Домашен Фурие спектрометър. Как да си направим спектрометър от мобилен телефон? Има проста рецепта Направете дифракционна решетка със собствените си ръце

урок

Приятели, петък вечер наближава, това е прекрасно интимно време, когато под прикритието на примамлив здрач можете да вземете своя спектрометър и цяла нощ да измервате спектъра на лампа с нажежаема жичка до първите лъчи на изгряващото слънце и когато слънцето изгрява, измерете неговия спектър.
Как все още нямате своя спектрометър? Няма значение, нека влезем под разрез и да поправим това недоразумение.
Внимание! Тази статия не претендира за пълноценен урок, но може би след 20 минути след като я прочетете, ще разложите първия си емисионен спектър.

Човек и спектроскоп

Ще ви разкажа в реда, в който аз самият преминах през всички етапи, може да се каже от най-лошия към най-добрия. Ако някой е насочен незабавно към повече или по-малко сериозен резултат, тогава половината от статията може спокойно да бъде пропусната. Е, за хора с криви ръце (като моята) и просто любопитни ще е интересно да прочетат за моите изпитания от самото начало.
Разходки в интернет достатъчноматериали за това как да сглобите спектрометър / спектроскоп със собствените си ръце от импровизирани материали.
За да придобиете спектроскоп у дома, в самото прост случайизобщо не е нужно много - заготовка за CD/DVD и кутия.
Този материал ме доведе до първите ми експерименти по изучаване на спектъра – Спектроскопия

Всъщност, благодарение на разработките на автора, сглобих първия си спектроскоп от трансмисивна дифракционна решетка DVD диски картонена кутияот под чая, а още по-рано преди това ми беше достатъчен дебел картон с процеп и прозрачна решетка от заготовка на DVD.
Не мога да кажа, че резултатите бяха зашеметяващи, но успяхме да получим първите спектри, като по чудо запазени снимки на процеса под спойлера

Фото спектроскопи и спектър

Първият вариант с парче картон

Вторият вариант с кутия чай

И уловения спектър

Единственото нещо за мое удобство, той промени този дизайн USB видео камера, се оказа така:

снимка на спектрометъра

Трябва да кажа веднага, че тази модификация ме спаси от необходимостта да използвам камерата мобилен телефон, но имаше един недостатък, камерата не можеше да бъде калибрирана към настройките на услугата Spectral Worckbench (която ще бъде разгледана по-долу). Следователно не успях да уловя спектъра в реално време, но беше напълно възможно да разпозная вече събраните снимки.

Така че да приемем, че сте купили или сглобили спектроскоп според горните инструкции.
След това създайте акаунт в проекта PublicLab.org и отидете на страницата на услугата SpectralWorkbench.org След това ще ви опиша техниката за разпознаване на спектъра, която използвах самият аз.
Като начало ще трябва да калибрираме нашия спектрометър.За да направите това, ще трябва да направите снимка на спектъра на флуоресцентна лампа, за предпочитане голяма лампа за таван, но ще свърши работа и енергоспестяваща лампа.
1) Натиснете бутона Capture spectra
2) Качете изображение
3) Попълнете полетата, изберете файла, изберете ново калибриране, изберете устройството (можете да изберете мини спектроскоп или просто персонализиран), изберете кой спектър имате, вертикален или хоризонтален, така че да е ясно, че спектрите в екранна снимка на предишната програма са хоризонтални
4) Ще се отвори прозорец с графики.
5) Проверете как се върти вашият спектър. Синята гама трябва да е отляво, червената трябва да е отдясно. Ако това не е така, изберете повече инструменти – бутон за обръщане хоризонтално, след което виждаме, че изображението се е завъртяло, а графиката не, така че натискаме още инструменти – повторно извличане от снимка, всички върхове отново съответстват на реални пикове .

6) Натиснете бутона Calibrate, натиснете Start, изберете синия пик директно на графиката (вижте екранната снимка), натиснете LMB и изскачащият прозорец се отваря отново, сега трябва да натиснете Finish и изберете последния зелен пик, след което страницата ще се опресни и ще получим изображението с калибрираните дължини на вълната.
Сега можете да попълните и други изследвани спектри, като при заявка за калибриране трябва да посочите графиката, която вече сме калибрирали.

Екранна снимка

Тип конфигурирана програма

Внимание! Калибрирането предполага, че ще правите снимки в бъдеще със същото устройство, което е калибрирало промяната в устройството за разделителна способност на изображението, силното изместване на спектъра на снимката спрямо позицията в калибрирания пример може да изкриви резултатите от измерването.
Честно казано, леко коригирах снимките си в редактора. Ако имаше подсветка, затъмних околната среда, понякога завъртях малко спектъра, за да получа правоъгълно изображение, но отново повтарям размера на файла и местоположението спрямо центъра на изображението на самия спектър е по-добре да не се променя .
С други функции като макроси, автоматично или ръчно регулиране на яркостта ви предлагам да разберете сами, според мен те не са толкова критични.
Получените графики след това удобно се прехвърлят в CSV, докато първото число ще бъде дробна (вероятно дробна) дълга вълна, а средната относителна стойност на интензитета на излъчване ще бъде разделена със запетая. Получените стойности изглеждат красиво под формата на графики, изградени, например, в Scilab

SpectralWorkbench.org има приложения за смартфони. не ги използвах. така че не мога да го оценя.

