Меню

Как сделать спектрометр из картона



Как сделать простейший спектроскоп

Для просмотра и фотографирования различных спектров достаточно иметь цифровой фотоаппарат и специально подготовленный CD-R или DVD-R. Последний, занижает яркость, особенно красного. CD-R снижает яркость синего и даёт меньшее разрешение.

Теперь несколько слов о подготовке дисков. Из диска нужно вырезать часть, позволяющую полностью закрыть объектив.

Нам нужна прозрачная дифракционная решётка, поэтому на CD-R наклеиваем широкий скотч со стороны надписей. Отрываем его и вместе со скотчем снимается покрытие диска. С DVD-R ещё проще, вырезанный кусок легко расслаивается на две части, одна из которых нам и нужна.

Теперь с помощью двухстороннего скотча нужно приклеить дифракционную решётку к объективу, как на фото ниже. Клеить нужно на сторону, противоположную той, с которой оторван слой, т.к. поверхность под слоем легко загрязнится от объектива, а после очистки качество изображения спектра будет хуже.

Получился простейший спектроскоп, подходящий лучше всего для исследования источников света с некоторого расстояния.

Если мы хотим исследовать не только видимый спектр, но и инфракрасный с ультрафиолетовым, то необходимо удалить из фотоаппарата Hot Mirror фильтр. Он не пропускает ИК лучи и частично или полностью УФ излучение. Расположен перед матрицей.

Фильтр имеет розовый блеск, а бирюзовый цвет проявляется под углом.

Стоит отметить, что часть спектра ИК и УФ видима глазом при достаточно большой интенсивности излучения (точки лазеров 780 и 808 нм, кристалл светодиода 940 нм в темноте). Если необходимо обеспечить одинаковое зрительное ощущение для длин волн 760 нм и 555 нм, то поток излучения для 760 нм должен быть в 20 000 раз мощнее. А для 365 нм в миллион раз мощнее.

Теперь переходим к самому процессу фотографирования спектров. Помещение должно быть тёмное, дополнительно можно использовать чёрный экран около фотоаппарата, источник света точечный или щелевой, минимально освещающий комнату. Включив фотоаппарат, мы увидим такое изображение на примере лазера 532 нм, светящего через узкую щель между двух лезвий:

Линии на фотографии: 532 нм – видимое излучение лазера. 808 нм – инфракрасное излучение диода накачки. 1064 нм – ИК излучение после преобразования в кристалле ортованадата иттрия, легированного неодимом YVO4:Nd3+ . На эту линию наложена зелёная линия второго порядка. Красным светофильтром её можно полностью убрать и останется только ИК линия, по цвету похожая на линию 808 нм.

Вот такую фотографию спектра уличного фонаря с натриевой лампой высокого давления НЛВД типа ДНаТ можно получить этим простейшим спектроскопом:

Некоторые другие линии натрия на фото: 498,3 нм, 515,1 нм, 588,995 нм, 589,5924 нм, 615,9 нм. Также присутствуют слабые линии ртути.

Известные линии спектров газоразрядных ламп есть в ГОСТ Р 55703-2013 . Некоторые спектры в виде графиков и в виде фотографий .

Вторая статья о создании более сложного спектроскопа:

Узнать, как определить длину волны на спектре можно из этой статьи .

Источник

Спектроскоп своими руками

Возможно вы знаете про довольно старую, но интересную серию видео, как сделать электроскоп в домашних условиях. Мастер заинтересовался этой идеей и подумал, почему бы и нам не попробовать сделать это легко, интересно и познавательно, своими руками. Понадобится нож для бумаги, фломастер, скотч или изолента, многофункциональная линейка-треугольник вместо транспортира.

Кроме инструментов пригодятся расходники, такие, как картонная трубка, кусочек черного картона, диск, желательно пишущий. Простой лист бумаги.

Приступим к работе. Для начала используем нашу линейку, отмерить 60 градусов. Используя рисунок, легче создать правильный разрез трубки, куда поместится диск. Имея прямые линии под углом, обрисовав диск, нарисуем правильную дугу. Повторим, чтобы удобно резать. Получившийся рисунок обматываем вокруг заготовки и под этим углом будет входить диск. Нарисуем что-то похожее на прицел, используя центрованные круги. Это поможет понять, докуда должны делать рез до диска.

Перейдем к следующему этапу.

Обрезаем трубку на небольшом листке черного картона. Вырежем две одинаковые заготовки, в одной из них сделаем прорез толщиной 1 – 2 мм. Заглушка уже готова, теперь нужно зафиксировать на трубке. Термоклей закончился, используем изоленту. В завершение сделаем глазок, через который будем видеть результат работы спектроскопа.

