低温环境下天文望远镜镜面的除霜雪装置制造方法及图纸

低温环境下天文望远镜镜面的除霜雪装置，在天文望远镜镜面上方设有积雪监控摄像机，在镜面上设有镜面导电膜，其特征在于，在镜面两侧安装有直线电机，在该直线电机的动子上安装有横梁，整个横梁可以按指令随着直线电机的动子在整个镜面上面移动；横梁移动过程把分布有电磁线圈的柔性材料拉伸，从而覆盖住镜面；该横梁上安装有多组风扇；在多组风扇的下方安装有风刀；风从风刀内高速吹出；所述镜面上的镜面导电膜上方安装有分布式电磁线圈；所述分布式电磁线圈的电源、直线电机的电源与多组风扇的电源均由控制系统控制。本实用新型专利技术可清除镜面上的霜雪，具有清除速度快、可控性强、可靠性高、可扩展性强等特点。

Snow removing device for astronomical telescope mirror under low temperature environment

A snow monitoring device for the mirror surface of the astronomical telescope under the low temperature environment is equipped with a snow monitoring camera above the mirror surface of the astronomical telescope and a mirror surface conducting film on the mirror. Its characteristic is that a linear motor is installed on both sides of the mirror, and a beam is installed on the motion of the linear motor, and the whole beam can be directed as a straight line. The motor moves on the whole surface of the mirror; the beam is moved to stretch the flexible material with the electromagnetic coil to cover the mirror surface; the beam is mounted with a number of fans; a wind knife is installed under the multi group of fans; the wind is blown out of the air blade; the mirror surface of the mirror has a distribution above the mirror conductive film. The power supply of the distributed electromagnetic coil, the power supply of the linear motor and the power supply of the plurality of fans are controlled by the control system. The utility model can remove frost and snow on the mirror surface, and has the characteristics of fast cleaning speed, strong controllability, high reliability and strong expansibility.

