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diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/.gitignore b/reference/C_Facharbeit_komplett/.gitignore new file mode 100644 index 0000000..539b891 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/.gitignore @@ -0,0 +1,8 @@ +# build +/result +/build + +/resources.local + +# dev env +.direnv diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/01_zusammenfassung/chapter.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/01_zusammenfassung/chapter.tex new file mode 100644 index 0000000..f224572 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/01_zusammenfassung/chapter.tex @@ -0,0 +1,11 @@ +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\onecolumn +\chapter*{Zusammenfassung} +In dieser Arbeit wird der Prozess des Baues eines Raman Spektrometers mit Nutzung des +Smartphones als Detektor gezeigt. Im Weiteren wird die Auswertung der aufgenommen Spektral +Bilder leicht ermöglicht, indem Software dafür geschrieben wird, die diese Raman Spektren umwandelt. +Der Aufbau des Spektrometers wird außerdem durch ein 3D-Modell erleichtert. Das 3D-Modell +und die Auswertungssoftware sind unter freien Lizenzen im Anhang verlinkt. +\twocolumn diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/03_einleitung/chapter.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/03_einleitung/chapter.tex new file mode 100644 index 0000000..484ef46 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/03_einleitung/chapter.tex @@ -0,0 +1,30 @@ +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\chapter{Einleitung}\label{chap:Einleitung} +Wissenschaftlich zertifizierte Raman Spektrometer kosten zumeist über \qty{15000}{\text{\euro}} +\cite{thorLabsRamanExpensive, stellarNetRamanExpensive}. Da diese Spektrometer nicht nur für +viele kleine Aufgaben zu teuer sind, sondern auch in diesen Fällen meist für die Anforderungen +überqualifiziert\todo{sind?}, haben sich kostengünstige DIY Optionen ausgebildet \cite{openRaman}. +Viele dieser günstigeren Optionen können allerdings einen großen Kostenfaktor nicht entfernen: +den Detektor, der Lichtintensität misst, und die aufwendigen Linsen und Rayleigh Sperrfilter. + +Allerdings sind die meisten Smartphone-Kameras mittlerweile auf einem Niveau angekommen, das es +ihnen ermöglicht, als ein Detektor in solch einem Aufbau genutzt zu werden. Genauso können +die fragilen Laseroptiken ersetzt werden, indem statt der normalen zurückstreuende Geometrie +(„backscattered geometry“ in \cite{cellPhoneRamanSpec}) eine rechtwinklige Geometrie benutzt +wird. Beide Geometrien werden in \vref{sec:Design} erklärt. + +\Textcite{cellPhoneRamanSpec} beschreiben einen möglichen Aufbau, der diese Methoden nutzt, +in \citetitle{cellPhoneRamanSpec}. Insgesamt kostet er nur ca. \qty{50.5}{US\text{\textdollar}} +mit den Initial-Kosten des Smartphones nicht eingerechnet. \cite[Tabelle I]{cellPhoneRamanSpec} + +Diese Reduktion des Preises ermöglicht die Anwendung in verschiedenen Situationen, in denen selbst +ein nur ca. \qty{2264}{\text{\euro}} teures \cite{openRamanStarterSpec} openRaman „starter +Edition“ Spektroskop zu teuer ist: Das Spektroskop kann also z.~B. auch in Schulen eingesetzt +werden, da das teuerste Element, die Kamera, von dem/der Schüler:in gestellt werden kann. + +Das Ziel dieser Arbeit ist zum einen die Reproduktion und Validierung der Ergebnisse aus +\cite{cellPhoneRamanSpec}. Daraus folgend soll außerdem eine Anpassung des Spektroskops auf die mögliche +Anwendung in schulischen Kontexten erfolgen. Ermöglicht werden sollte dies durch die Reduktion +des Kaufpreises für die Schule und eine Vereinfachung der Komponenten und Auswertung für die Schüler:innen. diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/chapter.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/chapter.tex new file mode 100644 index 0000000..dbc71b9 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/chapter.tex @@ -0,0 +1,15 @@ +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\chapter{Grundlagen des Themas}\label{chap:GrundlagenDesThemas} +\input{content/04_grundlagen_des_themas/sections/energie_zustaende_figure} + +Ramanspektroskopie ist eine der zur Strukturaufklärung genutzten Methoden in der Chemie, +wird allerdings auch zur Identifizierung unbekannter Substanzen oder der Bestimmung der +Konzentration eines Stoffes genutzt. Da sich diese Arbeit hauptsächlich mit der Identifizierung +von Stoffen beschäftigt, wird nur diese beschreiben, wobei die theoretischen Grundlagen +natürlich für jede Anwendung gleich sind. + +\input{content/04_grundlagen_des_themas/sections/theoretische_grundlagen} +\input{content/04_grundlagen_des_themas/sections/schwingungszustände} +\input{content/04_grundlagen_des_themas/sections/anwendung} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/sections/anwendung.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/sections/anwendung.tex new file mode 100644 index 0000000..d0fcb82 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/sections/anwendung.tex @@ -0,0 +1,47 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\section{Anwendung} % 2024-04-30 (12:14) +Rayleigh Streuung, da sie die Energie beibehält, besitzt die Frequenz der einkommenden +Anregungsquelle. Diese wird meistens $v_0$ genannt \cite[Seite 15]{oldRaman}. + +\input{content/04_grundlagen_des_themas/sections/raman_spectra.tex} + +Die beiden Raman Streuungen (Stokes und anti Stokes) dagegen haben entweder Energie verloren +oder hinzugewonnen: Deshalb ist die Frequenz des Stokes gestreutem Lichts $v_0 - v_m$ und des +anti Stokes gestreutem Lichts $v_0 + v_m$. Wobei $v_m$ hierbei die Verschiebung der +Frequenz des Lichts ist (i.~e. der Unterschied der einzelnen Schwingungszustände). + +Deshalb wird in einem Raman-Spektrum die Intensität, +das heißt die Menge an gemessenem Licht, gegen die Verschiebung der Frequenz ($v_m$), +in Wellennummern, aufgetragen. + +In der Spektrographie wird zumeist die Einheit der Wellennummer, statt der Frequenz, genutzt +\cite[Seite 3]{oldRaman}. Die Wellennummer ist allerdings keine anerkannte SI-Einheit. Sie ist mit +\begin{align*} + \tilde{v} = \frac{v}{c} \\ + \tilde{v} \cdot c & = v +\end{align*} +definiert. +Wenn diese Definition mit der Formel für die Frequenz kombiniert wird, erhält man: +\begin{align*} + v & = \frac{c}{\lambda} \\ + \rightarrow \tilde{v} \cdot c & = \frac{c}{\lambda} \\ + \tilde{v} & = \frac{1}{\lambda}. +\end{align*} + +Wie bereits erwähnt, ist es üblich die Raman Verschiebung in Wellennummern anzugeben. Die +Einheit dieser ist: $cm^{-1}$. + +% Durch die in \vref{sec:theoreticalBasics} dargelegten Streuunmöglichkeiten, ist es +% oft sinnvoll sich entweder für Stokes oder anti Stokes Streuung zu entscheiden. Dies ist deshalb so, +% da die anti Stokes Streuung sich in dem II. Quadranten des Graphen befinden wird (sofern die +% Einheit Wellennummern ist), die Stokes Streuung in dem I. und die Rayleigh Streuung ihren Peak +% auf dem Mittelpunkt zwischen diesen beiden Quadranten hat. + +Da sehr wahrscheinlich nur eine der beiden Stokes Streuungen in relevanten Massen vorkommt +(dargelegt in \vref{sec:theoreticalBasics}), ist es sinnvoll sich für den Ausschluss entweder +der Stokes oder anti Stokes Streuung zu entscheiden, um eine konsistente Achsenbeschriftung +zu ermöglichen. + +\Vref{fig:RamanSpectra} zeigt die Beziehungen der verschiedenen Streuungen zueinander. diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/sections/energie_zustaende_figure.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/sections/energie_zustaende_figure.tex new file mode 100644 index 0000000..73c602e --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/sections/energie_zustaende_figure.tex @@ -0,0 +1,55 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\begin{figure}[htp] + \centering + \begin{tikzpicture} + \coordinate (Ens) at (0,0); + \coordinate (Ene) at ($(Ens) + (13,0)$); + + \coordinate (Ees) at ($(Ens) + (0,1)$); + \coordinate (Eee) at ($(Ees) + (13,0)$); + + \coordinate (Evns) at ($(Ens) + (0,3)$); + \coordinate (Evne) at ($(Ene) + (0,3)$); + \coordinate (Eves) at ($(Ees) + (0,3)$); + \coordinate (Evee) at ($(Eee) + (0,3)$); + + + \node[left] at (Evns) {$E_{vn}$}; + \node[left] at (Eves) {$E_{ve}$}; + \node[right] at ($(Evee)!0.5!(Evne)$) {Virtuelle Zustände}; + \node[right, align=left] at ($(Eee)!0.5!(Ene)$) {Schwingungs-\\zustände}; + + \node[left] at (Ens) {$E_n$}; + \node[left] at (Ees) {$E_e$}; + + \draw[dashed] (Evns) -- (Evne); + \draw[dashed] (Eves) -- (Evee); + + \draw (Ees) -- (Eee); + \draw (Ens) -- (Ene); + + \draw[-{Latex[width=2mm]}] ($(Ens) + (1,0)$) -- ($(Evns) + (1,0)$); + \draw[-{Latex[width=2mm]}] ($(Evns) + (1.5,0)$) -- ($(Ens) + (1.5,0)$); + \draw[-{Latex[width=2mm]}] ($(Ees) + (2.3,0)$) -- ($(Eves) + (2.3,0)$); + \draw[-{Latex[width=2mm]}] ($(Eves) + (2.8,0)$) -- ($(Ees) + (2.8,0)$); + \node[below] at ($(Ens) + (2,-0.2)$) {Rayleigh}; + + + \draw[-{Latex[width=2mm]}] ($(Eves)!0.5!