Стробоскоп

Стробоскоп , также известный как стробоскоп , — это инструмент, используемый для того, чтобы циклически движущийся объект казался медленно движущимся или неподвижным. Он состоит либо из вращающегося диска с прорезями или отверстиями, либо из лампы, например лампы-вспышки , которая производит короткие повторяющиеся вспышки света. Обычно скорость стробоскопа регулируется на разные частоты. Когда вращающийся или вибрирующий объект наблюдается с помощью стробоскопа на его частоте вибрации (или ее доле), он кажется неподвижным. Таким образом, стробоскопы также используются для измерения частоты.

Этот принцип используется для изучения вращающихся , возвратно-поступательных , колеблющихся или вибрирующих объектов. Типичными примерами являются детали машин и вибрирующая струна. Стробоскоп, используемый для установки угла опережения зажигания двигателей внутреннего сгорания, называется индикатором синхронизации .

Механический

В своей простейшей механической форме стробоскоп может представлять собой вращающийся цилиндр (или чашу с приподнятым краем) с равномерно расположенными отверстиями или прорезями, расположенными на линии зрения между наблюдателем и движущимся объектом. Наблюдатель одновременно смотрит через отверстия/щели на ближней и дальней стороне, при этом щели/отверстия движутся в противоположных направлениях. Когда отверстия/прорези расположены на противоположных сторонах, объект виден наблюдателю.

Альтернативно, одно подвижное отверстие или паз может использоваться с фиксированным/неподвижным отверстием или пазом. Неподвижное отверстие или прорезь ограничивает свет одним путем обзора и уменьшает блики от света, проходящего через другие части движущегося отверстия/прорези.

Просмотр через одну линию отверстий/прорезей не работает, поскольку кажется, что отверстия/прорези просто проходят по объекту без стробоскопического эффекта.

Скорость вращения регулируется так, чтобы она синхронизировалась с движением наблюдаемой системы, которая как бы замедляется и останавливается. Иллюзия вызвана временным сглаживанием , широко известным как стробоскопический эффект .

Электронный

В электронных версиях перфорированный диск заменен лампой, способной излучать короткие и быстрые вспышки света. Обычно используются газоразрядные или полупроводниковые лампы, поскольку они способны излучать свет почти мгновенно при подаче питания и так же быстро гаснуть при отключении питания.

Для сравнения, лампы накаливания имеют короткий прогрев при включении питания, за которым следует период остывания при отключении питания. Эти задержки приводят к смазыванию и размытию деталей объектов, частично освещенных в периоды прогрева и остывания. В большинстве случаев лампы накаливания работают слишком медленно для получения четких стробоскопических эффектов. Тем не менее, при работе от источника переменного тока они в большинстве случаев достаточно быстры, чтобы вызывать слышимый шум (на двойной частоте сети) при оптическом воспроизведении звука , например, при проекции фильма.

Частота . вспышки настраивается так, чтобы она была равна циклической скорости объекта или составляла ее долю , после чего объект кажется либо неподвижным, либо медленно движущимся назад или вперед, в зависимости от частоты вспышки

Неоновые лампы или светодиоды обычно используются для стробоскопов низкой интенсивности. Неоновые лампы были более распространены до появления полупроводниковой электроники, но в большинстве стробоскопических устройств низкой интенсивности их заменяют светодиоды.

Ксеноновые лампы-вспышки используются для стробоскопических ламп средней и высокой интенсивности. Достаточно быстрое или яркое мигание может потребовать активного охлаждения, например принудительного воздушного или водяного охлаждения, чтобы предотвратить плавление ксеноновой лампы-вспышки.

История

Жозефу Плато из Бельгии обычно приписывают изобретение стробоскопа в 1832 году, когда он использовал диск с радиальными прорезями, который он поворачивал, просматривая изображения на отдельном вращающемся колесе. Устройство Плато стало известно как « Фенакистоскоп ». Почти одновременно и независимо австриец Симон Риттер фон Штампфер изобрел устройство , которое он назвал «Стробоскоп», и именно его термин используется сегодня. Этимология происходит от греческих слов στρόβος — strobos , что означает «водоворот» и σκοπεῖν — skopein , что означает «смотреть».

Помимо того, что они имели важное применение в научных исследованиях, самые ранние изобретения сразу же получили популярный успех как методы создания движущихся изображений , и этот принцип был использован для создания множества игрушек. Другие пионеры использовали вращающиеся зеркала или вибрирующие зеркала, известные как зеркальные гальванометры .

В 1917 году французский инженер Этьен Омишен запатентовал первый электрический стробоскоп. ^{[ 1 ]} одновременно создав камеру, способную снимать 1000 кадров в секунду.

Гарольд Юджин Эдгертон («Док» Эдгертон) использовал мигающую лампу для изучения движущихся частей машин. ^{[ 2 ]} Затем корпорация General Radio приступила к производству этого устройства в форме своего «Strobotac», раннего примера коммерчески успешного стробоскопа. ^{[ 3 ]}

Позже Эдгертон использовал очень короткие вспышки света для создания неподвижных фотографий быстродвижущихся объектов, например летящих пуль.

