в чем опасность стробоскопического эффекта
Что такое стробоскопический эффект и как с ним бороться
Представьте себе вращающийся вокруг своей оси диск черного цвета, на край которого белой краской нанесена метка.
Допустим, вращение диска происходит с постоянной скоростью, равной 3000 оборотов в минуту. При постоянном освещении диска нам будет просто казаться, что его край имеет светлый оттенок.
Если теперь постоянное освещение заменить кратковременными вспышками света, ярко освещающими диск, которые будут иметь частоту, равную или немного отличающуюся от 3000 Гц, то у наблюдателя возникнет зрительная иллюзия, будто диск неподвижен или вращается медленно в ту или иную сторону. Такая зрительная иллюзия и называется стробоскопическим эффектом.
На основе стробоскопического эффекта работают, например, некоторые тахометры.
Есть в этом явлении и потенциальная опасность. При нарушении техники безопасности в машиностроительных цехах или в учебных мастерских, когда в шумной обстановке есть возможность свободного доступа к работающему оборудованию, отсутствует блокировка, нет ограждений, рабочему кажется, что отдельно стоящий станок шума не издает, и в силу стробоскопического эффекта возникает иллюзия, что подвижная часть машины стоит на месте.
Это может привести к несчастному случаю, ведь человек может получить опасное для жизни увечье. Причиной проявления стробоскопического эффекта в данном примере являются неправильно подключенные люминесцентные лампы, часто применяемые для освещения цехов и мастерских.
Дело в том, что люминесцентная лампа, включенная в электрическую сеть переменного тока, имеющего частоту 50 Гц, в силу отсутствия тепловой инерционности электрического разряда в парах ртути, мерцает с частотой 100 Гц. Так происходит по причине того, что ток в сети дважды за период достигает максимального значения и дважды снижается до нуля, вот и получается мерцание лампы.
Этому эффекту не подвержены лампы накаливания, ведь нить накала обладает значительной тепловой инерционностью и поэтому не мерцает. В случае же с люминесцентными лампами, если кратность оборотов шкивов, валов и прочих вращающихся частей оборудования совпадет с частотой мерцания лампы, то стробоскопический эффект будет иметь место и оборудование может показаться рабочему неподвижным или вращающимся очень медленно, что и представляет опасность.
Для устранения стробоскопического эффекта от люминесцентных ламп, необходимо питать несколько цепей таких ламп от разных фаз, либо вообще отказаться от использования люминесцентных ламп и прибегнуть к применению ламп накаливания или светодиодных систем освещения.
В простейшем случае, мерцание легко устраняется включением люминесцентных ламп в разные фазы, тогда свет никогда не гаснет полностью. Как правило, для надежного устранения стробоскопического эффекта таким способом, число ламп должно быть кратно двум для двухфазной сети и трем для сети трехфазной.
В обычных условиях, когда в распоряжении всего одна фаза, стробоскопический эффект можно легко устранить посредством парного включения люминесцентных ламп, когда одна из ламп подключается к сети через фазосдвигающий конденсатор или дроссель.
Благодаря реактивному элементу, между токами в двух лампах достигается такой сдвиг фаз, что когда первая лампа гаснет, вторая имеет максимальную яркость, и освещенность благодаря этому выравнивается.
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.
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
Негативные последствия стробоскопического эффекта
Раздел 3. Экологические проблемы воздействия искусственных источников электромагнитных излучений оптического диапазона на окружающую среду
Негативные последствия стробоскопического эффекта
1.Частота мигания ламп.
2.Использование стробоскопического эффекта в шоу.
3.Негативные последствия стробоскопического эффекта.
1.Частота мигания ламп
Пульсация светового потока возникает у источников света, которые работают на переменном токе. Это воспринимается как мигание света при пульсации светового потока. Частота мигания зависит от частоты переменного тока: 50 Гц или 60 Гц.
Пульсация источников света характеризуется коэффициентом пульсации, определяемым по соотношению максимальных и минимальных значений световых параметров. Подходы в определении коэффициента пульсации различны.
Например, в упрощенном виде коэффициент пульсации определяется из выражения:
, (1)
где Фмах, Фmin – соответственно, максимальное и минимальное значение потока излучения.
В этом случае максимальное и минимальное значение потока излучения находят по осциллограмме, которая представляет собой график колебания потока излучения (рис.1).
