Stroboskop - Stroboscope

Odbijając piłka zrobione z lampą błyskową przy 25 stroboskopowego obrazów na sekundę.
Światło stroboskopowe migające w odpowiednim czasie może sprawiać wrażenie zamrożenia lub odwrócenia ruchu cyklicznego

Stroboskopowy, znany również jako sygnału próbkującego jest instrumentem cyklicznie stosowane do ruchomego obiektu wydaje się wolno poruszających się lub stacjonarne. Składa się z obracającego się dysku ze szczelinami lub otworami lub lampy, takiej jak lampa błyskowa, która wytwarza krótkie, powtarzalne błyski światła. Zazwyczaj tempo stroboskopu można regulować na różne częstotliwości. Gdy stroboskop obserwuje obracający się lub wibrujący obiekt przy jego częstotliwości drgań (lub jej podwielokrotności), wydaje się, że jest nieruchomy. W ten sposób stroboskopy są również używane do pomiaru częstotliwości.

Zasada jest wykorzystywana do badania obiektów wirujących , posuwisto-zwrotnych , oscylujących lub wibrujących . Częstymi przykładami są części maszyn i wibrująca struna. Stroboskopem służy do ustawiania taktowania zapłonu w silnikach spalinowych wewnętrznego spalania jest nazywany światło rozrządu .

Mechaniczny

W swojej najprostszej formie mechanicznej stroboskop może być obracającym się cylindrem (lub misą z podniesioną krawędzią) z równomiernie rozmieszczonymi otworami lub szczelinami umieszczonymi w linii wzroku pomiędzy obserwatorem a poruszającym się obiektem. Obserwator patrzy jednocześnie przez otwory/szczeliny po bliższej i dalszej stronie, przy czym szczeliny/otwory poruszają się w przeciwnych kierunkach. Gdy otwory/szczeliny są wyrównane po przeciwnych stronach, obiekt jest widoczny dla obserwatora.

Alternatywnie można użyć pojedynczego ruchomego otworu lub szczeliny ze stałym/stacjonarnym otworem lub szczeliną. Nieruchomy otwór lub szczelina ogranicza światło do pojedynczej ścieżki widzenia i zmniejsza odblaski pochodzące od światła przechodzącego przez inne części ruchomego otworu/szczeliny.

Oglądanie przez pojedynczą linię otworów/szczelin nie działa, ponieważ otwory/szczeliny wydają się po prostu przesuwać się po obiekcie bez efektu stroboskopowego.

Prędkość obrotowa jest regulowana tak, aby była zsynchronizowana z ruchem obserwowanego układu, który wydaje się zwalniać i zatrzymywać. Iluzję wywołuje aliasing czasowy , powszechnie znany jako efekt stroboskopowy .

Elektroniczny

W wersjach elektronicznych perforowany dysk zastąpiono lampą zdolną do emitowania krótkich i szybkich błysków światła. Zazwyczaj stosuje się lampę wyładowczą lub lampę półprzewodnikową, ponieważ są one zdolne do emitowania światła niemal natychmiast po włączeniu zasilania i gaszenia równie szybko po odłączeniu zasilania.

Dla porównania, lampy żarowe mają krótki czas nagrzewania po włączeniu zasilania, po czym następuje okres schładzania po odłączeniu zasilania. Opóźnienia te powodują rozmazanie i rozmycie szczegółów obiektów częściowo oświetlonych podczas okresów nagrzewania i schładzania. W większości zastosowań lampy żarowe są zbyt wolne, aby uzyskać wyraźne efekty stroboskopowe. Jednak gdy są zasilane ze źródła prądu przemiennego, są w większości wystarczająco szybkie, aby powodować słyszalny przydźwięk (o podwójnej częstotliwości sieciowej) podczas optycznego odtwarzania dźwięku, takiego jak projekcja filmowa.

Częstotliwości błysku jest regulowana tak, że jest równe lub część jednostki cyklicznego prędkości obiektu, w którym to obiektem jest postrzegany jako stały lub powoli do tyłu lub do przodu, w zależności od częstotliwości flash.

Lampy neonowe lub diody elektroluminescencyjne są powszechnie używane do zastosowań stroboskopowych o niskiej intensywności, lampy neonowe były bardziej powszechne przed opracowaniem elektroniki półprzewodnikowej, ale w większości zastosowań stroboskopowych o niskiej intensywności są zastępowane przez diody LED.

Lampy błyskowe ksenonowe są używane do zastosowań stroboskopowych o średniej i dużej intensywności. Wystarczająco szybkie lub jasne błyski mogą wymagać aktywnego chłodzenia, takiego jak chłodzenie wymuszonym obiegiem powietrza lub wodą, aby zapobiec stopieniu się lampy ksenonowej.

Historia

1540 Strobolume, profesjonalny stroboskop produkowany przez General Radio
Zbliżenie na skrzynkę kontrolną 1540 Strobolume

Joseph Plateau z Belgii jest powszechnie uznawany za wynalezienie stroboskopu w 1832 roku, kiedy to użył dysku z promieniowymi szczelinami, które obracał podczas oglądania obrazów na oddzielnym obracającym się kole. Urządzenie Plateau stało się znane jako „ Fenakistoskop ”. Niemal równoczesny i niezależny wynalazek urządzenia dokonał Austriak Simon Ritter von Stampfer , który nazwał „Stroboskopem” i jest to jego określenie używane do dziś. Etymologia pochodzi od greckich słów στρόβος - strobos , co oznacza "wir" i σκοπεῖν - skopein , co oznacza "patrzyć".