【技术实现步骤摘要】
低温环境下天文望远镜镜面的除霜雪装置
本技术涉及玻璃镜面的除霜雪，尤其是在低温环境下的镜面除霜雪，该装置可实现镜面霜雪的有效去除，保持镜面清洁。属于光学装置防护领域。本技术还涉及这种装置的工作方法。
技术介绍
随着天文学的不断发展进步，天文学的基本问题如宇宙起源、暗能量和暗物质的研究需要探测到更深更暗的星体，这需要光学望远镜具有越来越高的集光能力和分辨率。因此，光学望远镜的口径越来越大。除了增加望远镜的口径，另一个影响望远镜分辨能力的因素是观测场地的大气视宁度，国际上优秀的天文台址不是很多，主要集中在智利、夏威夷和南极。因此，为了充分利用南极地区优秀的台址环境，世界各国在南极建造了一批望远镜。但是在南极建造并安装光学望远镜的一个重要挑战就是镜面结霜和镜面积雪问题，在镜面上结霜和积雪会严重降低望远镜的通光量，导致观测星等降低，最终影响到望远镜的成像质量，严重情况下会完全遮挡住光线使望远镜无法正常工作。镜面结霜和积雪的机理如下：当空气中水蒸汽达到饱和而且物体表面温度低于露点温度时，空气中的水蒸气就会凝结在物体表面。当物体表面的温度低于0ºC时，物体表面就会结霜。南极现场的最高环境温度为-20ºC左右，此外，现场环境温度存在波动导致温度出现梯度。因此，当环境温度波动时，空气中的水蒸气极易凝结在镜面上形成结霜层。此外，南极现场的降雪和地吹雪分别从空中和地面上把雪覆盖在镜面上形成镜面积雪。如何有效去除镜面的结霜和积雪是南极望远镜面临的重要考验。目前南极望远镜综合采用了电加热和吹风的两种除霜方式，即在镜面上镀ITO(铟锡氧化物)膜，在镜面两端镀电极，通过施加直流电的方式对镜面进行加热。此外，在镜筒内和镜筒外的塔架上安装吹风机，采用吹风的方式除霜。在其他低温场合，镜面除霜雪措施也主要集中在加热和吹风两种方式，如对汽车后视镜和后挡风玻璃的加热去除在镜面上的雨和霜，对于汽车前挡风玻璃主要是通过吹风的方式的来去除霜雾。除了加热和吹风除霜雪方式之外，还有超声波、微波、静电等多种除霜雪方式。表1列出了目前应用比较广泛的除霜方式的优缺点，从表1可以看出，对于镜面除霜来说，超声波和微波都因为其本身固有的特性而无法应用到镜面除霜中。此外，南极望远镜除霜雪还有一个难点，就是望远镜的镜面不是固定不动的，而是根据观测目标的不同指向不同的天区，所以吹风装置只能安装在镜筒内，或把吹风装置安装在塔架上。镜筒内吹风是通过加热镜面的方式间接除霜，效率较低而且会破坏视宁度，导致成像质量差。在塔架上安装吹风机可以快速去除浮雪，但是每次吹风都需要把镜筒转到塔架的位置才能完成吹风，不但影响观测效率，而且因为吹风角度的问题导致效果较差。此外，外吹风的方式对于霜层和镜面粘接牢固的情况效果有限。表1、各种除霜方式的优缺点除霜雪方式优点缺点电加热实施简单，可靠性高影响大气视宁度，温度不均匀，除浮雪速度慢吹风对浮雪清除效果显著对牢固霜层无法清除超声波速度快，不影响视宁度对镜面有额外振动，影响寿命微波速度快需要通过加热液体间接融霜，对镜面霜层无法清除综合所述，采用加热和吹风的方式可以有效去除霜雾，但是目前还存在明显的不足：1、加热会导致环境温度升高，破坏大气原来的温度分布，增加了大气湍流。在光学分辨率要求较高的场合，湍流的增加劣化了大气视宁度，这样会降低观测设备的图像分辨率。2、通过加热方式除霜需，由于加热功率和加热膜电流载流量的限制，升温速度较慢，导致除霜速度较慢。3、通过吹风的方式可以快速去除霜雾，但是采用吹风机固定的方式吹风的主要问题是由于吹风范围的限制无法去除吹风范围以外的霜雾，尤其是当镜面较大时，固定吹风机的方式无法有效去除镜面中心的霜雪。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述不足，针对镜面除霜雪的需求，本技术的目的是提供一种低温环境下天文望远镜镜面的除霜雪装置，这是一种可移动式电磁感应加热和移动吹风相结合的方式除霜雪装置。该装置可以快速去除镜面表面的霜雪，具有清除速度快、可控性强、可靠性高、可扩展性强等特点。本技术还将提供这种低温环境下天文望远镜镜面的除霜雪装置的工作方法。完成上述专利技术任务的技术方案是，一种低温环境下天文望远镜镜面的除霜雪装置，在天文望远镜镜面上方设有积雪监控摄像机，在镜面上设有镜面导电膜，其特征在于，在镜面两侧安装有直线电机，在该直线电机的动子上安装有横梁，整个横梁可以按指令随着直线电机的动子在整个镜面上面移动；横梁移动过程把分布有电磁线圈的柔性材料拉伸，从而覆盖住镜面；该横梁上安装有多组风扇（也称为吹风机）；在多组风扇的下方安装有风刀；风从风刀内高速吹出；所述镜面上的镜面导电膜上方安装有分布式电磁线圈；所述分布式电磁线圈的电源、直线电机的电源与多组风扇的电源均由控制系统控制。优化方案中：所述直线电机设置有两台。两台直线电机两台直线电机不但可以无接触地驱动负载，而且提高了整个系统的可靠性，即使一台直线电机出现故障，整个系统也可以在另一台直线电机的驱动下正常工作。在所述直线电机的两端放置有阻尼器，防止直线电机故障时动子撞到固定架，从而产生的振动对伤害设备。所述分布式电磁线圈的设置方式是：在横梁上固定一比镜面面积稍大的柔性绝缘材料，绝缘材料的另一端固定在直线电机的首端，在该柔性绝缘材料上采用粘接或机械固定的方式铺设电线组成单层盘状加热线圈。根据镜面的大小选择单组或多组加热线圈。在横梁移动过程中，根据需要分别在该加热线圈通过高频电流形成交变磁场，该交变磁场在镜面的导电膜上产生电涡流，利用导电膜层的小电阻大电流的短路热效应产生热量。加热线圈的通电与否及电流的大小和频率可控，根据柔性绝缘材料移动过程中覆盖镜面的面积决定加热线圈的通电。在所述直线电机内部安装位置反馈装置，该反馈装置的信号接控制系统。使控制系统可以了解电机的实时位置。所述分布式电磁线圈的大小是根据镜面外形和大小选择确定，分布式线圈总面积与镜面面积之比大于1.1。本技术的工作原理是：安装在镜面斜上方的积雪监控摄像机以一小时为间隔周期性拍摄镜面，并把所拍图像传输给控制系统，控制系统利用图像识别技术判断镜面上是否有积雪。在镜面上镀导电膜，在镜面两侧安装两台直线电机，两台直线电机不但可以无接触地驱动负载，而且提高了整个系统的可靠性，即使一台直线电机出现故障，整个系统也可以在另一台直线电机的驱动下正常工作。在直线电机的动子上安装横梁，整个横梁可以按指令随着直线电机的动子在整个镜面上面移动。在直线电机两端放置阻尼器，防止直线电机故障时动子撞到固定架，从而产生的振动对伤害设备。横梁上安装多组风扇，风扇可以通过指令运转，风扇的转速可以通过供电的电压的大小进行调节，从而改变风扇的通风量。为了提高风速，在风扇的下方安装风刀。风从风刀内高速吹出，从而可以去除镜面上的浮雪。在横梁上固定一比镜面面积稍大的柔性绝缘材料，绝缘材料的另一端固定在直线电机的首端，在柔性绝缘材料上采用粘接或机械固定的方式铺设电线组成单层盘状线圈。根据镜面的大小选择单组或多组加热线圈。根据需要分别在线圈通过高频电流形成交变磁场，在镜面的加热膜上产生电涡流，利用导电膜层的小电阻大电流的短路热效应产生热量。本技术采用移动吹风加风刀的方式对镜面霜雪进行清除。通常的吹风措施是采用鼓风机加风刀的方式，鼓风机安装的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温环境下天文望远镜镜面的除霜雪装置，在天文望远镜镜面上方设有积雪监控摄像机，在镜面上设有镜面导电膜，其特征在于，在镜面两侧安装有直线电机，在该直线电机的动子上安装有横梁，整个横梁可以按指令随着直线电机的动子在整个镜面上面移动；横梁移动过程把分布有电磁线圈的柔性材料拉伸，从而覆盖住镜面；该横梁上安装有多组风扇；在多组风扇的下方安装有风刀；风从风刀内高速吹出；所述镜面上的镜面导电膜上方安装有分布式电磁线圈；所述分布式电磁线圈的电源、直线电机的电源与多组风扇的电源均由控制系统控制。

