Спектрометр бідняка: Як оцінити спектральну якість лампи менш ніж за $30

Недорогий спектрометр від Астрономічного товариства Тихого океану.

Ні для кого не секрет, що спектральна якість різних ламп є предметом дискусій серед нас, рифовиків, що захоплюються рифовим господарством. Кількісне визначення якості світлового випромінювання ламп, в кращому випадку, є дорогим задоволенням. Однак кваліфікація спектрів настільки недорога, що навіть бюджетний любитель може дозволити собі “спектрометр” (вони продаються під назвою “спектрометр”, і оскільки вони мають градуйовану шкалу, цей термін є технічно правильним). Існує кілька “інструментів”, доступних всього за кілька доларів від різних постачальників. Що ще краще, вони надзвичайно прості у використанні і можуть надати цінну інформацію для любителів.

Ці пристрої дозволять швидко оцінити якість світла. Можливості обмежуються лише вашою уявою. Ми обговоримо деякі з них наприкінці цієї статті.

У мене є два “спектрометри” з двох джерел – мій улюблений – це прилад, придбаний в Астрономічному товаристві Тихого океану за мізерні $29.95 (плюс доставка, податки і т.д.). Він має особливості, яких немає у дешевшого ($6.95) спектрометра від Edmund Scientific. Обидва виготовлені з пластику і містять дифракційну решітку для спектрального розділення. Кожна з них позначена шкалою. На цьому схожість практично закінчується.

Доступні інструменти

Любителі рифів зазвичай зібрали значну кількість обладнання після того, як займаються цим хобі протягом декількох років. Деякі прилади опинилися на “смітнику”, тоді як інші є дуже корисними. Хоча спектрометри, про які йдеться в цій статті, недорогі, я можу заощадити будь-кому трохи часу, клопоту і, можливо, кілька баксів, якщо ви шукаєте такий прилад. Запропоновані постачальники, звичайно, не є єдиними джерелами, але я мав справу з обома і знайшов їх такими, що надають швидкі надійні послуги.

Спектральна карта

Спектральна карта, нічний квест “Спектри”. Невелика дифракційна решітка затиснута між двома шматками картону розміром з кредитну картку і дозволяє поглянути на спектральні характеристики.

Edmund Scientific ) пропонує цей пристрій під артикулом #3053066 за $4,95. До нього додається невеликий буклет з інструкціями, зміст якого розрахований на учнів початкових класів. П’ять доларів – це зовсім небагато грошей, але я відчув роздратування від того, що витратив стільки плюс доставка на щось настільки ж марне, як і це. Я не рекомендую його для “акваріумів”.

Класний спектрометр

Цей прилад також доступний у Edmund Scientific і набагато перевершує їх спектрометр Spectrum Card (див. вище). Корпус спектрометра виготовлений з міцного пластику і використовує дифракційну решітку для розщеплення світла на різні спектральні компоненти. Спектр потрапляє на градуйовану шкалу (тільки 400-700 нм), яка спостерігається через невелику апертуру. Компактність приладу є і його найбільшим недоліком. Шкала не регулюється, як у більш дорогих моделях, а маленький дисплей іноді важко читати. Едмунд рекламує точність ~50 нм. Це чудово підходить для демонстрації концепцій спектрів і дифракційних решіток і коштує всього $6,95 (плюс доставка та інші номінальні витрати). Якщо Ваші кошти вкрай обмежені, і Ви шукаєте щось, щоб “здогадатися” про спектральну якість, тоді цей предмет для Вас. Інвентарний номер 3082305.

Спектрометр Project STAR

Спектрометр від Project Star є моїм особистим фаворитом серед усіх спектрометрів у своєму класі, і він також є найдорожчим – $29.95 плюс доставка (~в 4 рази дорожче за свого конкурента – “Classroom spectrometer” – вище). Його чудові характеристики роблять його гідним уваги. Він відносно великий, і це дозволяє легко поводитися з ним і переглядати його. Внутрішня шкала легко читається і має шкали для довжини хвилі (в нанометрах) та енергії (в електрон-вольтах). Шкала розроблена таким чином, щоб дозволити калібрування по ртутному розряду (546 нм) практично будь-якої флуоресцентної лампи – це легко зробити (це справжній плюс, якщо прилад падає або підстрибує). Функція калібрування недоступна на інших спектрометрах, які я бачив і тестував. Пластиковий корпус не відрізняється особливою міцністю і може бути досить легко розчавлений. Секції корпусу скріплені між собою латунними скобами, тому він не може легко розпастися на частини.

У цей недорогий портативний пристрій було вкладено багато інженерних зусиль (за моїми даними, його розробив Гарвард-Смітсонівський центр астрофізики). Його можна придбати в Астрономічному товаристві Тихого океану (www.astrosociety.org, і перейдіть за посиланням на “AstroShop”). Номер деталі – OA160. Едмунд також пропонує цей спектрометр, але за вищою ціною – $34.95 плюс номінальні збори.

