Mittaukset ja kalibrointi



Samankaltaiset tiedostot
Radioastronomian käsitteitä

Kohina. Havaittujen fotonien statistinen virhe on kääntäen verrannollinen havaittujen fotonien lukumäärän N neliö juureen ( T 1/ N)

1 Perussuureiden kertausta ja esimerkkejä

7.4 Fotometria CCD kameralla

Radioastronomian harjoitustyö

Radioastronomia harjoitustyö; vedyn 21cm spektriviiva

Visibiliteetti ja kohteen kirkkausjakauma

8. Fotometria (jatkuu)

LABORATORIOTYÖ 2 SPEKTRIANALYSAATTORI

Radioteleskooppi. Alt atsimutaalinen pystytys. Apupeilin kiinnitys. Peilin tukirakenne. Apupeilin kannattajat. Elevaatio enkooderi.

Radiointerferometria II

for i in range(5,9): importuvfits(fitsfile="fitsfiles/3c273.fits"+str(i), vis="3c273."+str(i)+".ms")

RADIOASTRONOMIA HARRASTUKSENA. URSAN LAITEPÄIVÄT ARTJÄRVI Janne Peltonen

HARRASTERADIOASTRONOMIAA. URSALO Janne Peltonen

Tähtitieteelliset havainnot -sähkömagneettisen säteilyn vastaanottoa ja analysointia. Fotonin energia (E=hc/λ) vaikuttaa detektiotapaan

Eksimeerin muodostuminen

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Ongelmia mittauksissa Ulkoiset häiriöt

LABORATORIOTYÖ 3 VAIHELUKITTU VAHVISTIN

CCD-kamerat ja kuvankäsittely

XFYS4336 Havaitseva tähtitiede II

KÄYTTÖOHJE LÄMPÖTILA-ANEMOMETRI DT-619

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA

Wien R-J /home/heikki/cele2008_2010/musta_kappale_approksimaatio Wed Mar 13 15:33:

LED - KORVAUSPOLTTIMOT

33 SOLENOIDIN JA TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ

Online DGA mittausteknologiat. Vaisala

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

Mitä on pätö-, näennäis-, lois-, keskimääräinen ja suora teho sekä tehokerroin? Alla hieman perustietoa koskien 3-vaihe tehomittauksia.

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa

d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila

Käyttöohje Firmware V1.0-V1.2 HTB230. Anturirasialähetin

Laitteita - Yleismittari

LABORATORIOTYÖ 2 (8 h) LIITE 2/1 WLAN-ANTENNIEN TUTKIMINEN JA AALTOJOHTOMITTAUKSET

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Ilmakehän vaikutus havaintoihin. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

Mittaustekniikka (3 op)

a) I f I d Eri kohinavirtakomponentit vahvistimen otossa (esim.

Työ 2324B 4h. VALON KULKU AINEESSA

11. Astrometria, ultravioletti, lähiinfrapuna

r = n = 121 Tilastollista testausta varten määritetään aluksi hypoteesit.

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

Pinces AC/DC-virtapihdit ampèremetriques pour courant AC

RADIOTIETOLIIKENNEKANAVAT

Tämä on PicoLog Windows ohjelman suomenkielinen pikaohje.

Tämän sybolin esiintyessä, käyttäjän tulee lukea käyttöohje, josta lisätietoa. Tämä symboli normaalikäytössä indikoi vaarallisesta mittausjännitteestä

2003 Eero Alkkiomäki (OH6GMT) 2009 Tiiti Kellomäki (OH3HNY)

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät Luento 2, : Ilmakehän vaikutus havaintoihin Luennoitsija: Jyri Näränen

Matterport vai GeoSLAM? Juliane Jokinen ja Sakari Mäenpää

Mittaustulosten tilastollinen käsittely

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, yhteenveto

S Elektroniikan häiriökysymykset. Laboratoriotyö, kevät 2010

Työ 16A49 S4h. ENERGIAN SIIRTYMINEN

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto

Aerosolimittauksia ceilometrillä.

