Naminis Furjė spektrometras. Kaip iš mobiliojo telefono pasidaryti spektrometrą? Yra paprastas receptas Pasidaryti difrakcinę grotelę savo rankomis

• pamoka

Draugai, artėja penktadienio vakaras, tai nuostabus intymus metas, kai po viliojančios prieblandos priedanga galite gauti spektrometrą ir visą naktį matuoti kaitrinės lempos spektrą iki pirmųjų tekančios saulės spindulių, o kai saulė teka, išmatuokite jos spektrą.
Kaip jūs vis dar neturite savo spektrometro? Nesvarbu, pasinerkime ir ištaisykime šį nesusipratimą.
Dėmesio! Šis straipsnis nepretenduoja į visavertę pamoką, bet galbūt per 20 minučių po jo skaitymo išskaidysite savo pirmąjį spinduliuotės spektrą.

Žmogus ir spektroskopas

Pasakysiu tokia tvarka, kokia pati perėjau visus etapus, galima sakyti, nuo blogiausio iki geriausio. Jei kas nors iš karto siekia daugiau ar mažiau rimto rezultato, pusę straipsnio galima saugiai praleisti. Na, o žmonėms su kreivomis rankomis (kaip mano) ir tiesiog smalsiems bus įdomu nuo pat pradžių paskaityti apie mano išbandymus.
Pasivaikščiojimai internetu pakankamai medžiagos, kaip iš improvizuotų medžiagų savo rankomis surinkti spektrometrą / spektroskopą.
Norint įsigyti spektroskopą namuose, pačiame paprastas atvejis visai nereikia daug - CD/DVD ruošinio ir dėžutės.
Ši medžiaga paskatino mane atlikti pirmuosius spektro tyrimo eksperimentus – Spektroskopiją

Tiesą sakant, dėka autoriaus tobulėjimo, aš surinkau savo pirmąjį spektroskopą iš pralaidžios difrakcijos gardelės DVD diskas ir Kartoninė dėžutė iš po arbatos, o dar ankščiau prieš tai man pakako storo kartono su plyšiu ir permatomu tinkleliu iš DVD ruošinio.
Negaliu sakyti, kad rezultatai buvo stulbinantys, bet pavyko gauti pirmuosius spektrus, stebuklingai išsaugotas proceso nuotraukas po spoileriu

Fotospektroskopai ir spektras

Pats pirmasis variantas su kartono gabalėliu

Antras variantas su arbatos dėžute

Ir užfiksuotas spektras

Vienintelis dalykas mano patogumui, jis pakeitė šis dizainas USB vaizdo kamera, ji pasirodė taip:

spektrometro nuotrauka

Iš karto turiu pasakyti, kad ši modifikacija išgelbėjo mane nuo poreikio naudotis fotoaparatu Mobilusis telefonas, tačiau buvo vienas trūkumas, kameros nepavyko sukalibruoti pagal Spectral Worckbench paslaugos nustatymus (apie tai bus kalbama toliau). Todėl aš negalėjau užfiksuoti spektro realiu laiku, bet buvo visiškai įmanoma atpažinti jau surinktas nuotraukas.

Tarkime, kad nusipirkote arba surinkote spektroskopą pagal aukščiau pateiktas instrukcijas.
Po to susikurkite paskyrą PublicLab.org projekte ir eikite į SpectralWorkbench.org paslaugos puslapį Toliau aprašysiu spektro atpažinimo techniką, kurią naudojau pats.
Pirmiausia turėsime sukalibruoti savo spektrometrą. Norėdami tai padaryti, turėsite nufotografuoti fluorescencinės lempos spektrą, pageidautina didelės lubinės lempos, bet tiks ir energiją taupanti lempa.
1) Paspauskite mygtuką Užfiksuoti spektrus
2) Įkelti paveikslėlį
3) Užpildykite laukus, pasirinkite failą, pasirinkite naują kalibravimą, pasirinkite įrenginį (galite pasirinkti mini spektroskopą arba tiesiog pasirinktinį), pasirinkite, kurį spektrą turite, vertikalų ar horizontalų, kad būtų aišku, kad spektrai ankstesnės programos ekrano kopija yra horizontali
4) Atsidarys langas su grafikais.
5) Patikrinkite, kaip pasuktas jūsų spektras. Mėlynas diapazonas turi būti kairėje, raudonas - dešinėje. Jei taip nėra, pasirinkite daugiau įrankių – apvertimo horizontaliai mygtuką, po kurio matome, kad vaizdas pasisuko, o grafikas ne, todėl spaudžiame daugiau įrankių – iš naujo ištraukite iš nuotraukos, visos smailės vėl atitinka tikras smailes. .

