Стробоскоп что это такое и как работает
Стробоскоп
Из Википедии — свободной энциклопедии
Стробоско́п (от греч. στρόβος — «кружение», «беспорядочное движение» и σκοπέω — «смотрю») — прибор, позволяющий быстро воспроизводить повторяющиеся яркие световые импульсы.
Стробоскопом также назывался прибор для демонстрации движущихся рисунков, изобретённый в 1832 году учёным Жозефом Плато.
Современный стробоскоп часто используется на вечеринках, дискотеках и концертах.
Музыкальный стробоскоп — один из вариантов светодинамической установки для дискотеки, использующий вспышки с разной частотой импульсной лампы.
Также стробоскоп — прибор для наблюдения быстрых периодических движений, действие которого основано на стробоскопическом эффекте.
Стробоскоп
Полезное
Смотреть что такое «Стробоскоп» в других словарях:
стробоскоп — стробоскоп … Орфографический словарь-справочник
СТРОБОСКОП — См. СТРАБОСКОП. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. СТРОБОСКОП прибор, состоящий из вертикального цилиндра, открытого сверху и имеющего на стенах узкие прорезы; внутри прибора устанавливается бумажная… … Словарь иностранных слов русского языка
СТРОБОСКОП — СТРОБОСКОП, устройство, испускающее постоянные вспышки света. У стробоскопов обычно имеется проградуированная шкала, по которой можно определить количество вспышек в минуту. Он используется в фотографии, для получения большого количества… … Научно-технический энциклопедический словарь
стробоскоп — а, м. stroboscope m. <гр. strobos вихрь + skopeo смотрю. Оптический прибор, дающий прерывистое, периодическое освещение, благодаря чему можно сделать изображения тела, совершающего периодическое движение, неподвижным или движущимся медленно.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
СТРОБОСКОП — СТРОБОСКОП, стробоскопа, муж. (от греч. strobos вихрь и skopeo смотрю) (спец.). 1. Прибор для получения движущихся изображений. 2. Прибор для наблюдения за работой движущихся механизмов и их частей. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935… … Толковый словарь Ушакова
СТРОБОСКОП — (от греч. strobos кружение, беспорядочное движение и skopeo смотрю), прибор для наблюдения быстрых периодич. движений, основанный на стробоскопическом эффекте. С. первоначально представлял собой прибор игрушку, состоящую из двух дисков,… … Физическая энциклопедия
СТРОБОСКОП — (Stroboscope) прибор, при помощи которого можно непосредственно наблюдать быстро повторяющиеся движения, напр. быстро вращающиеся части машин. Принцип С. заключается в том, что быстро движущийся предмет освещается или рассматривается в течение… … Морской словарь
стробоскоп — сущ., кол во синонимов: 3 • праксиноскоп (1) • строболарингофон (1) • фенекитоскоп … Словарь синонимов
стробоскоп — – прибор для установки угла опережения зажигания. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 … Автомобильный словарь
стробоскопія — іменник жіночого роду … Орфографічний словник української мови
Все, что полезно знать о стробоскопах
Осветительные приборы, благодаря движению научно-технического прогресса, не стоят на месте и постоянно удивляют потребителей своими новинками и нестандартными решениями. Одним из наиболее нестандартных видов светильников, которые на сегодняшний день нашли обширное применение, являются стробоскопы.
Подобные осветительные установки имеют ряд отличительных особенностей, достоинств и недостатков, о которых мы более детально и поговорим в нашей сегодняшней статье.
Что собой представляет прибор и его виды
Стробоскоп представляет собой специальную осветительную установку, которая способна создавать стробоскопический эффект для излучаемого светового потока. Этот эффект основан на восприятии мозгом человека так называемого «остаточного изображения». В результате для создания этого эффекта прибор производит с высокой скоростью яркие и повторяющиеся вспышки света.
Обратите внимание! Стробоскопический эффект представляет собой некий обман зрения.
