Light Pollutoin Meter (LPM) - устройство для измерения световой засветки

[Alex]

Представляем вниманию Light Pollutoin Meter (LPM) - специальное устройство для измерения световой засветки и пригодности места для проведения астрономических наблюдений.

Прибор LPM предназначен для измерения яркости ночного неба с целью определения наилучшего места и наилучших условий для проведения успешных наблюдений. LPM измеряет яркость неба в звездных величинах на квадратную угловую секунду. Чем больше значение этой величины, тем лучше небо для наблюдений. Места со значением фона более 21 mag/arcsec могут считаться пригодными для наблюдений объектов "глубокого" Космоса.

Прибор LPM очень компактен: не более пачки сигарет и весит не более 100 гр.

Это разработка одного из участников Астрофорума. Заказать можно здесь: https://astronom.ru/product/ustrojstvo-izmereniya-svetovoj-zasvetki-neba-lpm.html

[Alex]

Можно сказать - это наш отечественный аналог Sky Quality Meter, но только дешевле.

[Артём Закрин]

Простите за глупый вопрос...
Он просто замеряет количество света на каком то участке неба или же там "умное" разделение городского света и света звёзд?

[Грехов Михаил]

Просто тупо яркость неба. Засвеченное небо в центре развитого города типа Москвы, Питера, Новосибирска, Екатеринбурга ярче естественного во много раз. Этак 20-50. Смысл что-то там фильтровать? Небо без засветки практически - от идеала в 0.5...1 раз по яркости это почти серая зона.

Другое дело-калиброван ли этот прибор и интересно было бы узнать его испытания в соотвествии с SQM. Показывают ли абсолютно одинаково. Ну и наклеить на него еще шкалу - это раз... и второе-добавить светодиоды - то есть измеряет уровень засветки и в зависимости от показаний зажигает светодиоды по зонам... белый, красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый. Но понятное дело, что очень тусклые. Фиолетовый или совсем ничего не горит - самое крутое небо. 

[wad]

Представляем вниманию Light Pollutoin Meter (LPM) - специальное устройство для измерения световой засветки и пригодности места для проведения астрономических наблюдений.

Измерение засветки -это просто прекрасно!
 Вот только, после того, как я промерю засветку своего места наблюдения, станет ли она от этого меньшей или большей? Поможет ли мне это более эффективно проводить астрономические наблюдения с того же места? И что я должен буду делать, если засветка моего балкона, с которого я наблюдаю будет большой?  Мне нужно будет искать другой балкон, с меньшей засветкой?
На мой взгляд совершенно бесполезный прибор с точки зрения ЛА, хотя возможно для профессиональных астрономов он и подойдет!

[Владимир ARS]

Ну как дополнение при выездных наблюдениях в разведке площадок он весьма полезен, хотя опытные ла все на глаз видят. Подумываю чтобы заказать приборчик)

[wad]

хотя опытные ла все на глаз видят

Вот и я про то! Если прибор покажет несколько большую  засветку на выезде, вы наверно тогда соберетесь и поедете домой, а наблюдать не будете.

[Владимир ARS]

Для новичков, которые сами не знают пока как понять , какое лучше поле - это или соседнее, прибор весьма полезен будет.

[Грехов Михаил]

На мой взгляд совершенно бесполезный прибор с точки зрения ЛА, хотя возможно для профессиональных астрономов он и подойдет!

Видимо чтобы более обосновано мериться чл тем у кого в момент наблюдений засветка была минимальна. Ну и вести мониторинг мест наблюдений, степенью идеальности условий. Каждому в руки конечно такой не нужен. Но на компанию ЛА будет полезен.

[wad]

Видимо чтобы более обосновано мериться чл тем у кого в момент наблюдений засветка была минимальна.  Ну и вести мониторинг мест наблюдений, степенью идеальности условий. Каждому в руки конечно такой не нужен. Но на компанию ЛА будет полезен.

Есть же карты засветки местности. На мой субъективный взгляд для ЛА процесс наблюдений в следующем: оценка состояния места наблюдений с точки зрения атмосферы и засветки, план наблюдений на обозримый промежуток времени,  его реализация.  А это значит, если есть желание наблюдать, то уровень засветки уже роли не играет- просто от него зависит план будущих наблюдений- какие объекты при данном уровне засветки (и состоянии атмосферы)  доступны для наблюдений. И прибор, как таковой, для этого совершенно не нужен, поскольку его применение ничего не меняет в плане наблюдений.
Ну а мериться нужно не уровнем засветки, опять же на мой субъективный взгляд, а достижимыми результатами наблюдений, которые зависят от многих факторов (особенностей инструментов, атмосферы, опыта наблюдателей и многих других, а не только от степени засветки неба).

