طیف سنج فوریه خانگی. چگونه از تلفن همراه یک طیف سنج بسازیم؟ یک دستور العمل ساده وجود دارد که با دستان خود یک توری پراش درست کنید

آموزش

دوستان نزدیک به عصر جمعه است، این یک زمان صمیمی فوق العاده است که در زیر پوشش یک گرگ و میش فریبنده، می توانید به طیف سنج خود برسید و طیف یک لامپ رشته ای را تا اولین پرتوهای طلوع خورشید اندازه گیری کنید، و زمانی که خورشید طلوع می کند، طیف آن را اندازه گیری کنید
چگونه هنوز طیف سنج خود را ندارید؟ مهم نیست بریم زیر گربه و این سوء تفاهم را درست کنیم.
توجه! این مقاله ادعا نمی کند که یک آموزش کامل است، اما شاید در عرض 20 دقیقه پس از خواندن آن، اولین طیف تابش خود را گسترش دهید.

انسان و طیف سنجی

به ترتیبی که خودم تمام مراحل را طی کردم به شما می گویم، شاید بتوان گفت از بدترین به بهترین. اگر کسی فوراً به یک نتیجه کم و بیش جدی می پردازد، می توان نیمی از مقاله را با خیال راحت نادیده گرفت. خب، افراد با دست های کج (مثل من) و افراد کنجکاو از همان ابتدا علاقه مند به خواندن در مورد مصائب من خواهند بود.
در اینترنت قدم می زند کافیمواد در مورد نحوه جمع آوری یک طیف سنج / طیف سنج با دستان خود از مواد ضایعات.
به منظور به دست آوردن یک طیف سنجی در خانه، در بسیار مورد سادهچیز زیادی مورد نیاز نیست - یک سی دی / دی وی دی خالی و یک جعبه.
این مواد من را به اولین آزمایشات خود در مطالعه طیف - طیف سنجی - برانگیخت

در واقع، به لطف پیشرفت های نویسنده، من اولین طیف سنجی خود را از یک توری پراش انتقالی مونتاژ کردم. دیسک دی وی دیو جعبه مقواییاز زیر چای، و حتی قبل از آن، یک تکه مقوای ضخیم با یک شکاف و یک توری انتقال دهنده از یک دیسک DVD برای من کافی بود.
نمی توانم بگویم که نتایج خیره کننده بود، اما اولین طیف به طور کامل به دست آمد، به طور معجزه آسایی عکس هایی از این فرآیند در زیر اسپویلر ذخیره شد.

عکس طیف و طیف

اولین گزینه با یک تکه مقوا

گزینه دوم با جعبه چای

و طیف گرفته شده

فقط برای راحتی من، او اصلاح کرد این طرحدوربین فیلمبرداری USB، اینطور معلوم شد:

طیف سنج عکس

فوراً باید بگویم که این اصلاح من را از نیاز به استفاده از دوربین نجات داد. تلفن همراه، اما یک اشکال وجود داشت که دوربین را نمی توان با تنظیمات سرویس Spectral Worckbench کالیبره کرد (که در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت). بنابراین، من موفق به گرفتن طیف در زمان واقعی نشدم، اما تشخیص عکس های قبلاً جمع آوری شده کاملاً ممکن بود.

بنابراین فرض کنید یک طیف سنجی را طبق دستورالعمل بالا خریداری یا مونتاژ کرده اید.
پس از آن یک حساب کاربری در پروژه PublicLab.org ایجاد کنید و به صفحه خدمات SpectralWorkbench.org بروید.بعد تکنیک تشخیص طیف را که خودم استفاده کردم را برای شما شرح خواهم داد.
برای شروع، باید طیف‌سنج خود را کالیبره کنیم. برای انجام این کار، باید یک عکس فوری از طیف یک لامپ فلورسنت، ترجیحاً یک لامپ سقفی بزرگ، بگیرید، اما یک لامپ کم مصرف نیز مناسب است.
1) دکمه Capture spectra را فشار دهید
2) آپلود تصویر
3) فیلدها را پر کنید، یک فایل را انتخاب کنید، کالیبراسیون جدید را انتخاب کنید، یک دستگاه را انتخاب کنید (می توانید یک طیف سنجی کوچک یا فقط سفارشی انتخاب کنید)، طیفی را که دارید، عمودی یا افقی، انتخاب کنید تا طیف در اسکرین شات قبلی برنامه واضح است - افقی
4) پنجره ای با نمودار باز می شود.
5) بررسی کنید که طیف شما چگونه می چرخد. باید یک محدوده آبی در سمت چپ، قرمز در سمت راست وجود داشته باشد. اگر اینطور نیست، دکمه more tools را انتخاب کنید - به صورت افقی بچرخانید، پس از آن می بینیم که تصویر چرخیده است اما نمودار چرخیده نیست، بنابراین ابزارهای بیشتری را فشار دهید - دوباره از عکس استخراج کنید، همه قله ها دوباره مطابق با واقعی هستند. قله ها

