Hệ thống chuông nước để chụp ảnh tốc độ cao

Mỗi năm, tôi cập nhật các thí nghiệm trong bộ sưu tập của phòng thí nghiệm nhiếp ảnh Tốc độ cao tại Học viện Công nghệ Rochester (RIT). Một trong những bổ sung của năm nay là chuông nước chạy bằng không khí. Trong thí nghiệm này, áp suất không khí được sử dụng để đẩy một cột nước theo phương thẳng đứng. Đỉnh của cột nước này tự rơi trở lại khi đáy của cột vẫn đang dâng lên. Điều này tạo ra hai khối nước va chạm trong không khí. Quả chuông được tạo ra do cột nước rơi xuống bị cột nước ngược lại ép thành hình chuông.

Gần đây, loại hệ thống này đã thu hút sự chú ý của tôi bởi việc sử dụng nó trong một số quảng cáo. Việc xây dựng thiết bị này rất đơn giản và không tốn kém, giả sử rằng bạn có quyền truy cập vào một máy nén khí cửa hàng nhỏ.

Máy nén khí có bộ điều chỉnh tích hợp được đặt ở 35 psi và tôi sử dụng van khí thường đóng 12V DC. Vì van không khí phải được điều khiển chính xác, tôi sử dụng Arduino để tạo xung điện áp để mở van. Trong hình trên, van khí đã mở trong 65 mili giây.

Có một số cách để điều khiển đèn flash và ở đây tôi đã sử dụng một công tắc sậy đơn giản để điều khiển đèn flash Profoto B1X 500 ở một trong những cài đặt nhanh nhất. Đèn nháy có thể được kích hoạt từ Arduino hoặc có thể sử dụng bộ kích hoạt IR để tắt đèn nháy khi chuông nước đã tăng đến độ cao mong muốn. Làm việc với các sinh viên, tôi thường sử dụng IR trigger vì đó là một kinh nghiệm tốt. Chuông báo nước rất dễ lặp lại nếu nước được đổ đầy đến cùng một vị trí cho mỗi lần thử.

Trên đây là chuỗi hình khối điển hình từ hệ thống chuông nước. Được chụp bằng máy ảnh Chronos chạy ở tốc độ 1057 khung hình / giây (www.krontech.ca). Đèn LED màu xanh ở dưới cùng của mỗi khung là chỉ báo bật khi van khí được mở. Thời điểm bắt đầu của đèn màu xanh lam là một tham chiếu để xác định thời gian với bộ vi xử lý. Giữa mỗi hình ảnh trên là 16 ms. Trình tự đầy đủ này bao gồm 0,305 giây. Chuông nước lớn nhất hình thành trong dãy này có đường kính khoảng 12 cm. Trong trình tự này, van không khí đã mở trong 75 ms. và máy nén được đặt thành 35 PSI.

Ở đây, đường ống PVC được thể hiện trong mặt cắt ngang. Van khí bên trái là van điện từ không khí được điều khiển bởi 12 VDC. Điện áp cho công tắc được điều khiển bằng một công tắc sậy đơn giản được điều khiển bởi bộ vi xử lý Arduino. Công tắc sậy cung cấp cách ly điện giữa nguồn 12VDC và Arduino. Công tắc sậy cũng hoạt động trong 60 micro giây nên không ảnh hưởng đến các đặc tính của hệ thống. Van bi ở bên trái cho phép không khí rời khỏi hình trụ lớn khi nước được đổ vào ống hình trụ nhỏ hơn ở giữa.

Các ống chuông nước khác nhau. Ống trung tâm được sử dụng cho các hình ảnh trong bài báo này và có kích thước cao 29 inch. Ống pô lớn có đường kính 4 inch và cao 17 inch. Ống trung tâm là PVC có đường kính 1 inch và bắt đầu cách đáy 1,5 inch và kéo dài đến 29 inch trên mặt bàn. Hệ thống trung tâm có thêm một nắp dán ở phía trên để tạo sự ổn định. Có nhiều cách kết hợp các phụ kiện PVC để tạo ra các hệ thống này.