(Evee) + (0.25,0)$) -- ($(Ens)!0.5!(Ene) + (0.25,0)$); + \draw[-{Latex[width=2mm]}] ($(Ees)!0.5!(Eee) + (-0.25,0)$) -- ($(Eves)!0.5!(Evee) + (-0.25,0)$); + \node[below] at ($(Ens)!0.5!(Ene) + (0,-0.2)$) {anti Stokes}; + + + \draw[-{Latex[width=2mm]}] ($(Ene) - (2,0)$) -- ($(Evne) - (2,0)$); + \draw[-{Latex[width=2mm]}] ($(Evne) - (2.5,0)$) -- ($(Eee) - (2.5,0)$); + \node[below] at ($(Ene) - (2.25,0.2)$) {Stokes}; + + \draw[Latex-Latex] ($(Ene) - (0.5,0)$) -- ($(Eee) - (0.5,0)$) node[midway, left] {$v_m$}; + \end{tikzpicture} + \caption{ + Darstellung der verschiedenen möglichen Übergänge eines Moleküls bei der Absorption von + Licht. Diese Abbildung ist Abbildung 1.2 aus \cite{modernRaman} nachempfunden. + }\label{fig:VirtStates} +\end{figure} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/sections/raman_spectra.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/sections/raman_spectra.tex new file mode 100644 index 0000000..a5732e7 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/sections/raman_spectra.tex @@ -0,0 +1,34 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\begin{figure}[htb!] + % \includegraphics{figures/raman_common_spread.jpg} + \begin{tikzpicture} + \node (start) at (0,0) {}; + \node (end) at (6,0) {}; + + \node (stokes) at (1,0) {}; + \node (rayleigh) at (3,0) {}; + \node (antiStokes) at (5,0) {}; + + \node[below] at (stokes) {$\tilde{v}_0 - \Delta\tilde{v}$}; + \node[below] at (rayleigh) {$\tilde{v}_0$}; + \node[below] at (antiStokes) {$\tilde{v}_0 + \Delta\tilde{v}$}; + + \draw[-LaTeX] ($(start)!0.25!(end) - (0, 0.7)$) -- ($(start)!0.75!(end) - (0,0.7)$) node[midway, below] {Erhöhende $\tilde{v}$}; + + \draw[-LaTeX] (start) -- (end); + + \def\onset{0.0} + \draw[line width=0.6mm] ($(rayleigh) - (0,\onset)$) -- ($(rayleigh) + (0,3)$) node [above] {Rayleigh}; + \draw[line width=0.4mm] ($(stokes) - (0,\onset)$) -- ($(stokes) + (0,2)$) node [above] {Stokes}; + \draw[line width=0.2mm] ($(antiStokes) - (0,\onset)$) -- ($(antiStokes) + (0,1)$) node [above] {anti Stokes}; + + \draw[LaTeX-LaTeX] ($(stokes) + (0,1)$) -- ($(rayleigh) + (0,1)$) node[midway, below] {$\Delta \tilde{v}$}; + \end{tikzpicture} + \caption{ + Relative Intensität (dargestellt durch die Höhe und Breite) von Stokes und anti + Stokes Streuung im Vergleich zu Rayleigh Streuung. Diese Abbildung ist an + Abbildung 4.3.2 aus \cite{freeRaman} angelehnt. + }\label{fig:RamanSpectra} +\end{figure} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/sections/schwingungszustände.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/sections/schwingungszustände.tex new file mode 100644 index 0000000..7fd77eb --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/sections/schwingungszustände.tex @@ -0,0 +1,5 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +% \section{Schwingungszustände} % 2024-04-30 (12:08) +% \todo[inline]{Herr Wolf fragen, ob das überhaupt sein muss.} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/sections/theoretische_grundlagen.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/sections/theoretische_grundlagen.tex new file mode 100644 index 0000000..c8ba4d7 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/04_grundlagen_des_themas/sections/theoretische_grundlagen.tex @@ -0,0 +1,47 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\section{Theoretische Basis}\label{sec:theoreticalBasics} % 2024-04-30 (11:36) +\Textcites{oldRaman, modernRaman} beschreiben in ihren jeweiligen Büchern \citetitle{oldRaman} +bzw. \citetitle{modernRaman} die Funktionsweise der Raman Spektrographie: +\newline + +% FIXME: Das ist soo unglaublich falsch, aber es funktioniert irgendwie. (Also etwas) <2024-04-26> +% Der Wert hier wurde übrigens experimentell bestimmt (bis es einigermaßen passend +% aussah). +\vspace*{4.702cm} +% Hier wird jetzt auf magische Weise Platz für den Float gemacht + +Einem Molekül wird Energie in Form von Licht zugefügt, was für dieses Molekül zur Folge hat, +dass es eine Anregung der Schwingungszustände in sogenannte virtuelle Zustände erfährt. +Die Energiedifferenz zwischen den Schwingungszuständen und der virtuellen Zustände ist +alleinig von der Energie der Anregungsquelle (i.~e. der bestrahlende Laser) abhängig. + +Da diese virtuellen Zustände sehr instabil sind, folgt in jedem Fall wieder eine Abgabe +von Energie und damit ein Rückgang in die Schwingungszustände. Wie in \vref{fig:VirtStates} +ersichtlich, ist die freigesetzte Energie -- in Form von emittierten Licht mit einer Wellenlänge +die der Energie entspricht -- bei dem Rückgang nicht immer gleich groß. + +Man unterscheidet deshalb dieses gestreute Licht in drei Gruppen: +\begin{description} + \item[Rayleigh.] + Unabhängig von dem initialen Schwingungsstatus des Moleküls, ist es möglich -- + und am wahrscheinlichsten --, dass es genau die aufgenommene Energie wieder abgibt. + Diese Streuung beinhaltet keinerlei Informationen, da sie genau der Wellenlänge der + Anregungsquelle entspricht. + \item[anti Stokes.] + Ein Molekül wird von einem angeregten Schwingungszustand in den korrespondierenden + angeregten virtuellen Zustand befördert, gibt dann aber die Energie wieder ab + und landet auf dem nicht angeregten Schwingungszustand. Die Emission hat damit + Energie des Moleküls aufgenommen und ist in einen kleineren Wellenlängenbereich + verschoben worden. + Diese Streuung ist zumeist sehr unwahrscheinlich, da sie voraussetzt, dass + das Molekül schon in einem angeregten Zustand ist. Sie wird mit steigenden + Temperaturen allerdings wahrscheinlicher, da diese das Molekül anregen können. + \item[Stokes.] + Beginnend in einem nicht angeregten Zustand wird das Molekül in den + korrespondierenden virtuellen Zustand erhoben. Bei der Emission des Lichts wird + dann allerdings etwas weniger Energie abgegeben, als aufgenommen wurde. Dies hat + sowohl zur Folge, dass das Molekül nun in dem angeregten Schwingungszustand ist, + als auch, dass das emittierte Licht in eine größere Wellenlänge verschoben wurde. +\end{description} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/chapter.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/chapter.tex new file mode 100644 index 0000000..27d545e --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/chapter.tex @@ -0,0 +1,9 @@ +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\chapter{Aufbau} +\input{content/05_aufbau/sections/design} +\input{content/05_aufbau/sections/material_und_methoden} +\input{content/05_aufbau/sections/vergleich_dieses_aufbaus_zu_dem_des_papers} +\input{content/05_aufbau/sections/kalibrierung.tex} +\input{content/05_aufbau/sections/auswertung} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/DetektorComparison.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/DetektorComparison.tex new file mode 100644 index 0000000..463ef03 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/DetektorComparison.tex @@ -0,0 +1,64 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\begin{figure}[tbhp] + \begin{tikzpicture} + \node at (0,0) [rectangle,draw] (a) {Detektor}; + \node at (4,0) [rectangle,draw] (b) {Detektor}; + \node at (8,0) [rectangle,draw] (c) {Detektor}; + + \def\offset{0.5} + \def\lineWidth{0.8} + \def\laserDualLine{0.05} + \def\laserLineWidth{0.6} + % a + \node [below] at ($(a) - (0,0.4)$) {$a$}; + \draw[line width=\lineWidth pt] ($(a) + (\offset,\offset)$) -- ($(a) + (-\offset,\offset)$) node [left] {Rayleigh-Sperrfilter}; + \draw[line width=\lineWidth pt] ($(a) + (\offset,\offset * 4)$) node [below right, align=left] {Dichroitischer\\ Spiegel} -- ($(a) + (-\offset,\offset * 2)$); + + \node at ($(a) + (-\offset * 3, \offset * 3)$) [rectangle, draw] (aLaser) {Laser}; + \node at ($(a) + (0, \offset * 9)$) [circle,draw] (aSample) {Probe}; + \node at ($(a) + (0, \offset * 6)$) [ellipse, draw, label=left:Linse, minimum width=1cm] (aLens) {}; + \coordinate (aLaserHit) at ($(a) + (0, \offset * 3)$); + + \draw[red, ->, line width=\laserLineWidth] (aLaser) -- ($(aLaserHit) - (\laserDualLine,0)$); + \draw[red, ->, line width=\laserLineWidth] ($(aLaserHit) - (\laserDualLine,0)$) -- ($(aSample) - (\laserDualLine,0.58)$); + \draw[green,<-, line width=\laserLineWidth] (a) -- (aSample); + + % b + \node [below] at ($(b) - (0,0.4)$) {$b$}; + \coordinate (bFirst) at ($(b) + (\offset,\offset*2)$); + \coordinate (bSecond) at ($(b) + (\offset,\offset)$) ; + + \draw[line width=\lineWidth pt] ($(b) + (-\offset,\offset*2)$) -- (bFirst); + \draw[line width=\lineWidth pt] ($(b) + (-\offset,\offset)$) -- (bSecond); + \node[right, align=left] at ($(bFirst)!0.5!