Uydagi ma'lum bir lampochka qanday rang spektrini chiqarishini bilish uchun siz spektrometr deb ataladigan qurilmadan foydalanishingiz kerak bo'ladi. Zavod modellari juda qimmat, shuning uchun siz doğaçlama materiallardan uy qurilishi versiyasini qilishingiz mumkin. Buni qilish juda oddiy, chunki bu holda maxsus aniqlik talab qilinmaydi.

Ishning asosiy bosqichlari

Spektrometrning eng ibtidoiy versiyasi qalin qog'oz yoki kartondan tayyorlanishi mumkin. Ammo e'tibor bering, korpusning ichki qismi qorong'i bo'lishi kerak, shunda aks ettirilmaydi, balki yorug'likni yutadi. Shu maqsadda siz oddiy qora markerdan foydalanishingiz mumkin (ya'ni, faqat kartonni bo'yashingiz kerak).

Chiqarilgan yorug'lik spektrini olish uchun sizga optik DVDdan eng yaxshi tayyorlangan difraksion panjara kerak bo'ladi. Siz shunchaki CD dan to'rtburchaklar shaklini kesib olishingiz kerak, keyin plitalarni ajratib oling. Difraksion panjara shaffof qatlamni talab qiladi.

To'rtburchaklar plastinkani kartonga yopishtiring, so'ngra qutining o'zini yopishtiring. Uy qurilishi spektrometri juda oddiy ishlaydi - uni uydagi yorug'lik manbasiga yo'naltirish va DVD-dan kesilgan shaffof plastinkaga qarang. Agar siz smartfon kamerasini unga suyansangiz, suratga olishingiz va keyin ular yordamida ma'lum bir lampochkaning spektrini tahlil qilishingiz mumkin.

Videokamera bilan spektrometr

Shunga qaramay, tan olishimiz kerakki, smartfon bilan suratga olish unchalik qulay emas. Haqiqiy vaqtda yorug'lik manbasini kuzatish yaxshidir. Buning uchun smartfonning "ko'zi" o'rniga oddiy kompyuter veb-kamerasini plastinkaga suyanishingiz kerak.

Endi biz o'z qo'llarimiz bilan diffraktsiya spektroskopining ikkita versiyasini yig'amiz. Spektroskop - yorug'lik spektrini uning spektral komponentlarini ma'lum bir o'q bo'ylab suyultirish orqali o'rganish imkonini beruvchi qurilma. Yorug'lik monoxromatik to'lqinlarga dispersiya hodisasi yoki diffraktsiya orqali bo'linishi mumkin. Bunday holda, biz diffraktsiyadan foydalanamiz, chunki bizda ajoyib diffraktsiya panjarasi mavjud - CD!

Bizga kichkina karton quti, CD, elim, okulyar uchun shaffof bo'lmagan naycha kerak bo'ladi.

Qutiga mos keladigan diskni qaychi bilan kesib oling:

Ko'zoynak to'g'ri o'rnatilishi uchun qutini belgilaymiz. Biz optikadan bilamizki, tushish burchagi aks etish burchagiga teng. Ammo shu tarzda biz yorug'lik o'tadigan oynani ko'ramiz, diffraktsiya maksimallari emas, shuning uchun biz kelajakdagi oyna chizig'ining o'ng tomonida joy qoldiramiz.

Keyin qutini yopgandan so'ng, biz yorug'lik kiritish uchun mos joyni tanlaymiz. Buning uchun biz teshikni ehtiyotkorlik bilan teshib, ko'zoynak orqali kuzatamiz. Agar biz okulyarda to'g'ridan-to'g'ri aks ettirilgan yorug'likni ko'rsak, biz teshikni yopamiz va yangisini biroz uzoqroq teshamiz. Va shunga o'xshash chiziq bo'ylab joylashgan ko'plab rangli nuqtalar okulyarda ko'rinmaguncha. Keyin derazadan kesib tashlang:

Keling, derazaga ikkita ustara pichoqli engil pichoqni o'rnatamiz - eng tor yorug'lik nurlari qutiga tushishi uchun - biz eng aniq rasmni ko'ramiz.

Agar hamma narsa yaxshi bo'lsa, biz ko'zoynakda ajralgan spektrni ko'ramiz. Agar spektr uzluksiz bo'lsa (masalan, LDS yoki gaz deşarj lampalaridan), unda biz chiziqlar to'plamini ko'ramiz. Har bir chiziq monoxromatik komponent hisoblanadi. Suratda, eng yuqori chiziq aslida quyuq binafsha rang, faqat kamera rangni buzgan.

Ikkinchi variant

Keling, o'tadigan yorug'likda ishlaydigan miniatyura spektroskopini yarataylik. Buni amalga oshirish uchun CDni birinchi variantda bo'lgani kabi kesib oling.

Do'stlar, juma kuni oqshom yaqinlashmoqda, bu ajoyib samimiy vaqt, siz jozibali qorong'ulik ostida siz spektrometringizni olishingiz va tun bo'yi ko'tarilgan quyoshning birinchi nurlarigacha cho'g'lanma lampaning spektrini o'lchashingiz mumkin. quyosh chiqadi, uning spektrini o'lchang.
Qanday qilib sizda hali ham spektrometringiz yo'q? Farqi yo‘q, keling, kesmaning tagiga kirib, bu tushunmovchilikni tuzataylik.
Diqqat! Ushbu maqola o'zini to'liq qo'llanma sifatida ko'rsatmaydi, lekin uni o'qib chiqqandan keyin 20 daqiqadan so'ng siz birinchi emissiya spektrini buzasiz.

