2.3. Светолучевые осциллографы

Светолучевые осциллографы широко применяются для регистрации параметров летательных аппаратов и их систем. Они представляют собой измеритель тока магнитоэлектрического типа. Основным элементом его является гальванометр (рамка), установленный в блоке постоянного магнита. Угол поворота рамки, являющийся мерой тока, преобразуется с помощью оптической системы в линейное перемещение светового пятна, которое регистрируется на непрерывно движущейся фотографической ленте. Основными достоинствами светолучевых осциллографов являются: возможность непосредственной регистрации низкочастотных ( до 100 Гц) сигналов низкого уровня (милливольтовых сигналов, например, тензорезисторов, терморезисторов, термопар), а также сравнительные простота и оперативность получения предварительной информации. Недостатками светолучевых осциллографов являются весьма сложная процедура перевода информации с осциллограмм на машинный язык, низкая информативность и практически трудная реализация длительной регистрации высокочастотных процессов.

Статическая погрешность светолучевых осциллографов составляет 1%. Динамическая погрешность определяется, в основном, неравномерностью амплитудно–частотной характеристики гальванометра, включенного в рабочую измерительную цепь. Применение светолучевых осциллографов осуществляется в соответствии с их тактико–техническими данными и рекомендациями, изложенными в инструкции по эксплуатации.

Комбинированные оптические самописцы наряду с гальванометрами для записи токов и напряжений содержат встроенные тахометрические узлы, а также пневмоузлы для измерения и регистрации высоты и скорости полета летательного аппарата.

С помощью магнитоэлектрических осциллографов световым лучом на фотобумаге записываются амплитудные значения тока по времени. Информация, записанная на фотобумаге, называется осциллограммой. На одной осциллограмме может быть записано одновременно в виде кривых несколько сигналов с датчиков. Чувствительным элементом осциллографа являются вибраторы (гальванометры, шлейфы). В осциллографе может быть от 3 до 36 вибраторов. В практике летных испытаний наибольшее распространение получили 12– и 20-канальные осциллографы. Для отличия линий записи от каждого вибраторов на осциллограмме с черно-белым изображением делаются отметки линий с помощью механизма разметки шлейфов. На осциллограммах с цветным изображением перед каждым вибратором ставится свой светофильтр. Следует отметить, что цветная осциллография применяется реже из-за более сложной химической обработки фотобумаги.

Осциллографы имеют несколько скоростей протяжки фотобумаги; иногда 4 – 16 ступеней. При этом обеспечивается скорость протяжки 2,5 – 2500 мм/с, а при наличии барабанной кассеты – до 10000 мм/с (на длине 400 мм).

В осциллографах ширина бумаги составляет 100, 120, 190 и 200 мм, длина - 20 или 30 м. В малогабаритных осциллографах ширина кинопленки 35 мм, длина – 6 – 10 м. Основные характеристики некоторых осциллографов приведены в таблице 1.

После завершения полета бумага подвергается проявлению и фиксации. Осциллограмма сохраняет качество продолжительное время (до нескольких лет) и может использоваться для обработки многократно.

Таблица 1.

Основные технические характеристики некоторых осциллографов для летных испытаний

Шифр	Вибраторы		Фотобумага			Масса, кг	Габариты, мм х мм х мм
	Количество	Собственная частота, Гц	Ширина, мм	Длина, м	Скорость протяжки, мм/с
K-20-21	20	60 – 6500	190	30	1; 25; 100; 250; 1000; 2500	27	470x280x240
К-20-22	20	60 – 6500	190	30*	1; 10; 25; 100; 250; 1000	27	480x291x281
K-12-21	12	30 – 1200	100	20	3; 12,5; 60; 250	12	205x185x330
K-9-2I	9	_–	100	40	25; 50; 100; 200; 400; 2400; 4800	48	230x320x445
K-10-51	10	–	100	18	0; 2; 0,5; 2,5; 12,5; 25; 125	10,5	342x189x156
I20C-1	12	120 – 270	120	12	10 – 100	16	375x260x230

* – можно применять ультрафиолетовую бумагу.

На осциллограмме (рис. 2) должна быть записана следующая информация, без которой ее обработка невозможна:

• площадка механических нулей «0_мех» – такое состояние вибраторов, когда на их рамки не подано напряжение (вибраторы обесточены). На этой площадке должны быть линии от всех вибраторов с разметкой. Площадка «0_мех» должна быть записана до и после полета. Разница в положения ординат вибраторов должна быть не более 2 – 3 мм;

• площадка электрических нулей «0_эл» – такое состояние вибраторов, когда на их рамки подано напряжение и подключены датчики, но значения информационного параметра (параметров) принимаются за нулевые, например, нейтральное положение рулевых поверхностей, выпущенное положение шасси перед посадкой при исследовании его нагружения. На площадке «0_эл» должны быть все вибраторы, а их положение должно быть таким, чтобы с учетом полярности напряжения и знака изменения параметра линия записи не выходила за обрез ленты. Площадка «0_эл» должна быть записана до и после полета.

Рис. 2.

Если полет продолжительный, то площадка «0_мех» должна быть записана и в середине полета.

Обработка осциллограммы заключается в определении значения физического параметра, записанного на ленту в любой момент испытаний, путем вычисления ординаты отклонения вибратора от какой-либо условной линии (базовая линия или линия нулей электрических и механических) и сопоставления этих отклонений с градуировочной зависимостью, по которой и находят количественное значение физического параметра.

При градуировке к измерительной схеме подается напряжение питания u_Т. Осциллограф укомплектован вибратором с чувствительностью . В полете эти параметры могут отличаться. Отклонения вибратора в полете и при градуировке, соответствующие одному значению физического параметра, вследствие линейности измерительных цепей связаны соотношением

,

откуда .

При обработке осциллограммы от базовой линии формула видоизменяется:

,

где – ордината записи в момент времени , измеренная от базовой линии, – ордината записи «0_мех» в полете, измеренная от базовой линии, – ордината записи «0_мех» при градуировании, измеренная от базовой линии.

Если вибратор в полете остается таким же, как и при градуировке, то можно принять, что . Если после градуировки вибратор вышел из строя, то полет можно выполнить с другим вибратором (без повторной градуировки). Для этого в осциллограф следует поставить вибратор примерно той же чувствительности (известной) и градуировку пересчитать. Повторную градуировку измерительной схемы можно выполнить после завершения всей программы.

При обработке от «0_эл» формула несколько упрощается:

,

значения и должны быть измерены от базовой линии.

Обработку осциллограмм следует начинать с расшифровки показаний вибратора, регистрирующего напряжение питания.

Лекция 12.