[Владимир ARS]

Ну для дипов засветка имеет первостепенную роль, поэтому важно правильно выбрать место для наблюдений, согласен с Михаилом, на группу ла полезно иметь такой приборчик)

[wad]

Это разработка одного из участников Астрофорума.

Я допускаю возможность, что я не прав и дипскайщикам, особенно начинающим этот прибор может понадобится, но тогда, наверно его изготовителям следовало бы провести маркетинговые исследования (хотя бы в виде опроса на этом форуме) о востебованности этого прибора, прежде чем его разрабатывать, производить и выкладывать в продажу. Я уже сталкивался с этим по характеру своей работы, когда разработчик нового продукта, разрабатывают его только на основании собственных субъективных представлений о том, что он может быть востребован, но не проводит предварительных исследований о том, насколько этот товар нужен потребителю. При отсутствии таких исследований продать этот прибор поможет только агрессивная реклама!

[Грехов Михаил]

Что мешает ему продавать его непосредственно через форум? Как тот же Иван Ионов делает GMK коллиматоры, контроллеры фокусеров и др. Зачем нужен посредник в виде магазина? К тому же еще будет дешевле, можно поначалу дать плавный старт в виде работы только по заказам и изучить спрос... дабы не вложиться в сотню приборов и не смочь их реализовать?

А уж потом, если все дело зацветет яблонями и грушами, то массовое распространение через магазины. Хотя конечно рынок ограничен и не всем нужно. Вполне возможно быстро придет к насыщению.   

[wad]

Что мешает ему продавать его непосредственно через форум? К тому же еще будет дешевле, можно поначалу дать плавный старт в виде работы только по заказам и изучить спрос... дабы не вложиться в сотню приборов и не смочь их реализовать?

Я так понял, что автор прибора уже "вложился":  помогу магазину и автору как ЛА и с дублирую еще раз ссылку автора темы:
https://astronom.ru/product/ustrojstvo-izmereniya-svetovoj-zasvetki-neba-lpm.html
А чтобы не прогореть, нужно было бы все таки предварительно изучить спрос- это беда многих наших отечественных производителей, есть интересная идея, но нет знания экономических механизмов ее реализации.

[Alex]

Что мешает ему продавать его непосредственно через форум? Как тот же Иван Ионов делает GMK коллиматоры, контроллеры фокусеров и др. ...

Иван ничего через форум не продает. Просто его здесь многие знают, и напрямую обращаются. Прямы продажи на форуме запрещены.  Читаем правила!

[Palomar]

Привет всем!

Представляю свою разработку – Light Pollution Meter (LPM), аналог зарубежного SQM-L. Предназначен прибор для измерения уровня светового загрязнения ночного неба в местах наблюдений. Как и его американский прообраз, устройство выполнено в форме небольшой коробочки, поэтому легко может быть взято с собой на наблюдения.

Прибор функционирует на базе общеизвестного датчика TSL-237. Используется линза и ИК-фильтр. Показания выводятся в стандартных «попугаях» - mag/arcsec². Точность показаний составляет +-0,1 mag/arcsec². Также предусмотрена возможность коррекции выводимого результата в пределах +-1,0 mag/arcsec² с шагом 0,05 mag/arcsec². Этой возможностью можно воспользоваться при желании и наличии под рукой других подобных приборов (SQM-L) в качестве эталона или при помощи калибровки по изображениям с камеры (об этом ниже). Значение корректора сохранится в памяти контроллера, и в дальнейшем все показания будут выводиться с его учетом. Кроме того, прибор имеет функцию автоматического отключения по таймеру (30с) для экономии заряда батареи.





Использование

Все управление осуществляется одной центральной клавишей. Для включения устройства ее нужно нажать один раз. Появится значение, равное нулю. Необходимо направить объектив на интересующий участок небесной сферы (например, в зенит) и коротко (< 1c) нажать кнопку. Будет произведено измерение. При этом в процессе измерения светодиодный дисплей погаснет для исключения влияния паразитной засветки.  Затем появится результат. Если он будет меньше 15 mag/arcsec², то на дисплее появится символ E (Error), означающий выход за нормальный диапазон. Следующее короткое нажатие произведет следующее измерение и т.д. При необходимости введения коррекции следует удерживать центральную клавишу > 2с. Тогда устройство перейдет в режим коррекции, и короткие нажатия будут менять коэффициент коррекции в пределах установленного диапазона.  Для выхода в обычный режим с сохранением значения корректора в EEPROM контроллера нужно также удерживать кнопку > 2с. Выключение произойдет автоматически по истечении 30с и отсутствии активности (нажатие клавиши или запущенный сеанс измерения).