Inson va spektroskop

Men o'zim barcha bosqichlarni o'zim bosib o'tgan tartibda aytaman, yomondan eng yaxshisiga qadar aytish mumkin. Agar kimdir darhol ko'proq yoki kamroq jiddiy natijaga qaratilgan bo'lsa, unda maqolaning yarmini xavfsiz o'tkazib yuborish mumkin. Xo'sh, qo'llari qiyshiq (mennikiga o'xshab) va shunchaki qiziquvchan odamlar uchun boshidanoq mening sinovlarim haqida o'qish qiziqarli bo'ladi.
Internetda o'z qo'llaringiz bilan spektrometr / spektroskopni doğaçlama materiallardan qanday yig'ish bo'yicha etarli miqdordagi materiallar mavjud.
Uyda spektroskopni sotib olish uchun, eng oddiy holatda, sizga ko'p narsa kerak bo'lmaydi - CD / DVD blankasi va quti.
Ushbu material meni spektrni o'rganish bo'yicha birinchi tajribalarim - Spektroskopiyaga olib keldi

Aslida, muallifning ishi tufayli men o'zimning birinchi spektroskopimni DVD diskining transmissiv difraksion panjarasidan va choy ostidagi karton qutidan, undan oldin esa tirqishli zich karton bo'lagi va transmissiv panjaradan yig'ganman. Men uchun DVD bo'sh edi.
Natijalar ajoyib bo'ldi deb ayta olmayman, lekin biz birinchi spektrlarni olishga muvaffaq bo'ldik, mo''jizaviy tarzda spoyler ostida saqlangan jarayonning fotosuratlari

Fotospektroskoplar va spektr

Bir parcha karton bilan birinchi variant

Bir quti choy bilan ikkinchi variant

Va olingan spektr

Menga qulaylik uchun yagona narsa, u ushbu dizaynni USB videokamera bilan o'zgartirdi, shunday bo'ldi:

spektrometrning fotosurati

Darhol aytishim kerakki, ushbu modifikatsiya meni mobil telefon kamerasidan foydalanish zaruratidan xalos qildi, ammo bitta kamchilik bor edi: kamerani Spectral Worckbench xizmatining sozlamalariga sozlab bo'lmadi (bu haqda quyida muhokama qilinadi). Shuning uchun men real vaqtda spektrni suratga ololmadim, lekin allaqachon to'plangan fotosuratlarni tanib olish juda mumkin edi.

Aytaylik, siz yuqoridagi ko'rsatmalarga muvofiq spektroskopni sotib oldingiz yoki yig'dingiz.
Shundan so'ng, PublicLab.org loyihasida hisob qaydnomasini yarating va SpectralWorkbench.org xizmat sahifasiga o'ting.Keyin, men sizga o'zim foydalangan spektrni aniqlash texnikasini tasvirlab beraman.
Boshlash uchun biz spektrometrimizni kalibrlashimiz kerak.Buni amalga oshirish uchun siz lyuminestsent lampaning spektrini suratga olishingiz kerak, yaxshisi katta shiftli chiroq, lekin energiyani tejaydigan chiroq buni amalga oshiradi.
1) Spektrlarni suratga olish tugmasini bosing
2) Rasmni yuklash
3) Maydonlarni to'ldiring, faylni tanlang, yangi kalibrlashni tanlang, qurilmani tanlang (siz mini-spektroskopni yoki shunchaki moslashtirilganni tanlashingiz mumkin), vertikal yoki gorizontal spektrni tanlang, shunda spektrdagi spektrlar aniq bo'lishi mumkin. oldingi dasturning skrinshoti gorizontal
4) Grafiklarga ega oyna ochiladi.
5) Spektringiz qanday aylantirilganligini tekshiring. Ko'k diapazon chapda, qizil diapazon o'ngda bo'lishi kerak. Agar bunday bo'lmasa, ko'proq asboblarni tanlang - gorizontal tugmachani aylantiring, shundan so'ng biz tasvir aylanganini va grafik aylanmaganligini ko'ramiz, shuning uchun biz ko'proq asboblarni bosamiz - fotosuratdan qayta chiqaramiz, barcha tepaliklar yana haqiqiy cho'qqilarga to'g'ri keladi. .

6) Kalibrlash tugmasini bosing, boshlash tugmasini bosing, to'g'ridan-to'g'ri diagrammada ko'k tepalikni tanlang (skrinshotga qarang), LMB tugmasini bosing va qalqib chiquvchi oyna yana ochiladi, endi biz tugatish tugmasini bosishimiz va oxirgi yashil cho'qqini tanlashimiz kerak, shundan so'ng sahifa yangilanadi va biz kalibrlangan to'lqin uzunliklari tasvirini olamiz.
Endi siz o'rganilayotgan boshqa spektrlarni to'ldirishingiz mumkin, kalibrlashni so'rashda biz allaqachon kalibrlangan grafikni ko'rsatishingiz kerak.

Skrinshot

Konfiguratsiya qilingan dastur turi

Diqqat! Kalibrlash siz kelajakda tasvir o'lchamlari moslamasidagi o'zgarishlarni sozlagan bir xil qurilma bilan suratga olishingizni nazarda tutadi, fotosuratdagi spektrning kalibrlangan misoldagi holatga nisbatan kuchli siljishi o'lchov natijalarini buzishi mumkin.
Rostini aytsam, muharrirda rasmlarimni biroz tuzatdim. Agar orqa yorug'lik bo'lsa, men atrof-muhitni qoraytirdim, ba'zan to'rtburchaklar tasvirni olish uchun spektrni biroz aylantirdim, lekin yana bir bor fayl hajmini takrorlayman va spektrning o'zi tasvirning markaziga nisbatan joylashishini o'zgartirmaslik yaxshiroqdir. .
Makroslar, avtomatik yoki qo'lda yorqinlikni sozlash kabi boshqa funktsiyalar bilan men buni o'zingiz aniqlashni maslahat beraman, menimcha, ular unchalik muhim emas.
Olingan grafiklar keyinchalik qulay tarzda CSV ga o'tkaziladi, birinchi raqam esa fraksiyonel (ehtimol, fraksiyonel) uzun to'lqin bo'ladi va radiatsiya intensivligining o'rtacha nisbiy qiymati vergul bilan ajratiladi. Olingan qiymatlar, masalan, Scilab-da qurilgan grafiklar ko'rinishida chiroyli ko'rinadi

SpectralWorkbench.org saytida smartfonlar uchun ilovalar mavjud. Men ulardan foydalanmadim. shuning uchun men buni baholay olmayman.

