RU205270U1 - Mini-spectrograph for field measurements - Google Patents
Mini-spectrograph for field measurements Download PDFInfo
- Publication number
- RU205270U1 RU205270U1 RU2021109351U RU2021109351U RU205270U1 RU 205270 U1 RU205270 U1 RU 205270U1 RU 2021109351 U RU2021109351 U RU 2021109351U RU 2021109351 U RU2021109351 U RU 2021109351U RU 205270 U1 RU205270 U1 RU 205270U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spectrograph
- mini
- monoblock
- recording element
- diffraction grating
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 2
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminum fluoride Inorganic materials F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 101700004678 SLIT3 Proteins 0.000 description 1
- 102100027339 Slit homolog 3 protein Human genes 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0256—Compact construction
- G01J3/0259—Monolithic
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
- G01J3/1804—Plane gratings
Abstract
Полезная модель относится к области измерительной техники и касается мини-спектрографа. Мини-спектрограф выполнен с возможностью подключения к смартфону и содержит входную щель, плоскую отражающую штриховую дифракционную решетку, два сферических зеркала, регистрирующий элемент. Оптический элемент спектрографа выполнен в виде моноблока из оптически прозрачного акрила с коэффициентом преломления 1,50 и конфигурацией Черни-Тернера. Входная щель, входное зеркало и дифракционная решетка расположены на поверхности моноблока и обеспечивают дифракцию в видимом спектре во втором порядке. Выходное сферическое зеркало собирает дифрагированный свет и фокусирует его на выходную поверхность с регистрирующим элементом. В качестве регистрирующего элемента используется линейная матрица фотодиодов. Технический результат заключается в упрощении процесса изготовления устройства и обработки монолита моноблока. 3 ил.The utility model relates to the field of measuring technology and concerns a mini-spectrograph. The mini-spectrograph is designed to be connected to a smartphone and contains an entrance slit, a flat reflective line diffraction grating, two spherical mirrors, and a recording element. The optical element of the spectrograph is made in the form of a monoblock made of optically transparent acrylic with a refractive index of 1.50 and a Czerny-Turner configuration. The entrance slit, the entrance mirror and the diffraction grating are located on the surface of the monoblock and provide diffraction in the visible spectrum in the second order. The output spherical mirror collects the diffracted light and focuses it onto the output surface with a recording element. A linear array of photodiodes is used as a recording element. The technical result consists in simplifying the process of manufacturing the device and processing the monolith of the monoblock. 3 ill.
Description
Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к малогабаритным спектральным приборам, предназначенным для проведения различного вида спектрального анализа оптического излучения в полевых условиях в режиме реального времени, и может быть использована в различных областях народного хозяйства.The utility model relates to measuring equipment, namely to small-sized spectral instruments designed for various types of spectral analysis of optical radiation in the field in real time, and can be used in various areas of the national economy.
Известен «Мини-спектрометр для смартфона» (см. патент РФ №184760, G01J 3/18, G02F 1/00, G01T 7/00, опубл. 07.11.2018, Бюл. №31), состоящий из непрозрачного корпуса, внутри которого размещено оптически однородное монолитное тело из акрила, с одной стороны которого вклеена проходная пластиковая дифракционная решетка, с другой стороны сформировано выходное зеркало для проецирования спектра на камеру смартфона. Камерой смартфона производится регистрация спектра излучения, процессором смартфона производится обработка параметров регистрируемого спектра согласно специально разработанной программе, результат обработки спектра выводится на экран смартфона.Known "Mini-spectrometer for a smartphone" (see RF patent No. 184760,
Основным недостатком данного устройства является узкий измеряемый спектральный диапазон, ограниченный спектральной характеристикой камеры смартфона, работающей в видимом диапазоне длин волн 400-760 нм.The main disadvantage of this device is the narrow measurable spectral range, limited by the spectral characteristic of the smartphone camera operating in the visible wavelength range of 400-760 nm.