6) دکمه Calibrate را فشار دهید، start را فشار دهید، قله آبی را مستقیماً در نمودار انتخاب کنید (نگاه کنید به اسکرین شات)، LMB را فشار دهید و پنجره پاپ آپ دوباره باز می شود، اکنون باید finish را فشار داده و قله سبز شدید را انتخاب کنیم، پس از آن صفحه تازه می شود و تصویر کالیبره شده با طول موج را دریافت می کنیم.
اکنون می توانید سایر طیف های بررسی شده را پر کنید، هنگام درخواست کالیبراسیون، باید نموداری را که قبلاً توسط ما کالیبره شده است را نشان دهید.

اسکرین شات

نوع برنامه پیکربندی شده

توجه! کالیبراسیون فرض می کند که در آینده با همان دستگاهی که تغییر در دستگاه وضوح تصویر را کالیبره کرده است، عکس می گیرید، تغییر شدید طیف در عکس نسبت به موقعیت در مثال کالیبره شده می تواند نتایج اندازه گیری را مخدوش کند.
راستش من تصاویرم را در ویرایشگر کمی تصحیح کرده ام. اگر شعله ای وجود داشت، محیط را تاریک می کرد، گاهی اوقات طیف را کمی می چرخاند تا یک تصویر مستطیل شکل بگیرد، اما یک بار دیگر اندازه فایل و موقعیت خود طیف را نسبت به مرکز تصویر تکرار می کنم، بهتر است اینطور نباشد. تغییر دادن.
با بقیه توابع مانند ماکرو، خودکار یا تنظیم روشنایی دستی، پیشنهاد می کنم خودتان آن را بفهمید، به نظر من آنقدرها مهم نیستند.
سپس نمودارهای به دست آمده را می‌توان به راحتی به CSV منتقل کرد، در حالی که عدد اول یک طول موج کسری (احتمالاً کسری) خواهد بود و میانگین مقدار نسبی شدت تابش با کاما از هم جدا می‌شود. مقادیر به دست آمده در قالب نمودارهای ساخته شده، به عنوان مثال، در Scilab زیبا به نظر می رسند

SpectralWorkbench.org دارای برنامه های تلفن هوشمند است. من از آنها استفاده نکردم بنابراین من نمی توانم ارزیابی کنم.

روزی رنگارنگ به تمام رنگ های رنگین کمانی دوستان داشته باشید.

انسان و طیف سنجی

به ترتیبی که خودم تمام مراحل را طی کردم به شما می گویم، شاید بتوان گفت از بدترین به بهترین. اگر کسی فوراً به یک نتیجه کم و بیش جدی می پردازد، می توان نیمی از مقاله را با خیال راحت نادیده گرفت. خب، افراد با دست های کج (مثل من) و افراد کنجکاو از همان ابتدا علاقه مند به خواندن در مورد مصائب من خواهند بود.
مواد کافی در اینترنت در مورد نحوه جمع آوری یک طیف سنج / طیف سنج با دستان خود از مواد ضایعات وجود دارد.
برای به دست آوردن یک طیف سنجی در خانه، در ساده ترین حالت، به هیچ وجه به یک سی دی / دی وی دی خالی و یک جعبه نیاز ندارید.
این مواد من را به اولین آزمایشات خود در مطالعه طیف - طیف سنجی - برانگیخت

در واقع، به لطف پیشرفت های نویسنده، من اولین طیف سنجی خود را از یک توری پراش انتقالی یک دیسک DVD و یک جعبه مقوایی از چای، و حتی قبل از آن، یک تکه مقوا متراکم با شکاف و یک توری انتقال دهنده از یک دی وی دی مونتاژ کردم. دیسک برای من کافی بود
نمی توانم بگویم که نتایج خیره کننده بود، اما اولین طیف به طور کامل به دست آمد، به طور معجزه آسایی عکس هایی از این فرآیند در زیر اسپویلر ذخیره شد.

