4.3. Светолучевые осциллографы

Динамика светолучевых осциллографов (СЛО) существенно луч­ше, чем у самопишущих приборов СП, поскольку масса подвиж­ной части (рамки) осциллографического гальванометра СЛО суще­ственно меньше массы катушки или ротора двигателя СП. Понят­но, что отклонять поток света легче, чем поворачивать стрелку ОУ и тем более пишущий орган (например, стеклянный капилляр) РУ.

В основе СЛО (рис. 63) лежит классический принцип магнитоэлектрического механизма  взаимодействие тока рамки б гальвано­метра с полем постоянного магнита 5. Рамка висит на натянутых упругих растяжках, на одной из которых закреплено крошечное зер­кало 4 (обычно кусочек фольги). Поворот рамки (и, следовательно, зеркальца) приводит к отклонению потока света, падающего на зеркальце, и к отклонению светового пятна на светочувствитель­ном носителе (фотобумаге или фотопленке) 8 и/или матовом экра­не 10. Развертка во времени осуществляется равномерным движе­нием носителя (бумаги, пленки) и вращением зеркального много­гранника 9. Поток света (спектр которого обычно смещен в ультра­фиолетовую область) формируется источником 1, конденсором 2 (задача которого  формирование параллельного потока из расхо­дящегося) и диафрагмой 3 (предназначенной для «вырезания» узкого пучка для каждого отдельного гальванометра  канала). Осциллографический гальванометр (ОГ)  Oscillographic Galva­nometer  содержит рамку, растяжки, токоподводы, зеркальце. Он выполнен в виде неразборной конструкции и представляет собой миниатюрный цилиндр длиной 60...90 мм и диаметром 4...6 мм, в котором имеется прозрачное окно для узкого потока света. Корпус ОГ выполнен из немагнитного материала, но в него встроены эле­менты общего магнитопровода. В случае использования жидкостно­го успокоения корпус ОГ заполнен неорганической прозрачной жид­костью, обладающей определенной вязкостью.

Рис. 63. Устройство светолучевого осциллографа:

1  Источник света; 2  конденсор; 3  диафрагма; 4  зеркало; 5  постоянны

магнит; 6  рамка; 7  полупрозрачное зеркало; 8  фотопленка (фотобумага)'

9  Зеркальный многогранник; 10  матовый экран

Светолучевые осциллографы  многоканальные приборы, по­этому содержат несколько ОГ.

Конструктивно все ОГ объединены общим магнитопроводом.

Важной характеристикой ОГ является его чувствительность S, которая определяется отношением отклонения пятна на фотопленке (бумаге) или на экране к току, вызывающему это отклонение. Отклонение пятна зависит не только от текущего в ОГ тока, но и от «длины луча», т.е. от расстояния от зеркальца до пленки (бума­ги) или до экрана. Поэтому принято приводить значение чувствительности к длине луча L = 1 м. Поэтому размерность чувствительности выглядит, например, так: S = 20 мм/(мА·м). Иногда в паспортных данных ОГ задается обратная чувствительности величина – постоянная ОГ. Зная значение чувствительности и имея результат регистрации, можно определить текущие значения тока, протекавшего в ОГ во время эксперимента. Если с помощью СЛО зарегистрирован некий сигнал, известны значения чувствительности ОГ и скорости движения фотопленки (бумаги), то можно найти его основные параметры. Предположим, что нас интересует амплитудное значение I_m и период T колебаний синусоидального сигнала. Пусть линейные размеры этих параметров на диаграмме равны, соответственно, 40 и 100 мм. Чувствительность ОГ известна: S = 20 мм/(мА·м), скорость движения фотопленки v = 500 мм/с, длина луча L = 1 м.

Пренебрегая всеми погрешностями, найдем интересующие нас параметры.

Амплитудное значение тока I_m = 40 мм · мА · м / (20 мм · 1 м) = 2 мА. Период колебаний сигнала T = 100 мм · с / 500 мм = 0,2 с.

Выбирая ОГ для эксперимента, прежде всего следует руководствоваться его амплитудно-частотной характеристикой. Это особенно важно при исследовании несинусоидальных процессов с высшими гармониками. Затем определяют необходимую чувствительность для получения на диаграмме амплитудных параметров достаточного размера. На этом этапе может возникнуть потребность применения шунтов или добавочных сопротивлений. И, наконец, задают такую скорость движения носителя, которая обеспечит нормальное воспроизведение временных параметров и ВТО же время позволит записать фрагмент процесса достаточной продолжительности.

Основные достоинства СЛО:

• многоканальность (до 30 сигналов могут регистрироваться одновременно);

• возможность получения твердой копии исследуемых сигналов;

• широкая (по сравнению с СП) полоса частот исследуемых сигналов (до 30 кГц);

• отсутствие механического контакта регистрирующего органа и носителя.

Основные недостатки СЛО:

• сложность оптико-механической конструкции и, следовательно, сравнительно невысокая надежность и высокая стоимость;

• невысокая точность получаемых результатов (единицы процентов);

• узкая (по сравнению с электронно-лучевым осциллографом) полоса частот сигналов;

• необходимость специальных расходных материалов (фотобумаги или пленки) и дополнительной их обработки;

• сравнительно большая мощность потребления от источника исследуемого сигнала.

Англоязычная терминология СЛО – Oscillographic Recorder, Ultra-Violett (U-V) Recorder.