Практически каждый из нас сталкивался с лампами стробоскопами. Возможно, вы просто не знали, что именно так называется лампа, которая светит с регулярными вспышками света. Такие лампы могут давать около 150 вспышек в минуту, привлекая внимание к себе. Именно поэтому такие лампы активно используются сегодня в рекламной индустрии, при оформлении витрин, во время возведения различных конструкций к праздникам (например, новогодние иллюминации). Также их применяют в качестве предупредительных сигналов, в том числе и в современной автомобильной технике.
Лампа стробоскоп может быть ксеноновой или светодиодной. По ряду причин последние преобладают в списке предпочтений пользователей, практически вытеснив из рынка ксеноновые аналоги. Рассмотрим детальнее – как работает светодиодная лампа стробоскоп, в чем ее основные преимущества.
Основные принципы работы лампы стробоскоп
Главное отличие лампы стробоскоп от обычной лампочки – это импульсная подача светового потока. То есть, лампа загорается-выключается самостоятельно с определенным интервалом. Принцип ее работы основан на некоторых особенностях визуального восприятия человеком предметов на фоне вспышек света.
Лампы стробоскоп по типу источника освещения могут быть:
Светодиодные лампы стробоскоп отличаются также длительным сроком эксплуатации, что полностью окупает изначально высокую их стоимость по сравнению с другими вариантами.
Все чаще именно светодиодные стробоскопы выбирают потребители для монтажа в различные по типу и назначению конструкции. Особенно эффективны и востребованы такие лампы в рекламных конструкциях, так как позволяют привлекать внимание к вывеске или рекламе. Дело в том, что и без того яркое, но равномерное светодиодное свечение сменяется яркими вспышками, невольно привлекая внимание, ведь такие световые вспышки сложно не заметить.
Основные преимущества светодиодной лампы стробоскоп
Именно светодиодные стробоскопы сегодня самые популярные и распространенные. Они уверенно сдвинули своих конкурентов, удерживая пальму первенства. Это легко объяснить преимуществами, отличающими лампы стробоскоп со светодиодами от аналогов:
Применение светодиодных ламп стробоскопов позволяет создавать различные световые эффекты, при этом обеспечивая возможность регулирования яркости излучаемого света.
ВАЖНО! Длительная работа ламп в стробоскопическом режиме может привести к быстрому переутомлению глаз, поэтому это необходимо учитывать, подбирая режим свечения всей создаваемой конструкции в целом.
Где могут использоваться светодиодные лампы стробоскоп?
Сфера использования таких ламп на самом деле достаточно обширна и разнообразна. Условно их можно разделить на такие группы:
Лампы стробоскопы нашли широкое применение во многих сферах жизнедеятельности современного человека – от профессиональной деятельности до сферы развлечений. Но чтобы лампа стробоскоп была правильно подобрана и работала с максимальным эффектом, важно знать о ее разновидностях, особенностях и преимуществах. Это поможет потенциальным покупателям при выборе.
Импульсные лампы предназначены для получения весьма интенсивных вспышек света малой длительности. Подобные вспышки могут быть получены: 1) при сгорании алюминиевой фольги или проволоки в атмосфере кислорода (т.н. старинные лампы фотовспышки); 2) при взрыве тонких проволочек в результате разряда конденсатора через промежуток (пространство между электродами), заполненный каким-либо газом или парами металла при низком или высоком давлении; 3) при кратковременном включении сверх яркого светодиода.
Большинство современных газоразрядных стробоскопов наполняют аргоном, криптоном или ксеноном.
Рис. 1 Газоразрядные строб-лампы
Существует несколько основных типов импульсных ламп с указанными наполнениями: 1) шаровые лампы с малыми расстояниями между электродами, дающие предельно высокие яркости и наиболее короткие вспышки; 2) трубчатые лампы с большими расстояниями между электродами, дающие вспышки меньшей яркости и большей длительности, но обладающие лучшей световой отдачей и позволяющие получать вспышки значительно больших энергий.
Шаровая импульсная лампа представляет собой колбу из тугоплавкого стекла или кварца, наполненную инертным газом до давлений в несколько атмосфер, в которую впаяны два электрода на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга. Для поджига разряда обычно служит третий, так называемый зажигающий электрод, представляющий собой иглу из вольфрамовой проволоки.