【技术特征摘要】
1.一种低温环境下天文望远镜镜面的除霜雪装置，在天文望远镜镜面上方设有积雪监控摄像机，在镜面上设有镜面导电膜，其特征在于，在镜面两侧安装有直线电机，在该直线电机的动子上安装有横梁，整个横梁可以按指令随着直线电机的动子在整个镜面上面移动；横梁移动过程把分布有电磁线圈的柔性材料拉伸，从而覆盖住镜面；该横梁上安装有多组风扇；在多组风扇的下方安装有风刀；风从风刀内高速吹出；所述镜面上的镜面导电膜上方安装有分布式电磁线圈；所述分布式电磁线圈的电源、直线电机的电源与多组风扇的电源均由控制系统控制。2.根据权利要求1所述的低温环境下天文望远镜镜面的除霜雪装置，其特征在于：所述积雪监控摄像机固定在镜面的斜上方，以一小时为间隔拍摄镜面并把所拍图像传输给控制系统，控制系统利用图像识别技术判断镜面上是否有积雪。3.根据权利要求1所述的低温环境下天文望远镜镜面的除霜雪装置，其特征在于，所述分布式电磁线圈的设置方式是：在横梁上固定一比镜面面积稍大的柔性绝缘材料，绝缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜福佳，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，
类型：新型
国别省市：江苏,32