Спектрометр своими руками

Нас интересует спектр - синий 430nm и 662nm и красный  455nm и 643nm.   

Для того чтобы получить данные об спектре света нужен спектрометр. Но цены на эти приборы достаточно высоки, так как в основном это лабораторные приборы. Конечно, их функционал богат как в техническом плане , так и на програмном. 

Нам такой функционал не нужен. И мы сделаем себе простой спектрометр (практически из подручных средств).
Разыскивая информацию в интернете, нашёл достаточное количество инструкций по сборке этого прибора. Но, увы, они были не исчерпывающими и не содержали полной информации о возможных нюансах, в процессе сборки. Путем опыта, я с ними сталкивался и в статье подробно опишу их.

Пошаговая инструкция по сборке спектрометра

Для этого нам понадобится:

1) Веб камера
2) DVD диск
3) Коробка (подойдет из под обуви, желательно детской) небольших размеров
4) Пластиковая карта от сим
5) Рейка 40 см х 1см х 1см
6) Супер клей
7) Изолента (чёрная)

Начнём с DVD диска. Эта деталь будет выполнять функцию дифракционной решётки.
Возьмите канцелярский нож, либо шило. И расслоите диск. Нюанс: отделяйте верхний слой с этикеткой от нижнего слоя (не деформируя нижний слой и изгибая верхний - это позволит получить чистую поверхность, без остатков алюминиевого напыления). В некоторых статьях вводят в заблуждения, рекомендуя использовать СD диск. CD диск будет очистить очень не просто. Я пытался сделать это при помощи скотча, но тщетно.

Разница между очисткой CD и DVD дисков:

Так разделываем DVD:

Теперь разметим нужную область. Нюанс: Вам надо выбрать участок таким образом, чтобы центр внутренней окружности совпадал с симметрией вырезаемой части (если этого не сделать, разложение светового потока будет несколько искаженно, и вы столкнетесь с проблемами при калибровке, и в дальнейшем прибор будет иметь большую погрешность)

После того, как вы вырезали нужный кусочек, его необходимо отмыть от налёта. Промываем в спирте, либо спиртовой салфеткой.

Разбираем вебкамеру. И сразу извлекаем из нее ИК фильтр (он будет мешать). Для того, чтобы извлечь ИК фильтр аккуратно открутите объектив камеры.

Теперь аккуратно шилом или иголкой извлекаем ИК фильтр.

 
Теперь необходимо собрать станину для камеры из рейки. Нюанс: Угол плоскости, на которую будет закреплена камера, должен быть равен углу в 45 градусов. 

Устанавливаем в нее камеру затем. Нюанс: проводим калибровку диафрагмы камеры, примерно таким образом: крепим на противоположный конец какую-либо карточку с текстом, и, вращая объектив, добиваемся лучшего фокуса текста.

Пример на фото (приведенные 20 см - это условная единица, у вас это расстояние равно длине вашей коробки - корпуса)

Затем крепим нашу дифракционную решетку из DVD-диска.

У меня получилось так:

Теперь поместим камеру в корпус. Вырезаем в корпусе прорезь напротив объектива камеры, примерно 2-3 см шириной (я использовал коробку от бакомайзера Smok).

Нам также надо сделать аналогичную прорезь и на верхней части коробки, затем при помощи пластиковой карточки делаем щель 0.5 мм. Я просто порезал карточку пополам и просунув между двумя половинками в двое сложенный лист тетради, склеил их двумя полосками такой же карточки.

Фото крышки с сужающей щелью.

Нюанс: сужающая щель должна находиться в той же плоскости, что и объектив камеры. В противном случае, правило «угол падения равен углу отражения», будет работать мимо объектива камеры, либо с искажением. Обрезаем лишнее и обклеиваем черной изолентой участки срезов .

Вот так получилось у меня

Спектрометр собран, но ещё не готов! Для того, чтобы получать достоверные данные, его необходимо откалибровать.

Калибровка спектрометра

Для этой процедуры нам понадобится люминесцентная лампа (если такой нет, то можно использовать ЭСЛ лампу).

Так же, надо зарегистрироваться на сайте сервиса SpectralWorkbench.org. У них размещен бесплатный веб-софт для спектрального анализа. Так же есть форум () со множеством публикаций по тематике спектрального анализа.

Процедура калибровки спектрометра

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.
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, 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.

Так выглядит эталон:

Мне удалось от калибровать свой прибор на 10, что довольно неплохо. Нормой считается 12-16 баллов (это согласно софту этого сайта средняя , желтая. Мне удалось откалиброваться в зелёной на 10 баллов. Уверен, у Вас тоже получится)

Провел замеры LED светильника (собственной сборки, на диодах так называемого Full спектра, надо отметить, что исследования показали, что спектр не соответствует заявленным величинам. И надо добавить диоды красного спектра 660nm.) Я бы и не знал об этом, не собери свой спектрометр.

Вот мои замеры и светильник:

Вот и всё.Теперь в Вашем арсенале стало на один инструмент больше. Теперь вы точно можете скорректировать освещение своих растений, согласно их потребностям.

P.S. Источником первоначальной информации для меня был сайт publiclab.org. Иные найденные источники были либо неполноценными, либо искажали информацию. 

Статья-участник майского конкурса статей Автор, жги

Читайте также:

Светодиоды

Свет, лампы, электричество

Инструкция по распилу ЭСЛ

Ультрафиолет

Плазма и ДНаТ

LED из Китая

Пять "против" LED

Обзор култуба от PrimaKlima