Radioamatöörikurssi 2016

Pinces AC/DC-virtapihti ampèremetriques pour courant AC

MAIDON PROTEIININ MÄÄRÄN SELVITTÄMINEN (OSA 1)

PANK PANK-4122 ASFALTTIPÄÄLLYSTEEN TYHJÄTILA, PÄÄLLYSTETUTKAMENETELMÄ 1. MENETELMÄN TARKOITUS

Projektisuunnitelma ja johdanto AS Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt Paula Sirén

MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA. NOT-tiedekoulu La Palma

MrSmart 8-kanavainen lämpötilamittaus ja loggaus, digitoija ja talletusohjelma

TAAJUUDEN SIIRTO JA SEKOITUS VÄLITAAJUUSVASTAANOTIN & SUPERHETERODYNEVASTAANOTTO

Kuva 1. Ohmin lain kytkentäkaavio. DC; 0 6 V.

Taustamateriaali Fingridin innovaatiohaasteeseen Sähköasemilla olevien viallisten laitteiden havainnointi radiotaajuisella mittausmenetelmällä

Ch4 NMR Spectrometer

Versio 1. Hiilidioksidimittari 7787 Käyttöohje. Hiilidioksidimittari Käyttöohje

Sami Isoniemi, Sweco Asiantuntijapalvelut Oy

MITTALAITTEIDEN OMINAISUUKSIA ja RAJOITUKSIA

HARJOITUS 7 SEISOVAT AALLOT TAVOITE

TIIVISTELMÄRAPORTTI (SUMMARY REPORT) MATALAN INTENSITEETIN HAJASPEKTRISIGNAALIEN HAVAITSEMINEN JA TUNNISTAMINEN ELEKTRONISESSA SODANKÄYNNISSÄ

Kojemeteorologia (53695) Laskuharjoitus 1

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

Spektri- ja signaalianalysaattorit

importvla(archivefiles=["as649_1","as649_2","as649_3","as649_4"], vis="ngc2403.ms")

Infraäänimittaukset. DI Antti Aunio, Aunio Group Oy

Työ 31A VAIHTOVIRTAPIIRI. Pari 1. Jonas Alam Antti Tenhiälä

Mikroskooppisten kohteiden

Radiokurssi. Modulaatiot, arkkitehtuurit, modulaattorit, ilmaisimet ja muut

1 Määrittele seuraavat langattoman tiedonsiirron käsitteet.

Havaitsevan tähtitieteen pk I, 2012

A. S1-painike HUOM: M-malleissa näytöllä näkyvä mittaustieto voidaan valita myös Modbus-väylän kautta.

Infrapunaspektroskopia

S OPTIIKKA 1/10 Laboratoriotyö: Polarisaatio POLARISAATIO. Laboratoriotyö

MONITILAISET TIEDONSIIRTOMENETELMÄT TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS A Tietoliikennetekniikka II Osa 18 Kari Kärkkäinen Syksy 2015

DC-moottorin pyörimisnopeuden mittaaminen back-emf-menetelmällä

Kapeakaistainen signaali

RAKENNUSAKUSTIIKKA - ILMAÄÄNENERISTÄVYYS

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Datan käsittely. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

Muita tyyppejä. Bender Rengas Fokusoitu Pino (Stack) Mittaustekniikka

Tietoliikennesignaalit & spektri

1. Polarimetria. voidaan tutkia mm. planeettojen ilmakehien ja tähtien välistä pölyä.

HF-4040 Signaalivoimakkuusmittarin. käyttökoulutus

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

Opetusmateriaali. Tutkimustehtävien tekeminen

Nimi: Muiden ryhmäläisten nimet:

Mitä kalibrointitodistus kertoo?

