Например TDA7294

РадиоКот > Схемы > Цифровые устройства > Автоматика

Скоростная фотография — это очень просто!

Автор: Максим
Опубликовано 23.08.2012.
Создано при помощи КотоРед.

 Чем толще кот — тем длиннее хвост!

К. Маркс.

Многие из вас в печатных изданиях и интернете видели фотоснимки, запечатляющие очень скоротечные моменты: взрыв гранаты, пролёт пули через какой-либо предмет или лопанье обычного воздушного шарика. Некоторое время назад я заинтересовался технологией получения таких снимков и изготовил несложную установку, позволяющую при наличии практически любого фотоаппарата получать снимки с выдержкой до 1/300 000 секунды в нужный момент времени. В этой статье я расскажу об установке и технике работы с ней. Повторив приведённые схемы вы получите неплохой опыт работы с высоковольтной установкой с импульсной мощностью более десятка мегаватт, для сборки которой не требуется редких или дорогих деталей.

Предупреждение: В установке используется высокое напряжение 4200 вольт. При работе необходимо строго соблюдать правила электробезопасности. Прикосновение к токонесущим частям высоковольтного блока может быть смертельно.

Для начала — немного теории.

Для получения скоростных снимков нужна не только и не столько короткая выдержка сколько точная синхронизация момента съёмки с процессом, который мы хотим заснять. Степень точности зависит от характера процесса: чтобы снять водяную «корону», поднимаемую падающим в воду предметом, достаточно единиц-десятков миллисекунд. Если наш объект — летящая пуля то точность синхронизации должна быть примерно в тысячу раз выше.

Механические фотоаппараты с центральным затвором обладают достаточно быстрой реакцией на нажатие кнопки спуска. Так, затвор от среднеформатного фотоаппарата «Москва» полностью открывается через 3-4 мс после его приведения в действие, но не позволяет делать выдержки короче 1/250с, что для наших целей очень долго.

Современные цифровые зеркальные фотоаппараты имеют задержку от нажатия кнопки до срабатывания затвора порядка 100 мс, причём это время варьируется в небольших пределах от снимка к снимку и зависит от многих факторов: от диафрагменного числа и механических свойств объектива до температуры и состояния аккумулятора. Например, в моём canon 350D при снижении остаточного заряда аккумулятора ниже некоторого уровня это время возрастало скачком на 20-30мс. Несмотря на возможность снимать с выдержкой 1/4000 или даже 1/8000 секунды такие фотоаппараты для скоростной съёмки без вспомогательных устройств совершенно непригодны.

Если стоит задача простым способом получить микросекундную выдержку и точность то у любителя остаётся один путь: съёмку производить в темноте на длинной выдержке, а в нужный момент поджигать мощную газоразрядную лампу-вспышку. Длинная же выдержка (1-4 секунды или вообще «от руки») есть даже в самом простом фотоаппарате. Серийные фотовспышки имеют очень большую длительность импульса (0.1-2 мс), поэтому вспышку мы изготовим самостоятельно.

А теперь — практика.

Опыт показывает что газоразрядные лампы-вспышки высокого давления поджигаются очень быстро — за доли-единицы микросекунд, это время стабильно.

Для построения вспышки я использовал лампу-вспышку типа ИСШ100-3, которую удалось приобрести по объявлению в интернете. Лампа хороша тем что может давать вспышки приличной энергии — 50 джоулей за единицы микросекунд. Для того чтобы быстро отдавать такую энергию были использованы импульсные конденсаторы К75-74 питерского завода «элкод». Надо отметить что в отделе сбыта завода с пониманием отнеслись к моей проблеме и довольно быстро продали с доставкой 6 таких конденсаторов, за что им отдельное спасибо.

 

 

Основу вспышки составляет обратноходовый повышающий преобразователь напряжения, выполненный на распространённой микросхеме D1 типа TL494, мощном MOSFET VT1 типа IRF540 и «строчнике» от любого подходящего монитора. Такой трансформатор будет иметь большой запас по напряжению, независимо от того из какого монитора он взят, поэтому подойдёт любой. На нём нам надо найти самую низковольтную обмотку, она будет иметь самую низкую индуктивность и сопротивление постоянному току, её используем в качестве первичной. Поджигающий трансформатор Т1 наматывается на куске ферритового стержня длиной 40мм от любого транзисторного приёмника, его первичная обмотка содержит 3 витка провода диаметром 1-1.5 мм, вторичная — 300 витков провода диаметром 0.15-0.2мм. Следует уделить повышенное внимание изоляции вторичной обмотки: импульсное напряжение на ней будет достигать 10-15 кВ, поэтому идеальным будет залить весь трансформатор парафином или эпоксидкой в подходящей по размеру формочке. Конструктивно преобразователь и блок лампы разделены, в блоке лампы находятся накопительные конденсаторы C8-C11, сама лампа и все цепи поджига. Резисторы R12-R15 должны быть расчитаны на рассеиваемую мощность 20 Вт, их можно изготовить из куска толстой нихромовой проволоки, намотав встречно-параллельно для уменьшения индуктивности. Резистор R16 — двухваттный.Транзистор VT1 расположен на радиаторе размером с сигаретную пачку.