(bSecond)$) (bRayleighThing) {Rayleigh-\\Sperrfilter}; + + + \node at ($(b) + (0, \offset * 9)$) [circle,draw] (bSample) {Probe}; + \node at ($(b) + (-0.3, \offset * 16)$) [rectangle, draw, rotate=90, anchor=north] (bLaser) {Laser}; + \node at ($(b) + (0, \offset * 6)$) [ellipse, draw, label=left:Linse, minimum width=1cm] (bLens1) {}; + \node at ($(b) + (0, \offset * 12)$) [ellipse, draw, label=left:Linse, minimum width=1cm] (bLens2) {}; + + \draw[red,->, line width=\laserLineWidth] (bLaser) -- ($(b) + (0, \offset * 2)$); + \draw[green, ->, line width=\laserLineWidth] ($(bSample) - (\laserDualLine, 0.60)$) -- ($(b) - (\laserDualLine, -0.2)$); + + % c + \node [below] at ($(c) - (0,0.4)$) {$c$}; + + \node at ($(c) + (0, \offset * 9)$) [circle,draw] (cSample) {Probe}; + \node at ($(c) + (0, \offset * 6)$) [ellipse, draw, label=left:Linse, minimum width=1cm] (cLens) {}; + \node at ($(c) + (\offset * 2, \offset * 9)$) [ellipse, draw, rotate=90, anchor=north, label=right:Linse, minimum width=1cm] (cLens) {}; + \node at ($(c) + (\offset * 5, \offset * 9)$) [rectangle, draw] (cLaser) {Laser}; + + \draw[red, ->, line width=\laserLineWidth] (cLaser) -- ($(cSample) + (0.68,0)$); + \draw[green,->, line width=\laserLineWidth] (cSample) -- (c); + \end{tikzpicture} + \caption{ + Vergleich der drei verschiedenen Raman Spektroskop Geometrien: Eine ($a$) + zurückstreuende, ($b$) durchquerende oder ($c$) rechtwinklige Geometrie. + Die roten Strahlen symbolisieren das direkt von dem Laser ausgesandte und + Rayleigh gestreute Licht, die Grünen das von der Probe Raman gestreute Licht. + Die Abbildung ist Abbildung 1 aus \cite{cellPhoneRamanSpec} nachempfunden. + }\label{fig:DetektorPositioning} +\end{figure} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/builtModel.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/builtModel.tex new file mode 100644 index 0000000..7e082e3 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/builtModel.tex @@ -0,0 +1,11 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\begin{figure}[h] + \centering + \includegraphics[width=0.9\linewidth]{figures/raman_spectromter_built.jpg} + \caption{ + Das gebaute Modell. + \Vref{fig:builtModelBigger} zeigt das Bild in voller Größe. + }\label{fig:builtModel} +\end{figure} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/fullProcess.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/fullProcess.tex new file mode 100644 index 0000000..446cf08 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/fullProcess.tex @@ -0,0 +1,47 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\newcommand{\cleanInput}{% + \includegraphics[width=0.7\linewidth]{paper/input_cleaned.png} +} + +% Magie, die misst wie gross `\cleanInput` ist. Funktioniert nicht, aber man konnte es ja +% mal versuchen. +\newdimen\height +\setbox0=\vbox{\cleanInput} +\height=\ht0 \advance\height by \dp0 + +\begin{figure*}[htpb] + \centering + \begin{subfigure}[b]{0.9\linewidth} + \centering + \cleanInput + \caption{Das Anfangsbild; entnommen aus \cite{cellPhoneRamanSpec}.} + \label[Bild]{fig:ProcessAnfangsBild} + \end{subfigure} + \hfill + \begin{subfigure}[b]{0.9\linewidth} + \centering + \includegraphics[width=0.7\linewidth, height=\the\height]{paper/scaled.png} + \caption{ + \Vref{fig:ProcessAnfangsBild} durch Median Berechnung bereinigt und + skaliert. + } + \label[Bild]{fig:ProcessingMedianClean} + \end{subfigure} + \hfill + \begin{subfigure}[b]{0.9\linewidth} + \centering + \input{resources/images/paper/paper_image_graph.tex} + \caption{ + Der generierte Graph zu \vref{fig:ProcessingMedianClean}. Die ersten + \qty{20}{Pixel} wurden vor der Verarbeitung entfernt, um die Rayleigh Streuung zu + eliminieren. + Generiert wurde dieser Graph mit dem Befehl: \texttt{img2plot ./anfangsbild.png -{}-scale-height 200 -{}-discard 20}. + } + \label{fig:ProcessingGenerierterGraph} + \end{subfigure} + + \caption{Die Schritte, die zur Auswertung des Spektral Bildes unternommen werden.} + \label{fig:ProcessingPicture} +\end{figure*} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/materialien.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/materialien.tex new file mode 100644 index 0000000..b02c711 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/materialien.tex @@ -0,0 +1,21 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\begin{table*}[bp] + \center + \begin{tabular}{c|c|c} + Name (Diameters, Brennpunktes, mitt. Dicke) & jetziger Preis & originaler Kaufpreis \\ + \hline + \hline + 30mm Diameter Kollimator Linse (D30F30H3) & \qty{24.73}{\text{\euro}} & \qty{12.90}{\text{\euro}} \\ + 6mm Diameter Fokussierung Linse (D6F30H3) & \qty{6.69}{\text{\euro}} & \qty{3.40}{\text{\euro}} \\ + Plano Konvex Kondensator Linse (D15F10H7.3) & \qty{1.40}{\text{\euro}} & \qty{1.14}{\text{\euro}} \\ + Gitter 1200 Linien/mm 20x10x2mm & \qty{17.68}{\text{\euro}} & \qty{20.59}{\text{\euro}} \\ + 1875 532nm 50mw Laser & \qty{31.86}{\text{\euro}} & \qty{39.38}{\text{\euro}} \\ + \end{tabular} + \caption{ + Liste aller Bauteile mit ihrer jeweiligen Namen, dem originalen Kaufpreis und + dem jetzigen Preis (Stand: \DTMdate{2024-04-29}) um die möglichen Preisfluktuationen zu + zeigen. + }\label{fig:materialien} +\end{table*} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/threeDModel.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/threeDModel.tex new file mode 100644 index 0000000..fe3aeed --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/threeDModel.tex @@ -0,0 +1,74 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +% \imagelabelset{ +% coarse grid color = red, +% fine grid color = gray, +% image label font = \sffamily\bfseries\small, +% image label distance = 2mm, +% image label back = black, +% image label text = white, +% coordinate label font = \sffamily\bfseries\scriptsize, +% coordinate label distance = 2mm, +% coordinate label back = black, +% coordinate label text = white, +% annotation font = \normalfont\small, +% arrow distance = 1.5mm, +% border thickness = 0.6pt, +% arrow thickness = 0.4pt, +% tip size = 1.2mm, +% outer dist = 0.5cm, +% } +% \let\tikzset\imagelabelset + +\begin{figure}[h] + \center + \begin{tikzpicture} + % Grid + % \draw[very thin, draw=gray, step=0.5] (0,0) grid (7,7); + % \draw[thin, draw=\maingridcolor, xstep=0.1, ystep=0.5] (0,0) grid (7,7); + % \foreach \x in {0,1,...,7} { + % \node [anchor=north] at (\x,0) {\tiny \x}; + % } + % \node [anchor=north] at (1,0) {\tiny 1}; + % + % \foreach \y in {0,1,...,7} { + % \node [anchor=east] at (0,\y) {\tiny \y}; + % } + % \node [anchor=east] at (0,1) {\tiny 1}; + + + \node[] (kuvette) at (1,0.5) {Küvette}; + \node[] (laser) at (-0.5,4) {Laser}; + \node[] (kollimationsLinse) at (2.5,3.5) {Kollimations Linse}; + \node[] (planoKonvexeFokusLinse) at (1,5) {Plano-konvexe Fokus Linse}; + \node[] (smartphoneHalterung) at (6,5) {Smartphone-Halterung}; + \node[] (abnehmbarerGitterHalter) at (6,0) {abnehmbarer Gitter Halter}; + \node[] (schieneFürLinsenHalter) at (3,-1) {Schiene für Linsen/Halter}; + \begin{scope}[xshift=0cm] + \node[anchor=south west,inner sep=0] (image) at (0,0) {\includegraphics[width=0.9\columnwidth]{figures/3d_raman_spectrometer_model_trans.png}}; + \begin{scope}[x={(image.south east)},y={(image.north west)}] + \draw [-{Circle[fill=black, length=\tipsize, width=\tipsize]}, black, line width = 0.4pt] (kuvette) to (0.3,0.45); + \draw [-{Circle[fill=black, length=\tipsize, width=\tipsize]}, black, line width = 0.4pt] (laser) to (0.2,0.6); + \draw [-{Circle[fill=black, length=\tipsize, width=\tipsize]}, black, line width = 0.4pt] (kollimationsLinse) to (0.42,0.5); + \draw [-{Circle[fill=black, length=\tipsize, width=\tipsize]}, black, line width = 0.4pt] (planoKonvexeFokusLinse) to[out=0, in=90] (0.64,0.6); + \draw [-{Circle[fill=black, length=\tipsize, width=\tipsize]}, black, line width = 0.4pt] (smartphoneHalterung) to (0.7,0.7); + \draw [-{Circle[fill=black, length=\tipsize, width=\tipsize]}, black, line width = 0.4pt] (abnehmbarerGitterHalter) to (0.8,0.76); + \draw [-{Circle[fill=black, length=\tipsize, width=\tipsize]}, black, line width = 0.4pt] (schieneFürLinsenHalter) to (0.6,0.34); + \end{scope} + \end{scope} + \end{tikzpicture} + + % \draw[annotation left = {Küvette at 0.8}] to (0.39,0.45); + % \draw[annotation left = {Laser at 0.5}] to (0.2,0.6); + % \draw[annotation below = {Kollimations Linse at 0}] to (0.42,0.5); + % \draw[annotation below = {Plano-konvexe Fokus Linse at 0.6}] to (0.64,0.6); + % \draw[annotation above = {Smartphone-Halterung at 0}] to (0.7,0.7); + % \draw[annotation above = {abnehmbarer Gitter Halter at 0.6}] to (0.76,0.7); + % \draw[annotation right = {Schiene für Linsen/Halter at 0.5}] to (0.6,0.34); + \caption{ + Das 3d Modell für den Aufbau. + \Vref{chap:Links} beinhaltet einen Link zu dem \texttt{OpenSCAD} Quellcode. + \Vref{fig:threeDModelBigger} zeigt das Bild in voller Größe. + }\label{fig:threeDModel} +\end{figure} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/auswertung.