Типичный стробоскоп, назовём его активным, освещает объект лампой-вспышкой, и можно наблюдать момент каждого интервала движения. Но недостатком такого стробоскопа является то, что он не может работать в световой среде. Он может работать только в затемненном месте, таком как темная комната, на улице ночью и в любом другом месте с малым освещением. Если объект наблюдения представляет собой смену света, то наблюдение света с освещением также физически невозможно. Чтобы решить эти проблемы, вместо лампы-вспышки можно наблюдать за движением объектов через оптический затвор, который работает с постоянными интервалами. Это как в фильме эффект вращения колеса телеги или медленное мерцание люминесцентной лампы.

Оптический затвор должен работать со скоростью 100 циклов в секунду или выше, с точным интервалом. Поворотный затвор как раз подходит для такого использования. На изображении показана основная конструкция поворотной заслонки. Она состоит из вращающегося диска (диска затвора) с одним или несколькими отверстиями, и фиксированного отверстия, расположенного рядом с диском затвора. Затвор открывается каждый раз, когда диафрагма на затворном диске выходит на фиксированную диафрагму за счет вращения диска.

Меньшая диафрагма дает более короткую выдержку и четкое изображение с меньшим размытием движения. Но она не может быть слишком маленькой, потому что угол обзора сужается, а изображение темнеет.

Время выдержки в этом проекте составляет 1/80 интервала. Может показаться что время срабатывания затвора слишком мало, но изображение получилось не таким темным, как ожидалось. Это связано с тем, что светочувствительность человеческого глаза находится в логарифмической (примерно 0,3 гамма) интенсивности света.

Картинка показывает саттер-диск. Поскольку поворотный затвор должен вращать диск затвора с постоянной скоростью, он управляется с помощью сервомеханизма. Приводной двигатель, используемый в этом проекте, представляет собой шпиндельный мотор для проигрывателей компакт-дисков, который можно найти на разборке. Диск затвора прикреплен к валу двигателя и приводится в действие напрямую. Для диска заслонки подходит тяжелый материал, потому что стабильность вращения увеличивается по мере увеличения инерции. Как показано на схеме, расация диска обнаруживается с помощью оптического кодировщика (фотоотражатель и световозвращающие ленты, нанесенные на диск).

Принципиальная схема контроллера

Источник питания для привода шпиндельного двигателя генерируется повышающим преобразователем постоянного тока от обычного литий-ионного аккумулятора 3,7 В. Двигатель приводится в движение полумостовым драйвером, поэтому он может работать симметрично в определенном диапазоне и быстро реагировать. Стабилитрон в драйвере мотора предназначен для разряда регенерированной энергии, но его можно не использовать. Микроконтроллер ATmega32.

Программное обеспечение МК

Самая важная функция программы – сервоуправление скоростью вращения диска (выдержка). Вот схема обработки сервооперации, реализованной в этом проекте. Отклик скорости вращения на приложенный крутящий момент можно рассматривать как модель ступенчатого отклика первого порядка, и она должна управляться простым методом включения / выключения (бесконечное усиление по P). Но такой контур очень нестабилен и легко колеблется, потому что в нём есть некоторые скрытые факторы задержки, такие как интервал управления и измерение скорости вращения. Таким образом, реализовано простое импульсное регулирование для сервоприводов.

Сервоуправление выполняется фоновой задачей, запускаемой интервальным таймером с частотой 50 раз в секунду. Чтобы упростить схему драйвера двигателя, команда крутящего момента на мотор управляется только при компенсации прямой связи путем оценки обратной ЭДС двигателя вместо использования цепи измерения тока.

Напряжение, приложенное к двигателю, выводится с помощью драйвера ШИМ, правда 8-битное разрешение ШИМ недостаточно для стабильной работы. Чтобы решить эту проблему, обеспечивается более высокое выходное разрешение в методе дизеринга в 10 раз быстрее, чем интервал управления.

Чтобы получить точную скорость вращения при низкой частоте импульсов (8 импульсов на оборот) через каждые контрольные интервалы ее измеряют при обратном счетчике. Но обратный счет имеет недостаток, заключающийся в значительной ошибке измерения, вызванной небольшим дрожанием входных импульсов.

При первом тесте обнаружили нестабильность скорости вращения при настройке низкой скорости. После некоторой отладки стало понятно что фактор нестабильности связан с ошибкой измерения, вызванной небольшой ошибкой положения отражателей, и снова осторожно положили отражатели на диск затвора. В общем операция достаточно кропотливая.

Элементы управления пользовательского интерфейса обрабатываются задачей переднего плана. Нажатие джойстика «Вверх» / «Вниз» изменяет скорость затвора в диапазоне от 5 до 180 в сек. Разрешение скорости затвора составляет 0,1 шага в секунду, но скорость увеличения / уменьшения увеличивается в два этапа для быстрого изменения значения. Центральный вход джойстика управляет током. Напряжение аккумулятора контролируется во время работы. Когда напряжение батареи становится ниже 3,7 вольт, отключается питание для защиты литий-ионного элемента. Скачать файлы

Видео эффекта пассивного стробоскопа