Selbstgebautes Fourier-Spektrometer. Wie erstelle ich ein Spektrometer aus einem Mobiltelefon? Es gibt ein einfaches Rezept. Erstellen Sie mit Ihren eigenen Händen ein Beugungsgitter

Lernprogramm

Freunde, der Freitagabend naht, dies ist eine wunderbar intime Zeit, in der Sie im Schutz der verführerischen Dämmerung Ihr Spektrometer holen und die ganze Nacht lang das Spektrum einer Glühlampe bis zu den ersten Strahlen der aufgehenden Sonne messen können, und wenn die Sonne aufgeht, messen Sie ihr Spektrum.
Wieso haben Sie Ihr Spektrometer immer noch nicht? Es spielt keine Rolle, gehen wir unter den Schnitt und korrigieren dieses Missverständnis.
Beachtung! Dieser Artikel gibt nicht vor, ein vollwertiges Tutorial zu sein, aber vielleicht werden Sie in 20 Minuten nach dem Lesen Ihr erstes Strahlungsspektrum zerlegen.

Mensch und Spektroskop

Ich werde es Ihnen in der Reihenfolge erzählen, in der ich selbst alle Phasen durchlaufen habe, man könnte sagen, vom Schlechtesten zum Besten. Wenn jemand sofort auf ein mehr oder weniger schwerwiegendes Ergebnis abzielt, kann die Hälfte des Artikels getrost übersprungen werden. Nun, für Leute mit krummen Händen (wie meine) und einfach nur Neugierige wird es interessant sein, von Anfang an über meine Torturen zu lesen.
Spaziergänge im Internet genügend Materialien zum Zusammenbauen eines Spektrometers / Spektroskops mit eigenen Händen aus improvisierten Materialien.
Um ein Spektroskop zu Hause zu erwerben, in der sehr einfacher Fall Es wird nicht viel benötigt - ein CD / DVD-Rohling und eine Box.
Dieses Material führte mich zu meinen ersten Experimenten zum Studium des Spektrums - Spektroskopie

Tatsächlich habe ich dank der Entwicklungen des Autors mein erstes Spektroskop aus einem transmissiven Beugungsgitter zusammengesetzt DVD-Disc und Pappschachtel von unter tee, und noch früher davor reichte mir ein dickes stück karton mit schlitz und durchsichtigem gitter aus einem dvd-rohling.
Ich kann nicht sagen, dass die Ergebnisse umwerfend waren, aber wir haben es geschafft, die ersten Spektren zu bekommen, auf wundersame Weise gespeicherte Fotos des Prozesses unter dem Spoiler

Fotospektroskope und Spektrum

Die allererste Option mit einem Stück Pappe

Die zweite Option mit einer Schachtel Tee

Und das erfasste Spektrum

Das einzige, was für meine Bequemlichkeit, er modifiziert dieser Entwurf USB-Videokamera, es stellte sich so heraus:

Foto des Spektrometers

Ich muss gleich sagen, dass mich diese Modifikation vor der Notwendigkeit bewahrt hat, die Kamera zu verwenden Handy, aber es gab einen Nachteil, die Kamera konnte nicht auf die Einstellungen des Spectral Worckbench-Dienstes kalibriert werden (was weiter unten besprochen wird). Daher war es mir nicht möglich, das Spektrum in Echtzeit aufzunehmen, aber es war durchaus möglich, die bereits gesammelten Fotos zu erkennen.