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/auswertung.tex new file mode 100644 index 0000000..5b39717 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/auswertung.tex @@ -0,0 +1,54 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\newcommand{\imgplot}{\texttt{img2plot}} +\newcommand{\Imgplot}{\texttt{img2plot}} + +\section{Auswertung}\label{sec:Auswertung} % 2024-04-28 (16:01) +Die Auswertung hält sich nah an der Methode, die in \cite{cellPhoneRamanSpec} vorgeschlagen wird. + +Sie wird vollends durch ein Programm, \imgplot{} genannt, umgesetzt. + +Die Auswertung ist in vier Schritte unterteilt (welche sich aus \vref{chap:Code} ergeben): +\begin{enumerate} + \item Das Bild wird so oft um \qty{90}{\degree} gedreht, bis die Spektrale Aufspaltung + horizontal vorliegt. Die Anzahl der Rotationen müssen \imgplot{} angegeben + werden. + + \item Das Bild wird in seine einzelnen Spalten unterteilt. Für jede dieser Spalten + wird ein Medianwert aus ihren Pixeln errechnet. Das Bild hat danach eine Höhe von + einem Pixel, behält aber seine originale Breite. Ziel dieses Schrittes ist es, + mögliche Unreinheiten oder Lichteinschläge des Bildes zu entfernen. Der Effekt + dieser Normalisierung kann in \vref{fig:ProcessingMedianClean} gesehen werden.\label{subsec:MedianClean} + + \item Mögliche Rayleigh Streuung wird am linken Bildrand ausgeblendet, indem eine + spezifizierte Anzahl von Pixeln entfernt wird. Dies macht es möglich, störende + Rayleigh Streuung aus dem resultierenden Graphen zu filtern. In + \vref{sec:Design} wird dargelegt, warum der Verlust der niedrigen Wellennummer + Verschiebungen akzeptable ist. Diese Ausblendung findet nur statt, wenn sie + explizit spezifiziert wird. \label{subsec:RayleigGone} + + \item Das Bild, welches ab \vref{subsec:MedianClean} als 2D Repräsentation vorliegt, + wird in Datenpunkte für den resultierenden Graphen umgewandelt: \Imgplot{} + durchläuft hierbei die Pixel des 2D Bildes von links nach rechts, normalisiert die + Rot-, Grün- und Blauwerte (d.~h. sie werden durch ihren Maximalwert dividiert) + und bildet aus diesen dann ein gemeinsames arithmetisches Mittel. \Imgplot{} + gibt diese dann vorformatiert als \LaTeX{} Code aus, damit das Diagramm direkt + in einem (\LaTeX{}) Dokument eingebunden werden kann. +\end{enumerate} + +\input{content/05_aufbau/figures/fullProcess.tex} + +Dieser Prozess ist exemplarisch in \Vref{fig:ProcessingPicture} dargestellt. + +\hr + +Da die Pixelzahlen völlig von der Qualität, in der das Bild aufgenommen wurde, abhängen, +ist es notwendig eine Eichung vorzunehmen. Um zu bestimmen, welche Pixel Distanzen +welchen Wellennummer-Verschiebungen zuzuordnen sind, wird ein Graph mit einer Substanz +erstellt, von der ein Raman-Spektrum vorliegt. Dann werden die Peaks aufeinander +verschoben, und eine Zuordnung ist ablesbar. + +Da aber die Aufnahmen in diesen Aufbau nicht nutzbar sind, ist eine Kalibrierung auch +nicht möglich. Diese benötigt nämlich notwendigerweise ein Spektral Bild, aufgenommen in derselben +Qualität, um einen Vergleich der Werte zu ermöglichen. diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/design.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/design.tex new file mode 100644 index 0000000..45ee543 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/design.tex @@ -0,0 +1,37 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\section{Design}\label{sec:Design} % 2024-04-25 (11:56) +Wie schon kurz in \vref{chap:Einleitung} erwähnt, ist das Design des Spektrometers auf +zwei Parameter fokussiert: Ein relativ günstiger und simpler, von komplexen Laseroptiken +entfernter Aufbau, der es dem Raman Spektrometer ermöglicht auch in +Unterrichtsszenarien angewendet zu werden. + +\input{content/05_aufbau/figures/DetektorComparison.tex} + +Es gibt zwei hauptsächliche Ansatzpunkte, um die obengenannten Ziele umzusetzen: +\begin{enumerate} + \item Der Detektor muss notwendigerweise das Smartphone sein, da es als einziger + Detektor zu einer hohen Wahrscheinlichkeit bereits verfügbar ist, und deshalb nicht zu + den Materialien dazu gezählt werden muss. Damit werden die Kosten des Detektors aus + dem Gesamtpreis entfernt. + + % FIXME: Not a perfect fit, but I really tried (for like 10+ minutes) <2024-04-28> + \vspace*{250px} + + \item Die Laseroptiken sind zum Teil redundant, sofern der Detektor + einer rechtwinkligen Positionierung ($c$) unterzogen wird. In + \vref{fig:DetektorPositioning} werden die verschiedenen möglichen Geometrien + gezeigt. Wie in \cite{cellPhoneRamanSpec} erwähnt reduziert der Aufbau nach + $(c)$ die ankommende Rayleigh Streuung, was es ermöglicht die sowohl bei $(a)$ + und $(b)$ notwendigen Rayleigh Sperrfilter zu entfernen. Die Reduktion des + ankommenden Streulichts, welche die Rayleigh Sperrfilter überflüssig macht, + reduziert allerdings auch das ankommende Stokes (und anti Stokes) gestreute Licht. + Dies ist allerdings durch eine längere Belichtungszeit und nachträgliche Entfernung + der Rayleigh Streuung (wie in \vref{subsec:RayleigGone} gezeigt) auszugleichen, + da eine sehr hohe Genauigkeit, bei den genannten Zielen, zu vernachlässigen ist. +\end{enumerate} + +Da die Genauigkeit durch den -- geringen -- Anteil der Rayleigh Streuung, die die Aufnahme +stört, schon reduziert wurde, erscheint es sinnvoll auch auf Kunststoffoptiken zu setzen, +da diese sowohl günstiger als auch sicher vor Kratzern sind. diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/kalibrierung.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/kalibrierung.tex new file mode 100644 index 0000000..7fef5da --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/kalibrierung.tex @@ -0,0 +1,59 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\section{Kalibrierung} % 2024-04-28 (15:05) +Vor der Auswertung werden die Brennpunkte der beiden Linsen aufeinander eingestellt, indem man +den Laser um \qty{90}{\degree} dreht, damit er direkt auf die Mitte der Streuung einfangenden +Linse leuchtet. Diese leichte Veränderung ermöglicht es, den Gitterhalter, der normalerweise +auf der Smartphone-Halterung angebracht ist, gegen ein weißes Blatt Papier zu tauschen, auf dem +sich dann die Fokussierung des Lasers in Form eines grünen Punktes ersichtlich macht. Hierbei +werden die Entfernungen zwischen den beiden Linsen und zwischen der letzten Linse und dem Gitter +so lange verändert, bis der Laserpunkt möglichst scharf zu sehen ist. Zum Eigenschutz, und +um den Laserpunkt, der sonst von dem Streulicht der Reflexion an dem Papier überdeckt wird, +sehen zu können, wird eine Laserschutzbrille getragen. + +Nach Befestigung der Linsen- und des Smartphone-Halters durch die Schrauben in der Schiene, +wird der Laser wieder auf den rechtwinklig positionierten Sockel gesetzt. Um nun den Laser +selbst auf die Probe zu fokussieren, wird dieser so weit nach vorne bewegt, bis in der Küvette +(gefüllt mit Wasser) ein klarer Strahl ersichtlich ist. Auch dies wird mit einer Schutzbrille +durchgeführt. + +\section{Aufnahme} +Die wirkliche \emph{Aufnahme} des Spektral-Bildes soll an dieser Stelle durch +Wiederanbringung des Gitters an dem Smartphone-Halter und Einlage des Smartphones leicht +vonstattengehen. + +Um die Aufnahmen zu machen wird die OpenCamera \cite{openCamera} Anwendung auf einem Samsung +A50 Smartphone genutzt. Sie wird durch F-Droid \cite{fDroid} installiert. Die Einstellungswerte +(ISO, Verschlusszeit, etc.) werden der Automatik überlassen, da keine nennenswerten +Unterschiede, durch Veränderung, ersichtlich sind. + +\begin{figure}[h] + \centering + \includegraphics[width=0.9\linewidth]{figures/own/d.jpg} + \caption{ + Aufnahme des Smartphones, nachdem alle Schritte der Kalibrierung vollzogen waren. + Man beachte, dass das Gitter vor der Smartphone-Kameralinse eine Aufspaltung des + Lichts verursachen sollte, diese Aufspaltung allerdings nur minimal in der Verdopplung der + Linse erkennbar wird. + } + \label[Bild]{fig:AufgenommensBild} +\end{figure} +\begin{figure}[h] + \centering + \includegraphics[width=0.9\linewidth]{paper/input_cleaned.png} + \caption{ + Aufnahme entnommen aus \cite{cellPhoneRamanSpec}. Man erkennt, im Gegensatz zu + \vref{fig:AufgenommensBild}, dass hier eine Aufspaltung des Lichts stattfand. + } + \label[Bild]{fig:SpektrumAusDemPaper} +\end{figure} + +\Vref{fig:AufgenommensBild} zeigt eine der Aufnahmen, die nach der Kalibrierung, +aufgenommen wurden. +\Vref{fig:SpektrumAusDemPaper} hingegen zeigt eine Aufnahme, welche aus +\cite{cellPhoneRamanSpec} entnommen wurde. Mögliche Gründe, woher diese Unterschiede in +den Aufnahmen kommen, werden in \vref{chap:BewertungDerErgebnisse} weiter erörtert. + +Da die Auswertung abseits der initialen Bildaufnahme funktioniert, wird nachfolgend +\vref{fig:SpektrumAusDemPaper} exemplarisch ausgewertet. diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/material_und_methoden.