Регистрация электрических процессов с помощью электронно-лучевых осциллографов


СОДЕРЖАНИЕ:

Регистрация электрических процессов

Регистрация электрических процессов — раздел Высокие технологии, Приборы Для Регистрации Электрических Процессов. Электроэнцефалография. Начал.

ПРИБОРЫ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ. Начало ЭЭГ-исследований, в том виде, как они проводятся сейчас, положили работы Правдич-Неминского, который изучил в 1925 г. и классифицировал у собаки различные типы электрических колебаний всего 7 типов спонтанных волн. Исследования Правдич-Неминского создали предпосылки для переноса метода регистрации биопотенциалов мозга на человека. В то время электрофизиологам удавалось регистрировать электрические колебания у человека лишь случайно от мозга, открытого при операциях.

Возможность отведения биотоков мозга через неповрежденный череп и его покровы значительно расширяла границы применения этого метода. Ее реализовал Ганс Бергер, немецкий психиатр, записывая биопотенциалы у человека при нервно-психических заболеваниях. Интересная деталь испытуемым при первых записях Бергера был его сын. Он пользовался в качестве электродов иглами, вкалывая их под сухожильное растяжение мышц в области лба и затылка.Этот способ вскоре был заменен простым прикладыванием пластинок из неполяризующихся материалов.

Модификация отведения биотоков мозга оказалась совершенно безболезненной и быстро вошла в клиническую практику, получив название электроэнцефалографии, а регистрируемая при этом кривая электроэнцефалограммы.По форме кривой, т. е. по морфологии волнового процесса, электроэнцефалограмма состоит из двух типов волн из волн, представляющих графическое изображение колебаний, наблюдаемых в отсутствие специальных воздействий, т. е. из спонтанных колебаний и из волн, возникающих под воздействием афферентных стимулов токов действия.

Прослеживая сложную динамику биоэлектрических реакций мозга, делаются попытки проникнуть в законы специфически человеческой психической деятельности. С технической точки зрения ЭЭГ представляет собой непрерывную запись величин разности потенциалов между двумя точками мозга.Последние могут быть расположены как на поверхности мозга, так и в глубине его. Присоединение этих точек к измерительному прибору называется отведением.

Отведение потенциалов производится с помощью специальных контактных устройств электродов, которые либо прикладываются к поверхности тканей, покрывающих мозг кость, мышцы, кожа и пр либо контактируют непосредственно с поверхностью мозга, либо, наконец, вводятся в его глубинные отделы. При отведении через ткани необходимо всегда учитывать, во-первых, их сопротивление, которое уменьшает реальную амплитуду биопотенциалов, и, во-вторых, возможную собственную их электрическую активность особенно мышечные потенциалы, а также кожно-гальванический рефлекс , которая может суммироваться с электрической активностью мозга биологическая активность.

Поскольку мозг является объемным проводником, то в любом случае регистрируется активность не только той точки, с которой непосредственно соприкасается электрод, но в какой-то мере и соседних.Активность этих более отдаленных точек, если она значительно выше активности в месте отведения, несмотря на некоторое ослабление промежуточным слоем тканей, может сказаться на результатах регистрации даже больше, чем активность контактного пункта.

Об этом всегда следует помнить во избежании возможных ошибок при решении вопроса о локализации деятельного очага, так как в этом случае в ЭЭГ будет преимущественно показана активность более отдаленного участка, которая может даже целиком замаскировать потенциалы непосредственно прилегающего к электроду пункта.Так как при оценке ЭЭГ учитываются формы колебаний, их амплитуда, частота и временные в частности, фазовые соотношения, то регистрирующая аппаратура должна обеспечить максимально верное изображение исследуемых сигналов в виде удобочитаемой кривой с возможностью определения указанных параметров.

Поскольку величина разности потенциалов, генерируемых мозгом, является очень малой и нижняя их граница, доступная измерению в настоящее время, определяется единицами микровольт, то, чтобы записать эти колебания, их необходимо усилить.

Для этого используются электронные усилители, в частности усилители напряжений. Амплитуда усиленных колебаний должна быть точно пропорциональна амплитуде исходных. Два других параметра частота и фазовые соотношения должны быть переданы без изменений. Лишь при этих условиях усиление сигнала, т.е. повышение уровня его мощности, не будет сопровождаться искажениями его формы.Эти требования на практике трудно выполнимы, так как в процессе усиления вследствие несовершенства приборов неизбежно возникают различные искажения.

Допустимые границы искажений специально оговариваются в технических условиях при конструировании усилителей. Для записи усиленных колебаний электрических потенциалов мозга используются разнообразные автоматические регистрирующие устройства. Эти устройства, называемые самописцами, или осциллографами, позволяют получить кривую изменений биопотенциалов как функцию времени.Из большого числа существующих в технике типов осциллографов в электроэнцефалографии применяются лишь некоторые.

В настоящее время имеются самопишущие приборы, специально разработанные для записи электроэнцефалограмм и объединяющие в одном комплексе усилители и осциллографы. Такие приборы называются электроэнцефалографами.Для того чтобы усилители и регистрирующий прибор могли быть объединены в одну установку, необходимо выполнить условия согласования ряда параметров обеих частей 1 выходное сопротивление усилителя и сопротивление вибратора должны быть одного порядка 2 сигнал на выходе усилителя должен иметь такую мощность, которая обеспечивала бы работу вибратора и позволяла бы получать запись усиленных колебаний потенциалов мозга с требуемой амплитудой при этом совокупность амплитудных характеристик усилителя и вибратора должна обеспечить линейность амплитудной характеристики электроэнцефалографа 3 так как частотная характеристика электроэнцефалографа зависит от соотношения частотных характеристик усилителя и вибратора, то последние должны быть согласованы так, чтобы в результате был бы обеспечен требуемый диапазон линейного воспроизведения частот записываемого процесса.

Качество электроэнцефалографа определяется основными параметрами частотной и амплитудной характеристиками, диапазоном измерений, чувствительностью, видом записи индикации. Весьма существенное значение имеют удобство управления, надежность прибора и его габариты, стоимость прибора и его эксплуатации, вспомогательное оборудование.

Параметры электроэнцефалографа представляют собой совокупность взаимосвязанных параметров усилителя и самописца.

В этом комплексе ведущее значение имеют характеристики самописца, которые зависят от конструкции основных элементов осциллографа.Выбором этих элементов определяется тип самописца. В большинстве типов регистрирующих устройств, применяемых в электроэнцефалографии, можно различить следующие основные элементы или их аналогии в некоторых специфических приборах преобразователь энергии колебаний электрических потенциалов в механические вибратор, инструмент записи перо с чернилами, струя чернил, пишущий стержень и т.п носитель записи бумажная или фотографическая лента и др. и механизм развертки процесса во времени лентопротяжка, электронная развертка. Наиболее важным и сложно устроенным элементом является вибратор.

В электронно-лучевом осциллографе аналогом вибратора является катодная трубка, а инструментом записи электронный луч или вызываемое им световое пятно на экране.При магнитной записи колебания электрических потенциалов посредством специальной головки преобразуются в колебания магнитного поля, запечатлевающиеся на ферромагнитной ленте. Виды записи можно классифицировать по разным показателям.

Для электроэнцефалографии наиболее существенны два из них с одной стороны, это удобство производства и чтения записи, с другой быстродействие способа записи.По показателю удобочитаемости все виды записи можно разделить на а методы непосредственно видимой записи Чернильно-перьевой метод.

Инструментом регистрации является перо в виде трубочки, непрерывно снабжаемое чернилами. Носитель регистрации хорошего качества бумага в виде ленты, протягиваемой под пером. Струйный метод. Запись производится посредством тончайшей струйки чернил, подаваемой под давлением через капиллярную трубочку, вибрирующую синхронно с сигналом. Носителем регистрации является движущаяся бумажная лента. Копировальный метод.Подвижный металлический стержень при помощи посредника, которым является красящая копировальная бумага или лента, оставляет на движущейся бумаге непрерывный след в виде кривой исследуемого процесса.

Тепловой метод. Нагретый металлический стержень или тепловой луч в местах соприкосновения расплавляет специальный воскоподобный слой например, стеарат свинца, магния, которым покрыта движущаяся бумажная лента черного или иного цвета.В результате обнажается поверхность бумаги в виде окрашенной линии записи. б Методы записи с последующим проявлением Фотографический метод.

Регистрация производится посредством фокусированного светового луча, отражающегося, например, от зеркальца шлейфного или рамочного гальванометра и попадающего на светочувствительную пленку или бумагу. Другим способом является фоторегистрация движений светового пятна с экрана электронно-лучевого осциллографа или его следа на экране со специальным люминесцентным покрытием.Возможна также регистрация процессов с использованием модуляции яркости луча света или электронного пучка.

Радиографический метод. Узкий пучок альфа бета или гамма- лучей радиоактивного вещества, следующий за изменениями измеряемой величины благодаря специальному отклоняющему устройству, направляется на бумагу или пленку из светочувствительного материала. в Методы записи с последующей инструментальной обработкой. Электромагнитный метод.Измеряемые сигналы после усиления попадают в обмотку электромагнита, изменяя в соответствии с ходом регистрируемого процесса напряженность магнитного поля, создаваемого этим магнитом. Мимо зазора электромагнита движется лента с ферромагнитным покрытием.

В результате воздействия переменного магнитного поля изменяется магнитное состояние ферромагнитного слоя, которое длительно сохраняется после записи. Пропуская ленту с фиксированным процессом через магнитную головку воспроизведения, можно переписать весь процесс в виде кривой на ленте осциллографа или подвергнуть другим видам обработки. Трибоэлектрический метод.Электризующий металлический стержень, приходя в соприкосновение с твердым диэлектриком, создает на его поверхности электростатические заряды различной величины.

Специальное считывающее устройство позволяет реализовать произведенную запись в виде конкретных данных. Кроме перечисленных видов записи, в технике используются и многие другие.Поскольку важнейшим показателем работы электроэнцефалографической установки является ее быстродействие, то наиболее целесообразно классифицировать приборы по этому признаку. Практически используемые перспективные для электроэнцефалографии виды записи по данному признаку можно разбить на три группы класса.

А. Способы инерционной записи, передающие без серьезных искажений процессы частотой в несколько десятков периодов в секунду. Сюда относятся чернильно-перьевая запись, копировальный метод, тепловой и некоторые другие.Б. Способы малоинерционной записи, позволяющие записывать практически весь диапазон частот ЭЭГ, но несколько ограничивающие изучение особо быстрых процессов, частотой свыше 1000 гц. К этому классу относятся струйный метод и способы фоторегистрации с использованием зеркальных гальванометров, в том числе запись ультрафиолетовым лучом.

В. Способы практически безынерционной записи, позволяющие записывать весь диапазон частот ЭЭГ со значительным перекрытием. Этот класс представлен электронно-лучевыми осциллографами с фотозаписью.Каждый электроэнцефалограф должен обеспечивать максимально возможную равномерность хода лентопротяжного механизма, должен быть снабжен отметкой времени или стандартными скоростями лентопротяжки, одним или несколькими отметчиками раздражения, коммутационным устройством, плавной и ступенчатой регулировкой усиления, калибровочным устройством, частотными фильтрами, устройствами для измерения сопротивления электродов, счетчиком запаса ленты носителя записи.

КАРДИОМОНИТОРИНГ. Кардиомониторы КМ можно разделить на виды и группы, отличающиеся друг от друга контролируемыми параметрами, эксплуатационными характеристиками, методами обработки и представления информации.

В современных условиях всеобъемлющей компьютеризации существуют проблемы сопряжения КМ с персональным компьютером ПК для решения задач хранения и обработки информации, прогнозирования состояния больного и статистического анализа кардиологической информации в отделении или поликлинике.Рассмотрим особенности КМ разного типа и возможности их сопряжения с ПК. Амбулаторные КМ используются как в стационаре, так и после выписки из стационара для контроля таких изменений состояния сердечной деятельности за весь суточный период, которые не могут быть выявлены во время непродолжительного ЭКГ-исследования в покое.

Кардиомониторы скорой помощи предназначены для контроля состояния сердечной деятельности, восстановления утраченного или нарушенного ритма сердца на дому и в машине скорой помощи. Они позволяют вести наблюдение ЭКГ, измерять частоту сердечных сокращений ЧСС, проводить дефибрилляцию или стимуляцию сердца.

Клинические КМ предназначены для стационаров и бывают нескольких типов. Кардиологические КМ применяются в палатах интенсивного наблюдения за больными в острый период заболевания. Хирургические КМ используются во время операции на сердце и сосудах, а также в послеоперационных палатах. Акушерские КМ устанавливаются в родильных залах, предродовых палатах и в отделениях интенсивного ухода за новорожденными.Тестирующие КМ предназначены для функциональной диагностики состояния сердечно-сосудистой системы.

Они позволяют автоматизировать процесс ЭКГ-исследований под нагрузкой. Реабилитационные КМ необходимы для контроля сердечно-сосудистой системы в условиях повышенных нагрузок и проверки эффективности назначенных лекарственных препаратов. Санаторно-курортные КМ находят применение в кардиологических санаториях для контроля лечения при грязе- и светолечении, лечебных ваннах и других процедурах.Несмотря на разнообразие КМ, они могут быть представлены одной обобщенной структурной схемой.

Электрокардиосигнал ЭКС с электродов поступает в блок усиления и преобразования. Цифровой ЭКС подается затем в блок обработки, в качестве которого можно использовать ПК. Диагностические заключения в блоке формирования сигналов тревоги сравниваются с порогами. Электрокардиосигнал и диагностические заключения о характере аритмий индицируются в блоке отображения информации или на дисплее компьютера.Устройства отображения медицинской информации в кардиомониторах должны отражать состояние сердечной деятельности по ЭКС, а также вспомогательные сведения о больном и технические данные о работе кардиомонитора. Опыт эксплуатации кардиомониторов показывает, что они обладают рядом недостатков, обусловленных передачей ЭКС от больного к кардиомонитору при помощи кабеля отведений.

Поэтому понятен интерес специалистов к беспроводным каналам передачи ЭКС, которые не только в значительной степени свободны от указанных недостатков, но и облегчают задачу ввода информации в ПК. Радиотелеметрический канал передачи биопотенциалов уже давно используются там, где необходим контроль физиологических параметров в условиях свободного поведения человека и животных.

Оптимальной по удобству эксплуатации, простоте технических решений и стоимости является биорадиотелеметрическая система передачи ЭКС от больного к кардиомонитору, находящемуся у постели больного, а от кардиомонитора сигнал и данные его обработки уже передаются на центральный пост по проводному каналу.ПРИБОРЫ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ АКУСТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. ФОНОКАРДИОГРАФИЯ. Фонокардиография представляет собой метод графической регистрации звуковых процессов, возникающих при деятельности сердца.

