Eigen(nach)bau eines Spektrometers

      Eigen(nach)bau eines Spektrometers

      Servus,

      nachdem ich seit dem Bau meines LED Datenloggers für die Degradations-
      und Spektralmessung vor einigen Jahren mit dem Gedanken spielte ein
      richtiges Spektrometer zu bauen und in dieser Richtung bereits einige mehr
      oder wenige erfolglose Aufbauten hinter mir habe zeige ich hier mal den
      neuesten und viel versprechenden Aufbau.

      Es gibt einige Bauanleitungen im Internet welche eine optische Diodenzeile
      zur Auswertung verwenden, ich habe das auch schon zusammen mit diesem
      einfachen Handspektrometer versucht, ebenfalls ohne Erfolg.



      Also ich muss dazusagen, wenn ich sage ohne Erfolg dann meine ich damit
      das die Ergebnisse nicht reproduzierbar oder einfach zu ungenau waren.

      Auch eine hochempfindliche CCD Kamera hinter dem Handspektrometer war
      nicht das, was ich mir unter vernünftige Qualität vorstellte.

      In der Zeitschrift FA 11/2010 ist nun ein Spektrometer beschrieben, welches
      ebenfalls mit einer Diodenzeile arbeitet und zusätzlich noch mit 2 Achromatischen
      Linsensystemen und einem Beugungsgitter, die Ergebnisse schienen recht gut zu sein.

      Also wurde dieser Aufbau im Prinzip übernommen und mal versuchsweise auf eine
      Holzplatte aufgeschraubt, alle gefertigten Teile können später in einem ordentlichen
      Gehäuse weiter verwendet werden.

      Hier sind mal die Bilder von meinem Aufbau:


      Einige Aluwinkel für die Linsensysteme.


      Mit dem Aufbau auf der Holzplatte begonnen.


      Hier mal die ersten Messungen nach Daumen mal Pi Justierung,
      die Osziklemmen sind glatt so schwer dass die Justage etwas verschoben wird.

      Die Justage der ganzen Sache ist etwas fummelig, ich habe mehrmals den Aufbau
      anpassen müssen und es ist jetzt auch nur ein Provisorium, aber beim endgültigen
      Aufbau wird das sauber gelöst sein.


      Das ist jetzt die Elektronik auf dem ersten Justagewinkel, der wurde danach
      noch mit zusätzlichen Gewinden für eine Höhenverstellung versehen.


      Hier nun das erste Spektrum einer Kaltweissen 5mm LED, das stimmt überraschend genau
      mit den Herstellerangaben überein, für einen ersten Test ein absolut zufrieden stellendes Ergebnis.
      Die Justage ist noch nicht richtig, die 400nm sollten links am Anfang des Bildes erscheinen,
      aber da muss ich noch einen Justageschlitten dazu basteln.

      Wie gesagt, das ist jetzt nur der erste Versuchsaufbau um zu sehen, ob diese Methode
      es wert ist das man hier war gescheites darum aufbaut, sie ist es !

      Die weitere Planung ist erstens mal den ganzen jetzigen Aufbau in ein Alugehäuse mit
      Lichtschutzblenden zu verfrachten und dann mal genau zu justieren.

      Im Moment erfolgt die Ausgabe auf dem Oszilloskop mit einer minimalen aber gut
      funktionierenden Hardware, das soll dann von einem µC übernommen werden und die
      Messwerte direkt auf einem 128x64 Grafik Display angezeigt werden.
      Es wird bestimmt noch was dazu kommen, aber das dauert immer wegen Zeitmangel.

      Also, wer das nachbauen will dem sei es empfohlen, das wird sehr gut funktionieren.
      Zu dem genannten Artikel gibt es eine Ergänzung, welche hier zum Downladen ist:
      Leider geht kein direkter Link daher so: Artikel
      In den Bereich Download gehen und bei „Spektrometer für den Lichtwellenbereich“ kucken.

      MfG Raimund

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      und weiter geht es, lets Bastel..... :D

      So, nach weiteren vielen Stunden des Bastelns und probieren schaut das
      Gerät im Moment in dem geplante Alugehäuse so aus:



      Die Streulichtblenden sind noch nicht eingebaut, da diese erst ganz am Schluss
      kommen wenn alles im Endgültigen Zustand ist, das kann aber noch etwas dauern.

      Hier ein Blick von der Seite in das Gerät:



      Ein Problem hatte ich mit der Blende, empfohlen wird eine Schlitzblende mit ca. 0,1mm Spalt.
      Versuche mit einem Spalt von 0,05mm und 0,10mm waren nicht sehr zufrieden stellend.



      Mit einem Loch von 0,60mm funktioniert es im Moment sehr gut.
      Eine vorhandene Lochblende mit 0,070mm hatte zuwenig Lichtdurchlass.
      Hier werde ich gelegentlich noch Blenden mit 0,2 bis 0,5mm anfertigen und probieren.


      Hier mal als Beispiel das Spektrum einer Samsung RGB PLCC6 LED.


      Und dann noch das Spektrum einer Energiesparlampe,
      eine Osram Dulux von der Arbeitsplatzleuchte.


      Anhand der bekannten Emissionslinien der Energiesparlampe und des Datenblattes
      der Samsung RGB LED habe ich nun den Abbildungsmaßstab und damit auch die
      Auflösung des Gerätes im jetzigen Zustand ermitteln können:

      Der abgebildete Bereich geht (leider nur) von 416nm bis 660nm.
      Die Genauigkeit ist besser als 5nm, da ist noch etwas mehr drinnen.

      Es würde jetzt die Möglichkeit bestehen durch umbauen der Optik den
      Bereich von 400nm bis 700nm auf die Diodenzeile zu bringen oder
      (von mir bevorzugt) die Elektronikplatine mit der Diodenzeile auf einem
      Präzisionsschlitten verstellbar zu gestalten.

      Dann muss zwar vor jeder Messung auf eine Referenzlichtquelle eingestellt
      werden aber das wäre kein riesiges Problem und sollte machbar sein.

      Der Vorteil dieser Methode ist natürlich das ich damit die Auflösung
      nicht kleiner mache und sowohl etwas in den UV als auch in den IR
      Bereich Reinsehen könnte.
      Natürlich auch abhängig von der Diodenzeile und dem Beugungsgitter,
      beide lassen in diesen Bereichen schon stark nach, aber für einfache
      Messungen sollte die Genauigkeit immer noch locker ausreichen.


      Sollte jemand Fragen zu dem Projekt haben oder Details Wissen wollen
      dann bitte einfach per PN anfragen, ist kein Problem :thumbup:


      MfG Raimund

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      Sehr schön, aber ich habe noch ein paar Fragen und Anregungen.
      Wie ist denn der aktuelle Stand?
      Mit so einer großen Blende, wie du beschrieben hast (0,6mm) bekommst du natürlich ziemlich viel Licht in das Spektrometer, aber die Auflösung leidet genauso stark. Wenn irgend möglich sollte die Größe der Öffnung verringert werden. und für eine bessere Ausnutzung des Gitters wäre eine Schlitzblende einer Lochblende vorzuziehen.
      Wie sieht es mit Streulicht aus? Nicht umsonst sind optische Geräte auch innen mattschwarz lackiert. Hast du das schon gemacht?
      There are only 10 types of people: those who understand binary and those who don't.