Наиболее близким по техническому решению является спектрограф, содержащий оптически связанные входную щель, вогнутую сферическую дифракционную решетку с криволинейными неравно-отстоящими штрихами и регистрирующее устройство с плоской приемной поверхностью, перед которой установлен оптический элемент, отличающийся тем, что оптический элемент выполнен в виде моноблока из оптически прозрачного материала таким образом, что дифракционная решетка, регистрирующее устройство и входная щель расположены на поверхности моноблока, причем входная щель расположена на плоскости, а дифракционная решетка и регистрирующее устройство - соответственно на сферических поверхностях моноблока с радиусами кривизны r и R, где r - радиус кривизны вогнутой сферической решетки, a R=(0,8-1,2)r, взятый за прототип (см. патент РФ №2329476, G01J 3/18, 20.07.2008, Бюл. №20).The closest in technical solution is a spectrograph containing an optically coupled entrance slit, a concave spherical diffraction grating with curvilinear unequally spaced strokes and a recording device with a flat receiving surface, in front of which an optical element is installed, characterized in that the optical element is made in the form of a monoblock of optically transparent material in such a way that the diffraction grating, the recording device and the entrance slit are located on the surface of the monoblock, with the entrance slit located on the plane, and the diffraction grating and the recording device, respectively, on the spherical surfaces of the monoblock with radii of curvature r and R, where r is the radius of curvature concave spherical lattice, a R = (0.8-1.2) r, taken as a prototype (see RF patent No. 2329476, G01J 3/18, 20.07.2008, bull. No. 20).
Основным недостатком данного устройства является дороговизна приобретения сферической вогнутой дифракционной решетки с криволинейными неравно-отстоящими штрихами, сложность обработки моноблока из оптически прозрачного материала при изготовлении.The main disadvantage of this device is the high cost of purchasing a spherical concave diffraction grating with curvilinear unequally spaced strokes, the complexity of processing a monoblock made of optically transparent material during manufacture.
Задачей полезной модели является создание широкополосного мини-спектрографа для смартфона.The task of the utility model is to create a broadband mini-spectrograph for a smartphone.
Технический результат - упрощение изготовления и обработки монолита моноблока мини-спектрографа.The technical result is to simplify the manufacture and processing of the monolith of the monoblock of the mini-spectrograph.
Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве мини-спектрографа для смартфона, выполненном с возможностью подключения к смартфону и содержащем оптически связанную входную щель, плоскую отражающую штриховую дифракционную решетку, два сферических зеркала и регистрирующий элемент, оптический элемент выполнен в виде моноблока из оптически прозрачного акрила с коэффициентом преломления 1,50 и конфигурацией Черни-Тернера таким образом, что входная щель, входное зеркало радиуса R и дифракционная решетка расположены на поверхности моноблока и обеспечивают дифракцию в видимом спектре во втором порядке, а выходное сферическое зеркало радиуса R собирает дифрагированный свет и фокусирует его на выходную поверхность с регистрирующим элементом, а в качестве регистрирующего элемента используется линейная матрица фотодиодов.This is achieved by the fact that in the proposed device for a mini-spectrograph for a smartphone, made with the ability to connect to a smartphone and containing an optically coupled entrance slit, a flat reflective line diffraction grating, two spherical mirrors and a recording element, the optical element is made in the form of a monoblock of optically transparent acrylic with a refractive index of 1.50 and a Czerny-Turner configuration in such a way that the entrance slit, the entrance mirror of radius R and the diffraction grating are located on the surface of the monoblock and provide diffraction in the visible spectrum in the second order, and the output spherical mirror of radius R collects the diffracted light and focuses it to the output surface with a recording element, and a linear array of photodiodes is used as a recording element.
Полезная модель поясняется чертежами.The utility model is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлен общий вид спектрографа в корпусе, укрепленного на смартфоне.FIG. 1 shows a general view of a spectrograph in a housing mounted on a smartphone.
На фиг. 2 представлено графическое изображение монолитного тела мини-спектрографа.FIG. 2 shows a graphical representation of the monolithic body of a mini-spectrograph.
На фиг. 3 представлена схема расположения комплектующих спектрографа, находящихся в корпусе, который укреплен на смартфоне и состоит из волоконно-оптического кабеля, мини-спектрографа, платы электронной регистрации с интерфейсом USB, интерфейсного кабеля для подключения к смартфону и смартфона.FIG. 3 shows the layout of the spectrograph components located in the case, which is mounted on a smartphone and consists of a fiber-optic cable, a mini-spectrograph, an electronic registration board with a USB interface, an interface cable for connecting to a smartphone and a smartphone.
Мини-спектрограф (фиг. 2) состоит из монолитного тела 1, входной поверхности 2 на которой приклеена входная щель 3, входного зеркала 4, вклеенной дифракционной решетки 5, выходного зеркала 6, выходной поверхности 7, на которую приклеен модуль регистрирующего устройства - линейная матрица фотодиодов 8. Монолитное тело 1 мини-спектрографа представляет собой монолитно-акриловый компонент, изготовленный из оптического акрила марки ПММА. Акрил имеет относительно высокий показатель преломления (~1,50) и спектр пропускания до 350 нм. Акрил относительно жесткий прозрачный и оптически однородный материал и может обрабатываться без особых мер предосторожности.The mini-spectrograph (Fig. 2) consists of a monolithic body 1, an
Прибор работает следующим образом (фиг. 3).The device operates as follows (Fig. 3).