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/material_und_methoden.tex new file mode 100644 index 0000000..a568ebb --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/material_und_methoden.tex @@ -0,0 +1,48 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\section{Material und Methoden}\label{sec:MaterialUndMethoden} % 2024-04-26 (19:29) +Die Materialien und ihre jeweiligen Preise sind \vref{fig:materialien} zu entnehmen. Insgesamt +kosten die Bauteile ca. \qty{77.41}{\text{\euro}}. + +\input{content/05_aufbau/figures/materialien.tex} + +Neben diesen genannten Materialien wird auch noch eine Küvette benötigt, die auf allen vier Seiten +klar ist. Dies ist notwendig, um die rechtwinklige Geometrie nutzen zu können. + +Den ausgebreiteten Prinzipien aus \vref{sec:Design} folgend, wird ein 3D Modell erstellt, +welches als Plattform den Aufbau signifikant erleichtert. \Vref{fig:threeDModel} zeigt dieses +Modell und die verschiedenen Teile. + +\input{./content/05_aufbau/figures/threeDModel.tex} + +Diese gedruckte Plattform bringt mehrere Vorteile mit sich: + +Zum einen ermöglicht sie, als durch OpenSCAD parametrisiertes, d.~h. mit Abhängigkeiten zwischen +den einzelnen Größen der Bauteile versehenes Modell, eine leichte Anpassbarkeit an abgeänderte Bauteile +(z.~B. ist der Aufwand einen \qty{1}{\centi\meter} längeren Laser zu nutzen, beschränkt auf die +Veränderung der Längenangabe des Lasers in der \texttt{measurements.scad} Datei. Der Sockel, +auf dem der Laser ruht, wird dann automatisch \qty{1}{\centi\meter} länger um sich an die vergrößerte +Länge anzupassen.). + +Zum anderen kann das Modell die Größenunterschiede der verschiedenen Teile ausgleichen: Der +Sockel des Lasers ist auf genau der Höhe, die benötigt wird, damit der Laserstrahl die Mitte +der Küvette treffen kann, die die zu analysierende Flüssigkeit enthält. + +Die Linsen sind ebenfalls durch Stiele auf eine Höhe gebracht, die es ermöglicht, +dass der Laserstrahl die Mittelpunkte der Linsen durchquert. (Man beachte hierbei den etwas +längeren Stiel der kleineren Linse in \vref{fig:threeDModel}.). + +Natürlich sind die einzelnen Höhen auch an die Position der Smartphone-Linsen angepasst. + +\hr + +Neben diesen Vorteilen, die sich alleine von der Parametrisierung ableiten, sind andere +ebenfalls wichtig: + +Die Linsen und die Smartphone-Halterung sind mit Ankern versehen, die es ermöglichen sie +in der Schiene zu verschieben, um die einzelnen Brennweiten aneinander anzupassen. Ist dies +geschehen, können in die Löcher, die in der Schienen Wand eingelassen sind, genutzt +werden, um diese zu fixieren. Hierbei werden M5x20 Schrauben benutzt. + +\input{./content/05_aufbau/figures/builtModel.tex} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/vergleich_dieses_aufbaus_zu_dem_des_papers.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/vergleich_dieses_aufbaus_zu_dem_des_papers.tex new file mode 100644 index 0000000..d878906 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/vergleich_dieses_aufbaus_zu_dem_des_papers.tex @@ -0,0 +1,7 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +% TODO: Vllt. schreibe ich hier noch etwas, aber es sieht zeitlich schlecht aus. <2024-04-30> + +% \section{Vergleich dieses Aufbaus zu dem des Papers} % 2024-04-28 (15:26) +% Dies ist etwas text diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/07_bewertung_der_ergebnisse/chapter.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/07_bewertung_der_ergebnisse/chapter.tex new file mode 100644 index 0000000..febe34e --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/07_bewertung_der_ergebnisse/chapter.tex @@ -0,0 +1,45 @@ +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\chapter{Bewertung der Ergebnisse}\label{chap:BewertungDerErgebnisse} +Da die Ergebnisse nach der Aufnahme mit denen aus \cite{cellPhoneRamanSpec} übereinstimmen +(bis auf die Pixeldifferenzen, aber diese sind arbiträr), ist nur die die Aufnahme des Spektral +Bildes zu untersuchen, denn die anderen Schrittes funktionieren erfolgreich. + +\Vref{fig:BildA,fig:BildB,fig:BildC,fig:BildD} gehören zu den Aufnahmen, die durch diesen +Aufbau erzielt werden können. Bei der Betrachtung dieser \emph{Bilder} fällt auf, was sie +von einem Spektral Bild (z.~B. \Vref{fig:SpektrumAusDemPaper}) unterscheidet: Eine +Aufspaltung des Lichts in die einzelnen Farbspektren durch das Gitter findet nicht +statt. + +Durch Betrachtung des Gitters alleine kann allerdings nachgewiesen werden, dass dieses +funktioniert. +Wenn es vor einen Laserstrahl gehalten wird, kann auf der auftreffenden Wand das typische +Aufspaltungsmuster wahrgenommen werden (Mehrere grüne Punkte, welche die einzelnen Bäuche der +interferierenden Laserwellen darstellen und zwischen ihnen freie Stellen, die nichts zeigen, +da sich dort Knoten überlagern.). + +Diese Aufspaltung lässt sich aber erst in etwa \qty{1}{\meter} Entfernung zu der +angestrahlten Wand beobachten, wohingegen die Smartphone-Kamera in der Halterung nur ca. +\qty{1}{\milli\meter} Entfernung zu dem Gitter hat (die Wanddicke des Halters). +Das Problem in diesem Fall ist, dass die Aufspaltung zu weit gefächert ist, und deshalb +eine längere Ausbreitungsstrecke braucht, um überhaupt ersichtlich zu sein. + +Diese Vermutung bringt allerdings ein weiteres Problem mit sich: Da das Smartphone nur ca. +\qty{2}{\milli\meter} breite Kameralinsen besitzt, ist es naheliegend, dass die Aufspaltung +bei einem längeren Weg zu breit wäre, und nicht mehr aufgenommen werden würde. + +Um diese Hypothese zu widerlegen, wird eine Aufnahme mit einer digitalen Kamera gemacht, +welche eine Linse mit ca. \qty{6}{\centi\meter} Durchmesser besitzt. Diese Ergebnisse unterscheiden +sich nicht von denen des Smartphones. Zu diesem Vergleich ist allerdings anzugeben, dass keine +Halterung für diese Kamera existiert, die Entfernung und der Winkel zu der Probe nur +von dem Autor manuell, denen des Smartphones, angenähert wird. + + \resizebox{0.7\linewidth}{!}{\input{content/07_bewertung_der_ergebnisse/paper_image_graph.tex}} + +s % \begin{figure} +s % \begin{center} +s % \resizebox{0.7\linewidth}{!}{\input{content/07_bewertung_der_ergebnisse/paper_image_graph.tex}} +s % \caption{Raman Graph des \vref{fig:SpektrumAusDemPaper}.} +s % \end{center} +s % \end{figure} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/07_bewertung_der_ergebnisse/paper_image_graph.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/07_bewertung_der_ergebnisse/paper_image_graph.tex new file mode 100644 index 0000000..e69de29 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/07_bewertung_der_ergebnisse/paper_image_graph.tex diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/08_diskussion/chapter.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/08_diskussion/chapter.tex new file mode 100644 index 0000000..32bca5a --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/08_diskussion/chapter.tex @@ -0,0 +1,44 @@ +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\newcommand\preis{\qty{77.41}{\text{\euro}}} + +\chapter{Diskussion}\label{chap:Diskussion} +Die Arbeit als Ganzes hatte das Hauptziel anhand der präsentierten Ergebnisse aus +\cite{cellPhoneRamanSpec} ein kostengünstiges Raman Spektrometer zu bauen, was in Teilen +auch gelungen ist: + +Zum einen ist das Spektrometer an sich gebaut worden, mit der in +\vref{chap:BewertungDerErgebnisse} dargelegten Limitation, dass es nicht in der Lage +ist ein sinnvolles Spektral Bild zu erzeugen. + +Der in \vref{sec:MaterialUndMethoden} festgestellte Preis von \preis{} ist um +ca. \qty{30}{\text{\euro}} höher, als das Spektrometer, welches in \cite{cellPhoneRamanSpec} +beschrieben wird -- dieses kostet nur \qty{50.5}{\text{US\text{\textdollar}}} +(ca. \qty{47}{\text{\euro}}). Allerdings sind \preis{} auch eine starke Verbesserung zu +den in \vref{chap:Einleitung} erwähnten DIY Spektrometern. + +Zum anderen ist die Auswertung -- in dem Rahmen, in dem sie beurteilt werden konnte -- +in einem Kommandozeilenprogramm umgesetzt und deckt sich mit den ausgewerteten Werten von +\cite{cellPhoneRamanSpec} (siehe dazu: \Vref{sec:Auswertung}). Dies belegt, dass die +Auswertungssoftware funktioniert, und folglich nur der Mangel der Möglichkeit Spektral +Bilder aufzunehmen, die Anwendung dieses Spektroskop behindert. + +Die erste Zielsetzung, die Ergebnisse aus \cite{cellPhoneRamanSpec} zu reproduzieren konnte folglich +nur in Teilen erreicht werden (wobei in \vref{chap:Ausblick} Vorschläge gemacht werden, +die eine volle Reproduktion möglich machen könnten). Die zweite Zielsetzung, ein Raman +Spektrometer zu bauen, welches potenziell im Unterricht eingesetzt werden könnte, +scheint an sich erfolgreich gewesen zu sein, auch wenn es sehr erschwert ist: +\begin{enumerate} + \item Bei einem Preis von \preis{} ist es nicht wirklich realistisch, genug + Kits für alleine schon z.