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2014 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Elinkaaritehokas päällyste - Tyhjätila Tulosseminaari Ari Hartikainen

LUKU 7 TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS A Tietoliikennetekniikka I Osa 30 Kari Kärkkäinen Kevät 2015

A B = 100, A = B = 0. D = 1.2. Ce (1.2 D. C (t D) 0, t < 0. t D. )} = Ae πjf D F{Π( t D )} = ADe πjf D sinc(df)

Transkriptio:

Mittaukset ja kalibrointi Teleskoopin vaste (esim. jännitteenä tai countteina) riippuu paitsi lähteen vuontiheydestä, myös antennista, vastaanottimesta, säästä, elevaatiosta, jne... Havainnot täytyy kalibroida Lähteestä mitattava signaali: V(source) = G(Tsource + Tsky +Trec) Tsource = lähteen antennilämpötila, Tsky = pelkän taivaan antennilämpötila Trec = vastaanottimen kohinalämpötila Tsky+Trec = Tsys (taivaalta mitattava) systeemilämpötila

Taustan mittaus Lähteen osuus kokonaissignaalista voidaan erottaa ON OFFmittauksella: V(ON) = V(source) = G(Tsource+Tsky+Trec) V(OFF)= V(sky) = G(Tsky+Trec) V(ON) V(OFF) Tsource[K]= V(OFF) Tsys[K]

Kohinadiodi Taivaalta tulevaa signaalia voidaan verrata esim. kohinadiodin (ND) aikaansaamaan tehonlisäykseen Merkitään V(sky+ND) =G(Tsys+Tcal): mitattava jännite, kun kohinadiodi kytketty vastaanottimeen V(sky) Tsys[K] = Tcal[K] V(sky+ND) V(sky) Tcal=kohinadiodia vastaava antennilämpötila

Kuuma kylmä kalibrointi I Kohinadiodin tehoa vastaava lämpötila Tcal tai vastaanottimen lämpötila Trec voidaan mitata kuuma kylmäkalibroinnilla,esim. V(hot) = G(Trec + Thot) V(cold) = G(Trec + Tcold) Syöttötorven eteen pannaan mustankappaleen tavoin säteilevä esine, jonka lämpötila tunnetaan Esim. nestemäistä typpeä sisältävä astia: Tcold=80K huoneenlämpötilassa oleva huokoinen levy: Thot=290 K

Kuuma kylmä kalibrointi II Jännitteiden suhteesta: V(hot) Thot+Trec Y= = V(cold) Tcold+Trec voidaan ratkaista Trec: Thot Y*Tcold Trec = Y 1

Kuuma kylmä kalibrointi III Tcal:n selvittämiseksi kohinadiodin signaalia V(ND) voidaan verrata erotukseen V(hot) V(cold),esim. V(sky+ND) V(sky) Tcal = (Thot Tcold) V(hot) V(cold)

Taustan vähennys Kontinuumimittauksissa taustataivaan + vastaanottimen generoima signaali eli OFF mittaus saadaan yleensä pyyhkäisemällä lähteen yli (scanning) Spektriviivamittauksissa OFF mittausta vastaa spektrometrin kaista viivan ulkopuolella eli baseline Seuraavassa tarkastellaan OFF tason mittausta lähinnä spektroskopian kannalta

Pointing ja vuontiheyskalibrointi Kontinuumiscan Saturnuksen yli Effelsbergin 100 m teleskoopilla λ= 9 cm Tausta vähennetään baselinesovituksen avulla Lähteen signaali (kohinadiodin yksiköissä) saadaan gausssovituksesta kun tausta on vähennetty Lähde on keilaan nähden pistemäinen, joten sovitus antaa myös keilan puoliarvoleveyden (FWHM = 3.8') Tcal saadaan kun planeetan pintakirkkaus ja läpimitta tunnetaan

Positiokytkentä position switching PSW suunnataan antenni vuoroin kohteeseen (ON), vuoroin taustataivaalta valittuun pisteeseen (OFF) havaittu spektri: ON OFF kohinan minimoimiseksi ON ja OFF aikojen pitää olla samat. OFF piste mieluiten samalla elevaatiolla kuin lähde ja mahdollisimman lähellä sitä. Taivaan kohinataso sama, antennin siirtymiseen kuluva aika minimoitu antaa yleensä hyvän baselinen, ellei integrointiaika liian pitkä ilmakehän vaihteluihin nähden