Принцип работы основан на характерных нюансах восприятия зрительными анализаторами человека перемещения предметов на фоне вспышек источника света. В ситуации, когда происходит сочетание (совпадение) частоты движения вращающегося предмета с частотой вспышек света для человека, который наблюдает за данным явлением, будет казаться, что перемещающийся объект покоится.
Несмотря на то, что создать стробоскопический эффект не так уж и легко, подобного рода приборы в самой своей незатейливой интерпретации существовали уже в прошлом веке. В те времена стробоскоп с газоразрядной лампой применялся для обеспечения регулировки скорости вращения диска в проигрывателе грампластинок.
На сегодняшний день имеется несколько разновидностей стробоскопов, которые по своим конструкционным особенностям подразделяются на такие виды:
Обратите внимание! Сегодня самыми востребованными и распространенными в мире являются электронные стробоскопы.
Электронный тип стробоскопа
Но это далеко не единственная классификация приборов, работающих на принципе создания стробоскопического эффекта.
Классификация приборов
Кроме классификации по конструкционным особенностям стробоскопы подразделяются еще на три группы:
Обратите внимание! Свет, излучаемый суперстробами, виден на дистанции до трех (!) километров. Это при том, что обычные модели светят на максимальное расстояние до 1 км.
Различные виды стробоскопов применяются, соответственно, в разных сферах.
Где используются стробоскопы
Применение стробоскопов (разных видов) на данный момент возможно в самых различных сферах человеческой деятельности. По сфере применения такие установки делятся на:
Работа стробоскопа в ночном клубе
Помимо этого очень часто подобные изделия используются в научной сфере для изучения процессов, имеющих периодический характер. Например, для снятия измерений касательно амплитудных движений различных предметов и объектов.
Еще одной сферой, в которой вы не ожидали встретить стробоскоп, окажется медицина. Здесь подобного рода приборы применяются в качестве строболарингофона для людей, имеющих различные нарушения речи.
Рассмотрим особенности работы, а также преимущества и недостатки наиболее популярных видов осветительных приборов, способных на создание стробоскопического эффекта.
Автомобильные стробоскопы
Для адекватной работы автомобиля необходим правильный монтаж начального момента зажигания. Кроме этого также необходима правильная работа регуляторов (вакуумного, центробежного) опережения зажигания. Если эти элементы были установлены неправильно, то это приведет к увеличению расхода топлива, а также уменьшению срока функционирования в правильном режиме двигателя транспортного средства. Для оптимальной регулировки столь важных для машины процессов и были созданы автомобильные стробоскопы.
С помощью автомобильных стробоскопов можно проверить или установить начальный момент зажигания. Его установка позволяет устранить все возможные неполадки на данном участке, что положительным образом скажется на движении машины, работе двигателя и растратах на топливо.
Кроме этого изделия, оснащенные светодиодными источниками света, часто устанавливаются на бамперах или радиаторах. С помощью их можно привлечь внимание к машине других водителей. Особенно полезен свет стробоскопа в темное время суток.
Схема стробоскопа, оснащенного светодиодными лампочками, не предполагает использования бортового токопреобразователя для автомобиля. Здесь для питания светодиодов необходим аккумулятор на 12 В. При этом вместо задающего генератора для импульсного источника питания led можно использовать одновибратор. Он при образовании искры будет синхронизировать сигналы, поступающие от цилиндра двигателя. Для питания led необходим импульс от задающего каскада, попадающего на электронный коммутатор. В него входят мощные транзисторы.
Светодиодный автомобильный стробоскоп
Кроме светодиодных моделей для машин часто используют изделия, оснащенные газоразрядными лампами. Схема такого прибора имеет следующие элементы:
Газоразрядный автомобильный стробоскоп
В момент, когда в цилиндре двигателя образуется искра, газоразрядная лампа выдает импульс света. Настройка адекватности функционирования момента зажигания, а также действия регуляторов опережения зажигания ведутся по меткам, размещенным на движущейся части двигателя.