~B. 10 Schüler:innen anzuschaffen -- die Bauzeit ist + hierbei noch nicht mal mit eingerechnet.\label{point:ToExp} + + \item Schüler:innen einen Laser der Klasse 3B zu geben (der genutzte hatte \qty{50}{\milli\watt}) + überschreitet die erlaubte Obergrenze von Klasse 2 \cite[Seite + 5]{optischeSicherheit}.\label{point:LaserHarm} + + \item Da die Auswertungssoftware „nur“ ein Kommandozeileninterface hat, ist sie nicht + gut für die Benutzung durch technisch ungeschulte Personen + angepasst.\label{point:Interface} +\end{enumerate} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/10_ausblick/chapter.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/10_ausblick/chapter.tex new file mode 100644 index 0000000..ff1c93f --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/10_ausblick/chapter.tex @@ -0,0 +1,38 @@ +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\chapter{Ausblick}\label{chap:Ausblick} +% Die Nutzung als günstiges Raman Spektrometer, bietet sehr +% wohl mehrere Optionen, in denen Potenzial für eine anschließende Arbeit besteht. + +% Zum einen werden die Grundlagen des Raman Spektrometers hier dargelegt und die Problematik der +% Auswertung auf das Gitter zu limitieren (siehe: \vref{chap:BewertungDerErgebnisse}). + +Eine Nutzung im Unterricht, die in der jetzigen Form unmöglich ist, scheint nicht +ausgeschlossen, wenn gewisse Veränderungen vorgenommen werden: + +Denn die in \cref{chap:Diskussion} dargelegten Problematiken können gelöst werden: + +\Vref{point:ToExp} wäre umgangen, wenn nicht jede:r Schüler:in ein eigenes Raman Spektrometer +zur Verfügung gestellt bekommt. Es reicht, wenn die Lehrkraft die Möglichkeit hat, dieses +zu Bedienen und den Schüler:innen die Anwendung zu zeigen. + +Auch die in \cref{point:LaserHarm} erwähnte Sicherheit ist einhaltbar, indem ein sicherer Laser +(d.~h. mit einer geringen Leistung) genutzt wird und/oder eine Abdeckung für das Spektroskop +als ganzes angewendet wird. +Diese Abdeckung des Spektrometers ist, auch ohne die genannte Sicherheitsaspekte sinnvoll, +da diese ungewolltes Streulicht aus der Umgebung reduziert und damit bessere Aufnahmen ermöglicht. + +Und \cref{point:Interface} ist ebenfalls behebbar, da Auswertungssoftware eine Zielgruppe +orientierte Bedienungsoberfläche bekommen kann. + +Sollte das Spektrometer an sich funktionieren, bieten sich die Möglichkeiten, die +schon in \cite{cellPhoneRamanSpec} als zukünftige Optionen genannt wurden an: + +Zum einen ist ein solches Spektrometer in der Lage auch \emph{in situ} Ergebnisse zu liefern. Dies +würde die Identifizierung oder Bestimmung von Konzentrationen gewisser Stoffe ermöglichen, +welche sonst aufwendig zu dem Spektroskop transportiert werden müssten. + +Wie auch von \cite{cellPhoneRamanSpec} schon vorgeschlagen, könnte es in der weiten Zukunft +möglich sein diese Sensorik direkt in Smartphones einzubauen, um diesen die Fähigkeit zu +geben Chemikalien direkt zu erkennen. diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/11_bilder_in_voller_grösse/chapter.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/11_bilder_in_voller_grösse/chapter.tex new file mode 100644 index 0000000..2098184 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/11_bilder_in_voller_grösse/chapter.tex @@ -0,0 +1,55 @@ +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +% FIXME: In dem Header wird aus dem 'ß' ein 'SS'. Das liegt vmtl. an dem erzwungenen +% Uppercase <2024-04-27> +\onecolumn + +\chapter{Bilder in voller Größe} +\ExplSyntaxOn +\NewDocumentCommand {\figureBig} { v v +v } +{ + \begin{figure}[h] + \centering + \makebox[\textwidth]{ + \includegraphics[width=0.9\paperwidth]{#1} + } + \caption{#3} + \label[Bild]{#2} + \end{figure} +} +\ExplSyntaxOff + +\figureBig{figures/own/a.jpg}{fig:BildA}{Aufgenommenes Bild A} +\figureBig{figures/own/b.jpg}{fig:BildB}{Aufgenommenes Bild B} +\figureBig{figures/own/c.jpg}{fig:BildC}{Aufgenommenes Bild C} +\figureBig{figures/own/d.jpg}{fig:BildD}{Aufgenommenes Bild D} + +\begin{figure}[h!] + \centering + \makebox[\textwidth]{ + \begin{annotationimage}[]{width=0.9\textwidth}{figures/3d_raman_spectrometer_model.png} + \draw[annotation left = {Küvette at 0.8}] to (0.39,0.45); + \draw[annotation above = {Laser at 0.1}] to (0.2,0.6); + \draw[annotation below = {Kollimations Linse at 0.1}] to (0.42,0.5); + \draw[annotation below = {Plano-konvexe Fokus Linse at 0.9}] to (0.64,0.6); + \draw[annotation above = {Smartphone-Halterung at 0.6}] to (0.7,0.7); + \draw[annotation above = {abnehmbarer Gitter Halter at 0.9}] to (0.76,0.7); + \draw[annotation below = {Schiene für Linsen/Halter at 0.5}] to (0.6,0.34); + \end{annotationimage} + } + \caption{\Vref{fig:threeDModel} in voller Größe.} + \label{fig:threeDModelBigger} +\end{figure} + +\begin{figure}[h!] + \centering + \makebox[\textwidth]{ + \includegraphics[width=0.9\paperwidth]{figures/raman_spectromter_built.jpg} + } + \caption{ + \Vref{fig:builtModel} in voller Größe. + }\label{fig:builtModelBigger} +\end{figure} + +\twocolumn diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/12_img_2_plot_code/chapter.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/12_img_2_plot_code/chapter.tex new file mode 100644 index 0000000..d85a95e --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/12_img_2_plot_code/chapter.tex @@ -0,0 +1,31 @@ +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\onecolumn +\chapter{\texttt{img2plot} Code}\label{chap:Code} +Relevante Ausschnitte des Codes sind hier nochmal dargelegt, um direkte Referenzen zu +ermöglichen. \Vref{chap:Links} enthält den Link zu dem ganzen Quellcode. +\begin{figure}[htpb] + \begin{verbatim} +fn main() -> anyhow::Result<()> { + // ... + let image = make_image_type(rotate_image(args.rotate, image)); + + let vertical = average_vertical_lines(image); + let discarded = discard_first_pixels(vertical, args.discard)?; + let scaled = extend_to_height(args.scale_height, &discarded); + output_image(&discarded, "./vertical.png")?; + output_image(&scaled, "./scaled.png")?; + + let latex_plot = transform_image_to_latex(discarded, args.standalone); + println!("{}", latex_plot); + // ... +} +\end{verbatim} + \caption{ + Grundcode, der die verschiedenen Schritte von \texttt{img2plot} zeigt. + \texttt{average\_vertical\_lines} ist falsch benannt, da es in Wirklichkeit + Mediane benutzt. + } +\end{figure} +\twocolumn diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/12_schlusserklaerung/chapter.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/12_schlusserklaerung/chapter.tex new file mode 100644 index 0000000..7716bcc --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/12_schlusserklaerung/chapter.tex @@ -0,0 +1,16 @@ +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\onecolumn +\chapter*{Erklärung} +\thispagestyle{empty} + +Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig und ohne fremde Hilfe verfasst und keine anderen als die angegebenen Hilfsmittel verwendet habe. +Insbesondere versichere ich, dass ich alle wörtlichen und sinngemäßen Übernahmen aus anderen Werken als solche kenntlich gemacht habe. +\vspace{3cm} + +\begin{tabular}{cc} + \rule{7cm}{0.01cm} , & \rule{7cm}{0.01cm} \\[-2ex] + \tiny (Ort, Datum) & \tiny (Unterschrift) +\end{tabular} +\twocolumn diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/bibliography.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/bibliography.tex new file mode 100644 index 0000000..a55855e --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/bibliography.tex @@ -0,0 +1,8 @@ +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +% \nocite{*} % cite everything. Regardless if it was used or not +\printbibheading[heading=bibintoc, title={Literatur}] +\printbibliography[nottype=article,nottype=online,heading=subbibliography,title={Bücher}] +\printbibliography[type=article,heading=subbibliography,title={Artikel}] +\printbibliography[type=online,heading=subbibliography,title={Internet}] diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/copyright.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/copyright.tex new file mode 100644 index 0000000..f2a9585 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/copyright.tex @@ -0,0 +1,8 @@ +% LTeX: language=de-DE + +\makeatletter +Copyright \textcopyright{} \@authors{} \@years{}\\ +\ \\ +Dieses Werk ist lizenziert unter den Bedingungen der CC BY-SA 4.0. +Der Lizenztext ist online unter \url{http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/legalcode} abrufbar. +\makeatother diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/links.