6) Paspauskite mygtuką Kalibruoti, paspauskite Pradėti, pasirinkite mėlyną smailę tiesiai diagramoje (žr. ekrano kopiją), paspauskite LMB ir vėl atsidarys iššokantis langas, dabar reikia paspausti baigti ir pasirinkti paskutinę žalią smailę, po kurios puslapis bus atnaujintas ir gausime kalibruoto bangos ilgio vaizdą.
Dabar galite pildyti kitus tiriamus spektrus, prašydami kalibruoti, turite nurodyti grafiką, kurį jau kalibravome.

Ekrano kopija

Sukonfigūruotos programos tipas

Dėmesio! Kalibruojant daroma prielaida, kad ateityje fotografuosite tuo pačiu įrenginiu, kuris kalibravo vaizdo raiškos įrenginio pokytį, stiprus spektro poslinkis nuotraukoje, palyginti su kalibruoto pavyzdžio padėtimi, gali iškraipyti matavimo rezultatus.
Sąžiningai, aš šiek tiek pataisiau savo nuotraukas redaktoriuje. Jei buvo foninis apšvietimas, tamsinau aplinką, kartais šiek tiek pasukau spektrą, kad gaučiau stačiakampį vaizdą, bet dar kartą kartoju failo dydį ir paties spektro vaizdo centro vietą geriau nekeisti. .
Su kitomis funkcijomis, tokiomis kaip makrokomandos, automatinis ar rankinis ryškumo reguliavimas, siūlau tai išsiaiškinti patiems, mano nuomone, jos nėra tokios kritiškos.
Gauti grafikai patogiai perkeliami į CSV, o pirmasis skaičius bus trupmeninė (tikriausiai trupmeninė) ilgoji banga, o vidutinė santykinė spinduliuotės intensyvumo reikšmė bus atskirta kableliu. Gautos vertės gražiai atrodo grafikų, sukurtų, pavyzdžiui, „Scilab“, pavidalu

SpectralWorkbench.org turi programėlių išmaniesiems telefonams. Aš jų nenaudojau. todėl negaliu to įvertinti.

Spalvingos dienos visomis vaivorykštės draugų spalvomis.

Draugai, artėja penktadienio vakaras, tai nuostabus intymus metas, kai po viliojančios prieblandos priedanga galite gauti spektrometrą ir visą naktį matuoti kaitrinės lempos spektrą iki pirmųjų tekančios saulės spindulių, o kai saulė teka, išmatuokite jos spektrą.
Kaip jūs vis dar neturite savo spektrometro? Nesvarbu, pasinerkime ir ištaisykime šį nesusipratimą.
Dėmesio! Šis straipsnis nepretenduoja į visavertę pamoką, bet galbūt per 20 minučių po jo skaitymo išskaidysite savo pirmąjį spinduliuotės spektrą.

Žmogus ir spektroskopas

Pasakysiu tokia tvarka, kokia pati perėjau visus etapus, galima sakyti, nuo blogiausio iki geriausio. Jei kas nors iš karto siekia daugiau ar mažiau rimto rezultato, pusę straipsnio galima saugiai praleisti. Na, o žmonėms su kreivomis rankomis (kaip mano) ir tiesiog smalsiems bus įdomu nuo pat pradžių paskaityti apie mano išbandymus.
Internete yra pakankamai medžiagos, kaip iš improvizuotų medžiagų savo rankomis surinkti spektrometrą / spektroskopą.
Norint įsigyti spektroskopą namuose, paprasčiausiu atveju jums nereikės daug – CD/DVD ruošinio ir dėžutės.
Ši medžiaga paskatino mane atlikti pirmuosius spektro tyrimo eksperimentus – Spektroskopiją

