Spectrohéliographe avec un refracteur
90/1300
(2ème partie - modifications)
L'électronique
Reprise des grands travaux
fin 2002.
Il s'agit maintenant de remplacer le capteur CCD issu de mon ancien scanner à
main par un autre plus adapté à cette application, en l'occurrence,
un ILX751A de Sony. Cette
fois, j'ai la notice technique du composant avant de réaliser la
mise en uvre, et je dois dire que ça aide beaucoup. C'est
aussi l'occasion pour moi de combler une lacune et de donner d'avantage
d'informations à ceux qui hésitent à se lancer dans
la réalisation d'un SHG du fait de la partie électronique.
Les avantages
de ce capteur sont les suivants:
Sensibilité accrue d'un facteur 2 par rapport au précédent
Un seul registre à décalage au lieu de 2, ce qui, malgré un nombre d'impulsions d'horloge
doublé simplifie l'électronique et
donne aux pixels pairs et impairs des niveaux de réponse identiques
Un obturateur électronique (fonction shutter)
Le schéma fonctionnel change également:
C'est le micro-ordinateur qui va fournir les impulsions d'horloge
nécessaires à la lecture des pixels du CCD. Le reste
du temps, c'est à dire hors lecture, une horloge externe
prendra le relais. La fonction "shutter" permet de vider
par une seule impulsion les charges accumulées dans les
photosites. Il n'est donc plus nécessaire de faire des
lectures à vide pour purger, ce qui était coûteux
en temps (14 ms par purge).
J'ai décidé de continuer à
utiliser la carte PIO que j'ai réalisée en 2000
comme interface car elle est très simple à gérer
et en cas de modification du convertisseur Aanalogique/Numérique
(CAN), passage de 8 bits à 10 ou 12 par exemple,
il n'y a pratiquement rien à modifier. On peut aussi utiliser
des bits en sortie pour commander des moteurs ou autres. Cependant,
l'adaptation à un port parallèle reste simple: la
méthode "habituelle" consiste à intercaler
un multiplexeur entre le CAN et les 4 bits d'entrée du
port parallèle. Un bit de sortie supplémentaire
est nécessaite pour commander le multiplexeur (choix du
quartet à lire). Cette solution sera indispensable pour
les utilisateurs de micro-ordinateurs portables.
L'interface PIO
Voici le schéma de principe de l'interface
PIO pour PC. La carte est enfichable sur un connecteur ISA et
l'adresse des registres du PIO est choisie à l'aide de
switches implantés sur la carte. Les 24 bits d'E/S sont
envoyés sur un connecteur DB25 (type imprimante).
Les typons et l'implantation des composants se
trouvent ici. Ne pas oublier les straps
au travers de la carte. Il est nécessaire de récupérer
un support de carte pour la fixer correctement à l'arrière
du PC.
La carte PIO terminée
doit ressembler à peu près à ça. Je dis "à
peu près" car je me suis trompé en réalisant
ma propre carte. Les faces sont interverties. Le coté composants s'est
retrouvé en dessous et vice-versa. J'ai du "strapper"
les pistes au niveau du connecteur ISA.
L'embase rouge et le fil qui
y est soudé n'ont rien à voir avec le montage qui nous interesse ici.
La carte de contrôle du CCD et de numérisation
J'ai élaboré un schéma synthétique
qui regroupe les fonctions de contrôle de la barrette CCD,
la mise en forme et l'amplification du signal vidéo, et
la conversion analogique/numérique.
La carte de contrôle du CCD et de numérisation
J'ai élaboré
un schéma synthétique qui regroupe les fonctions de contrôle
de la barrette CCD, la mise en forme et l'amplification du signal vidéo,
et la conversion analogique/numérique.
N'étant pas électronicien,
j'ai essayé de simplifier le montage électronique
en cherchant des solutions logicielles. Ainsi, c'est le micro-ordinateur
qui fournira l'horloge de lecture des pixels, ce qui evite la
synchronisation sur les fronts d'une horloge externe. La vitesse
de lecture s'en trouve d'ailleurs améliorée. Cela
permet également à des micro-ordinateurs peu puissants
de piloter ce CCD. En dehors des phases de lecture, une horloge
externe prend le relais et libère ainsi le PC. 2 bits sont
donc nécessaires pour la fonction horloge de lecture: 1
pour l'horloge proprement dite (CLK1) et 1 second pour la sélection
de CLK1 ou CLK2 (horloge externe). L'horloge externe est constituée
de portes inverseuses montées en oscillateur et fourni
un signal rectangulaire d'une fréquence de 500 kHz environ.
La sélection de l'horloge est réalisée grace
à des portes NAND.
Les 2 autres bits en sortie du PC sont ROG
(Read Out Gate) pour l'envoi des charges des photosites vers le
registre de lecture, et SHUT (Shutter) pour envoyer la charge
des photosites vers un drain, ce qui constitue une purge du CCD.
Le signal vidéo est immédiatement
amplifié par un transistor monté en suiveur (2SA1175
ou autre) puis envoyé sur un double amplificateur opérationnel.
Ce dernier à pour rôle d'inverser et d'amplifier
le signal vidéo et de lui soustraire une tension pour ramener
la ligne de base au potentiel de la masse. L'ampli LM358 étant
monotension, le montage éléctronique est encore
une fois simplifié.
