Anleitung für den Nachbau
Diese Seite soll bei der Konstruktion des STMs helfen. Auf dieser Seite wird ein roter Leitfaden durch die einzelnen Seiten der Module geboten, um eine Chronologie in den Nachbau zu bringen. In die Vorbereitung fällt die Beschaffung der einzelnen Bauteile. Für die einzelnen Module sind auf den entsprechenden Seiten, nochmal die benötigten Bauteile aufgelistet, hier jedoch nochmal alles auf einen Blick.
Inhaltsverzeichnis
Vorbereitung
Zur Vorbereitung für den Nachbau, müssen die einzelnen Bauteile angeschafft werden, dabei ist beachten, dass teilweise längere Lieferzeiten zu erwarten sind, deshalb ist es sinnvoll die Bauteile alle gleich am Anfang zu kaufen. Da diese teilweise empfindlich sind, ist es auch sinnvoll diese staubgeschützt und erschütterungsfrei an einem festen Ort zu lagern und dort das STM aufzubauen.
Liste der benötigten Bauteile
Die folgenden Listen enthalten alle Bauteile, die für einen Bau eines STM nötig sind. Bei spezifischen Komponenten sind die Bestellnummern oder Links zum nachkaufen angeben. Sollte dies nicht der Fall sein, so ist davon auszugehen, dass dieses Bauteil handelsüblich zu erwerben und kein konkretes Produkt nötig ist.
Die Bauteile sind für die Übersichtlichkeit in Scan- und Steuerungseinheit aufgegliedert worden. Dabei gibt es eine Liste für jede Einheit. Allgemeine Bauteile sind in der dritten Liste geführt.
Da es sowohl für den Computer, also auch das Gehäuse jeweils zwei Möglichkeiten für die Realisierung gibt, sind davon abhängig zwei Listen erstellt worden. Abhängig davon welche Möglichkeit gewählt wird, ist nur eine dementsprechende Liste zu erwerben. Die Vor- und Nachteile finden sich auf den jeweiligen Seiten Computer und Gehäuse. Für eine Realisierung ist also jeweils eine der Listen für Scaneinheit und Steuerungseinheit und die dritte Liste zu besorgen.
Liste der Bauteile für die Scaneinheit
Zusätzlich gibt es für das Gehäuse zwei verschiedene Möglichkeiten der Realisierung. Abhängig, ob man sich für das Gehäuse mit drei Ebenen, dann ist die erste Liste an Bauteilen anzuschaffen, oder für den Aufbau mit zwei Ebenen entscheidet, ist die zweite Liste entscheidend.
Für die Realisierung mit dem Gehäuse mit drei Ebenen:
| Modul | Bestellnummern | Preis | zusätzliche Informationen |
|---|---|---|---|
| Gehäuse mit drei Ebenen | ThorLabsArt.-Nr.: KC1-T/M 88 | ~90€ | Linsenhalter von ThorLabs |
| ThorLabs Art.-Nr.: ER2-P4 | ~21€ | Verbindungsstangen für den Aufbau | |
| ThorLabs Art.-Nr.: SP05/M | ~30€ | unterste Ebene für den Aufbau mit 3 Ebenen | |
| Scankopf | Murata Electronics Art. Nr.: 7BB-20-6 | 36 ct pro Stück | Piezo, mehrere bestellen z.B.: bei Digikey |
| Conrad Bestell-Nr.: 741119 - 62 | 65 ct | Stiftleiste | |
| Gold-Pins | |||
| Spitze | 0,4 mm Silberdraht | ca. 1,60 € | z.B.: in Bastelgeschäften |
| Probenhalter | Neodym-Magnet | ||
| Plano Art-Nr.: G3347 | 10 € | Klebepad | |
| Glimmerplättchen/ Mikroskop Probenträger | 1mm dünn | ||
| Messingplättchen | 1mm dünn | ||
| Dämpfung | glatte Steinplatte (Baumarkt) | 10 € | mehr als 10kg schwer |
| Styrodur | ca. 5 € | "hart", z.B.: beim Baumarkt | |
| Schaumstoff | ca. 5 € | "weich", z.B.: beim Baummarkt |
Für die Realisierung mit dem Gehäuse mit zwei Ebenen:
| Modul | Bestellnummern | Preis | zusätzliche Informationen |
|---|---|---|---|
| Gehäuse mit zwei Ebenen | ThorLabsArt.-Nr.: KC1-T/M 88 | ~90€ | Linsenhalter von ThorLabs |
| ThorLabs Art.-Nr.: ER2-P4 | ~21€ | Verbindungsstangen für den Aufbau | |
| Scankopf | Murata Electronics Art. Nr.: 7BB-20-6 | 36 ct pro Stück | Piezo, mehrere bestellen z.B.: bei Digikey |
| Conrad Bestell-Nr.: 741119 - 62 | 65 ct | Stiftleiste | |
| Gold-Pins | |||
| Spitze | 0,4 mm Silberdraht | 1,60 € | z.B.: in Bastelgeschäften |
| Probenhalter | Neodym-Magnet | ||
| Plano Art-Nr.: G3347 | 10 € | Klebepad | |
| Glimmerplättchen/ Mikroskop Probenträger | 1 mm dünn | ||
| Messingplättchen | 1 mm dünn | ||
| Dämpfung | glatte Steinplatte (Baumarkt) | 10 € | mehr als 10kg schwer |
| Styrodur | ca. 5 € | "hart", z.B.: im Baummarkt | |
| Schaumstoff | ca. 5 € | "weich", z.B.: im Baummarkt |
Liste der Bauteile für die Steuerungseinheit
Auch für die Steuerungseinheit gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten der Realisierung. Die entsprechenden Vor- und Nachteile der einzelnen Realisierungen finden sich auf der Seite Computer. Genauso wie bei der Steuerungseinheit, überschneiden sich die Bauteile beider Realisierungen. Es sind also nur die Teile der Liste mit dem entsprechenden Computer zu erwerben.