Nehmen wir also an, Sie haben ein Spektroskop gemäß den obigen Anweisungen gekauft oder zusammengebaut.
Erstellen Sie danach ein Konto im PublicLab.org-Projekt und gehen Sie auf die Serviceseite von SpectralWorkbench.org Als Nächstes werde ich Ihnen die Spektrumerkennungstechnik beschreiben, die ich selbst verwendet habe.
Zunächst müssen wir unser Spektrometer kalibrieren, dazu fotografieren Sie das Spektrum einer Leuchtstofflampe, am besten einer großen Deckenlampe, aber auch einer Energiesparlampe.
1) Drücken Sie die Schaltfläche Spektren erfassen
2) Bild hochladen
3) Füllen Sie die Felder aus, wählen Sie die Datei aus, wählen Sie eine neue Kalibrierung aus, wählen Sie das Gerät aus (Sie können ein Mini-Spektroskop oder nur ein benutzerdefiniertes wählen), wählen Sie aus, welches Spektrum Sie haben, vertikal oder horizontal, damit klar ist, dass die Spektren in der Screenshot des vorherigen Programms sind horizontal
4) Ein Fenster mit Diagrammen wird geöffnet.
5) Überprüfen Sie, wie Ihr Spektrum gedreht wird. Der blaue Bereich sollte links liegen, der rote Bereich rechts. Wenn dies nicht der Fall ist, wählen Sie die Schaltfläche „Weitere Werkzeuge – horizontal spiegeln“, danach sehen wir, dass sich das Bild gedreht hat und die Grafik nicht, also drücken wir weitere Werkzeuge – erneut aus dem Foto extrahieren, alle Spitzen entsprechen wieder echten Spitzen .

6) Drücken Sie die Schaltfläche Calibrate, drücken Sie Begin, wählen Sie den blauen Peak direkt auf dem Diagramm (siehe Screenshot), drücken Sie LMB und das Popup-Fenster öffnet sich erneut, jetzt müssen wir Finish drücken und den letzten grünen Peak auswählen, danach die Die Seite wird aktualisiert und wir erhalten das kalibrierte Wellenlängenbild.
Jetzt können Sie andere untersuchte Spektren eingeben, wenn Sie eine Kalibrierung anfordern, müssen Sie die Grafik angeben, die wir bereits kalibriert haben.

Bildschirmfoto

Art des konfigurierten Programms

Beachtung! Die Kalibrierung setzt voraus, dass Sie in Zukunft mit demselben Gerät fotografieren, das die Änderung der Bildauflösung kalibriert hat, eine starke Verschiebung des Spektrums im Foto relativ zur Position auf dem kalibrierten Beispiel kann die Messergebnisse verfälschen.
Ehrlich gesagt habe ich meine Bilder im Editor leicht korrigiert. Wenn es eine Hintergrundbeleuchtung gab, habe ich die Umgebung abgedunkelt, manchmal das Spektrum ein wenig gedreht, um ein rechteckiges Bild zu erhalten, aber ich wiederhole noch einmal die Dateigröße und die Position relativ zur Bildmitte des Spektrums selbst sollte besser nicht geändert werden .
Bei anderen Funktionen wie Makros, automatischer oder manueller Helligkeitsanpassung schlage ich vor, dass Sie es selbst herausfinden, meiner Meinung nach sind sie nicht so kritisch.
Die resultierenden Diagramme werden dann bequem in CSV übertragen, während die erste Zahl eine gebrochene (wahrscheinlich gebrochene) lange Welle ist und der durchschnittliche relative Wert der Strahlungsintensität durch ein Komma getrennt wird. Die erhaltenen Werte sehen in Form von Diagrammen, die beispielsweise in Scilab erstellt wurden, schön aus

SpectralWorkbench.org hat Apps für Smartphones. Ich habe sie nicht benutzt. daher kann ich es nicht bewerten.

Habt einen farbenfrohen Tag in allen Farben des Regenbogens Freunde.

