2008年5月5日

調速小風扇改造「頻閃觀測器Stroboscope」

在說頻閃觀測器之前,先瞭解我們視覺的一個特性-視覺暫留。

電影、電視、卡通利用視覺暫留,當每秒出現的畫面超過24格之後,我們就無法分辨各格了,這對動畫師來說是件好事,他只要為每秒的畫面畫出24格就行了。如果人眼的分辨頻率更高,例如高達3000格/每秒,動畫師可就累了,一秒鐘要有3000張畫面。如果真是這樣,動畫、電影可能永遠無法被發明出來。


頻閃觀測器(Stroboscope)可以發出高頻的閃光,凍結高速運動的物體影像,例如運轉中的馬達,或是落下的水滴。我用這幾張影像作說明,畫面中的灰圓圈會順時針快速旋轉,若是用等同轉速的相同頻率閃光去照它,他的位置就會被凍結,看起來就不會動(左圖)。但若是閃光頻率低於轉速,它還沒轉完一圈,就會被照到,因此看起來的連續畫面會是逆時針旋轉(中圖)。如果閃光頻率高於轉速,看起來就會依原本方向轉動。

所以只要知道頻閃觀測器的頻率,就可以知道待測物體的轉動頻率。


 

圖片來源:http://web.mit.edu/6.933/www/Fall2000/edgerton/www/stroboscope.html


在市面上當然可以買到專業的頻閃觀測器,不過價錢你也知道當然很貴囉。

這裡,我有簡單的作法,第一步就是拿改造好的調速小風扇,在上面接上一張黑色圓盤,圓盤上開了一道縫隙,簡單的步驟,立刻成為頻閃觀測器。


透過這個頻閃觀測器,去看家中的電風扇、電視、電燈,那些會閃的東西,甚至用手在後面晃也有意外的效果。
例如電扇在轉動,只要轉速相同,你就可以看見扇葉被凍結了。手在後面晃,則是會看見手停格的效果。

如果要增強效果,就拿個LED燈透過頻閃觀測去照,也有類似的效果。在演唱會或是舞廳裡,也常常會擺頻閃的放光器,讓表演者看起來就像是一格一格的慢動作。

另外也可以拿這組頻閃觀測器去看水龍頭滴下的水滴。水滴在滴下的時候,肉眼看是一條線,但是用頻閃的光去看,就會看見一顆顆的小水滴。水滴的間距要多近,就要看閃光的頻率了。

我還拿了這個東西去拍了轉動的硬幣,在大約七秒的時候,硬幣會停止轉動,但繼續移動,之後會逆轉再順轉。
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如果要知道自製的頻閃觀測器的閃動頻率,那就要再加一個套件。在電子材料行可以買得到這個「捍衛視覺閃光測頻器」(價錢300元),這可以用來測閃光的頻率,家裏的日光燈是每秒閃120次,電視閃60次。


拍這張照片的時候,閃光燈閃了一次,所以螢幕上顯示1



有了「調速小風扇改造頻閃產生器」再加上這個「捍衛視覺閃光測頻器」,就成了「阿簡牌捍衛視覺調速小風扇改造頻閃觀測器」啦!(忍不住佩服起自己)

弄這個東西,其實最終目的是要作這樣一件事情。去年我弄了垂直風洞裡的飛行種子,我一直很想知道:這些種子的旋轉速度在多少的時候,可以定點飛行,只要有這套東西,就可以拿來測囉。

不過我目前的東西還需要改良,例如光不夠強,套件沒有整合在一起。之後我的目標是,弄一個強力手電筒裝在機箱裡頭,配合調速馬達加上測頻器,整個作成一套,這樣真的就所向無敵了。

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