Kamalak do'stlarining barcha ranglarida rang-barang kun o'tkazing.

Avvalgi maqolalarda men o'simliklar uchun turli xil LEDlarni qanday sinab ko'rganimni tasvirlab berdim. Spektrni tahlil qilish uchun men va tanish fizika o'qituvchisidan oldim.

Ammo bunday qurilmaga ehtiyoj vaqti-vaqti bilan paydo bo'ladi va spektroskop va undan ham yaxshisi, spektrometrning qo'lida bo'lishi maqsadga muvofiqdir.

Mening tanlovim - diffraktsiya panjarali zargarlik spektroskopi

Bir vaqtlar zargarlar uchun narsa bo'lsa, to'plamga "charm" sumkasi kiritilgan

Spektroskopning o'lchami kichik

Do'konning tavsifidan yana nima aniq edi
Har bir narsa mahkam yig'ilgan, shuning uchun hech qanday parchalanish bo'lmaydi.
Shuningdek, nayning bir tomonida ob'ektiv linza, ikkinchisida difraksion panjara va himoya oynasi borligiga ham ishonaylik.

Va ichkarida go'zal kamalak bor. Unga juda qoyil bo'lib, u qaray boshladi, lekin spektrga qarash qanday bo'lardi.
Afsuski, spektroskopni o'z maqsadi uchun ishlatish mumkin emas edi, chunki mening barcha olmos va qimmatbaho toshlar to'plamim butunlay shaffof bo'lmagan va hech qanday spektr bermaydigan nikoh uzuklari bilan cheklangan edi. Xo'sh, burnerning olovidan tashqari))).
Ammo simobli lyuminestsent chiroq juda ko'p chiroyli chiziqlar berdi. Turli xil yorug'lik manbalariga qoyil qolganimdan so'ng, men rasmni qanday tuzatish va spektrni o'lchash kerakligi haqidagi savolga hayron qoldim.

Bir oz DIY

Kamera qo'shimchasining surati uzoq vaqtdan beri mening boshimda aylanib yuribdi va stol ostida hali so'nggi modernizatsiya qilinmagan, ammo PVX plastmassa bilan muvaffaqiyatli kurashgan.

Dizayn juda chiroyli emas. Baribir, men X va Yda oxirigacha g'alaba qozona olmadim. Hech narsa Bilya vintlari allaqachon yig'ilgan va qo'llab-quvvatlovchi chiziqli relslar kelishini kutmoqda.

Ammo kamalak uzoq vaqt davomida ishlamay qolgan eski Canonda ko'rsatilishi uchun funksionallik juda maqbul bo'lib chiqdi.

To‘g‘ri, shu yerda hafsalam pir bo‘ldi. Chiroyli kamalak qandaydir tarzda diskretga aylandi.

Hamma narsa aybdor - har qanday kamera va kameraning RGB matritsasi. Oq balans sozlamalari va tortishish rejimlari bilan o'ynaganimdan so'ng, men rasmga keldim.
Axir, yorug'likning sinishi tasvirni qanday rangda tuzatishga bog'liq emas. Spektral tahlil uchun o'lchangan diapazonning butun kengligida eng bir xil sezgirlikka ega bo'lgan oq-qora kamera ham mos keladi.

Spektral tahlil usuli.

Sinov va xato orqali men ushbu texnikani o'ylab topdim.
1. Ko'rinadigan yorug'lik diapazoni (400-720nm) shkalasi rasmi chizilgan, unda simobning kalibrlash uchun asosiy chiziqlari ko'rsatilgan.

2. Bir nechta spektrlar olinadi, har doim mos yozuvlar simob bilan. Bir qator tortishishlarda spektrning gorizontal ravishda siljishini istisno qilish uchun linzadagi spektroskopning o'rnini belgilashingiz kerak.

3. Grafik muharrirda masshtab simob spektriga mos ravishda sozlanadi, qolgan barcha spektrlar esa tahrirlovchida gorizontal siljishsiz masshtablanadi. Shunga o'xshash narsa chiqadi

4. Xo'sh, keyin hamma narsa ushbu maqoladan uyali telefon spektrometri analizator dasturiga suriladi

Biz texnikani yashil lazerda tekshiramiz, uning to'lqin uzunligi ma'lum - 532 nm

Xato taxminan 1% bo'lib chiqdi, bu simob chiziqlarini o'rnatish va o'lchovni deyarli qo'lda chizishning qo'lda usuli bilan juda yaxshi.
Yo'l davomida men yashil lazerlar qizil yoki ko'k kabi to'g'ridan-to'g'ri nurlanish emasligini, balki ikkilamchi nurlanish bilan qattiq holatdagi diodli nasosdan (DPSS) foydalanishini bilib oldim. Yashang va o'rganing!

Qizil lazerning to'lqin uzunligini o'lchash ham texnikaning to'g'riligini tasdiqladi.