Звуки сердца впервые графически были зарегистрированы голландским ученым Эйнтховеном еще в 1894 г. Однако из-за несовершенства аппаратуры клиническое распространение метод фонокардиографии получил только в последние 20-25 лет после создания достаточно надежных аппаратов.Фонокардиография имеет ряд преимуществ перед аускультацией. Она позволяет исследовать звуки сердца в диапазонах, не доступных или почти не доступных слуховому восприятию например, III и IV тоны сердца исследование формы и продолжительности звуков с помощью ФКГ позволяет проводить их качественный и количественный анализ, что также недоступно аускультации.

Наконец, фонокардиографическое исследование является документальным и позволяет осуществлять наблюдение за изменениями звуковых явлений, возникающих при работе сердца больного, в динамике. Фонокардиограф является аппаратом, регистрирующим звуковые процессы сердца.

Обычно одновременно с фонокардиограммой ФКГ регистрируется ЭКГ, позволяющая четко определить систолический и диастолический интервалы. Фонокардиограф любого типа состоит из микрофона, электронного усилителя, фильтров частот и регистрирующего устройства.Микрофон преобразует звуковую энергию в электрические сигналы. Он должен обладать максимальной чувствительностью, не вносить искажений в передаваемые сигналы и быть маловосприимчивым к внешним шумам.

По способу преобразования звуковой энергии в электрические сигналы микрофоны фонокардиографов разделяются на пьезоэлектрические и динамические.Принцип действия пьезоэлектрического микрофона основан на пьезоэлектрическом эффекте возникновении разности при механической деформации некоторых кристаллов кварца, сегнетовой соли и др Кристалл устанавливается и закрепляется в корпусе микрофона, чтобы под действием звуковых колебаний он подвергался деформации.

В настоящее время чаще используются динамические микрофоны. Принцип их действия основан на явлении электромагнитной индукции при движении проводника в поле постоянного магнита в нем возникает ЭДС, пропорциональная скорости движения. На крышке микрофона наклеено кольцо из эластичной резины, благодаря чему микрофон плотно накладывается на поверхность грудной клетки.Через отверстия в крышке динамического микрофона звук воздействует на мембрану, сделанную из тончайшей прочной пленки.

Соединенная с мембраной катушка перемещается в кольцевом зазоре магнитной системы микрофона, вследствие чего появляется ЭДС. Электрический сигнал подается на усилитель в задачу которого входит не просто усилить все звуки в равной степени, а в большей мере усилить слабые высокочастотные колебания, соответствующие сердечным шумам, и в меньшей мере низкочастотные, соответствующие сердечным тонам.Поэтому весь спектр разбивается на диапазоны низких, средних и высоких частот.

В каждом таком диапазоне обеспечивается необходимое усиление. Полную картину звуком сердца получают при анализе ФКГ, полученных в каждом диапазоне частот.В отечественных приборах используются следующие частотные характеристики при записи ФКГ А аускультативная номинальная частота 14025 Гц, Н низкочастотная 3510 Гц, С1 среднечастотная-1 7015 Гц, С2 среднечастотная-2 14025 Гц, В высокочастотная 25050 Гц. Для регистрации полученных сигналов используют регистрирующие системы, имеющие малую инерцию оптическую или струйную.

Чрезвычайно важно подобрать для каждого аппарата необходимый уровень усиления при записи ФКГ. Этот уровень для данного прибора становится стандартным, и в дальнейшем ФКГ всем пациентам снимают с одинаковым усилением. Такая стандартизация позволяет следить за динамикой изменений звуковой картины у пациента в разные периоды времени и сравнивать показатели у разных пациентов.Определение нужного уровня усиления производится путем регистрации ФКГ нескольким пациентам с шумами разной интенсивности.

Запись можно производить в одной точке максимального звучания шума, но обязательно на разных уровнях усиления 1, 2, 3 и т. д. и на всех частотных характеристиках А, Н, С1, С2 и В. После этого путем сравнения производится выбор оптимального усиления. Обычно принимается компромиссное решение максимально хорошая регистрация шумов при минимальных помехах на шумовой дорожке.Выбирают 2 уровня усиления для каждой частотной характеристики на одном хорошо регистрируются шумы средней интенсивности, на другом с некоторым превышением запасом для регистрации малоинтенсивных шумов.

Во всех случаях шумовая дорожка должна быть чистой от помех. Естественно, при регистрации очень громких или очень тихих шумов уровень усиления уменьшают или увеличивают.Для практической работы в большинстве случаев достаточно использовать 2-3 частотные характеристики С1 или Н и А или С2. Помещение, в котором происходит регистрация ФКГ, должно быть хорошо изолировано от шумов вне и внутри помещения.

Во время записи необходимо соблюдать полную тишину, так как иначе будут регистрироваться посторонние звуки, мешающие анализу ФКГ. В помещении должно быть тепло не ниже 18 19 0С, поскольку пациенту приходится раздеваться до пояса, а в холодном помещении появляется мышечное дрожание, искажающее ФКГ. Пациент ложится на твердую кушетку или кровать лицом вверх с вытянутыми вдоль туловища руками. Положение пациента должно быть удобным и не напряженным.Перед исследованием пациент несколько минут должен спокойно полежать, отдохнуть, чтобы снять эмоциональное или физическое напряжение, сопровождающееся тахикардией.

Для возможности наблюдения за пациентом при подаче команды о задержке дыхания при записи ФКГ аппарат целесообразно размещать у головного конца кровати, причем медсестра должна стоять лицом к пациенту.Появление помех при записи ФКГ, мешающих дальнейшему анализу, в большинстве случаев связано с плохим наложением микрофона на грудную клетку.

Микрофон с помощью резинового кольца устанавливается на поверхности грудной клетки и дополнительно фиксируется специальным резиновым бинтом. Лишь в исключительных случаях, например у маленьких детей, микрофон удерживают на грудной клетке рукой. При неплотном прилегании микрофона к грудной клетке и отсутствии герметичности снижается чувствительность к звукам низких частот, начинают записываться помехи, связанные с внешними шумами.Слишком сильное прижатие микрофона к грудной клетке также вызывает изменения на ФКГ, снижая амплитуду звуков.

При выраженном покрове на грудной клетке пациента перед наложением микрофона во избежание побочных звуков, связанных с трением волос, кожу пациента целесообразно смочить теплой водой.Необходимо избегать трения между одеждой пациента и резиновым ремнем, фиксирующим микрофон, или самим корпусом микрофона, так как при этом возникают искажения на ФКГ. Для того, чтобы звуки дыхания не накладывались на ФКГ, запись производят при задержанном после выдоха дыхании, для чего подают команды вдох, выдох, задержать дыхание.

Иногда для лучшего выявления шумов сердца приходится регистрировать ФКГ в вертикальном положении пациента или в положении на левом боку, при задержке дыхания на вдохе или вдохе или вообще без задержки дыхания. Для анализа ФКГ и ориентировки в систолическом и диастолическом интервалах пациенту одновременно записывается ЭКГ, в котором лучше видны зубцы часто II стандартное отведение.Регистрация производится при скорости движения бумаги 50 ммс, в отдельных случаях 100 или 25 ммс. Записываются обычно 5-6 сердечных циклов.

Регистрация ФКГ производится в тех же точках грудной клетки, где осуществляется аускультация сердца.При отсутствии значительных изменений в размерах сердца микрофон устанавливается в области верхушки сердца в пятом межреберье по левой срединно-ключичной линии в точке Боткина-Эрба в третьем — четвертом межреберье у левого края грудины в области выслушивания звуков над аортой во втором межреберье у правого края грудины в области выслушивания звуков над легочной артерией во втором межреберье у левого края грудины и в области трехстворчатого клапана в четвертом — пятом межреберье у правого края грудины.

ПРИБОРЫ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ. ТЕРМОГРАФИЯ. В человеческом организме вследствие экзотермических биохимических процессов в клетках и тканях, а также за счет высвобождения энергии, связанной с синтезом ДНК и РНК, вырабатывается большое количество тепла-50-100 ккалграмм.

Это тепло распределяется внутри организма с помощью циркулирующей крови и лимфы. Кровообращение выравнивает температурные градиенты. Кровь благодаря высокой теплопроводности, не изменяющейся от характера движения, способна осуществлять интенсивный теплообмен между центральными и периферическими областями организма. Наиболее теплой является смешанная венозная кровь.Она мало охлаждается в легких и, распространяясь по большому кругу кровообращения, поддерживает оптимальную температуру тканей, органов и систем.

Температура крови, проходящей по кожным сосудам, снижается на 2-3. При патологии система кровообращения нарушается. Изменения возникают уже потому, что повышенный метаболизм, например, в очаге воспаления увеличивает перфузию крови и, следовательно, теплопроводность, что отражается на термограмме появлением очага гипертермии.У здорового человека распределение температур симметрично относительно средней линии тела. Нарушение этой симметрии и служит основным критерием тепловизионной диагностики заболеваний.

Термография метод функциональной диагностики, основанный на регистрации инфракрасного излучения человеческого тела, пропорционального его температуре. Распределение и интенсивность теплового излучения в норме определяются особенностью физиологических процессов, происходящих в организме, в частности как в поверхностных, так и в глубоких органах.Различные патологические состояния характеризуются термоасимметрией и наличием температурного градиента между зоной повышенного или пониженного излучения и симметричным участком тела, что отражается на термографической картине.

Этот факт имеет немаловажное диагностическое и прогностическое значение, о чем свидетельствуют многочисленные клинические исследования. В литературе описывается несколько методов тепловизионных исследований. Выделяют два основных вида термографии 1.Контактная холестерическая термография. 2.Телетермография.Телетермография основана на преобразовании инфракрасного излучения тела человека в электрический сигнал, который визуализируется на экране тепловизора.

Контактная холестерическая термография опирается на оптические свойства холестерических жидких кристаллов, которые проявляются изменением окраски в радужные цвета при нанесении их на термоизлучающие поверхности. Наиболее холодным участкам соответствует красный цвет, наиболее горячим синий.Нанесенные на кожу композиции жидких кристаллов, обладая термочувствительностью в пределах 0.001 С, реагируют на тепловой поток путем перестройки молекулярной структуры.

После рассмотрения различных методов тепловидения встает вопрос о способах интерпретации термографического изображения. Существуют визуальный и количественный способы оценки тепловизионной картины. Визуальная качественная оценка термографии позволяет определить расположение, размеры, форму и структуру очагов повышенного излучения, а также ориентировочно оценивать величину инфракрасной радиации.Однако при визуальной оценке невозможно точное измерение температуры.

Кроме того, сам подъем кажущейся температуры в термографе оказывается зависимым от скорости развертки и величины поля. Затруднения для клинической оценки результатов термографии заключаются в том, что подъем температуры на небольшом по площади участке оказывается малозаметным. В результате небольшой по размерам патологический очаг может не обнаруживаться. Радиометрический подход весьма перспективен.Он предполагает использование самой современной техники и может найти применение для проведения массового профилактического обследования, получения количественной информации о патологических процессах в исследуемых участках, а также для оценки эффективности термографии. Тепловизоры, применяемые сейчас в тепловизионной диагностике, представляют собой сканирующие устройства, состоящие из систем зеркал, фокусирующих инфракрасное излучение от поверхности тела на чувствительный приемник.

Такой приемник требует охлаждения, которое обеспечивает высокую чувствительность.

В приборе тепловое излучение последовательно преобразуется в электрический сигнал, усиливающийся и регистрирующийся как полутоновое изображение. В настоящее время применяются тепловизоры с оптико-механическим сканированием, в которых за счет пространственной развертки изображения осуществляется последовательное преобразование инфракрасного излучения в видимое.Общим недостатком существующих тепловизоров является необходимость их охлаждения до температуры жидкого азота, что обусловливает их ограниченное применение.

В 1982 году ученые предложили новый тип инфракрасного радиометра. В его основе — пленочный термоэлемент, работающий при комнатной температуре и обладающий постоянной чувствительностью в широком диапазоне длин волн. Недостатком термоэлемента является низкая чувствительность и большая инерционность.Общим недостатком существующих тепловизоров является необходимость их охлаждения до температуры жидкого азота, что обусловливает их ограниченное применение.

В 1982 году ученые предложили новый тип инфракрасного радиометра. В его основе — пленочный термоэлемент, работающий при комнатной температуре и обладающий постоянной чувствительностью в широком диапазоне длин волн. Недостатком термоэлемента является низкая чувствительность и большая инерционность. В заключении, нужно указать на основные пути и перспективы совершенствования тепловизионной техники.Это, во-первых, повышение уровня четкости и степени контрастности тепловизионных изображений, создание видеоконтрольных устройств, дающих увеличенное воспроизведение теплового изображения, а также дальнейшая автоматизация исследований и применение ЭВМ. Во-вторых, совершенствование методики тепловизионных исследований различных видов заболеваний.

Тепловизор должен давать информацию о площади кожного участка с измененной температурой и координатах фиксированного теплового поля. Предполагается создать аппараты, в которых можно произвольно менять увеличение изображения, фиксировать амплитудное распределение температуры по горизонтальным и вертикальным осям. Кроме того, необходимо сконструировать прибор, способный интенсифицировать развитие исследований механизма теплопередачи и корреляции наблюдаемых тепловых полей с источниками тепла внутри тела человека.

Это позволит разработать унифицированные методики тепловизионной диагностики.В-третьих, следует продолжить поиск новых принципов работы тепловизоров, работающих в более длинноволновых областях спектра с целью регистрации максимума теплового излучения тела. В перспективе также возможно совершенствование аппаратуры для сверхчувствительного приема электромагнитных колебаний дециметровых, сантиметровых и миллиметровых диапазонов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Дощицин В. Л. Практическая электрокардиография. 2-е изд перераб. и доп. М. Медицина, 1987. 336 с. Дехтярь Г. Я. Электрокардиографическая диагностика. 2-е изд перераб. и доп. М. Медицина, 1972. 416 с. Минкин Р. Б Павлов Ю. Д. Электрокардиография и фонокардиография.

Изд. 2-е, перераб. и дополн. Л. Медицина, 1988. 256 с. Исаков И. И Кушаковский М. С Журавлева Н. Б. Клиническая электрокардиография нарушения сердечного ритма и проводимости Руководство для врачей. Изд. 2-е перераб. и доп. Л. Медицина, 1984. 272 с. Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ Учеб. Пособие для вузов А. Л. Барановский, А. Н. Калиниченко, Л. А. Манило и др. Под ред. А. Л. Барановского и А. П. Немирко.М. Радио и связь, 1993. 248 с. Госсорг Ж. Инфракрасная термография.