Keilakytkentä beam switching BSW havaitaan lähdettä ja taustataivasta sen lähellä liikuttelemalla fokuksessa olevaa peiliä taajuus tyypillisesti ~1 Hz offset luokkaa 10' dual beam swithing taustataivasta mitataan lähteen molemmilta puolilta toimii pienikokoisilla lähteillä (alle ~10') antaa yleensä erittäin hyvän baselinen

Keilakytkentä voidaan toteuttaa esim. seuraavasti: (katkoviivalla on merkitty chopperia eli pyöreää heijastavaa levyä, josta kaksi neljännestä on leikattu pois)

Taajuuskytkentä frequency switching FSW teleskooppi pidetään suunnattuna lähteeseen vastaanottimen LO taajuutta vitkutetaan arvojen f0 ja f0+δf välillä kun spektrometrin kaista ja viivan muoto sallivat, taajuutta kytketään kaistan sisällä molemmissa vaiheissa mitataan myös signaalia mittausaikaa säästyy baseline yleensä huonompi kuin positio ja keilakytkennöissä (kaistan muoto muuttuu keskitaajuuden mukana) hävittää kontinuumilähteen

Kalibrointi cm alueella cm alueella käytetään standardikalibrointilähteitä: yleensä radiogalakseja, jotka ovat keilaan nähden pistemäisiä, hitaasti muuttuvia ja polarisoitumattomia Ilmakehä on lähes täysin läpinäkyvä aallonpituuksilla λ> 5 cm. Signaali ei juurikaan riipu elevaatiosta. Lyhyemmillä aalloilla, erityisesti λ< 1cm, ilmakehän elevaatiosta riippuva vaimennus täytyy ottaa huomioon tehtäessä kalibraatiokorjausta

Esimerkki Effelsbergin 100 m teleskoopilla on havaittu CH radikaalin spektriviivoja aallonpituudella 9cm. Spektrit ovat ns. kohinadiodin yksiköissä (calibration units, c.u.) Miten spektrit saadaan oikeaan antennilämpötilaskaalaan?

Esimerkki (II) Kontinuumikalibrointi: radiogalaksi 3C123 ohikulkumittaus antaa signaalin 5.9 c.u. (suhteessa taustaan) 3C123:n vuontiheyden tiedetään olevan 23.0 Jy (λ= 9 cm) Spektrit saadaan Jy skaalaan kertomalla luvulla 23.0/5.9=3.9 (Jy/c.u.)

Esimerkki (III) Antennilämpötila: T A /S = A e /2k = 1.5 K/Jy, siis spektrit saadaan TA skaalaan kertomalla luvulla 1.5 3.9 = 5.8 (K/c.u.) Main beam brightness temperature: T MB =1/η MB TA=Ω A /Ω MB A e /2k S = λ 2 /2k 1/Ω MB S eli T MB /S = λ 2 /2k 1/Ω MB Ω MB =1.133 Θ 2, Θ = 4' keilan puoliarvoleveys T MB /S=2.0 K/Jy siis spektrit T MB skaalaan: kerrotaan luvulla 7.9 [K/c.u.]

Kalibrointi millimetrialueella Millimetrialueella taivas muuttuu nopeasti syöttötorven pieni koko mahdollistaa nopean taivaskalibroinnin ns. chopper wheelin avulla. Jäähdytetyn dewarin ansiosta myös kuuma kylmä kalibrointi onnistuu peilin ja chopper wheelin avulla

Chopper wheel kalibrointi I lähde: V(source) = G(TA* exp( A) + Tsky + Trec) taivas: V(sky) = G(Tsky + Trec) V(source) V(sky) TA* exp( A) = V(sky) Tsky + Trec TA* = lähteen antennilämpötila ilmakehän ulkopuolella exp( A) = ilmakehän vaimennus, A = 1/sin(EL), ns. ilmamassa Tsky+Trec = Tsys

