爆轟波（Detonation Wave）在炸藥中的傳播速度高達每秒 5,000–9,000 公尺；一枚 10 ms 延時起爆器的延時誤差若超過 ±0.5 ms，足以導致爆破工程的預裂縫方向偏移或煙火秀的時序失準。一般工業攝影機（30–240fps）完全無法捕捉這類事件的任何動態細節；高速攝影機提供的每幀影像序列，是爆炸工程師驗證設計、排查失效根因、建立數值模擬（FEM/SPH）校驗基準的唯一直接量測工具。
爆炸 / 煙火場景幀率需求
| 應用場景 | 關鍵物理事件 | 建議幀率 | 推薦機型 |
|---|---|---|---|
| 爆轟波傳播可視化 | Chapman-Jouguet（CJ）面在炸藥柱中以 ~8,000 m/s 推進 | 500,000–1,000,000 fps | DITECT HAS-U1 |
| 起爆器 / 雷管可靠度驗證 | 延時精度（±0.1 ms）、橋絲斷裂、火花外殼破裂時序 | 100,000–500,000 fps | DITECT HAS-U1 |
| 衝擊波 / 超壓波可視化（Schlieren） | 自由場衝擊波在空氣中以 340–2,000 m/s 擴散 | 100,000–1,000,000 fps | DITECT HAS-U1 |
| 爆炸成形（EFP / Shaped Charge） | 爆炸驅動金屬飛板或射流成形 | 500,000–1,000,000 fps | DITECT HAS-U1 |
| 煙火燃燒速率 / 火焰前鋒 | 火焰傳播速率 0.01–10 m/s（依組成），火球膨脹 | 5,000–50,000 fps | DITECT HAS-U1 / AOS M-PRI |
| 爆破工程（礦山 / 拆除） | 岩石破裂起始、碎石飛散軌跡、延時雷管序列驗證 | 1,000–50,000 fps | Mega Speed MS180K V2 / AOS M-PRI |
| 火工品功能測試（Squib / Initiator） | 航太 / 飛彈火工品一次性動作時序（氣袋開火、彈射座椅） | 10,000–100,000 fps | DITECT HAS-U1 / AOS M-PRI |
Schlieren 衝擊波可視化光路
Schlieren 成像利用折射率梯度（∂n/∂x）對準直光的偏折，使透明空氣中的衝擊波、爆轟波前鋒、熱氣羽流清晰可見：
- Z 形雙鏡 Schlieren：兩面大口徑拋物面鏡（通常 200–400 mm 口徑）配合 DITECT HAS-U1，可在距離爆炸物 1–5 m 外安全架設，不損壞光學元件
- 背光陰影法（Background Oriented Schlieren, BOS）：以自然背景紋理為參考，用高解析度高速攝影機重建密度場，不需昂貴大鏡面，適合野外爆破
- 曝光時間：衝擊波可視化需要 <1 μs 快門（等效於 1,000,000fps 以上的幀間隔），DITECT HAS-U1 最短曝光達到此需求
法規 / 軍規標準
| 標準 | 應用 | 高速攝影機角色 |
|---|---|---|
| MIL-DTL-23659 | 美軍電起爆器通用規格 | 延時精度、火花外殼破裂影像記錄 |
| STANAG 4170 | NATO 火工品安全測試 | 起爆可靠度、意外刺激抗性影像佐證 |
| MIL-STD-1901 | 煙火器材測試 | 燃燒速率、點火延時、火球特性 |
| ASTM E2010 | 爆炸物起爆能量 | 爆轟波傳播速度量測（VOD） |
台灣爆炸 / 火工品市場
| 機構 / 廠商 | 爆炸高速攝影需求 | 幀率需求 |
|---|---|---|
| 國防武器系統研發單位 | 火工品可靠度驗證、彈射系統動作時序、爆炸成形研究 | 100,000–1,000,000 fps |
| 航太製造廠商 | 航太火工品功能測試（Squib / Initiator）、結構爆炸螺栓 | 100,000–500,000 fps |
| 清大化工系（新竹） | 含能材料爆轟特性研究、VOD 量測 | 500,000–1,000,000 fps |
| 台大化工 / 材料系 | 衝擊起爆（Shock Initiation）、爆炸合成材料 | 500,000–1,000,000 fps |
| 礦業 / 拆除工程公司 | 延時雷管序列驗證、爆破振動控制 | 1,000–10,000 fps |
推薦機型選型
| 機型 | 幀率 | 爆炸 / 煙火適用場景 |
|---|---|---|
| DITECT HAS-U1 | 最高 1,000,000 fps | 爆轟波、衝擊波 Schlieren、起爆器、EFP |
| AOS M-PRI 4000 | 4,000 fps（全）/ 85,360 fps（最小 ROI） | 煙火燃燒、火工品功能測試 |
| Mega Speed MS180K V2 | 1,000 fps @ 4K / ~22,000 fps（ROI） | 爆破工程大視野、碎石飛散軌跡 |
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選型常見問題
超過 200,000fps 的高速攝影機有哪些選擇？
東茂代理的 Mega Speed MS140K 最高可達 400,000fps（降解析度模式），MS120K 則可達 270,000fps，適用於彈道追蹤、爆炸衝擊波、雷射加工等微秒級現象觀測。歡迎洽詢規格細節。
超高速攝影機適合哪些研究應用？
主要應用包括：材料衝擊測試（SHPB）、爆炸衝擊波分析、彈道追蹤、電漿放電觀測、飛秒雷射加工監控等。解析度會隨幀率提升而降低，需依實驗需求選擇最佳平衡點。
超高速攝影機的價格範圍？
200,000fps 以上等級的超高速攝影機，價格約 NTD 200-500 萬，視解析度、記憶體容量、觸發功能而定。東茂提供短期租借方案，可先評估再決定購買。
作者：陳聖鑫 Alex Chen
東茂儀器科技有限公司｜業務窗口
10 年高速攝影機產業經驗，代理 AOS Technologies（瑞士）、SinceVision SSZN（中國）、DITECT（日本）、Mega Speed（加拿大）四大品牌，服務台灣半導體、汽車測試、學術研究客戶。