Трубчатая импульсная лампа представляет собой наполненную инертным газом и запаянную трубку из тугоплавкого стекла или кварца с внутренним диаметром от нескольких миллиметров до нескольких десятков миллиметров, с торцов которой впаяны электроды. Давление наполняющего газа составляет обычно 50-100 мм. Рт. Ст. Длина трубок, в зависимости от назначения лампы, меняется для разных типов ламп от 5 до 200 см. Трубки длиной свыше 25-30 см в ряде случаев свиваются в виде цилиндрической спирали, что дает возможность получать более концентрированные источники света, пригодные для работы в обычных отражателях. Современные трубчатые импульсные лампы изготавливают на энергии вспышек от единиц Джоуля до несколько десятков тысяч Джоулей.
Рис. 2 Светодиодные строб-лампы
Схемы включения
На рис. 3 представлены принципиальные схемы включения импульсной лампы-вспышки. Схемы состоят из повышающего трансформатора и выпрямителя, дающих высокое напряжение для зарядки конденсатора. Для ограничения зарядного тока последовательно с конденсатором включается сопротивление или индуктивность. Иногда ограничение тока достигается путем применения повышающего трансформатора с магнитным рассеянием.
а- управление моментом вспышки при помощи подачи кратковременного (маломощного) импульса высокого напряжения на провод, навитый вокруг лампы, или на специвльный зажигающий электрод;
б- управление моментом вспышки при помощи тиратрона, включенного последовательно с импульсной лампой
Для управления моментом вспышки импульсной лампы применяют две схемы. В первой схеме (рис. 3, а) лампа постоянно подключена к конденсатору, но пробивное напряжение лампы выше напряжения на конденсаторе, так, что заряженный конденсатор не может самопроизвольно разрядиться через лампу. Для получения вспышки к лампе прикладывают кратковременный маломощный импульс достаточно высокого напряжения, который обеспечивает начало основного разряда. В импульсных лампах шарового типа управляющий импульс напряжения подается на специальный управляющий (зажигающий) электрод, впаянный в лампу. В трубчатых лампах для этой цели часто служат несколько витков проволоки, обвитых вокруг трубки. Во второй схеме управление моментом вспышки производится чаще всего при помощи тиратрона или другого специального прибора, включаемого последовательно с лампой (рис. 3, б)
Стробоскопическое освещение широко применяется в тех областях промышленности, где оператор должен наблюдать за процессом производства, но наблюдение затруднено из-за эффекта смазывания. Настройки стробоскопа и получаемый результат будут зависеть от области промышленности, процесса, продукта и внешнего освещения.
Что такое стробоскопическое освещение?
Стробоскоп – это источник света, который мгновенно загорается и потухает. Это инструмент для демонстрации и настройки движущихся или вибрирующих объектов с помощью подсвечивания их импульсными лампами для создания эффекта неподвижности.
Стробоскоп был изобретён в 1836 году Жозефом Антуаном Фердинаном Плато, профессором Гентского университета (Бельгия). В 1931 году профессор Массачусетского Технологического Института д-р Гарольд Юджин Эджертон разработал ксеноновую импульсную лампу. Благодаря этому изобретению стробоскоп получил применение ещё и в фотографии, а также во многих областях коммерции и промышленности.
Стробоскопическая лампа производит очень короткую вспышку света длиною в одну стотысячную секунды. Благодаря коротким вспышкам высокой интенсивности изображение предмета «застывает» на cетчатке глаза, создавая чёткий стоп-кадр. Если предмет продолжает двигаться, его движение воспринимается как серия стоп кадров, будь то движение бейсбольного мяча или танец человека под светом стробоскопа на дискотеке.
В основном люди сталкиваются с действием стробоскопа на дискотеках или при проведении осмотра двигателя с помощью стробоскопических ламп. В таких случаях частота вспышки достаточна низка, поэтому человек может с лёгкостью проследить паузу между вспышками лампы. При этом прибор, как правило, работает с частотой 10-30 вспышек в секунду (10-30 Гц) и создаёт эффект мерцания.
Когда лампа стробоскопа превышает скорость 60Гц, вспышки появляются настолько часто, что человеческий глаз не улавливаем момент включения/выключения света. Таким образом больше не ощущается раздражающего мерцания, как в вышеуказанных случаях.
Работа стробоскопов с частотой выше 60Гц внешне ничем не отличается от освещения люминесцентными лампами или лампами накаливания, кроме того, что стробоскоп освещает движущийся предмет, создавая его чёткое изображение, на котором фокусируется глаз.
Как работает стробоскопическая лампа?
