Оптический спектрограф

[MIF]

Как сделать в домашних условиях не дорогой, но приличный спектрограф от УФ до ИК?


Может быть есть недорогие современные датчики, фильтры упрощающие задачу?
Вариантов много, но и качество измерений разнится..

Можно использовать набор из минимум 9 светодиодов с фильтрами на соответствующие разделы:
1 - Ультрафиолетовый
2 - Фиолетовый
3 - Синий
4 - Голубой
5 - Зелёный
6 - Жёлтый
7 - Оранжевый
8 - Красный
9 - Инфракрасный

Можно использовать такое явление как дисперсия, зависимость угла отражения лучей от длины волны.


В простейшем случае, для зрительного восприятия, можно собрать спектрометр используя свойства диска от CD-DVD.


Полученный данные можно преобразовывать в показания стрелочного приборы, обрабатывать на микроконтроллере или вводить в компьютер для наилучшего графического представления.
Лично мне по душе термин "измеритель АЧХ".

Уважаемые радиоКоты, какие будут мысли?

[WildCat]

А ты чо собрался им спектрометрить? Я встречал такое решение, что брали просто призму, помещали в тубус, на одном конце ставили объектив (линза и тонкая щель), а с другого конца ставили ПЗС от цифровика, вроде 4 или 6Mpx. Эту систему нужно откалибровать, например ртутной и обычной лампой. Ртутной лампой добиваются проекции строго вертикальных линий на ПЗС, а лампой накаливания - равномерной и полной засветки матрицы на всем спектре. Нужно это для того, чтобы точно поймать инфракрасный диапазон - матрица еще видит далеко за красной границей, сам недавно развлекался с телефоном и промышленным спектрографом.

[MIF]

Задач для снятия АЧХ в оптике довольно много, собственно поэтому я и поднял эту тему, что она имеет не частных характер, а довольно универсальное применение.
Из простых задач, иногда нужно померить как меняется спектр светодиода при чрезмерном токе или в разных температурных условиях, а иногда нужно подобрать оптический фильтр.
Спектр звёзд мне смотреть не нужно, хотя, астрономов-любителей эта тема тоже заинтересует. Применений масса, от коммерческих, до познавательных. Например, можно определять по спектру высокую температуру в печи и точки плавления разных материалов. Можно и усложнить прибор до наложения спектральных характеристик на текущее видеоизображение.
Собственно, я тоже остановился на варианте с призмой, настроенной веб-камерой и отметками в виде лазерных точек известных лазерных диодов. Это пока так, для эксперимента.
Вопрос выглядит не так просто, ведь для измерений нужно перекрытие фотодатчиком широкого диапазона с линейной или известной чувствительностью. В последнем случае понадобится делать корректор АЧХ, впрочем его придётся делать по любому.

И, как обычно, в наше время всё сводится к доступным по цене материалам и элементной базе.

[WildCat]

вебкамера не подходит ввиду маленькой матрицы и низкого разрешения. Только жирную ПЗСку от цифры. Отметки лазером - это зачотно.
А матрицы сейчас перекрывают диапазон от ИК до ближнего УФ, 400-1200 нм вполне

[Сэр Мурр]

наткнулся на интересное сообщение, имеющее непосредственное отношение к нашей теме.
Ученые из немецкого научно-исследовательского центра в Юлихе разработали быстрый способ обнаружения жидкостей, которые могут быть использованы для приготовления взрывчатки.

Если немецкое ноу-хау успешно пройдет все проверки, его могут внедрить в аэропортах, и пассажиры самолетов смогут проносить на борт соки, воду и др.

Придуманное ими «нано-электронное» устройство за 0,2 секунды безошибочно определяет тип жидкости, каждая из которой имеет свой световой спектр. Устройство может улавливать высокочастотные и низкочастотные диапазоны светового спектра, которые не могут «поймать» другие аппараты, и таким образом идентифицировать жидкость.
Конечно, нам такое не по шерсти, но идея есть, и мобыть, что полезное можем придумать?

[MIF]

Сэр Мур,
Вот это правильные направления! Но, каждому по силам начать с чего-то доступного. Вытащить элемент там, сям и собрать приборчик.
Мы разношёрстные и то, что не может один радиоКот, стая таких зацарапает без особых проблем.
Хотелось бы, что бы немцы у нас покупали приборы..

