Большая Советская Энциклопедия (СТ) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" (книги бесплатно TXT) 📗
Б. В. Репин.
Стробоскоп
Стробоско'п (от греч. strobos — кружение, беспорядочное движение и skopeo — смотрю), первоначально прибор-игрушка, представлявшая два диска, вращающихся на общей оси (рис. 1). На одном диске, как на циферблате часов, рисовались фигурки в различных фазах какого-либо повторяющегося процесса, например отдельные положения движения шагающего человека. Ещё один диск, скрепленный с первым, прорезан радикальными щелями, через которые можно видеть расположенные за ними картинки.
При вращении дисков зритель в смотровое окошко и сквозь щели вращающегося диска видит последовательно на короткие мгновения каждую из картинок и это расчленённое по времени на дискретные фазы движение объекта воспринимается им в виде слитного образа, совершающего непрерывное движение. Такое синтезирование единого зрительного образа движущегося предмета из последовательно предъявляемых через некоторые интервалы на короткое время отдельных его смещенных друг по отношению к другу изображений называется стробоскопическим эффектом 1-го типа.
Принцип действия древней игрушки был основан на фундаментальных свойствах аппарата человеческого зрительного восприятия, что позволило с успехом использовать его в ряде научных и технических применений. Так, на нём основано воспроизведение движущихся изображений в современной кинематографии и телевидении .
Стробоскопический эффект 2-го типа — иллюзия не движения, а, напротив, неподвижности предмета, на самом деле совершающего движения. При этом условием кажущейся остановки стробоскопически наблюдаемого предмета, совершающего периодическое движение с частотой fo будет равенство или кратность этой частоты частоте стробоскопического освещения fcтр .
Если, например, частота вспышек света, который освещает вращающуюся спицу (рис. 2), будет равна числу оборотов спицы за 1 сек, то спица будет освещаться каждый раз в одном и том же положении «О» (в одинаковой фазе кругового движения) и зрительно она будет казаться неподвижной. Если же частоту появления вспышек несколько уменьшить, то период между вспышками увеличится и за этот период спица будет совершать целый оборот, плюс поворот ещё на небольшой угол, следовательно, при каждой следующей вспышке она будет казаться немного сдвинутой в направлении вращения, последовательно в положении 1 , 2,3 и т.д., т. е. она будет казаться медленно вращающейся в том же направлении, как это показано на рис. 2, а.
В том случае, когда частота вспышек немного больше числа оборотов спицы в сек, каждая последующая вспышка будет освещать спицу в положении, пока она не сделала ещё полного оборота, т. е. последовательно в положениях 0, 1, 2, 3... и т.д. (рис. 2, б), и она будет казаться медленно вращающейся в противоположную сторону от её реального движения. Такое же кажущееся обратное вращение спицы возникает и в случае, когда частота вспышек почти вдвое, втрое или вчетверо меньше вращения спицы. Это — т. н. стробоскопическая иллюзия, которую мы иногда видим в кино.
Следует заметить, что при частотах вспышек, кратных частоте вращения спицы, возникает удвоение, утроение, учетверение и т.п. увеличение кажущегося числа спиц, застывающих неподвижно на равных друг от друга угловых расстояниях по ходу её вращения.
Для использования стробоскопического эффекта требуются источники прерывистого освещения с регулируемой частотой. В настоящее время (последняя четверть 20 в.) для периодического пропускания света применяются всевозможные оптические и электронные затворы (например, Керра ячейка ), а также источники импульсного освещения с регулируемыми параметрами. Приборы такого рода и называются собственно стробоскопами.
Развитие стробоскопических методов привело к созданию стробирования — выделения отдельной фазы движения какого-либо объекта путём пропускания света от него к глазу наблюдателя с определённой скважностью , чем достигается отделение этой фазы от мешающих наблюдателю др. фаз движения этого объекта или иных помех.
С. находят широкое применение во всех областях человеческой практики, связанных с использованием стробоскопического эффекта. Так, стробоскопический эффект 2-го типа применяется при изучении движения объектов с периодической структурой (вращающиеся диски, движущиеся линейки с делениями, колёса, валы и т.п.), его используют, например, в индикаторах угловых скоростей. См. также статьи Стробоскопические приборы ,Стробоскопический метод измерений , Стробоскопия и лит. при них.
Н. Л. Валюс.
Рис. 1 к ст. Стробоскоп.
Рис. 2 к ст. Стробоскоп.
Стробоскопические приборы
Стробоскопи'ческие прибо'ры, контрольно-измерительные устройства для наблюдения быстрых периодических движений, основанные на стробоскопическом эффекте . С. п. применяются для измерения частоты колебаний механических и электронных систем, резонанса, числа оборотов механизмов, для изучения вибраций различных тел, для визуального контроля быстроколеблющихся элементов и т.п. Принцип действия С. п. заключается в том, что совершающее периодическое движение тело освещается и делается видимым в отдельные, очень малые по сравнению с периодом движения тела промежутки времени. Если частота импульсов света fcтр совпадает с частотой периода движения тела foб , то тело кажется остановившимся. При некотором различии частот тело представляется совершающим замедленное движение с частотой F, представляющей разность этих частот, т. е. F = foб — fcтр (см. Стробоскоп ).
Современные С. п. подразделяют на механические или оптико-механические, электроннооптические, электронные и осциллографические. К механическим С. п. относятся приборы с механическими обтюраторами (прерывателями) света в виде дисков или полых барабанов со щелями, через которые наблюдается объект. Измеряя скорость вращения диска, при которой наблюдаемое через обтюратор движение объекта кажется остановившимся, можно определить частоту периодического движения объекта. Такие приборы называются стробоскопическими тахометрами. Главное достоинство строботахометра — возможность измерения угловых скоростей вращения тел без контакта с объектом измерения, что, с одной стороны, позволяет измерять скорость видимых, но труднодоступных объектов, а с другой стороны, позволяет измерять скорость маломощных объектов без всякого воздействия на них со стороны прибора. Ручной тахометр такого типа модели СЭФ-54 имеет два диапазона измерения: 300—3000 и 3000—30000 об/мин, с погрешностью ± 1%.
Электроннооптические С. п. в качестве прерывателей света используют световые затворы, действие которых основано на электрооптических явлениях — Керра эффекте , Поккельса эффекте и др. Такие прерыватели обеспечивают высокую частоту (104 —105 гц ) и большую скважность световых импульсов, но их недостатками являются малый световой кпд и затруднительность получения достаточно больших световых потоков.
Наиболее совершенными промышленными С. п. являются электронные, состоящие из задающего частоту импульсов генератора и источника световых импульсов (газоразрядной лампы). Частота генератора и, следовательно, частота вспышек плавно регулируются путём изменения параметров электрической схемы, обычно в пределах от 2 до 2500 гц, при этом точность измерений обеспечивается в пределах от 1 до 2%. Выпускаемый промышленностью С. п. СТ-32 предназначен для наблюдения движущихся элементов машин и бесконтактного измерения числа оборотов (в пределах от 250 до 3200 об /мин ). Универсальный промышленный С. п. с батарейным питателем СТ-150 предназначается для проведения различных исследований в лабораториях, цехах, а также в полевых условиях и имеет частоту следования импульсов от 2 до 2500 гц, т. е. позволяет измерять числа оборотов от 110 до 150 000 об/мин. Прибор может работать в режиме внешнего запуска и обеспечивать задержку вспышки на время от 30 мксек до 600 мсек.