Конденсаторы C8-C11 использованы типа К75-74. При отсутствии конденсаторов данного типа можно применить любые, нормально работающие в цепях большого импульсного тока, например К75-30. От суммарной ёмкости зависит получаемая энергия импульса, на практике неплохой результат достигался даже с одним конденсатором на 1 мкФ*5кВ.

Блок лампы размещается в пластиковом корпусе с толстыми стенками из соображений электробезопасности. Во время свечения лампы импульсный ток в её цепи достигает нескольких тысяч ампер, для уменьшения помех другим устройствам надо стараться делать индуктивность цепей лампы минимальной использованием толстых проводов и медной ленты.

Лампа размещается в круглом отражателе от старой фотовспышки на лампе ИФК-120.

К расположению деталей блока преобразователя особых требований нет.

Для контроля выходного напряжения преобразователя в процессе запуска и настройки подойдёт обычный тестер с входным сопротивлением 10 МОм с подключенными последовательно 9 резисторами по 10 МОм каждый, расширяющими его предел измерения до 10 кВ. Напряжение, установившееся на накопительных конденсаторах, должно находиться в пределах 4100-4300 вольт, в противном случае следует подобрать резистор R1.

Ведущее число полученной вспышки — около 7, длительность импульса — порядка 3 мкс.

При уменьшении ёмкости накопительного конденсатора до 1 мкФ ведущее число упадёт примерно до 3, длительность импульса уменьшится до 1.5 мкс.

 

 

С выдержкой разобрались, теперь разберёмся с синхронизацией.

 

 

Синхронизатор построен на микроконтроллере pic16f628a и имеет простую программу генерации временных задержек от нуля до 99 мс. Задержка выставляется кнопками «меньше» и «больше» шагами по 1 мс и отображается на светодиодном индикаторе. Сигналом к началу рабочего цикла задержки является изменение логического уровня на 17 выводе микроконтроллера. После окончания времени задержки на 18 вывод выводится положительный импульс длительностью несколько сотен миллисекунд, по фронту которого запускается вспышка, подключенная к разъёму «синхроконтакт». Следует отметить что этим синхронизатором можно запускать практически любую «фирменную» вспышку, подключив её к разъёму. Также можно синхронизировать и сам фотоаппарат, соединив разъём синхроконтакта синхронизатора с разъёмом внешней кнопки фотоаппарата.

К синхронизатору можно подключать как оптический датчик (светодиод D2 и фотодиод VD1 на схеме), так и микрофон — обычный электретный от любого импортного телефонного аппарата, подключив его вместо фотодиода. Потенциометром R18 регулируется чувствительность датчика, при оптимальном его положении при закрывании луча между светодиодом D2 и фотодиодом VD1 должен загораться контрольный светодиод D1.

К фотодиоду датчика особых требований нет, важно только чтобы его ёмкость была небольшой — в пределах сотен пикофарад. У меня используется фотодиод от оптического датчика старого дисковода. Кабель от датчика к синхронизатору лучше не делать длиннее пяти-семи метров.

Пример конструкции датчика вылета пульки из воздушки:

 

 

 

Техника готова — приступим к испытаниям.

Для начала оценим минимальное время задержки всей нашей системы: ставим задержку на ноль, фотоаппарат — на штатив, выдержку — от руки, выключаем свет, открываем затвор фотоаппарата, стреляем из воздушки, закрываем затвор, включаем свет и смотрим результат:

 

 

Как видим, вспышка сработала в тот момент когда пулька перекрыла луч своей серединой. Это отлично!

Теперь ставим задержку на 1 мс и измеряем скорость пульки. В таких масштабах времени это несложно сделать линейкой по положению пульки, занимаемому через 1 мс после пролёта датчика. Также несложно оценить степень замедления пульки после пролёта каких-либо препятствий.

 

 

Испытаем работу системы с микрофоном в качестве датчика. Задержку можно поставить на ноль и регулировать положением микрофона: 33 сантиметра звук в воздухе преодолевает за 1 мс. Взрыв петарды, засунутой в яблоко:

 

 

Лопанье воздушного шарика ножиком:

 

 

 

Ну вот и всё.

Удачных снимков, и много пива не пейте!

 

 

 


Файлы:
Прошивка


Все вопросы в Форум.


ID: 1358

Как вам эта статья?

 Нравится
 Так себе
 Не нравится

Заработало ли это устройство у вас?

 Заработало сразу
 Заработало после плясок с бубном
 Не заработало совсем

27
1
Подробно