Светолучевые осциллографы

Светолучевые осциллографы — это регистрирующие приборы прямого действия с фотографическим методом, регистрации. Достоинствами светолучевых осциллографов по сравнению с электронно-лучевыми являются простота и удобство получения документа с результатами регистрации исследуемого процесса, особенно при регистрации на носителях чувствительных к УФ-излучению; возможность одновременной регистрации на одном носителе многих (до нескольких десятков) исследуемых процессов.

Достоинствами светолучевых осциллографов по сравнению с ранее рассмотренными быстродействующими регистрирующими приборами являются более широкий частотный диапазон (верхний предел достигает 25—30 кГц) и существенно большее количество одновременно исследуемых процессов.

В светолучевых осциллографах используются миниатюрные магнитоэлектрические измерительные механизмы, называемые осциллографическими гальванометрами (ОГ). Технические требования к ним сформулированы в ГОСТ 11013—81. Необходимо отметить, что ГОСТ 9829—81 на светолучевые осциллографы допускает применение других устройств, устанавливаемых взамен гальванометров.

Основными узлами наиболее распространенных светолучевых осциллографов являются: магнитный блок с осциллографическими гальванометрами, оптическая система, развертывающее устройство и отметчик времени. Кратко остановимся на основных узлах светолучевых осциллографов.

Магнитный блок с осциллографическими гальванометрами. В светолучевых осциллографах общего назначения прежних выпусков широко применялись так называемые автономные осциллографические гальванометры. Каждый автономный гальванометр имел собственный постоянный магнит с магнитопроводом. В воздушном зазоре магнитопровода размещалась подвижная часть, выполненная в виде петли (петлевые ОГ) или рамки на растяжках (рамочные ОГ). В большинстве современных светолучевых осциллографов вместо автономных ОГ применяются осциллографические гальванометры вставки, не имеющие собственного постоянного магнита с магнитопроводом.

Выбор ОГ для регистрации данного процесса с возможно меньшими искажениями формы кривой и приемлемыми амплитудными значениями осуществляется в два этапа.

В первую очередь производится выбор ОГ по его частотным свойствам. Выбор осуществляется с учетом допустимой погрешности регистрации высших гармонических составляющих исследуемого процесса. Обычно при регистрации процессов, имеющих форму кривой, близкую к треугольной, достаточно иметь ОГ с рабочей полосой частот, имеющей верхний предел, равный 3—5-кратной частоте основной гармоники регистрируемого процесса. При регистрации процессов, имеющих форму кривой, близкую к прямоугольной, рабочая полоса частот ОГ должна иметь уже верхний предел, равный 10—20-кратной частоте основной гармоники.

После выбора ОГ по частотным свойствам, производится окончательный выбор ОГ по чувствительности (постоянной). При этом необходимо учитывать желаемый размер амплитуд регистрируемой кривой на носителе при заданном регистрируемом сигнале. Очень часто при выполнении второго этапа выбора ОГ выясняется, что для выполнения оптимальных соотношений между указанными выше величинами необходимо применять при проведении регистрации шунты, добавочные сопротивления, а в некоторых случаях и специальные усилители. Примером такого усилителя может служить пятиканальный полупроводниковый усилитель с выходом по току типа Ф1510.

Оптическое и развертывающее устройства. Оптическое устройство светолучевого осциллографа служит для передачи колебательного движения подвижной части ОГ к носителю для, регистрации, а в светолучевых осциллографах прежних выпусков и к экрану для визуального наблюдения исследуемого процесса.

Рис. 13. Принципиальная схема оптического и развертывающего устройств светолучевых осциллографов

Упрощенная схема такого устройства для одного канала изображена на рис. 13. Луч света от лампы Л, пройдя через систему линз и призм, попадает на миниатюрное зеркальце, укрепленное на подвижной части ОГ (рис. 5.18,6 и е). Отразившись от зеркальца (площадь менее 1 мм² при толщине не более 0,1 мм), луч света, пройдя еще ряд линз и призм, сфокусированным попадает на носитель Н. При колебаниях подвижной части ОГ луч света совершает на носителе поперечные колебания. При этом, если носитель неподвижен, на носителе будет зарегистрирована прямая линия, пропорциональная двойной амплитуде исследуемого периодического процесса.

Для получения временной развертки носитель перемещают с определенной скоростью v с помощью специального лентопротяжного механизма.