عکس طیف و طیف

اولین گزینه با یک تکه مقوا

گزینه دوم با جعبه چای

و طیف گرفته شده

تنها چیزی که برای راحتی من بود، او این طرح را با یک دوربین فیلمبرداری USB تغییر داد، به این صورت معلوم شد:

طیف سنج عکس

فوراً باید بگویم که این اصلاح من را از نیاز به استفاده از دوربین تلفن همراه نجات داد ، اما یک اشکال وجود داشت که دوربین را نمی توان با تنظیمات سرویس Spectral Worckbench کالیبره کرد (که در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت). بنابراین، من موفق به گرفتن طیف در زمان واقعی نشدم، اما تشخیص عکس های قبلاً جمع آوری شده کاملاً ممکن بود.

بنابراین فرض کنید یک طیف سنجی را طبق دستورالعمل بالا خریداری یا مونتاژ کرده اید.
پس از آن یک حساب کاربری در پروژه PublicLab.org ایجاد کنید و به صفحه خدمات SpectralWorkbench.org بروید.بعد تکنیک تشخیص طیف را که خودم استفاده کردم را برای شما شرح خواهم داد.
برای شروع، باید طیف‌سنج خود را کالیبره کنیم. برای انجام این کار، باید یک عکس فوری از طیف یک لامپ فلورسنت، ترجیحاً یک لامپ سقفی بزرگ، بگیرید، اما یک لامپ کم مصرف نیز مناسب است.
1) دکمه Capture spectra را فشار دهید
2) آپلود تصویر
3) فیلدها را پر کنید، یک فایل را انتخاب کنید، کالیبراسیون جدید را انتخاب کنید، یک دستگاه را انتخاب کنید (می توانید یک طیف سنجی کوچک یا فقط سفارشی انتخاب کنید)، طیفی را که دارید، عمودی یا افقی، انتخاب کنید تا طیف های موجود در صفحه قبلی برنامه واضح است - افقی
4) پنجره ای با نمودار باز می شود.
5) بررسی کنید که طیف شما چگونه می چرخد. باید یک محدوده آبی در سمت چپ، قرمز در سمت راست وجود داشته باشد. اگر اینطور نیست، دکمه more tools را انتخاب کنید - به صورت افقی بچرخانید، پس از آن می بینیم که تصویر چرخیده است اما نمودار چرخیده نیست، بنابراین ابزارهای بیشتری را فشار دهید - دوباره از عکس استخراج کنید، همه قله ها دوباره مطابق با واقعی هستند. قله ها

اسکرین شات

نوع برنامه پیکربندی شده

توجه! کالیبراسیون فرض می‌کند که در آینده با همان دستگاهی که تغییر در دستگاه وضوح تصویر را کالیبره کرده است، عکس می‌گیرید، تغییر شدید طیف در عکس نسبت به موقعیت در نمونه کالیبره‌شده می‌تواند نتایج اندازه‌گیری را مخدوش کند.
راستش من تصاویرم را در ویرایشگر کمی تصحیح کرده ام. اگر شعله ای وجود داشت، محیط را تاریک می کرد، گاهی اوقات طیف را کمی می چرخاند تا یک تصویر مستطیل شکل بگیرد، اما یک بار دیگر اندازه فایل و موقعیت خود طیف را نسبت به مرکز تصویر تکرار می کنم، بهتر است اینطور نباشد. تغییر دادن.
با بقیه توابع مانند ماکرو، خودکار یا تنظیم روشنایی دستی، پیشنهاد می کنم خودتان آن را بفهمید، به نظر من آنقدرها مهم نیستند.
سپس نمودارهای به دست آمده را می‌توان به راحتی به CSV منتقل کرد، در حالی که عدد اول یک طول موج کسری (احتمالاً کسری) خواهد بود و میانگین مقدار نسبی شدت تابش با کاما از هم جدا می‌شود. مقادیر به دست آمده در قالب نمودارهای ساخته شده، به عنوان مثال، در Scilab زیبا به نظر می رسند

SpectralWorkbench.org دارای برنامه های تلفن هوشمند است. من از آنها استفاده نکردم بنابراین من نمی توانم ارزیابی کنم.

