8.4. Светолучевые осциллографы

Светолучевые осциллографы в настоящее время применяют, главным образом, для регистрации изменяющихся во времени электрических величин с верхней границей частотного диапазона до 30 кГц. Регистрация осуществляется с помощью осциллографических (магнитоэлектрических) гальванометров специальной конструкции и устройств развертки изображения во времени. Максимальная частота регистрируемых сигналов ограничена динамическими свойствами гальванометров и скоростью развертки. Выпускаемые осциллографы имеют несколько гальванометров (6, 12 и более), что позволяет одновременно регистрировать соответствующее число изменяющихся во времени величин.

Принцип действия светолучевого осциллографа заключается в следующем. Луч света от лампы, пройдя через конденсаторную линзу и диафрагму, попадает на зеркальце магнитоэлектрического осциллографического гальванометра. Отраженный от зеркальца световой луч частично направляется к поверхности многогранного зеркального барабана, а от него – на матовый стеклянный экран. Другая часть луча при помощи призмы направляется на поверхность фотопленки или фотобумаги. Если через гальванометр пропустить исследуемый переменный ток i = I_m sin ωt, то его подвижная часть будет совершать колебания под действием вращающего момента согласно выражению (5.1)

. (8.1)

Уравнение движения подвижной части гальванометра, таким образом, может быть записано в виде

. (8.2)

Если зеркальный барабан будет вращаться с постоянной частотой, при которой время поворота его на определенный угол (кратный 360⁰) будет равно kT (где k – целое число, T – период исследуемой кривой), то на экране будет наблюдаться неподвижная кривая изучаемого тока. Поэтому в осциллографе предусмотрена регулировка частоты вращения барабана.

При перемещении фотопленки (фотобумаги) с постоянной скоростью на ней фиксируется кривая процесса – осциллограмма. Масштаб по оси времени определяется либо скоростью движения фотопленки, либо по одновременно записанному сигналу известной частоты. Масштаб по оси ординат зависит от чувствительности гальванометра и определяется либо по паспортным данным, либо экспериментально путем пропускания через гальванометр известного тока.

Рабочей полосой частот осциллографического гальванометра называют полосу частот, в которой чувствительность гальванометра равна его чувствительности на постоянном токе с некоторой погрешностью, например 2,5 % и т. д., а фазово-частотная характеристика имеет линейный характер изменения. В зависимости от типа приборы имеют магнитоиндукционное (М040) или жидкостное (М041 и М042) успокоение.

Светолучевые осциллографы обычно снабжают набором гальванометров различных типов, отличающихся друг от друга частотой собственных колебаний (от 20 до 30 000 Гц), наибольшим допустимым током (от 0,012 до 30 мА), чувствительностью к току (от 20 000 до 0,45 ) и т. д. Это позволяет выбрать наиболее приемлемый для условий эксперимента тип гальванометра.