М. Медицина, 1988 г Воробьев А. Б. Тепловидение в медицине. М. Медицина, 1985 г. 63 с. Каминская Г. Т. Основы электроэнцефалографии. М. Изд-во МГУ, 1989 г. Краткин Ю. Г Гусельников В. И. Техника и методики электроэнцефлографии. Изд. 2-е перераб. и дополн. Л. Изд-во Наука, Ленингр. отд. 1971 г.

РЕГИСТРИРУЮЩИЕ ПРИБОРЫ (РЕГИСТРАТОРЫ) ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

Регистраторы необходимы для трансформации электрических потенциалов, которые поступают к ним от отводящих электродов или датчиков (чаще после необходимого усиления), в процессы, воспринимаемые нашими органами чувств. Регистраторы могут преобразовывать и отображать исследуемый процесс или функцию в различных формах, например, в отклонении стрелки измерительного прибора, цифровой индикации, отклонении луча на экране осциллографа, графической регистрации на бумаге, фотографической или магнитной ленте, а также в виде световых или звуковых сигналов и пр.

В большинстве типов регистраторов основными элементами являются: преобразователь энергии колебаний электрических потен-циалов в механические (гальванометр, вибратор), инструмент записи (перо с чернилами, струя чернил, пишущий стержень, электронный луч и др.) и механизм развертки процесса во времени (лентопротяж-ный механизм, электронная развертка). Кроме того, современные регистраторы могут содержать ряд вспомогательных блоков и систем, например коммутаторы, усилители, калибраторы усиления и времени, оптические системы для фотографирования и др.

Каждый электрик должен знать:  Как выбрать яркую светодиодную ленту варианты, рекомендации

В медицинской регистрирующей аппаратуре наиболее широко используются три вида преобразователей, создаваемых на основе трех различных принципов трансформации энергии колебаний элект-рических потенциалов.

1. Использование силы, действующей на проводник с током или ферромагнетик в магнитном поле. На основе этого принципа конструируют различные системы гальванометров, вибраторов, которые применяются в шлейфных и чернильно-пишущих осциллографах (регистраторах).

2. Использование отклонения потока электронов (электронного луча) в электрическом и электромагнитном поле. Этот принцип реализуют с помощью электронно-лучевых трубок, которые являются основной частью электронных (катодных) осциллографов.

3. Использование свойства ферромагнитных материалов намагничиваться под влиянием магнитного поля и сохранять это состояние. На этом принципе конструируют различные типы магнитофонов и магнитографов.

Гальванометры и вибраторы. Эти приборы имеют одинаковый принцип действия, но отличаются по конструктивному исполнению, в связи с чем значительно разнятся друг от друга по чувствительности, инерционности и способности воспроизводить сигналы различной частоты. Существуют гальванометры и вибраторы магнитоэлектрической и электромагнитной системы.

В гальванометрах (вибраторах) магнитоэлектрической системы преобразование электрических сигналов в механический эффект достигается за счет движения проводника (по которому течет электрический ток) в постоянном магнитном поле. Проводник электрического тока может быть выполнен в виде тонкой струны, петли или многовитковой рамки. Многовитковую рамку используют для конструирования магнитоэлектрических вибраторов.

В гальванометрах (вибраторах) электромагнитной системы магнитное поле, в которое помещается ферромагнетик 8, создается за счет постоянного магнита 1 и специальной обмотки 4. Эта обмотка при прохождении через нее электрического тока создает электромагнитное поле, свойства которого определяются направлением силой тока, проходящего через обмотку. При взаимодействии эти, полей создается вращающий момент, под влиянием которого перемещается ферромагнитный якорь.


Использование различных систем, способных отображать перемещение подвижных элементов гальванометров (вибраторов), позволяет конструировать различные типы регистраторов, например, струнный гальванометр, зеркальный гальванометр, шлейфный осциллограф, регистраторы с непосредственно видимой записью (чернильно-перьёвой, струйной, копировальной, тепловой, печатной и др.).

Струнный гальванометр. В этих приборах направление перемещения струны в сильном магнитном поле определяется на-правлением приложенного к ней тока, а величина перемещения определяется силой тока, проходящего через нее. Колебания струны с помощью оптической системы можно проецировать на экран, а для записи — на движущуюся фотографическую бумагу или пленку.

Струнные гальванометры сравнительно малоинерционны; их совершенные модели способны воспроизводить сигналы с частотой до 1000 Гц. Их чувствительность зависит от величины магнитного поля и свойств струны (упругости и диаметра). Чем тоньше струна (2-5 мкм) и чем сильнее магнитное поле, тем выше чувствительность струнного гальванометра. Многие струнные гальванометры имеют такую чувстви-тельность, что могут использоваться без усилителей. Раньше их применяли для регистрации электрокардиограммы и мембранных потенциалов клеток.

Зеркальный гальванометр. Если на петле или многовитковой рамке укрепить маленькое легкое зеркальце 6, то при пропускании тока оно будет перемещаться вместе с петлей или рамкой (направление движения на рис. 14 показано стрелкой). На зеркальце с помощью осветителя направляется луч света, а отраженный луч (зайчик) проецируется на полупрозрачный экран, по шкале которого судят о направлении и величине отклонения отраженного луча. При этом зеркальные гальванометры могут использоваться как самостоятельные регистрирующие приборы.

В настоящее время зеркальные гальванометры применяют в качестве выходных устройств в так называемых шлейфных осциллографах.

Для регистрации исследуемого прогресса и наблюдения за ним в шлейфных осциллографах используется особая оптическая система. От лампы осветителя 1 луч света через линзу 2 и диафрагму 3 с помощью зеркала 4 направляется на зеркальце галь-ванометра 5 и линзой 6 делится на два пучка. Один пучок света линзой 7 фокусируется на поверхности движущейся фотобумаги (фотопленки), которая протягивается лентопротяжным механизмом 8. Второй пучок с помощью цилиндрической линзы — призмы 9 направляется на вращающийся многогранный зеркальный барабан 10 и, отражаясь от него, падает на матовый экран 11. За счет вращения зеркального барабана исследуемый процесс развертывается на экране и служит для визуального наблюдения.

Сочетание струнных и зеркальных гальванометров с оптическими системами позволяет производить регистрацию исследуемых процессов с применением фотографического метода или метода ультрафиолетовой записи. Последний позволяет получать видимую запись спустя несколько секунд после экспозиции без проявления.

Регистраторы с непосредственно видимой записью. В регистраторах этого типа преобразователями электрических сигналов являются магнитоэлектрические (рамочные) или электромагнитные вибраторы, на подвижные элементы которых вместо зеркальца укрепляют различные инструменты записи.

Чернильно-перьевые регистраторы. Этот тип устройств широко используют при регистрации физиологических функций. В них перо 5 укреплено на рамке или ферромагнитном якоре 2, которые находятся в поле магнита 1. Перо соединено эластичной трубкой 4 с резервуаром для чернил 3. Исследуемый процесс записывается на бумажной ленте 6. Чернильно-перьевые регистраторы удобны в эксплуатации и вполне пригодны для решения многих задач. Их успешно используют в электроэнцефалографах, электрокардиографах, электрогастрографах и других приборах. Однако чернильно-перьевые регистраторы имеют ряд существенных недостатков. Они инерционны и не позволяют регистрировать электрические колебания с частотой, превышающей 150 Гц. В связи с этим они непригодны, например, для регистрации быстрых процессов, таких как биотоки нервов и нервных клеток и т. п. Кроме того, чернильно-перьевая регистрация (без специальной коррекции) вносит в исследуемый процесс радиальные искажения, обусловленные дугообразным движением пера на бумаге.

Струйный метод регистрации. Этот метод основан на пропускании через капилляр (диаметром 5-8 мкм), укрепленный на вибраторе, струи чернил под давлением 20 кг/см 2 : чернила, попадая на движущуюся бумажную ленту, оставляют след в виде кривой исследуемого процесса.

Струйный метод регистрации высокочувствителен и малоинерционен. Он позволяет совмещать удобство видимой записи с возможностью регистрации электрических сигналов в широком частотной диапазоне (от 0 до 1500 Гц). Однако эти регистраторы требуют применения особых чернил, обладающих весьма высоким качеством (однородность состава).

Во всех регистраторах с непосредственно видимой записью скорость движения носителя записи (бумаги) определяется механической разверткой и не превышает 200 мм/с, в то время как для развертывания быстропротекающих процессов требуются большие скорости записи, что достигается с помощью электронной развертки в катодных осциллографах.

Электронные (катодные) осциллографы. Это — универсальные регистрирующие приборы. Они практически безынерционны и за счет наличия усилителей имеют высокую чувствительность. Эти приборы позволяют исследовать и регистрировать как медленные, так и быстрые колебания электрических потенциалов с амплитудой до 1 мкВ и менее. Выходным регистрирующим устройством катодного осциллографа является электронно-лучевая трубка с электростатическим или электромагнитным отклонением электронного луча.

Принцип действия электронно-лучевой трубки заключается во взаимодействии потока электронов, испускаемого катодом и сфокусированного системой электронных линз, с электростатическим или электромагнитным полем отклоняющих электродов.

Электронно-лучевая трубка состоит из стеклянного баллона, внутри которого в высоком вакууме находятся источник электронов и системы электродов (направляющие, фокусирующие и отклоняющие), управляющие электронным лучом.

Источником электронов является катод 2, подогреваемый нитью накала 1. Отрицательно заряженные электроны через управляющую сетку 3 притягиваются системой положительно заряженных анодов 4, 5 и 6. При этом из электронов формируется электронный луч, кото-рый проходит между вертикальными 7 и горизонтальными 8 откло-няющими пластинами и направляется на экран 9, покрытый люминофором (веществом, обладающим способностью светиться при взаимо-действии с электронами). Управляющая сетка 3 имеет по отношению к катоду отрицательный потенциал, величина которого регулируется потенциометром 10. При изменении (с помощью потенциометра) потенциала сетки изменяется плотность потока электронов в электронном луче, а следовательно, яркость свечения луча на экране. Фокусирование электронного луча осуществляется потенциометром 10, т. е. за счет изменения положительного потенциала на втором аноде 5.

Горизонтальные и вертикальные отклоняющие пластины управ-ляют движением электрического луча соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях, для чего на них подаются потенциалы с усилителей горизонтального (б, х1 и х2) и вертикального (а, у1 и у2) отклонения луча. Если на горизонтальные отклоняющие пластины подавать пилообразное напряжение, то луч осциллографа будет перемещаться в горизонтальной плоскости слева направо. Изменяя режим работы генератора пилообразного напряжения, можно регулировать скорость развертки, т. е. скорость прохождения луча по экрану осциллографа. Это необходимо потому, что исследуемые процессы (сигналы) имеют разные частотно-временные параметры.

Исследуемый процесс (сигнал) обычно подается на вертикальные отклоняющие пластины, которые перемещают луч вверх или вниз, в зависимости от знака и величины приложенного к ним напряжения. Таким образом, потенциалы, приложенные к пластинам, управляют перемещением луча по горизонтальной (х) и вертикальной (у) осям, т. е. развертывают исследуемый процесс.

Регистрацию исследуемых процессов с экрана катодного осциллографа осуществляют фотографическим способом с применением световых фотоаппаратов или специальных фотокамер.

Магнитографы. Регистрация электрических процессов на ферромагнитную ленту удобна тем, что записанная таким образом информация может длительно храниться и многократно воспроизводиться. С помощью различных регистраторов ее можно переводить в видимую запись с различным масштабом развертки. Эту информацию можно обрабатывать после окончания эксперимента с помощью различных автоматических устройств и электронно-вычислительных машин. Магнитографы позволяют записывать и протокол эксперимента.

Классификация осциллографов.

Назначение осциллографа

Приборы, предназначенные для измерения отдельных параметров сигналов, например, вольтметр, частотомер и т.д. часто не удовлетворяют пользователя, поскольку не позволяют отображать форму исследуемого сигнала. В этой ситуации наиболее рациональным выходом является использование осциллографа.

ОСЦИЛЛОГРАФ (от лат. oscillo — качаюсь и греч. grаpho — пишу) — прибор для визуального наблюдения или регистрации функциональной связи между двумя или более величинами, характеризующими какой-либо физический процесс. В электронике наиболее часто осциллограф используется для наблюдения изменений тока или напряжения во времени, а также для измерения различных электрических величин: амплитуды тока и напряжения, частоты, сдвига фаз, глубины модуляции, длительности и частоты повторения электрических импульсов и др. С помощью осциллографа можно также наблюдать и записывать меняющиеся неэлектрические величины (давление, температуру, влажность и др.), предварительно преобразовав их в электрические сигналы.

Эволюция методов построения, элементной базы, конструкции осциллографов и других измерительных приборов во многом шла параллельными курсами /6/. Дата появления современного осциллографа связана с выпуском в 1946 году первого такого прибора модели 511 фирмы Tektronix, в котором появились калиброванные усиление и развертка.

Следующей вехой на пути развития осциллографов стала выпущенная в 1960 году той же фирмой портативная модель 321 — первый полностью полупроводниковый осциллограф.

Кроме того, в 1960 году фирма Hewlett-Packard представила стробоскопический осциллограф HP 185A, в котором сигнал подвергался дискретизации, запоминался в виде напряжения на конденсаторе и отображался. Наиболее удачной разработкой, несомненно, является серия 7000 модульных осциллографов фирмы Tektronix. Эта серия появилась в 1969 году и поставлялась в течение последующих двадцати лет. В аналоговом осциллографе модели 7104, выпущенном в 1979 году, была достигнута полоса пропускания шириной 1 ГГц при регистрации однократных процессов.

Классификация осциллографов.

По принципу действия различают светолучевые и электроннолучевые (или электронные) осциллографы.

Светолучевые осциллографы выполняются на базе одного или нескольких зеркальных гальванометров или шлейфов (шлейф — легкая петелька из очень тонкой проволоки с укрепленным на ней небольшим зеркальцем, помещаемая между полюсами постоянного магнита). Помимо зеркального гальванометра (шлейфа) осциллограф содержит светооптическую систему, носитель записи (светочувствительная бумага или фотопленка), механизм развертки. Электрический сигнал (ток), пропущенный через рамку гальванометра, или шлейф, вызывает поворот зеркальца, и отраженный световой луч 5 оставляет на равномерно движущемся носителе след в виде некоторой кривой, отображающей изменение электрического сигнала во времени. Для визуального наблюдения изменения исследуемой величины служит встроенный просветный экран, на который отводится часть светового луча.

Развертка луча на экране осуществляется с помощью равномерно вращающегося многогранного зеркального барабана. Для одновременной регистрации нескольких физических величин осциллографы могут иметь от 4 до 60 шлейфов.