Когда предмет движется быстро, то глаза не могут сосредоточиться на нём. В зависимости от скорости движения предмета по отношению к расстоянию от смотрящего предмет может казаться размытым (расплывчатым) изображением. Например, лопасти вентилятора при вращении кажутся полупрозрачной плоскостью. Наблюдатель пытается сконцентрироваться на лопастях, но так как они продолжают движение, глаза получают только размытую картинку:
Попытки сконцентрироваться на движущемся предмете ясно демонстрируют нам ограниченность нашего зрения. Реагирование глаза на свет можно сравнить с реакцией химических веществ на плёнке фотоаппарата. Когда свет попадает на химические вещества, они активируются и формируют изображение на плёнке. Если фотографируемый объект движется слишком быстро, изображение получается смазанным. Чтобы решить эту проблему, фотограф увеличивает выдержку затвора. При короткой выдержке сокращается время активации светом химического материала. Так как затвор открыт на меньший интервал времени, объект лучше фиксируется и получается менее размытым на плёнке. Таким образом, фотограф получает более чёткое изображение. Очевидно, что мы не можем увеличить частоту восприятия наших глаз, поэтому нам необходимо подобрать подходящий фотографический затвор, который не произведёт разрушающий, раздражающий или ограничивающий наши возможности эффект.
Вспышка стробоскопической лампы замораживает движение предмета так же, как это делает затвор фотоаппарата. На вспышку длиною 10-30 мкс сетчатка глаза реагирует как на стоп-кадр. Объект, движущийся со скоростью 600 м/мин, проходит расстояние в 0,1 мм за это время, и оно представляется настолько ничтожным, что глаз воспринимает его как отсутствие движения. Таким образом устраняется эффект размытости и повышается контрастность, которая имеет решающее значение для выделения и распознавания предмета. При увеличении частоты вспышки в поле зрения глаза прокручивается последовательность изображений, которая стимулирует выявление и идентификацию дефектов. Когда глаз видит один и тот же дефект несколько раз, он сосредотачивается на нём и дефект отпечатывается в сознании.
Синхронизация стробоскопической вспышки
При изменении времени появления вспышки стробоскопа или интервалов между вспышками (частоты вспышек) движущийся или вращающийся объект может казаться:
В вышеупомянутом примере с вентилятором лопасть будет казаться неподвижной, если вспышка будет синхронизирована с определённым положением лопасти при вращении. Это происходит оттого, что стробоскопическая вспышка отображает одно и то же изображение на сетчатке глаза. Поскольку сетчатка не видит движения лопастей между импульсами стробоскопа, глаз воспринимает это как состояние покоя.
Если стробоскоп синхронизирован на частоту вспышек, немного превышающую скорость вращения вентилятора, то лопасть не будет успевать принимать то же положение при возникновении следующей вспышки. В таком режиме на сетчатке глаза будет отображена последовательность положений лопасти с отклонением назад в каждом последующем кадре. Поэтому будет казаться, что вентилятор медленно движется в обратном направлении.
Рис1: Если кажется, что вентилятор движется в обратную сторону, то частота стробоскопической вспышки выше скорости вращения лопастей:
Если стробоскоп синхронизирован на частоту вспышек, немного отстающую от скорости вращения вентилятора, то лопасть будет вставать в то же положение раньше возникновения следующей вспышки. В таком режиме на сетчатке глаза будет отображена последовательность положений лопасти с отклонением вперёд в каждом последующем кадре. Поэтому будет казаться, что вентилятор медленно движется вперёд.
Рис2: Если кажется, что вентилятор движется вперёд, то частота стробоскопической вспышки ниже скорости вращения лопастей:
Наблюдение за технологической линией без отпечатанного изображения
При наблюдении линейно движущейся линии, например, при обработке стали, можно наблюдать аналогичный с вентилятором алгоритм.
При наблюдении технологических линий важно поддерживать частоту вспышки выше значения 50-60 Гц. Так как при отсутствии повторяющегося шаблона глаза не могут зафиксироваться, необходимо преодолевать частоту мерцания. В таком случае устанавливается такая частота вспышки лампы, которой будет достаточно, чтобы зафиксировать «зернистую структуру» поверхности. Обычно частота составляет 65 до 85 вспышек в секунду, что значительно превышает обнаруживаемую частоту мерцания. Зерновой рисунок металлической поверхности на полосе может казаться неподвижным или «плавающим». Увеличивая или уменьшая частоту вспышки, вы можете передвигать зернистую структуру вперед или назад по полосе. После того, как вы зафиксировали зернистую структуру, любой дефект, выбивающийся из обычной схемы прокатки, будет легко обнаружить. Такая зернистая структура является результатом процесса шлифовки валов конвейера при прокатке, которые передают свой рисунок прокатываемому материалу.