Tiesą sakant, autoriaus darbo dėka, pirmąjį savo spektroskopą surinkau iš DVD disko pralaidžios difrakcijos grotelių ir kartoninės arbatos dėžutės, o dar prieš tai – tankų kartono gabalą su plyšiu ir pralaidžiomis grotelėmis iš DVD ruošinio. man pakako.
Negaliu sakyti, kad rezultatai buvo stulbinantys, bet pavyko gauti pirmuosius spektrus, stebuklingai išsaugotas proceso nuotraukas po spoileriu

Fotospektroskopai ir spektras

Pats pirmasis variantas su kartono gabalėliu

Antras variantas su arbatos dėžute

Ir užfiksuotas spektras

Vienintelis dalykas mano patogumui, jis modifikavo šį dizainą su USB vaizdo kamera, jis pasirodė taip:

spektrometro nuotrauka

Iš karto turiu pasakyti, kad ši modifikacija išgelbėjo mane nuo poreikio naudotis mobiliojo telefono kamera, tačiau buvo vienas trūkumas: fotoaparato nepavyko sukalibruoti pagal Spectral Worckbench paslaugos nustatymus (apie tai bus aptarta toliau). Todėl aš negalėjau užfiksuoti spektro realiu laiku, bet buvo visiškai įmanoma atpažinti jau surinktas nuotraukas.

Tarkime, kad nusipirkote arba surinkote spektroskopą pagal aukščiau pateiktas instrukcijas.
Po to susikurkite paskyrą PublicLab.org projekte ir eikite į SpectralWorkbench.org paslaugos puslapį Toliau aprašysiu spektro atpažinimo techniką, kurią naudojau pats.
Pirmiausia turėsime sukalibruoti savo spektrometrą. Norėdami tai padaryti, turėsite nufotografuoti fluorescencinės lempos spektrą, pageidautina didelės lubinės lempos, bet tiks ir energiją taupanti lempa.
1) Paspauskite mygtuką Užfiksuoti spektrus
2) Įkelti paveikslėlį
3) Užpildykite laukus, pasirinkite failą, pasirinkite naują kalibravimą, pasirinkite įrenginį (galite pasirinkti mini spektroskopą arba tiesiog pasirinktinį), pasirinkite, kurį spektrą turite, vertikalų ar horizontalų, kad būtų aišku, kad spektrai ankstesnės programos ekrano kopija yra horizontali
4) Atsidarys langas su grafikais.
5) Patikrinkite, kaip pasuktas jūsų spektras. Mėlynas diapazonas turi būti kairėje, raudonas - dešinėje. Jei taip nėra, pasirinkite daugiau įrankių – apvertimo horizontaliai mygtuką, po kurio matome, kad vaizdas pasisuko, o grafikas ne, todėl spaudžiame daugiau įrankių – iš naujo ištraukite iš nuotraukos, visos smailės vėl atitinka tikras smailes. .

6) Paspauskite mygtuką Kalibruoti, paspauskite Pradėti, pasirinkite mėlyną smailę tiesiai diagramoje (žr. ekrano kopiją), paspauskite LMB ir vėl atsidarys iššokantis langas, dabar reikia paspausti baigti ir pasirinkti paskutinę žalią smailę, po kurios puslapis bus atnaujintas ir gausime kalibruoto bangos ilgio vaizdą.
Dabar galite pildyti kitus tiriamus spektrus, prašydami kalibruoti, turite nurodyti grafiką, kurį jau kalibravome.

Ekrano kopija

Sukonfigūruotos programos tipas

Dėmesio! Kalibruojant daroma prielaida, kad ateityje fotografuosite tuo pačiu įrenginiu, kuris kalibravo vaizdo raiškos įrenginio pokytį, stiprus spektro poslinkis nuotraukoje, palyginti su kalibruoto pavyzdžio padėtimi, gali iškraipyti matavimo rezultatus.
Sąžiningai, aš šiek tiek pataisiau savo nuotraukas redaktoriuje. Jei buvo foninis apšvietimas, tamsinau aplinką, kartais šiek tiek pasukau spektrą, kad gaučiau stačiakampį vaizdą, bet dar kartą kartoju failo dydį ir paties spektro vaizdo centro vietą geriau nekeisti. .
Su kitomis funkcijomis, tokiomis kaip makrokomandos, automatinis ar rankinis ryškumo reguliavimas, siūlau tai išsiaiškinti patiems, mano nuomone, jos nėra tokios kritiškos.
Gauti grafikai patogiai perkeliami į CSV, o pirmasis skaičius bus trupmeninė (tikriausiai trupmeninė) ilgoji banga, o vidutinė santykinė spinduliuotės intensyvumo reikšmė bus atskirta kableliu. Gautos vertės gražiai atrodo grafikų, sukurtų, pavyzdžiui, „Scilab“, pavidalu

