Стробоскопические приборы. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Стробоскопические приборы (от греч. stro-bos - кружение, беспорядочное движение и skopeo - смотрю)-контрольно-измерит. устройства для наблюдения быстрых периодич. движений объектов, основанные на использовании стробоскопического эффекта. Стробоскопические приборы применяются для измерения частоты колебаний механич. и электронных систем, резонанса, числа оборотов механизмов, для изучения вибраций разл. тел и т. д. Принцип действия стробоскопических приборов заключается в том, что совершающее периодич. движение тело освещается т. н. стробирующими импульсами света и делается видимым в отдельные, очень малые по сравнению с периодом колебаний тела промежутки времени. Если частота импульсов света f₁ совпадает с частотой колебат. движения тела f₂, то тело кажется остановившимся. При нек-ром различии частот тело представляется совершающим замедленное движение с частотой f=f₂-f₁.

Современные стробоскопические приборы подразделяют на механические или оптико-механические, электронные, электрооптические, лазерные и осциллографические. К механическим стробоскопическим приборам относятся приборы с механич. обтюраторами (прерывателями) света в виде дисков или полых барабанов со щелями, через к-рые наблюдают объект. Измеряя скорость вращения диска, при к-рой наблюдаемый объект кажется остановившимся, можно определить f₁. Такие приборы наз. стро-боскопич. тахометрами. Гл. достоинство строботахометра - возможность измерения угл. скоростей вращения тел без контакта с объектом измерения, что, с одной стороны, позволяет измерять скорость видимых, но труднодоступных объектов, а с др. стороны - измерять скорость маломощных объектов без всякого тормозящего воздействия на них со стороны прибора. Диапазон измерения такими тахометрами 30-3000 рад/с.

В электрооптических стробоскопических приборах в качестве прерывателей света используют оптические затворы, к-рые обеспечивают высокую частоту (10⁴-10⁵ Гц) и большую скважность световых импульсов.

Наиболее совершенные промышленные стробоскопические приборы - электронные, состоящие из задающего частоту импульсов генератора и управляемого источника световых импульсов (лазера или газоразрядной лампы), освещающего контролируемый объект с нанесёнными на него метками. Частота генератора и, следовательно, частота вспышек плавно регулируются изменением параметров электрич. цепи обычно в пределах от 2 до 2500 Гц.

Выпускаются стробоскопические приборы спец. назначения: для создания световых эффектов в театре, регулирования угла зажигания в автомобильном двигателе, исследования движения голосовых связок и т. д.

Существуют стробоскопические приборы с автоматизиров. обработкой результатов измерения - стробоскопич. тахометры с цифровым выходом, стробоскопич. осциллографы и др.

Эпюры напряжений в стробоскопическом осциллографе: а-напряжение сигнала на входе; б-напряжение строб-импульсов; в - напряжение импульсов, модулированных сигналом и расширенных; г - изображение исследуемого импульса; t - время регистрации; Т-время изображения.

Стробоскопич. осциллограф представляет пример реализации электронного варианта стробоскопических приборов, в к-ром для анализа повторяющегося быстропротекающего электронного процесса роль светового импульса выполняет стробирующий электрич. импульс, а роль синтезатора стробоскопич. образа- не зрительный аппарат человека, а блок электронной обработки сигнала. Принцип работы стробоскопич. осциллографа пояснён эпюрами напряжений U (рис.). Измеряются мгновенные значения повторяющихся сигналов (a), поступающих на его вход, с помощью коротких строб-импульсов напряжения (б). Стробимпульсы автоматически сдвигаются во времени относительно сигнала при каждом его повторении и таким образом последовательно считывают его. В смесителе, куда поступают сигналы и стробимпульсы, происходят модуляция импульсов по амплитуде и одновременно их расширение (в). На выходе устройства образуется последовательность расширенных импульсов напряжения, огибающая к-рых повторяет форму сигнала. При этом каждый расширенный импульс несёт информацию о величине сигнала в данной точке. Эта последовательность импульсов в свою очередь циклично повторяется. Выделяя огибающую расширенных импульсов, можно получить аналоговый сигнал (г), к-рый идентичен по форме исследуемому, поступающему на вход осциллографа, но "растянут" во времени. Коэф. растяжения сигнала во времени оказывается равным отношению периода повторения стробимпульсов T_i к шагу считывания Dt_с.

Благодаря накапливанию сигнала во времени стробо-скопич. осциллограф обладает высокой чувствительностью (единицы милливольт), а благодаря "вырезке" сигнала без помех узкими стробимпульсами из широкой полосы пропускания прибора (до 1 Гц) обеспечивает возможность анализировать переходные процессы в нано-и пикосекундном диапазоне (10^-9

10 ^-12 с) с малой погрешностью (1%) в большом динамич. диапазоне (10^-3- 1 В). Этот стробоскопич. метод исследований широко применяется для измерения амплитуд и мгновенных значений наносекундных повторяющихся импульсов. На аналогичных принципах работают стробоскопич. детекторы и др. приборы.

Литература по стробоскопическим приборам

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.