Hochgeschwindigkeitskameras im Physikunterricht

1.4 Systematischer Fehler von Hochgeschwindigkeitskameras mit CMOS-Sensoren
eine Steckplatte mit 5 weißen LED’s, die in gleichen Abständen auf einer Geraden angeordnet
sind, benötigt. Außerdem braucht man zwei Verbindungskabel, um den Frequenz-
Generator mit den LED’s zu verbinden. Am Frequenz-Generator wird eine Sägezahn-
Funktion gewählt, welche mit der Offset-Einstellung so geregelt wird, dass das Minimum
bei 0 V und das Maximum bei etwa 10 V liegt. Da die LED’s im vorliegenden Fall in
Reihe geschaltet werden, gilt:
UGesamt =2,0V · # LED,
wobei # LED die Anzahl der LED’s angibt. Bei 5 LED’s also UGesamt =10V .Dader
Strom bei der Reihenschaltung
IGesamt = I1 = I2 = ...= ILED =20mA
ist, muss also darauf geachtet werden, dass der Frequenz-Generator eine Spannung von
UGesamt =10V und eine Stromstärke von IGesamt =0,020 A bereit stellt. Steht kein solcher
Frequenz-Generator zur Verfügung, sollte eine Mischung aus Reihen- und Parallelschaltung
(ggf. mit Vorwiderständen) genutzt werden. Vor der Durchführung des Experimentes
sind folgende theoretische Grundlagen und Überlegungen anzustellen:
• Die Wahl von fünf LED’s ist nicht völlig aus der Luft gegriffen. Wird der Bildausschnitt
wie in Abbildung 1.3 gewählt, so kann das Bild der Höhe nach in vier gleich
große Abschnitte unterteilt werden, welche sich für die folgenden Berechnungen als
geschickt erweisen.
Abbildung 1.3.: Empfehlenswerter Bildausschnitt zum Test von Zeitverschiebungen beim
Auslesen des CMOS-Sensors von Hochgeschwindigkeitskameras (hier von
der Casio EX F1).
• Auch der Abstand der LED’s ist nicht zufällig, sondern ein Kompromiss zwischen
einer guten Sichtbarkeit 10 und der logischen Forderung nach einer möglichst unbeeinflussten
Wahrnehmung der einzelnen LED’s durch den Sensor.
• Wählt man einen Frequenzgenerator mit beleuchteter LCD-Frequenzanzeige, so
kann man auf jedem Bild nicht nur die LED’s, sondern auch die zugehörige Frequenz
gut erkennen (wie bei dem hier verwendeten Modell „310“ von Oorx)
• Die Wahl des Frequenzbereiches, in dem die Zeitunschärfe sichtbar sein müsste,
sind folgendermaßen zu überlegen:
10 Anzahl der Pixel, also der Größe des Objektes im Frame.
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