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[自制DIY] DIY扫描式太阳成像光谱仪

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feng.matrix 发表于 2014-11-11 15:24 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自： 中国–上海–上海 电信

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本帖最后由 feng.matrix 于 2014-11-12 15:49 编辑

安全警示：使用望远镜观测太阳非常危险，一定要搞清楚后果再行动，
紫外线/红外线会使蛋白质变性，导致白内障，视网膜灼伤，甚至永久失明，终身残疾！

歐盟的個人保護裝置指引(EN172) 的建議:
紫外光 280-380nm 透光率最高 0.003%
可見光 380-780nm 透光率最高 0.0032%
紅內線 780-1400nm 透光率最高 0.027%

有必要先列出减光指数定义：ND值 = log10 ( 100 / 透光百分率)
天文上用的太阳减光滤镜：
ND3 对应减光到0.1%：log10 ( 100 / 0.1)
ND4 对应减光到0.01%：log10 ( 100 / 0.01)
ND5 对应减光到0.001%：log10 ( 100 / 0.001)
天文目视用的ND5巴德膜，摄影用ND4
简单说就是：
目视1/10万，光谱最好是可见光段（380～780nm），紫外与红外全部滤掉
摄影1/1万，白光摄影光谱仍旧是可见光段
成像光谱仪可选则极窄带，波段可放宽到红外与紫外段

SW建模：

总体结构
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M6/25mm固定孔基板
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淘宝二手千分尺旋转台
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二手太苦玛机械镜头400/F5.6
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淘宝千分尺狭缝（精度不够，需要改造，见后面帖子）
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光谱仪
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购买望远镜就在牧夫天文商城
 楼主| feng.matrix 发表于 2014-11-11 15:25 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海 电信
本帖最后由 feng.matrix 于 2014-11-11 18:03 编辑

淘宝东可达小邓的导星镜，准备作为成像镜
后来因为没有光圈调整，改为了太苦玛200/F4机械老头，天文群一哥们出的，好象是300多块。
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光栅固定座
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淘宝东可达小邓的双螺旋调焦座，作为准直镜使用
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辅助对焦镜座（3D打印）
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准直镜座
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 楼主| feng.matrix 发表于 2014-11-11 15:26 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海 电信
本帖最后由 feng.matrix 于 2014-11-11 18:07 编辑

刮胡刀固定板
11.png


淘宝狭缝（精度不足，刀口太厚，要改造）
12.png

挑选刀片，十来把才找到两个刀口比较平的
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合缝
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显微镜下挑选刀片，并校准平行度
15.png
总装准直镜座
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狭缝
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准直镜
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3D打印光栅座
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3D打印后再攻丝
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 楼主| feng.matrix 发表于 2014-11-11 15:28 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海 电信
本帖最后由 feng.matrix 于 2014-11-11 18:09 编辑

装配微动光栅组合体
21.png


整体效果：
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准直镜组合体
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装上基板
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成像镜原计划东可达的270mm导星镜，后因为没有光圈调整，改为天文群里一兄弟出的2手太苦玛200/F4
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光栅室整体消光处理
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成像镜因为调焦会伸缩，故手缝了一个黑布伸缩桶
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基板
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固定到NEQ6 PRO上
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30.png






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 楼主| feng.matrix 发表于 2014-11-11 15:28 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海 电信
本帖最后由 feng.matrix 于 2014-11-11 18:12 编辑

淘宝上的二手太苦玛主镜400/F5.6
31.png

钢制固定螺栓
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整体
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狭缝室特写

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辅助对焦镜座

35.png



淘宝机械镜头50/F1.4，全新一百来块，超值

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38.png


C口接Q5L-II-M

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加上微距延长管
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41.png


对焦相机拍到的狭缝室主镜太阳像
73.png



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 楼主| feng.matrix 发表于 2014-11-11 15:29 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海 电信
本帖最后由 feng.matrix 于 2014-11-11 18:17 编辑

微距效果测试，对着手机屏幕拍的，IP5上QQ APP里企鹅图标的眼睛


企鹅眼睛部位的像素

67.png



QHY申请测试的新产品miniCAM，小幅面冷冻CMOS相机
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相机本体
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截止滤镜
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CMOS
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激光校准镜座，这个没建模，直接自己手工做了
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激光头
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本来想搞一红一绿两个头，结果手枪钻把一个螺丝孔打歪了，就装一个吧
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整体
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晚上在家里用激光头校准光路与狭缝
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 楼主| feng.matrix 发表于 2014-11-11 15:30 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海 电信
本帖最后由 feng.matrix 于 2014-11-11 18:19 编辑

右侧红线是红色激光头的光谱
背景光谱是家里卫生间浴霸灯产生的
激光头发出的谱线宽度大概在1nm左右
51.png



太阳直焦热平衡测试，由于整体是铝合金制造，总重2-3公斤
传导散热效果极好，用400/F5.6镜头正午太阳直焦，刀片几乎感觉不到温度
52.png

标出波段选则方向，目前是看着屏幕选择要拍摄的波段
53.png

计划在后续改进中，做一个刻度盘，直接标出Ha/CaH/CaK等常用光谱，这样可以快速选择


左边是微调旋钮，由于千分尺精度较高，一整圈360度大概只能对应光谱变化的十几nm段
右边是粗调锁紧螺母，松开后，整个转台可以360度任意调整。
54.png


整体工作照1，使用12V铅电瓶，包括相机及笔记本都是12V供电，方便外出拍摄
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整体工作照2
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57.png