Oprócz ważnych zastosowań w badaniach naukowych, najwcześniejsze wynalazki odniosły natychmiastowy sukces jako metody wytwarzania ruchomych obrazów , a zasada ta została wykorzystana w wielu zabawkach. Inni wcześni pionierzy stosowali lustra obrotowe lub lustra wibracyjne znane jako galwanometry lustrzane .

W 1917 roku francuski inżynier Etienne Oehmichen opatentował pierwszy elektryczny stroboskop, budując jednocześnie kamerę zdolną do wykonania 1000 klatek na sekundę.

Elektroniczny stroboskop stroboskopowy został wynaleziony w 1931 roku, kiedy Harold Eugene Edgerton („Doc” Edgerton) zastosował lampę błyskową do badania części maszyn w ruchu. General Radio Corporation następnie przystąpiła do produkcji tego wynalazku w postaci swoich „Strobotach”.

Edgerton użył później bardzo krótkich błysków światła jako środka do tworzenia nieruchomych zdjęć szybko poruszających się obiektów, takich jak pociski w locie.

Aplikacje

Stroboskop na gramofonowej gramofonu

Stroboskopy odgrywają ważną rolę w badaniu naprężeń maszyn w ruchu oraz w wielu innych formach badań. Jasne stroboskopy są w stanie pokonać oświetlenie otoczenia i sprawić, że efekty poklatkowe będą widoczne bez konieczności stosowania ciemnych warunków otoczenia.

Służą również jako przyrządy pomiarowe do wyznaczania prędkości cyklicznej. W świetle czasowego są używane do ustawiania taktowania zapłonu w silnikach spalinowych .

W medycynie stroboskopy są używane do przeglądania strun głosowych w celu diagnozowania stanów, które spowodowały dysfonię (chrypkę). Pacjent nuci lub mówi do mikrofonu, który z kolei aktywuje stroboskop z tą samą lub nieco inną częstotliwością. Źródło światła i kamera są pozycjonowane przez endoskopię .

Inne zastosowanie stroboskopu można zobaczyć na wielu gramofonach gramofonowych. Krawędź talerza ma znaki w określonych odstępach czasu, tak że podczas oglądania przy oświetleniu jarzeniowym zasilanym z sieci , pod warunkiem, że talerz obraca się z odpowiednią prędkością, znaki wydają się nieruchome. Nie będzie to działać dobrze w świetle żarowym , ponieważ żarówki żarowe nie migają znacząco. Z tego powodu niektóre gramofony mają przy talerzu neonową żarówkę lub diodę LED . Dioda LED musi być zasilana przez prostownik półfalowy z transformatora sieciowego lub przez oscylator.

Migające lampy stroboskopowe są również przystosowane do użytku pop, jako efekt świetlny do dyskotek i klubów nocnych, gdzie dają wrażenie tańca w zwolnionym tempie. Częstotliwość stroboskopu tych urządzeń zazwyczaj nie jest zbyt precyzyjna lub bardzo szybka, ponieważ aplikacja rozrywkowa zwykle nie wymaga wysokiego stopnia wydajności.

Kolor Fechnera

Szybkie błyski światła stroboskopowego mogą dawać złudzenie, że białe światło jest zabarwione kolorem, znanym jako kolor Fechnera . W pewnych zakresach widoczny kolor może być kontrolowany przez częstotliwość błysku. Efektywne częstotliwości bodźców sięgają od 3 Hz w górę, przy optymalnych częstotliwościach około 4–6 Hz. Kolory są iluzją generowaną w umyśle obserwatora, a nie prawdziwym kolorem. Przez tarcza benhama demonstruje efekt.

Zobacz też

Bibliografia

  1. ^ (w języku francuskim) Les grands Centraux: Étienne Œhmichen (1884-1955) - Centrale-Histoire - École centrale Paris
  2. ^ „Studia w MIT: 1926-1931” Harold „Doc” Edgerton” . 2009-11-28 . Źródło 2009-11-28 .
  3. ^ Benham, CE (1894). „Sztuczny szczyt widma” . uczony.google.com . Pobrano 2021-07-31 .
  4. ^ Pilz J, Marre E (1993). „Kolory migotania wywołane wzorem. Metoda badania okulistycznego (artykuł w języku niemieckim)”. Okulistyka . 90 (2): 148–54. PMID 8490297.
  5. ^ Schramme J (1992). „Zmiany w kolorach migotania wywołane wzorem są mediowane przez niebiesko-żółty proces przeciwnika”. Badania wizji . 32 (11): 2129–34. doi :10.1016/0042-6989(92)90074-S. PMID 1304090.
  6. ^ . Krantza, Jana H (2013). Encyklopedia Nauki i Technologii Kolorów (PDF) . Nowy Jork: Springer Science+Business Media. doi : 10.1007/978-3-642-27851-8_65-2 .

Linki zewnętrzne