Qiziqish uchun men shamning spektrini o'lchadim

va tabiiy gazni yoqish

Endi siz LEDlarning spektrini o'lchashingiz mumkin, masalan, o'simliklar uchun "to'liq spektr"

Spektrometr tayyor va ishlamoqda. Endi men uning yordami bilan quyidagi sharhni tayyorlayman - turli ishlab chiqaruvchilarning LED-larining xususiyatlarini taqqoslash, xitoyliklar bizni aldayaptimi va qanday qilib to'g'ri tanlov qilish kerak.

Qisqasi, natijadan mamnunman. Ehtimol, ushbu loyihada bo'lgani kabi, spektrni uzluksiz o'lchash uchun spektroskopni veb-kameraga ulash mantiqiydir

Yordamchim tomonidan spektrometr sinovi

Diagrammada: 1 - nurlanish manbai, 2,4 - kollimatsiya qiluvchi optika, 3 - kirish diafragma, 5 - qo'zg'almas oyna, 6 - harakatlanuvchi oyna, 7 - oynali haydovchi, 8 - nurni ajratuvchi, 9 - mos yozuvlar kanali lazeri, 10 - mos yozuvlar kanal fotodetektori kanali, 11 - fokuslash optikasi, 12 - signalli fotodetektor.

Harakatlanuvchi oynaning harakat tezligini barqarorlashtirish va spektrometrning to'lqin uzunliklarining mutlaq qiymatlariga "bog'lanishini" ta'minlash uchun spektrometrga lazer va uning fotodetektoridan iborat mos yozuvlar kanali kiritiladi (9 va diagrammada 12). Bu holda lazer to'lqin uzunligi standarti sifatida ishlaydi. Yuqori sifatli spektrometrlar bu maqsadda bir chastotali gaz lazerlaridan foydalanadi. Natijada, to'lqin uzunliklarini o'lchashning aniqligi juda yuqori.

Furye spektrometrlari klassik spektrometrlarga nisbatan boshqa afzalliklarga ham ega.
Furye spektrometrlarining muhim xususiyati shundaki, hatto bitta fotodetektordan foydalanilganda barcha spektral elementlar bir vaqtning o'zida qayd etiladi, bu elementni mexanik skanerlash (Felgett daromadi) bilan solishtirganda energiya ortishi beradi.

Furye spektrometrlari yorug'lik oqimining ko'p qismini to'sib qo'yadigan optik tirqishlardan foydalanishni talab qilmaydi, bu diafragma nisbatida katta daromad beradi (Jacquino daromadi).

Furye spektrometrlarida diffraksion panjarali spektrometrlarda bo'lgani kabi, teskari belgilash muammosi yo'q, buning natijasida o'rganilayotgan nurlanishning spektral diapazoni juda keng bo'lishi mumkin va fotodetektor va nur ajratgich parametrlari bilan aniqlanadi.

Furye spektrometrlarining ruxsati an'anaviy spektrometrlarga qaraganda ancha yuqori bo'lishi mumkin. U harakatlanuvchi oynaning harakat farqi D bilan aniqlanadi. To'lqinlarning ruxsat etilgan oralig'i quyidagi ifoda bilan aniqlanadi: dl = l^2/D

Biroq, muhim kamchilik ham bor - spektrometrning katta mexanik va optik murakkabligi. Interferensiya paydo bo'lishi uchun interferometrning ikkala oynasi ham bir-biriga perpendikulyar bo'lishi kerak. Bunday holda, ko'zgulardan biri uzunlamasına tebranishi kerak, lekin perpendikulyarlik bir xil aniqlik bilan saqlanishi kerak. Yuqori sifatli spektrometrlarda, ba'zi hollarda, harakat paytida harakatlanuvchi oynaning egilishini qoplash uchun, piezoelektrik aktuatorlar qo'zg'almas oynani egib turadi. Joriy moyillik haqida ma'lumot olish uchun lazerdan mos yozuvlar nurining parametrlari o'lchanadi.

Amaliyot

Kerakli mashinalarga ega bo'lmasdan uyda Furye spektrometrini yasash mumkinligiga mutlaqo ishonchim komil emas edi (yuqorida aytib o'tganimdek, mexanika spektrometrning eng qiyin qismidir). Shuning uchun spektrometr bosqichma-bosqich amalga oshirildi.

Spektrometrning eng muhim qismlaridan biri qo'zg'almas oyna majmuasidir. Aynan u yig'ish jarayonida sozlanishi (silliq harakatlanishi) kerak bo'ladi. Oynani ikkita o'q bo'ylab egish qobiliyatini ta'minlash va uni uzunlamasına yo'nalishda (nima uchun - pastroq) aniq siljitish imkoniyatini ta'minlash kerak edi, ko'zgu esa burilmasligi kerak.

Ruxsat etilgan oyna moslamasining asosi mikrometrik vintli bitta o'qli stol edi. Menda bu tugunlar bor edi, faqat ularni bir-biriga ulash kerak edi. Tepkisiz aloqa uchun men sahnaning tagida joylashgan buloq bilan mikrometr vintiga oddiy qisqichdan foydalandim.

Men buni singan teodolitdan olingan uchta sozlash vintlari yordamida qildim. Yelimlangan oynaga ega bo'lgan metall plastinka bu vintlarning uchlariga buloqlar bilan bosiladi va vintlar o'zlari vintlardek metall burchakka o'rnatiladi.
stol.

Dizayn fotosuratlardan aniq:

Siz oynani sozlash vintlarini va mikrometr vintini ko'rishingiz mumkin.

Oldingizda oynani ko'rishingiz mumkin. U skanerdan olingan. Oynaning muhim xususiyati shundaki, oyna qoplamasi oyna oldida bo'lishi kerak va interferentsiya chiziqlari egri bo'lmasligi uchun oyna yuzasi etarlicha yuqori sifatli bo'lishi kerak.

Yuqoridan ko'rinish:

Mikrometr vintidagi stolni bosib turgan buloqlarni va plastinkani oyna bilan burchakka mahkamlashini ko'rishingiz mumkin.