Имайте цветен ден във всички цветове на приятелите на дъгата.

Човек и спектроскоп

Ще ви разкажа в реда, в който аз самият преминах през всички етапи, може да се каже от най-лошия към най-добрия. Ако някой е насочен незабавно към повече или по-малко сериозен резултат, тогава половината от статията може спокойно да бъде пропусната. Е, за хора с криви ръце (като моята) и просто любопитни ще е интересно да прочетат за моите изпитания от самото начало.
В интернет има достатъчно количество материали за това как да сглобите спектрометър / спектроскоп със собствените си ръце от импровизирани материали.
За да се сдобиете със спектроскоп у дома, в най-простия случай няма да ви трябва много - заготовка за CD / DVD и кутия.
Този материал ме доведе до първите ми експерименти по изучаване на спектъра – Спектроскопия

Всъщност, благодарение на работата на автора, сглобих първия си спектроскоп от трансмисионна дифракционна решетка на DVD диск и картонена кутия с чай, а дори и преди това, плътно парче картон с прорез и предавателна решетка от заготовка на DVD ми беше достатъчно.
Не мога да кажа, че резултатите бяха зашеметяващи, но успяхме да получим първите спектри, като по чудо запазени снимки на процеса под спойлера

Фото спектроскопи и спектър

Първият вариант с парче картон

Вторият вариант с кутия чай

И уловения спектър

Единственото нещо за мое удобство, той модифицира този дизайн с USB видеокамера, оказа се така:

снимка на спектрометъра

Веднага трябва да кажа, че тази модификация ме спаси от необходимостта да използвам камерата на мобилен телефон, но имаше един недостатък: камерата не можеше да бъде калибрирана към настройките на услугата Spectral Worckbench (която ще бъде разгледана по-долу). Поради това не успях да уловя спектъра в реално време, но беше напълно възможно да разпозная вече събраните снимки.

Така че да приемем, че сте купили или сглобили спектроскоп според горните инструкции.
След това създайте акаунт в проекта PublicLab.org и отидете на страницата на услугата SpectralWorkbench.org След това ще ви опиша техниката за разпознаване на спектъра, която използвах самият аз.
Като начало ще трябва да калибрираме нашия спектрометър.За да направите това, ще трябва да направите снимка на спектъра на флуоресцентна лампа, за предпочитане голяма лампа за таван, но ще свърши работа и енергоспестяваща лампа.
1) Натиснете бутона Capture spectra
2) Качете изображение
3) Попълнете полетата, изберете файла, изберете ново калибриране, изберете устройството (можете да изберете мини спектроскоп или просто персонализиран), изберете кой спектър имате, вертикален или хоризонтален, така че да е ясно, че спектрите на екранна снимка на предишната програма са хоризонтални
4) Ще се отвори прозорец с графики.
5) Проверете как се върти вашият спектър. Синята гама трябва да е отляво, червената трябва да е отдясно. Ако това не е така, изберете повече инструменти – бутон за обръщане хоризонтално, след което виждаме, че изображението се е завъртяло, а графиката не, така че натискаме още инструменти – повторно извличане от снимка, всички върхове отново съответстват на реални пикове .

6) Натиснете бутона Calibrate, натиснете Start, изберете синия пик директно на графиката (вижте екранната снимка), натиснете LMB и изскачащият прозорец се отваря отново, сега трябва да натиснете Finish и изберете последния зелен пик, след което страницата ще се опресни и ще получим изображението с калибрираните дължини на вълната.
Сега можете да попълните други изучавани спектри, когато заявите калибриране, трябва да посочите графиката, която вече сме калибрирали.

Екранна снимка

Тип конфигурирана програма

SpectralWorkbench.org има приложения за смартфони. не ги използвах. така че не мога да го оценя.

Имайте цветен ден във всички цветове на приятелите на дъгата.

В предишни статии описах как тествах различни светодиоди за растения. За да анализирам спектъра, взех от познат учител по физика.

Но необходимостта от такова устройство се появява периодично и би било желателно да има спектроскоп и още по-добре спектрометър.

Моят избор е бижутерски спектроскоп с дифракционна решетка

Някога нещо за бижутери, тогава комплектът включваше „кожен” калъф

Размерът на спектроскопа е малък

Какво друго стана ясно от описанието на магазина
Всичко е здраво сглобено, така че няма да има разчленяване.
Да вярваме също, че от едната страна на тръбата има обективна леща, а от другата дифракционна решетка и защитно стъкло.