Модели, рассчитанные для дискотек
Наверное, самым ожидаемым местом, где мы встречаем стробоскопы, будут дискотеки и другие развлекательные мероприятия. Здесь подобного рода осветительные установки создают прерывистое освещение, которое способствует визуальной «остановке» людей, танцующих на танцевальной площадке.
Стробоскоп для дискотеки
Кроме этого с помощью таких приборов на сцене или в зале можно создать разнообразные световые эффекты.
Обратите внимание! Использование пяти основных цветов позволят создать самые разнообразные оттенки. Их можно эффектно рассеять при помощи матового стекла.
К данной сфере применения также можно отнести стробоскопическое сценическое освещение. Но здесь существуют свои ограничения для применения стробоскопов в качестве подсветки.
На дискотеке, в ночных клубах или сцене могут использоваться как ламповые осветительные установки, так и светодиодные.
Стробоскопы в рекламе и архитектурной подсветке
Еще одним местом, где часто используются стробоскопы, является рекламная и архитектурная подсветка зданий и рекламных щитов.
Стробоскопическая подсветка наружной рекламы
С помощью такой подсветки можно добиться многих положительных моментов:
В этой области используют два типа светодиодных приборов:
Выбор модели стробоскопа здесь основывается на поверхности, которую нужно подсветить.
Фонарь-стробоскоп
Еще одной интересной моделью являются фонари-стробоскопы. Такие осветительные имеют два режима работы обычный и, собственно, стробоскопический.
Заметьте, при работе фонаря в стробоскопическом режиме возможны следующие последствия:
В связи с этим такие приспособления можно использовать в качестве элемента самозащиты при нападении агрессивно настроенных лиц в темное время суток. Очень часто такими приборами в своей работе пользуются полицейские.
Преимущества и недостатки
К преимуществам всех стробоскопов, вне зависимости от сферы их применения, можно отнести:
Вариант стробоскопического эффекта
Наибольшей популярностью на сегодняшний день пользуются именно светодиодные приборы. Это связано с достоинствами самих источников света, к которым относят:
К недостаткам таких изделий, вне зависимости от источника света, можно отнести высокую стоимость, а также невозможность длительный период времени находиться в стробоскопическом эффекте, так как это приводит к переутомлению глаз.
Заключение
Стробоскопы как элементы освещения на сегодняшний день применяются в самых разнообразных сферах человеческой деятельности, начиная от развлекательной и заканчивая профессиональной. Поэтому информация о том, что собой представляет данный прибор, его основных особенностях работы, а также достоинствах и недостатках, поможет вам правильно подобрать модель под конкретный случай.
Для чего нужен стробоскоп?
Стробоскопическое освещение широко применяется в тех областях промышленности, где оператор должен наблюдать за процессом производства, но наблюдение затруднено из-за эффекта смазывания. Настройки стробоскопа и получаемый результат будут зависеть от области промышленности, процесса, продукта и внешнего освещения.
Что такое стробоскопическое освещение?
Стробоскоп – это источник света, который мгновенно загорается и потухает. Это инструмент для демонстрации и настройки движущихся или вибрирующих объектов с помощью подсвечивания их импульсными лампами для создания эффекта неподвижности.
Стробоскоп был изобретён в 1836 году Жозефом Антуаном Фердинаном Плато, профессором Гентского университета (Бельгия). В 1931 году профессор Массачусетского Технологического Института д-р Гарольд Юджин Эджертон разработал ксеноновую импульсную лампу. Благодаря этому изобретению стробоскоп получил применение ещё и в фотографии, а также во многих областях коммерции и промышленности.
Стробоскопическая лампа производит очень короткую вспышку света длиною в одну стотысячную секунды. Благодаря коротким вспышкам высокой интенсивности изображение предмета «застывает» на cетчатке глаза, создавая чёткий стоп-кадр. Если предмет продолжает двигаться, его движение воспринимается как серия стоп кадров, будь то движение бейсбольного мяча или танец человека под светом стробоскопа на дискотеке.