Fotosuratlardan ko'rinib turibdiki, sobit ko'zgu majmuasi DSP taxtasiga biriktirilgan. Interferometrning yog'och bazasi eng yaxshi yechim emasligi aniq, lekin uni uyda metalldan yasash muammoli edi.

Endi siz uyda shovqin olish imkoniyatini tekshirishingiz mumkin - ya'ni interferometrni yig'ish. Bitta oyna allaqachon mavjud, shuning uchun biz ikkinchi sinov oynasini va nurni ajratuvchini qo'shishimiz kerak. Menda nurni ajratuvchi kub bor edi va men undan foydalandim, garchi interferometrdagi kub nurni ajratuvchi plastinkadan ham yomonroq ishlaydi - uning yuzlari yorug'likni qo'shimcha ravishda aks ettiradi. Natijada dizayn quyidagicha bo'ladi:

Kubning yuzlaridan birida oynaga qaramagan holda siz yorug'likni yo'naltirishingiz kerak, ikkinchisi orqali shovqinni kuzatishingiz mumkin.

Yig'ishdan so'ng, nometall juda perpendikulyar emas, shuning uchun dastlabki hizalanishni amalga oshirish kerak. Men uni etarlicha katta diametrli kollimatsiya qiluvchi linzaga ulangan kam quvvatli lazerli diod yordamida qildim. Lazerga juda kichik oqim qo'llanilishi kerak - to'g'ridan-to'g'ri kristallga qarashingiz mumkin. Natijada yorug'likning nuqta manbai.

Lazer interferometrning oldiga qo'yiladi va uning ko'zgularda aks etishi kub orqali kuzatiladi. Kuzatish qulayligi uchun kubga prizma biriktirdim, kubdan chiqqan nurlanishni yuqoriga yo'naltirdim. Endi oynaning sozlash vintlarini burab, biz lazerning ikkita ko'rinadigan aksini birlashtirishimiz kerak.

Afsuski, menda bu jarayonning fotosuratlari yo'q va u unchalik aniq ko'rinmaydi - kubdagi porlash tufayli siz juda ko'p yorqin nuqtalarni ko'rishingiz mumkin. Sozlash vintlarini bura boshlaganingizda hamma narsa aniqroq bo'ladi - nuqtalarning ba'zilari harakatlana boshlaydi, ba'zilari esa joyida qoladi.

Nometall yuqorida aytib o'tilganidek o'rnatilgandan so'ng, lazer kuchini oshirish kifoya - va bu erda shovqin! Maqolaning boshida fotosuratda bo'lgani kabi deyarli bir xil ko'rinadi. Biroq, lazer nurlanishini ko'z bilan kuzatish xavflidir, shuning uchun shovqinni ko'rish uchun kubdan keyin qandaydir ekranni o'rnatish kerak. Men interferentsiya chekkalarini ko'rsatadigan oddiy qog'oz varag'idan foydalandim - lazerning kuchi va uyg'unligi etarlicha kontrastli tasvirni yaratish uchun etarli. Oynaning sozlash vintlarini burab, siz chiziqlar kengligini o'zgartirishingiz mumkin - juda tor chiziqlarni kuzatish muammoli ekanligi aniq. Interferometr qanchalik yaxshi tekislangan bo'lsa, chekkalar kengroq bo'ladi. Biroq, yuqorida aytib o'tganimdek, ko'zgularning eng kichik og'ishlari noto'g'ri joylashishiga olib keladi va natijada chiziqlar juda tor va farqlanmaydi. Olingan interferometrning deformatsiyalar va tebranishlarga nisbatan sezgirligi juda katta - shunchaki asosiy taxtani istalgan joyga bosing va chiziqlar harakatlana boshlaydi. Hatto xonada qadam tovushlari ham chiziqlar titraydi.

Biroq, kogerent lazer nurlarining aralashuvi hali Furye spektrometrining ishlashi uchun zarur bo'lgan narsa emas. Bunday spektrometr har qanday yorug'lik manbai, shu jumladan oq rang bilan ishlashi kerak. Oq nurning kogerentlik uzunligi taxminan 1 mkm.
LEDlar uchun bu qiymat kattaroq bo'lishi mumkin - bir necha o'nlab mikrometrlar. Interferometr interferentsiya naqshini faqat ko'zgularning har biri va nurni ajratuvchi o'rtasidagi yorug'lik nurlarining yo'lidagi farq nurlanishning kogerent uzunligidan kamroq bo'lganda hosil qiladi. Lazer uchun, hatto yarimo'tkazgich uchun ham, u katta - bir necha millimetrdan oshadi, shuning uchun shovqin ko'zgular hizalangandan so'ng darhol paydo bo'ladi. Ammo LEDdan ham shovqinni olish ancha qiyin - oynani mikrometr vinti bilan uzunlamasına yo'nalishda siljitish orqali siz nurlar yo'lidagi farq kerakli mikron oralig'iga tushishini ta'minlashingiz kerak.

Biroq, yuqorida aytib o'tganimdek, harakatlanayotganda, ayniqsa etarlicha katta (yuzlab mikron), stol mexanikasi yuqori sifatli bo'lmaganligi sababli, oyna biroz burilishi mumkin, bu esa shovqinni kuzatish shartlari yo'qolishiga olib keladi. Shuning uchun, ko'pincha LED o'rniga lazerni qayta o'rnatish va vintlar bilan oynaning hizalanishini tuzatish kerak.

Oxir-oqibat, yarim soatlik urinishdan so'ng, bu umuman real emasdek tuyulganida, men LEDdan yorug'lik shovqinini olishga muvaffaq bo'ldim.