Mensch und Spektroskop

Ich werde es Ihnen in der Reihenfolge erzählen, in der ich selbst alle Phasen durchlaufen habe, man könnte sagen, vom Schlechtesten zum Besten. Wenn jemand sofort auf ein mehr oder weniger schwerwiegendes Ergebnis abzielt, kann die Hälfte des Artikels getrost übersprungen werden. Nun, für Leute mit krummen Händen (wie meine) und einfach nur Neugierige wird es interessant sein, von Anfang an über meine Torturen zu lesen.
Im Internet gibt es eine ausreichende Menge an Materialien, wie Sie aus improvisierten Materialien ein Spektrometer / Spektroskop mit Ihren eigenen Händen zusammenbauen können.
Um sich ein Spektroskop zu Hause anzuschaffen, brauchen Sie im einfachsten Fall gar nicht viel – einen CD-/DVD-Rohling und eine Schachtel.
Dieses Material führte mich zu meinen ersten Experimenten zum Studium des Spektrums - Spektroskopie

Tatsächlich habe ich dank der Arbeit des Autors mein erstes Spektroskop aus einem transmissiven Beugungsgitter einer DVD und einer Pappschachtel mit Tee zusammengebaut, und noch davor aus einem dichten Stück Pappe mit einem Schlitz und einem transmissiven Gitter aus einem DVD-Rohling hat mir gereicht.
Ich kann nicht sagen, dass die Ergebnisse umwerfend waren, aber wir haben es geschafft, die ersten Spektren zu bekommen, auf wundersame Weise gespeicherte Fotos des Prozesses unter dem Spoiler

Fotospektroskope und Spektrum

Die allererste Option mit einem Stück Pappe

Die zweite Option mit einer Schachtel Tee

Und das erfasste Spektrum

Das einzige, was für meine Bequemlichkeit, er modifizierte dieses Design mit einer USB-Videokamera, es stellte sich so heraus:

Foto des Spektrometers

Ich muss gleich sagen, dass mich diese Modifikation davor bewahrt hat, die Kamera eines Mobiltelefons zu verwenden, aber es gab einen Nachteil: Die Kamera konnte nicht auf die Einstellungen des Spectral Worckbench-Dienstes kalibriert werden (was weiter unten besprochen wird). Daher war es mir nicht möglich, das Spektrum in Echtzeit aufzunehmen, aber es war durchaus möglich, die bereits gesammelten Fotos zu erkennen.

Nehmen wir also an, Sie haben ein Spektroskop gemäß den obigen Anweisungen gekauft oder zusammengebaut.
Erstellen Sie danach ein Konto im PublicLab.org-Projekt und gehen Sie auf die Serviceseite von SpectralWorkbench.org Als Nächstes werde ich Ihnen die Spektrumerkennungstechnik beschreiben, die ich selbst verwendet habe.
Zunächst müssen wir unser Spektrometer kalibrieren, dazu fotografieren Sie das Spektrum einer Leuchtstofflampe, am besten einer großen Deckenlampe, aber auch einer Energiesparlampe.
1) Drücken Sie die Schaltfläche Spektren erfassen
2) Bild hochladen
3) Füllen Sie die Felder aus, wählen Sie die Datei aus, wählen Sie eine neue Kalibrierung aus, wählen Sie das Gerät aus (Sie können ein Mini-Spektroskop oder nur ein benutzerdefiniertes wählen), wählen Sie aus, welches Spektrum Sie haben, vertikal oder horizontal, damit klar ist, dass die Spektren auf dem Screenshot des vorherigen Programms sind horizontal
4) Ein Fenster mit Diagrammen wird geöffnet.
5) Überprüfen Sie, wie Ihr Spektrum gedreht wird. Der blaue Bereich sollte links liegen, der rote Bereich rechts. Wenn dies nicht der Fall ist, wählen Sie die Schaltfläche „Weitere Werkzeuge – horizontal spiegeln“, danach sehen wir, dass sich das Bild gedreht hat und die Grafik nicht, also drücken wir weitere Werkzeuge – erneut aus dem Foto extrahieren, alle Spitzen entsprechen wieder echten Spitzen .

Bildschirmfoto

Art des konfigurierten Programms

SpectralWorkbench.org hat Apps für Smartphones. Ich habe sie nicht benutzt. daher kann ich es nicht bewerten.

Habt einen farbenfrohen Tag in allen Farben des Regenbogens Freunde.