Für die Realisierung mit dem STM32F407:
| Modul | Bestellnummern | Preis | zusätzliche Informationen |
|---|---|---|---|
| Computer | Mikromedia Plus for STM32 (mikroe-1397) | USD 199,00 | STM32F407 Board |
| Mikromedia Plus for STM32 Shield (mikroe-1417) | USD 35,00 | Erweiterungsplatine (Shield) | |
| Stromumwandler | DAC 2 Click (mikroe-1918) | 19 € | DAC, dreimal zu kaufen |
| ADC 8 Click (mikroe-3394) | 21 € | ADC | |
| Vorverstärker | https://oshpark.com/shared_projects/XQKkLpe6 | 2,5 $ | Board des Vorverstärkers |
| Mouser Bestell-Nr.: 603-HHV-50FR-52-10M | 45 ct | 10 MOhm Widerstand | |
| Piezotreiber | |||
| Biasstrom | 9V Batterieblock | 3 € | |
| 240 Ω Widerstand | 0.1 € | ||
| vielleicht Potentiometer Service 9305 Dreh-Potentiometer Mono 0.125 W 10 kΩ | 10 kΩ Drehpotenziometer | ||
| vielleicht STMicroelectronics LM317T Spannungsregler | 0.3 € | LM317 Bauteil |
Für die Realisierung mit dem M5-Stack:
| Modul | Bestellnummern | Preis | zusätzliche Informationen |
|---|---|---|---|
| Computer | ESP32 Basic Core IoT Development Kit | 27 € | ESP32 Controller im M5-Stack |
| Anschluss für DACs/ ADC | Platine | ||
| Kabel + Buchsenleisten | |||
| Stromumwandler | Microe DAC 2 click (microe-1918) | 19 € | DAC, dreimal zu kaufen |
| Microe ADC 8 Click (microe-3394) | 21 € | ADC | |
| Vorverstärker | https://oshpark.com/shared_projects/XQKkLpe6 | 2,5 $ | Board des Vorverstärkers |
| Mouser Bestell-Nr.: 603-HHV-50FR-52-10M | 0.45 € | 10 MOhm Widerstand | |
| Piezotreiber | |||
| Biasstrom | 9V Batterieblock | 3 € | |
| 240 Ω Widerstand | 0.1 € | ||
| vielleicht Potentiometer Service 9305 Dreh-Potentiometer Mono 0.125 W 10 kΩ | 10 kΩ Drehpotenziometer | ||
| vielleicht STMicroelectronics LM317T Spannungsregler | 0.3 € | LM317 Bauteil |
Sonstige Bauteile
In dieser Liste werden Bauteile aufgeführt, die entweder in beiden Einheiten gebraucht werden, oder für die Zusammenführung beider Einheiten zuständig sind.
| Modul | Bestellnummern | Preis | zusätzliche Informationen |
|---|---|---|---|
| Kleber | Conrad Bestell-Nr.: 1503383 - 62 | 13 € | Zweikomponentenkleber von JB Wild |
| Sekundenkleber | 4€ | handelsüblich | |
| Busch 5900 Modellbahn-Verdünner Silber 1 Set | 15€ | Silberkleber | |
| Verkabelung | viele viele Meter Draht | ||
| Lötzinn |
Aufbau der Module
Die verschiedenen Bauteile des STMs sind in der Entwicklung relativ unabhängig, aus diesem Grund ist eine genaue Reihenfolge für einen gelungenen Aufbau nicht unbedingt zwingend. Um jedoch Übersicht und Ordnung in die Konstruktion zu bringen, wird in Folgendem eine Anleitung vorgeschlagen. Meistens lassen sich allerdings mehrere Arbeitsschritte parallel ausführen, aus diesem Grund werden die einzelnen Arbeitsschritte in Phasen eingeteilt, in denen die Reihenfolge nicht entscheidend ist. In diesem Fall beginnt die Konstruktion des STMs mit der Scaneinheit, an die nach und nach die anderen Module angeschlossen werden.