Дикий кот,

А матрицы сейчас перекрывают диапазон от ИК до ближнего УФ, 400-1200 нм вполне

Если недорогие или доступные в недорогих устройствах, то приведите пожалуйста примеры..
Да, 400-1200 вполне подойдёт.

Есть и другие методы, более дешёвые, например водить узкую щель со светодиодом вдоль спектра и синхронно записывать данные на ПК. Это было бы недорого, но если есть вариант немного переплатить и поставить широкополосную ПЗС, то это хорошо скажется на быстродействии, точности и компактности.
Для начальных опытов, думаю, вполне достаточно будет и разрешения вебкамеры, но я хотел ещё взглянуть на то, что стоит во всяких там ксероксах и прочей техники, которую можно расклевать на элементы.

[Brigadir]

В сканерах длинная узкая палка для сьема изображения - может она подойдет?

[MIF]

Хорошая мысль Анатолий! Там ведь не только фотолинейка есть, но и оптика для раскрытия угла в широкую линию и, что не менее важно, драйвера для ввода изображения в компьютер.
Насчёт чувствительности фотолинейки к УФ и ИК, надо смотреть конечно..

[WildCat]

нужна вдобавок обязательно цветная ПЗС, потому что черно-белой померять уровень не удастся - больно нелинейные они

[MIF]

Вчера я разбирал вэбкамерку, оказалось что ИК фильтр был в объективе, при чём пришлось его разбирать на линзы.. и он был самым посленим! Вытащил, собрал, фокус ушёл конечно на пару мм. но теперь ИК как на ладони. Вообще, я приставлял объективчик из остатков.. качество намного улучшилось. Родной объектив или надо регулировать или он игрушечный.
УФ пока не чем померить, надо призму делать, и щель по ней водить.

Вот, про ИК многие говорят, что из засвеченной плёнки Кодак хороший ИК фильтр получается, а из двух сложенных вместе ещё лучше.
А про изготовление УФ из подручных материалов что слышно?
В старых ПЗУшках что за стёкла стоят, кажется кварцевые и ультрафиолет точно пропускали поскольку для этого и служат, а вот что задерживают..?

Где-то УФ лампа для загара была, но сегодня холодно искать.. Надо галогенку пробовать, у них спектр широкий и говорят довольно линейный от ИК до УФ.
Кстати, автомобилистам эта тема тоже будет наверное интересна.

Всем интересующимся советую пощёлкать галочками по спектрограмме на этой страничке. Там хорошо видно как стекло работает своеобразным ФНЧ "фильтром низких частот", урезая спектр со стороны ультрафиолета, чем толще, тем больше.
http://www.ixbt.com/digimage/inviz.shtml

[LINKS_234]

вчера тоже хотел предложить ПЗС от сканер , да было поздно - на работе инет отрубили.
что касается распознавания - а зачем нам сканер и комп для линейки ПЗС ? там же максимум несколько тысяч ячеек , несколько из которых калибровочные затемнённые. считать данные не составит труда простеньким МК, правда кое-где нужна скорость ...
вот к примеру недавно выдернул ILX516K из Mustek и вскользь почитал про неё. микруха впринципе нормальная , но сильно большая - 3648 ячейки на каждый цвет , да и выход у неё аналоговый , а это значит что надо будет ещё быстрый АЦП цеплять. есть же матрицы по-меньше и с цифровым выходом, а это намного упрощает задачу со сбором и хранением информации. также если посмотреть ДШ на данную микруху , то можно найти спектральную характеристику чувствительности матрицы, зная которую можно забить в МК таблицу корректировки данных согласно таблице.

[WildCat]

Так это чо, получается вопрос решен?
Берем матрицу, снимаем с нее фильтры. Подключаем к МК. Учитываем спектральные поправки. Ставим призму и объектив в виде щели, затем светим несколькими источниками с линейчатым или монохромным спектром и калибруем. Дело то нехитрое

[LINKS_234]

ну да впринципе фильтров на ней только нету . окно прозрачное. стекло вроде там обычное стоит , т.е. ни ИК , ни УФ не пропустит.
сканеры впринципе так и работают, только там ещё производительность большая , синхронизация всех узлов и передача данных на комп. чисто с МК отделаться тут не получится - надо будет ещё память прикручивать и частоту загонять под самое немогу , потому как объём данных впечатляет , а в случае с аналоговым выходом - ещё производительный АЦП ставить.

