Spectrometer

Doel

U bouwt zelf een spectrofotometer mbv een RGB en een IR led en enkele lichtsensoren. De sensorwaarden worden uitgelezen door een Arduino processor (hier Brainbox Arduino) en gevisualiseerd op een computerscherm. U test deze spectrofotometer uit op verschillende vloeistoffen.

Nadien onderzoekt u of u hiermee ook de PH waarde van een vloeistof zou kunnen bepalen.

Fig 1: Blokschema Spectrofotometer met prizma

Fig 2: Meetresultaat van spectrofotometrie

Spectrograaf

(Bron Wikipedia) In de optica is een spectrograaf, spectrometer of spektrofotometer een instrument dat licht in de verschillende kleuren opsplitst, net zoals Newton deed met zijn prisma. De resulterende meting van de verdeling van licht over de verschillende golflengtes wordt een spectrum genoemd.

Via een prisma kunnen alle frequenties uit het spectrum afzonderlijk door een vloeistof gestuurd worden wat ons een volledig beeld (fig 2) geeft van hoe goed de vloeistof al deze verschillende frequenties doorlaat.

De chemische samenstelling van een vloeistof heeft een invloed op de lichtdoorlaatbaarheid van al deze frequenties. Zo zullen verschillende vloeistoffen een ander spectrum doorlaten. Spectrofotometrie kan zo gebruikt worden om verschillende vloeistoffen van elkaar te onderscheiden, of om variaties in de samenstelling of eventuele pollutie te detecteren.

Onze vereenvoudigde spectrofotometer maakt slechts gebruik van 4 verschillende frequenties: De 3 frequenties van de RGB led van Rood, Groen en Blauw en de frequentie van de Infrarode led. Toch geeft dit ons al een mooi resultaat waarmee zelfs het verschil tussen kraanwater en gedestilleerd water kan gemeten worden.

Schema

Uitleg bij Schema

Als processor gebruiken we de “made in Flanders” Brainbox AVR. Deze BBA heeft 4 regelbare power outputs (tot 500mA/pin) (D5, D6, D9, D10) die we graag gebruiken voor het aansturen van de 4 leds (R, G, B en IR).

We gebruiken twee afzonderlijke lichtsensoren om te meten hoeveel licht er door de vloeistof wordt doorgelaten. De L-53P3C gebruiken we voor het zichtbare licht van de RGB led en de QSD124 meet de component IR licht die doorkomt. Beide sensoren worden ingelezen op een analoge ingang van de processor. We meten telkens slecht 1 kleur, elke seconde, en publiceren het resultaat om de 4 seconden. De code kan u hieronder terugvinden.

Aankopen pakket Spectrometer

Omschrijving

prijs excl btw

Pakket met:

Brainbox AVR (ARduino) + Adapter + USB kabel
RGB led, IR led
Sensor RGB en Sensor IR
Nodige kabels en weerstanden

75€

proefbuishouder reeds 3D geprint

25€

Arduino IDE code Spectrometer

// STEM Spectrofotometer project - Bart Huyskens - mei 2018
// www.e2cre8.be ; www.stemzone.be
// Hardware: Brainbox AVR/Arduino -> https://e2cre8.be/?page_id=21
// Spectrofotometer met RGB led en IR led (TSAL6200)
// sensor: L-53P3C lichtsensor en QSD124 IR sensor

// Initialisatie van de 4 variabelen als integers
int _ABVAR_1_Rood = 0 ;
int _ABVAR_2_Groen = 0 ;
int _ABVAR_3_Blauw = 0 ;
int _ABVAR_4_Infrarood = 0 ;

void setup()
{
  pinMode( 5 , OUTPUT);   // zet de 4 led outputs op output
  pinMode( 6 , OUTPUT);
  pinMode( 9 , OUTPUT);
  pinMode( 10 , OUTPUT);
  Serial.begin(9600);     // opzetten communicatie via USB met PC om data 
                          // te kunnen publiceren via Serial Monitor
}

void loop()
{
  digitalWrite(5 , HIGH);   // Rode led
  delay( 1000 );
  _ABVAR_1_Rood = analogRead(A5) ;
  digitalWrite(5 , LOW);
  digitalWrite(6 , HIGH);   // Groene led
  delay( 1000 );
  _ABVAR_2_Groen = analogRead(A5) ;
  digitalWrite(6 , LOW);
  digitalWrite(9 , HIGH);    // Blauwe led
  delay( 1000 );
  _ABVAR_3_Blauw = analogRead(A5) ;
  digitalWrite(9 , LOW);
  digitalWrite(10 , HIGH);    // IR led
  delay( 1000 );
  _ABVAR_4_Infrarood = analogRead(A4) ;
  digitalWrite(10 , LOW);

  // publiceer de 4 meetresultaten via USB op Serial Monitor 
  Serial.print("__Rood:_");
  Serial.print(" ");
  Serial.print(String(_ABVAR_1_Rood));
  Serial.print("__Groen:_");
  Serial.print(" ");
  Serial.print(String(_ABVAR_2_Groen));
  Serial.print("__Blauw:_");
  Serial.print(" ");
  Serial.print(String(_ABVAR_3_Blauw));
  Serial.print("__Infrarood:_");
  Serial.print(" ");
  Serial.print(String(_ABVAR_4_Infrarood));
  Serial.println();  // Nieuwe lijn
}

Ardublock programma Spectrometer (click to download)

DOWNLOAD 3D DATA

DOWNLOAD 3D STL file for 3D printing (tekenaar: Stijn Vandenbosch 16 jaar)