Desarrollo de un Espectrómetro de Bajo Costo con una Rejilla Ajustable y Control Electrónico Inalámbrico

Abstract

Resumen: Se presenta la implementación de un sistema mecánico que permite el posicionamiento angular de la rejilla de difracción de un espectrómetro óptico permitiendo ampliar su rango espectral. Se desarrollaron los circuitos electrónicos para un micro-servomotor controlado por un microcontrolador. Este microcontrolador PIC interacciona con un módulo bluetooth (HC-06) que permite la comunicación inalámbrica hacia el software de control instalado en una computadora portátil. Para el desarrollo del espectrómetro, se utilizaron elementos ópticos comerciales de bajo costo y para su posicionamiento se diseñaron y construyeron piezas en una impresora 3D. Además se utilizaron objetivos de cámaras fotográficas comerciales “CANON”, una rejilla de difracción en reflexión de 1200 l/mm y como sensor óptico una cámara Chameleon monocromática CCD de 1.2 MP. El software desarrollado, permite la adquisición y procesamiento en tiempo real de datos del espectrómetro, calibración y control inalámbrico del posicionamiento del micro-servomotor con una resolución de 0.3nm. El espectrómetro fue desarrollado para su uso en sistemas LIBS y fue validado comparando espectros referenciales de bases de datos oficiales del NIST Atomic Spectra Database y de OSCAR Dellaware State University, con los datos obtenidos por el espectrómetro en esta aplicación. Abstract: We present the implementation of a mechanical system which enables angular positioning of the diffraction grating of an optical spectrometer to extend its spectral range. An electronic circuit for a micro-servo motor controlled by a microcontroller was developed. This PIC microcontroller interacts with a Bluetooth module (HC-06) that allows wireless communication with the control software installed on a laptop. For the development of the spectrometer, low cost optical materials were used and for positioning were designed and built pieces in a 3D printer. Furthermore we used the objectives of CANON commercial cameras, a diffraction grating of 1200 l / mm, and as optical sensor a Chameleon monochromatic CCD camera of 1.2 MP for this system. The software developed for this application allows acquisition and processing of real-time data from the spectrometer, and also the calibration and control of the wireless positioning of the micro-servo motor with a resolution of 0.3nm. The spectrometer was developed to be used with LIBS systems and was validated by comparing reference spectra from the official databases NIST Atomic Spectra Database and OSCAR (Dellaware State University), with the data obtained by the spectrometer in this application.