳,并提供了特殊的校准来模拟1000系列传感器,因此它们是“即插即用”的替代产品。流量传感器再次在谢菲尔德的实验室进行了广泛测试,然后于2019年初运往拉帕尔玛岛进行HiPERCAM调试。
           
                不幸的是,一旦将流量传感器安装在拉帕尔玛岛(La Palma)的HiPERCAM上,它们的行为就不稳定,流量为零或变化很大,这在英国谢菲尔德的测试过程中在实验室中还没有发现。该问题可归因于望远镜冷却液供应中存在微小气泡,这些气泡会削弱超声波信号并使流量传感器不可靠。由于望远镜的冷却剂供应是由位于单独建筑物中的全天文台冷却器系统提供的,HiPERCAM团队无法获得这些东西,也无法对其进行控制,因此无法去除这些微气泡或金属污泥。
           
          终于是一个可行的解决方案
                结果,HiPERCAM团队再次求助于Titan企业以寻求进一步的建议。是否可以使用另一种类型的传感器,使其不受望远镜冷却液的不良(但不可避免)特性的影响?答案是肯定的– Titan FT2光学流量传感器使用LED和光电二极管来测量流量。当转子旋转时,光电二极管可以检测到与流量成正比的频率的LED。当转子静止时,光电二极管看不到LED,表明没有流量。
          泰坦企业光流量传感器
                尽管这是一种古老且很少使用的技术,但幸运的是,对于HiPERCAM团队而言,它们仍然可用,并且在2019年10月交付了六种。光流量传感器刚刚在谢菲尔德的实验室中成功进行了测试,现在已经可以用于拉帕尔玛岛(La Palma)进行HiPERCAM的终调试。现在,每个参与人员都希望这将是故事的成功结局,并且Titan Enterprises将使HiPERCAM终发挥其全部科学潜力。

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