روزی رنگارنگ به تمام رنگ های رنگین کمانی دوستان داشته باشید.

در مقالات قبلی، نحوه آزمایش ال ای دی های مختلف گیاهی را شرح دادم. برای تجزیه و تحلیل طیف، من و از یک معلم فیزیک آشنا.

اما نیاز به چنین وسیله ای به صورت دوره ای ظاهر می شود و طیف سنج یا حتی بهتر از آن طیف سنج مایل است در دسترس باشد.

انتخاب من یک طیف سنجی جواهرات با توری پراش است

یک بار برای جواهر فروشان، مجموعه شامل یک جعبه "چرمی" بود

ابعاد طیف سنجی کوچک است

چه چیز دیگری از توضیحات فروشگاه مشخص بود
همه چیز به طور محکم مونتاژ شده است، بنابراین هیچ قطعه قطعه ای وجود نخواهد داشت.
بگذارید همچنین باور کنیم که در یک طرف لوله یک عدسی شی و در طرف دیگر یک توری پراش و شیشه محافظ وجود دارد.

و در داخل یک رنگین کمان زیبا است. با توجه به اینکه آن را تا حد دلخواهم تحسین کردم، شروع به جستجوی این کردم که در طیف به چه چیزی نگاه کنم.
متأسفانه، استفاده از طیف سنجی برای هدف مورد نظر ممکن نبود، زیرا کل مجموعه الماس و الماس من سنگ های قیمتیمحدود به حلقه ازدواج، کاملا مات است و هیچ طیفی نمی دهد. خوب، به جز آن که در شعله مشعل))).
اما لامپ فلورسنت جیوه انصافاً نوارهای بسیار زیبایی را ارائه داد. پس از تحسین منابع مختلف نور تا حد دلخواهم، با این سوال که تصویر باید به نحوی ثابت شود و طیف اندازه‌گیری شود، متحیر شدم.

کمی DIY

تصویری از یک ضمیمه دوربین برای مدت طولانی در سرم می چرخید و زیر میز تصویری وجود داشت که آخرین مدرن سازی را انجام نداده بود، اما کاملاً با موفقیت با پلاستیک PVC کنار آمد.

طراحیش زیاد قشنگ نیست با این حال، واکنش های متقابل در X و Y، من به طور کامل برنده نشده ام. هیچ توپ پیچی از قبل در مونتاژ نیست و منتظر رسیدن ریل های خطی نگهدارنده است.

اما عملکرد کاملاً قابل قبول بود، به طوری که رنگین کمان بر روی Canon قدیمی که برای مدت طولانی بیکار مانده بود، نمایش داده شد.

درست است، اینجا ناامید شدم. رنگین کمان زیبا داشت گسسته می شد.

همه اشکال ماتریس RGB هر دوربین و دوربینی است. پس از بازی با تنظیمات تعادل سفیدو حالت های عکسبرداری، من خودم را به تصویر واگذار کردم.
از این گذشته، شکست نور به این بستگی ندارد که چه رنگی تصویر را ثابت کند. یک دوربین سیاه و سفید با یکنواخت ترین حساسیت در کل عرض محدوده اندازه گیری شده برای تجزیه و تحلیل طیفی مناسب است.

تکنیک تحلیل طیفی

از طریق آزمون و خطا، چنین تکنیکی ترسیم شد
1. تصویری از مقیاس محدوده نور مرئی (400-720 نانومتر) ترسیم شده است، خطوط اصلی جیوه برای کالیبراسیون روی آن نشان داده شده است.

2. چندین طیف گرفته می شود، همیشه با یک جیوه مرجع. در یک سری بررسی‌ها، لازم است موقعیت طیف‌سنجی روی لنز ثابت شود تا تغییر طیف از سری تصاویر به صورت افقی حذف شود.