Возможно, вы столкнётесь с материалом без зернистой структуры. Например, такое можно наблюдать, когда поверхность валов конвейера гладкая, т. е. они изготовлены из нержавеющей стали высокого качества. В таком случае рекомендуется настроить частоту вспышек выше 70 Гц.
Инерция зрения
Существуют ошибочные представления о работе стробоскопов, которые необходимо прояснить.
Часто с работой стробоскопа ассоциируется мерцание. Благодаря феномену инерции зрения при высокой частоте вспышки мерцание не наблюдается. Лампа стробоскопа быстро включается и выключается каждую секунду, при этом каждая вспышка длится только 10 мкс за импульс. Из математического соотношения видно, что свет практически никогда не включён. Даже при частоте 60-100 Гц лампа находится в выключенном состоянии 99% времени. Тем не менее, глаз поглощает свет подобно тому, как губка впитывает влагу. Губка впитывает влагу быстро, но испаряет её очень медленно. Вспышка света активирует химические вещества глаза. Когда свет выключается (или в нашем случае в промежуток между вспышками) реакция на химические вещества угасает экспоненциально и занимает 350 мс до полного угасания. При частоте вспышки выше 60 Гц химические вещества активируются заново быстрее, чем угасает свет, поэтому глаз не улавливает пауз между вспышками. Фотохимический процесс глаза, заключающийся в удерживания света, называется «инерцией зрения».
Каждый световой импульс освещает предмет только в течение одной стотысячной секунды или при частоте 60 Гц 6/10 000 секунды. Но при частоте выше 50-60 Гц благодаря инерции зрения промежутки темноты нивелируются и предмет кажется непрерывно освещённым.
Именно из-за инерции зрения вы не замечаете отдельных кадров кино- или телеизображения, частота которых не превышает 48-60 вспышек в секунду. Ниже представлен раскадровка обычного кинофрагмента. По этой же причине вы видите пятно после того, как вы делаете снимок с включённой вспышкой фотокамеры. Вспышка перегружает химическую реакцию сетчатки глаза, и пятно остается там на какое-то время.
Наблюдение за технологической линией печати
В определённых областях применения, таких как полиграфия, частота вспышки, скорее всего, будет ниже 50 Гц и световой импульс будет заметен. И в этом случае благодаря инерции глаза вы не будете испытывать дискомфорт, потому что передаваемое на сетчатку глаза изображение будет оставаться там до тех пор, пока следующая вспышка не обновит изображение.
Подобно лопастям вентилятора, синхронизированным со вспышкой, печатная серия также будет казаться неподвижной. Глазам станет дискомфортно, только когда частота будет ниже 20 Гц. Тем не менее, такая частота вспышки допускается и в определённых случаях понижается до 5 Гц.
Яркость против чёткости
Многие люди считают, что если на поверхность быстродвижущегося объекта падает большое количество света, то дефекты этого объекта будет легче рассмотреть.
Вернёмся к описанию работы глаза, когда на плёнке фотоаппарата появляется размытый снимок из-за продолжительности движения во время открытия затвора. Если вы не можете управлять выдержкой камеры (или глаза в данном случае), всё, что вы получаете от яркого света – это более яркий эффект смазывания.
Поскольку у глаза нет затвора, мы создадим эффект затвора с помощью импульсной лампы стробоскопа. Лампа стробоскопа создаёт короткий световой импульс. Как упоминалось ранее, свет не горит 99% времени. Это отличается от действия ламп накаливания, люминесцентных, ртутных и галогенных ламп. Такие лампы образуют непрерывный свет, который постоянно активируют химическую реакцию глаза. Именно поэтому при таком непрерывном свете вы наблюдаете призрачные или размытые изображения быстродвижущихся предметов. При правильной установке прибора всего нескольких сотен люксов стробоскопического света достаточно для рассмотрения мельчайших деталей. Короткий импульс света действует подобно затвору, передавая серию чётких, ясных изображений на сетчатку глаза наблюдателя. Квалифицированные инспекторы и операторы прокатного стана, которые имеют представление о дефектах поверхности, могут незамедлительно выявить изъяны при скорости до 2000 м/мин.