Тестируем три вида лампочек: светодиодную, люминесцентную, лампочку накаливания. Увидим, что их световые потоки отличаются. В этом поможет спектроскоп. Начнем со светодиодной лампочки. Вторая на очереди газовая, видна большая разница в полноте спектра. Следующая лампа накаливания. Проверим также монитор.
Посмотрите видео.

Читайте также:  Как сделать мебель из картона для киндеров

Узнайте, как создать свой собственный CD-спектроскоп, используя несколько простых материалов и наше специальное руководство по резке. Превратите старый компакт-диск в спектроскоп для анализа света – вы можете быть удивлены увиденным. Попробуйте направить свой CD-спектроскоп на флуоресцентный свет в вашей комнате, на солнечные облака в небе, даже на цветную рубашку вашего друга, чтобы показать длины волн света, которые смешиваются вместе, чтобы создать цвет, который вы видите!

Источник

Как сделать спектрометр из картона

Спектроскоп — это, как известно, прибор, позволяющий выяснить состав вещества по спектру его излучения.

Направив, например, спектроскоп на люминесцентную лампу дневного света, мы увидим в ее спектре ярко-зеленые, яркие сине-фиолетовые линии и более слабые оранжевые. Они говорят о том, что в колбе лампы присутствует ртуть (сине-фиолетовая составляющая), а также некоторые другие элементы.

В тех случаях, когда сами по себе объекты исследования не светятся, их заставляют светиться, нагревая, скажем, в пламени горелки или пропуская через них сильный электрический ток.

Чтобы сделать простой спектроскоп своими руками понадобятся:

  • CD- или DVD-диск;
  • картонная коробка примерно 20x20x20 см (главное, чтобы в ней поместился диск);
  • два лезвия от безопасной бритвы;
  • небольшая картонная трубка;
  • немного целлофановой ленты;
  • алюминиевая фольга;
  • клей.

Спектроскоп состоит из трех основных частей: щелей, сделанных при помощи бритвенных лезвий, дифракционной решетки из компакт-диска и просмотрового устройства, представляющего собой бумажную трубку.

Установите компакт-диск в верхней части окна, прорезанного в коробке, отступив примерно сантиметр от левого края, и поблизости к нижнему окну, как показано на фото (рис. 2). Отметьте с помощью фломастера или карандаша положение центрального отверстия диска. Эта отметка покажет вам, где в дальнейшем будет проходить бумажная трубка. Теперь разместите ее на коробке таким образом, чтобы нижний ее конец оказался над отметкой, которую вы только что нарисовали.

Нарисуйте еще один круг на поле, обозначив окружность бумажной трубки (рис. 3). Сместите ее на 1 — 2 см и очертите вокруг нее еще один круг. Эти круги подскажут вам, где нужно вырезать овальное окно (рис. 4).

Теперь вырежьте это окно острым ножом (рис. 5). Овал позволит поставить бумажную трубку под некоторым углом к поверхности диска.

Следующий шаг — сделайте разрез. Поверните ящик на четверть оборота так, чтобы овал оказался с правой стороны. Используйте диск еще раз, чтобы сделать еще один небольшой круг ближе к левой части ящика.

Щели будут расположены в крайней левой части ящика. Вырежьте небольшой прямоугольник в стенке коробки на высоте, отмеченной кружком, который вы сделали с помощью диска. Прямоугольник должен иметь ширину около 1 см и высоту примерно 4 см.

Осторожно разверните упаковку лезвий от безопасной бритвы и поставьте два лезвия над прямоугольным отверстием так, чтобы их острые края почти соприкасались друг с другом. Закрепите лезвия скотчем (рис. 6,7).

Открыв ящик, разместите в нем диск поблизости к щели. Прикрепите его скотчем к задней стенке коробки так, чтобы его рабочая сторона была обращена кверху (рис. 8).

Закройте коробку, обеспечьте ее светонепроницаемость с помощью черной бумаги или алюминиевой фольги (рис. 9).

Вставьте бумажную трубку (рис. 10). Алюминиевая лента или фольга сделают уплотнение светонепроницаемым. Чтобы убедиться, что угол, под которым в коробку вставлена смотровая труба, подобран правильно, направьте входную щель на источник света.

Посмотрите через бумажную трубку и подрегулируйте угол ее наклона, чтобы увидеть полный спектр — от красного до фиолетового (рис. 11). Вот и все, спектроскоп своими руками успешно собран.

Теперь, направьте щели на источник света, например, на обычную лампочку накаливания. Прибор покажет простой спектр, неяркие линии.