Излучение от исследуемого источника по волоконно-оптическому кабелю подается на входную щель монолитного тела спектрографа. Далее световой пучок, пройдя монолитное тело спектрографа, падает на входное зеркало, после чего отраженный коллимируемый луч падает на дифракционную решетку. Дифрагированный свет, отраженный от решетки, собирается и фокусируется выходным зеркалом на выходную поверхность с регистрирующим элементом. Данные с линейки фотодиодов посредством гибкого полиамидного шлейфа поступают на плату электронной регистрации с интерфейсом USB и далее, посредством интерфейсного кабеля, на разъем USB смартфона для дальнейшей обработки.Radiation from the source under study is fed through a fiber-optic cable to the entrance slit of the monolithic body of the spectrograph. Further, the light beam, having passed the monolithic body of the spectrograph, falls on the input mirror, after which the reflected collimated beam falls on the diffraction grating. The diffracted light reflected from the grating is collected and focused by the exit mirror onto the exit surface with a recording element. Data from the array of photodiodes is sent via a flexible polyamide cable to an electronic registration board with a USB interface and then, via an interface cable, to a USB connector of a smartphone for further processing.
Монолитный мини-спектрограф, имеющий габаритные размеры 5×8,5×2,5 см представляет собой прочный, устойчивый к вибрации, недорогой компактный прибор, способный к одновременным многоканальным измерениям длин волн и полос пропускания источников в видимом свете и ближнем инфракрасном спектре и имеет разрешение, более чем достаточное для разрешения ближних инфракрасных длин волн 1060 нм в первом порядке от оптических длин волн 454, 472, 488, 496, 514 и 532 нм во втором порядке. Мини-спектрограф имеет линейное пространство в выходной фокальной плоскости, достаточное для того, чтобы представляющие интерес длины волны были распределены примерно на расстоянии в два сантиметра. Входное и выходное зеркала покрыты алюминием и фторидом магния для защиты от воздуха. Радиус кривизны для обоих зеркал составляет R=10,0 см. Мини-спектрограф использует решетку с большим количеством штрихов (GR13-1205 - отражающая штриховая дифракционная решетка, 1200 штр./мм, размер: 2,5 см×2,5 см×6 мм, Thorlabs). Решетка прикреплена оптическим клеем с коэффициентом преломления примерно равным коэффициенту преломления акрила. Неиспользуемые поверхности акрилового тела покрываются черным эпоксидным клеем с показателем преломления приблизительно равным показателю преломления акрилового тела.The monolithic mini-spectrograph with dimensions of 5 × 8.5 × 2.5 cm is a robust, vibration-resistant, inexpensive compact device capable of simultaneous multichannel measurements of wavelengths and bandwidths of sources in the visible light and near-infrared spectrum and has resolution more than sufficient to resolve near infrared wavelengths of 1060 nm in the first order from optical wavelengths 454, 472, 488, 496, 514 and 532 nm in the second order. The mini-spectrograph has sufficient linear space in the exit focal plane so that the wavelengths of interest are distributed approximately two centimeters apart. The inlet and outlet mirrors are coated with aluminum and magnesium fluoride for air shielding. The radius of curvature for both mirrors is R = 10.0 cm.The mini-spectrograph uses a grating with a large number of grooves (GR13-1205 - reflective line diffraction grating, 1200 lines / mm, size: 2.5 cm × 2.5 cm × 6 mm, Thorlabs). The grating is attached with optical glue with a refractive index approximately equal to that of acrylic. Unused surfaces of the acrylic body are coated with a black epoxy adhesive with a refractive index approximately equal to that of the acrylic body.
Предлагаемая монолитная конструкция отличается температурной и вибрационной нерасстраиваемостью, позволяющей использовать прибор в технологических линиях, полевых условиях и т.д. Повышенная пылевлагозащищенность дает возможность работы в условиях повышенной агрессивности окружающей среды.The proposed monolithic design is distinguished by temperature and vibration indispensability, which makes it possible to use the device in technological lines, field conditions, etc. Increased dust and moisture resistance makes it possible to work in conditions of increased aggressiveness of the environment.