В основном люди сталкиваются с действием стробоскопа на дискотеках или при проведении осмотра двигателя с помощью стробоскопических ламп. В таких случаях частота вспышки достаточна низка, поэтому человек может с лёгкостью проследить паузу между вспышками лампы. При этом прибор, как правило, работает с частотой 10-30 вспышек в секунду (10-30 Гц) и создаёт эффект мерцания.
Когда лампа стробоскопа превышает скорость 60Гц, вспышки появляются настолько часто, что человеческий глаз не улавливаем момент включения/выключения света. Таким образом больше не ощущается раздражающего мерцания, как в вышеуказанных случаях.
Работа стробоскопов с частотой выше 60Гц внешне ничем не отличается от освещения люминесцентными лампами или лампами накаливания, кроме того, что стробоскоп освещает движущийся предмет, создавая его чёткое изображение, на котором фокусируется глаз.
Как работает стробоскопическая лампа?
Когда предмет движется быстро, то глаза не могут сосредоточиться на нём. В зависимости от скорости движения предмета по отношению к расстоянию от смотрящего предмет может казаться размытым (расплывчатым) изображением. Например, лопасти вентилятора при вращении кажутся полупрозрачной плоскостью. Наблюдатель пытается сконцентрироваться на лопастях, но так как они продолжают движение, глаза получают только размытую картинку:
Попытки сконцентрироваться на движущемся предмете ясно демонстрируют нам ограниченность нашего зрения. Реагирование глаза на свет можно сравнить с реакцией химических веществ на плёнке фотоаппарата. Когда свет попадает на химические вещества, они активируются и формируют изображение на плёнке. Если фотографируемый объект движется слишком быстро, изображение получается смазанным. Чтобы решить эту проблему, фотограф увеличивает выдержку затвора. При короткой выдержке сокращается время активации светом химического материала. Так как затвор открыт на меньший интервал времени, объект лучше фиксируется и получается менее размытым на плёнке. Таким образом, фотограф получает более чёткое изображение. Очевидно, что мы не можем увеличить частоту восприятия наших глаз, поэтому нам необходимо подобрать подходящий фотографический затвор, который не произведёт разрушающий, раздражающий или ограничивающий наши возможности эффект.
Вспышка стробоскопической лампы замораживает движение предмета так же, как это делает затвор фотоаппарата. На вспышку длиною 10-30 мкс сетчатка глаза реагирует как на стоп-кадр. Объект, движущийся со скоростью 600 м/мин, проходит расстояние в 0,1 мм за это время, и оно представляется настолько ничтожным, что глаз воспринимает его как отсутствие движения. Таким образом устраняется эффект размытости и повышается контрастность, которая имеет решающее значение для выделения и распознавания предмета. При увеличении частоты вспышки в поле зрения глаза прокручивается последовательность изображений, которая стимулирует выявление и идентификацию дефектов. Когда глаз видит один и тот же дефект несколько раз, он сосредотачивается на нём и дефект отпечатывается в сознании.
Синхронизация стробоскопической вспышки
При изменении времени появления вспышки стробоскопа или интервалов между вспышками (частоты вспышек) движущийся или вращающийся объект может казаться:
В вышеупомянутом примере с вентилятором лопасть будет казаться неподвижной, если вспышка будет синхронизирована с определённым положением лопасти при вращении. Это происходит оттого, что стробоскопическая вспышка отображает одно и то же изображение на сетчатке глаза. Поскольку сетчатка не видит движения лопастей между импульсами стробоскопа, глаз воспринимает это как состояние покоя.
Если стробоскоп синхронизирован на частоту вспышек, немного превышающую скорость вращения вентилятора, то лопасть не будет успевать принимать то же положение при возникновении следующей вспышки. В таком режиме на сетчатке глаза будет отображена последовательность положений лопасти с отклонением назад в каждом последующем кадре. Поэтому будет казаться, что вентилятор медленно движется в обратном направлении.