Рисунок 1. Спектральна характеристика металогалогенної лампи CoralVue потужністю 250 Вт з температурою 20 000 К. В цілому лампа виглядає чіткою синьо-білою (судячи з забарвлення шкали).

Шкала градуйована від 350 нм до 750 нм, але вона не дозволить візуально розпізнати ближню інфрачервону чи ультрафіолетову енергію – ви зможете бачити лише ті довжини хвиль, які нормально сприймають ваші очі. Однак, деякі люди мають здатність “бачити” в ультрафіолетовому діапазоні (мої старіючі очі можуть бачити смугу приблизно від 410 нм (фіолетовий) до “червоного” при ~660 нм).

Як і з будь-яким іншим обладнанням – прочитайте і дотримуйтесь заходів безпеки – не дивіться прямо на сонце, будь-яке джерело ультрафіолетового випромінювання або надзвичайно яскраве джерело світла! Замість цього використовуйте світловідбиваючу білу поверхню і “відбивайте” світло в специфікацію.

Я настійно рекомендую цей пристрій, якщо ви шукаєте простий і недорогий спосіб оцінки спектральних якостей.

Рисунок 2. Спектральна характеристика металогалогенної лампи Івасакі потужністю 400 Вт 6,500 К – справжньої лампи повного спектру. Порівняйте її спектральну якість з сонячним світлом (рис. 4 і 5).

Ведіть записи!

У мене є думка, і я висловлю її тут – хороше ведення записів повинно практикуватися завжди! Це починається з заміни ламп (при заміні металогалогенних ламп відмічайте в календарі дату заміни люмінесцентних ламп, а дату заміни люмінесцентних ламп – незмивним маркером). Непогано сфотографувати спектри нових ламп, а потім кожні шість місяців (або частіше, якщо дозволяє графік), щоб оцінити спектральну деградацію. Я віддаю перевагу використанню цифрової камери, оскільки стара плівкова технологія залишає занадто багато свободи для проявника.

Рисунок 3. Спектральна сигнатура недорогої люмінесцентної настільної лампи. Порівняйте жовто-оранжевий відтінок шкали з “білизною” шкал на рисунках 2 і 3. На рисунку 6 ідентифіковані лінійчаті спектри різних люмінесцентних сполук – чи можете ви визначити, які з них містить ця лампа?

Фотографувати спектральні дисплеї спектрометра Project STAR дуже легко, якщо у вашому фотоапараті є режим макрозйомки. Фотографії, що супроводжують цю статтю, зроблені фотоапаратом Olympus C-5050 (5-мегапіксельний) в режимі макрозйомки. Після обробки фотографії були обрізані, а контраст і яскравість були помірно відрегульовані – але вони є репрезентативними для дисплея цього спектрометра (див. рис. 1-3).

Інтерпретація результатів

Лампи, що використовуються для освітлення акваріумів, з часом втрачають потужність, а спектральні якості змінюються. Це погіршення характеристик може бути пов’язано з різними факторами, включаючи “напилення” електродів (покриття внутрішньої частини трубки металом), втрату галогенідів і т.д. На рисунку 4 показані деякі спектральні піки та відповідальні за них елементи і сполуки, які зазвичай спостерігаються в металогалогенних лампах. На малюнку 5 показано те ж саме для люмінесцентних ламп.

Малюнок 4. Спектри випромінювання різних сполук, які часто зустрічаються в металогалогенних лампах.

Потенційне застосування – використовуйте свою уяву!

Спектрометр Project Star дозволить досліджувати багато різних параметрів. Очевидним є визначення початкової спектральної якості лампи з подальшою деградацією спектральної потужності протягом певного періоду часу. Як вплине новий скімер або активоване вугілля на якість світла, що пропускається, особливо в глибоких акваріумах (використовуйте білу відбиваючу поверхню, розміщену в акваріумі під кутом 45º). Який пік флуоресценції цієї гарної акропори, яку Ви щойно принесли? Чи змінюється цей флуоресцентний колір під Вашою системою освітлення – якщо так, то на яку довжину хвилі? Прості спостереження за спектральною якістю ламп і змінами у флуоресценції коралів можуть допомогти розкрити деякі з таємниць пігментації антозій. У цьому і полягає принадність цих недорогих приладів (особливо спектрометра від Project Star) – вони можуть надавати якісну інформацію за цінами, практично невідомими в рифовому хобі.

Рисунок 5. Елементи, що часто зустрічаються всередині різних люмінесцентних ламп.

Посилання

1. Кауфман, Я. (ред.), 1984. IES Lighting Handbook. Світлотехнічне товариство Північної Америки. Нью-Йорк.

Source: reefs.com