espectrómetro móvil para imprimir en 3D

espectrómetro móvil es una referencia para solicitar fabricación bajo pedido.

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Introducción a BoostAquí hay un espectrómetro de teléfono inteligente de bricolaje simple pero completamente funcional, construido usando nada más que un CD y una carcasa impresa en 3D. Está diseñado para educación científica y proyectos de creadores. Al utilizar las ranuras en espiral de un CD como rejilla de difracción reflectante, divide la luz blanca ordinaria en un espectro visible colorido, lo que hace que la separación de longitudes de onda sea fácil de observar.

Todo el cuerpo está impreso en 3D y es compatible con la mayoría de los teléfonos inteligentes modernos (lente ≤Ø16mm). Con solo unas pocas piezas básicas y herramientas mínimas, es rápido de ensamblar y perfecto para demostraciones en el aula, ferias de ciencias o experimentos en el hogar. Qué necesitaráCD (rejilla reflectante): utilice un CD en blanco y sin usar para obtener la mejor claridad de difracción. Módulo de ranura (0,1–0,2 mm de ancho): impreso en 3D; Requiere una calibración XY precisa.

Lo ideal es que la ranura quepa en una sola hoja de papel A4 (≈0,104 mm de grosor). Muy recomendable: calibre su impresora antes de cortar. Modelo de calibración Guía de Bambu Lab Cuerpo impreso en 3D: se recomienda PLA negro mate para minimizar los reflejos y la difusión dispersión mientras mantiene una buena rigidez.

Papel de calco (opcional): ayuda a difundir fuentes de luz brillante Papel de lija fino (opcional): reduce el reflejo interno para un mejor contraste Aspectos destacados clave Perfecto para clases de ciencias, demostraciones de creadores o exploración STEM en el hogar Componentes modulares para fácil reemplazo o actualizaciones Compatible con la mayoría de los teléfonos inteligentes, incluidos dispositivos iPhone y Android Fuentes de luz sugeridas para experimentos en el aula Los educadores pueden utilizar este dispositivo para demostrar las características espectrales de varias fuentes de luz: Bombillas LED: Espectro de banda discreta con transiciones nítidas Lámparas fluorescentes: espectro de emisión irregular y puntiagudo Luz solar: espectro de cuerpo negro continuo Puntero láser: luz monocromática de longitud de onda única Pasos de ensamblaje Principio de diseño: Ecuación de rejilla de difracción Este espectrómetro se basa en la difracción reflectante y utiliza las ranuras en espiral de un CD para producir interferencias y separar longitudes de onda de luz visible.

SímboloDescripciónmOrden de difracción (establecido en m = 1)λLongitud de onda (en nm)dEspaciado de rejilla (CD ≈ 1,6 μm)αÁngulo de incidencia (59° en este diseño)βÁngulo de difracción, varía según la longitud de onda. Suponiendo una trayectoria de luz interna de 13 mm, los ángulos de difracción calculados anteriormente proyectarían una banda de espectro visible de aproximadamente 2,87 mm de ancho en un sensor de cámara de teléfono inteligente típico (que mide aproximadamente 8–9 mm de ancho).

Esta configuración muestra claramente la transición de longitudes de onda violeta a roja, ideal para la observación espectral en tiempo real. Imágenes espectrales de muestra Aquí hay imágenes reales capturadas con este espectrómetro y un teléfono inteligente. Puede observar claramente la propagación de las longitudes de onda visibles del violeta al rojo, con características espectrales distintas para cada fuente de luz.

Resultados de calibración y análisis Usando fuentes de luz conocidas (por ejemplo, punteros láser, LED verdes), puede calibrar las posiciones de los píxeles con sus respectivas longitudes de onda. Con herramientas de procesamiento de imágenes como ImageJ, puede convertir la imagen del espectro en escala de grises int grafica la densidad y analiza las respuestas de los canales RGB, perfecto para crear su propia biblioteca de referencia de espectro de materiales.

Cómo calibrar una imagen de espectro usando ImageJ y Excel Cuando captura una imagen espectral, ya sea desde un espectrómetro de bricolaje o una configuración de laboratorio. Por lo general, lo que queda es una fotografía en la que el eje x se mide en píxeles, no en longitudes de onda. Para extraer datos significativos de esta imagen, es necesario calibrarla: asignar posiciones de píxeles a longitudes de onda físicas reales. Esta guía le explica cómo hacer precisamente eso utilizando ImageJ y Excel.

Es perfecto para estudiantes, aficionados y creadores que trabajan en proyectos ópticos ligeros. ¿Por qué calibrar una imagen espectral? El eje x de una imagen espectral sin procesar solo muestra las posiciones de los píxeles. Para interpretar los datos físicamente, como identificar líneas de emisión o bandas de absorción específicas, debe convertir esos valores de píxeles en longitudes de onda reales. Esto se llama calibración de longitud de onda.

