SQM

[Hans Gruber]

Bonjour à tous

 

Avec la reprise des beaux jours je reprend l'astro tranquillement. J'en ai profité pour bricoler un SQM en impression 3D.

J'ai ajouté un petit objectif type webcam, pour mesurer sur un angle d'environ 20°.

Le circuit est réduit à sa plus simple expression  : Un boitier à pile, une carte type arduino avec écran, et un capteur.

La face avant se démonte pour pouvoir ajouter un éventuel filtre, mais je ne suis pas sur que ce soit utile un jour.

 

Il ne reste plus qu'à le calibrer...

 

 

Modifié 4 juillet 2022 par Hans Gruber

[tt8ed]

Bonjour Hans

je serai interessé par la partie electronique et programmation de ton SQM. As -tu un site ?

 a+

 

stéphane

[Hans Gruber]

Bonjour tted, je suis désolé je n'avais pas vu la notification pour ton message. Je te donne ça ce soir.

Je n'ai pas de site perso (c'est en projet depuis longtemps), mais je peux te communiquer toutes les infos ; le programme et le câblage sont très simples.

[tt8ed]

Bonjour 

Merci de ta réponse. 

Le principe de la mesure c'est quoi ? 

On fait une comparaison ? 

 

Stéphane 

[morbli]

Bonjour,

je suis intéressé par les références (lien?) de l'optique et du capteur de luminosité.

 

Est-ce que ton montage est basé sur le projet mySQM (https://sourceforge.net/projects/arduinomysqmskyqualitymeter/)

[Hans Gruber]

Le principe est le suivant : Le ciel émet une certaine quantité de lumière dans un angle solide donné.

Une optique dirigée vers cette source de lumière va former une petite tache lumineuse au foyer, sur le capteur.

Le capteur converti la quantité de lumière reçue en un signal électrique, qui peut facilement être lu.

On pourrait comparer avec la situation suivante : Une image est projetée sur un grand écran, que l'on regarde à travers un tube. En balayant la surface de l'écran on pourra dire "ici c'est lumineux", ou "ici c'est sombre".

 

Pour une question de sensibilité et de cout il y a 3 capteurs particulièrement intéressants : TSL235 (10 millilux mini), TSL237(3millilux) et TSL2591 (0.2millilux).

Le plus adapté est le dernier, mais j'avais déjà les 2 autres sous la main, reste d'un autre projet. J'ai finalement utilisé un 237. La sensibilité reste suffisante jusqu'à bortle 2 environ.

 

Dans la chaine de mesure il y a plusieurs facteurs à prendre en compte :

- L'optique utilisée a une transmission plus ou moins bonne

- La petite tache lumineuse au foyer se forme sur la partie sensible du capteur, mais aussi un peu à coté

- Le capteur a une réponse légèrement variable d'un modèle à l'autre

- Au final on veut exprimer une luminosité en équivalent magnitude par seconde d'arc² ; il y a une conversion à effectuer en fonction de l'angle mesuré.

 

Mais tout ceci n'est pas très grave, car on va mesurer un signal qui sera proportionnel à la luminosité du ciel, à un facteur multiplicatif près (facteur de conversion d'angle solide*facteur d'efficacité optique).

La magnitude est égale à - 2.5 * log (signal mesuré * coefficient de conversion).

 

On sort le facteur de conversion du log pour en faire une constante de correction de la mesure, que l'on va appeler k. La formule devient k  + (-2.5 log(signal mesuré) ) = k - 2.5 log(signal mesuré).

 

Il ne reste plus qu'à faire une mesure dans une zone où l'on connait la valeur de sqm, et d'ajuster la valeur de la correction (qui vaut  20.78 dans mon cas).

 

J'ai jeté un œil sur le projet mysqm pour voir ce qui a déjà été fait, mais c'est inutilement compliqué.

 

Pour la réalisation j'ai utilisé une carte TTGO T-Display que j'affectionne beaucoup car on a déjà 2 boutons, un écran, le bluetooth et wifi, une mémoire flash conséquente et la possibilité d'alimenter avec des piles ou un petit accu lithium (3.3 à 5.5V). https://fr.aliexpress.com/item/1005003576743436.html

Pour les plus radins on peut utiliser un esp32 et récupérer la valeur lue directement sur son téléphone. Dans ce cas on trouve la carte avec port pour environ 5 euros.

Le tsl237 se trouve autour de 5 euros avec port.

 

Le schéma est extrêmement simple :

 

Note 1 : Dans des conditions normales la fréquence du capteur va osciller entre 0.1 et 10 Hz environ, donc on ne va pas mesurer la fréquence, mais la durée de l'impulsion, avec PulseIn, que l'on va ensuite convertir en fréquence. J'ai utilisé un timeout de 10 secondes, car le capteur ne sait pas mesurer au delà. Si on dépasse 10 secondes on est hors échelle.

