В чем заключается стробоскопический эффект
Что такое стробоскопический эффект
Содержание статьи
Принцип стробоскопа
Само слово «стробоскоп» образовано от двух греческих слов: «strobos» и «skopeo». В дословном переводе название этого прибора означает «наблюдение кружения».
Самые первые стробоскопы были примитивны и представляли собой источник света с помещёнными перед ним двумя непрозрачными дисками. Один был неподвижен, другой вращался. На обоих дисках были прорези. Когда они совмещались, объект, исследуемый с помощью стробоскопа, освещался.
В современных стробоскопах используются газоразрядные импульсные лампы, импульсные лазеры и сверхъяркие светодиоды.
Стробоскопический эффект и его опасность
Стробоскопический эффект — это возникновение зрительной иллюзии неподвижности предмета или его мнимого движения при его прерывистом визуальном наблюдении.
Этот эффект возникает из-за инертности человеческого зрения, когда движение объекта наблюдается не непрерывно, а отдельными фрагментами. Примером может служить кинофильм. При просмотре статичные картинки меняются так быстро, что глаз не успевает проследить за их сменой, и возникает впечатление постоянного движения изображения.
Принцип стробоскопического эффекта применяется для измерения скорости в некоторых тахометрах, а также на нем была построена система регулировки скорости вращения диска для проигрывания виниловых пластинок.
Однако, несмотря на свою полезность, стробоскопический эффект может быть очень опасен. Связано это все с той же инертностью человеческого зрения. Особо осторожными нужно быть на производстве в условиях машиностроительных цехов.
При неблагоприятном стечении обстоятельств и использовании в цехах газоразрядных ламп, возможна иллюзия того, что стремительно вращающиеся части станка кажутся абсолютно неподвижными. Это может стать причиной гибели или увечья рабочего.
Кроме того, даже если ситуация не представляет опасности для жизни, пульсация светового потока ламп влияет на эффективность зрительной работы и вызывает повышенную утомлённость органа зрения.
Чтобы снизить эти пульсации, необходимо включать люминесцентные лампы в разные фазы сети. При таком подключении амплитуда мерцания снижается, и вероятность возникновения стробоскопического эффекта становится ничтожно малой.
Для полного же предотвращения его возникновения освещение может производиться стандартными лампами накаливания.
Стробоскопический эффект
Полезное
Смотреть что такое «Стробоскопический эффект» в других словарях:
СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ — СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ:1) восприятие в условиях прерывистого наблюдения быстродвижущегося предмета неподвижным;2) восприятие быстрой смены изображений отдельных моментов движения тела как непрерывного его движения. Приборы в которых… … Большой Энциклопедический словарь
СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ — зрительная иллюзия, возникающая в случаях, когда наблюдение к. л. предмета осуществляется не непрерывно, а в течение отдельных малых, периодически следующих один за другим интервалов времени (напр., при периодич. открывании и закрывании… … Физическая энциклопедия
СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ — один из видов иллюзий оптических, заключающийся в слиянии в сознании зрителя в один образ отд. изображений неподвижного или движущегося предмета, наблюдаемых не непрерывно, а в течение ряда коротких и периодически следующих друг за другом… … Физическая энциклопедия
Стробоскопический эффект — явление искажения зрительного восприятия вращающихся, движущихся или сменяющихся объектов в мелькающем свете, возникающее при совпадении кратности частотных характеристик движения объектов и изменения светового потока во времени в осветительных… … Официальная терминология
СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ — явление искажения зрительного восприятия вращающихся, движущихся или сменяющихся объектов в мелькающем свете, возникающее при совпадении кратности частотных характеристик движения объектов и изменения светового потока во времени в осветительных… … Российская энциклопедия по охране труда
СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ — (1) зрительная иллюзия, проявляющаяся в том, что быстродвижущийся объекта в условиях прерывистого наблюдения воспринимается как неподвижный; (2) восприятие быстрой смены дискретных актов движения объекта наблюдения как непрерывного. Приборы, в… … Большая политехническая энциклопедия
Стробоскопический эффект — 36. Стробоскопический эффект явление искажения зрительного восприятия вращающихся, движущихся или сменяющихся объектов в мелькающем свете, возникающее при совпадении кратности частотных характеристик движения объектов и изменения светового… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
стробоскопический эффект — 1) восприятие в условиях прерывистого наблюдения быстродвижущегося предмета неподвижным; 2) восприятие быстрой смены изображений отдельных моментов движения тела как непрерывного его движения. Приборы, в которых используется стробоскопический… … Энциклопедический словарь
стробоскопический эффект — stroboskopinis reiškinys statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. stroboscopic effect vok. stroboskopischer Effekt, m rus. стробоскопический эффект, m pranc. effet stroboscopique, m … Automatikos terminų žodynas
стробоскопический эффект — stroboskopinis reiškinys statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. stroboscopic effect vok. stroboskopischer Effekt, m rus. стробоскопический эффект, m pranc. effet stroboscopique, m … Fizikos terminų žodynas
Чем опасен эффект стробоскопа
С эффектом стробоскопа, так или иначе, сталкивался каждый из нас. Однако о том, почему предмет, который, казалось бы, движется с большой скоростью, наш глаз нередко воспринимает как неподвижный, задумывались единицы. И уж подавно мало кто подозревал об опасности такого явления, хотя она довольно очевидна и может подстерегать вас на работе и даже дома. Для того, чтобы эта оптическая иллюзия появилась, часто не нужно включать какие-либо особые приборы. Достаточно просто неправильно выбрать лампочку или вовремя не сменить качественный, но старый источник света.
Стробоскопический эффект — что это?
Стробоскопическим эффектом называют особого рода оптическую иллюзию, особенность восприятия глазом объектов, которые движутся очень быстро в определенных условиях. Она обусловлена строением наших органов зрения и спецификой их связи с мозгом. Разли чают 2 типа эффекта стробоскопа.
Первая разновидность стробоскопического эффекта
Первый тип основан на том, что если в поле зрения есть объект, сменяющий фазы движения очень быстро, то нам кажется, что это движения плавное и непрерывное. Помните «мультик из блокнота»? Вот эта игрушка и иллюстрирует такой эффект.
Здесь каждый из кадров представляет собой статичный рисунок. Но эти рисунки сменяют друг друга с большой скоростью, и движение становится для нашего глаза непрерывным. В чем причина? В том, что сетчатка нашего глаза сохраняет зрительный образ объекта, который уже исчез (или сменил положение), еще примерно 0,1 секунды. Таким образом, если между фазами движения проходит менее 0,1 секунды, то упомянутые образы сливаются и движение для нашего мозга и глаз становится непрерывным. Кстати, в кино и на телевидении используется именно этот принцип.
Второй тип стробоскопического эффекта
Эта разновидность несколько сложнее первой. Для того, чтобы ее зафиксировать, должны быть созданы определенные условия наблюдения, а именно подобрано подобающее освещение. Представим белый диск, который закреплен на оси. На его краю нарисовали черную точку. Также представим, что электрический двигатель начинает вращать диск вокруг собственной оси со скоростью 2000 об. /мин. Если освещение в комнате, где проводится наш эксперимент, постоянное, то мы увидим, что точка во время вращения превратилась в сплошную линию, проведенную по краю диска. Но если свет в помещении будет представлять из себя частые кратковременные вспышки равные по частоте оборотам диска (примерно 2000 Гц), то нам покажется, будто диск неподвижен, а точка остается на месте. Может показаться даже, что диск крутится в обратном направлении. Эффект зависит от того, насколько частота вспышек вета приближена к частоте вращения диска.
Отметим также, что наш глаз не способен уловить столь частого мерцания света — для нас освещение все еще будет казаться непрерывным. Диск тоже будет выглядеть, как неподвижный, хотя на самом деле он вращается. Одним из лучших примеров будет обычный вентилятор, освещенный лампой-стробоскопом.