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/links.tex new file mode 100644 index 0000000..ddb1927 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/links.tex @@ -0,0 +1,20 @@ +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\onecolumn +\chapter{Internetlinks}\label{chap:Links} +\begin{figure}[h] + \center + \includegraphics{paper_qr_code.png} + \caption{Die digitale Version dieser Arbeit, als QR-code.}\label{fig:Online} +\end{figure} +Diese Arbeit ist auch digital verfügbar, was es möglich macht auf Referenzen zu klicken: +\url{https://b-peetz.de/dead-trees/raman_spectrometer.pdf} oder als QR-Code in \vref{fig:Online}. + +\todo{Sind die Lizenzen richtig?} +Die Auswertungssoftware (\texttt{img2plot}) ist unter der \texttt{GPL-3.0-or-later} +Lizenz verfügbar unter: \url{https://codeberg.org/bpeetz/img2plot}. + +Das 3d-Modell unter der \texttt{CC-BY-SA 4.0} Lizenz verfügbar unter: +\url{https://codeberg.org/bpeetz/raman_spectrometer}. +\twocolumn diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/table_of_contents.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/table_of_contents.tex new file mode 100644 index 0000000..5993e85 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/table_of_contents.tex @@ -0,0 +1,15 @@ +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\onecolumn +% Inhaltsverzeichnis +\renewcommand{\cftchapleader}{\cftdotfill{2.0}} +\renewcommand{\cftsecleader}{\cftdotfill{2.0}} +\renewcommand{\cftsubsecleader}{\cftdotfill{2.0}} +% FIXME: This still prints the chapter names in roman (serif) font, it should use the sans-serif +% one <2024-04-21> +\tableofcontents +\vspace*{\fill} +\input{content/static/copyright.tex} +\pagestyle{fancy} +\twocolumn diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/table_of_figures.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/table_of_figures.tex new file mode 100644 index 0000000..fc0ee8b --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/table_of_figures.tex @@ -0,0 +1,6 @@ +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +% Inhaltsverzeichnis +\listoffigures +% \listoftables % only enable, when tables actually exist diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/title.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/title.tex new file mode 100644 index 0000000..57c5720 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/static/title.tex @@ -0,0 +1,29 @@ +% LTeX: language=de-DE + +\onecolumn +\begin{titlepage} + \makeatletter + \huge + \singlespacing + \begin{center} + \textbf{Facharbeit in Chemie} \par + \textbf{\@years} + \vspace{\fill} + + \includegraphics[width=9cm]{logo} + \end{center} + \vspace{\fill} + + \LARGE + \begin{tabularx}{\textwidth}{lX} + Thema: & + \@title \\ + \end{tabularx} + \vspace{\fill} + + Betreuender Lehrer: Ronny Wolf + + Autor: \@authors + \makeatother +\end{titlepage} +\twocolumn diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/facharbeit.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/facharbeit.tex new file mode 100644 index 0000000..f76db7a --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/facharbeit.tex @@ -0,0 +1,55 @@ +% LTeX: language=de-DE +% \documentclass[11pt, a4paper, fleqn, titlepage, oneside]{book} +\documentclass[11pt, a4paper, fleqn, titlepage, oneside, twocolumn]{book} + +\input{headers/preamble.tex} +\input{headers/preamble_local.tex} + +\title{\textbf{Bau und Evaluation eines günstigen Raman Spektrometers}} +\date{\DTMToday} + +% For the copyright section +\years{2024} +\authors{Benedikt Peetz} + +\makeatletter +\hypersetup{ + pdftitle={Facharbeit in Chemie}, + pdfsubject={\@title}, + pdfauthor={\@authors}, + pdfkeywords={Raman, Facharbeit}, + colorlinks, + linkcolor={black}, + citecolor={black}, + urlcolor={blue!80!black} +} +\makeatother + +% \includeonly{content/01_zusammenfassung/chapter.tex} + +\begin{document} +\input{content/static/title.tex} + +\include{content/01_zusammenfassung/chapter.tex} +\include{content/static/table_of_contents.tex} + +\include{content/03_einleitung/chapter.tex} +\include{content/04_grundlagen_des_themas/chapter.tex} +\include{content/05_aufbau/chapter.tex} +\include{content/07_bewertung_der_ergebnisse/chapter.tex} +\include{content/08_diskussion/chapter.tex} % auch: Zusammenfassung +\include{content/10_ausblick/chapter.tex} +% NEXT_CHAPTER + +\appendix + +\input{content/static/bibliography.tex} +\include{content/static/links.tex} + +\input{content/static/table_of_figures.tex} + +\include{content/12_img_2_plot_code/chapter.tex} +\include{content/11_bilder_in_voller_grösse/chapter.tex} + +\include{content/12_schlusserklaerung/chapter.tex} +\end{document} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/headers/preamble.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/headers/preamble.tex new file mode 100644 index 0000000..8a4d510 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/headers/preamble.tex @@ -0,0 +1,133 @@ +% Zeichenkodierung: Wenn es irgendwelche Probleme mit Umlauten gibt, +% für alle Dateien im Menü "Bearbeiten->Zeichenkodierung festlegen" +% den ersten Punkt "UTF-8" auswählen. +\usepackage[utf8]{inputenc} + +% Literaturverzeichnis: Bei Problemen mit der Nummerierung +% erst mal 'defernumbers=true', wenn alles funktioniert am +% Schluss wieder 'true' +% \usepackage[backend=biber,defernumbers=true]{biblatex} +\usepackage[backend=biber, + % style=footnote-dw, + % pageref=true, + % annotation=true, + % library=true, + % + style=numeric, + autocite=plain, + % FIXME: Keep this here? <2024-03-20> + doi=true, + isbn=true, + loccittracker=true, + opcittracker=true, + % No idea what it does, but it was recomended to me + defernumbers=true +]{biblatex} % For bibtex references +\addbibresource{resources/bibliography/literatur.bib} +\addbibresource{resources/bibliography/internet.bib} +\addbibresource{resources/bibliography/articles.bib} + +% Seitenrand, Zeilenabstand u.ä. (kann geändert werden) +% \usepackage[margin=2.5cm, bindingoffset=1cm, includehead]{geometry} +\usepackage[margin=2.5cm, bindingoffset=1cm]{geometry} +\setlength{\marginparwidth}{2.0cm} +% TODO: Potenially remove the `parfill` +\usepackage[parfill, indent]{parskip} +\usepackage{setspace} +\onehalfspacing + +% deutscher Zeichensatz und Eurozeichen (nicht verändern) +\usepackage[ngerman]{babel} +\usepackage[babel,german=quotes]{csquotes} +\usepackage[T1]{fontenc} +\usepackage{eurosym} +% \DeclareUnicodeCharacter{20AC}{\euro} +% \renewcommand{\texteuro}{\EUR{}} +% \renewcommand{\texteuro}{$\euro$} + +% Schriftart (Hr. Wolf mag zwar keine Serifen, aber ich kann das nicht in aria schreiben) +\usepackage{lmodern} +% \usepackage{helvet} +\renewcommand{\familydefault}{\sfdefault} + +% \makeatletter +% \let\@chapapp\relax +% \makeatother +% \setcounter{secnumdepth}{-1} + +% Remove the 'Chapter N' counter +\usepackage[compact]{titlesec} +% \titleformat{\chapter}[display] +% {\normalfont\bfseries}{}{0pt}{\Huge} +\titleformat{\chapter}[display] +{\normalfont\Large\bfseries} % format +{} % label +{0pt} % sep +{\huge} % before-code + +% Remove the extra titlespacing +% \titlespacing{\chapter}{0pt}{0pt}{50pt} + +% use sans-serif for headings, serif for bodies +\usepackage{etoolbox} +\makeatletter +\apptocmd\@chapter\rmfamily{}{} +\apptocmd\@schapter\rmfamily{}{} +\makeatother + +% Format der Kopfzeile (kann geändert werden) +\usepackage{fancyhdr} +\fancyhead[L]{} + +% alle Abbildung befinden sich im Verzeichnis img +\usepackage{graphicx} +\graphicspath{{resources/images/}} + +% sonstige Pakete, die in diesem Dokument benötigt werden +\usepackage{enumitem} +% \usepackage[shortlabels]{enumitem} % makes enumerate, itemize and description better +\usepackage{tabularx} +\usepackage{tocloft} + +% visuals +\usepackage{microtype} % makes text better to read +% \usepackage{multicol} % allows for multi-columns everywhere, with the "multicols" environment +% \usepackage{emptypage} % no page numbers and headings on empty pages +% \usepackage{xspace} % Adds a space when it thinks it is necessary +\usepackage{blindtext} % blindtext + +% colors +\usepackage[dvipsnames]{xcolor} % colors and color mixing \color{red!30!green!40!blue} + +% todo +\usepackage[ngerman, color=yellow!50!green, disable]{todonotes} + +% math +\usepackage{amsmath} % extensive math commands +\usepackage{amsfonts} % more fonts for math (fracture, boldfaced and so on) +\usepackage{mathtools} % extension to amsmath, with more sensible defaults (eq numbers only when referenced) +\usepackage{amssymb} % more symbols, mostly redundant because already loaded