Другим преимуществом монолитной схемы является существенное упрощение конструкции ввиду практического отсутствия механических деталей узлов входной щели, решетки и фотоприемного устройства. В результате значительно упрощается сборка и юстировка оптической схемы, кроме этого, отпадает необходимость в массивном основании, фиксирующем положение элементов схемы, ввиду этого требования к корпусу значительно ослабляются. Все вышеперечисленное ведет к существенному удешевлению прибора в серийном производстве.Another advantage of the monolithic scheme is a significant simplification of the design due to the practical absence of mechanical parts of the nodes of the entrance slit, grating and photodetector. As a result, the assembly and alignment of the optical circuit is greatly simplified, in addition, there is no need for a massive base fixing the position of the circuit elements, in view of this, the requirements for the case are significantly weakened. All of the above leads to a significant reduction in the cost of the device in mass production.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021109351U RU205270U1 (en) | 2021-04-05 | 2021-04-05 | Mini-spectrograph for field measurements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021109351U RU205270U1 (en) | 2021-04-05 | 2021-04-05 | Mini-spectrograph for field measurements |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU205270U1 true RU205270U1 (en) | 2021-07-06 |
Family
ID=76820468
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021109351U RU205270U1 (en) | 2021-04-05 | 2021-04-05 | Mini-spectrograph for field measurements |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU205270U1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2329476C2 (en) * | 2006-06-07 | 2008-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Оптонет" | Spectrograph |
US20100309454A1 (en) * | 2007-11-30 | 2010-12-09 | Jingyun Zhang | Spectrometers miniaturized for working with cellular phones and other portable electronic devices |
RU184760U1 (en) * | 2018-06-28 | 2018-11-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" | Mini spectrometer for smartphone |
US20190017869A1 (en) * | 2016-01-08 | 2019-01-17 | Nederlandse Organisatie Voor Toegepast- Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno | High resolution broadband monolithic spectrometer and method |
-
2021
- 2021-04-05 RU RU2021109351U patent/RU205270U1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2329476C2 (en) * | 2006-06-07 | 2008-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Оптонет" | Spectrograph |
US20100309454A1 (en) * | 2007-11-30 | 2010-12-09 | Jingyun Zhang | Spectrometers miniaturized for working with cellular phones and other portable electronic devices |
US20190017869A1 (en) * | 2016-01-08 | 2019-01-17 | Nederlandse Organisatie Voor Toegepast- Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno | High resolution broadband monolithic spectrometer and method |
RU184760U1 (en) * | 2018-06-28 | 2018-11-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" | Mini spectrometer for smartphone |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5026160A (en) | Monolithic optical programmable spectrograph (MOPS) | |
EP3191815B1 (en) | Light sensor modules and spectrometers including an optical grating structure | |
US6303934B1 (en) | Monolithic infrared spectrometer apparatus and methods | |
KR101563009B1 (en) | Spectroscope | |
CN109948410B (en) | Electronic equipment with line detects function | |
US10613032B2 (en) | Spectroscopy apparatus, spectroscopy method, and bio-signal measuring apparatus | |
US20130093936A1 (en) | Energy dispersion device | |
US20090295910A1 (en) | Hyperspectral Imaging System and Methods Thereof | |
EP1394531A1 (en) | Handy internal quality inspection instrument | |
KR102227979B1 (en) | Miniature spectrometer and apparatus employing the same | |
US9618390B2 (en) | Optical device and electronic apparatus | |
KR20040110071A (en) | Small packaged spectroscopic sensor unit | |
Yokino et al. | Grating-based ultra-compact SWNIR spectral sensor head developed through MOEMS technology | |
EP1560039A1 (en) | Small sized wide wave-range spectroscope | |
US8514394B2 (en) | Spectrograph having multiple wavelength ranges for high resolution raman spectroscopy | |
RU205270U1 (en) | Mini-spectrograph for field measurements | |
KR20190012062A (en) | Spectrometer comprising light filter | |
WO2017111603A1 (en) | An optical module comprising a grating assembly and an image sensor | |
JP2005127943A (en) | Optical measuring instrument and spectrograph | |
Sumriddetchkajorn et al. | Home-made n-channel fiber-optic spectrometer from a web camera | |
CN213090974U (en) | Broadband micro spectrometer | |
CN111458028B (en) | Built-in chip spectrum appearance module is carried to cell-phone | |
Somarapalli et al. | Realization of low-cost multichannel surface plasmon resonance based optical transducer | |
CN207351885U (en) | Spectrum acquisition device, the acquisition device of spectral intensity, spectrum photographing module and mobile terminal | |
CN111721414A (en) | Spectrometer |