Технические детали

• датчик –TSL237T;
• линза - EDOL-AA10-M15 (10°);
• контроллер – Atmega328P;
• индикация – четырехразрядный семисегментный индикатор;
• связь с ПК - на плате выведены штырьковые контакты ICSP, что позволит перепрошить контроллер при необходимости;
• питание – 3хААА (в комплекте), допустимый диапазон 3.3 - 5 В;
• материал корпуса – ABS-пластик (3D печать), оптический блок фрезерован из Д16Т;
• размер (ДхШхВ), мм – 103х53х25;
• вес, г  – 92;

Калибровка

Теперь о калибровке датчика. За основу был взят метод, предложенный Игорем Чекалиным (Pilgrim).Кратко процитирую сюда его суть:

• Берём калиброванный (bias/dark/flat) кадр без пьедестала (опционально добавляемое некоторыми программами смещение(*)).
• Идентифицируем на нем не пересвеченную звезду, желательно спектрального класса близкого к G2V. Смотрим её блеск Vmag по каталогу, обозначим её MAG0.
• Измеряем её полную интенсивность, в единицах отсчета (ADU), Iзвезды. Это сумма всех превышений интенсивности пикселей звезды над уровнем фона.
• Измеряем яркость фона. Iфон.
• Масштаб в "/пиксель нам известен заранее, он равен SCALE = 206265 * ПИКСЕЛЬмм / ФОКУСмм
• Тогда яркость фона в m/(угл. сек)² равна Mфон = MAG0 - 2.5 * log( Iфон/(Iзвезды*SCALE²))

Очевидно, измерение одной звезды на одном снимке может привести к неточностям и о реальном положении дел не скажет ничего. Поэтому было принято решение снимать в разные ночи несколько площадок в зените, отыскивать на них все звезды, близкие к указанному спектральному классу и затем усреднять полученные данные.

Для решения этой задачи я изготовил вот такой измерительный бокс, состоящий из QHY5 и Canon EF50 II. Для фокусировки использовался мой переходник, управляемый ASCOM EF Driver. В качестве фильтра я установил сбиговский 36мм L. Шаговик и распечатанный на 3D принтере затвор служат для производства дарков и биасов. Рядом установлен модуль датчика. Параллельно съемке на QHY он непрерывно логирует показания частоты.



Полученные снимки калибруются и подвергаются анализу. Он начинается с поиска всех звезд по нужному спектральному классу и звездной величине (чтобы не измерять глюки на гране фиксации и яркие пересвеченные блямбы). Сначала используется PinPoint для определения координат центра снимка и позиционного угла. Затем на помощь приходит база SIMBAD, обладающая обширнейшими инструментами для поиска и анализа астрономических данных.

Пример запроса:

region(rotatedbox, 15 43 +56 56, 404m 323m, 349) & sptypes>= 'G0' & sptypes<= G5 & Vmag> 7.0 & Vmag< 9.2

• rotatedbox кроме координат центра и размера поля (в arcmin в данном случае) учитывает еще и позиционный угол, что, безусловно, удобно;
• sptypes выполнит поиск в рамках указанного диапазона спектральных классов;
• Vmag выполнит поиск в рамках указанного диапазона звездных величин.

После этого по выбранным звездам проводится измерения ADU, а также измеряется уровень фона. Все происходит автоматически, для этого была написана небольшая утилита. Затем  данные отправляются в Excel.

Калибровка нужна ради получения константы base в формуле:

mbg = base - 2.5 * log10(freq)

по которой выполняются вычисления в приборе. Когда мы знаем уровень фона (mbg) и частоту (freq), измеренную датчиком, вычислить base не представляет труда. Естественно, следует усреднить данные и посмотреть корреляцию.



Полученная константа прошивается в память контроллера. Влиять на показания прибора можно, как упоминалось выше, с помощью коэффициента коррекции по дополненной формуле:

mbg = base + сс - 2.5 * log10(freq)

где сс (correction coefficient) – коэффициент коррекции.

Затем я проверил показания откалиброванного датчика с измерениями на камеру.



Отклонение не превышает +-0,1 mag/arcsec².

PS

До TSL237 руки дошли в конце того года, первые эксперименты я проводил на базе сенсора, предоставленного мне уважаемым БорисЕ за что ему огромное спасибо! Его тема с погодной станцией для обсерватории вдохновила меня на создание подобного комплекса для своей удаленки. Работа была успешно завершена, станция установлена, но на базе TSL237 мне захотелось реализовать портативный ручной вариант для выездов. Была проведена туча всевозможных измерений (влияние температуры воздуха, напряжения питания и пр.), построены графики, выполнено сравнение с datasheet. После этого был создан прототип «для себя».

Проделанная работа не желала отправляться «в стол». Появилось желание сделать продукт для сообщества и, тем самым, принести какую то пользу. Так как мне нравятся хорошие решения и я не чужд технической эстетики, создание устройства, которое не стыдно показать публике заняло гораздо больше времени. Результат вы можете видеть на приведенных фотографиях.