А вътре е красива дъга. След като й се възхищаваше много, той започна да гледа, но какво би било да погледне спектъра.
За съжаление, спектроскопът не може да се използва по предназначение, тъй като цялата ми колекция от диаманти и скъпоценни камъниограничен венчален пръстен, напълно непрозрачен и не дава спектър. Е, освен в пламъка на горелката))).
Но живачната флуоресцентна лампа честно даде много красиви ивици. След като се възхищавах на различните източници на светлина до насита, бях озадачен от въпроса как да фиксирам картината и да измеря спектъра.

Малко DIY

Картината на приставката за камерата се върти в главата ми от дълго време, а под масата стоеше, която все още не беше претърпяла най-новата модернизация, но доста успешно се справи с PVC пластмасата.

Дизайнът не е много красив. Все пак не спечелих реакцията в X и Y до края. Нищо Сачмените винтове вече са сглобени и чакат да пристигнат опорните линейни релси.

Но функционалността се оказа доста приемлива, така че дъгата се показва на стар Canon, който не е работил дълго време.

Вярно е, че тук бях разочарован. Една красива дъга стана някак дискретна.

Всичко е виновно - RGB матрицата на всяка камера и камера. Игра с настройки за баланс бял цвяти режими на снимане, примирих се с картината.
В крайна сметка пречупването на светлината не зависи от това какъв цвят да фиксирате изображението. Черно-бяла камера с най-равномерна чувствителност по цялата ширина на измервания диапазон също би била подходяща за спектрален анализ.

Метод на спектрален анализ.

Чрез опити и грешки стигнах до тази техника.
1. Начертава се картина на мащаба на обхвата на видимата светлина (400-720nm), върху нея са посочени основните линии на живак за калибриране.

2. Вземат се няколко спектра, винаги с еталонен живачен. При поредица от изследвания е необходимо да се фиксира позицията на спектроскопа върху лещата, за да се изключи хоризонтално изместването на спектъра от серията изображения.

3. В графичния редактор мащабът се настройва към живачния спектър, а всички останали спектри се мащабират без хоризонтално изместване в редактора. Оказва се нещо подобно

4. Е, тогава всичко се въвежда в програмата за анализатор на спектрометър за клетъчни телефони от тази статия

Проверяваме техниката на зелен лазер, чиято дължина на вълната е известна - 532nm

Грешката се оказа около 1%, което е много добре при ръчния метод за поставяне на живачни линии и чертане на скалата почти на ръка.
По пътя научих, че зелените лазери не са директно излъчване, като червените или сините, а използват изпомпване с твърд диод (DPSS) с куп вторично излъчване. Живей и учи!

Измерването на дължината на вълната на червения лазер също потвърди правилността на техниката.

За интерес измерих спектъра на свещта

и изгаряне на природен газ

Сега можете да измервате спектъра на светодиодите, например "пълен спектър" за растения

Спектрометърът е готов и работи. Сега с негова помощ ще подготвя следното ревю - сравнение на характеристиките на светодиодите от различни производители, дали китайците ни заблуждават и как да направим правилния избор.

Накратко, доволен съм от резултата. Може би има смисъл да свържете спектроскопа към уеб камера за непрекъснато измерване на спектъра, както в този проект

Тестване на спектрометър от моя асистент

Сега със собствените си ръце ще съберем две версии на дифракционен спектроскоп. Спектроскопът е устройство, което ви позволява да изучавате спектъра на светлината, като разреждате неговите спектрални компоненти по определена ос. Светлината може да бъде разделена на монохроматични вълни или чрез дисперсия, или чрез дифракция. В този случай ще използваме дифракция, тъй като имаме под ръка отлична дифракционна решетка - CD!

Ще ни трябва малка картонена кутия, CD, лепило, непрозрачна тръба за окуляра.

Изрежете парче CD с ножица, за да пасне на кутията:

Нека маркираме кутията, така че окулярът да е правилно инсталиран. От оптиката знаем, че ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение. Но по този начин ще видим прозорец, през който ще преминава светлината, а не дифракционни максимуми, така че ще оставим място вдясно от линията на бъдещия прозорец.

След това, като затворим кутията, ще изберем подходящо място за въвеждане на светлина. За да направим това, внимателно ще пробием дупка и ще наблюдаваме през окуляра. Ако видим директно отразена светлина в окуляра, тогава запечатваме дупката и пробиваме нова малко по-нататък. И така, докато много цветни точки, подредени по линията, не се виждат в окуляра. След това изрежете през прозореца:

Нека монтираме лек нож от две бръсначи на прозореца - така че най-тесният лъч светлина да попадне в кутията - така ще видим най-ясната картина.

Ако всичко се получи, тогава ще видим разведен спектър в окуляра. Ако спектърът не е непрекъснат (например от LDS или газоразрядни лампи), тогава ще видим набор от линии. Всяка линия е монохроматичен компонент. На снимката горната линия всъщност е дълбока лилаво, просто камерата изкриви цвета.

Вариант две

Нека направим миниатюрен спектроскоп, който работи в пропусната светлина. За да направите това, изрежете компактдиска, както в първия вариант.