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Mit unserem DIY-Spektrometer lässt sich der Aufbau eines Czerny-Turner-Spektrometers von Grund auf nachvollziehen. Vom Zusammenbau der mechanischen Halterungen über den Einbau der optischen Komponenten bis zur abschließenden Justage werden alle wesentlichen Arbeitsschritte in anschaulichen Montagevideos gezeigt.
Die Anleitungen richten sich an Hochschulen, Forschungseinrichtungen, Schulen und alle, die sich praktisch mit optischer Spektroskopie beschäftigen möchten. Die einzelnen Baugruppen lassen sich mit handelsüblichen Werkzeugen montieren. Viele mechanische Komponenten können mithilfe der frei verfügbaren CAD-Daten selbst im 3D-Druckverfahren hergestellt werden.
Die Videos sind in einzelne Arbeitsschritte unterteilt. So können bestimmte Montageschritte unabhängig voneinander angesehen und bei Bedarf wiederholt werden. Ergänzende schriftliche Anleitungen und technische Unterlagen werden direkt bei den jeweiligen Videos bereitgestellt.
Weitere Informationen zu den technischen Eigenschaften, Konfigurationsmöglichkeiten und Anwendungsbeispielen finden Sie auf unserer Übersichtsseite zum DIY-Spektrometer.
Die folgende Übersicht führt direkt zu den einzelnen Montageabschnitten. Wir empfehlen, beim erstmaligen Aufbau die Reihenfolge der Kapitel einzuhalten.
Die Profilbasis bildet das mechanische Grundgerüst unseres DIY-Spektrometers. Sie besteht aus Aluminiumprofilen, die miteinander verschraubt werden und anschließend die verschiedenen optischen und elektronischen Baugruppen tragen.
Das Montagevideo zeigt den schrittweisen Zusammenbau der Profilbasis einschließlich der Vorbereitung der Profile, des Einsetzens der Gewindeeinsätze und Nutensteine sowie der Montage der Verbindungselemente.
Zusätzliche Nutensteine ermöglichen die spätere Befestigung von Kabelschellen und Gehäusekomponenten. Damit ist die Profilbasis sowohl für den offenen Laboraufbau als auch für den späteren Einbau in ein Schutzgehäuse vorbereitet.
(Videoeinbindung)
Das DIY-Spektrometer ist modular aufgebaut. Eingangsspalt, Spiegel, Beugungsgitter und CCD-Kamera werden in separaten Halterungen montiert und anschließend auf der gemeinsamen Profilbasis befestigt.
Die folgenden Videos zeigen den Zusammenbau der einzelnen Funktionsmodule. Dank der modularen Konstruktion lassen sich Baugruppen bei Bedarf austauschen und unterschiedliche optische Konfigurationen realisieren.
Der Eingangsspalt definiert den Ausgangspunkt des optischen Strahlengangs und beeinflusst wesentlich die spektrale Auflösung des Spektrometers.
In diesem Video wird der Zusammenbau des Spaltmoduls MGA-9x9TL-S gezeigt. Der Halter nimmt die Spaltmaske auf und ermöglicht ihre Positionierung am Eingang des Spektrometers. Je nach Anwendung können unterschiedliche Spaltbreiten eingesetzt werden.
(Videoeinbindung)
Der erste Hohlspiegel übernimmt die Kollimation des vom Eingangsspalt kommenden Lichts und lenkt es zum Beugungsgitter.
Das Video zeigt die Montage des justierbaren Spiegelhalters MHO-25RTC. Durch die mechanischen Verstellmöglichkeiten lässt sich der Spiegel während der späteren optischen Justage präzise ausrichten.
(Videoeinbindung)
Das Beugungsgitter ist das zentrale dispersive Element des Spektrometers. Es zerlegt das einfallende Licht abhängig von der Wellenlänge in unterschiedliche Richtungen.
In diesem Montagevideo wird der Aufbau des Gitterhalters MHO-25x25 erläutert. Die Konstruktion ermöglicht die Aufnahme eines Reflexionsgitters und dessen Ausrichtung innerhalb des optischen Strahlengangs.
(Videoeinbindung)
Der zweite Hohlspiegel bündelt das vom Beugungsgitter spektral aufgespaltene Licht und bildet das Spektrum auf der lichtempfindlichen Fläche der Zeilenkamera ab.
Das Video zeigt den Zusammenbau des Spiegelhalters MHO-25R-5. Dabei wird insbesondere auf die korrekte Montage der Halterung und die spätere Aufnahme des Hohlspiegels eingegangen.
(Videoeinbindung)
Die CCD-Zeilenkamera wandelt das optische Spektrum in elektrische Messsignale um. In unseren DIY-Spektrometern kommen Zeilenkameras auf Basis des TCD1304DG mit 3648 lichtempfindlichen Pixeln zum Einsatz.
Dieses Montagevideo zeigt den Zusammenbau des Kameramoduls MDH-LSMD-5S und die mechanische Vorbereitung zur Befestigung auf der Profilbasis. Die Positionierung der Kamera ist entscheidend für die spätere Abbildung und Erfassung des Spektrums.