Birozdan keyin ma'lum bo'lishicha, kubdan chiqishda qog'oz orqali shovqinni kuzatish o'rniga, kub oldiga mot plyonka o'rnatish yaxshiroqdir - bu shunday bo'ladi. kengaytirilgan yorug'lik manbai. Natijada, aralashuvni bevosita ko'zlar bilan kuzatish mumkin, bu esa kuzatishni sezilarli darajada osonlashtiradi.
Bu shunday chiqdi (siz prizmada kubning aksini ko'rishingiz mumkin):

Keyin biz LED chirog'idan oq yorug'lik shovqinini olishga muvaffaq bo'ldik (fotosuratda mat plyonka ko'rsatilgan - u kameraga qaragan va chiroqning xira yorug'ligi ko'rinadi):

Agar siz ko'zgularning birortasiga tegsangiz, chiziqlar butunlay yo'qolguncha harakatlana boshlaydi va so'na boshlaydi. Chiziqlar davri Internetda topilgan sintezlangan rasmda ko'rsatilganidek, radiatsiya to'lqin uzunligiga bog'liq:

Endi interferometr tugallangandan so'ng, biz sinov o'rniga harakatlanuvchi oynani yig'ishimiz kerak. Dastlab, men shunchaki karnayga kichik oynani yopishtirishni va unga oqim qo'llash orqali oynaning o'rnini o'zgartirishni rejalashtirdim. Natijada dizayn quyidagicha bo'ladi:

Ruxsat etilgan oynani yangi sozlashni talab qiladigan o'rnatishdan so'ng, ko'zgu dinamik konusda juda ko'p chayqalishi va dinamik orqali oqim kiritilganda uni biroz burishishi aniqlandi. Biroq, karnay orqali oqimni o'zgartirib, oynani silliq siljitish mumkin edi.

Shuning uchun men ba'zi spektrometrlarda qo'llaniladigan mexanizm - bahor parallelogrammasi yordamida dizaynni yanada mustahkam qilishga qaror qildim. Dizayn fotosuratdan aniq:

Olingan tugun oldingisiga qaraganda ancha kuchli bo'lib chiqdi, garchi metall plitka-prujkalarning qattiqligi biroz yuqori bo'lgan.

Chap tomonda - qattiq taxtadan yasalgan taxta, teshik-diafragma bilan. Spektrometrni tashqi yorug'likdan himoya qiladi.

Teshik va nurni ajratuvchi kub o'rtasida metall ramkaga yopishtirilgan kollimatsiya qiluvchi linza o'rnatilgan:

Ramkada maxsus plastik ushlagich ko'rinadi, unga mat plyonka qo'yilishi mumkin (pastki o'ng burchakda joylashgan).

Fotodetektor uchun linza o'rnatilgan. Ob'ektiv va kub o'rtasida aylanadigan moslamaga o'rnatilgan kichik oyna mavjud. U ilgari ishlatilgan prizmani almashtiradi. Maqola boshidagi surat u orqali olingan. Ko'zgu kuzatuv holatiga aylantirilsa, u linzalarni qoplaydi va spektrogrammani ro'yxatdan o'tkazish imkonsiz bo'ladi. Bunday holda, siz harakatlanuvchi oynaning karnayiga signal berishni to'xtatishingiz kerak - juda tez tebranishlar tufayli chiziqlar ko'zga ko'rinmaydi.

Pastki markazda yana bitta o'qli jadval ko'rinadi. Dastlab, unga foto sensori biriktirilgan edi, lekin stol hech qanday maxsus afzalliklarni bermadi va keyin uni olib tashladim.

Old kameradan fokuslovchi linza o'rnatildi:

Spektrometrni sozlash va sinovdan o'tkazishni soddalashtirish uchun diafragma yaqinida qizil fotodiod o'rnatdim.

Diyot maxsus aylanma ushlagichga o'rnatiladi, shuning uchun u spektrometr uchun sinov nurlanishining manbai sifatida ishlatilishi mumkin, shu bilan birga ob'ektivdan yorug'lik oqimi bloklanadi. LED ushlagich ostida o'rnatilgan kalit bilan boshqariladi.

Endi foto datchiklar haqida bir oz ko'proq gapirishga arziydi. Dastlab faqat bitta an'anaviy silikon fotodioddan foydalanish rejalashtirilgan edi. Biroq, yuqori sifatli fotodiodli kuchaytirgichni yaratish bo'yicha birinchi urinishlar muvaffaqiyatsiz tugadi, shuning uchun men allaqachon 1000000 (1 mkA -> 1V) konversiya koeffitsientiga ega kuchaytirgichni o'z ichiga olgan OPT101 foto sensoridan foydalanishga qaror qildim.

Ushbu sensor juda yaxshi ishladi, ayniqsa yuqorida aytib o'tilgan stolni olib tashlaganimdan va balandlik sensorini aniq o'rnatganimdan keyin.

Biroq, silikon fotodiod faqat 400-1100 nm to'lqin uzunligi oralig'ida nurlanishni qabul qilishga qodir.
Turli moddalarning yutilish chiziqlari odatda uzoqroqda joylashgan va ularni aniqlash uchun boshqa diod kerak bo'ladi.
IR yaqinida ishlash uchun fotodiodlarning bir nechta turlari mavjud. Oddiy uy qurilishi qurilmasi uchun 600 - 1700 nm oralig'ida nurlanishni qabul qilishga qodir bo'lgan germaniy fotodiodlari eng mos keladi. Ushbu diodlar SSSRda ishlab chiqarilgan, shuning uchun ular nisbatan arzon va mavjud.