Это потому, что свет исходит от горячего тела (вольфрамовая нить в лампочке).

Горячий газ неон в лампе дневного света состоит из нескольких цветов, но они расположены в основном в красных и оранжевых частях спектра.

Красный свет светоизлучающих диодов имеет непрерывный спектр, поскольку в них нет горячего газа (рис. 12).


Зеленый свет светоизлучающих диодов и выглядит зеленым. Однако есть источники, которые излучают в желто-зеленой части спектра, а также дают некоторое количество оранжевых и красных линий (рис. 12).

Читайте также:  Как сделать из картона машины камаз


Свет белого светоизлучающего диода на самом деле имеет примесь голубого и так называемого фосфорического.

Диод работает по аналогии с флуоресцентной лампочкой, где синий свет возбуждает люминофоры, чтобы вызвать белое свечение. Поэтому спектр здесь широк.

Источник

Спектральный анализ в домашних условиях

Друзья приближается вечер пятницы, это прекрасное интимное время, когда под покровом манящего сумрака можно достать свой спектрометр и всю ночь, до первых лучей восходящего солнца мерить спектр лампы накаливания, а когда взойдет солнце померить и его спектр.
Как у вас все еще нет своего спектрометра? Не беда пройдемте под кат и исправим это недоразумение.
Внимание! Данная статья не претендует на статус полноценного туториала, но возможно уже через 20 минут после её прочтения вы разложите свой первый спектр излучения.

Человек и спектроскоп

Я буду повествовать вам в том порядке, в котором проходил все этапы сам, можно сказать от худшего к лучшему. Если кто-то нацелен сразу на более ли менее серьезный результат, то половину статьи можно смело пропустить. Ну а людям с кривыми руками (как у меня) и просто любопытным будет интересно почитать про мои мытарства с самого начала.
В интернете гуляет достаточное количество материалов о том, как собрать спектрометр/спектроскоп своими руками из подручных материалов.
Для того чтобы обзавестись спектроскопом в домашних условиях, в самом простом случае понадобится совсем не много — CD/DVD болванка и коробка.
На мои первые опыты в изучении спектра меня натолкнул этот материал — Спектроскопия

Собственно благодаря наработкам автора, я собрал свой первый спектроскоп из пропускающей дифракционной решетки DVD диска и картонной коробки из под чая, а еще ранее до этого мне хватило плотного куска картона с прорезью и пропускающей решетки от DVD болванки.
Не могу сказать, что результаты были ошеломляющие, но первые спектры получить вполне удалось, чудом сохраненные фотографии процесса под спойлером

Самый первый вариант с куском картона

Второй вариант с коробкой из под чая

И отснятый спектр

Как вариант можно сделать по другому, использовать отражающий слой или использовать спичечный коробок и лезвия.

От спектроскопа к спектрометру

Ну что же предположим, что вы уже посмотрели на спектры всего, что светиться в вашем доме.
Возникает логическое развитие ситуации. Как же теперь исследовать то, что получили?
Тут нам опять-таки на помощь придут сразу несколько вариантов. Первым, что я нашел по тематике спектрального анализа, оказалась разработка зарубежного ученого — «Cell Phone Spectrophotometer», которая предлагает в качестве спектрометра использовать собранный спектроскоп, камеру мобильного телефона и написанное автором бесплатное ПО Интересная система, но ввиду отсутствия компонентов под рукой, саму систему я собирать не стал, а воспользовался только ПО и заранее отснятыми спектрами.
Как ни странно, но использование ПО (CellPhoneSpec.exe), вызвало у меня и у коллеги некоторые затруднения, по большей части эмпирически я разобрался, как оно работает, до сих пор надеюсь, что понял правильно, в любом случае даже если и нет, то в конце статьи я приведу вариант, который железно работает. Ну а пока немного о CellPhoneSpec.

Моя инструкция больше похожа на пляски с бубном, но все же.
Для работы с программой нам понадобиться образец полного спектра и фото отснятого опытного спектра ну а дальше по порядку:
0) Желательно для удобства положить все фото в одну папку к .exe файлу программы
1) Открываем программу, в поле reference выбираем картинку с образцом полного спектра, в поле sample выбираем фото образца
2) Кликаем на крайний синий участок reference всплывает диалог – выбираем “blue end”, кликаем на красный конец спектра и выбираем “red end” соответственно, ну и тоже самое проделаем для вкладки с образцом.
3) Казалось бы вот и все давай строй графики, но постоянно выскакивает некая ошибка,
Я лечу ее так. В полях spectrum parameters удаляю значения после точки и точку включительно ну допустим делаю из 720.0 просто 720 и жму enter и так для всех значений, после этого в поле sample еще раз выбираю тот же рисунок что подкладывал вначале и после этого о чудо загорается кнопка Make Plot
4) Нажимаем Make Plot получаем графики трех каналов (RGB) и суммарный. Полученные данные можно сохранить в CSV

Читайте также:  Как самому сделать потолок из гипсокартона в детской комнате

Не могу сказать насколько достоверен данный метод, но полученные графики худо бедно можно коррелировать с моими ожиданиями и с графиками полученными с помощью SpectralWorkbench., но я все же не буду утверждать, что методика описанная мной на 100% верна (в инструкции автора я особо не вникал).