In früheren Artikeln habe ich beschrieben, wie ich verschiedene LEDs für Pflanzen getestet habe. Um das Spektrum zu analysieren, habe ich und von einem bekannten Physiklehrer genommen.

Aber der Bedarf für ein solches Gerät taucht periodisch auf, und ein Spektroskop, und noch besser, ein Spektrometer wäre wünschenswert, zur Hand zu haben.

Meine Wahl ist ein Schmuckspektroskop mit Beugungsgitter

Einst etwas für Juweliere, dann gehörte zum Set ein „Leder“-Etui

Die Größe des Spektroskops ist klein

Was sonst noch aus der Beschreibung des Ladens hervorging
Alles ist fest zusammengebaut, sodass es zu keiner Zerstückelung kommt.
Nehmen wir auch an, dass sich auf der einen Seite des Tubus ein Objektiv befindet, auf der anderen ein Beugungsgitter und ein Schutzglas.

Und innen ist ein wunderschöner Regenbogen. Nachdem er sie sehr bewundert hatte, begann er zu schauen, aber wie wäre es, das Spektrum zu betrachten.
Leider konnte das Spektroskop nicht für den vorgesehenen Zweck verwendet werden, da meine gesamte Sammlung an Diamanten u Edelsteine begrenzt Hochzeitsring, völlig undurchsichtig und gibt kein Spektrum. Nun, außer in der Flamme des Brenners))).
Aber die Quecksilber-Leuchtstofflampe gab ehrlich gesagt viele schöne Streifen. Nachdem ich die verschiedenen Lichtquellen nach Herzenslust bewundert hatte, stellte sich mir die Frage, wie man das Bild fixiert und das Spektrum misst.

Ein bisschen Heimwerken

Das Bild des Kameraaufsatzes drehte sich schon lange in meinem Kopf und stand unter dem Tisch, der noch nicht der letzten Modernisierung unterzogen wurde, aber recht erfolgreich mit PVC-Kunststoff fertig wurde.

Das Design ist nicht sehr schön. Trotzdem habe ich den Backlash in X und Y nicht bis zum Ende gewonnen. Nichts Die Kugelumlaufspindeln sind bereits montiert und warten auf das Eintreffen der Tragschienen.

Die Funktionalität stellte sich aber als durchaus akzeptabel heraus, so dass der Regenbogen auf einer alten, lange stillgelegten Canon angezeigt wird.

Stimmt, hier wurde ich enttäuscht. Ein schöner Regenbogen wurde irgendwie diskret.

Alles ist schuld - die RGB-Matrix jeder Kamera und Kamera. Spielen mit Balance-Einstellungen weiße Farbe und Aufnahmemodi habe ich mich mit dem Bild abgefunden.
Schließlich hängt die Lichtbrechung nicht davon ab, in welcher Farbe das Bild fixiert werden soll. Auch eine Schwarz-Weiß-Kamera mit möglichst gleichmäßiger Empfindlichkeit über die gesamte Breite des Messbereichs wäre für die Spektralanalyse geeignet.

Methode der Spektralanalyse.

Durch Versuch und Irrtum bin ich auf diese Technik gekommen.
1. Es wird ein Bild der Skala des sichtbaren Lichtbereichs (400-720 nm) gezeichnet, auf dem die Hauptquecksilberlinien für die Kalibrierung angegeben sind.

2. Es werden mehrere Spektren aufgenommen, immer mit einem Quecksilber-Referenzspektrum. Bei einer Aufnahmeserie müssen Sie die Position des Spektroskops auf dem Objektiv fixieren, um die Spektrumverschiebung aus der horizontalen Aufnahmeserie auszuschließen.