Diese Seite stellt eine vorgeschlagene Reihenfolge für den Aufbau des STMs dar, die konkreten Arbeiten finden sich auf den verlinkten Seiten.
1. Phase (Aufbau der Module der Scaneinheit)
Als ersten Arbeitsschritt bietet es sich an mit dem Grundstock der Scaneinheit zu beginnen und den Linsenhalter für das Gehäuse gemäß der Schilderungen auf der Seite Gehäuse umzubauen. Beachte es gibt zwei verschiedene Versionen des Gehäuse, an dieser Stelle muss man sich für eine variante entscheiden, da der Umbau des Linsenhalters von der Entscheidung abhängt. Im Folgenden unterscheidet sich allerdings nur minimal. Betroffen sind die Elemente: Installation des Scankopfes am Gehäuse, Installation des Probenhalters am Gehäuse.
Danach ist ein sinnvoller Schritt den Scankopf aufzubauen, also vornehmlich das Piezoelement zu realisieren.
2. Phase (Zusammensetzen der Scaneinheit)
1. Schritt:
Nach dem die vorbereitenden Schritte ausgeführt worden sind, lässt sich nun das Piezoelement an der Scanebene des Gehäuses befestigen. Im Aufbau mit drei Ebenen ist diese die zweite von oben, während im Aufbau mit zwei Ebene dies die oberste ist. Der Schritt wäre also die Installation des Scankopfes am Gehäuses. auf dieser Seite finden sich auch die Arbeitsanleitungen, abhängig davon, welches Gehäuse gewählt worden ist.
Parallel lässt sich der Probenhalter am Gehäuse installieren. Der Aufbau des Probenhalters erfolgt parallel bei der Installation des Probenhalters am Gehäuse. Eine Übersicht, eine Liste der benötigten Bauteile und die Installation am Gehäuse finden sich auf der Seite Probenhalter. Zusätzlich findet sich die Installation des Probenhalters auf der Seite Installation des Probenhalters am Gehäuse.
Logistisch ist es sinnvoll den Aufbau des Vorverstärkers, der sich auch auf dessen Seite findet, an diese Stelle vorzuziehen. Da die Integration in das Gehäuse so leichter fällt. Auf der Seite findet sich sowohl der Aufbau, als auch die Installation an das Gehäuse.
2. Schritt:
Nun sind alle in das Gehäuse integrierten Bauteile installiert, und das Gehäuse kann zusammengesetzt werden (Zusammensetzen des Gehäuses)
3. Phase (Aufbau der Module der Steuerungseinheit)
Die Reihenfolge, in der die einzelnen Module der Steuerungseinheit aufgebaut werden, spielt keine entscheidende Rolle, doch es bietet sich an, mit dem Vorverstärkers des Tunnelstroms zu beginnen. Auf der Seite Vorverstärker finden sich die Beschreibung um den Vorverstärker aufzubauen und ihn an dem Gehäuse gleich anzuschließen.
Abhängig davon, ob die Realisierung mit dem M5-Stack oder mit dem STM32F407 gewählt wurde, können die DACs und ADCs, wie auf der Seite des Computers beschrieben, mit dem Computer verbunden werden. Sie sind ein Teil der Kommunikationsbrücke zwischen Computer und Piezo.
Als nächster Schritt kann der Piezotreiber, der zweite Teil der Kommunikationsbrücke zwischen Computer und Scaneinheit, realisiert werden. Dies findet sich gleich auf der Seite des Piezotreibers.
4. Phase (Installieren der Steuerungseinheit an der Scaneinheit)
Nun ist die Verdrahtung des Piezotreibers am Gehäuse und mit den DACs ein sinnvoller nächster Arbeitsschritt. (Verdrahtung Piezotreiber)
Die Verbindung des Vorverstärkers mit dem ADC findet sich auch auf der Seite: Verdrahtung Vorverstärker.
5. Phase (Installation des STM)
Schließlich muss der Aufbau auf die Dämpfung gestellt werden
Das STM benötigt verschiedene Stromversorgungen; die Biasstrom, Stromversorgung für Piezotreiber und Vorverstärker und zuletzt die Stromversorgung des Computers.