by something else +\usepackage{mathrsfs} % support for the RSFS fonts (through \mathscr command) +% \usepackage{cancel} % allows to cancel a part in math mode, for example to shorten a term +% \usepackage{bm} % bold mode in math, but better than \boldsymbol command from ams. \bm + +% links +\usepackage[nospace,ngerman]{varioref} +\usepackage[pdflang=de-DE, hidelinks]{hyperref} +\usepackage[ngerman, noabbrev, nameinlink]{cleveref} + +% chemistry +\usepackage[locale = DE]{siunitx} % For easy unit representation +\sisetup{per-mode = fraction} +\usepackage[version=4]{mhchem} % for \ce command + +% horizontal rule +\newcommand\hr{ + \par\noindent\rule[0.5ex]{\linewidth}{0.5pt} +} + +% copyright: +\makeatletter +\DeclareRobustCommand\authors[1]{\gdef\@authors{#1}} +\DeclareRobustCommand\years[1]{\gdef\@years{#1}} +\makeatother diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/headers/preamble.tex.old b/reference/C_Facharbeit_komplett/headers/preamble.tex.old new file mode 100644 index 0000000..249a7be --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/headers/preamble.tex.old @@ -0,0 +1,26 @@ +% \pagestyle{fancy} +% \fancyhf{} +% \fancyhead[LE, RO]{} +% \fancyhead[RO, LE]{\@lesson} +% \fancyhead[RE, LO]{} +% \fancyfoot[LE, RO]{\thepage} +% \fancyfoot[C]{\leftmark} + + +% Parameters +% \renewcommand{\sfdefault}{ptm} +% \pagenumbering{arabic} +% \setcounter{page}{2} +% \renewcommand{\thesection}{\Roman{section}} +% \renewcommand{\thesubsection}{\thesection.\Roman{subsection}} +% + +%% Footers and Headers +%\pagestyle{fancy} +%\fancyhf{} +%\renewcommand{\headrulewidth}{2pt} +%\renewcommand{\footrulewidth}{1pt} +%\renewcommand{\baselinestretch}{1.5} +%\fancyhead[L]{{\textbf{\titleset}}} +%\fancyhead[R]{\textbf{\course}} +%\fancyfoot[L]{\thepage} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/headers/preamble_local.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/headers/preamble_local.tex new file mode 100644 index 0000000..6a7fe17 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/headers/preamble_local.tex @@ -0,0 +1,36 @@ +\usepackage{tikz} +\usetikzlibrary{datavisualization} +\usetikzlibrary{calc} +\usetikzlibrary{arrows.meta} +\usetikzlibrary{shapes} + +\usepackage{tikz-imagelabels} + +% \usepackage{dblfloatfix} % To enable figures at the bottom of page +% \usepackage{kantlipsum} % for random text + + +% \labelformat{section}{section~#1} +% \labelformat{subsection}{subsection~#1} +% \labelformat{subsubsection}{subsubsection~#1} +% \labelformat{figure}{Abbildung~#1} +% \labelformat{section}{Abschnitt~#1} +% \labelformat{chapter}{Kapitel~#1} + + +% Tell cref about extra names +\crefname{Bild}{Bild}{Bilder} + +\usepackage{caption} +\usepackage{subcaption} + + +% For the `figureBig` command +\usepackage{xparse} + + +% For DTMDate +\usepackage[ngerman, showdow]{datetime2} % make handling dates easier + + +\usepackage{stfloats} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/lpm.toml b/reference/C_Facharbeit_komplett/lpm.toml new file mode 100644 index 0000000..c7c7a7b --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/lpm.toml @@ -0,0 +1,16 @@ +main_file = "./facharbeit.tex" + +[templates] +section = ''' +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\section{REPLACMENT_SECTION_TITLE} % DATE +Dies ist etwas text +''' +chapter = ''' +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\chapter{REPLACEMENT_CHAPTER} +''' diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/resources/images/paper/paper_image_graph.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/resources/images/paper/paper_image_graph.tex new file mode 100644 index 0000000..e69de29 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/resources/images/paper/paper_image_graph.tex diff --git a/reference/nested/content/01_zusammenfassung/chapter.tex b/reference/nested/content/01_zusammenfassung/chapter.tex new file mode 100644 index 0000000..8ef629d --- /dev/null +++ b/reference/nested/content/01_zusammenfassung/chapter.tex @@ -0,0 +1,4 @@ +% SUMMERY BEGIN +Hi! I'm a summary. +\input{content/01_zusammenfassung/other.tex} +% SUMMERY END diff --git a/reference/nested/content/01_zusammenfassung/other.tex b/reference/nested/content/01_zusammenfassung/other.tex new file mode 100644 index 0000000..f0c2822 --- /dev/null +++ b/reference/nested/content/01_zusammenfassung/other.tex @@ -0,0 +1,3 @@ +% OTHER CONTENT BEGIN +Other content +% OTHER CONTENT END diff --git a/reference/nested/content/static/bibliography.tex b/reference/nested/content/static/bibliography.tex new file mode 100644 index 0000000..2c991d2 --- /dev/null +++ b/reference/nested/content/static/bibliography.tex @@ -0,0 +1,5 @@ +% BIBLIOGRAPHY BEGIN +Hi! I'm a bibliography. +\input{content/static/further.tex} +\include{content/01_zusammenfassung/other.tex} +% BIBLIOGRAPHY END diff --git a/reference/nested/content/static/further.tex b/reference/nested/content/static/further.tex new file mode 100644 index 0000000..689f850 --- /dev/null +++ b/reference/nested/content/static/further.tex @@ -0,0 +1,3 @@ +% FURTHER BEGIN +Further content. +% FURTHER END diff --git a/reference/nested/content/static/title.tex b/reference/nested/content/static/title.tex new file mode 100644 index 0000000..30cb210 --- /dev/null +++ b/reference/nested/content/static/title.tex @@ -0,0 +1,4 @@ +% TITLE BEGIN +Hi! I'm a title. +\input{content/static/further.tex} +% TITLE END diff --git a/reference/nested/headers/preamble_local.tex b/reference/nested/headers/preamble_local.tex new file mode 100644 index 0000000..d0711df --- /dev/null +++ b/reference/nested/headers/preamble_local.tex @@ -0,0 +1,3 @@ +% PREAMBLE BEGIN +preamble +% PREAMBLE END diff --git a/reference/nested/lpm.toml b/reference/nested/lpm.toml new file mode 100644 index 0000000..f23abd5 --- /dev/null +++ b/reference/nested/lpm.toml @@ -0,0 +1,16 @@ +main_file = "./simple.tex" + +[templates] +section = ''' +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\section{REPLACMENT_SECTION_TITLE} % DATE +Dies ist etwas text +''' +chapter = ''' +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\chapter{REPLACEMENT_CHAPTER} +''' diff --git a/reference/nested/simple.tex b/reference/nested/simple.tex new file mode 100644 index 0000000..ffb17ed --- /dev/null +++ b/reference/nested/simple.tex @@ -0,0 +1,18 @@ +% LTeX: language=de-DE +\documentclass[oneside, twocolumn]{book} + +\input{headers/preamble_local.tex} + +\title{Hi!} +\date{\DTMToday} + +\begin{document} +\input{content/static/title.tex} + +\include{content/01_zusammenfassung/chapter.tex} +% NEXT_CHAPTER + +\appendix + +\input{content/static/bibliography.tex} +\end{document} diff --git a/reference/simple/content/01_zusammenfassung/chapter.tex b/reference/simple/content/01_zusammenfassung/chapter.tex new file mode 100644 index 0000000..05d7bb0 --- /dev/null +++ b/reference/simple/content/01_zusammenfassung/chapter.tex @@ -0,0 +1,3 @@ +% SUMMERY BEGIN +Hi! I'm a summary. +% SUMMERY END diff --git a/reference/simple/content/static/bibliography.tex b/reference/simple/content/static/bibliography.tex new file mode 100644 index 0000000..4fdf3fb --- /dev/null +++ b/reference/simple/content/static/bibliography.tex @@ -0,0 +1,3 @@ +% BIBLIOGRAPHY BEGIN +Hi! I'm a bibliography. +% BIBLIOGRAPHY END diff --git a/reference/simple/content/static/title.tex b/reference/simple/content/static/title.tex new file mode 100644 index 0000000..ade68fd --- /dev/null +++ b/reference/simple/content/static/title.tex @@ -0,0 +1,3 @@ +% TITLE BEGIN +Hi! I'm a title. +% TITLE END diff --git a/reference/simple/headers/preamble_local.tex b/reference/simple/headers/preamble_local.tex new file mode 100644 index 0000000..d0711df --- /dev/null +++ b/reference/simple/headers/preamble_local.tex @@ -0,0 +1,3 @@ +% PREAMBLE BEGIN +preamble +% PREAMBLE END diff --git a/reference/simple/lpm.toml b/reference/simple/lpm.toml new file mode 100644 index 0000000..f23abd5 --- /dev/null +++ b/reference/simple/lpm.toml @@ -0,0 +1,16 @@ +main_file = "./simple.tex" + +[templates] +section = ''' +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\section{REPLACMENT_SECTION_TITLE} % DATE +Dies ist etwas text +''' +chapter = ''' +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\chapter{REPLACEMENT_CHAPTER} +''' diff --git a/reference/simple/simple.tex b/reference/simple/simple.tex new file mode 100644 index 0000000..ffb17ed --- /dev/null +++ b/reference/simple/simple.tex @@ -0,0 +1,18 @@ +% LTeX: language=de-DE +\documentclass[oneside, twocolumn]{book} + +\input{headers/preamble_local.tex} + +\title{Hi!} +\date{\DTMToday} + +\begin{document} +\input{content/static/title.tex} + +\include{content/01_zusammenfassung/chapter.tex} +% NEXT_CHAPTER + +\appendix + +\input{content/static/bibliography.tex} +\end{document} |