Спасибо за внимание

[wad]

Проделанная работа не желала отправляться «в стол». Появилось желание сделать продукт для сообщества и, тем самым, принести какую то пользу. Так как мне нравятся хорошие решения и я не чужд технической эстетики, создание устройства, которое не стыдно показать публике заняло гораздо больше времени. Результат вы можете видеть на приведенных фотографиях.

Автору прибора +1 за интересную реализацию выбранного решения! Желаю удачи!

[Palomar]

По накопившимся постам отвечу сразу всем откликнувшимся

Да, прибор ничего не сделает с вашим местом наблюдений, от того, что он у вас будет впечатления от 20" доба на высоте 5000 метров у себя в деревне вы не получите. С другой стороны он может кое что рассказать о состоянии вашей площадки прямо здесь и сейчас. Карты засветки хороши, но для моего места устарели на несколько лет, и небо меня уже давно визуально разочаровывало. Датчик все это подтвердил - зеленая зона сменилась откровенно желтой. Теперь придется гонять на выезды.

Также интересно было наблюдать за косвенным определением прозрачности атмосферы. При моей засветке дымка и туман вполне неплохо подсвечены и выдают себя на показаниях прибора. Хотя по прогнозам должно быть все ясно и чисто. В общем можно многое узнать о перспективах наблюдения в выбранном месте в данный момент с текущими условиями.

По поводу коммерции сразу отвечу и закроем этот вопрос. Мне прежде всего важен вклад в сообщество ЛА. Если изделие будет кому то полезно, я буду рад. Какой то агрессивной рекламы и не предполагалось. Потребители устройства - люди грамотные и образованные, все решат для себя сами. Алексей любезно предложил свою помощь в реализации цивилизованного способа продаж, за что ему огромное спасибо.

И пользуясь случаем, передам привет Ивану Ионову. Именно его пример, его мастерская здорово вдохновляют заниматься разработками, осваивать станки, паять, писать прошивки и прочее.

[Грехов Михаил]

Да, автору респект и уважение. Немножко идей:

1. Сделать кнопку вровень с корпусом и чуть вогнутую (вполне возможно применить другую тактовую кнопку), а сверху уже кнопку, которая бы просто лежала на тактовой и центрировалась посредством буртика и отверстия в корпусе. Помимо внешнего вида это понизит случайность нажатия (допустим прибор где-то лежит... случайно сдавливается в сумке и там начинает мерить яркость неба внутри сумки... приезжаешь на выезд... батарейки сели. 
2. Утопить датчик вглубь. То есть вообще из прибора ничего выпирать не должно. А-ля кирпич в виде айфона. Это лучше с точки зрения дальнейшего удобства его чехления лучше конечно датчиком засовывать вглубь. На 3D принтере можно распечатать корпус любого вида.
3. Можно ли сделать его как можно более плоским? Над батарейками ААА полно пустого места. Металлическое кольцо лишнее- если датчик утоплен, то оно уже не нужно. Сам датчик размером 4,6х4,6мм. Реально, если будет как можно более плоским и компактным-только плюс и конкурентное преимущество!
4. Что-то с чехлом передумать. Дермантин не айс выглядит и не товарного вида... Лучше бы кожа. Уголки подшить конвертиком, чтобы не выпирали. Или просто 2 куска кожи и красивая строчка... либо прибор входит плотно и не выпадает сам по себе и тогда вообще без клапана. Или если клапан, то тогда на кнопке или с неодимовым магнитом скажем. Как пример-см фото.

Может быть это будет учтено во второй версии прибора... Сорри за критику.... 

[leviathan]

Прибор явно не для балконщиков и теоретегов, рассуждающих выше о его необходимости и при этом ни разу в руках его не державшие. Тысячи обладателей западного аналога SQM Meter наверное и не в курсе какой он бесполезный. Разумеется он не для городских балконных измерений засветки, в городе вообще по дипам почти ловить нечего. А вот когда активно ищешь хорошие места для будущих наблюдений, а времени на выезды и на адаптацию глаз к темноте для оценки дедовскими методами мало, тогда этот прибор и может неплохо помочь. Конечно он не без изъянов и при нахождении приличного места для наблюдения лучше повторять измерения, также как и пользоваться панорамными фотографиями для оценки куполов засветки и на глаз смотреть видимость МП и предельных звёзд. Не говоря уже о том что прозрачность очень сильно меняется от ночи к ночи. Но для быстрой прикидки вполне сойдёт.

О картах засветки читать вообще смешно: они как правило устаревшие и дают лишь приблизительную картину того куда ехать точно не стоит. Без реальных измерений и наблюдений на месте не получится.