Ничего не найдено :(
    В гостях у Самоделкина! » Приспособления » Недорогой спектрометр своими руками

    Недорогой спектрометр своими руками





    Эта статья предназначена в первую очередь для школьников старших классов и студентов. Человек, сделавший этот спектрометр, тоже является студентом. В связи с ограничениями многие учебные заведения перешли на он-лайн обучение. Но лабораторные работы и практические эксперименты так же важны, как и теория, когда речь идет о таких предметах, как физика. Лабораторные занятия и эксперименты дают ощутимые результаты, которые часто помогают понять принцип явления гораздо эффективнее, чем лекция. Однако из-за глобальной пандемии у него не было лабораторных занятий уже больше года.

    Большинство экспериментов, особенно на последнем году обучения физике, требуют сложных и очень дорогих инструментов и оборудования. Мастер решил некоторое оборудование сделать самостоятельно и так, чтобы оно было доступно любому студенту. Начать он решил с изготовления спектроскопа.

    Мастер решил сделать цифровую версию спектрометра с использованием веб-камеры и создать программу для анализа результатов.

    Инструменты и материалы:
    -Картон;
    -Черная бумага;
    -DVD-диск или дифракционная решетка;
    -Лезвие;
    -Веб камера;
    -Клей;
    -Ножницы;
    -Линейка;
    -Карандаш;
    -Термоклей;





    Шаг первый: теория
    Спектрометр - это оптический инструмент, используемый для измерения свойств света. Этот инструмент можно использовать для огромного количества экспериментов, таких как определение состава материала, используемого в повседневной жизни, или определение элементов, обнаруженных на далеких звездах и планетах.

    Основная концепция спектрометра состоит в том, что «неизвестный» луч света попадает на оптический элемент, который разделяет луч света на основе длин волн. Каждая длина волны отклоняется на разную величину. Измеряя отклонение, можно определить длины волн, присутствующие в луче света, что потенциально может предоставить больше информации об источнике луча света, даже если он отстоит на миллионы километров отсюда.

    Раньше ученые использовали призмы для разделения луча света на составляющие и поворотный окуляр для измерения углового отклонения каждой составляющей длины волны. Однако в последнее время призму заменяют дифракционной решеткой, которая служит той же цели, что и призма, а окуляр заменяют решеткой электронных фоторецепторов, подключенной к компьютеру.

    Шаг второй: детали корпуса
    Корпус можно изготовить из любой подходящей коробки, но мастер решил создать его с нуля. Сначала измерил веб-камеру.
    По результатам измерения, коробка должна иметь следующие размеры:
    Длина - от 20 до 25 см.
    Ширина - на 2 см больше ширины веб-камеры
    Высота - на 1 см выше, чем высота веб-камеры.



    Дальше размечает и вырезает из картона детали коробки. На задней панели делает прорезь, через которую будет проходить кабель веб-камеры. На передней панели делает прорезь 2 см x 1 см на высоте объектива камеры.
    На все детали наклеивает черную бумагу.









    Шаг третий: сборка корпуса
    Теперь нужно склеить коробку. Верхнюю крышку мастер сделал съемной. Главное нужно сделать коробку светонепроницаемой.







    Шаг четвертый: щель
    В передней части корпуса, там, где проем, нужно сделать узкую щель. Мастер приклеивает два лезвия так, чтобы между ними было очень маленькое расстояние.

    Шаг пятый: изготовление дифракционной решетки
    Этот шаг - самая важная часть проекта. Дифракционная решетка отвечает за разделение луча света в зависимости от длины волны. Один из вариантов - купить дифракционную решетку. Другой вариант - использовать старый DVD-диск для дифракционной решетки. Оба дают аналогичные результаты.

    Сначала нужно разделить диск. Диск состоит из двух слоев, которые при разрезании начнут разделяться. Нужно полностью разделить два слоя и выбросить половину, состоящую из серебряного покрытия.

    Из прозрачного диска нужно вырезать прямоугольник. Затем нужно приклеить его к объективу.
    Одним из важных шагов для работы спектрометра является то, что канавки вдоль диска выровнены так, чтобы они были вертикальными, то есть они должны быть параллельны щели. Если они не параллельны щели.