В электронно-лучевом осциллографе изменение исследуемой физической величины во времени отображается с помощью электронного луча на экране осциллографического электронно-лучевого прибора. Чаще всего с помощью электронного осциллографа исследуют электрические сигналы. На экранах большинства осциллографов имеются проградуированные шкалы, позволяющие измерять амплитудные или временные характеристики всего сигнала или его части. Помимо ЭЛП в состав электронного осциллографа входят (рис. 1):

· усилитель вертикального отклонения (широкополосный видеоусилитель) – канал ;

· генератор (например, ждущий мультивибратор) и усилитель развертки, формирующие пилообразное напряжение на горизонтально отклоняющих пластинах, — канал ;

· синхронизатор, формирующий синхроимпульс для запуска генератора развертки в момент, соответствующий выбранной точке исследуемого сигнала;

· калибратор длительности, вырабатывающий временные отметки, по которым можно измерять временные характеристики сигналов; блок электропитания.

Исследуемый электрический сигнал подается на вертикально отклоняющие пластины ЭЛП непосредственно либо через усилитель (если сигнал мал), вызывая соответствующее отклонение электронного луча в вертикальном направлении; горизонтальное перемещение луча создается генератором горизонтальной развертки.

Функциональная схема электронно-лучевого осциллографа представлена на рисунке 1.

Рис.1. Упрощенная функциональная схема электронно-лучевого осциллографа:

ЖР — ждущая развертка; НР — непрерывная развертка; К — катод; М — модулятор; В1 — переключатель калибратора амплитуды; В2 -переключатель входа на пластины ; В3 — переключатель режима синхронизации; В4 — переключатель калибратора длительности; В5 — переключатель режима развертки; В6 — переключатель входа на пластины ; Y1,Y2 — вертикально отклоняющие пластины; Х1,X2 — горизонтально отклоняющие пластины; ЭЛП — электронно-лучевой прибор.

В результате на экране ЭЛП высвечивается кривая линия, отображающая изменение исследуемого сигнала во времени. Для одновременного исследования двух и более сигналов применяются многолучевые осциллографы (чаще всего двулучевые), а также встроенные многоканальные электронные коммутаторы, обеспечивающие получение изображения нескольких сигналов путем периодического поочередного подключения их ко входу усилителя вертикального отклонения.

Среди электронных осциллографов различают несколько разновидностей: универсальные электронные осциллографы (описан выше), запоминающие, стробоскопические, скоростные и специальные.

В запоминающих осциллографах используются ЭЛП с накоплением заряда, в которых изображение сохраняется длительное время, например до нескольких суток после выключения прибора. Применяется для исследования однократных и редко повторяющихся сигналов.

В стробоскопических осциллографах применяется способ последовательного стробирования мгновенных значений сигнала. К моменту прихода следующего сигнала стробирующий импульс сдвигается во времени и обеспечивает отображение на экране осциллографа значения сигнала, соответствующего этому моменту времени, и так до тех пор, пока стробирующий импульс не пройдет исследуемый сигнал полностью.

При этом на экране осциллографа отображается огибающая мгновенных значений входного сигнала.

Cтробоскопические осциллографы отличаются наиболее широкой полосой пропускания и позволяют исследовать сигналы с длительностью до 10 -11 с.

Скоростные осциллографы предназначены для регистрации однократных и повторяющихся сигналов в полосе частот около единиц ГГц. В таких осциллографах используется ЭЛП с вертикально отклоняющей системой типа ; исследуемый сигнал подается непосредственно на отклоняющую систему.

В некоторых моделях осциллографа используется квадрупольная фокусировка луча системой магнитных линз, позволяющая увеличить скорость записи при фоторегистрации осциллограммы. С этой же целью применяются ЭЛП с волоконно-оптическим экраном.

К специальным осциллографам относятся: осциллографы для исследования телевизионных сигналов; медицинские индикаторы — мониторы для одновременного наблюдения 8…12 изображений; логические осциллографы (анализаторы логического состояния), на экране которых воспроизводится в виде двоичного кода состояние исследуемого сигнала (или состояние исследуемой электронной схемы); бесконтактные осциллографические приборы, предназначенные для контроля и наблюдения электрических сигналов через изоляционные покрытия без контакта с токопроводящими поверхностями (такие приборы применяются, например, проектировании и изготовлении БИС и микропроцессоров). /1,2/

осциллограф

Измерительный прибор для визуального наблюдения или регистрации функциональной связи между двумя или более величинами, характеризующими какой-либо физический процесс. Наиболее часто осциллографы используют для наблюдения изменения силы тока или напряжения во времени, а также для измерений различных электрических величин: амплитуды тока и напряжения, частоты, сдвига фаз, глубины модуляции, длительности и частоты повторения электрических импульсов и др. С помощью осциллографа можно также наблюдать и фиксировать (напр., на фотобумаге) быстро меняющиеся неэлектрические величины (давление, влажность, температуру и др.). По принципу действия осциллографы делятся на светолучевые и электронно-лучевые. Действие светолучевого (шлейфового) осциллографа основано на использовании зеркального гальванометра – магнитоэлектрического (при записи изменяющихся силы тока и напряжения) или электродинамического (при записи мгновенных значений мощности) в сочетании с оптической системой. Обычно состоит из набора шлейфов – гальванометров в виде лёгкой петельки из очень тонкой проволоки с укреплённым на ней небольшим зеркальцем, помещаемым между полюсами постоянного магнита оптической системы (содержащей осветитель, линзы, диафрагмы, зеркальный барабан развёртки, экран визуального наблюдения), и приспособления для протяжки носителя записи (или светочувствительной бумаги или фотоплёнки), на котором фиксируются отклонения светового луча, отражённого зеркалом гальванометра.

Светолучевой осциллограф применяют для исследования физических процессов, частота которых не превышает 20–25 Гц. При помощи светолучевого осциллографа можно регистрировать одновременно до 64 процессов (по числу имеющихся шлейфов). Действие электронно-лучевого осциллографа основано на использовании осциллографического электронно-лучевого прибора, предназначенного для визуального наблюдения или записи (фотографирования) электрических процессов: периодических непрерывных и импульсных с частотой до 1 ГГц и выше, а также периодических процессов продолжительностью 0.1 нс и менее. Исследуемый процесс отображается на экране электронно-лучевого осциллографа в виде графиков или фигур (осциллограмм), представляющих функциональную взаимозависимость обычно двух величин, напр. напряжения от времени. Для наблюдения процессов, развёрнутых во времени, к горизонтальным отклоняющим пластинам электронно-лучевого прибора подводится напряжение развёртки от генератора напряжения пикообразной формы. Длительность развёртки – от нескольких наносекунд до нескольких десятков секунд. Измеряемый сигнал подаётся на вертикальные отклоняющие пластины электронно-лучевого прибора непосредственно или через усилитель. Существуют одно – и многолучевые электронно-лучевые осциллографы.

Применение осциллографа в радиотехнике. Основы осциллографических измерений

Электронный осциллограф (ЭО) — устройство, с помощью которого наблюдают, исследуют и измеряют амплитуды электрических сигналов и их временные параметры. Такой прибор является наиболее распространенным радиоизмерительным агрегатом, благодаря которому можно увидеть происходящие электрические процессы вне зависимости от момента появления импульса и его продолжительности. По передаваемому на экран изображению возможно с точностью определить амплитудные колебания исследуемого сигнала и их длительность на любом участке сети.

Осциллографы, работающие на основе электронно-лучевой трубки — громоздкие и маломобильные агрегаты. Однако они отличаются высокой точностью измерений. Такие приборы способны быстро обрабатывать входящие сигналы. Они имеют широкий частотный диапазон и отличную чувствительность.

Сфера использования ЭО

Область применения осциллографов обширна. С их помощью исследователь сможет наблюдать формы электрических импульсов, благодаря чему этот прибор стал незаменимым «помощником» в наладочных работах электронной аппаратуры. Возможности ЭО:

  • определение напряжения и временных параметров сигнала и его частоты;
  • наблюдение формы сигнала;
  • отслеживание искажения импульсов на любом участке сети;
  • определение сдвига фаз;
  • измерение силы тока, сопротивления.

При измерении значений напряжения в электрических цепях осциллограф практически не потребляет энергию и работает в широком диапазоне частот.

Электронный осциллограф используется в исследовательских лабораториях, диагностических автосервисах, в мастерских по ремонту электроники. Благодаря такому прибору можно оперативно определить причину неисправности микросхемы.

Устройство электронных осциллографов

Несмотря на широкий ассортимент радиоизмерительных приборов, схема осциллографа вне зависимости от модели и конструктивных особенностей агрегатов, примерно одна и та же. Наиболее важные составляющие любого ЭО:

  • электронно-лучевая трубка (ЭЛТ);
  • каналы отклонения (вертикальный и горизонтальный);
  • блок управления;
  • калибраторы;
  • источник питания.

Главная часть ЭО — вакуумная ЭЛТ, которая представляет собой вытянутую емкость из стекла. В ней находятся комплекс электродов (называемый электронной пушкой) и люминофорный экран, благодаря которому в результате попадания электронов, можно наблюдать биолюминесценцию. В вакуумной трубке также находится катод, модулятор, 2 анода и пара отклоняющих пластин. Горизонтальный канал содержит генератор развертки, синхронизирующее устройство и усилитель. В канал вертикального отклонения входит кабель соединения, входной тумблер, а также делители напряжения.

Блок управления предназначается для подсветки прямого хода развертки и необходим для погашения электронного луча в процессе возвратного хода. Калибратор — устройство, выполняющее функцию генератора напряжения. Он предназначен для высокоточного определения частоты и амплитуды импульсных сигналов. Питающий блок обеспечивает электропитание всех узлов и механизмов ЭО. На блок производится подача напряжения 220В, после чего происходит его преобразование и направление на накаливающие нити, генераторные усилители и иные составляющие прибора.

Особенности функционирования электронных осциллографов

Функционирование любых моделей ЭО предполагает превращение исследуемых импульсов в наглядный рисунок, отображаемый на экран вакуумной ЭЛТ. Испускание электронов осуществляется при помощи электронной пушки, которая расположена противоположно концу лучевой трубки. Между системой электродов и экраном расположен модулятор, посредством которого происходит регулировка потока электронов, а также 2 пары пластин, позволяющих производить отклонение электронного луча по горизонтали или вертикали.

Принцип работы ЭЛТ заключается в следующем: на нить накаливания подается переменное, а на модулятор — постоянное напряжение. На отклоняющиеся пластины производится подача постоянного напряжения, за счет чего происходит смещение потока электронов в стороны, и переменного, необходимого для создания линии развертки. На ее длину влияет значение амплитуды пилообразного напряжения. При единовременной подаче напряжения на одну и вторую пару пластин на экране отображается синусоидальная линия развертки исследуемого импульса.

Выбор ЭО в зависимости от назначения

Самыми распространенными моделями электронных осциллографов считаются универсальные устройства. В них подача исследуемого сигнала осуществляется через аттенюаторы и усилители на вертикально отклоняющуюся ЭЛТ. Горизонтальный уклон происходит за счет генератора развертки. Такие приборы позволяют исследовать электрические импульсы в широком диапазоне частот и амплитуд. Благодаря этим моделям осциллографов возможно измерение длительности поступающего сигнала от долей секунд.

Использование стробоскопических электронных осциллографов позволяет проводить исследование форм и измерять амплитудные и временные параметры периодически возникающих сигналов. Такие приборы необходимы, чтобы исследовать переходные процессы в быстродействующей полупроводниковой технике, микромодульных и интегральных устройствах. При помощи этого измерительного прибора можно наблюдать за повторяющимися сигналами с длительностью в доли секунд.

Специальные электронно-лучевые осциллографы предназначены для решения конкретных задач. Чаще всего такие приборы применяют для исследования телевизионных и радиолокационных сигналов. Агрегаты специального назначения содержат в своем устройстве специфические узлы.

Также широко распространены запоминающие осциллографы. Они применяются при необходимости исследования медленных процессов и одиночных импульсов. Такие модели ЭО оснащены специальным устройством с памятью, благодаря которому возможно сохранить полученные данные на определенное время. В случае необходимости сигнал можно воспроизвести для его исследования и последующей обработки.

Для наблюдения за гармоничными или импульсными сигналами, протекающими в режиме реального времени за единицы наносекунд, используют скоростные ЭО. Оперативная обработка импульсов такими устройствами достигается за счет применения ЭЛТ с бегущей волной. У этих приборов нет генерирующего усилителя в вертикальном канале отклонения.

Огромным спросом также пользуются ЭО со сменными блоками. Меняя блок на приборе можно изменять его характеристики и основные рабочие параметры, такие как:


  • полоса пропускания;
  • коэффициент развертки;
  • значение отклонения.

При помощи смены блока возможно изменение функциональных возможностей устройства.

Выбор ЭО в зависимости от числа каналов

Производители радиоизмерительных приборов выпускают осциллографы, которые могут быть одно, двух или многолучевыми, а также двух и многоканальными. Однолучевой ЭО — агрегат, имеющий одно входное устройство. Самыми распространенными считаются двухлучевые и двухканальные приборы. Они предназначены для одновременного наблюдения и исследования на одном экране ЭЛТ двух импульсных сигналов.

Двухлучевые осциллографы удобно использовать при необходимости сопоставления импульсных сигналов на выходе и входе, для наблюдения за разными преобразователями и для решения других задач. Эти электронные устройства имеют 4 рабочих режима:

  1. Одноканальный, при активации которого работает только один из двух каналов.
  2. Чередования, позволяющего включать по очереди один и второй канал после каждой развертки.
  3. Прерывания, позволяющего активировать оба канала. Однако их переключение происходит с неодинаковой частотой.
  4. Сложения, благодаря которому оба канала функционируют при одной нагрузке.

Двухканальные и двулучевые устройства имеют свои достоинства и недостатки. Преимущества первых — бюджетная цена и отличные технические характеристики. Достоинства вторых заключаются в возможности исследования двух сигналов как раздельно, так и вместе. Многолучевые электронные приборы произведены по принципу двухлучевых. Сколько лучей имеет осциллограф, столько же у него имеется и сигнальных входов.

Достоинства электронных осциллографов

Электронные осциллографы имеют ряд важных преимуществ:

  • оперативное измерение осциллографом амплитуды сигнала;
  • высокая устойчивость изображения;
  • повышенная чувствительность;
  • огромные функциональные возможности практического применения.

Измерения, сделанные ЭО, имеют исключительную наглядность. С их помощью можно рассмотреть любые электрические процессы. По изображению на ЭЛТ возможно произвести измерение и сравнение токов и напряжения вне зависимости от формы, а также произвести оценку их амплитудных значений, фазовых характеристик различной техники. Осциллограф — простой прибор с высокой точностью измерений. Наличие огромного ассортимента таких радиоизмерительных устройств позволит подобрать прибор для конкретных целей.