SpectralWorkbench.org turi programėlių išmaniesiems telefonams. Aš jų nenaudojau. todėl negaliu to įvertinti.

Spalvingos dienos visomis vaivorykštės draugų spalvomis.

Ankstesniuose straipsniuose aprašiau, kaip išbandžiau įvairius šviesos diodus augalams. Norėdami išanalizuoti spektrą, aš paėmiau iš pažįstamo fizikos mokytojo.

Bet tokio prietaiso poreikis atsiranda periodiškai ir po ranka norėtųsi turėti spektroskopą, o dar geriau – spektrometrą.

Mano pasirinkimas – juvelyrinis spektroskopas su difrakcine gardele

Kadaise buvo skirtas juvelyrams, tada komplekte buvo „odinis“ dėklas

Spektroskopo dydis yra mažas

Kas dar buvo aišku iš parduotuvės aprašymo
Viskas sandariai surinkta, todėl nebus išardyta.
Taip pat patikėkime, kad vienoje vamzdžio pusėje yra objektyvo lęšis, kitoje – difrakcijos grotelės ir apsauginis stiklas.

O viduje graži vaivorykštė. Daug ja žavėjęsis, jis ėmė dairytis, bet kaip būtų žiūrėti į spektrą.
Deja, spektroskopas negalėjo būti panaudotas pagal paskirtį, nes visa mano deimantų kolekcija ir Brangūs akmenys ribotas Vestuvinis žiedas, visiškai nepermatomas ir nesuteikiantis spektro. Na, išskyrus degiklio liepsną))).
Tačiau gyvsidabrio fluorescencinė lempa nuoširdžiai suteikė daug gražių juostelių. Iki širdies gelmių susižavėjęs įvairiais šviesos šaltiniais, mane suglumino klausimas, kaip pataisyti paveikslėlį ir išmatuoti spektrą.

Šiek tiek pasidaryk pats

Fotoaparato tvirtinimo nuotrauka jau seniai sukosi galvoje, o po stalu stovėjo dar ne naujausias modernizavimas, bet gana sėkmingai susitvarkęs su PVC plastiku.

Dizainas nėra labai gražus. Nepaisant to, aš nelaimėjau X ir Y atsako iki galo. Nieko Rutuliniai sraigtai jau surinkti ir laukia atraminių linijinių bėgių.

Tačiau funkcionalumas pasirodė gana priimtinas, kad vaivorykštė būtų rodoma sename „Canon“, kuris ilgą laiką buvo nenaudojamas.

Tiesa, čia ir nusivyliau. Graži vaivorykštė tapo kažkaip diskretiška.

Kalta viskas – bet kokios kameros ir fotoaparato RGB matrica. Žaidimas su balanso nustatymais balta spalva ir fotografavimo režimus, susitaikiau su nuotrauka.
Juk šviesos lūžimas nepriklauso nuo to, kokia spalva fiksuoti vaizdą. Spektralinei analizei tiktų ir nespalvota kamera, kurios jautrumas vienodesnis per visą matavimo diapazono plotį.

Spektrinės analizės metodas.

Per bandymus ir klaidas aš sugalvojau šią techniką.
1. Nubraižytas matomos šviesos diapazono (400-720nm) skalės paveikslas, jame nurodytos pagrindinės gyvsidabrio linijos kalibravimui.

2. Imami keli spektrai, visada su etaloniniu gyvsidabriu. Kadrų serijoje reikia fiksuoti spektroskopo padėtį ant objektyvo, kad horizontaliai kadrų serijoje būtų išvengta spektro poslinkio.

