仪器信息网的网友们对光谱仪不陌生，低端的几千元，高端的几十万元都见过。但你见过仅仅花不到十元钱制作的光谱仪吗？这不是天方夜谈，是一群创新者实践的结果，让广大学生、爱好者们探索世界多了一件好工具。下面图片是用自制的USB光谱仪分析的UV365nm紫光鉴定灯（紫外LED）光谱，第一个波364nm，很准确。第二个波1019nm，应该是紫外灯珠的热辐射(二次激发副波)。是不是有一种高大上的味道？

自制业余光谱仪，多年来，国内外众多的爱好者孜孜不倦地探索，除了极易上手的简易型，不乏有高分辨率、功能多的精品，在网上视频分享很是热闹。作为仪器信息网的网友，对极易上手的“下里巴人”简易型,也应该了解一下。自制了一个USB光谱分析仪，参与玩玩，亲身感受一下。下面是制作过程。

一、自制的业余USB光谱仪外貌

用硬纸盒制作的外壳，前端是狭缝，尾部是引出的USB线，内部装有摄像头及光栅：

二、工作原理

见下面结构框图，被测光经纸盒狭缝，投射在覆盖有光栅（DVD光盘改制，倾斜30o角）的USB摄像头上，摄像头将接收到的衍射分光光谱信号进行前处理，经USB口传输给电脑，被电脑中安装的光谱软件分析计算后，在屏幕上显示出结果的图像及数据。

三、需要器材

1、摄像头。最普通的廉价USB摄像头一个，30万像素，480P，免驱，价格6.89元包邮：

2、电脑分析软件Theremino_Spectromete（免费软件，已被汉化，网上下载）。

3、DVD光盘一张，以前买的刻录盘，现在很少有人使用了。也可以用旧DVD光盘。那种DVD9格式光盘不能使用。

4、废硬纸盒一个，最好内外都是黑色的，可以减少涂黑处理过程。

5、校准用的双U节能灯

市售的双U节能荧光灯，利旧，7W/220伏。由于是气体放电灯，内部的汞蒸汽在工作时，会激发出特有的汞灯光谱线，其中436nm，546nm两条谱线作为校准使用：

四、组装

1、首先，去掉摄像头的红外截止镜片（IR CUT FILTER），可以扩大镜头红外波段的通过量。在光学相机胶片时代，因为胶片对红外光线不敏感（除非特别的红外线胶片），对曝光无影响。但电子图像传感器CCD和CMOS都对红光和红外线比较敏感，如果不对红外线过滤的话，容易造成图象偏色、偏红色及曝光过度。所以要把红外线和部分红光过滤掉，一般都加装了IR CUT FILTER。因此，对于700nm以上感知不到。而我们测量光谱，自然需要更广阔的光谱，就必须把摄像头上叠加的红外截止镜片去掉（业余制作，忽略了彩色摄像头拜尔滤镜的轻微影响，技术上去掉也很困难）。下面是操作过程。提醒：微小元件，小心细致操作！

用小刀拨开摄像头面板：

卸下两颗固定螺钉：

打开后，内部很简洁，只有一块长条形电路板：

全部电子元件都在这一面，镜头是固定焦距，采用CMOS图像传感器：

取下镜头（须做好记号，旋转了几圈螺纹取下的镜头），看见内侧安装的红外截止镜呈桃红色反光。注意，不要让灰尘掉进CMOS图像传感器芯片内部。

细心用刀片削去红外截止镜边缘固定塑料，移走该镜片：

将镜头装回去，面板就不用再安装回去了。

2、制作透射光栅

自制光谱仪，必须要找到一张即便宜又有好效果的光栅。经爱好者们的实践，发现DVD光盘特别适合。光盘之所以会有五颜六色的反光，是因为光盘是由一圈一圈的轨道组成的。轨道之间的间距很小，CD大约1.60微米，DVD大约0.74微米。光线经过轨道下面的反光膜反射，就形成类似光栅的效果。CD光盘相当于600线/mm透射光栅，DVD相当于1200线/mm透射光栅，不逊色专业的高分辨率光栅。所以，业余制作一般都采用DVD光盘。

正规光谱仪器上的光栅条纹是平行的，而光盘上的条纹是一系列同心圆。为了消除弧度带来的影响，尽量只用靠近光盘外圈的一小块区域。

将DVD光盘用刀片分开，取用无色透明有条纹那一张：

取盘片外圈一小块区域：

把DVD光栅用透明胶纸粘在镜头前。安装时，注意光盘条纹方向垂直于镜头，光盘的光面向外，光盘的条纹面向镜头：

3、在纸盒前端（进光端），用锋利的刀片开一个窗口。再用黑卡纸制作几张狭缝贴纸，便于更换，以适应测量需要。最小的狭缝宽1毫米，长5毫米；其余的狭缝，可酌情加宽加长一些，见下图。如果纸盒内非黑色，应用墨汁涂黑，吸收散射杂光。

4、将摄像头固定在纸盒内。镜头位置距狭缝的距离为镜头焦距（清晰观看的最近距离），用3M双面胶将摄像头底座粘在纸盒底部，调节镜头夹角为30o。

5、从网上下载Theremino_Spectromete，安装在电脑上。程序及使用说明书附后，供有兴趣的网友下载。

6、将摄像头USB插头安装在电脑上。现在生产的USB摄像头，大多数都是免驱，直接插入电脑USB口，即被可识别到。对于需要安装驱动的摄像头，自己应事先准备好与电脑操作系统匹配的驱动软件。

五、调试及几项常见光谱测试

在电脑上打开Theremino光谱软件后，应首先使用双U荧光灯进行校准工作。

这款双U节能荧光灯是OPPLE牌，三基色，它的光谱如下。将小黄框内的436nm，546nm两条谱线用鼠标拖住对齐，即完成校准：

40W白炽灯光谱：

卤钨灯光谱：

5W紫外电筒，365nm紫外LED光谱：

六、使用要领

由于这个USB光谱仪属于简易制作，使用时，必须要注意细致、耐心操作，才能获得较好的效果。

首先，要熟悉Theremino_Spectromete软件的使用。其次，检测时，当光谱仪软件无响应（摄像头故障除外），一个原因是被检测光的入射角不准，光信号未被投射到镜头上，须耐心多试几次；第二个原因是被检测光弱，能量不够。有条件的，可更换大功率光源；第三个原因是狭缝较小，能量很弱，可以制作几个不同规格的狭缝，换大一号的试试。狭缝过大会降低分辨率，不过，对于这种简易光谱仪，定性看看就可以了，不能要求过高。

这个简易USB光谱仪，还可以花钱改进一下，效果会进一步提高。采用更高级的摄像头，例如硬件200万像素，1080P，最低照度0.0X lux级别。这样，会有更高分辨率，弱光检测更容易。

结语：名义上，只花了不到10元钱制作出让人惊奇的USB光谱分析仪，实际上，是得益于现代高科技的发展，DVD光盘、USB摄像头、电脑、分析软件哪一样都不能缺。高科技给了人们一把钥匙，人们用它打开探索大自然的一扇大门。最后，要感谢Thermion提供免费使用软件，送给广大业余爱好者探索物理世界的好礼物。

附件：1、电脑软件Theremino_Spectromete

2、Theremino光谱仪（软件）使用说明书（中文）

附件：

Theremino_Spectrometer_Help_CHI.pdf(未验证)