3. Im Grafikeditor wird die Skalierung an das Quecksilberspektrum angepasst, alle anderen Spektren werden ohne horizontale Verschiebung im Editor skaliert. Es stellt sich so etwas heraus

4. Nun, dann wird alles aus diesem Artikel in das Cell Phone Spectrometer-Analyseprogramm getrieben

Wir überprüfen die Technik an einem grünen Laser, dessen Wellenlänge bekannt ist - 532nm

Es stellte sich heraus, dass der Fehler etwa 1% betrug, was bei der manuellen Methode, Quecksilberlinien anzupassen und die Skala fast von Hand zu zeichnen, sehr gut ist.
Auf dem Weg habe ich gelernt, dass grüne Laser keine direkte Strahlung sind, wie rote oder blaue, sondern Festkörperdiodenpumpen (DPSS) mit einem Bündel Sekundärstrahlung verwenden. Lebe und lerne!

Auch die Messung der Wellenlänge des roten Lasers bestätigte die Richtigkeit der Technik.

Aus Interesse habe ich das Spektrum der Kerze gemessen

und Erdgas verbrennen

Jetzt können Sie das Spektrum von LEDs messen, zum Beispiel "Vollspektrum" für Pflanzen

Das Spektrometer ist bereit und funktioniert. Jetzt werde ich mit seiner Hilfe die folgende Überprüfung vorbereiten - einen Vergleich der Eigenschaften von LEDs verschiedener Hersteller, ob die Chinesen uns täuschen und wie man die richtige Wahl trifft.

Kurz gesagt, ich bin mit dem Ergebnis zufrieden. Vielleicht war es sinnvoll, das Spektroskop zur kontinuierlichen Spektrumsmessung wie in diesem Projekt mit einer Webcam zu verbinden

Spektrometertest durch meinen Assistenten

Jetzt werden wir mit unseren eigenen Händen zwei Versionen eines Beugungsspektroskops zusammenbauen. Ein Spektroskop ist ein Gerät, mit dem Sie das Lichtspektrum untersuchen können, indem Sie seine spektralen Komponenten entlang einer bestimmten Achse verdünnen. Licht kann entweder durch das Dispersionsphänomen oder durch Beugung in monochromatische Wellen zerlegt werden. In diesem Fall verwenden wir die Beugung, da wir ein hervorragendes Beugungsgitter zur Hand haben - eine CD!

Wir brauchen einen kleinen Karton, eine CD, Kleber, einen undurchsichtigen Schlauch für das Okular.

Schneiden Sie ein Stück CD mit einer Schere passend zur Box aus:

Lassen Sie uns das Kästchen markieren, damit das Okular richtig installiert ist. Aus der Optik wissen wir, dass der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel ist. Aber auf diese Weise sehen wir ein Fenster, durch das Licht passieren wird, und keine Beugungsmaxima, also lassen wir einen Platz rechts von der Linie des zukünftigen Fensters.

Nachdem wir die Box geschlossen haben, wählen wir einen geeigneten Ort für die Einführung von Licht aus. Dazu stechen wir vorsichtig ein Loch und beobachten durch das Okular. Wenn wir im Okular direkt reflektiertes Licht sehen, dann verschließen wir das Loch und stechen etwas weiter ein neues. Und so weiter, bis viele farbige Punkte, die entlang der Linie aufgereiht sind, im Okular sichtbar sind. Dann durch das Fenster schneiden:

Lassen Sie uns ein leichtes Messer mit zwei Rasierklingen am Fenster anbringen - damit der schmalste Lichtstrahl in die Box gelangt - damit wir das klarste Bild sehen.

Wenn alles geklappt hat, sehen wir im Okular ein geschiedenes Spektrum. Wenn das Spektrum nicht kontinuierlich ist (z. B. von LDS- oder Gasentladungslampen), sehen wir eine Reihe von Linien. Jede Linie ist eine monochromatische Komponente. Auf dem Foto ist die obere Linie tatsächlich tief lila, nur die Kamera hat die Farbe verzerrt.

Möglichkeit zwei

Lassen Sie uns ein Miniatur-Spektroskop bauen, das im Durchlicht arbeitet. Schneiden Sie dazu die CD wie bei der ersten Möglichkeit aus.