Fotodiod sezgirligi:

Men FD-3A va FD-9E111 fotodiodlarini olishga muvaffaq bo'ldim. Spektrometrda men ikkinchisidan foydalandim - u biroz yuqori sezuvchanlikka ega. Ushbu fotodiod uchun men hali ham kuchaytirgichni yig'ishim kerak edi. U TL072 operatsion kuchaytirgich yordamida amalga oshiriladi. Kuchaytirgichning ishlashi uchun uni salbiy kutupluluk kuchlanishi bilan ta'minlash kerak edi. Ushbu kuchlanishni olish uchun men galvanik izolyatsiyaga ega tayyor DC-DC konvertoridan foydalandim.

Kuchaytirgichli fotodiodning fotosurati:

Interferometrdan keladigan yorug'lik oqimi ikkala fotodiodga qaratilishi kerak. Nurni linzalardan ajratish uchun nur ajratgichdan foydalanish mumkin edi, ammo bu diodlardan signallarni susaytiradi. Shuning uchun, linzalardan keyin yana bir aylanadigan oyna o'rnatildi, uning yordamida siz yorug'likni kerakli diyotga yo'naltirishingiz mumkin. Natijada biz foto datchiklarning bunday tuguniga ega bo'ldik:

Ob'ektiv fotosuratning markazida joylashgan va uning ustiga mos yozuvlar kanalining lazeri o'rnatilgan. Lazer DVD diskidan olingan masofa o'lchagichdagi bilan bir xil. Lazer faqat ma'lum bir oqimda yuqori sifatli kogerent nurlanish hosil qila boshlaydi. Radiatsiya quvvati ancha yuqori. Shuning uchun, nurning kuchini cheklash uchun men lazer linzalarini yorug'lik filtri bilan yopishim kerak edi. O'ng tomonda OPT101 sensori, quyida kuchaytirgichli germaniy fotodiod.

Lazer nurlanishini qabul qilish uchun mos yozuvlar kanalida FD-263 fotodiod ishlatiladi, uning signali LM358 operatsion kuchaytirgichi tomonidan kuchaytiriladi. Ushbu kanalda signal darajasi juda yuqori, shuning uchun daromad 2 ga teng.

Natijada ushbu dizayn:

Sinov LED ushlagichi ostida lazer nurini mos yozuvlar kanali fotodiodiga yo'naltiradigan kichik prizma mavjud.

Spektrometrdan olingan oscillogramma misoli (oq LED nurlanish manbai bo'lib xizmat qiladi):

Sariq chiziq - harakatlanuvchi oynaning karnayiga qo'llaniladigan signal, ko'k chiziq - OPT101 signali, qizil chiziq - osiloskop tomonidan amalga oshirilgan Furye transformatsiyasining natijasi.

Dasturiy ta'minot qismi

Dasturiy ta'minotni qayta ishlashsiz Furye spektrometri mumkin emas - bu kompyuterda teskari Furye transformatsiyasi amalga oshiriladi, bu spektrometrdan olingan interferogrammani asl signal spektriga aylantiradi.
Mening holatimda, men oynani sinusoidal signal bilan boshqarishim ayniqsa qiyin. Shu sababli, oyna ham sinusoidal tarzda harakat qiladi, ya'ni uning tezligi doimo o'zgarib turadi. Ma'lum bo'lishicha, interferometrning chiqishidagi signal chastotada modulyatsiyalangan. Shunday qilib, dastur qayta ishlangan signalning chastotasini ham tuzatishi kerak.

Butun dastur C# da yozilgan. Ovoz bilan ishlash NAudio kutubxonasi yordamida amalga oshiriladi. Dastur nafaqat spektrometrdan olingan signalni qayta ishlaydi, balki harakatlanuvchi oynani boshqarish uchun 20 Gts chastotali sinusoidal signalni ham hosil qiladi. Yuqori chastotalar harakatlanuvchi oynaning mexanikasi tomonidan yomonroq uzatiladi.

Signalni qayta ishlash jarayonini bir necha bosqichlarga bo'lish mumkin va dasturda signalni qayta ishlash natijalarini alohida yorliqlarda ko'rish mumkin.

Birinchidan, dastur audio kartadan bir qator ma'lumotlarni oladi. Ushbu massiv asosiy va mos yozuvlar kanallaridan ma'lumotlarni o'z ichiga oladi:

Yuqorida - mos yozuvlar signali, pastda - interferometrning chiqishidagi fotodiodlardan birining signali. Bunday holda, yashil LED signal manbai sifatida ishlatiladi.

Malumot signalini qayta ishlash juda qiyin bo'lib chiqdi. Signalning mahalliy minimal va maksimallarini (grafikda rangli nuqtalar bilan belgilangan) qidirishingiz kerak, oynaning tezligini hisoblashingiz (to'q sariq egri), minimal tezlik nuqtalarini (qora nuqta bilan belgilangan) qidirishingiz kerak. Ushbu nuqtalar uchun mos yozuvlar signalining simmetriyasi muhim ahamiyatga ega, shuning uchun ular har doim ham haqiqiy minimal tezlik bilan to'liq mos kelmaydi.