Особенности подключения ЭО

Подключение радиоизмерительного прибора к источнику исследуемых сигналов необходимо производить при помощи проводов и коаксиального кабеля. Для наблюдения за непрерывными низко и среднечастотными импульсами следует использовать соединительные провода. С целью исследования импульсов и высокочастотных напряжений целесообразно применить кабели высокой частоты. Чтобы ослабить влияние входной цепи, прибор подключают при помощи повторителя. Такое приспособление имеет большое активное сопротивление, небольшую входную емкость, равнозначные амплитудные и частотные параметры, малый коэффициент передачи.

В случаях измерения напряжения с высоковольтным импульсом между выходом источника сигнала и входом в радиоизмерительный прибор необходимо включить делитель напряжения. Для того чтобы избежать искажений при выдаче коротких импульсов, целесообразно применять высокочастотные кабели, имеющие минимальную длину. При необходимости получения осциллограмм с импульсами тока, в исследуемую цепь следует включить дополнительный резистор с малым значением индуктивности.

Электронные технологии проникают во все области нашей жизни. Миллионы и миллиарды людей ежедневно пользуются мобильными телефонами, телевизорами, компьютерами и другими электронными устройствами. По мере совершенствования электронных технологий увеличивается быстродействие этого оборудования. Сегодня в большинстве современных устройств используются высокоскоростные цифровые интерфейсы.

Инженеры должны иметь возможность правильно проектировать и достоверно тестировать компоненты своих высокоскоростных цифровых устройств. Контрольно-измерительное оборудование, которое используется инженерами в процессе разработки и испытаний, должно быть пригодно для работы в условиях высоких частот и высоких скоростей передачи данных. И осциллограф является примером именно такого рода приборов.

Осциллографы — это мощные инструменты, которые доказали свою полезность при проектировании и тестировании электронных устройств. Эти приборы крайне необходимы для оценки состояния системы, с их помощью становится возможным определить, какие из компонентов работают корректно, а какие являются источником ошибок. Кроме того, они помогают узнать, функционирует ли новый компонент так, как было спроектировано. Осциллографы намного более функциональны по сравнению с мультиметрами, потому что они позволяют вам увидеть, как на самом деле выглядят электронные сигналы.

Осциллографы используются в самых различных сферах — от автомобильной промышленности до университетских научно-исследовательских лабораторий и оборонной и аэрокосмической отраслей. Специалисты доверяют осциллографам, которые помогают им более эффективно выявлять неполадки устройств и создавать продукты с широкими функциональными возможностями.

Что такое осциллограф и для чего он нужен инженерам?

Основным назначением осциллографа является точное визуальное представление сигналов. По этой причине целостность сигнала является очень важной характеристикой. Понятие целостности сигнала относится к способности осциллографа воспроизводить форму сигнала так, чтобы он максимально точно отображал исходный сигнал. Осциллограф с низкой целостностью сигнала бесполезен, потому что бессмысленно выполнять измерения, если осциллограмма на экране осциллографа отличается по форме и характеристикам от реального сигнала. При этом, однако, важно помнить, что осциллограмма на экране прибора никогда не будет точным представлением реального сигнала вне зависимости от того, насколько хорош осциллограф. Это происходит потому, что при подключении осциллографа к схеме, сам осциллограф становится частью этой схемы. Другими словами, имеет место некоторое влияние нагрузки. Производители приборов стремятся свести к минимуму воздействие нагрузки, но оно, в той или иной степени, существует всегда.

Как выглядит осциллограф

В большинстве случаев современные цифровые осциллографы похожи на осциллограф, показанный на рисунке 1. Вместе с тем, на рынке представлены самые различные модели осциллографов, поэтому ваш прибор может выглядеть совсем иначе. Несмотря на это, есть некоторые характерные признаки, свойственные большей части такого рода приборов.

Передняя панель большинства осциллографов может быть разделена на несколько основных частей: входы каналов, дисплей, органы управления системой горизонтального отклонения, органы управления системой вертикального отклонения и органы управления системой синхронизации (запуска). Если ваш осциллограф работает под управлением операционной системы, отличной от Microsoft Windows, то он, скорее всего, будет иметь набор функциональных клавиш для управления меню на экране.

Каждый электрик должен знать:  Содержание типовых работ по ремонту цеховых электрических сетей

Рис. 1. Передняя панель осциллографа Keysight серии InfiniiVision 2000 X

Сигналы подаются на осциллограф через входы каналов, которые являются разъемами для подключения пробников. Дисплей — это просто экран, на котором отображаются исследуемые сигналы. Блоки органов управления системами горизонтального и вертикального отклонения содержат регуляторы и клавиши, с помощью которых осуществляется настройка параметров горизонтальной (которая обычно представляет собой ось времени) и вертикальной (которая представляет напряжение) оси при отображении сигналов на экране дисплея. Органы управления системой запуска указывают осциллографу, при каких условиях он должен начинать захватывать данные.

Пример того, как выглядит задняя панель осциллографа, показан на рисунке 2. Как можно заметить, многие осциллографы имеют такие же возможности подключения, как и персональные компьютеры. Здесь и приводы CD-ROM, CD-RW и DVD-RW, и USB порты, и последовательные порты, а также разъемы для подключения внешнего монитора, мыши и клавиатуры.

Рис. 2. Задняя панель осциллографа Keysight серии Infiniium 9000

Назначение осциллографов

Осциллограф — это контрольно-измерительный прибор, который используется для отображения графика зависимости одной переменной от другой. Например, можно построить на дисплее график зависимости напряжения (ось Y) от времени (ось X). На рисунке 3 показан пример такого графика. Это может быть полезным, если вы хотите проверить какой-либо электронный компонент и определить, насколько корректно он функционирует. Если вы знаете, какая форма сигнала должна быть на выходе данного компонента, вы можете использовать осциллограф, чтобы удостовериться, что компонент на самом деле выдает правильный сигнал. Обратите внимание, что оси X и Y разбиты на деления и образуют сетку. Сетка позволяет проводить визуальные измерения параметров сигнала, хотя при использовании современных осциллографов большинство из этих измерений могут быть сделаны автоматически и более точно самим осциллографом.

Рис. 3. Изображение зависимости напряжения прямоугольного сигнала от времени на экране осциллографа

Возможности осциллографа не ограничиваются только построением графика зависимости напряжения от времени. Осциллограф имеет несколько входов, называемых каналами, и каждый из них способен работать независимо. Поэтому вы можете подключить канал 1 к одному устройству, а канал 2 — к другому. В этом случае осциллограф позволяет построить график зависимости напряжения, измеренного на канале 1, от напряжения, измеряемого на канале 2. Такой режим называется режимом XY осциллографа. Этот режим полезен для графического представления вольт-амперных характеристик или построения фигур Лиссажу, по форме которых можно судить о разности фаз и отношении частот двух сигналов. На рисунке 4 показаны примеры фигур Лиссажу и значения разности фаз и отношения частот, которым они соответствуют.

Рис. 4. Фигуры Лиссажу

Типы осциллографов

Аналоговые осциллографы

Первые осциллографы были аналоговыми, в которых для отображения сигнала использовались электронно-лучевые трубки. Фотолюминесцентный люминофор, которым покрыт экран, светится при попадании на него электрона, и по мере того как загорается каждый последующий участок люминофора, вы можете видеть изображение сигнала. Система синхронизации (запуска) осциллографа необходима для того, чтобы изображение сигнала на экране выглядело стабильным. По окончании вывода на экран всей осциллограммы осциллограф ждет наступления следующего определенного события запуска (например, пересечения нарастающим фронтом сигнала заданного значения напряжения), а затем запускает развертку снова. Несинхронизированный запуск развертки бесполезен, потому что изображение сигнала на экране будет нестабильным (это верно также и для цифровых запоминающих осциллографов DSO и осциллографов смешанных сигналов MSO, о которых будет рассказано ниже).

Рис. 5. Пример аналогового осциллографа

Аналоговые осциллографы полезны, в первую очередь, потому, что свечение люминофора исчезает не мгновенно. Вы можете наблюдать несколько осциллограмм, которые накладываются друг на друга, что позволяет отслеживать глитчи и другие аномалии сигнала. Поскольку отображение сигнала происходит, когда электрон сталкивается с экраном, яркость отображаемой осциллограммы непосредственно связана с интенсивностью реального сигнала. Это позволяет рассматривать осциллограмму как трехмерный график (то есть, ось X — время, ось Y — напряжение, ось Z — интенсивность).

Недостаток аналоговых осциллографов состоит в том, что они не позволяют зафиксировать изображение на экране и хранить осциллограмму в течение длительного периода времени. Поскольку вещество люминофора быстро гаснет, часть сигнала может теряться. Кроме того, вы не можете выполнять автоматические измерения параметров сигнала. Вместо этого обычно приходится выполнять измерения с использованием сетки на дисплее. Аналоговые осциллографы могут отображать не все типы сигналов, так как существует верхний предел скорости вертикальной и горизонтальной развертки электронного луча. И хотя аналоговые осциллографы до сих пор используются многими инженерами, их не часто можно увидеть в продаже. Им на смену пришли более современные цифровые осциллографы.

Цифровые запоминающие осциллографы (DSO — digital storage oscilloscopes)

Цифровые запоминающие осциллографы (DSO или ЦЗО) были созданы для того, чтобы можно было компенсировать недостатки, присущие аналоговым осциллографам. В цифровом осциллографе подаваемый на вход сигнал оцифровывается с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП). На рисунке 6 показан пример архитектуры одного из цифровых осциллографов компании Keysight Technologies, Inc.

Рис. 6. Архитектура цифрового осциллографа

Аттенюатор предназначен для масштабирования сигнала. Усилитель вертикального отклонения обеспечивает дополнительное масштабирование сигнала перед его подачей на АЦП. Аналого-цифровой преобразователь производит выборку и оцифровку входного сигнала. Эти данные затем сохраняются в памяти прибора. Система синхронизации осуществляет поиск событий запуска, а блок временной развертки определяет длительность интервала времени, отображаемого на экране осциллографа. Микропроцессор выполняет заданную пользователем дополнительную пост-обработку, после чего сигнал, наконец, воспроизводится на экране осциллографа.

Наличие данных в цифровой форме позволяет осциллографу выполнить множество измерений различных параметров сигнала. Кроме того, сигналы могут храниться в памяти сколь угодно долго. Данные могут быть распечатаны или переданы на компьютер с помощью флеш-накопителя или диска DVD-RW, а также через интерфейсы LAN и USB. В настоящее время программное обеспечение позволяет управлять осциллографом с компьютера с использованием виртуальной передней панели.

Осциллографы смешанных сигналов (MSO)

В цифровых осциллографах входной сигнал является аналоговым, и аналого-цифровой преобразователь производит его оцифровку. Вместе с тем, по мере развития технологий цифровой электроники существенно возросла необходимость одновременного наблюдения аналоговых и цифровых сигналов. В результате производители осциллографов начали выпускать осциллографы смешанных сигналов, которые способны отображать и аналоговые, и цифровые сигналы, и осуществлять запуск по ним. Как правило, типовой осциллограф смешанных сигналов содержит два или четыре аналоговых и большее количество цифровых каналов (рис. 7).

Рис. 7. Входные разъемы на передней панели осциллографа смешанных сигналов: четыре аналоговых канала и восемь или шестнадцать цифровых каналов

Преимущество осциллографов смешанных сигналов состоит в том, что они позволяют осуществлять запуск по комбинации аналоговых и цифровых сигналов и отображать их в едином масштабе времени.

Органы управления на передней панели

Как правило, для управления осциллографом используются регуляторы и клавиши на передней панели. В дополнение к органам управления на передней панели многие современные высокопроизводительные осциллографы теперь оснащаются операционными системами, в результате чего они ведут себя как компьютеры. Вы можете подключить к осциллографу мышь и клавиатуру и использовать их для настройки органов управления с помощью выпадающих меню и кнопок на дисплее. Кроме того, некоторые осциллографы имеют сенсорные экраны, поэтому для доступа к меню вы можете использовать стилус или прикосновение пальцами.

Перед началом измерений…

Когда вы приступаете к работе с осциллографом, прежде всего проверьте, что используемый входной канал включен. Для установки осциллографа в исходное состояние по умолчанию нажмите клавишу (Настройки по умолчанию), если она есть. Затем, при ее наличии, нажмите клавишу (Автоматическое масштабирование). Это позволяет автоматически настроить вертикальный и горизонтальный масштаб, так, чтобы сигнал отображался на дисплее наилучшим образом. Эти настройки могут рассматриваться в качестве отправной точки, и в них затем можно вносить необходимые изменения. Если сигнал вдруг будет потерян, или возникнут проблемы с отображением сигнала, рекомендуется повторить эти шаги. Передние панели большинства осциллографов включают, по крайней мере, четыре основных блока: органы управления системами вертикального и горизонтального отклонения, органы управления системой запуска и органы управления входными каналами.

Органы управления системой вертикального отклонения

Органы управления системой вертикального отклонения осциллографа обычно объединяются в блок, который обозначен как «Vertical». Эти элементы позволяют настраивать параметры отображения сигнала по вертикальной оси дисплея. Так, например, среди них есть регуляторы, с помощью которых задается число вольт на деление (коэффициент отклонения) по оси Y сетки экрана. Вы можете растягивать осциллограмму по вертикали, уменьшая значение коэффициента отклонения, или, наоборот, сжимать ее, увеличивая эту величину. Кроме того, в блок «Vertical» входят органы управления положением (смещением) сигнала по вертикали. Эти регуляторы позволяют просто перемещать всю осциллограмму вверх или вниз по дисплею. На рисунке 7 показан блок органов управления системой вертикального отклонения осциллографа Keysight серии InfiniiVision 2000 Х.

Рис. 8. Блок органов управления системой вертикального отклонения осциллографа Keysight серии InfiniiVision 2000 X

Органы управления системой горизонтального отклонения

Органы управления системой горизонтального отклонения на передней панели осциллографа обычно объединяются в блок, который обозначен как «Horizontal». Эти органы управления обеспечивают настройку горизонтального масштаба осциллограммы. Один из элементов этого блока позволяет задавать масштаб по оси X — число секунд на деление (или коэффициент развертки). Уменьшая величину коэффициента развертки, вы можете уменьшить интервал времени, отображаемый на экране. Еще один регулятор этого блока предназначен для управления положением (смещением) осциллограммы по горизонтали. Он позволяет перемещать осциллограмму по экрану слева направо и наоборот точно в нужное положение. На рисунке 9 показан блок органов управления системой горизонтального отклонения осциллографа Keysight серии InfiniiVision 2000 Х.

Рис. 9. Блок органов управления системой горизонтального отклонения осциллографа Keysight серии InfiniiVision 2000 X

Для любого профессионального настройщика электронных устройств или для инженера по радиоэлектронным устройствам основным рабочим устройством является осциллограф. Без него нельзя обойтись при настройке телевизора, передатчика.

