Для визуального контроля (и не только) быстротекущих процессов широко применяются стробоскопы. С развитием светодиодной технологии все чаще встречаются светодиодные стробоскопы. Их даже встраивают как опцию в светодиодные фонарики. А при самостоятельном изготовлении стробоскопа чаще всего выбор падает именно на светодиодный стробоскоп. Но вот тут и возникают "подводные камни", которые и отличают любительский стробоскоп от профессионального стробоскопа. По ссылке https://www.checkline.com/stationarystroboscopes можно ознакомится с ценами на профессиональные стробоскопы.
При использовании светодиодного стробоскопа многие отмечают, что яркость значительно уступает ксеноновым ламповым стробоскопам. А при увеличении яркости вспышки изображение становится нечетким, смазанным. Давайте рассмотрим различия в работе ксенонового лампового и светодиодного стробоскопа. В качестве испытуемого был взят стробоскоп фирмы UNILUX с ксеноновой лампой.
Данный стробоскоп используется на технологических линиях, конвейерах, в печатном оборудовании для визуального и машинного контроля продукции. К сожалению, как показала практика, ресурс работы данного стробоскопа в режиме 24/7 составляет чуть больше года.
Была поставлена цель сделать максимально полный аналог на светодиодах. Для этого были проведены измерения параметров вспышки лампового стробоскопа. Поскольку у меня отсутствует доступ к профессиональным средствам измерения, то были использованы различные фотодатчики, изготовленные из подручных средств. Оказалось, что фоторезисторы плохо подходят для наблюдения импульсов вспышки. Они обладали довольно большой инерционностью. Поэтому в качестве фотодатчиков использовал диоды в стеклянном корпусе Д2Е, Д219А и транзистор МП40 со снятой крышкой.
Все они подключались через токоограничительный резистор 3,3 кОма. На фото с транзистором этот резистор в SMD-исполнении.
Ниже представлены осциллограммы, полученные с использованием данных фотодатчиков.
Как ни странно, но формы импульсов разные. Примечание: На транзисторе МП40 он ещё и инвертирован, но это связано со способом подключения щупов осциллографа и на форму никак не влияет - кто ещё не понял.
Также на всех осциллограммах перед основным всплеском виден маленький выброс - видимо это поджигающий разряд. Мне понравился импульс, полученный с помощью фотодатчика на базе транзистора МП40 со снятой крышкой, его и возьмём за основу. Видимо форма импульса связана с насыщением базового p-n перехода. В пользу этой теории говорит осциллограмма, снятая с матовым экраном между стробоскопом и транзистором, на которой видно плавное угасание. Такой же эффект достигается, если стробоскоп отодвинуть подальше от фотодатчика.
Как-бы то ни было, видно, что максимальная длительность вспышки лампового стробоскопа составляет не более 50 микросекунд. Что вполне согласуется с практикой. Небольшое отступление. Стробоскоп я использую в полиграфии для контроля качества отпечатанного материала на скорости 300 метров в минуту, то есть 5 метров в секунду. При длительности вспышки (50 мкс = 0,000050 с) материал успевает продвинуться на 5000*0,000050=0,25 миллиметра. Такая длительность позволяет рассмотреть достаточно мелкие элементы печати.
Схема стробоскопа показана ниже. Вариант с биполярным транзистором.
Также к статье в архиве приложены файл печатной платы, проект в Proteus, HEX-файл и исходный текст программы для микроконтроллера PIC12F683. Программа написана на языке BASIC в среде OSHON PIC SIMULATOR IDE. Программа довольно полно комментирована и, думаю, заинтересованные в ней легко разберутся. Печатная плата рассчитана на установку как биполярного транзистора, так и MOSFET. Если используется биполярный транзистор, то желательно использовать составной с максимально большинство коэффициентом передачи тока. Стробоскоп может работать как самостоятельно с заданной частотой (задаётся потенциометром RV1), так и от импульсов синхронизации, поступающих через оптопару U2 от внешних датчиков (например от датчика контрастной метки). На схеме обозначена оптопара PC817, но на плате предусмотрена установка оптопары АОТ101, она двухканальная, и на практике используется только один канал этой оптопары. Просто у меня эти оптопары валяются без дела, вот их и применил. Для работы от внешней синхронизации потенциометр по схеме должен быть выставлен вверх к питающему напряжению. При симуляции в Proteus это легко наблюдать. На схеме не указаны конденсаторы. На плате они обозначены. Ёмкость электролитических конденсаторов должна быть как можно больше. Дело в том, что схема работает в импульсном режиме и сопротивление/индуктивность питающих проводов может тоже играть большую роль. Но это уже зависит от конкретной реализации. Допустим у меня в одном из стробоскопов блок питания 220 -> 24 Вольта реализован в корпусе стробоскопа, длина проводов по цепи 24 Вольта минимальна. Так там ёмкости конденсаторов по 470-1000 мкФ, что, так скажем, весьма посредственно. Поэтому в списке применённых элементов (прикреплён к статье) конденсаторы просто не указаны. Да и к номиналам резисторов схема не критична.
Схема стробоскопа, как видно, проста и основные трудности возникли при выборе светодиодов, способных дать световой поток достаточной яркости при таком коротком импульсе. Как оказалось большинство светодиодов за такой короткий импульс даже просто не успевают включиться. В итоге остановился на светодиодах мощностью 3 Ватта, которые были соединены группами последовательно по три штуки. Сами группы уже были соединены параллельно. Всего 48 светодиодов. В итоге получился стробоскоп на фото ниже.
Но самые хорошие результаты получились при использовании блока светодиодов от фирменного стробоскопа. Данные светодиоды размещены и приклеены к алюминиевой пластине, которая служит и теплоотводом.
Изначально в оригинале вышла из строя сама начинка, которая была заменена. И сейчас данный стробоскоп верой и правдой служит более 2-х лет на производстве. О чем и показывает приложенное видео.
Особо хочется отметить, что в цепи светодиодов нет токоограничительного резистора. Импульс настолько короткий, что светодиоды просто не успевают сгореть даже при питании схемы от 24 Вольт. Как показывает практика - светодиоды работают уже больше 2-х лет в режиме 24/7. И ниже представлена осциллограмма с фотодатчика на основе транзистора МП40 при работе переделанного стробоскопа со светодиодами от фирменного стробоскопа. И практически отсутствует пологий задний фронт, что говорит об отсутствии послесвечения люминофора на светодиодах.
Таким образом можно сделать вывод, что стробоскопы на светодиодах для наблюдения за быстротекущими процессами должны строиться на специальных светодиодах повышенной мощности и с минимальным временем свечения люминофора светодиода. Большинство обычных светодиодов просто не смогут отработать столь короткий импульс, а даже если и отработают, то люминофор даст большое время послесвечения и изображение будет нечётким, смазанным.
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- Strob.zip (54 Кб)
Автор: sergej_shaggy