(Videoeinbindung)
Nach der Montage der mechanischen Halterungen werden die optischen Komponenten eingesetzt. Hierbei ist besondere Sorgfalt erforderlich, da die Oberflächen der Spiegel und Beugungsgitter empfindlich gegenüber Verschmutzungen und mechanischen Beschädigungen sind.
Der Eingangsspalt wird durch eine präzise gefertigte Chrommaske auf einem Glasträger realisiert. Je nach gewünschter spektraler Auflösung und Lichtempfindlichkeit stehen unterschiedliche Spaltbreiten zur Verfügung.
Das Video demonstriert das Einsetzen und die korrekte Ausrichtung der Spaltmaske im zuvor montierten Spaltmodul.
(Videoeinbindung)
Die beiden Hohlspiegel übernehmen im Czerny-Turner-Aufbau unterschiedliche Aufgaben: Der erste Spiegel kollimiert das Licht, während der zweite Spiegel das aufgespaltene Spektrum auf den Sensor fokussiert.
In diesem Video wird gezeigt, wie die Hohlspiegel in ihre jeweiligen Halterungen eingesetzt und befestigt werden. Besondere Aufmerksamkeit gilt dem Schutz der optischen Oberflächen und der richtigen Orientierung der Spiegel.
(Videoeinbindung)
Nachdem die einzelnen Baugruppen vorbereitet wurden, kann das eigentliche Spektrometer zusammengesetzt werden. Die fünf Funktionsmodule werden hierfür in der vorgesehenen Anordnung auf der Profilbasis befestigt.
Das Montagevideo zeigt die Positionierung und Verschraubung der Module in der Reihenfolge des optischen Strahlengangs:
Die einzelnen Module werden zunächst in ihre mechanischen Ausgangspositionen gebracht. Diese bilden die Grundlage für die anschließende optische Justage. Das Video zeigt außerdem die Orientierung der Baugruppen sowie die wichtigsten Befestigungsschritte.
(Videoeinbindung)
Nach der mechanischen Montage muss der Strahlengang des Spektrometers eingestellt werden. Ziel der Justage ist es, das Licht vom Eingangsspalt über beide Hohlspiegel und das Beugungsgitter so zu führen, dass ein scharfes Spektrum auf dem CCD-Sensor entsteht.
Das Video demonstriert die einzelnen Justageschritte anhand eines Czerny-Turner-Aufbaus mit 150 mm Spiegelbrennweite. Hierzu gehören die Ausrichtung des Eingangsspalts, die Einstellung der Spiegelpositionen, die Orientierung des Beugungsgitters und die abschließende Positionierung der Zeilenkamera.
Durch die Verwendung einer geeigneten Lichtquelle lassen sich Lichtflecken und Strahlverlauf während der Justage beobachten. Nach erfolgreicher Ausrichtung kann das Spektrometer mit der elektronischen Wellenlängenkalibrierung in Betrieb genommen werden.
(Videoeinbindung)
Das modulare Konzept erlaubt es, das DIY-Spektrometer für verschiedene Experimente und Anwendungen zu erweitern. Hierzu gehören zusätzliche Halterungen, Probenaufnahmen, optische Filter sowie Gehäuse- und Beleuchtungskomponenten.
Ein zusätzliches Kameragehäuse ermöglicht die mechanische Aufnahme und den Schutz der CCD-Zeilenkamera. Durch einen optionalen Filteraufsatz lassen sich außerdem geeignete optische Filter in den Strahlengang integrieren.
Das Montagevideo zeigt die Vorbereitung des Gehäuses, die Befestigung der Kamera sowie die Montage des Filterhalters. Der Aufbau eignet sich unter anderem für Experimente mit unterschiedlichen spektralen Filtereigenschaften.
(Videoeinbindung)
Für reproduzierbare Messungen ist die definierte Positionierung der Lichtquelle häufig von großer Bedeutung. Ein modularer Lichtquellenhalter erleichtert die Integration geeigneter Lichtquellen in den experimentellen Aufbau.
Das Montagevideo zeigt den Zusammenbau des Halters und seine Vorbereitung für den Einsatz bei spektroskopischen Untersuchungen.
(Videoeinbindung)
Mit einer Transmissionszelle können die wellenlängenabhängigen Transmissionseigenschaften von Proben untersucht werden. Hierzu wird das Licht einer geeigneten Quelle durch die Probe geführt und anschließend spektroskopisch ausgewertet.
Das Montagevideo erläutert den mechanischen Aufbau der Transmissionszelle und die Vorbereitung für Experimente, beispielsweise zur Untersuchung der Absorption von Farbstofflösungen.
(Videoeinbindung)
Unser DIY-Spektrometer ist als offenes und erweiterbares System konzipiert. Neben den gezeigten Standardaufbauten sind individuelle Anpassungen und eigene Entwicklungen ausdrücklich erwünscht.
Weitere Informationen zu Komponenten, CAD-Daten, Steuersoftware und möglichen Anwendungen finden Sie auf unserer DIY-Spektrometer-Übersichtsseite.
Bei Fragen zum Aufbau, zur Auswahl geeigneter Komponenten oder zum Einsatz des Spektrometers in Forschung und Lehre stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.
Hier können Sie unkompliziert eine Frage oder Anfrage zu unseren Produkten stellen:
EURECA Messtechnik GmbH
Deutz-Kalker Straße 35, D-50679 Köln
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