Topilgan tezlik minimallaridan biri interferogrammaning kelib chiqishi sifatida qabul qilinadi (qizil vertikal chiziq bilan belgilangan). Keyinchalik, oynaning tebranish davrining bir qismi ajratiladi:

Oynaning bir o'tishida mos yozuvlar signalining tebranish davrlari soni (yuqoridagi skrinshotdagi ikkita qora nuqta o'rtasida) o'ng tomonda ko'rsatilgan: "REF PERIODS: 68". Yuqorida aytib o'tganimdek, natijada paydo bo'lgan interferogramma chastotada modulyatsiyalangan va uni tuzatish kerak. Tuzatish uchun men mos yozuvlar kanalidagi signal tebranishlarining joriy davri haqidagi ma'lumotlardan foydalandim. Tuzatish kubik spline usuli yordamida signalni interpolyatsiya qilish orqali amalga oshiriladi. Natija quyida ko'rinadi (interferogrammaning faqat yarmi ko'rsatiladi):

Interferogramma olinadi, endi siz teskari Furye konvertatsiyasini bajarishingiz mumkin. U FFTW kutubxonasi yordamida ishlab chiqariladi. Konvertatsiya natijasi:

Bunday transformatsiya natijasida chastota domenida asl signalning spektri olinadi. Skrinshotda u ko'pincha spektroskopiyada ishlatiladigan o'zaro santimetrga (CM ^ -1) aylantiriladi. Ammo men hali ham to'lqin uzunliklari shkalasi bilan ko'proq tanishman, shuning uchun spektrni qayta hisoblash kerak:

Ko'rinib turibdiki, spektrometrning ruxsati to'lqin uzunligi ortishi bilan kamayadi. Interferogrammaning oxiriga nol qo'shish orqali spektrning shaklini biroz yaxshilashingiz mumkin, bu transformatsiyani amalga oshirgandan so'ng interpolyatsiyani bajarishga teng.

Olingan spektrlarga misollar

Lazer nurlanishi:

Chapda - nominal oqim lazerga beriladi, o'ngda - ancha past oqim. Ko'rinib turibdiki, oqimning pasayishi bilan lazer nurlanishining kogerentligi pasayadi va spektral kenglik ortadi.

Foydalanilgan manbalar: "ultrabinafsha" diod, ko'k, sariq, oq diodlar va turli to'lqin uzunliklariga ega bo'lgan ikkita IQ diodlar.

Ba'zi yorug'lik filtrlarining uzatish spektrlari:

Densitometrdan olingan interferentsiya filtrlaridan keyin emissiya spektrlari ko'rsatilgan. Pastki o'ng burchakda - kameradan olingan IR filtridan keyin emissiya spektri. Shuni ta'kidlash kerakki, bu filtrlarning o'tkazuvchanligi emas - yorug'lik filtrining uzatish egri chizig'ini o'lchash uchun siz yorug'lik manbai spektrining shaklini hisobga olishingiz kerak - mening holatimda bu akkor chiroq. Bunday chiroq bilan spektrometrda ma'lum muammolar mavjud edi - ma'lum bo'lishicha, keng polosali yorug'lik manbalarining spektrlari qandaydir tarzda noaniq tarzda olingan. Men bu nima ekanligini aniqlay olmadim. Ehtimol, muammo oynaning chiziqli bo'lmagan harakati bilan bog'liq bo'lishi mumkin, ehtimol - kubdagi radiatsiya tarqalishi yoki fotodiodning notekis spektral sezgirligini yomon tuzatish.

Va bu erda chiroqning hosil bo'lgan emissiya spektri:

O'ngdagi spektrdagi tishlar fotodiodning notekis spektral sezgirligini qoplaydigan algoritmning o'ziga xos xususiyati hisoblanadi.

Ideal holda, spektr quyidagicha ko'rinishi kerak:

Spektrometrni sinab ko'rishda lyuminestsent chiroqning spektriga qaramaslik mumkin emas - u xarakterli "chiziqli" shaklga ega. Biroq, spektrni an'anaviy 220V chiroq spektrining Fourier spektrometri bilan ro'yxatdan o'tkazishda muammo paydo bo'ladi - chiroq miltillaydi. Shu bilan birga, Furye transformatsiyasi shovqin bilan berilgan yuqori chastotali tebranishlarni (kHz birliklari) tarmoq tomonidan berilgan past chastotali (100 Gts) dan ajratish imkonini beradi:

Sanoat spektrometri tomonidan olingan lyuminestsent chiroqning spektri:

Yuqoridagi barcha spektrlar silikon fotodiod yordamida olingan. Endi germaniy fotodiod bilan olingan spektrlarni beraman:

Akkor chiroqning spektri birinchi o'rinda turadi. Ko'rib turganingizdek, u haqiqiy chiroqning spektriga juda o'xshash emas (allaqachon ilgari berilgan).

O'ngda - mis sulfat eritmasining uzatish spektri. Qizig'i shundaki, u infraqizil nurlanishni o'tkazmaydi. 650 nmdagi kichik cho'qqi lazer nurlanishining mos yozuvlar kanalidan bazaga qayta aks etishi bilan bog'liq.

Spektr shunday suratga olingan:

Quyida suv o'tkazish spektri, uning o'ng tomonida haqiqiy suv uzatish spektrining grafigi.
Keyinchalik aseton, temir xlorid eritmasi, izopropil spirtining uzatish spektrlari keladi.

Va nihoyat, kremniy va germaniy fotodiodlari tomonidan olingan quyosh nurlanishining spektrlarini beraman:

Spektrning notekis shakli atmosfera tarkibidagi moddalar tomonidan quyosh nurlanishining yutilishi bilan bog'liq. O'ng tomonda spektrning haqiqiy shakli joylashgan. Germaniy fotodiod tomonidan olingan spektrning shakli assimilyatsiya chiziqlari o'z joylarida bo'lsa-da, haqiqiy spektrdan sezilarli darajada farq qiladi.

Shunday qilib, barcha muammolarga qaramay, men uyda oq yorug'lik shovqinini olishga va Furye spektrometrini yasashga muvaffaq bo'ldim. Ko'rib turganingizdek, bu kamchiliklardan xoli emas - spektrlar biroz kavisli, o'lchamlari diffraktsiya panjarasi bo'lgan ba'zi uy qurilishi spektrometrlaridan ham yomonroq bo'lib chiqdi (birinchi navbatda, bu ko'zguning kichik sayohati bilan bog'liq). harakatlanuvchi oyna). Ammo shunga qaramay - u ishlaydi!

Teglar: teglar qo'shish