Самый сок

Ввиду неуверенности в качестве да и не особого удобства получения результатов спектрального анализа полученных ранее, я обратился за помощью к своему талантливому другу и коллеге DrZugrik
И этот золотой человек с прямыми руками собрал мне прекрасный спектроскоп.
За основу он взял разработки проекта PublicLab.org (инструкция по сборке), о котором ранее упоминалось на просторах Хабра

Единственное для моего удобства, он модифицировал данную конструкцию USB видеокамерой, получилось вот так:


Автор сего рукотворного чуда просил добавить комментарий:
«Простите, синяя изолента кончилась, пришлось взять заграничный аналог» 🙂

Сразу скажу, эта модификация избавила меня от необходимости пользоваться камерой мобильного телефона, но был один недостаток камеру не удалось откалибровать под настройки сервиса Spectral Worckbench (о котором пойдет ниже речь). Поэтому захват спектра в режиме реального времени мне осуществить не удалось, но распознавать уже собранные фотографии вполне.

Итак допустим вы купили или собрали спектроскоп по указанной выше инструкции.
После этого создайте учетную запись в проекте PublicLab.org и переходите на страницу сервиса SpectralWorkbench.org Дальше я опишу вам ту методику распознавания спектра, которой пользовался сам.
Для начала нам надо будет откалибровать наш спектрометр, Для этого вам будет необходимо получить снимок спектра люминесцентной лампы, желательно — большой потолочной, но подойдет и энергосберегающая лампа.
1) Нажимаем кнопку Capture spectra
2) Upload Image
3) Заполняем поля, выбираем файл, выбираем new calibration, выбираем девайс (можно выбрать мини спектроскоп или просто custom), выбираем какой у вас спектр вертикальный или горизонтальный, чтобы было понятно спектры на скриншоте предыдущей программы — горизонтальные
4) Откроется окно с графиками.
5) Проверяем, как повернут ваш спектр. Слева должен быть синий диапазон, справа — красный. Если это не так выбираем кнопку more tools – flip horizontally, после чего видим, что изображение повернулось а график нет, так что нажимаем more tools – re-extract from foto, все пики снова соответствуют реальным пикам.

6) Нажимаем кнопку Calibrate, нажимаем begin, выбираем синий пик прямо на графике (см. скриншот), нажимаем ЛКМ и открывается всплывающее окно еще раз, теперь нам надо нажать finish и выбрать крайний зеленый пик, после чего страница обновиться и мы получим откалиброванное по длинам волн изображение.
Теперь можно заливать и другие исследуемые спектры, при запросе калибровки нужно указывать уже откалиброванный нами ранее график.

Внимание! Калибровка предполагает, что вы в дальнейшем будете делать снимки на тот же самый аппарат, который калибровали изменение аппарата разрешения снимков, сильное смещение спектра на фото относительно положения на откалиброванном примере, может исказить результаты измерения.
Честно признаюсь я свои снимки слегка правил в редакторе. Если где была засветка, затемнял окружение, иногда немного поворачивал спектр, чтобы получить прямоугольное изображение, но еще раз повторюсь размер файла и расположение относительно центра снимка самого спектра лучше не менять.
С остальными функциями вроде макросов, авто или ручной подстройки яркости я предлагаю вам разобраться самостоятельно, на мой взгляд они не так критичны.
Полученные графики потом удобно переносить в CSV, при этом первое число будет дробной (вероятно дробной) длинной волны, а через запятую будет усредненное относительное значение интенсивности излучения. Полученные значения красиво смотреться в виде графиков, построенных например в Scilab

У SpectralWorkbench.org есть приложения для смартфонов. Я ими не пользовался. поэтому оценить не могу.

Красочного вам дня во всех цветах радуги друзья.

UPD: По просьбе DrZugrik, дополнительно напишу, что вариант с оборудованием SpectralWorckbench является одним из наиболее бюджетных, некоторые дополнительные модули спектрометра для ардуино могут стоить 500 вечно условных единиц.

Источник