 

//sortie du tsl237 reliee à pin32
const byte PIN_SIGNAL = 32;
#include <TFT_eSPI.h>
#include <SPI.h>
TFT_eSPI tft = TFT_eSPI();
#define TFT_GREY 0x5AEB
float frequence;
float sqm;
float k=20.78;
int Bor;



void setup() {

  // Configure le port série pour verif
  Serial.begin(9600);

  // Met la broche de signal en entrée
  pinMode(PIN_SIGNAL, INPUT);
  tft.init();
  tft.setRotation(1);
  //rempli l'ecran en noir
  tft.fillScreen(TFT_BLACK);
}


void loop() {

  // Mesure la durée de l'impulsion haute (timeout de 10s)
  noInterrupts();
  unsigned long periodeH = pulseIn(PIN_SIGNAL, HIGH,10000000);
  interrupts();
   tft.fillScreen(TFT_BLACK);

  // Affiche la durée de l'impulsion (en us) sur le port série
  Serial.println(periodeH);

  //positionne le curseur 
  tft.setCursor(25, 25);
  tft.setTextColor(TFT_RED,TFT_BLACK);  tft.setTextSize(3);
  
  //conversion en frequence
  frequence = 1 / (PeriodeH / 1e6);
  
  //affichage freq, sqm et bortle
  tft.print("F:");
  tft.println(frequence,3);
  
  tft.setCursor(25, 60);
  tft.print("SQM:");
  sqm = k - 2.5*log10(frequence);
  tft.println(sqm,2);

  tft.setCursor(25, 95);
  tft.print("Bortle ");
  tft.println(Bor);
  
  delay(2000);
 
  

}

 

Note 2 : Je n'ai pas encore codée la conversion en bortle, mais ça ne représente pas une grande difficulté.

Note 3 : Il serait préférable de faire une moyenne mobile des mesures. Ce n'est pas encore codé, mais c'est en projet.

Note 4 : Le tsl237 est sensible dans l'IR, or le sqm ne concerne que la partie visible. Il faut utiliser un petit filtre ir-cut devant le capteur, ou comme pour moi utiliser une optique déjà filtrée : https://fr.aliexpress.com/item/1005003160589552.html

Si on utilise un tsl2591 il y a 2 capteurs différents dans un même boitier, ce qui permet de déduire la part dans l'IR.

Note 5 : Ce n'est pas vraiment grave, mais j'ai utilisé un reste de filament jaune, qui laisse passer la lumière. L'appareil est inutilisable si par exemple quelqu'un nous éclaire avec une lampe torche, mais dans des conditions normales ce n'est pas gênant. Je recommanderais toutefois d'imprimer avec du filament noir.

[tt8ed]

merci d'avoir pris le temps de ces explications. c'est un truc qui me trotte depuis un certain temps. J'ajoute dans la pile des thinks to do :))) et bravo pour ton montage.

Le seul point qui me parait imprécis est l’étalonnage. comment connaître la valeur de ce que l'on veut mesurer ? carte ? ou un second appareil déjà étalonné?

En tout cas passionnant.

stéphane

[Hans Gruber]

Je me réfère à cette carte : https://www.lightpollutionmap.info/#zoom=6.05&lat=47.9858&lon=0.5713&layers=B0FFFFFFFTFFFFFFFFFFF

 

Il y a forcément une imprécision, mais ce n'est pas très grave vu que j'utilise cet appareil pour comparer les différents sites d'observation.

[tt8ed]

Tu entres les coordonnées et tu obtiens le sqm moyen  du lieu. 

Ça vaut le coup de faire une série de mesures pour mettre le coef de correction qui correspond à une moyenne mesurée, pour comparer inter site c est mieux. 

Je souhaite m en servir en complément pour indiquer la qualité de la nuit en cours. Donc c est un comparatif nuit par nuit, ou tout au long de la nuit pour arrêter ou mettre en route le setup donc pas de mesure absolue non plus. Mais j aimerai bien avoir une mesure que je puisse comparer avec les autres. 

Stephane

 

[Hans Gruber]

Il y a une autre solution pour calibrer l'appareil, qui consiste à faire une mesure avec l'appareil, et comparer avec une photo du ciel au même moment.

Connaissant l'ouverture, l'iso et le temps d'exposition on peut calculer le sqm sur une zone, qui doit alors correspondre à l'angle de mesure du sqmetre

 

Modifié 26 septembre 2022 par Hans Gruber

[tt8ed]

c'est amusant, car ce matin je me disais qu'il serait possible de mesurer le fond de ciel a partir des photos astro mais je n'étais pas allé plus loin dans la réflexion.

ca doit être facile car des logiciels comme siril on des bases photométriques qui permettent d'avoir des références, à partir de la on doit pouvoir faire plein de truc, sauf que ca oblige a sortir le matos

[Hans Gruber]

On peut le faire avec un simple appareil photo filtré (voire même un smartphone), je pense même que ce serait plus précis car l'iso est censé être normalisé.