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, что такое "усталость света"?
Усталость света, анг. tired light - это явление потери энергии квантом электромагнитного излучения при прохождении космических расстояний, то же самое, что эффект красного смещения спектра далеких галактик, обнаруженный Эдвином Хабблом в 1926 г.
На самом деле кванты света, проходя миллиарды световых лет, отдают свою энергию эфиру, "пустому пространству", так как он является реальной физической средой - носителем электромагнитных колебаний с ненулевой вязкостью или трением, и, следовательно, колебания в этой среде должны затухать с расходом энергии на трение. Трение это чрезвычайно мало, а потому эффект "старения света" или "красное смещение Хаббла" обнаруживается лишь на межгалактических расстояниях.
Таким образом, свет далеких звезд не суммируется со светом ближних. Далекие звезды становятся красными, а совсем далекие уходят в радиодиапазон и перестают быть видимыми вообще. Это реально наблюдаемое явление астрономии глубокого космоса. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.