Рис1: Если кажется, что вентилятор движется в обратную сторону, то частота стробоскопической вспышки выше скорости вращения лопастей:
Если стробоскоп синхронизирован на частоту вспышек, немного отстающую от скорости вращения вентилятора, то лопасть будет вставать в то же положение раньше возникновения следующей вспышки. В таком режиме на сетчатке глаза будет отображена последовательность положений лопасти с отклонением вперёд в каждом последующем кадре. Поэтому будет казаться, что вентилятор медленно движется вперёд.
Рис2: Если кажется, что вентилятор движется вперёд, то частота стробоскопической вспышки ниже скорости вращения лопастей:
Наблюдение за технологической линией без отпечатанного изображения
При наблюдении линейно движущейся линии, например, при обработке стали, можно наблюдать аналогичный с вентилятором алгоритм.
При наблюдении технологических линий важно поддерживать частоту вспышки выше значения 50-60 Гц. Так как при отсутствии повторяющегося шаблона глаза не могут зафиксироваться, необходимо преодолевать частоту мерцания. В таком случае устанавливается такая частота вспышки лампы, которой будет достаточно, чтобы зафиксировать «зернистую структуру» поверхности. Обычно частота составляет 65 до 85 вспышек в секунду, что значительно превышает обнаруживаемую частоту мерцания. Зерновой рисунок металлической поверхности на полосе может казаться неподвижным или «плавающим». Увеличивая или уменьшая частоту вспышки, вы можете передвигать зернистую структуру вперед или назад по полосе. После того, как вы зафиксировали зернистую структуру, любой дефект, выбивающийся из
обычной схемы прокатки, будет легко обнаружить. Такая зернистая структура является результатом процесса шлифовки валов конвейера при прокатке, которые передают свой рисунок прокатываемому материалу.
Возможно, вы столкнётесь с материалом без зернистой структуры. Например, такое можно наблюдать, когда поверхность валов конвейера гладкая, т. е. они изготовлены из нержавеющей стали высокого качества. В таком случае рекомендуется настроить частоту вспышек выше 70 Гц.
Инерция зрения
Существуют ошибочные представления о работе стробоскопов, которые необходимо прояснить.
Часто с работой стробоскопа ассоциируется мерцание. Благодаря феномену инерции зрения при высокой частоте вспышки мерцание не наблюдается. Лампа стробоскопа быстро включается и выключается каждую секунду, при этом каждая вспышка длится только 10 мкс за импульс. Из математического соотношения видно, что свет практически никогда не включён. Даже при частоте 60-100 Гц лампа находится в выключенном состоянии 99% времени. Тем не менее, глаз поглощает свет подобно тому, как губка впитывает влагу. Губка впитывает влагу быстро, но испаряет её очень медленно. Вспышка света активирует химические вещества глаза. Когда свет выключается (или в нашем случае в промежуток между вспышками) реакция на химические вещества угасает экспоненциально и занимает 350 мс до полного угасания.
При частоте вспышки выше 60 Гц химические вещества активируются заново быстрее, чем угасает свет, поэтому глаз не улавливает пауз между вспышками. Фотохимический процесс глаза, заключающийся в удерживания света, называется «инерцией зрения».
Каждый световой импульс освещает предмет только в течение одной стотысячной секунды или при частоте 60 Гц 6/10 000 секунды. Но при частоте выше 50-60 Гц благодаря инерции зрения промежутки темноты нивелируются и предмет кажется непрерывно освещённым.
Именно из-за инерции зрения вы не замечаете отдельных кадров кино- или телеизображения, частота которых не превышает 48-60 вспышек в секунду. Ниже представлен раскадровка обычного кинофрагмента. По этой же причине вы видите пятно после того, как вы делаете снимок с включённой вспышкой фотокамеры. Вспышка перегружает химическую реакцию сетчатки глаза, и пятно остается там на какое-то время.
