"我們通過(guò)LabVIEW快速完成了模塊化測試軟件，留下更多時(shí)間進(jìn)行早期開(kāi)發(fā)問(wèn)題的探測及診斷，大量節省總體成本。"

    微快門(mén)陣列在詹姆斯·韋伯空間望遠鏡中的應用

             

                            圖1.微快門(mén)測試圖形用戶(hù)界面

    隨著(zhù)哈勃太空望遠鏡進(jìn)入應用衰退期，人類(lèi)對太空探索的興趣卻不斷增長(cháng)。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）是下一個(gè)了解宇宙奧秘，研究大爆炸理論的有力工具。遠大目標的實(shí)現需要面對巨大的挑戰，包括開(kāi)發(fā)用于大孔徑的全新輕質(zhì)材料、改進(jìn)微弱信號檢測技術(shù)、測量同步光譜的微快門(mén)陣列。


    采用LabVIEW 測試微快門(mén)陣列，能夠在早期開(kāi)發(fā)中發(fā)現及診斷問(wèn)題，極大縮減成本。

    近紅外光譜儀（NIRSpec）中對微快門(mén)的需求是基于以下任務(wù)的約束：

● 單一光譜測量需要花費數天，這就迫切需要多傳感器設備

● 在沒(méi)有孔掩模的情況下，光譜重疊會(huì )污染數據集，造成不可用數據

● 掩摸必須能夠根據衛星移動(dòng)進(jìn)行重新配置

鑒于上述約束，NASA 戈達德空間飛行中心開(kāi)發(fā)了可編程孔掩模（微快門(mén)）來(lái)滿(mǎn)足JWST 的任務(wù)需要。

微快門(mén)陣列的操作




                 圖2. NASA 微快門(mén)控制結構圖

     微快門(mén)陣列由數千100 μm x 200 μm 的開(kāi)關(guān)元件組成，能夠根據傳感器視場(chǎng)，獨立控制其開(kāi)關(guān)狀態(tài)實(shí)現自定義圖像掩模。

     操作中，探測器在遇到目標時(shí)開(kāi)啟；探測器與目標間存在障礙時(shí)關(guān)閉。

     通過(guò)陣列上的磁偏轉來(lái)推動(dòng)快門(mén)開(kāi)啟，此后在陣列行、列上加適當電壓，保持單個(gè)快門(mén)開(kāi)啟，未加電壓的快門(mén)將關(guān)閉。

集成測試器硬件

    微快門(mén)測試器的目標有兩個(gè)：1）提供設計反饋，2）估計單元使用壽命。由于測試中必須模擬太空環(huán)境，軟件通過(guò)GPIB 設備實(shí)現對系統的監測及溫度、壓力控制。用戶(hù)能夠通過(guò)設置不同溫度來(lái)模擬太陽(yáng)溫度變化所造成的影響。

    為提供設計反饋及估計單元使用壽命，自動(dòng)化測試器驅動(dòng)快門(mén)元件重復開(kāi)關(guān)，同時(shí)在指定間隔內采集圖像。陣列由GPIB 電源和數字驅動(dòng)的繼電器供電。NI PCI-7344 控制器及NI MID-7604 驅動(dòng)器控制測試中的磁運動(dòng)及三軸攝像頭位置。當發(fā)現問(wèn)題時(shí)，用戶(hù)可將系統置于更高分辨率的“圖像馬賽克”模式，以4微米分辨率掃描攝像頭，從而獲得單個(gè)快門(mén)的詳細數據。用戶(hù)通過(guò)Mink Hollow Systems 公司的MosaicVIEW 軟件合成獨立小圖像。

    發(fā)展靈活測試的技術(shù)

    通過(guò)創(chuàng )建模塊化測試軟件配置自定義測試，以最小的代碼修改來(lái)添加或改換設備。在控制環(huán)境中復制測試設備要求軟件同步運行兩個(gè)測試。由于需要集成多個(gè)不同設備及維護模塊化代碼，LabVIEW成為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的最佳選擇。

    測試步驟是向測試器發(fā)送一系列指令，這些指令實(shí)現預先定義的功能。通過(guò)該步驟，用戶(hù)無(wú)需修改代碼就可配置新測試。

    例如，根據成像的陣列循環(huán)測試步驟如下：

● 微快門(mén)元件上電

● 陣列磁偏轉（打開(kāi)所有快門(mén)）

● 采集圖像

● 微快門(mén)陣列斷電（關(guān)閉所有快門(mén)）

● 采集圖像

    用戶(hù)可以將該測試與之前經(jīng)過(guò)陣列磁偏轉的采集圖像測試進(jìn)行 比較。結果清楚顯示了在沒(méi)有附加磁偏轉下元件間歇性保持關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的彈壓。

    需要成像的測試循環(huán)比不需要成像的測試循環(huán)花費更多的時(shí)間。為了在需要成像的情況下進(jìn)行上萬(wàn)次測試循環(huán)，我們設計的系統允許同時(shí)進(jìn)行兩組測試步驟。測試腳本中結合兩個(gè)循環(huán)步驟，在成像步驟前列出完整的磁偏轉循環(huán)步驟。有了這項功能，用戶(hù)可設置在測試開(kāi)始階段獲取大量圖像，而測試過(guò)程中獲取少量圖像，從而提高測試速度及圖像反饋。

    這是一個(gè)重要特性，在微快門(mén)的早期測試中顯示，快門(mén)失效率隨著(zhù)激勵的增加而降低。

    為了適應測試站的硬件修改，設備驅動(dòng)以對象形式實(shí)現，便于添加設備類(lèi)型。例如，在下一代測試器中，用Sony 代替QImaging 攝像頭。雖然驅動(dòng)不同，但是除開(kāi)基本代碼需要重寫(xiě)外，軟件包括成像對象，其方法及屬性仍然保持不變，但其基本代碼需要重寫(xiě)。

    該設計中，我們實(shí)現了新攝像頭的無(wú)縫集成，同時(shí)維持軟件整體的版本統一。更重要的是無(wú)需更新測試步驟。

   縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，節省成本

    NIRSpec通過(guò)微快門(mén)陣列讓科學(xué)家能從詹姆斯·韋伯太空望遠鏡上同步采集數百條光譜，這一能力在航天領(lǐng)域中首屈一指。新技術(shù)通過(guò)現代傳感器獲取大量數據，但要求設備有足夠長(cháng)的使用壽命。我們設計的自動(dòng)化測試器允許用戶(hù)自定義測試，快速適應新測試設備，同時(shí)只付出最小代價(jià)，從而有助于微快門(mén)的性能研究及可行性驗證。我們通過(guò)LabVIEW 快速完成了模塊化測試軟件，留下更多時(shí)間進(jìn)行早期開(kāi)發(fā)問(wèn)題的探測及診斷，大量節省總體成本。