Kompaktes (USB?) Spektrometer gesucht

[Masterdark]

Hallo Peter,

am Gerät selber ist bei diesem Spektrometer nichts zu kalibrieren.
Das geschieht ausschließlich per Software. Für die Kalibrierung der Wellenlänge (X-Achse) habe ich eine
Datei mitgeliefert bekommen.
Mit dieser erfolgt im Prinzip die Zuordnung der Sensor-Spalten zu einer entsprechenden Wellenlänge. Diese
Kalibrierung ist m.E. auch recht passend.

Problematisch ist nun noch die Intensität bei den verschiedenen Wellenlängen. Die Intensität spiegelt sich in der
Helligkeit der Pixel wieder.

Wenn nun bekannt ist, dass mein Spektrum bei einer Wellenlänge von z.B. 500nm eine Intensität von 50 zeigt, nach einem
Referenzspektrum aber eine Intensität von z.B. 75 gezeigt werden müßte, kann man mit einer Korrekturdatei
für 500nm einen entsprechenden Korrekturfaktor hinterlegen.

Somit hätte man dann die Wellenlänge und die Intensität kalibriert.

Grüße,
Dirk

[Lupus]

Hallo Peter,

eigentlich steckt in meinem von Dir zitierten Text alles drin. Messen ist relativ. Mit einem billigen Phasenprüfer kannst Du nicht einmal die Spannung messen, aber er ist ein hilfreiches Messinstrument. Und mit einem analogen 10 € Multimeter hast Du mit Glück einen Messfehler von nur 5%, aber Wechselstrom im Milliamperebereich ist üblicherweise nicht messbar. Und wenn Du mehrere 100 € hinlegst bekommst Du ein Multimeter das alle denkbaren elektrischen Größen mit 10^-4 relativen Fehler oder besser messen kann. Messen kann man mit dem Gerät, aber nicht das was Du gerne für wenig Geld hättest. Es sind übrigens keine Fantasiewerte, sondern stark aber reproduzierbar vom Ideal abweichende Werte.

Hubert

[Stuessi]

@ Stuessi: Was zeigen die von Dir geposteten Diagramme in Postit #84?

Hallo Peter,

im 1 Bild sind
(blau) die Intensität I0 der Halogenlampe ohne Filter und
(rot) die Intensität I1 der Halogenlampe mit Filter zu sehen,
im 2. Bild
die Transmission, also der Quotient von I1 / I0. Diese ist unabhängig vom "wahren" Verlauf der Intensität.

Ansonsten kann ich mit meinem Spektrometer nur Spektren vergleichen, wie in diesem Beispiel.



Viele Grüße,
Rolf

[hugojun]

Hallo Rolf ,
schön , dass du die 3 Spektren nochmal in einem Bild gezeigt hast.
Ich bin mir  jetzt sicher , es liegt an dem RGB Chip , denn du hast genau wie Dirk
die Artefakte an gleicher Wellenlänge. Das ist kein Zufall , bei solch unterschiedlichen Lichtquellen.

LG
Jürgen

[Masterdark]

Hallo zusammen,

habe eine Korrekturdatei für die Intensität (Y-Achse) erstellt. Da ich keine Referenzlichtquelle samt Spektrum habe, konnte ich das Spektrum nur nach "Gefühl" anpassen.
Angepasst wurde dabei der Wellenlängenbereich zwischen 491nm und 592nm. Anbei Spektren vor und nach Kalibrierung der Intensität von LED's und einem Sonnenaufgang. Das
Spektrum vom Sonnenaufgang konnte ich leider nur durch ein foliertes Fenster aufnehmen.

Grüße,
Dirk

[ManK]

Hallo Dirk,
👍 das sieht doch schon mal deutlich besser aus.
Interessant wäre jetzt noch ein Spektrum einer Halogenlampe und der Sonne, wenn sie sich heute sehen lässt..
Evtl bleibt im Bereich um 575/580nm noch was zu tun.
schöne Grüße
Manfred

[Masterdark]

Hallo Manfred,

hier das Spektrum der Sonne um die Mittagszeit, wobei die Sonne zur Zeit nicht wirklich hoch steht.

Grüße,
Dirk

[hugojun]

Hallo Dirk ,
leider ist keine Sony Chip dabei, aber so sehen die Empfindlichkeits-Kurven verschiedener Hersteller aus.




LG
Jürgen

[Masterdark]

Hallo Jürgen,

die Fuji S5 zeigt einen recht "passenden" Einbruch zwischen 490nm und 590nm.

Anbei noch das Spektrum einer Halogenlampe.

Grüße,
Dirk

[hugojun]

Hallo Dirk,
dein Halogenlicht oder der Chip hat eine Filterfolie, sichtbar durch die Interferenz im Bereich von
650nm bis 700nm.