кстати можно на ней же сделать и без призмы простенький анализатор - составляющие света покажет, но у разных сенсоров взаимное перекрытие спектра есть. так что лучше конечно с призмой, гнать данные в комп и уже на компе откалибровать по ячейкам какая длина волны на какую приходится.

что касается оптики - стекло будет фильтровать и ИК и УФ , посему необходимо оргстекло. а лучше вообще только призмой отделаться.

[YAA]

А призму из чего?
Обычное стекло, насколько я знаю, пропускает ИК (тепло через стекло чувствуется).

[MIF]

А призму из чего?
Обычное стекло, насколько я знаю, пропускает ИК (тепло через стекло чувствуется).

Призмы из исландского шпата (кальцита СаСО3) спектральный диапазон 220-2300нм

http://www.rivoptics.ru/index.php?section_ID=5
..например.

После экспериментирования, уже для создания качественного прибора, можно заказать и дорогую призму, указав её параметры. Они даже отражающие\фильтрующие напыления делают.

А на данный момент, при ценах в вышеупомянутом источнике в пару сотен Евро, возникает желание вытащить призмочку из какого-нибудь устройства.

[LINKS_234]

А призму из чего?
Обычное стекло, насколько я знаю, пропускает ИК (тепло через стекло чувствуется).

странно , но вот в mythbusters баловались с ИК камерой и пироэлектрическими датчиками - камера за стеклом ничего не видит , и датчик не реагирует на человека за стеклом.

а призмы можно взять или сделать из оргстекла - всяко лучше чем стекло.

[MIF]

Применение спектроскопии может оказаться чрезвычайно увлекательным.
Известно что листья некоторых растений отражают только в определённом окне видимого диапазона волн, например лепестки орхидеи - 650–750 нм..
Некоторые птицы и насекомые склонны к восприятию в ближнем ультрафиолетовом спектре.

Ещё в начале 1880-х гг. было замечено, что в присутствии УФ-излучения муравьи переносят свои личинки в более темные места или в те, что освещены светом с более длинными волнами.
Затем в середине 1900-х гг. было доказано, что пчелы и муравьи не только видят ультрафиолет как отдельный цвет, но и пользуются им как своеобразным небесным компасом.
По результатам исследований последних 35 лет птицы, ящерицы, черепахи и многие рыбы обладают УФ-рецепторами в сетчатке.

Совы видят мочу мышей отражающую ультрафиолет.

Кошки прекрасно видят ночью. Щелевидный зрачёк полностью защищает кошачье зрение от избытка света днём. А для изучения спектра зрения, наши подопытные друзья всегда рядом. Разумеется, что эксперементировать надо аккуратно, не позволяя мощным сфокусированным потоком поражать зрение питомцев. Сегодня нельзя с уверенностью утверждать что кошки не различают цвета.

Один мой знакомы рассказывал, что через ИК луч в самодельной мышеловке, мыши отказывались проходить. Так что есть подозрение, что мы не всё знаем о мышах.



Обычное оконное стекло имеет свойство поглащать ультрафиолет, пропуская лишь самую ближнюю его часть спектра с заметным ослаблением. Разумеется это зависит от толщины и марки стекла.

[MIF]

Любопытно, что пироэлектрические датчики, такие как в ИК датчиках движения,

могут иметь широкую спектральную характеристику (на рисунке номер-4)

Здесь ПДФ с данными и схемой включения.
http://www.murata.com/catalog/s21e.pdf

Цена в Чип и Дип на датчик IRA-E420S1 - 420 рублей.

Статья тут.
http://www.detect-ufo.narod.ru/pribor/d ... nt_01.html

[LINKS_234]

что-то сильно дорого. я готовые модули-датчики брал по 3 бакса. sb0081. чистый китай. надо будет попробовать его со светодиодами- сработает или нет. что-то мне подсказывает что не сработает. хотя ...

[Сэр Мурр]

От старого НМЛ снял линейку фотодатчиков; марка не известна; размеры 15х15 мм. Реагируют на инфракрасный диапазон- использовал их в качестве приёмника инфракасного модулированного излучения.
Можете попробовать любой старый фоторезистор или фотодиод, с открытой поверхностью; скорее всего- будут реагировать. Ещё , вроде, светодиоды в режиме фотоприёмника могут работать.