    Шаг шестой: установка камеры
    После приклеивания дифракционной решетке к веб-камере, нужно пропустить пропустите кабель от камеры через отверстие в задней части корпуса. Веб-камеру нужно поместить в задней части корпуса под углом 30 градусов по отношению к передней поверхности и совместить с прорезью по центру. Прежде чем прикрепить веб-камеру на место, нужно подключить ее к компьютеру и открыть приложение камеры. Дальше нужно направить спектрометр на источник света и отрегулировать положение веб-камеры так, чтобы дифракционный спектр располагался по центру.

    Теперь можно приклеить камеру двусторонним скотчем.


    Шаг седьмой: тестирование
    Чтобы проверить, правильно ли работает спектрометр, нужно навести его на источник света и отрегулировать высоту источника света и спектрометра, пока они не будут выровнены. Можно использовать стопку книг или что-то еще, чтобы отрегулировать прибор по вертикали.



    Недорогой спектрометр своими руками

    Простое изображение спектра не даст много информации, поэтому мастер разработал программу на Python для построения графика интенсивности света. Программа обеспечит относительное расстояние между «пиками», которое в дальнейшем можно использовать для определения длин волн.

    Для запуска программы необходимо установить Python на компьютер вместе с несколькими дополнительными библиотеками с открытым исходным кодом. Python можно загрузить по следующей ссылке https://www.python.org/.
    Дополнительные библиотеки можно загрузить и установить с помощью через терминал. Библиотеки вместе с командами терминала представлены ниже:
    Opencv - pip install opencv-contrib-python
    Numpy - pip instal numpy
    Matplotlib - pip install matplotlib

    После установки всех библиотек можно установить программу анализатора спектра из следующего репозитория GitHub: https://github.com/kousheekc/DIY-Spectrometer-Analyser
    Запустив программу, пользователь должен увидеть канал веб-камеры. Нужно навести веб-камеру на источник света и нажать кнопку « r » на клавиатуре, чтобы захватить интересующую область ленты. Дальше нужно перетащить указатель мыши на спектр и нажать ввод. После выбора интересующей области нажать кнопку « s », чтобы сделать снимок. Для выхода из программы нужно использовать кнопку « q ».


    После тестирования спектрометра и программного обеспечения можно приступать к экспериментам. Можно направить спектрометр на различные источники света, такие как лампы CFL, неоновые лампы, лампы накаливания или даже интеллектуальные светодиодные лампы, меняющие цвет. Вы также можете выйти на улицу и направить спектрометр на чистую часть неба и изучить результаты.

    Чтобы измерить длины волн определенного источника света, можно начать с источника света с известной длиной волны, такого как лазер, и определить соотношение между положением пиков и длиной волны.

    Есть и другие интересные эксперименты, которые можно попробовать, например, обнаружение и измерение натрия в поваренной соли, и обнаружение хлорофилла в оливковом масле. С помощью этого недорогого спектрометра можно проводить различные простые и интересные эксперименты прямо у себя дома.




    Источник (Source)
    Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
    Подборки: Спектрометр

    Простая выравнивалка мятого обмоточного провода

    Полезная насадка на гидравлический домкрат позволяющая поддомкрачивать тумбочки, шкафы, диваны и т.п.

    10
    Идея
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    6.5
    Описание
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    5.5
    Исполнение
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    Итоговая оценка: 7.33 из 10 (голосов: 2 / История оценок)

    Добавить комментарий

    4 комментария
    Man

    Самоделка интересная, но рекомендую монохроматор МУМ-01 и эталонный источник света, и такие опыты лучше проводить в учебном заведении.

    Korolev
    Иван_Похмельев,
    В который уже раз поражает незнание такой элементарной вещи как развёртка.

    А что, развёртку даже на компе построить можно? smile 

    Зачем резать и клеить, если можно просто согнуть?

    Для этого потребуется предварительно наклеить чёрный лист бумаги на всю развёртку, а не кусочками, как у автора. Но мы же не ищем лёгких путей, преодолевать трудности - вот наша задача! smile 

    ino53
    Цитата: Иван_Похмельев
    незнание такой элементарной вещи как развёртка. 

    Показать ему обувную коробку из единого куска картона и без единого крепежного элемента... xaxa 

    А по теме - как то к призме больше доверия... pardon 


    Иван_Похмельев

    В который уже раз поражает незнание такой элементарной вещи как развёртка. 

    Зачем резать и клеить, если можно просто согнуть?

    Привет, Гость!


    Зарегистрируйтесь

    Или войдите на сайт, если уже зарегистрированы...

    Войти

    Добавьте самоделку

    Добавьте тему

    Онлайн чат

    Последние комментарии

    Все комментарии