Visueller Spektrometer


Geöffnetes Gerät mit Blick auf das Gitter


Das ist ein Selbstbau-Spektrometer für den visuellen Bereich auf der Basis eines CCD Zeilensensor und mit einem Folien-Gitter.
Der Controller ist ein AVR Mega1284.
Der Sensor ein TCD1201. Ein monochromer CCD-Zeilensensor mit 2048 Pixeln der wohl von unter 400 nm bis über 900 nm empfindlich ist.
Er hat mit 14 x 200 um recht große Pixel und kommt außerdem mit einer einzigen Spannung von 5 V aus.
Er kann ohne weitere Glue-Logic direkt an den AVR angeschlossen werden.
Über ein RS232 Kabel werden die Daten an einen PC übertragen.
Als Optik dient ein ausgedientes M42 Kleinbild-Objektiv.





Vorversuch, Neon-Testpspektrum


Ich war anfangs recht skeptisch ob es Sinn hat einen Spektrometer mit einem billigen Folien-Gitter zu bauen da ich erwartet hätte dass
Die Auflösung nicht gut ist. Also habe ich einen sehr einfachen Vorversuch gemacht.

Die Neon-Kontrolllampe von einer Steckdosenleiste mit zwei Streifen Alu-Klebeband so abgedeckt dass nur ein ganz schmaler Lichtstreifen zu sehen ist.
Dann einen Fotoapparat auf ein Stativ gestellt und vor dem Objektiv ein Stück des Folien-Gitter in einem Dia-Rahmen befestigt.
Den Raum verdunkelt und den Foto auf das Spektrum des Lichtstreifen von den Neon-Lampe scharf gestellt.
Das hier ist das so entstandene Bild.
Ein Aufnahme von 20 gut sichtbaren und sauber getrennten Neon-Spektrallinien.
Ich fand das vielversprechend. Also habe das hier abgebildete Spektrometer um das fragliche Gitter drum herum gebaut.





Strahlengang


Das Prinzip ist recht einfach.
Im obigen Bild ist links im Gehäuse der optisch Spalt durch den das Licht ins Gerät kommt (Rote Linie).
In der Bildmitte ist das Kleinbild-Objektiv zu sehen.
Direkt links vom Objektiv ist das Gitter.
Rechts vom Objektiv ist ein Umlenkspiegel.
Der Spiegel dient vor allem der Feinjustierung und ist über Rändelschrauben verstellbar.
Rechts unten (vertikal) ist die Platine mit CCD-sensor und AVR.





Spektrometer von hinten


Links im Bild, hinter einer Blende ist der der CCD-Sensor zu sehen.
Rechts hinten der optische Spalt.
Außen hinter dem Spalt ist eine Buchse in die man ein Toslink Kabel einstecken kann.
Mir war schon klar dass diese Kabel nicht für solche Zwecke gemacht sind und tendenziell Kunststoff-Fasern haben
die das Spektrum beschneiden, aber für erste Versuche fand ich es recht praktisch da die Fasern relativ dick und preisgünstig sind.
Und viel einfach einzukoppeln als echte Glasfaser-Kabel.





Links im Spalt ist der CCD-Sensor zu sehen


Vorne die Rändelschrauben um den Spiegel zu justieren.
Darüber hinaus funktioniert natürlich auch noch die Fokussierung des Objektives.





Spektrometer im Gehäuse


Hier noch mal das Gerät mit aufgesetzter Gehäuse-Haube.
Anschlüsse für 12 V, RS232 und den Lichtwellen-Leiter




Jetzt noch einige Spektren die mit dem Gerät aufgenommen wurden:
Die Wellenlängen sind nicht die exakten Werte "Nach Datenblatt" sondern die Werte die ich nach Kalibrierung in meiner
eigenen Software gemessen habe. Die Werte können also leicht vom realen Wert abweichen.





Spektrum von Neon in einer Glimmlampe.





Spektrum von Argon (scheinbar mit Neon-Spuren) in einer Glimmlampe.





Spektrum einer Leuchtstofflampe





Eine "weiße" LED





Eine Schwarzlicht LED (Aufnahme direkt ohne den Kunststoff Lichtwellenleiter)





Eine Schwarzlicht Röhre Aufnahme direkt ohne den Kunststoff Lichtwellenleiter)





"Weiße" Fläche von zwei verschiedenen Notebook-Displays





Emissionsspektrum Natrium (NaCl) in einer Gasflamme.





Emissionsspektrum Kalium (KaCl)





Emissionsspektrum Calcium (CaCl)
Der mittlere nicht markierte Peak ist scheinbar das allgegenwärtige Natrium





Konzentrat einer Aprikose in einer Gasflamme
Die Linie liegt an der Steller der Kalium-Linie
Das würde dem entsprechen was man als Inhaltsstoffen von Aprikosen so lesen kann.





Blaue Butangas Flamme








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