Осциллографы служат для контроля и наблюдения за периодическими сигналами различных форм, в том числе синусоидальной. Благодаря широкому интервалу развертки он дает возможность развернуть импульс даже для контроля наносекундных промежутков времени. Осциллограф подобен работе телевизора, который изображает электрические сигналы.

Устройство и принцип действия

Для лучшего понимания действия прибора, разберем блок-схему типового осциллографа, так как все их основные виды имеют аналогичное устройство.

На этой схеме не изображены блоки питания: низковольтный блок, подающий питание для работы узлов, и источник повышенного напряжения, применяющийся для генерирования высокого напряжения, приходящего на электронно-лучевую трубку. Также на схеме нет калибратора для настройки и подготовки прибора к работе.

Тестируемый сигнал поступает на канал вертикального отклонения «Y», далее на аттенюатор, выполненный в виде многопозиционного переключателя, настраивающего чувствительность осциллографа. Его шкала размечена в вольтах на сантиметр или в вольтах на одно деление. Это обозначает одно деление сетки координат на экране лучевой трубки. Там же изображены сами величины. Если амплитуда сигнала неизвестна, то устанавливается наименьшая чувствительность. В этом случае даже большой сигнал на 300 В не повредит прибору.

Обычно в комплекте с осциллографом есть делители , в виде специальных насадок с разъемами. Они работают так же, как аттенюатор. Эти насадки компенсируют емкость кабеля при работе с малыми импульсами. На фото показан делитель. Коэффициент деления равен 1:10.

С помощью делителя возможности прибора расширяются, можно исследовать сигналы в несколько сотен вольт. После делителя сигнал проходит на предварительный усилитель , раздваивается и приходит на переключатель синхронизации и линию задержки , которая служит для компенсации времени сработки генератора развертки. Оконечный усилитель создает напряжение, поступающее на «Y» -пластины, и отклоняет луч в вертикальной плоскости.

Генератор развертки создает пилообразное напряжение, поступающее на пластины «Х» и горизонтальный усилитель, при этом луч отклоняется в горизонтальной плоскости.

Устройство синхронизации создает условия для работы генератора развертки в одно время с появлением сигнала. В итоге на дисплей осциллографа выводится изображение импульса. Переключатель синхронизации работает в положениях синхронизации от:

  • Исследуемого сигнала.
  • Сети.
  • Внешнего источника.

Первое положение применяется чаще, так как оно более удобно.

Классификация

Осциллографы являются распространенным видом измерительных приборов. Существует несколько видов осциллографов, имеющих разные характеристики, устройство и работу.

Аналоговые

Такие осциллографы являются классическими моделями этого типа измерительных приборов. Любые аналоговые осциллографы имеют делитель, вертикальный усилитель, синхронизацию и отклонение, блок питания и лучевую трубку.


Такие трубки имеют больший диапазон частоты. Отклонение луча на экране прямо зависит от напряжения пластин. Горизонтальная развертка работает по линейной зависимости от напряжения горизонтальных пластин.

Нижний предел частоты равен 10 герцам. Верхняя граница определяется емкостью пластин и усилителем. Сегодня аналоговые устройства вытесняются цифровыми приборами со своими достоинствами. Но аналоговые приборы пока не исчезают ввиду их малой стоимости.

Цифровые запоминающие

Если цифровые приборы сравнивать с аналоговыми, у них больше возможностей. Стоимость их постепенно снижается. Цифровой осциллограф включает в себя делитель, усилитель, преобразователь аналогового сигнала, памяти, блока управления и выведения на ЖК панель.

Принцип действия такого вида осциллографов придает им большие возможности. Входящий аналоговый сигнал модифицируется в цифровую форму, и сохраняется. Скорость сохранения определяется управляющим устройством. Ее верхняя граница задается скоростью преобразователя, а нижняя граница не имеет ограничений.

Преобразование сигнала в цифровой код дает возможность увеличить устойчивость отображения, сохранять данные в память, сделать растяжку и масштаб проще. Применение дисплея вместо электронной трубки позволяет отображать любые данные и осуществлять управление прибором. Дорогостоящие приборы оснащаются цветным экраном, что позволяет различать сигналы других каналов, курсоры, выделять цветом разные места.

Параметры цифровых осциллографов намного выше аналоговых моделей, в больших пределах находится растяжка сигнала. Кроме простых схем включения синхронизации, может использоваться синхронизация при некоторых событиях или параметрах сигнала. Синхронизацию можно увидеть непосредственно перед включением развертки.

Применяемые процессоры обработки сигнала дают возможность обработки спектра сигнала с помощью анализа преобразованием Фурье. Информация в цифровом виде позволяет записать в память экран с итогами измерения, а также распечатать на принтере. Многие приборы оснащены накопителями для записи изображения в архив и последующей обработки.

Цифровые люминофорные

Такой тип осциллографов работает на новой структуре построения, основанной на цифровом люминофоре. Он имитирует по подобию с аналоговыми приборами изменение изображения на экране. Люминофорные цифровые типы осциллографов дают возможность наблюдать на дисплее все подробности модулированных сигналов, как и аналоговые типы. При этом обеспечивается их анализ и хранение в памяти.

Люминофорные приборы, как и предыдущая рассмотренная модель, имеет свою память для хранения различной информации, в том числе хранится разница задержки времени между разными пробниками. Возможность люминофорных осциллографов выводить данные с изменяемой интенсивностью значительным образом упрощает поиск повреждений в импульсных блоках. Это выражено при вычислении глубины модуляции сигнала при регулировке напряжения на выходе, приводящее к нестабильному функционированию блоков.

В люминофорных цифровых осциллографах объединены достоинства цифровых и аналоговых устройств, а во многом превосходят их. Люминофорные приборы обладают всеми преимуществами запоминающих осциллографов, обеспечивая возможности аналоговых приборов: быструю реакцию на смену сигнала и его отображение с разной яркостью.

Цифровые стробоскопические

В этом виде осциллографов применяется эффект последовательного стробирования сигнала. При повторении сигнала выбирается мгновенное значение в определенной точке. При поступлении нового сигнала точка выбора смещается по сигналу. Так продолжается до полного стробирования сигнала. Модифицированный таким образом сигнал в виде огибающей линии мгновенных величин сигнала входа, повторяет форму сигнала.

Продолжительность модифицированного сигнала на много больше продолжительности тестируемого сигнала, а значит, имеется сжатие спектра. Это соответствует увеличению полосы пропускания. Стробоскопические виды осциллографов имеют большие полосы пропускания, и дают возможность производить исследования периодических сигналов с наименьшей продолжительностью. Стоимость стробоскопических осциллографов очень высока, поэтому их применяют чаще всего для сложных задач.

Виртуальные осциллографы

Новый вид приборов может быть отдельным устройством с параллельным портом для вывода или ввода информации, а также с портом USB, а также встроенным вспомогательным прибором на базе карт ISA. Программная оболочка виртуальных осциллографов позволяет полностью управлять устройством, и имеет несколько возможностей сервиса: импорт и экспорт информации, цифровая фильтрация, разнообразные измерения, обработка информации математическим способом и т.д.

Осциллографы с применением персонального компьютера могут применяться для широких возможностей измерения. Например, для обслуживания и разработки радиотехнической и электронной аппаратуры, в телекоммуникационной связи, при изготовлении компьютеризированного оборудования, при выполнении диагностических мероприятий средств автотранспорта на станциях технического обслуживания и для многих других случаев, где требуется оценка и тестирование неустойчивых переходных процессов.

Виртуальные модели осциллографов являются хорошим альтернативным вариантом для стандартных запоминающих цифровых осциллографов, так как они обладают достоинствами в виде малой стоимости, простоте применения, компактных размеров и высокого быстродействия. К недостаткам виртуальных осциллографов относится невозможность измерения и отображения постоянной величины сигналов.

Портативные осциллографы

Цифровые технологии быстро развиваются, в результате чего цифровые стационарные приборы модифицируют в портативные устройства с хорошими параметрами габаритных размеров и массы, а также низким расходом электрической энергии.

При этом портативные модели осциллографов с питанием от не уступают по характеристикам стационарным приборам по количеству функций, имеют большие возможности использования в разных областях научных исследований, промышленном производстве.

Регистрация электрических процессов с помощью электронно-лучевых осциллографов

Лабораторная работа № 8

Исследование электронного осциллографа

Цель работы — ознакомление с принципом действия и устройством электронного осциллографа, определение его основных метрологических характеристик и применение для наблюдения и измерения периодических и импульсных сигналов.

  1. Определение характеристик канала вертикального отклонения.
  2. Определение характеристик канала горизонтального отклонения.
  3. Определение характеристик калибраторов каналов.

Устройство и принцип действия электронного осциллографа. Электронный осциллограф предназначен для исследования формы электрических сигналов путем визуального наблюдения и измерения их параметров на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Электронно-лучевая трубка представляет собой электровакуумный прибор с одним или несколькими лучами, с помощью которых на экране, покрытом люминофором, получается изображение исследуемого сигнала.

Существуют различные виды осциллографов. В зависимости от назначения и характеристик, в соответствии с ГОСТ 15094—69, осциллограф: подразделяют на универсальные, скоростные, стробоскопические, запоминающие, цифровые и специальные. Наибольшее распространение получили универсальные осциллографы, позволяющие исследовать разнообразные электрические сигналы в широком диапазоне амплитуд, длительностей и частот повторения сигналов. Полоса пропускания таких приборов достигает 250 МГц. Их можно использовать для наблюдения и измерения сигналов с амплитудами от долей милливольта до сотен вольт и длительностью от единиц наносекунд до нескольких секунд. Изображение сигнала на экране появляется почти одновременно с его действием, поэтому такие осциллографы называют приборами, работающими в реальном времени.

Универсальные осциллографы делят по числу каналов на одноканальные, двухканальные и многоканальные, а по числу лучей электронно-лучевой трубки, на однолучевые, двухлучевые и многолучевые. По ГОСТ 15094-69 универсальные осциллографы имеют обозначение CI, после которого указывают порядковый номер разработки.

При помощи электронного осциллографа можно измерять напряжение, ток, длительность импульсов или их отдельных участков, частоту и фазу электрических сигналов, период следования импульсов, параметры амплитудной и частотной модуляции, амплитудно-частотные характеристики, частотные спектры, искажение сигналов и др.

Устройство электронного осциллографа показано на рис.1. В состав осциллографа входят: электронно-лучевая трубка ЭЛТ, канал вертикального отклонения луча (канал У) и его калибратор, канал горизонтального отклонения луча (канал X) и его калибратор, канал управления яркостью (канал Z ). ЭЛТ содержит подогреваемый катод, модулятор тока луча., фокусирующий анод I, ускоряющий анод 2, вертикальные отклоняющие пластины У, горизонтальные отклоняющие пластины Х и люминофорный экран, помещенные внутри стеклянной колбы.

Структурная схема канала вертикального отклонения приведена на рис.2. Входная цепь канала У служит для согласования параметров усилителя вертикального отклонения с параметрами цепи исследуемого сигнала. Основными функциями входной цепи являются; пропускание на вход усилителя сигнала с постоянной составляющей (открытый вход) или без нее (закрытый вход), изменение чувствительности канала У путем деления напряжения входного сигнала. Устройство входной цепи приведено на рис.3. С помощью разделительного конденсатора Ср производится отделение постоянной составляющей входного сигнала (создание закрытого входа). При закорачивании этого конденсатора постоянная составляющая входного сигнала проходит на вход усилителя. Изменение чувствительности канала У осуществляется при помощи делителя на сопротивлениях R1. R3. Для коррекции частотной характеристики делителя в области высоких частот используются конденсаторы C1. C3.

После входной цепи сигнал проходит на вход предварительного усилителя. При помощи предварительного усилителя выполняется согласование входной цепи с линией задержки.

В предварительном усилителе формируется сигнал, подаваемый на вход канала X, для синхронизации исследуемого сигнала. Дополнительными функциями предварительного усилителя являются: плавная регулировка усиления канала У и центровка изображения по вертикали.

Линия задержки, вводимая в канал вертикального отклонения, позволяет задержать исследуемый сигнал на время около 0,1 мкс, необходимое для запуска развертки. Тем самым обеспечивается наблюдение переднего фронта исследуемого сигнала при синхронизации развертки самим исследуемым сигналом.

Оконечный усилитель канала У обеспечивает усиление исследуемого сигнала до значения, необходимого для отклонения луча ЭЛТ в пределах экрана по вертикали. С помощью этого усилителя обеспечивается согласование параметров входного сигнала с характеристиками ЭЛТ.

Структурная схема канала горизонтального отклонения приведена на рис.4. Канал горизонтального отклонения состоит из генератора развертки с оконечным усилителем, цепей запуска и синхронизации развертки.

Генератор развертки обеспечивает временную развертку изображения на экране ЭЛТ. Для отклонения луча по горизонтали используется напряжение, нарастающее пропорционально времени. К дополнительным функциям генератора развертки относится выработка сигналов для управления каналом яркости, обеспечивающим подсветку изображения или гашение луча при обратном ходе развертки.

Устройство запуска развертки и синхронизации обеспечивает получение устойчивого изображения на экране ЭЛТ. При помощи этого устройства начало развертки совмещается с одной и той же точкой исследуемого сигнала.

В электронных осциллографах используются три типа развертки: автоколебательная, ждущая и однократная. Автоколебательная развертка используется для наблюдения синусоидальных и импульсных сигналов с небольшой скважностью. В этом режиме напряжение развертки вырабатывается непрерывно, а сигнал внешней или внутренней синхронизации используется для обеспечения кратности частоты следования развертки частоте исследуемого сигнала.

Режим ждущей развертки используется для наблюдения импульсных сигналов с большой или переменной скважностью. При этом

режиме генератор развертки находится в состоянии готовности к рабочему ходу развертки. Развертка начинается при поступлении запускающего импульса, а ее скорость определяется установленным коэффициентом развертки. По окончании развертки генератор возвращается в состояние готовности к новому рабочему ходу развертки. Следующий рабочий ход начинается только с приходом запускающего импульса.

Режим однократной развертки используется для фотографирования с экрана осциллографа одиночных или периодических сигналов. В этом режиме после рабочего хода развертка блокируется и не запускается очередным, синхроимпульсом до нажатия рукой кнопки «ПУСК». Запуск развертки происходит следующим синхроимпульсом, поступившим после нажатия кнопки “ПУСК”.

Оконечный усилитель канала Х обеспечивает усиление сигнала развертки до значения, необходимого для создания развертки в пределах экрана ЭЛТ по горизонтали. К дополнительным функциям оконечного усилителя относятся: создание развертки от источника внешнего сигнала и растяжка развертки. Растяжка развертки используется для получения изображения в увеличенном масштабе за счет увеличения коэффициента усиления оконечного усилителя канала X. Следует отметить, что при работе развертки в режиме растяжки уменьшается яркость изображения и увеличивается погрешность линейности сигнала, а луч движется по экрану с большой скоростью.