Chopper wheel kalibrointi II Määritellään ekvivalentti Tsys ilmakehän ulkopuolella: Tsys* = (Tsky+Trec)*exp(+ A)Tällöin voidaan kirjoittaa V(source) V(sky) TA* = V(sky) Tsys* V(source) V(sky) TA* = Tsys* V(sky) Nyt tarvittaisiin Tsys* [K]

Chopper wheel kalibrointi III Tsky=Tatm(1 exp( A)) + Tbg exp( A) Tatm = ilmakehän lämpötila Tbg = (kosmisen) taustasäteilyn lämpötila Näiden avulla Tsys* voidaan kirjoittaa: Tsys* = (Tsky+Trec) exp(+ A) =(Tatm(1 exp( A)) + Tbg exp( A) +Trec) exp( A) Ol. yksinkertaisuuden vuoksi, että Tbg (~3 K) << Tatm, Trec: Tsys* Tatm(1 exp( A)) +Trec} exp( A)

Chopper wheel kalibrointi III Pannaan syöttötorven eteen pesusieni, jonka lämpötila Tamb Tatm, ja verrataan signaalia taivaaseen: V(amb) = G(Tamb+Trec) V(sky) = G(Tsys) V(amb) V(sky)= G(Tamb Tatm(1 exp( A)) G Tatm exp( A) V(sky) Tsys* = V(amb) V(sky) Tatm

Chopper wheel kalibrointi IV V(source) V(sky) V(sky,c) TA* = Tatm V(sky) V(amb,c) V(sky,c) (vähän yksinkertaistettu kaava) Tatm voidaan lukea lämpömittarista Spektrit siis saadaan suoraan TA* skaalaan suorittamalla aikaajoin kuuma taivas kalibrointi Tarvittava kalibrointiväli riippuu ilmakehästä, tyypillisesti se on muutamia minuutteja

Herkkyys ja integrointiaika I Tsys Radiometrikaava σ = t int σ = odottavissaoleva rms kohina = kaistanleveys t. spektrometrin kohinakaistanleveys (~2 kanavaa) t int = yksittäisen mittauksen integrointiaika (Seuraa oletuksesta, että signaali on gaussisesti jakautunut: tarkasteltaessa jakaumaa aika ja taajuusavaruuksissa, voidaan todeta t Ajassa tint saadaan tällöin N=t int / t = t int riippumatonta näytettä. Toisaalta N näytteen kokonaisvirhe on 1/ N kertaa yksittäisen näytteen virhe, jota kuvaa Tsys.)

Herkkyys ja integrointiaika II Positiokytkentä (PSW): tint = t ON = t OFF Kombinaatiossa ON OFF (yhteenlasku) kohina kasvaa kertoimella 2: (σ2 + σ2) = 2 σ Radiometrikaava kokonaisajan t tot =t ON +t OFF avulla: 2 Tsys PSW: T A = t tot

Herkkyys ja integrointiaika III Taajuuskytkentä (FSW): vaihe a: LO taajuus f0, vaihe b: taajuus f0+ f, t int = ta = tb Molemmissa vaiheissa saadaan sama σ Kun muodostetaan erotukset (a b)(f0) ja (b a)(f0+ f) kohina kasvaa jälleen kertoimella ( σ2+ σ 2) = 2σ Kun näistä otetaan keskiarvo, kohina pienenee kertoimella 1/ 2: Tsys 2Tsys FSW: T A = = t int t tot t tot =ta + tb

Herkkyys ja integrointiaika IV Vastaanottolaitteiston ja ilmakehän muuttuvuuden takia mittaukset tehdään lyhyissä pätkissä: t int on tyypillisesti luokkaa 1 min Riittävän signaali kohina suhteen saavuttamiseksi yksittäisiä mittauksia lasketaan yhteen Jos kohina pysyy gaussisena, keskiarvospektrin rms kohina voidaan edelleen laskea kaavasta K Tsys TA = t tot missä K=2 PSW t. BSW, K= 2 FSW