由于没装狭缝室遮光桶，所以用黑布包起来减少杂光
58.png

在成像镜前光路用白纸遮挡，可以清晰看到光栅分光后的3阶光谱
59.png


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 楼主| feng.matrix 发表于 2014-11-11 15:31 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海 电信
本帖最后由 feng.matrix 于 2014-11-11 18:28 编辑

开光拍摄CaH/CaK波段光谱：

彩色miniCAM相机拍摄
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黑白Q5L-II相机拍摄
60.jpg


Ha氢光谱波段
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大气吸收光谱
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蓝绿交接处，正中间黑色带就是近期最大的黑子，直径有数个地球直径大
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72.png

AVI视频截取软件VirtualDub，功能十分强大，识别各种格式AVI，可以任意截取屏幕区域并形成新的AVI文件
65.jpg


在这里非常感谢香港WAH：
首先，没有他自己写的AVI拼接软件SpecLineMerge，后期手工拼接就太麻烦了
其次，在我的成像光谱仪开光过程中，由于我首次拍摄光谱没有经验
他给予了极大的指导，帮我在上千条谱线中找出常用Ha线，CaH线，CaK线等
让我快速做出了窄带太阳照
非常感谢！

两条黑线就是CaH/CaK吸收光谱，红线是WAH软件中选择拼接部位的标识线
平时白光太阳摄影之所以拍不到窄带的效果，就是因为太阳大气的吸收光谱信号远较其它波段暗，被完全掩盖了
所以为了使吸收光谱信号足够强，需要调节积分时间，让其它波段亮线就过爆，而吸收光谱刚好能够成明亮像
66.png



放大后的光谱照，绿色框内是刚好扫到了太阳黑子区域，右侧两红圈内就是黑子旁边的明亮活跃白斑区域
可以看到它们都刚好发生在CaH/CaK两个极窄带光谱范围内，两个波段拍摄出的效果也类似，都象是太阳得了皮肤病白癜风

64.jpg


拼接好的2014年11月5日早上11：25分的CaK窄带
左右两头靠近太阳南北极，垂直方向靠近太阳赤道
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CaH窄带
62.jpg



63.jpg


2014/11/09中午

230413xtbgb16b09olxuo0_jpg_thumb.jpg



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 楼主| feng.matrix 发表于 2014-11-11 15:32 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海 电信
下一步计划改进：

1.向QHY提出相机软件改造需求，计划直接相机程序拼接，省去后面视频处理环节，实现实时扫描，PC端实时出整幅日面窄带图像

2.尝试加CPL，拆除IR-CUT滤镜及CMOS保护玻璃等手段，看能不能把严重的衍射斜条纹处理掉

3.主镜由太苦玛镜头换大口径反射镜

4.准备加气泵持续吹狭缝灰尘

5.加快扫描速度，此点与1相关，速度取决与单行获取CMOS数据后，相机帧率能到多少，目前是8FPS，希望能提高到数百帧
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易常裳 发表于 2014-11-13 00:40 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东–深圳–宝安区 电信
太高端了。。。。前排
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7857579 发表于 2014-11-13 08:13 来自手机 | 显示全部楼层 来自： 中国–山东–济南 联通
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
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马铃鼠 发表于 2014-11-19 12:36 | 显示全部楼层 来自： 中国–河北–秦皇岛 联通
光机电全能~
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jrzjw 发表于 2014-11-19 15:00 | 显示全部楼层 来自： 中国–湖北–武汉 电信
这个只有膜拜滴份了
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庄子逍遥游 发表于 2014-11-21 22:39 来自手机 | 显示全部楼层 来自： 中国–山西–太原 联通
高大上的东西，帮顶！
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c360 发表于 2014-11-22 03:38 | 显示全部楼层 来自： 中国–北京–北京 联通
下功夫了，作的挺好，加油！
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cliusn 发表于 2015-2-15 11:54 | 显示全部楼层 来自： 中国–江苏–无锡 电信
全文看完，一知半解。顶楼主。
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kwdx2 发表于 2015-2-16 15:54 | 显示全部楼层 来自： 中国–吉林–长春 电信
厉害! 我们正要做小型光纤式光谱仪，学习了！
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alpha127 发表于 2015-2-16 21:58 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海–杨浦区 电信
蜜蜂的高科技
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ddforest 发表于 2015-2-19 02:50 | 显示全部楼层 来自： 中国–湖北–荆州 电信
高手中的高手
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tbb1 发表于 2015-2-19 21:13 | 显示全部楼层 来自： 中国–台湾–台北市 台湾固网
挺高！
拍太阳就不用拉出去了吧。。
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