Неопытным операторам будет легче определять дефекты при стробоскопическом освещении, и они быстро научатся выявлять дефекты производства.
Влияние внешнего освещения на стробоскопическое
Стробоскопический эффект снижается, если стробоскопическое освещение смешивается с внешним освещением. Для достижения необходимого стробоскопического эффекта стробоскопическое освещение должно быть в 4 раза сильнее внешнего. Под внешним освещением понимается весь свет, который прямо или косвенно попадает на осматриваемую поверхность, т.е. свет от ламп накаливания, люминесцентных, кварцевых, натриевых/ртутных ламп, а также и естественный свет. В некоторых случаях необходимо принять меры по уменьшению интенсивности данных видов освещения.
Рис: Ослабление стробоскопического эффекта при соотношении внешнего и стробоскопического освещения 1/1 вместо 1/4:
При усилении внешнего освещения стробоскопический эффект ослабевает. В таком случае следует либо установить стробоскоп ближе к поверхности, либо усилить стробоскопическое освещение, либо оборудовать колпак для защиты наблюдаемой зоны от внешнего света.
Стробоскопическое освещение в промышленности
При использовании стробоскопа для наблюдения за движущимся объектом свет оказывает такое же влияние на глаза, как и вспышка фотокамеры на плёнку. Каждый импульс стробоскопа даёт чёткое, ясное изображение, поэтому можно рассматривать мельчайшие детали объекта или поверхности на высоких скоростях без возникновения эффекта смазывания. Именно по этой причине стробоскопическое освещение используется как инструмент для визуального осмотра невооружённым глазом многих непрерывных процессов, а также для усовершенствования анализа движения или видеографии.
Стробоскопическое освещение широко применяется в тех областях промышленности, где оператор должен наблюдать за процессом производства, но наблюдение затруднено из-за эффекта смазывания. Настройки стробоскопа и получаемый результат будут зависеть от области промышленности, процесса, продукта и внешнего освещения.
Существует два основных типа процессов, для наблюдения которых используется стробоскоп: вращательные и линейные:
С развитием технического прогресса многие привычные для человека устройства переросли свой привычный утилитарный уровень, обусловленный необходимостью, и органично вписались в сферы, не столько практически полезные, сколько служащие для услажденья глаз и душевной радости.
В первую очередь, это положение относится к осветительным приборам. Современные элементы света предлагают не просто световой луч, избавляющий от ночной темноты и обеспечивающий относительную безопасность, но настоящий комфорт и хорошее настроение.
Яркий свет, разноцветные огни и пульсирующие вспышки, ассоциируются в нашем сознании с праздничным весельем. Люди охотно посещают кафе и магазины, которые привлекают сияющими вывесками и витринами, засматриваются на рекламу, которая красиво оформлена световой декорацией.
Но особенное внимание вольных или невольных зрителей притягивают световые композиции с использованием эффекта лампы – вспышки, по-другому: стоб-лампа или стробоскоп. Пульсация света частотою: 50 – 60 раз в минуту, воздействуя через сетчатку глаза на зрительный отдел головного мозга, создает удивительный эффект задержки изображения. Это настолько необычно, что полностью поглощает внимание человека, заставляет отвлечься от навязчивых рутинных размышлений.
Строб-лампы известны не первый день, но наиболее совершенные элементы света, относящиеся к этой категории, появились, когда вместо нити накала стали использовать особые полупроводники. Светодиодные стобоскопы имеют значительные преимущества перед газоразрядными лампами:
— экономичный расход электроэнергии; — длительный срок эксплуатации, в два-три раза превышающий характеристики аналогов; — широкий цветовой спектр; — соответствие экологическим нормам; — безопасность.
Первые два пункта преимуществ с лихвой перекрывают издержки связанные с достаточно высокой стоимостью светодиодных приборов. Рекламные баннеры и праздничные гирлянды включаются и горят на протяжении всего темного время суток. Замена элементов фасадной подсветки и рекламных щитов требует привлечения специалистов, а это дополнительные расходы.
Рабочая температура светодиодных стробоскопов не угрожает возгоранием при контакте с любыми материалами.
В нашем интернет-магазине shop220.ru вы найдете самый обширный ассортимент цокольных и накладных светодиодных строб-ламп. Красочная палитра включает несколько самых активных, хорошо сочетающихся цветов: оранжевый; красный; синий; зеленый; желтый.