Приложения

Стробоскопы играют важную роль при изучении напряжений в движущихся машинах и во многих других формах исследований. Яркие стробоскопы способны подавлять окружающее освещение и создавать эффекты покадровой анимации без необходимости работы в темных условиях окружающей среды.

Они также используются в качестве измерительных приборов для определения циклической скорости. В качестве индикатора времени они используются для установки угла опережения зажигания двигателей внутреннего сгорания .

В медицине стробоскопы используются для осмотра голосовых связок с целью диагностики состояний, вызвавших дисфонию (охриплость голоса). Пациент мычит или говорит в микрофон , который, в свою очередь, активирует стробоскоп на той же или немного другой частоте. Источник света и камера позиционируются с помощью эндоскопии .

Еще одно применение стробоскопа можно увидеть на многих граммофонных проигрывателях. На краю диска имеются метки через определенные промежутки времени, поэтому при просмотре под флуоресцентным освещением, питаемым от сети , при условии, что диск вращается с правильной скоростью, метки кажутся неподвижными. Это не будет хорошо работать при освещении лампами накаливания , поскольку лампы накаливания не дают значительного стробирования. имеется неоновая лампочка или светодиод По этой причине на некоторых проигрывателях рядом с диском . Светодиод должен управляться полуволновым выпрямителем от сетевого трансформатора или генератором.

Мигающие лампы также были адаптированы в качестве светового эффекта для дискотек и ночных клубов , где они создают впечатление танца в замедленной съемке. Частота стробирования этих устройств обычно не очень точная и не очень высокая, поскольку развлекательные приложения обычно не требуют высокой производительности.

Цвет Фехнера

Быстрое мигание стробоскопического света может создать иллюзию, что белый свет окрашен в цвет, известный как цвет Фехнера . В определенных диапазонах видимый цвет можно контролировать с помощью частоты вспышки. Эффективные частоты стимулов варьируются от 3 Гц и выше, оптимальные частоты составляют около 4–6 Гц. Цвета — это иллюзия, созданная в сознании наблюдателя, а не реальный цвет. демонстрирует Вершина Бенхема эффект. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}

См. также

Ссылки

^ (на французском языке) Великие центральные жители: Этьен Омишен (1884-1955] - Centrale-Histoire - École Centrale Paris
^ «Учёба в Массачусетском технологическом институте: 1926–1931» Гарольд «Док» Эдгертон» . 28 ноября 2009 г. Проверено 28 ноября 2009 г.
^ «Торговые каталоги General Radio Corp» .
^ Бенхэм, CE (1894 г.). «Искусственная вершина спектра» . ученый.google.com . Проверено 31 июля 2021 г.
^ Пильц Дж., Марре Э. (1993). «Цветовые мерцания, индуцированные рисунком. Метод офтальмологического обследования (статья на немецком языке)». Офтальмолог . 90 (2): 148–54. ПМИД 8490297.
^ Шрамме Дж (1992). «Изменения цветов мерцания, вызванные рисунком, опосредуются синим/желтым противостоящим процессом». Исследование зрения . 32 (11): 2129–34. дои : 10.1016/0042-6989(92)90074-S. ПМИД 1304090.
^ . Кранц, Джон Х (2013). Энциклопедия науки и технологии цвета (PDF) . Нью-Йорк: Springer Science + Business Media. дои : 10.1007/978-3-642-27851-8_65-2 .

Внешние ссылки

СМИ, связанные со стробоскопами, на Викискладе?
Словарное определение стробоскопа в Викисловаре
Как немцы измеряли миллисекунды МЕХАНИЧЕСКИ – умнее с каждым днем 283
Демонстрация фенакистоскопа и стробоскопа в Школе науки и математики Северной Каролины

[1] (на французском языке) Великие центральные жители: Этьен Омишен (1884-1955] - Centrale-Histoire - École Centrale Paris

[2] «Учёба в Массачусетском технологическом институте: 1926–1931» Гарольд «Док» Эдгертон» . 28 ноября 2009 г. Проверено 28 ноября 2009 г.

[3] «Торговые каталоги General Radio Corp» .

[4] Бенхэм, CE (1894 г.). «Искусственная вершина спектра» . ученый.google.com . Проверено 31 июля 2021 г.

[5] Пильц Дж., Марре Э. (1993). «Цветовые мерцания, индуцированные рисунком. Метод офтальмологического обследования (статья на немецком языке)». Офтальмолог . 90 (2): 148–54. ПМИД 8490297.

[6] Шрамме Дж (1992). «Изменения цветов мерцания, вызванные рисунком, опосредуются синим/желтым противостоящим процессом». Исследование зрения . 32 (11): 2129–34. дои : 10.1016/0042-6989(92)90074-S. ПМИД 1304090.

[7] . Кранц, Джон Х (2013). Энциклопедия науки и технологии цвета (PDF) . Нью-Йорк: Springer Science + Business Media. дои : 10.1007/978-3-642-27851-8_65-2 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]