Van điện từ không khí tiêu chuẩn (van khí) hoạt động trên 12 VDC
Đây là sơ đồ được sử dụng để kích hoạt hệ thống khi nhấn nút nhấn.
Sơ đồ cho rơle sậy. Ở đây, một MEDER DIP05-1A57-BV350 được sử dụng để cách ly bộ vi xử lý Arduino khỏi van khí điện từ 12 VDC.

Mã Arduino mẫu:

/* * Water-Bell2020 * Ted Kinsman emkpph@rit.edu * Assistant Professor of Photographic Sciences * at Rochester Institute of Technology (RIT) * Nov 6, 2020 * this program sends a pulse to an air valve * from a push button. * This system will trigger a flash a bit after the pulse */

const int flashPin = 3; // Set flash to pin 3 controls the opto-isolator const int LED = 4; const int StartButton = 7; // Set push button to pin 7 this will be an input from a switch const int Valve = 8; // Set valve to pin 8 connects to a reed switch which // controls the solenoid valve int buttonState = LOW; //value read from push button

int ValvePause = 65; // set delay to let solenoid open door (milliseconds) int flashDelay = 215; // Set a delay for flash to be triggered: adjust // this for part of collision you want to photograph

void setup() {

pinMode(flashPin, OUTPUT); // Set flash pin (pin 3) as an output pinMode(LED, OUTPUT); // LED light is an output pinMode(StartButton, INPUT); // Set pin 7 as an input pinMode(Valve, OUTPUT); // Set pin 8 as an output

}

void loop() {

buttonState = digitalRead(StartButton); // reads value of button if (buttonState==HIGH) { //starts the sequence to open the valve if the button is pressed

digitalWrite(LED, HIGH); // turn on LED to show air valve has been opened digitalWrite(Valve, HIGH); // makes the air valve (12 VDC solenoid) open //note: the control here uses a reed switch delay(ValvePause); //keeps solenoid open for time (milliseconds) digitalWrite(Valve, LOW); // turns off the solenoid

delay(flashDelay); //wait the flash delay time to trigger flash

digitalWrite(flashPin, HIGH); //trigger the flash delay(1); //keep flash trigger pin high long enough to trigger flash digitalWrite(flashPin, LOW); //turn off flash trigger

delay(5000); // keeps the system in a pause mode to avoid false triggers digitalWrite(LED, LOW); //turns off the LED // Note: when the LED is off the system is ready to fire

} else{ // if there is no trigger, pins are kept low (off) digitalWrite(flashPin, LOW); //sets pins low digitalWrite(Valve, LOW); //sets pins low } }

Tài liệu tham khảo : Đơn giản để xây dựng hệ thống nhỏ giọt nước đôi để chụp ảnh tốc độ cao

Về tác giả : Ted Kinsman là người nhận giải Schmidt Laureate năm 2019 hoặc những đóng góp xuất sắc cho sự tiến bộ của truyền thông sinh học. Kinsman đã làm việc với tư cách là một kỹ sư quang học, một nhà vật lý và một giảng viên vật lý trước khi gia nhập Phòng Khoa học Nhiếp ảnh tại RIT. Tác phẩm của anh đã xuất hiện trên The Discovery Channel, Crime Scene Investigations (CSI), The X-Files, South Park, The Tyra Banks Show và loạt phim The Frozen Planet. Kinsman hiện là Phó Giáo sư tại trường Khoa học và Nghệ thuật Nhiếp ảnh (SPAS), nơi ông giảng dạy về Dụng cụ Chụp ảnh, Kính hiển vi Điện tử quét và Hình ảnh Tốc độ Cao. Cuốn sách gần đây nhất của ông là Cần sa: Cần sa dưới kính hiển vi .