Наблюдение за технологической линией печати
В определённых областях применения, таких как полиграфия, частота вспышки, скорее всего, будет ниже 50 Гц и световой импульс будет заметен. И в этом случае благодаря инерции глаза вы не будете испытывать дискомфорт, потому что передаваемое на сетчатку глаза изображение будет оставаться там до тех пор, пока следующая вспышка не обновит изображение.
Подобно лопастям вентилятора, синхронизированным со вспышкой, печатная серия также будет казаться неподвижной. Глазам станет дискомфортно, только когда частота будет ниже 20 Гц. Тем не менее, такая частота вспышки допускается и в определённых случаях понижается до 5 Гц.
Яркость против чёткости
Многие люди считают, что если на поверхность быстродвижущегося объекта падает большое количество света, то дефекты этого объекта будет легче рассмотреть.
Вернёмся к описанию работы глаза, когда на плёнке фотоаппарата появляется размытый снимок из-за продолжительности движения во время открытия затвора. Если вы не можете управлять выдержкой камеры (или глаза в данном случае), всё, что вы получаете от яркого света – это более яркий эффект смазывания.
Поскольку у глаза нет затвора, мы создадим эффект затвора с помощью импульсной лампы стробоскопа. Лампа стробоскопа создаёт короткий световой импульс. Как упоминалось ранее, свет не горит 99% времени. Это отличается от действия ламп накаливания, люминесцентных, ртутных и галогенных ламп. Такие лампы образуют непрерывный свет, который постоянно активируют химическую реакцию глаза. Именно поэтому при таком непрерывном свете вы наблюдаете призрачные или размытые изображения быстродвижущихся предметов. При правильной установке прибора всего нескольких сотен люксов
стробоскопического света достаточно для рассмотрения мельчайших деталей. Короткий импульс света действует подобно затвору, передавая серию чётких, ясных изображений на сетчатку глаза наблюдателя. Квалифицированные инспекторы и операторы прокатного стана, которые имеют представление о дефектах поверхности, могут незамедлительно выявить изъяны при скорости до 2000 м/мин.
Неопытным операторам будет легче определять дефекты при стробоскопическом освещении, и они быстро научатся выявлять дефекты производства.
Влияние внешнего освещения на стробоскопическое
Стробоскопический эффект снижается, если стробоскопическое освещение смешивается с внешним освещением. Для достижения необходимого стробоскопического эффекта стробоскопическое освещение должно быть в 4 раза сильнее внешнего. Под внешним освещением понимается весь свет, который прямо или косвенно попадает на осматриваемую поверхность, т.е. свет от ламп накаливания, люминесцентных, кварцевых, натриевых/ртутных ламп, а также и естественный свет. В некоторых случаях необходимо принять меры по уменьшению интенсивности данных видов освещения.
Рис: Ослабление стробоскопического эффекта при соотношении внешнего и стробоскопического освещения 1/1 вместо 1/4:
При усилении внешнего освещения стробоскопический эффект ослабевает. В таком случае следует либо установить стробоскоп ближе к поверхности, либо усилить стробоскопическое освещение, либо оборудовать колпак для защиты наблюдаемой зоны от внешнего света.
Стробоскопическое освещение в промышленности
При использовании стробоскопа для наблюдения за движущимся объектом свет оказывает такое же влияние на глаза, как и вспышка фотокамеры на плёнку. Каждый импульс стробоскопа даёт чёткое, ясное изображение, поэтому можно рассматривать мельчайшие детали объекта или поверхности на высоких скоростях без возникновения эффекта смазывания. Именно по этой причине стробоскопическое освещение используется как инструмент для визуального осмотра невооружённым глазом многих непрерывных процессов, а также для усовершенствования анализа движения или видеографии.
Стробоскопическое освещение широко применяется в тех областях промышленности, где оператор должен наблюдать за процессом производства, но наблюдение затруднено из-за эффекта смазывания. Настройки стробоскопа и получаемый результат будут зависеть от области промышленности, процесса, продукта и внешнего освещения.
Существует два основных типа процессов, для наблюдения которых используется стробоскоп: вращательные и линейные:
Источник публикации – Unilux Europe GmbH