3. Grafikos rengyklėje skalė sureguliuojama taip, kad atitiktų gyvsidabrio spektrą, o visų kitų spektrų mastelis keičiamas be horizontalaus poslinkio redaktoriuje. Pasirodo, kažkas tokio

4. Na, tada iš šio straipsnio viskas įvedama į mobiliojo telefono spektrometro analizatoriaus programą

Techniką tikriname žaliu lazeriu, kurio bangos ilgis žinomas – 532nm

Paaiškėjo, kad klaida yra apie 1%, o tai labai gerai naudojant rankinį gyvsidabrio linijų montavimo ir skalės piešimo beveik ranka metodą.
Pakeliui sužinojau, kad žalieji lazeriai nėra tiesioginė spinduliuotė, kaip raudona ar mėlyna, bet naudoja kietojo kūno diodų siurbimą (DPSS) su krūva antrinės spinduliuotės. Gyvenk ir mokykis!

Raudonojo lazerio bangos ilgio matavimas taip pat patvirtino technikos teisingumą.

Įdomumo dėlei išmatavau žvakės spektrą

ir deginant gamtines dujas

Dabar galite išmatuoti šviesos diodų spektrą, pavyzdžiui, „visą spektrą“ augalams

Spektrometras paruoštas ir veikia. Dabar su jo pagalba paruošiu tokią apžvalgą – skirtingų gamintojų šviesos diodų charakteristikų palyginimą, ar kinai mus neapgauna ir kaip teisingai pasirinkti.

Trumpai tariant, esu patenkintas rezultatu. Galbūt buvo prasminga prijungti spektroskopą prie internetinės kameros nuolatiniam spektro matavimui, kaip ir šiame projekte

Spektrometro bandymas, kurį atliko mano padėjėjas

Dabar savo rankomis surinksime dvi difrakcijos spektroskopo versijas. Spektroskopas yra prietaisas, leidžiantis tirti šviesos spektrą, praskiedus jo spektrinius komponentus išilgai tam tikros ašies. Šviesa gali būti suskirstyta į monochromatines bangas arba pagal dispersijos reiškinį, arba pagal difrakciją. Šiuo atveju naudosime difrakciją, nes po ranka turime puikią difrakcijos grotelę - kompaktinį diską!

Mums reikės nedidelės kartoninės dėžutės, kompaktinio disko, klijų, nepermatomo vamzdelio okuliarui.

Iškirpkite kompaktinio disko gabalėlį žirklėmis, kad tilptų į dėžutę:

Pažymėkime langelį, kad okuliaras būtų tinkamai sumontuotas. Iš optikos žinome, kad kritimo kampas yra lygus atspindžio kampui. Bet tokiu būdu matysime langą, pro kurį prasiskverbs šviesa, o ne difrakcijos maksimumus, todėl paliksime vietą į dešinę nuo būsimo lango linijos.

Tada, uždarę dėžutę, parinksime tinkamą vietą šviesai įvesti. Norėdami tai padaryti, mes atsargiai pradursime skylę ir stebėsime per okuliarą. Jei okuliare matome tiesiogiai atsispindėjusią šviesą, tada skylę užsandariname ir šiek tiek toliau praduriame naują. Ir taip toliau, kol okuliare bus matoma daug spalvotų taškų, išdėstytų išilgai linijos. Tada iškirpkite pro langą:

Ant lango sumontuokime dviejų skutimosi peiliukų lengvą peilį – kad į dėžę patektų siauriausias šviesos spindulys – taip pamatysime kuo aiškesnį vaizdą.

Jei viskas pasiteisino, okuliare pamatysime atskirtą spektrą. Jei spektras nėra tęstinis (pavyzdžiui, iš LDS ar dujų išlydžio lempų), pamatysime linijų rinkinį. Kiekviena eilutė yra vienspalvis komponentas. Nuotraukoje viršutinė linija iš tikrųjų gili violetinė, tiesiog fotoaparatas iškraipė spalvą.

Antras variantas

Padarykime miniatiūrinį spektroskopą, kuris veiktų skleidžiamoje šviesoje. Norėdami tai padaryti, iškirpkite kompaktinį diską kaip ir pirmoje parinktyje.