Почему появляется эффект стробоскопа
Как мы сказали вначале, чтобы обмануть наш глаз подобным образом, вовсе не обязательно иметь под рукой какие-то особые приборы или специальные лампы. Зачастую вполне достаточно старых люминесцентных источников света. Когда к ним подключают переменный ток с частотой 50 Гц, они могут мерцать с частотой 100 Гц. Объясняется это тем, что в стандартной для нашей страны электрической сети ток за период времени 2 раза поднимается до максимума и 2 раза опускается до минимума. В лампочке накаливания такой эффект незаметен из-за тепловой инерционности, которой нет в лампе люминесцентной. К счастью, в современных светильниках мерцание исключается за счет использования специального электронного пускорегулировочного аппарата (ЭПРА). В светодиодных же источниках света применяется другая микросхема — драйвер.
Однако эффект стробоскопа может появиться даже в самых новых моделях современных светильников. Как его увидеть, мы описали в статье «Как определить, вредит ли ваша лампочка здоровью». Если один из тестов, описанных в этом материале, показал наличие эффекта стробоскопа, то это, скорее всего, значит, что:
Мерцающую лампочку рекомендуется заменить на другую. Это точно положительно скажется на вашем самочувствии.
Опасность эффекта стробоскопа
В статье «Пульсация света и ее опасность» мы уже говорили о том, что мерцающий свет может привести к головным болям, повышенной утомляемости, а в некоторых случаях к тошноте и головокружению. Однако именно стробоскоп может таить в себе более страшные потенциальные последствия. Если речь идет о производственных комплексах, заводах, фабриках, то здешние сотрудники могут иметь дело с быстро движущимися деталями в конвейерах, сверлильных, шлифовальных и других станках.
Если лампы в таком помещении давно не меняли или они попросту некачественные, то движущиеся на самом деле части машин могут казаться неподвижными, а сам механизм выключенным. В шумном цехе можно не услышать гула отдельного работающего станка и, ориентируясь только по зрению, решить, что он сломался. Если работник посчитает станок неисправным, он может быть менее осторожен рядом с ним. Сотрудник может попытаться проверить, что не так в устройстве машины или даже попробовать починить ее. Если человек положит руку на ту часть станка, которая кажется неподвижной, но на самом деле работает, он может получить серьезную травму. Такая же ситуация может произойти с ребенком в школьной учебной мастерской. Поэтому важно своевременно менять состарившееся лампы. Берегите себя.
Стробоскопический эффект
Содержание
Объяснение [ править ]
Рассмотрим стробоскоп, используемый в механическом анализе. Это может быть « стробоскоп », который срабатывает с регулируемой скоростью. Например, объект вращается со скоростью 60 оборотов в секунду: если на него смотреть серию коротких вспышек с частотой 60 раз в секунду, каждая вспышка освещает объект в той же позиции в его цикле вращения, поэтому кажется, что объект стационарный. Более того, при частоте 60 вспышек в секунду постоянное зрение сглаживает последовательность вспышек, так что воспринимаемое изображение остается непрерывным.
Если один и тот же вращающийся объект рассматривается с частотой 61 вспышка в секунду, каждая вспышка будет освещать его на несколько более раннем этапе своего цикла вращения. Шестьдесят одна вспышка произойдет до того, как объект снова станет видимым в том же месте, и серия изображений будет восприниматься так, как если бы она вращалась назад один раз в секунду.
Тот же эффект возникает, если объект рассматривается с частотой 59 вспышек в секунду, за исключением того, что каждая вспышка освещает его немного позже в своем цикле вращения, и поэтому будет казаться, что объект вращается вперед.
То же самое можно было бы применить и на других частотах, таких как 50 Гц, характерная для электрических распределительных сетей большинства стран мира.
В случае движущихся изображений действие фиксируется как быстрая серия неподвижных изображений, и может возникнуть такой же стробоскопический эффект.
Преобразование звука из световых паттернов [ править ]
Стробоскопический эффект также играет роль при воспроизведении звука. Для обработки компакт-дисков используются стробирующие отражения лазера от поверхности диска (это также используется для компьютерных данных ). Диски DVD и Blu-ray имеют схожие функции.