Le signal arrive finalement
au convertisseur A/N. La tension générée par le LT1009
sert de référence. Le signal de conversion est donné
par l'horloge CLK2 inversée. L'information vidéo se retrouve
à la sortie du CAN 1 micro-seconde plus tard sous forme de 8 bits.
Le micro-ordinateur peut ainsi lire et enregistrer cette donnée
et générer l'impulsion d'horloge suivante.
Entre la carte PIO et la carte de controle
du CCD, on veillera à ne pas utiliser un cable de plus
de 1.50 m, sinon il pourrait être nécessaire d'amplifier
toutes les lignes.
Début janvier 2003.
Retour sur le circuit de commande de la barrette CCD, de l'ampli et du convertisseur Analogique/Numérique.
Un petit montage sur une platine de test pour vérifier
que ça fonctionne et faire quelques vérifications
coté logiciel. Le CCD, c'est le long circuit à gauche...
Lundi 13 janvier.
C'est parti pour les premières soudures sur la carte d'acquisiton. Je n'avais
pas envie de faire un typon et de jouer au chimiste avec de la soude et
du perchlo, alors j'utilise une carte prototype.
Samedi 18 janvier.
Le capteur change et donc, il me faut aussi changer le petit morceau de circuit qui
le supporte dans sa platine de positionnement. J'ai découpé un disque dans un bout de carte prototype et
les composants sont soudés. Sur la photo, la barrette CCD n'est
pas encore soudée. Il reste encore à passer un coup de peinture
noire en bombe avant de souder définitivement le capteur.
Début février.
Les différents
éléments sont cablés. La carte principale n'est
pas bien grosse mais de nombreuses liaisons doivent etre réalisées
entre différents éléments, d'où l'aspect
"spaghetti" du montage
Changement de l'entrainement du réseau
8 février.
Un élément
reste encore à modifier qui retarde le montage de la carte d'interfaçage.
Le système de rotation du réseau est équipé
d'un moteur pas-à-pas. Afin d'avoir une vitesse de balayage du
spectre rapide pour passer par exemple de la raie H-alpha à la
raie K, la démultiplication est faible, ce qui implique de faire
fonctionner le moteur à basse fréquence pour l'ajustement
d'une raie sur le CCD. Il s'ensuit un parasitage du signal électrique
et des vibrations que je souhaite éliminer définitivement.
La solution que j'ai retenue pour obtenir 2 vitesses très différentes
consiste à utiliser 2 moteurs et un réducteur à différentiel.
Un circuit de contrôle à modulation
de largeur d'impulsion logé dans une raquette de commande permet
de varier encore la vitesses de rotation de sortie.
15 février.
La carte est installée dans
le SHG et les différents éléments raccordés
et testés. Tout semble marcher comme prévu,
y compris le balayage en longueur d'onde qui ne montre plus
de vibrations. Il faut maintenant tout recollimater ...
et s'attarder du côté du logiciel ...
Sortie supplémentaire vers une webcam
Un nouveau "flip mirror", copie du précédent destiné à la sortie vers un oculaire, a été construit et placé juste en amont.
Système de mise au point de la collimatrice
La
focalisation de la lentille de collimation (60/900) n'est pas parfaite.
c'est en fait la position de la fente qui varie, à la fois par
rapport à cette lentille et à l'objectif principal chargé
de donner l'image primaire du Soleil.
Cela se traduit par une mise au point correcte de l'image du soleil
mais des raies spectrales floues ou inversement.
Je reviens
donc sur cette partie pour essayer de l'améliorer en donnant
une possiblité de translation de la collimatrice le long de
l'axe optique. En l'occurence, le mécanisme qui permet le déplacement
du laser dans un lecteur de CD constitue une solution presque toute
faite. très peu de jeux, faible encombrement, course suffisante
et démultiplication importante.
La première
étape a consisté à éliminer tous les éléments
inutiles : laser, lentilles, composants, fourche opto-électronique,
etc...
Ensuite,
la cloison verticale qui sépare les 2 tubes du spectro est déposée
et l'objectif enlevé.
Une découpe rectangulaire dans la cloison est faite afin de loger
l'ex-platine de lecteur de CD. L'encombrement de cette dernière
est idéal.
Mise
en place de la platine dans son logement et fixation par 4 vis. La rigidité
de la cloison sera conservée.
Le bloc mobile qui supportait le laser est guidé par 2 rails
et est entraîné par une vis sans fin que l'on devine dans
la partie supérieure.
L'objectif
est ensuite rendu solidaire de la platine. Une pièce en U en
aluminium permettant une bonne assise de l'objectif est montée
entre objectif et bloc mobile (radiateur pour transistor) . La monture
de l'objectif est percée et taraudée - après démontage
des lentilles évidemment. L'ensemble est finalement maintenu
par une vis.
Une tige en
laiton (y'avait pas d'alu au bricomachin du coin) destinée à
actionner la vis sans fin de la platine laser est montée dans
des petites "équerres palliers". L'extrémité
de la tige reçoit la poulie et la courroie de transmission.
L'ensemble
est fixé le long de la cloison du spectroscope. Un bon coup d'aspirateur
dans le spectro permet d'enlever les inévitables débris
et poussières.
Le renvoi de la commande
vers l'extérieur du spectro est fait au moyen de 2 pignons à
denture à 45°. Un roulement à bille permet un passage
de l'axe sans fuite de lumière ainsi qu'un mouvement doux et
précis. Un bouton de potentiomètre vient agrémenter
l'extremité de la tige...