Spektrometr z Astromedia - działa!

[don Pedro]

Macie gdzies gotowy projekt odudowy do tego spektrografu do wydruku 3D?

[Mareg]

Po niemałej walce udało mi się wyskalować widmo słoneczne z mojej "przystawki spektograficznej" do telefonu, której zdjęcia wrzuciłem parę postów wcześniej.

Tak wyglądają wyskalowane widma, kolejno: jak na zdjęciu z telefonu, kanały R, G, B, i na końcu wersja "monochromatyczna" z ważonego sumowania kanałów RGB.

 

 

 

 

 

 

 

Zrobiłem tez wykres z uśrednienia poszczególnych widm:

 

 

 

Dla zainteresowanych opisuję, jak zrobiłem skalowanie.

Okazało się, że wcale to nie jest takie proste jak chce się to zrobić w miarę dokładnie.

Najpierw porysowałem kreski na widmie pokrywające się z liniami Fraunhofera i zrobiłem sobie tabelkę z pikselami zdjęcia widma i odpowiadającymi im długościami fali w nanometrach.

 

 

 

Z danych w tabelce zrobiłem sobie wykres i zależność położenia linii Fraunhofera na moim zdjęciu widma w pikselach od długości fali w nanometrach była prawie liniowa.
I właśnie przez to "prawie" zrobiłem sobie parę "matematycznych wieczorów", bo koniecznie chciałem wiedzieć, jak taka zależność powinna wyglądać "teoretycznie".

Zacząłem od równania transmisyjnej siatki dyfrakcyjnej, potem rzutowałem odchylenia siatki na sensor aparatu i dostałem równanie, które trzeba było jeszcze przeskalować i przesunąć tak, żeby pasowało do danych pomiarowych z tabelki.

Na końcu dostałem taki wykres przedstawiający zależność położenia w pikselach maksimów widma z siatki w zależności od długości fali światła w nanometrach, zrobiony według wzoru na wykresie.

 

 

 

Stałą A (skala) i B (przesunięcie) znalazłem przez dopasowanie "teoretycznego  wzoru" do pomiaru.
Stała 1/pierwiastek_z_dwóch to jest sinus kąta 45* a 45* to jest kąt odchylenia "kanału optycznego" od prostopadłej do siatki dyfrakcyjnej w moim "instrumencie", czyli też kąt padania światła na siatkę.

Liczba "1000" we wzorze to jest stała mojej "foliowej" siatki dyfrakcyjnej z Astromedia w nanometrach (1000 linii na mm = 1 linia na um = 1 linia na 1000 nm).

Taka zgodność teorii z pomiarem bardzo mnie ucieszyła, bo przecież nie uwzględniłem zniekształceń wprowadzanych przez obiektyw telefonu, który na pewno nie jest szczytem doskonałości optycznej.
Jak można zobaczyć za chwilę na wykresie z błędami, maksymalna odchyłka pomiarów od teorii jest około 5 pikseli, co odpowiada błędowi około 0.4 % w porównaniu do 1121 pikseli całkowitej długości zdjęcia widma. 
Dla zabawy do tabelki z pikselami i nanometrami dopasowałem jeszcze prostą, parabolę i wielomian 3-go stopnia.
Tak one wyglądają na wykresie, razem z linią teoretyczną i pomiarami. Wykres, podobnie jak poprzedni, jest zrobiony dla długości fali od 350 nm do 750 nm, sporo poza pomiary, żeby było wyraźniej widać jakieś różnice pomiędzy liniami.

 

 

 

A tak wyglądają odchyłki poszczególnych "metod dopasowania" od pomiarów:

 

 

 

Jak widać, parabola i wielomian trzeciego stopnia wiele się nie różnią i zapewniają skalowanie widma słonecznego w nanometrach z błędem mniejszym niż 1 piksel.
Ostatecznie do skalowania pokazywanych tu widm użyłem paraboli.
Te malutkie czarne kreseczki na wyskalowanych widmach w nanometrach, leżące na liniach Fraunhofera, też są już wyliczone z tej parabolicznej zależności.

Jak widać, pokrywają się bardzo dobrze. W ten sposób też sprawdzam, czy wszystko na końcu całej procedury skalowania się dobrze zgadza.

 

Wszystkie obliczenia, widma i wykresy zrobiłem w programie "Mathematica", którego używam też zawodowo.
Przygotowanie skryptu z opisanymi tu procedurami zajęło mi trochę czasu, ale teraz wygenerowanie wszystkich widm i wykresów zabiera 12 sekund.

Ostatnio dorobiłem trochę zdjęć widm słonecznych i z takim narzędziem będę mógł je teraz sprawnie poprzeglądać.

 

Edytowane 27 Lutego 2021 przez Mareg

[apolkowski]

W dniu 22.02.2021 o 18:54, don Pedro napisał:

Macie gdzies gotowy projekt odudowy do tego spektrografu do wydruku 3D?

Znalazłeś jakiś projekt? Mój pozostał w fazie zero. Prototyp pokazał konieczność poprawek, ale mogę Ci go podesłać. Będziesz miał punkt startowy. Jest w openSCAD.

[don Pedro]

Mam na razie zeskanowany kartonowy.  Więc pewine spróbują cos narysować.  Używam w tej chwili Design Spark Mechanical wersja 5

[apolkowski]

Inna wersja spektrometru z odrobiną kodu do analizy widma

https://www.instructables.com/DIY-Low-Cost-Spectrometer/?utm_source=newsletter&utm_medium=email

[amatorastro]

Czy ktoś wie, dlaczego w widmie Słońca mam takie poziome kreski? Tylko w widmie Słońca. Nie robi czy skierowana szczelina na Słońce, czy założone dwie "matówki z pojedynczej warstwy papieru toaletowego", jedna przy szczelinie druga na wejściu kanału. Przy dobitym od białej ściany już ich nie ma, ale wtedy słabo widać pionowe prążki. Przy "badaniu" ledów, halogena itp., tego objawu nie ma.

 

[Tayson]

@apolkowski @Gość na chwilę

Poszukuje solidnej wersji spektografu, który chciałbym wykorzystać na pokazy w @PTMAWarszawa.

Czy któryś w Was mógłby mi druknąć wersję tuning (np ze szczelinami z żyletki o ile to dobrze działa) i ze skalibrowana skalą?

Obserwacje okiem - spektograf czymany w reku, bez potrzeby podłączenia kamery/aparatu.

 

Warto kupic siatke z wieksza ilościa szczelin, niz jest w oryginalnym zestawie?

Jakoś zmodyfikować soczewkę?

Mam oryginalną, kartonową wersję... jeszcze niezłożoną od ponad roku  

 

Dzięki za pomoc.

T.

[Gość na chwilę]

Tomasz, ja mam wersje tylko pod kamerkę , całkowicie przerobioną...z oryginału wykorzystałem tylko siatkę dyfrakcyjną.

Edytowane 30 Sierpnia 2022 przez Gość na chwilę

[apolkowski]

Tomek, mój pozostał w wersji zero. Niby coś widać, ale nie robiłem kalibracji skali, a szczelina i "soczewka" pozostały oryginalne z zestawu kartonowego.

Poza tym pozostaje kwestia jak go ewentualnie dostarczyć na te pokazy.