Канал управления яркостью луча используется для модуляции луча ЭЛТ при помощи внешнего сигнала, подаваемого на вход X . При помощи канала Z обеспечивается гашение об ратного хода развертки» подсветка изображения во время прямого хода развертки и создание яркостных меток на изображении. Структурная схема канала Z приведена на рис. 5.

Сигнал, модулирующий яркость изображения, подается на модулятор ЭЛТ через усилитель канала Z . Вход усилителя канала Z подключается к генератору развертки (для гашения обратного хода развертки), к генератору меток (для создания яркостных меток на изображении) или к внешнему источнику сигнала (для подсветки изображения).

Основные характеристики электронного осциллографа. К основным характеристикам канала вертикального отклонения относятся: полоса пропускания частоты входного сигнала, время нарастания переходной характеристики , время установления переходной характеристики , входное сопротивление , входная емкость , коэффициент отклонения Ко луча по вертикали, максимальное входное напряжение .

Полосу пропускания канала вертикального отклонения определяют по частотной характеристике, изображение которой приведено на рис.6. Верхняя частота полосы пропускания определяется снижением усиления канала У на 3 дБ. Нижняя частота , полосы пропускания для канала вертикального отклонения с открытым входом равна нулю, а для канала с закрытым входом определяется так же, как и , по снижению усиления на 3 дВ (т.е в 1,4раза).

Время нарастания переходной характеристики принимают равным длительности переднего фронта изображения импульса на экране осциллографа при подаче на вход прямоугольного импульса. Изображение переходной характеристики приведено на рис.7 а. Время нарастания переходной характеристики определяют отрезком времени, в течение которого луч проходит от 0,1 до 0,9 установившегося значения переходной характеристики.

Если переходная характеристика имеет колебательный характер, как показано на рио.7 б , то для нее определяют время установления . Время установления отсчитывают после окончания колебательного процесса по уровню 0,9 от установившегося значения переходной характеристики.

Время нарастания переходной характеристики и полоса пропускания взаимно связаны. Для получения наиболее достоверного изображения формы импульса на экране осциллографа снижение усиления канала У на верхних частотах должно составлять не более 6 дБ при двукратном увеличении частоты. В этом случае справедлива зависимость

где , не — время нарастания переходной характеристики; МГц- значение верхней частоты полосы пропускания по уровню – 3 цБ.

Коэффициент отклонения К соответствует напряжению на входе канала У при котором луч на экране ЭЛТ отклоняется на одно деление по вертикали. Величина, обратная коэффициенту отклонения, называется чувствительностью канала вертикального отклонения. Коэффициент отклонения имеет фиксированные значения, погрешность которых определяет класс точности осциллографа.

К основным характеристикам канала горизонтального отклонения осциллографа относятся: коэффициент развертки , диапазон частот развертки, амплитуда напряжения синхронизации.

Коэффициент развертки является масштабным коэффициентом при измерении интервалов времени и характеризуется временем, за которое луч отклоняется на одно деление по горизонтали. В осциллографах, имеющих растяжку, значение коэффициента развертки умножается на установленный множитель растяжки. Коэффициент развертки имеет фиксированные значения, погрешность которых определяет класс точности осциллографа при измерении длительностей импульсов.

При измерениях длительностей импульсов или их фронтов установленный коэффициент развертки умножают на число делений по горизонтали, соответствующих измеряемому интервалу времени, как показано на рис.8. Следует иметь ввиду, что использование плавной регулировки коэффициента развертки исключают гарантированную точность измерения длительностей.

Диапазон частот развертки характеризуется максимальным и минимальным значениями коэффициента развертки. Максимальная частота развертки (минимальная длительность развертки) определяется временем нарастания переходной характеристики. Минимальное значение коэффициента развертки принимают равным времени нарастания переходной характеристики

Для получения устойчивого изображения используется синхронизация развертки с исследуемым сигналом. Качество синхронизации характеризуют минимальным напряжением, обеспечивающим устойчивую синхронизацию. Синхронизация бывает внутренняя и внешняя. При внешней синхронизации сигнал синхронизации подают на специальный вход и изменяет его уровень до получения устойчивого изображения на экране ЭЛТ.

К основным характеристикам канала управления яркостью относят: амплитуду входного сигнала, обеспечивающего модуляцию сигнала по яркости, полосу частот, пропускаемых усилителем канала Z, входное сопротивление канала Rвх. Для универсальных осциллографов амплитуда входного сигнала, необходимая для полной модуляции яркости изображения, лежит в пределах 1. 10В. Полоса пропускания канала Z. обычно меньше полосы пропускания канала У и для универсальных осциллографов составляет 0,2. 1 МГц.

Электронный осциллограф типа С1-76. Универсальный осциллограф предназначен для визуального наблюдения электрических сигналов на экране ЭЛТ, измерения их амплитудных и временных характеристик. Основные характеристики осциллографа С1-76 приведены в табл. I.

Характеристика Значения
Полоса частот КВО 0…1 МГц
Время нарастания 0,35 мкс
Входное сопротивление 1 МОм
Входная емкость 45 пф
Коэффициент отклонения 0,2 мВ/см … 20В/см
Максимальное входное напряжение 400 В
Коэффициент развертки 1 мкс/см…5 с/см
Напряжение синхронизации 0,5…100 В
Амплитуда сигнала канала 2…5 В
Диапазон частот канала 20 Гц…200 кГц

Калибратор амплитуды и длительности вырабатывает калиброванное напряжение прямоугольной формы с равными длительностями импульса и паузы, амплитудой 100 мВ и частотой 2000 Гц. Калибратор также вырабатывает постоянное напряжение 100 мВ положительной полярности. Погрешность калибратора — не боле 1%.

На лицевой панели осциллографа расположены все основные органы управления, разделенные на четыре группы: 1) органы управления ЭЛТ; 2) органы управления каналом вертикального отклонения; 3) органы управления каналом горизонтального отклонения; 4) органы управления синхронизацией развертки.

Каждый электрик должен знать:  Развитие электрической дуговой сварки

На задней панели прибора расположены гнезда для подключения канала Z.Канал Z, не имеет органов управления. Органы управления и их назначение приведены в табл.2.

Электроннолучевые осциллографы. Электронно-лучевые осциллографы (ЭЛО) предназначены для визуального наблюдения, измерения и регистрации электрических сигналов

Электронно-лучевые осциллографы (ЭЛО) предназначены для визуального наблюдения, измерения и регистрации электрических сигналов. Они также могут быть использованы для измерения частоты, угла сдвига фаз, составляющих комплексного сопротивления и т.д.

В настоящее время выпускается множество осциллографов, различающихся назначением и характеристиками. Кроме универсальных ЭЛО. которые используются при периодических и непериодических сигналах непрерывного и импульсного характера, выпускаются запоминающие ЭЛО для регистрации одиночных импульсов, стробоскопические для исследования высокочастотных процессов, цифровые ЭЛО и др.

Осциллографы различаются чувствительностью, полосой пропускания, погрешностью воспроизведения формы кривой.

Основными узлами ЭЛО являются (рис.9.6) электронно-лучевая трубка ЭЛТ, делитель напряжения ДН. усилители вертикального УВО и горизонтального УГО отклонения, калибраторы амплитуды КА и длительности КД, генератор развертки ГР, блок синхронизации БС.

Электронно-лучевая трубка имеет подогреваемый катод К, модулятор яркости М, фокусирующий анод А1 и ускоряющий анод А2 . Делитель напряжения ДН служит для ослабления исследуемого сигнала, усилители УВО и УГО служат для увеличения чувствительности при исследовании слабых сигналов. Калибраторы КА и КД служат для калибровки вертикального и горизонтального отклонения луча ЭЛТ. Генератор ГР формирует специальное пилообразное напряжение, которое подается на пластины горизонтального отклонения. Блок БС синхронизирует генератор ГР и входной сигнал. Принцип получе­ния изображения на экране ЭЛТ можно понять с помощью рис.9.5, где показаны кривые изменения напряжения их, поступающего от генератора ГР (см. рис.9.5) на горизонтально отклоняющие пластины, и напряжения иy входного напряжения, поступающего на вертикально отклоняющие пластины. При равных периодах изменения напряжений их и иy на экране ЭЛТ получим один период изменения иу.

Если при неизменном периоде напряжения их, уменьшить период входного сигнала иy , например, в 2 раза, то на экране мы увидим два периода входного напряжения. Для получения устойчивого изображения на экране необходимо, чтобы частота пилообразного напряжения ГР была кратна частоте входного сигнала.

Вход Y
К

Рис.9.5. Структурная схема электронно-лучевого осциллографа

9.6. Принцип работы развертки ЭЛО

Электронно-лучевой осциллограф может использоваться не только для наблюдения формы сигнала, но и для измерения параметров сигнала и параметров цепи.


Измерение мгновенного значения напряжения.Измеряемое напряжение определяется непосредственно с помощью градуированной сетки экрана осциллографа, при использовании значений коэффициентов усиления усилителя вертикального отклонения, обозначенных на передней панели ЭЛО в милливольтах на сантиметр или в вольтах на сантиметр. Измеренное амплитудное значение напряжения в вольтах равно произведению измеренного в сантиметрах по шкале экрана длины отрезка l, соответствующего амплитуде входного напряжения, и масштаба градуировки ky, т.е.

Этому способу измерения напряжения присуща погрешность отсчета — субъективная погрешность. Для уменьшения ее используют двойную шкалу, нанесенную как с внутренней, так и с наружной стороны трубки или изготавливают беспараллаксные шкалы из прозрачного материала с линиями на двух сторонах. Погрешность измерения напряжения этим способом находится на уровне 4 — 7%.

Измерение частоты.Наиболее распространенным является способ сравнения неизвестной частоты с эталонной по фигурам Лиссажу При этом измерении на вход усилителя Y подается сигнал с измеряемой частотой fx, а на вход X— сигнал от генератора образцовой частоты f. Когда частоты f и fx близки по значению, на экране появляется изобра­жение вращающегося эллипса, который становится неподвижным при полном совпадении частот. При кратном соотношении частотна экране появляется более сложная фигура (фигура Лиссажу). При этом частота сигнала, поданного на вход Y (частота fx), так относится к частоте сигнала, поданного на вход X (частота f), как число точек касания n касательной, проведенной к данной фигуре по горизонтали, относится к числу точек касания т касательной, проведенной по вертикали (рис.9.6), т.е.

Искомая частота может быть определена также с помощью яркостных меток, получаемых за счет модуляции яркости луча осциллографа подачей сигнала образцовой частоты с использованием калибратора длительности КД (см.рис.9.5). Для проведения измерения необходимо на экране ЭЛО получить неподвижное изображение сигнала, на котором будут видны яркие метки с темными промежутками. Зная количество меток за период исследуемого сигнала и частоту следования меток, можно определить частоту измеряемого сигнала.

Измерение сдвига фаз.Одним из методов измерения сдвига фаз между двумя синусоидальными функциями является использование фигуры Лиссажу — метод эллипса. Пусть заданы два напряжения:

На входы X и Y осциллографа подаются напряжения их и иy . Если угол или , то на экране осциллографа появляется эллипс (рис.9.8). При на экране будет прямая, а при — окружность, если коэффициенты усиления по каналам X и Y равны, т.е. Кх = Кy

Рис.9.7. Измерение частоты по фигурам Лиссажу

Рис.9.8. Измерение сдвига фаз с помощью ЭЛО

Рис.9.9. Схема измерения сопротив­ления двухполюсника с помощью ЭЛО

Измеряя на экране ЭЛО отрезки Оа и Ос или ab и cd, можно определить значение

Знак угла рассмотренный метод непосредственно определить не позволяет, но по наклону эллипса можно судить, находится ли угол в пределах от 0 до 90° или от 90° до 180°.

Измерение входного сопротивления двухполюсника.Измерение входного комплексного сопротивления любого двухполюсника сводится к измерению значения входного напряжения, тока и угла сдвига фаз между ними (рис.9.9). Перед началом измерения необходимо отключить генератор развертки и установить луч в центре экрана. Целесообразно также провести уравнивание коэффициентов усиления по каналам X к Y.

Далее измеряют напряжение u на образцовом резисторе R и, зная сопротивление последнего, вычисляют входной ток. Аналогично измеряют напряжение uвх. Затем известным способом измеряют угол сдвига фаз между и и uвх.

Модуль комплексного сопротивления z определяют как

Активная и реактивная составляющие комплексного входного сопротивления вычисляются по формулам

Кроме рассмотренного осциллографа, существуют и другие разновидности.

Стробоскопические осциллографы. Используются для исследования быстропротекающих процессов или очень коротких импульсов (периодически повторяющихся или искусственно превращаемых в периодическую последовательность).

Стробоскопический метод осциллографирования позволяет значительно уменьшить скорость развертки по сравнению с той, которая требуется при непосредственном наблюдении исследуемого импульса на скоростном осциллографе. Скорость развертки удается уменьшить, трансформируя масштаб времени. На экране осциллографа появляется изображение, по форме подобное исследуемому сигналу, но в увеличенном временном масштабе. При этом роль переносчиков информации играют короткие стробирующие импульсы, длительность которых значительно меньше длительности исследуемого импульса. Стробоскопические осциллографы позволяют, не применяя специальных ЭЛТ. получить эквивалентную полосу пропускания осциллографа порядка сотен и тысяч мегагерц при фактической полосе пропускания усилителя вертикального отклонения в десятки килогерц или единицы мегагерц.

Запоминающие осциллографымогут быть аналоговые, со специально запоминающими ЭЛТ, и цифровые, выполняемые на обычных ЭЛТ. В аналоговых ЭЛО применяют запоминающие ЭЛТ с видимым изображением. Записываемый сигнал хранится в форме потенциального рельефа и может быть в последствии воспроизведен путем считывания рельефа электронным лучом.

Достоинством аналоговых осциллографов является широкий частотный диапазон исследуемых сигналов. Цифровые запоминающие осциллографы имеют свои преимущества: практически неограниченное время хранения информации, широкие пределы изменения скорости считывания, возможность замедленного воспроизведения отдельных участков запомненной осциллограммы, простота управления, вывод информации в цифровой форме на ЭВМ или обработка ее внутри осциллографа.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Размещено на реф.рф
Исследование сигналов в широком диапазоне частот обеспечивается переключением частоты пилообразного напряжения, предусмотренном в генераторе развертки. Это позволяет проводить наблюдения исследуемых сигналов в нужном масштабе времени. Выходное напряжение генератора усиливается в УГО до значения, крайне важно го для управления электронным лучом в ЭЛТ и получения изображения требуемого размера.