3. در ویرایشگر گرافیکی، مقیاس با طیف جیوه تنظیم می شود و تمام طیف های دیگر بدون تغییر افقی در ویرایشگر مقیاس می شوند. چیزی شبیه به این معلوم می شود

4. خب، پس از این مقاله همه چیز به برنامه تحلیلگر طیف سنج تلفن همراه هدایت می شود

ما این تکنیک را با یک لیزر سبز رنگ بررسی می کنیم که طول موج آن مشخص است - 532 نانومتر

خطا حدود 1% بود که با تکنیک دستی جاگذاری خطوط جیوه و رسم ترازو به صورت عملی با دست بسیار خوب است.
در طول مسیر، متوجه شدم که لیزرهای سبز تابش مستقیم نیستند، مانند قرمز یا آبی، بلکه از پمپاژ دیودی حالت جامد (DPSS) با دسته ای از تشعشعات ثانویه استفاده می کنند. زندگی کن و یاد بگیر!

اندازه گیری طول موج لیزر قرمز نیز صحت روش را تایید کرد.

برای علاقه، طیف شمع را اندازه گرفتم

و سوزاندن گاز طبیعی

اکنون می توانید طیف LED ها را اندازه گیری کنید، به عنوان مثال "طیف کامل" برای گیاهان

طیف سنج آماده و کار می کند. اکنون از آن برای تهیه بررسی زیر استفاده خواهم کرد - مقایسه ویژگی های LED های تولید کنندگان مختلف، اینکه آیا چینی ها ما را فریب می دهند و چگونه انتخاب درستی انجام دهیم.

خلاصه از نتیجه راضی هستم. شاید منطقی باشد که مانند این پروژه، طیف‌سنجی را به یک وب‌کم برای اندازه‌گیری مداوم طیف متصل کنیم.

تست طیف سنج توسط دستیار من

اکنون ما دو نسخه از طیف سنجی پراش را با دست خودمان مونتاژ می کنیم. طیف سنجی دستگاهی است که به شما امکان می دهد با رقیق کردن اجزای طیفی آن در امتداد یک محور خاص، طیف نور را مطالعه کنید. تقسیم نور به امواج تک رنگ یا از طریق پدیده پراکندگی و یا از طریق پراش امکان پذیر است. در این مورد، ما از پراش استفاده خواهیم کرد، زیرا یک توری پراش عالی در دست داریم - یک دیسک فشرده!

به یک جعبه مقوایی کوچک، یک سی دی، چسب و یک لوله چشمی مات نیاز داریم.

یک تکه از سی دی را با قیچی برش دهید تا متناسب با جعبه باشد:

بیایید جعبه را علامت گذاری کنیم تا چشمی به درستی نصب شود. از اپتیک می دانیم که زاویه تابش برابر با زاویه بازتاب است. اما به این ترتیب ما پنجره ای را خواهیم دید که نور از آن عبور می کند، نه ماکزیمم پراش، بنابراین یک جایی در سمت راست خط پنجره آینده می گذاریم.

سپس با بستن جعبه محل مناسبی را برای ورود نور انتخاب می کنیم. برای این کار با دقت سوراخی ایجاد می کنیم و از طریق چشمی مشاهده می کنیم. اگر نور منعکس شده مستقیم را در چشمی ببینیم، سوراخ را می چسبانیم و یک سوراخ جدید را کمی جلوتر می زنیم. و به همین ترتیب تا زمانی که چشمی نقاط رنگی زیادی را در امتداد خط نشان دهد. سپس پنجره را برش می دهیم:

یک چاقوی سبک از دو تیغ بر روی پنجره نصب می کنیم - به طوری که باریک ترین پرتو نور وارد جعبه شود - بنابراین واضح ترین تصویر را خواهیم دید.

اگر همه چیز درست شد، طیف رقیق شده ای را در چشمی خواهیم دید. اگر طیف پیوسته نباشد (مثلاً از LDS یا لامپ های تخلیه گاز)، مجموعه ای از خطوط را خواهیم دید. هر خط یک جزء تک رنگ است. در عکس، بالاترین خط در واقع عمیق است. رنگ بنفش، دوربین فقط رنگ را تغییر داده است.

گزینه دو

بیایید یک طیف سنجی مینیاتوری بسازیم که در نور عبوری عمل می کند. برای این کار، یک سی دی را مانند نسخه اول برش می دهیم.