Рис.1. К расчету коэффициента пульсации по осциллограмме
Однако более точно коэффициент пульсации рассчитывается по формуле:
, (2)
где Фср, Еср – соответственно, средние поток лампы и освещенность из осциллограммы, определяемые как Ycp = S/l (S – площадь графика) из рис.2.
Рис.2. К расчету коэффициента пульсации по осциллограмме по площади графика
Значения коэффициента пульсации в некоторых световых приборах приводятся в таблице 1.
Таблица 1. Значения коэффициента пульсации в световых приборах
Тип источника в световом приборе
ДКсТ – дуговая ксеноновая трубчатая лампа в одной кварцевой разрядной колбе;
ДРЛ – дуговая ртутная лампа с люминофором;
ЛД – лампа дневного света;
ЛБ – люминесцентная лампа белого света;
ДРИ – дуговая ртутная лампа с излучающими добавками.
Пульсация светового потока приводит к стробоскопическому эффекту – ложному представлению о движении.
2.Использование стробоскопического эффекта в шоу
Стробоскоп (от греч. strobos – кружение, беспорядочное движение и skoрео – смотрю) изначально был прибором-игрушкой, представлявшей два диска, вращающихся на общей оси (рис. 1) (БСЭ).
На одном диске, как на циферблате часов, рисовались фигурки в различных фазах какого-либо повторяющегося процесса, например, отдельного положения движения шагающего человека. Ещё один диск, скреплённый с первым, прорезан радиальными 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 смещённых 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 и в шоу. 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 fcтp.
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., то есть 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, то есть последовательно в положениях О, 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. Этим объясняется стробоскопическая иллюзия, которую мы иногда видим в кино.
Стробирование применяют в телевидении, вычислительной технике и т. д. в системах, где необходимы выделение сигнала на фоне естественных или искусственных помех и корректировка отдельных характеристик сигналов.
В частности, стробирование находит применение в радиолокации – в системах поиска, сопровождения по дальности или по угловым координатам, при определении скорости цели. Так, если при определении дальности до цели с помощью импульсной радиолокационной станции известен интервал времени прихода импульса, отражённого от цели tи (то есть с точностью tи известно положение цели), то достаточно принимать отражённые импульсы (сигналы) лишь в течение этого времени, открывая вход приёмника стробирующим импульсом (стробом) длительностью tK, а остальное время держать приёмник «закрытым». В результате значительно снизится общий эффект действия помех и повысится помехозащищённость системы.
Стробоскопический эффект применяется еще в одной совершенно неожиданной области – в стробоскопии.
Стробоскопия (от греч. strobos – кружение, беспорядочное движение и skopeo – смотрю), наблюдение за движением голосовых складок (связок) методом непрямой ларингоскопии с применением прерывистого света.
Стробоскопия применяют для определения функциональных и органических поражений гортани.
Стробоскопия проводится при помощи стробоскопа (стробофона). Стробоскопия даёт возможность настраивать частоту световых импульсов на частоту колебаний истинных голосовых складок испытуемого. При использовании электронного стробоскопа настройка производится автоматически. Если частота световых импульсов совпадает с частотой колебаний складок, то они кажутся неподвижными. При искусственном сдвиге частоты световых импульсов по отношению к колебаниям голлсовых складок становятся видимыми их колебания.
Стробоскопическому эффекту посвящено практическое занятие.
3.Негативные последствия стробоскопического эффекта
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.
Стробоскопы 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 [БСЭ].
Негативные последствия стробоскопического эффекта проявляются в том, что вращающиеся объекты (например, узлы и детали токарного станка) кажутся неподвижными, что приводит человека к заблуждению. В итоге рабочий может получить травму.
Как известно, люминесцентные лампы могут вызвать стробоскопический эффект, при котором вращающиеся детали кажутся остановившимися.
Пульсации освещенности нормируют по коэффициенту Кп, численное значение которого зависит от разности максимальной Emax и минимальной Emin освещенностей по отношению к средней за период колебания:
. (24.1)
При этом коэффициент пульсации освещенности выражается в процентах.
Для исключения явления стробоскопического эффекта и поддержания гигиенических условий освещения устанавливают допустимые значения коэффициента пульсации освещенности, приведенные в табл.1.
Таблица 1. Допустимые значения коэффициента пульсации освещенности (по СНиП II-4-79)
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.