Эффект колесного вагона [ править ]
Кинокамеры обычно снимают со скоростью 24 кадра в секунду. Хотя колеса транспортного средства вряд ли будут вращаться со скоростью 24 оборота в секунду (поскольку это было бы очень быстро), предположим, что каждое колесо имеет 12 спиц и вращается только со скоростью два оборота в секунду. При съемке со скоростью 24 кадра в секунду спицы в каждом кадре будут отображаться в одном и том же положении. Следовательно, колесо будет восприниматься как неподвижное. Фактически, каждая спица, запечатленная на фотографии в любой позиции, будет отдельной спицей в каждом последующем кадре, но поскольку спицы почти идентичны по форме и цвету, никакой разницы не будет ощущаться. Таким образом, до тех пор, пока количество оборотов колеса в секунду составляет 24 и 12 раз, колесо будет казаться неподвижным.
Если колесо вращается немного медленнее, чем два оборота в секунду, положение спиц будет заметно отставать в каждом последующем кадре, и поэтому будет казаться, что колесо поворачивается назад.
Нежелательные эффекты при обычном освещении [ править ]
Эффекты [ править ]
В общем, нежелательные эффекты в визуальном восприятии человека-наблюдателя, вызванные колебаниями интенсивности света, называются временными световыми артефактами (TLA). Дальнейшая предыстория и объяснения различных явлений TLA, включая стробоскопический эффект, представлены в записанном веб-семинаре « Это все просто мерцание? ». [7]
Основные причины [ править ]
Светодиоды по своей природе не создают временной модуляции; они просто очень хорошо воспроизводят форму волны входного тока, и любая пульсация в форме волны тока воспроизводится световой пульсацией, потому что светодиоды имеют быстрый отклик; поэтому, по сравнению с традиционными технологиями освещения (лампами накаливания, люминесцентными), для светодиодного освещения наблюдается большее разнообразие свойств TLA. Применяются многие типы и топологии схем светодиодных драйверов ; более простая электроника и ограниченные буферные конденсаторы или их отсутствие часто приводят к большей пульсации остаточного тока и, следовательно, большей временной модуляции света.
Дополнительное влияние на уровень стробоскопического эффекта могут оказывать технологии диммирования внешних диммеров (несовместимые диммеры) или внутренних регуляторов уровня освещенности; уровень временной модуляции света обычно увеличивается при более низких уровнях освещенности.
Смягчение [ править ]
Как правило, нежелательного стробоскопического эффекта можно избежать, снизив уровень TLM.
Проектирование осветительного оборудования для уменьшения TLM источников света обычно является компромиссом для других свойств продукта и, как правило, увеличивает стоимость и размер, сокращает срок службы или снижает энергоэффективность.
Видимость [ править ]
Стробоскопический эффект становится видимым, если частота модуляции TLM находится в диапазоне от 80 Гц до 2000 Гц и если величина TLM превышает определенный уровень. Другими важными факторами, определяющими видимость TLM как стробоскопического эффекта, являются:
Все влияющие величины, связанные с наблюдателем, являются стохастическими параметрами, поскольку не все люди одинаково воспринимают эффект одной и той же световой ряби. Поэтому восприятие стробоскопического эффекта всегда выражено с определенной вероятностью. Для уровней освещенности, встречающихся в обычных приложениях, и для умеренных скоростей движения объектов (связанных со скоростями, которые могут быть созданы людьми) на основе исследований восприятия была получена кривая средней чувствительности. [5] [9] Средняя кривая чувствительности для синусоидальных модулированных световых сигналов, также называемая пороговой функцией контраста стробоскопического эффекта, как функция частоты f выглядит следующим образом:
Функция порога контрастности изображена на рисунке 2. Стробоскопический эффект становится видимым, если частота модуляции TLM находится в диапазоне приблизительно от 10 Гц до 2000 Гц и если величина TLM превышает определенный уровень. Функция порога контрастности показывает, что на частотах модуляции около 100 Гц стробоскопический эффект будет виден при относительно низких величинах модуляции. Хотя стробоскопический эффект теоретически заметен и в диапазоне частот ниже 100 Гц, на практике видимость мерцаниябудет преобладать над стробоскопическим эффектом в диапазоне частот до 60 Гц. Более того, большие значения преднамеренно повторяющихся TLM с частотами ниже 100 Гц маловероятны на практике, поскольку остаточные TLM обычно возникают на частотах модуляции, которые в два раза превышают частоту сети (100 Гц или 120 Гц).