LG
Jürgen

[Lupus]

Hallo Dirk,

das ist jetzt noch keine Kalibrierung weil das Spektrum noch sehr weit von der Realität entfernt ist. Diese Sensoren sacken bereits ab 550 bis 600 nm Richtung langer Wellenlängen sehr stark in der Empfindlichkeit ab. Das sieht man am Tageslichtspektrum, und an den typischen Empfindlichkeitsspektren derartiger Sensoren. So wie ich schon einmal gesagt habe würde ich versuchen, ein Halogenspektrum aufzunehmen und mit der theoretischen Verteilung eines schwarzen Körpers (Plancksche Strahlungsformel) als Referenz vergleichen bzw. kalibrieren. Du solltest dann aber Dein Spektrum frühestens bei 400 nm beginnen und bei 800 nm beenden, da ansonsten bereits die 2. Ordnung stören könnte, und außerdem das Rauschen bei einem starken Kalibrierfaktor zu groß wird. Das Intensitätsmaximum der richtig kalibrierten Messung der Halogenlampe darf frühestens ab 800 nm erreicht sein.

Eine typ. Haushaltshalogenlampe besitzt etwa 3000 K, aber Hochleistungslampen (z.B. Fotolampen) gehen eher in Richtung 3300 - 3400 K.
Hier die vereinfachte Formel der spektralen Strahlungsdichte für "kleine" Zahlen als Ergebnis (T = Strahlertemperatur in Kelvin, Wellenlänge Lambda in nm):
10¹⁸ / (Lambda⁵ * e^{(1.44*10^7/T*Lambda)})

Beispiel siehe Bild

Hubert

[hugojun]

Hallo zusammen,

Hubert , deine Kalibrierung ist bezogen auf die Strahlungsdichte und die Photonenempfindlichkeit des
Empfängers V(λ).
SPD ist die spektral power Distribution  Pe (λ), die das Spektrometer zunächst mal korrekt aufnehmen sollte,
da sie für die Bestimmung im CIE Farbraum benötigt wird.
Kombiniert man diese Wertepaare (λ), bekommt man , wie in deinem Diagramm  eine stetig ( bis 700nm ) steigende Kurve zur Strahlungsdichte des Leuchtmittels.
Mein Bild unten zeigt den gleichen Sachverhalt für eine LED. Durch das  Bild φv(λ) , könnte man den ( Farb-)Eindruck bekommen , Blau sei unterrepräsentiert.



Für die korrekte Farbwiedergabe muss SPD Pe (λ),mit dem CIE tristimmulus  korrigiert werden. Bild 2
Bild 3 und 4 für eine LED und für eine Wolfram Halogen Lampe:
Bild 3 und 4 :orange SPD ;  Blau Farbeindruck ( gilt nicht für Bild2)







Bild 3 und 4 zeigen auch , dass man mit einer LED12W plus CB12 einen ähnlichen Farbeindruck bekommt wie mit einer 12V100W Wolfram-Halogenleuchte plus 12 CB Filter

obwohl die Spektren sehr verschieden sind (orange).

LG
Jürgen

[Masterdark]

Hallo Hubert,

ich habe mal Deinen Ansatz aufgegriffen und im Diagramm dargestellt.
Da ist passt mein Spektrum der Halogenlampe ja überhaupt nicht.

Hast Du evtl. auch eine Formel wie ich das Spektrum vom Tageslicht berechnen kann ?

Grüße,
Dirk

[hugojun]

Hallo Dirk,
die Strahlungsdichte-Kurven eines schwarzen Strahlers werden alle ähnlich aussehen, lediglich das Maxima wird mit
zunehmender Farbtemperatur von Rot nach Blau wandern. Die Strahlungsdichte ist ja für den sichtbaren Bereich nur ein kleiner Ausschnitt. Was hast du an dieser Stelle erwartet?
,,Hast Du evtl. auch eine Formel wie ich das Spektrum vom Tageslicht berechnen kann?"
Es ist das Gleiche, weil die Sonne auch ein schwarzer Strahler ist.

Wiensches Verschiebungsgesetz:

http://hydrogen.physik.uni-wuppertal.de/hyperphysics/hyperphysics/hbase/wien.html

Den Unterschied habe ich im letzten Beitrag versucht zu erklären.

LG
Jürgen

[Lupus]

Hallo,

@Jürgen
Du bist sehr stark fixiert auf das Thema Farbtemperatur u.ä.
Darum geht es hier überhaupt nicht, sondern um die physikalische Kalibrierung des Ausgangssignals des Spektrometers über den gesamten Messbereich. Natürlich habe ich die Strahlungsdichte angegeben, das ist der theoretische Wert ähnlich der realen thermischen Quelle, der am Eingang des Spektrometers ankommen sollte und daher auch am Bildschirm angezeigt sein sollte.

@Dirk

Da ist passt mein Spektrum der Halogenlampe ja überhaupt nicht.

genau das habe ich gesagt.
Tageslicht ist wenig zum Kalibrieren geeignet da es
1. nicht konstant über die Tageszeit ist und sich sehr stark ändert (Höhe des Sonnenstandes, Bewölkung, Luftfeuchtigkeit, aktueller Staubanteil)
2. auch insgesamt keinen sehr schönen kontinuierlichen Verlauf hat u.a. durch Absorptionsbanden. Entgegen dem Hinweis von Jürgen ist die Sonne hinter der Erdatmosphäre keine ausreichend gute Annäherung an einen schwarzen Strahler.
Was ist das Problem mit der Halogenlampe? Das ist doch die einfachste Übung.

Hubert