Если в светолучевом осциллографе предусмотрена возможность визуального наблюдения хода исследуемого процесса, то в таких осциллографах устанавливаются многогранный зеркальный барабан Б и неподвижный матовый стеклянный экран Э. При неподвижном барабане и колебаниях подвижной части ОГ часть луча света перемещается вдоль грани барабана и, отражаясь от нее, образует вертикальную световую полосу на экране. При вращении барабана изменяется угол падения луча света на каждую данную грань барабана. При этом луч света отбрасывается вдоль экрана, осуществляя таким образом временную развертку изображения исследуемого сигнала. При определенной угловой скорости барабана изображение исследуемого сигнала на экране становится неподвижным, удобным для наблюдения.

Рис. 14

Учитывая, что основное назначение светолучевого осциллографа—регистрация исследуемого процесса на носителе кратко остановимся на вопросах., связанных с расшифровкой осциллограмм.

При расшифровке осциллограмм {рис. 14) обычно определяют какие-либо временные интервалы исследуемого процесса и значения тока в рамке ОГ в каждый данный интересующий экспериментатора момент времени.

Для установления масштаба по оси времени в светолучевых осциллографах ввиду отсутствия на носителях диаграммной сетки применяются отметчики, времени. Чаще всего это специальные электромеханические устройства, наносящие на носитель световым лучом вертикальные линии через вполне определенные интервалы времени, например 0,2 с; 0,02 с и т. д. Подсчитав количество линий между интересующими точками зарегистрированного процесса и умножив это число на масштаб отметчика времени, получим значение интересующего нас интервала времени.

Масштаб по оси времени может быть установлен и с помощью отдельно выделенного ОГ. В этом случае с помощью этого ОГ необходимо зарегистрировать какой-либо периодический процесс, например синусоидальный, с вполне определенной частотой. Тогда, зная период зарегистрированного процесса, нетрудно определить и масштаб по оси времени. Если, например, зарегистрирована синусоидальная кривая частотой 50 Гц, а интервал, соответствующий одному периоду на осциллограмме, равен 10 мм, то масштаб по оси времени 2 мс/мм.

Для определения любого мгновенного значения тока в рамке ОГ достаточно определить в миллиметрах значение отрезка, соответствующего этому току, используя осциллограмму. Далее полученное значение отрезка, необходимо разделить на значение чувствительности применяемого ОГ к току S_i или умножить на значение постоянной С_i. При этом необходимо помнить, что значение Si или С_i должно соответствовать расстоянию носителя от зеркальца ОГ в данном применяемом светолучевом осциллографе. Зная значение тока в рамке ОГ, нетрудно определить и значение исследуемого сигнала, учитывая параметры применяемого при регистрации усилителя, шунта или добавочного сопротивления.

В настоящее время промышленностью выпускается достаточное количество различных по применению светолучевых осциллографов., В большинстве осциллографов регистрация производится на носителе типа УФ. Обычное число каналов 12, однако в некоторых осциллографах (типов Н043.2, Н044.2) число каналов 24.

В последние годы появились светолучевые осциллографы, у которых вместо ОГ устанавливаются миниатюрные электронно-лучевые трубки, производящие отклонение луча пропорционально мгновенным значениям исследуемого процесса без развертки. Развертка изображения осуществляется обычным перемещением фоточувствительного носителя. Передача изображения с экранов электронно-лучевых трубок на носитель осуществляется с помощью либо обычной оптической системы, либо волоконной оптики. Основное отличие таких осциллографов—высокое быстродействие, а следовательно, и широкая рабочая полоса частот. Примером светолучевого осциллографа с электронно-лучевыми трубками может служить осциллограф типа Н063. В осциллографе установлено семь электронно-лучевых трубок, одна из которых используется для получения меток времени (10^-3 и 10^-4 с), т.е. в качестве отметчика времени. Рабочая полоса частот 0—100 кГц. Скорость перемещения носителя от 5 до 100 м/с. Ширина носителя 120 мм и длина 0,8 м. Время регистрации от 8 до 100 мс. Без специального согласующего устройства чувствительность осциллографа невелика, всего 0,14 мм/В.

Современные технические достижения позволяют фиксировать и хранить информацию на компьютерных носителях информации (жестких дисках, лазерных дисках, элементах флэш-памяти и т. д.)

«СОГЛАСОВАНО»

Date: 2016-05-25; view: 2266; Нарушение авторских прав