Світлопроменевий осцилограф
Сторінки роботи
зміст роботи
Світлопроменевий осцилограф (СЛО) складається з таких основних блоків: блоку осцилографічних гальванометрів, оптичної системи, пристрої для візуального спостереження, фото приставки, стрічкопротяжного механізму і відмітника часу.
Осцилографічний гальванометр (вібратор) є основним елементом СЛО. Він є малоінерційним мініатюрним магнітоелектричним механізмом (рис. 11.20). Багатовиткова рамка закріплена у вузькому повітряному зазорі між полюсами постійного магніту 3 за допомогою двох металевих розтяжок 1 і пружинки 5. Розтяжки також служать для створення протидіючого моменту. Їхні кінці проводяться до затискачів 6, через які струм подається в рамку. На розтяжках укріплено зеркальце2, яке подається світловий промінь для реєстрації повороту рамки. Використання цього вимірника обмежує верхній частотний діапазон СЛО (15 кГц).
Оптична система СЛО представлена на рис. 11.21, . Вимірюваний струм подається до рамки осцилографічного гальванометра ОГ. Під дією поля постійного магніту рамки разом із укріпленим на її розтяжках дзеркальцем 3 повертається. Промінь світла від лампи, проходячи через лінзу і відбиваючись від призми, потрапляє на дзеркальце. Частина відбитого променя через призму попадає на дзеркальний барабан, з поверхонь якого відбивається на матове скло, що забезпечує візуальне спостереження кривої струму.
Мал.11.20 Мал. 11.21.
Мал. 11.20. Влаштування рамкового осцилографічного гальванометра:
1-розтяжка; 2- дзеркальце; 3- постійний магніт; 4-рухлива вимірювальна рамка; 6- затискач.
Мал. 11.21. Влаштування світлопроменевого осцилографа(а) та осцилограма (б).
Інша частина променя, відбиваючись від дзеркальця ОГ, через циліндричну лінзу потрапляє на барабан з фотопапером та забезпечує фотореєстрацію кривої струму.
Сфотографований запис кривої (рис. 11.21) називається осцилограмою. Знаючи чутливість гальванометра, виражену в вимірюють ординати кривої на осцилограмі і визначають значення вимірюваного струму для моменту часу.
Масштаб осі абсцис на осцилограмі визначають за допомогою відмітника часу. Він виписує під осцилограмою (див. рис. 11.21, ) синусоїду певної частоти (зазвичай 500). Нульова лінія на осцилограмі виписується знеструмленим гальванометром, на дзеркальці якого теж прямує промінь світла.
Набір гальванометрів, наданий до осцилографа, зазвичай містить кілька гальванометрів (6,8,12 і більше) різної чутливості та різної частоти власних коливань.
СЛО застосовують для вимірювань та запису миттєвих значень струмів та напруг. Для розширення меж вимірювання осцилографічні гальванометри включають у ланцюги, подібно до амперметрів і вольтметрів, за допомогою шунтів і додаткових резисторів. Перевагами СЛО є можливість одночасного спостереження та запису кількох процесів (до 50), а також запису неперіодичних та одноразових процесів. До недоліків СЛО відносяться обмежений частотний діапазон (до 15), складність підготовки до роботи та громіздкість.
СЛО використовують при наукових дослідженнях, для реєстрації технологічних процесів у різних галузях народного господарства, медицини та ін.
Електронно-променевий осцилограф (ЕЛО) є універсальним реєструючим приладом широкого призначення. З його допомогою можна спостерігати та документально фіксувати безперервні, імпульсні,неперіодичні, випадкові та миттєві одиночні електричні сигнали.
Рис.11.21. Структурна схема електронно-променевого осцилографа.
Широко застосовують ЕЛО для вимірювання напруги, частоти, фазового зсуву, часових інтервалів, опору та інших фізичних величин, попередньо перетворених на електричні.
Незважаючи на велику різноманітність типів ЕЛО, структурні схеми їх можна звести до однієї (рис. 11.22). Загалом ЕЛО складається з електронно-променевої трубки (ЕЛТ) і трьох електричних каналів , , . По каналу надходить досліджувана напруга, що викликає вертикальне відхилення променя в ЕПТ, каналом - напруга, що викликає горизонтальне відхилення променя. Одночасний вплив і дає на ЕЛТ осцилограму, що відображає залежність. По каналу подають напругу керувати яскравістю променя. Електронно-променева трубка являє собою скляний балон з високим вакуумом, всередині якого розташовані: електронна гармата, що складається з нитки розжарення, катода, модулятора, що фокусує і прискорює анодів, дві пари взаємно перпендикулярних пластин, що відхиляють і . На тильну широку частину балона нанесений шар люмінофора, що утворює екран трубки. Останній здатний світитися у разі потрапляння на нього електронів.
Канал вертикального відхилення призначений передачі досліджуваного електронного сигналу на вертикально отклоняющие пластини ЭПТ. До каналу входять: дільник напруги. Підсилювач та калібратор амплітуди як допоміжний пристрій.
Дільник напруги дозволяє розширити межі вимірюваної вхідної напруги та забезпечити необхідний вхідний опір ЕЛО. Підсилювач здійснює перетворення вимірюваного сигналу значення, достатнього для відхилення променя по вертикалі на весь екран. Калібраторамплітуди використовується для калібрування коефіцієнта посилення підсилювача вертикального відхилення і є генератором прямокутних імпульсів певного значення і частоти слідування. Зазвичай значення каліброваного сигналу становить 0,1 і 1 наступних з частотою 1 або 2 .
Канал горизонтального відхилення призначений для формування лінійно змінної напруги, що викликає відхилення променя ЕПТ по горизонталі. Він включає генератор розгортки, підсилювач і блок синхронізації.
Генератор розгортки служить формування пилкоподібної напруги, що забезпечує постійну швидкість горизонтального переміщення променя. Підсилювач забезпечує значення пилкоподібної напруги, достатньої для відхилення променя по горизонталі на весь екран. Блок синхронізації призначений для примусового генерування генераторів розгортки напруги з частотою, що дорівнює або кратній частоті сигналу, що досліджується. Тільки в цьому випадку може бути отримано нерухоме зображення сигналу, що досліджується. Керування блоком синхронізації може здійснюватися від мережі, досліджуваним сигналом (внутрішня синхронізація .) і зовнішнього джерела сигналів (зовнішня синхронізація .).
Канал управління яскравістю променя призначений для формування та подачі прямокутних імпульсів напруги у ланцюг модулятора. Цей канал служить переважно як калібратора тривалості визначення часу дії досліджуваних періодичних і аперіодичних електричних сигналів, тобто. для розшифрування осцилограми горизонтальної осі.
За допомогою каналу яскравість променя можна відрегулювати так, щоб при негативних значеннях прямокутних імпульсів свічення на екрані ЕПТ не було. При цьому виходить штрихове зображення осцилограми. Відстань між початками світлихштрихів пропорційно періоду каліброваного сигналу. Так, якщо частота каліброваного сигналу становить 2 то відстань між штрихами відповідає 0,5 .
Для забезпечення точності вимірювання часових інтервалів необхідна стабільність частоти проходження імпульсів у ланцюг модулятора, що досягається використанням генераторів з кварцовою стабілізацією.
Конкретні приклади використання ЕЛО як вимірювального приладу досить повно розглянуті у [25].