Koncepcja zbudowania spektrofotometru

Tutaj trafiają wszystkie zakończone dyskusje i zdezaktualizowane posty

Koncepcja zbudowania spektrofotometru

Postprzez andrzejlisek » 3 lipca 2009, 23:36

Słyszałem, że prawdziwy spektrofotometr (urządzenie do wyznaczania rozkładu widmowego światła) jest urządzeniem trudno dostępnym i drogim.

Pomysł polega na zbudowanie tego typu urządzenia, które będzie co prawda mniej dokładne, ale dużo tańsze. Do profesjonalnych pomiarów na pewno nie będzie się nadawać, ale żeby określić charakterystykę widmową, jak najbardziej.

Do tego potrzebny będzie pryzmat (trójkąt rozczepiający światło) i aparat fotograficzny, potem jakiś materiał do zrobienia obudowy i szczeliny (jako szczelinę można wykorzystać również grubszą igłę do zastrzyków).

Aparat fotograficzny powinien spełniać warunki:
- Posiada funkcję B
- Ustawienie stałego balansu bieli
- Jak największe piksele (czyli jak największy sensor CCD, jednocześnie jak najmniejsza rozdzielczość)
- Ręczne ustawianie czułości i czasu naświetlania
- Można wykonać zdjęcie przy zdemontowanym obiektywie

Pożądane:
- Łatwo wymontować obiektyw
- Zapis zdjęć do RAW

Najpierw zaczynamy od zakupu pryzmatu i aparatu cyfrowego.

Gdy mamy jedno i drugie, z aparatu demontujemy obiektyw. Jeżeli ktoś posiada lustrzankę z wymiennymi obiektywami, to spektrofotometr można wykonać jako obiektyw i ten sam aparat będzie służyć i do robienia zdjęć i jako spektrofotometr.

Wykonujemy szczelinę przez którą będzie wpadać światło. Musi to być raczej wąski tunel niż szczelina wycięta w płytce. Ewentualnie mogą to być dwie szczeliny w pewnym odstępie jedna za drugą.

Teraz najtrudniejszy etap wykonania spektrofotometru. Tutaj nie ma reguły i rzecz można opisać w kilku słowach, ale, w rzeczywistości nie będzie proste.

Chodzi o to, żeby szczelinę i pryzmat tak przymocować do aparatu, żeby na matrycę światłoczułą padało rozczepione światło, tęcza zajmuje prawie całą wysokość. Warto wiedzieć, że matryce światłoczułe rejestrują też bliską podczerwień. Całość musi być w szczelnej obudowie żeby do matrycy nie docierało jakiekolwiek inne światło niż przez szczelinę i pryzmat.

Na tym etapie sprzęt mamy z głowy i możemy zrobić próbę. W całkowitej ciemności włączamy zwykłą żarówkę, aparat umieszczamy na statywie (tutaj to aparat będzie zwrócony w górę lub w dół w zależności jak jest zamontowany pryzmat, a nie na wprost, jak do robienia zdjęć), żarówkę przed aparatem tak, żeby jej światło docierało przez szczelinę do pryzmatu. ustawiamy stały balans bieli, czułość i naświetlanie. Balans bieli dowolny, ale potem musi być ten sam przy każdym pomiarze lampy. Czułość i czas naświetlania zależy od strumienia świetlnego badanej lampy i trzeba dobierać doświadczalnie, żeby było coś widać, ale też, żeby nie było prześwietlenia. Zdjęcie powinno przedstawiać tęczę, przy czym za czerwonym kolorem będzie zielononiebieskie pasmo (matryce CCD i CMOS rejestrują bliską podczerwień).

Następnie trzeba napisać odpowiedni program. Nie jest to rzecz trudna, ale jest bardzo czasochłonna. W tym celu można z Internetu ściągnąć dowolny kompilator/interpreter, a tego jest dużo.

Program powinien działać tak, że wczytujemy zdjęcie, a program konwertuje je na odcienie szarości i na końcu patrząc po linii dzielącej zdjęcie pionowo na dwie równe połówki odczytywać jasność piksela (można liczyć średnią arytmetyczną kilku pikseli w lewo i w prawo celem zmniejszenia wpływu szumów matrycy na pomiar).

Na tym etapie, jak zrobi się wykres z kolejnych wartości jasności, to raczej nie uzyskamy takiego wykresu, jaki podają producenci lamp, ponieważ czułość matrycy nie jest jednakowa dla wszystkich długości fali. W tym celu należy wprowadzić odpowiednią korektę polegającą na przemnożeniu każdej uzyskanej wartości przez stałą liczbę. Ciąg tych liczb na początku trzeba spreparować (są różne sposoby) wykorzystując otrzymany rozkład widmowy zmierzonej żarówki oraz widmo tej samej żarówki ściągnięte ze strony producenta. Potem można zmierzyć kilka różnych lamp, których rozkład widmowy jest znany i wprowadzić odpowiednie poprawki.

Na tym etapie można otrzymywać mniej więcej poprawne rozkłady widmowe.

Dalej potrzebna jest lampa, która daje wyraźne linie widmowe i długości fali tych linii są znane (wystarczy kilka, resztę można oszacować). To pozwoli wyskalować oś poziomą, na której są długości fali.

Na tym etapie projekt można uznać za ukończony.


Ja bym sobie zrobił, ale rzecz w tym że nie mam żadnego aparatu cyfrowego, który mogę na to przeznaczyć i nie mam funduszy na jego zakup.
Rozmawiałem z wykładowcą od Podstaw Inżynierii Barwy (na forum wrzuciłem zeskanowane slajdy od tego wykładowcy) i twierdzi, że taki pomysł powinien wypalić i że prawdziwy spektrofotometr kosztuje minimum 10000euro.

Co o tym myślicie?
Może ktoś z Was też szuka w miarę taniego sposobu na określanie charakterystyki widmowej lub barwy światła?
Avatar użytkownika
andrzejlisek
 
Posty: 1865
Zdjęcia: 96
Dołączył(a): 7 czerwca 2007, 20:48

Re: Koncepcja zbudowania spektrofotometru

Postprzez KaszeL » 4 lipca 2009, 01:29

Pomysł bardzo ciekawy, ale realizacja równie trudna :(
Uwaga zły, zły admin. W razie problemów szukaj pomocy u dobrego -> neon44
Avatar użytkownika
KaszeL
Site Admin
 
Posty: 8651
Zdjęcia: 534
Dołączył(a): 3 czerwca 2007, 14:57
Lokalizacja: Poznań

Re: Koncepcja zbudowania spektrofotometru

Postprzez andrzejlisek » 4 lipca 2009, 21:13

W dużym skrócie, jak widać, zbudowanie spektrofotometru składa się z trzech etapów:

1. Zbudowanie urządzenia pomiarowego
2. Opracowanie oprogramowania do analizy wykonanych zdjęć
3. Wyskalowanie i kalibracja spektrofotometru

Moim zdaniem zrealizowanie pierwszego etapu (który jest chyba najtrudniejszy ze wszystkich) to co najmniej połowa sukcesu.
Avatar użytkownika
andrzejlisek
 
Posty: 1865
Zdjęcia: 96
Dołączył(a): 7 czerwca 2007, 20:48


Powrót do Archiwum

Kto przegląda forum

Użytkownicy przeglądający ten dział: Brak zidentyfikowanych użytkowników i 4 gości