Подробные объяснения видимости стробоскопического эффекта и других временных световых артефактов также приведены в CIE TN 006: 2016 [4] и в записанном вебинаре « Это все просто мерцание? ». [7]
Объективная оценка стробоскопического эффекта [ править ]
Измеритель видимости стробоскопического эффекта [ править ]
Для объективной оценки стробоскопического эффекта была разработана система измерения видимости стробоскопического эффекта (SVM). [4] [5] [9] Технические характеристики измерителя видимости со стробоскопическим эффектом и метод испытаний для объективной оценки осветительного оборудования опубликованы в техническом отчете IEC TR 63158. [10] SVM рассчитывается с использованием следующей формулы суммирования:
S V M знак равно ∑ м знак равно 1 ∞ ( C м Т м ) 3,7 3,7 <\ displaystyle SVM = <\ sqrt [<3.7>] <\ textstyle \ sum _ 
куда,
Набор инструментов для измерения видимости стробоскопического эффекта в Matlab, включая функцию для вычисления SVM, и некоторые примеры приложений доступны в Matlab Central через сообщество Mathworks. [11]
Критерий приемки [ править ]
Если значение SVM равно единице, входная модуляция формы светового сигнала создает стробоскопический эффект, который только виден, то есть на пороге видимости. [4] Это означает, что средний наблюдатель сможет обнаружить артефакт с вероятностью 50%. Если значение меры видимости больше единицы, эффект имеет вероятность обнаружения.более 50%. Если значение меры видимости меньше единицы, вероятность обнаружения составляет менее 50%. Эти пороги видимости показывают среднее обнаружение среднего человека-наблюдателя в популяции. Однако это не гарантирует приемлемости. Для некоторых менее важных приложений уровень приемлемости артефакта может быть значительно выше порога видимости. Для других приложений допустимые уровни могут быть ниже порога видимости. NEMA 77-2017 [12] среди прочего дает рекомендации по критериям приемлемости в различных приложениях.
Приложения для испытаний и измерений [ править ]
Типичная испытательная установка для тестирования стробоскопического эффекта показана на рисунке 3. Измеритель видимости стробоскопического эффекта может применяться для различных целей (см. IEC TR 63158 [10] ):
Публикация организаций по разработке стандартов [ править ]
Опасности на рабочем месте [ править ]
Стробоскопический эффект как причина производственного травматизма и предупреждение его образования
Стробоскопический эффект проявляется в искаженном восприятии движущихся частей оборудования. Например, вращающийся шкив кажется неподвижным или медленно вращающимся в обратную сторону. Это явление может возникнуть в результате совпадения частоты переменного тока (f=50 Гц) с кратностью числа оборотов вращающихся частей оборудования.
Стробоскопический эффект может возникнуть в производственных помещениях с системой освещения люминесцентными лампами, питаемыми переменным током.
Источником переменного тока являются генераторы, которые работают на принципе электромагнитной индукции, под действием которой в цепи протекает переменный электрический ток.
За период изменения ток дважды достигает своего максимального значения и дважды практически равен нулю. В результате люминесцентная лампа 100 раз в секунду зажигается и столько же гаснет, так как разряд в парах ртути тепловой инерционностью не обладает. В лампе накаливания этого не происходит благодаря высокой степени тепловой инерции вольфрамовой нити.
Явление стробоскопического эффекта может быть устранено применением специальных схем включения ламп в разные фазы двух- или трехфазной сети.
При этом происходит сдвиг фаз на 30 ток в сети выравнивается и не происходит отключения лампы (рис.).
Рис. Схема включения люминесцентных ламп в разные фазы
Для предупреждения образования стробоскопического эффекта рекомендуют, чтобы число ламп, светильников общего освещения в условиях производства было кратно трем при трехфазной или двум при двухфазной электрической сети в целях удобства включения их в разные фазы.