Utilizará una fuente de luz con líneas de emisión conocidas (como una bombilla fluorescente, una lámpara de mercurio o un tubo de descarga de gas) para hacer coincidir las posiciones de los píxeles con las longitudes de onda del mundo real. Lo que necesitaráImageJ: una herramienta gratuita de análisis de imágenes de código abierto. Descárguela desde: Spectroscope (opcional): capture, calibre y analice espectros de luz en tiempo real. Descárguelo de: o Google Sheets: para organizar datos y realizar ajustes de curvas.

Una imagen espectral de una fuente de luz conocida: las lámparas fluorescentes son excelentes. Tienen líneas de emisión nítidas en longitudes de onda bien conocidas. Paso 1: Extraiga el perfil de intensidad de píxeles en ImageJObra Spectral ImageLaunch ImageJ y vaya a Archivo > Abrir. Elija su imagen de espectro (JPG, PNG o TIFF funciona). Asegúrese de que Izquierda = Azul, Derecha = Rojo.

Asegúrese de que el espectro esté orientado correctamente: el azul (longitudes de onda cortas) debe estar a la izquierda, el rojo (longitudes de onda largas) a la derecha. Si está invertido, vaya a Imagen > Transformar > Voltear horizontalmente o use Girar para corregirlo. Si el espectro está inclinado, use Imagen > Transformar > Girar... para ajustar el ángulo y alinear la banda espectral horizontalmente. Seleccione una horizontal ÁreaUtilice la herramienta de selección rectangular para resaltar una franja horizontal en todo el espectro.

Intente alinearlo con el eje de las líneas espectrales. Genere el gráfico de perfil. Vaya a Analizar > Trazar perfil. Aparecerá un gráfico de intensidad versus posición de píxeles. Exporte la lista de datos Haga clic en la ventana de trazado del perfil para ver los datos sin procesar. Seleccionar todo (Ctrl+A) y copiar (Ctrl+C). Péguelo en Excel y verá dos columnas: Píxel e Intensidad. Paso 2: Identificar picos de longitud de onda conocidos Encuentre picos conocidos Busque las líneas de emisión de su fuente de calibración.

Por ejemplo, una lámpara fluorescente típica puede mostrar: 611 nm546 nm435,8 nm Coincidencia de posiciones de píxeles con longitudes de onda Vaya a Analizar > Herramientas > Ajuste de curvas, esto abre el cuadro de diálogo Ajustador de curvas. Presione la tecla Eliminar en su teclado para borrar los números predeterminados que se muestran en la ventana.

Utilice sus datos de Excel para encontrar las posiciones de píxeles de estos picos (los máximos de intensidad local) y cree una tabla de referencia: Después de ingresar los datos, haga clic en “Ajustar” en el Ajustador de curvas. ventana. Aparecerán dos nuevas ventanas: y = a + bx: muestra la ecuación de ajuste lineal. Por ejemplo: y = 409.01234 + 0.17534x Esto significa: Longitud de onda = 409.01234 + 0.17534 × PixelLog: muestra detalles del proceso de ajuste y estadísticas como el valor R².

Paso 3: cree una curva de calibración en Excel Ahora que tiene su fórmula de calibración, puede convertir cualquier valor de píxel en su longitud de onda correspondiente simplemente aplicando la ecuación.

Utilice su fórmula de calibración para convertir valores de píxeles en longitudes de onda: Longitud de onda (nm) = 409,012 34 + 0,17534 * A2Normalice la intensidad para una mejor comparación convirtiéndola a porcentaje: Intensidad (recuentos) = (B2/Max_Gray_Value)*100 En el gráfico de perfil generado por ImageJ, los valores de intensidad se basan en el brillo de los píxeles o el nivel de escala de grises de la imagen.

Si ciertas áreas de su imagen espectral son muy brillantes, algunos píxeles pueden alcanzar la saturación, lo que da como resultado valores de intensidad muy superiores a 100. Para que su espectro sea más fácil de interpretar y comparar visualmente, suele ser útil normalizar los valores de intensidad en Excel. Esto escala los datos a un rango constante de 0 a 100 %, lo que hace que los gráficos de diferentes fuentes de luz o configuraciones de exposición sean más fáciles de comparar.

Paso 4: Trazar la longitud de onda (nm) frente a la intensidad (%) Con sus nuevos datos calibrados, puede trazar un espectro real: longitud de onda (X) frente a intensidad (Y). Este gráfico le brinda una vista real basada en la física de la fuente de luz y es adecuado para comparación o análisis. Archivo de muestra de Excel: documentarán todos los cambios notables en este proyecto. en este archivo.

Este registro de cambios se adhiere al formato Keep a Changelog. rejillasTecnología de espectrómetro ThereminoHaga su propio espectrómetro en CD Espectrómetros caseros de Jim ☕ ¿Disfruta el diseño? Si este diseño le resultó útil y le gustaría apoyar mi trabajo, ¡no dude en invitarme a un café! 👉

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