Для получения устойчивого изображения на экране осциллографа частота пилообразного напряжения развертки должна быть кратна частоте исследуемого сигнала. Выдержать точно кратность частот напряжений их и иу на практике оказывается достаточно сложно вследствие ʼʼуходаʼʼ частоты генератора ГР и изменения частоты исследуемого сигнала. Это приводит к неустойчивости изображения сигнала. Для обеспечения устойчивости изображения в осциллографе имеется блок синхронизации БС (см. рис. 6-23), который осуществляет изменение частоты генератора ГР (в некоторых пределах) в соответствии с частотой исследуемого процесса.

Рис. 6-26. Временные диаграммы, поясняющие получение изображения сигналов при ждущей развертке

Для этого сигнал из канала вертикального отклонения подается на блок синхронизации, на выходе которого вырабатываются импульсы синхронно с изменением исследуемого сигнала для управления генератором развертки, принудительно заставляя его работать с частотой, кратной частоте входного сигнала. Такой режим работы генератора развертки принято называть непрерывным. Он применяется при наблюдении периодических сигналов. При исследовании непериодической последовательности импульсов или одиночных импульсов непрерывный режим работы ГР приводит к тому, что положение изображения импульсов на экране по оси времени становится неопределœенным. В этом случае применяют ждущий режим работы генератора, при котором ГР вырабатывает пилообразный импульс только с приходом исследуемого импульса. При таком режиме обеспечивается устойчивое положение изображения этих импульсов на экране. Рисунок 6-26 иллюстрирует ждущий режим работы ГР, где показаны входные импульсы иу (рис. 6-26, а), пилообразные импульсы игр (рис. 6-26, б) генератора развертки и изображение на экране осциллографа (рис. 6-26, в).

В осциллографах предусматривается также возможность запуска генератора ГР от внешнего источника (внешняя синхронизация). Для этого имеется специальный вход ʼʼВход синхронизацииʼʼ и переключатель В2.

Исследование импульсных и особенно непериодических сигналов имеет ряд особенностей. В частности, генератор развертки вследствие своей инœерционности вырабатывает пилообразное напряжение с некоторым запаздыванием trp пoотношению к запускающему импульсу. Это может привести к тому, что начальная часть импульса не будет развернута во времени на экране (рис. 6-27, а). Для устранения таких искажений в канале вертикального отклонения имеется линия задержки ЛЗ, осуществляющая временной сдвиг (задержку) на неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ время сигнала, подаваемого на пластины Y (рис. 6-27, б, где илз напряжение на выходе ЛЗ). Такая задержка позволяет получить изображение всœего импульса, включая его начальную часть, на экране осциллографа. В низкочастотных осциллографах, предназначенных для исследования периодических процессов, линия задержки может отсутствовать.

Рис. 6-27. Временные диаграммы, поясняющие назначение линии задержки

Для расширения функциональных возможностей осциллографа имеются дополнительные входы, позволяющие осуществить управление электронным лучом. Во многих осциллографах предусмотрена возможность управления отклонением луча по оси X внешним напряжением. Для этого у осциллографа есть ʼʼВход Xʼʼ (см. рис. 6-23), на который подается внешнее/управляющее напряжение, и переключатель бз, устанавливаемый в данном случае в нижнее (по схеме) положение. В осциллографах имеются также зажимы ʼʼВход пластин Xʼʼ и ʼʼВход пластин Уʼʼ, позволяющие подавать внешнее напряжение непосредственно на пластины электронно-лучевой трубки. В некоторых осциллографах имеется вход Z, который через разделительный конденсатор (или специальный, усилитель) соединœен с модулятором М электронно-лучевой трубки. Подавая импульсы напряжения на данный вход, можно модулировать (изменять) яркость свечения изображения на экране. Это позволяет, к примеру, отмечать характерные точки на изображении, подавая импульсы на вход Z в необходимые моменты времени.

При измерении амплитудных и временных параметров исследуемых сигналов обычно измеряют соответствующие геометрические размеры изображения сигнала на экране и с помощью коэффициентов отклонения и коэффициентов развертки (см. далее), характеризующих чувствительность каналов, определяют значения этих параметров. Для повышения точности измерений осциллографы имеют калибраторы амплитуды КА и длительности КД, позволяющие контролировать и устанавливать номинальные значения коэффициентов отклонения и коэффициентов развертки. Калибраторы часто представляют из себягенераторы прямоугольных импульсов с известными значениями амплитуды и частоты. Для проверки коэффициентов отклонения переключатель B1 (см. рис. 6-23) ставится в положение ʼʼКалибровкаʼʼ. Меняя усиление УВО, добиваются нормированного отклонения луча на экране, что приводит к установке соответствующего коэффициента отклонения. По периоду калибровочного импульса можно проверить или установить нормированное значение коэффициента развертки. В некоторых осциллографах КД представляет собой стабильный по частоте генератор, выход которого при измерении подключается к модулятору ЭЛТ. Сигнал генератора вызывает появление на экране чередующихся светлых и темных участков. По их числу, зная частоту генератора КД, можно определить временные параметры исследуемых сигналов.

Основная погрешность измерения напряжения и основная погрешность измерения временных интервалов определяются максимально допускаемыми погрешностями измерения соответствующих параметров при подаче на вход осциллографа стандартного сигнала синусоидальной или прямоугольной формы. Учитывая зависимость отзначений этих погрешностей выпускают осциллографы четырех классов точности — 1, 2, 3, 4, имеющих, соответственно, основные погрешности измерений, не превышающие 3, 5, 10, 12 %.

11.3 Анализаторы спектра.

Анализ спектра может производиться двумя способами: первый способ анализа принято называть последовательным, поскольку гармоники определяются поочередно; второй способ — параллельным (или одновременным), так как гармоники определяются одновременно На рис. 6-28 приведены структурные схемы анализаторов спектра, основанных на последовательном способе анализа. Исследуемое напряжение их (рис. 6-28, а) после усилителя у _ поступает на фильтр Ф, который последовательно настраивается на частоту первой, второй, третьей и т. д. гармоник. По частоте настройки фильтра определяют частоты гармоник, а по показаниям электронного вольтметра V — их действующие значения. В схеме анализатора (рис. 6-28, б) применен генератор Г (гетеродин) с регулируемой частотой. Фильтр Ф имеет определœенную для данного, типа анализатора узкую полосу пропускания. Анализируемое напряжение их поступает на смеситель См, на который подается сигнал от гетеродина Г. На выходе смесителя См образуется сигнал, имеющий частоту, равную разности частот неизвестного сигнала их и сигнала гетеродина. Сигнал с выхода смесителя поступает на фильтр Ф. Гетеродин настраивается так, чтобы его частота отличалась от частоты измеряемой гармоники на значение, соответствующее частоте пропускания фильтра. Напряжение на выходе фильтра измеряется электронным вольтметром V. Частота гармоники определяется по частоте гетеродина. Так как частота настройки фильтра постоянная, в качестве фильтрующих элементов используют кварцевые резонаторы, отличающиеся очень высокой добротностью. Анализаторы спектра с гетеродином отличаются от анализаторов с перестраиваемым фильтром большей чувствительностью (могут измерять меньшие напряжения гармоник) и большей точностью. Анализаторы последовательного действия применимы лишь для исследования периодических процессов — ими нельзя анализировать одиночные импульсы.

Рис. 6-28. Структурные схемы анализаторов спектра последовательного действия с перестраиваемым фильтром (а) и с гетеродином (б)

Анализаторы спектра параллельного действия применяются для анализа высокочастотных колебаний и анализа одиночных импульсов (рис. 6-29). Исследуемый сигнал напряжением их одновременно поступает на фильтры Ф1 — Фn, настроенные на различные частоты. Сигналы с фильтров через выпрямители В1 — Вn, коммутатор (переключатель) К, усилитель У поступают на пластины вертикального отклонения электронно-лучевой трубки ЭЛТ.

Рис. 6-29. Структурная схема анализатора спектра параллельного действия.

На пластины горизонтального отклонения ЭЛТ подается напряжение с генератора развертки ГР, работа которого синхронизирована с работой коммутатора и управляется тактовым генератором Г. В результате на экране электронно-лучевой трубки за период развертки возникают импульсы, рас стояние между которыми пропорционально частотному интервал между гармониками, а амплитуда пропорциональна спектральной плотности сигнала на соответствующей частоте, таким образом воспроизводится спектр исследуемого сигнала.

Глава 11. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ОСЦИЛЛОГРАФЫ — понятие и виды. Классификация и особенности категории «Глава 11. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ОСЦИЛЛОГРАФЫ» 2020, 2020.

Электронно-лучевой осциллограф: назначение, структурная схема, принцип действия.

Осциллографом называется прибор для наблюдения и регистрации электрических сигналов, а также для измерения их параметров и визуализации с помощью электронно-лучевой трубки. Слово «осциллограф» произошло от латинского слова «осцилум» — колебание и греческого слова «графо» — пишу. Таким образом, осциллограф в буквальном смысле — прибор для записи (регистрации) колебаний. В литературе часто встречается термин «осциллоскоп». В его основу положено слово «скопео» — наблюдение. В настоящее время чаще применяется термин «осциллограф», которым обозначаются приборы, как для визуального наблюдения колебаний, так и для их записи.

В упрощенную структурную схему универсального (иногда — многофункционального, поскольку он имел

сменные блоки, изменяющие его свойства и параметры) осциллографа, кроме ЭЛТ со схемой управления, входят следующие основные блоки (рисунок 3):

— канал вертикального отклонения луча;

— канал горизонтального отклонения луча с устройством синхронизации и запуска развертки;

— канал управления яркостью (модуляции луча);

Рисунок 3 — Упрощенная структурная схема универсального осциллографа

В осциллографе исследуемый электрический сигнал подают через канал вертикального отклонения на вертикально отклоняющую систему ЭЛТ, а горизонтальное отклонение электронного луча трубки осуществляют напряжением горизонтальной развертки.

Электронно-лучевая трубка представляет собой вакуумную стеклянную колбу, внутри которой размещены электронная пушка, отклоняющие пластины и люминесцентный экран.

Электронная пушка состоит из подогреваемого катода К, модулятора (сетки) яркости светового пятна М, электродов фокусировки и ускорения электронного луча — фокусирующего анода А1 ускоряющего анода А2 и основного анода А3. Яркость свечения люминофора ЭЛТ регулируют путем изменения отрицательного напряжения на модуляторе М. Напряжение на первом аноде А1 фокусирует электронный поток в узкий луч. Чтобы придать электронам скорость, необходимую для свечения люминофора, на второй анод А2 подают достаточно большое (до 2000 В) положительное напряжение. Для дополнительного ускорения электронов используют анод А3, к которому приложено высокое положительное напряжение (до 10. 15 кВ).

Учитывая, что студенты из курса физики уже знакомы с устройством электронной пушки, отметим лишь, что ее основным назначением является формирование узкого электронного пучка, при попадании которого на люминесцентный экран на экране возникает светящееся пятно.

Упрощенно работу отклоняющих систем ЭЛТ можно пояснить следующим образом. Электронный пучок (луч) проходит между двумя парами взаимно перпендикулярных металлических отклоняющих пластин: вертикально отклоняющих Y и горизонтально отклоняющих X. Если к отклоняющим пластинам приложить напряжение, то между ними будет существовать электрическое поле, которое будет вызывать |отклонение электронного луча в ту или иную сторону. Когда напряжение приложено к вертикально отклоняющим пластинам, то пятно! будет перемещаться по оси Y; если же напряжение приложено к горизонтально отклоняющим пластинам, то световое пятно на экране трубки будет отклоняться вдоль оси X. Если теперь сфокусировать электронный луч так, чтобы световое пятно расположилось в центре экрана ЭЛТ, а затем к пластинам Y приложить исследуемый сигнал, а к пластинам X — пилообразное напряжение, то под совместным воздействием двух напряжений луч вычертит на экране трубки осциллограмму, отражающую зависимость мгновенных значений входного напряжения от времени.

Канал вертикального отклонения луча (см. рисунок 3) служит для передачи на пластины Y ЭЛТ исследуемого сигнала uc(t), подводимого к входу Y. Канал вертикального отклонения луча содержит аттенюатор (в данном случае делитель или ослабитель сигнала), линию задержки и усилитель Y. Аттенюатор позволяет ослабить сигнал uc(t) в определенное число раз, а регулируемая линия задержки обеспечивает небольшой временной сдвиг сигнала на пластинах Y ЭЛТ относительно начала развертывающего напряжения Ux, что важно для обеспечения развертки в ждущем режиме. Усилитель Y обеспечивает амплитуду сигнала на пластинах Y, достаточную для значительного отклонения луча на экране даже малым исследуемым сигналом uc(t). Этот усилитель содержит входной усилитель с изменяемым коэффициентом усиления и парафазный (с противофазными выходными сигналами одинаковой амплитуды) усилитель (на рисунке 3 для упрощения не показаны), обеспечивающий положение светового пятна в центре экрана при отсутствии исследуемых сигналов.

Основные характеристики канала вертикального отклонения:

— верхняя граничная частота (порядка 100 МГц и более);

— чувствительность ЭЛТ (до 1 мм/мВ);

— входные сопротивление (1. 3 МОм) и емкость (1. 5 пФ);

— погрешность измерения напряжения и интервала времени 3. 5 %.

Во входную цепь канала вертикального отклонения включают также коммутируемый разделительный конденсатор, позволяющий исключить подачу на вход осциллографа постоянной составляющей исследуемого сигнала (так называемый «закрытый» вход).

Канал горизонтального отклонения луча с устройством синхронизации и запуска развертки служит для создания горизонтально отклоняющего — развертывающего — напряжения Ux. Собственно канал горизонтального отклонения луча состоит из генератора развертки и усилителя X.

Схема синхронизации и запуска развертки электронного осциллографа управляет генератором развертки и обеспечивает кратность периодов исследуемого сигнала и развертки. Процесс привязки развертки к характерным точкам сигнала называют синхронизацией в автоколебательном режиме и запуском — в ждущем. Для получения неподвижного изображения начало развертки должно быть связано с одной и той же характерной точкой сигнала (фронтом, максимумом амплитуды и т. д.). Это достигается синхронизацией напряжения развертки с напряжением сигнала uc(t), поэтому период развертки должен быть равен или кратен периоду исследуемого сигнала: Tразв = пТс, где п = 1, 2, 3, 4, . .

Развертка — линия, прочерчиваемая электронным лучом на экране ЭЛТ осциллографа в результате действия только одного развертывающего напряжения, т. е. при отсутствии исследуемого сигнала. Процесс привязки развертки к характерным точкам сигнала называют синхронизацией в автоколебательном режиме работы генератора и запуском — в ждущем. Синхронизацию и запуск развертки производят специальным синхроимпульсом, подаваемым на генератор развертки с устройства синхронизации.

В универсальном осциллографе применяются два режима синхронизации: внутренняя (Внут.) и внешняя (Внеш.). При внутренней синхронизации синхроимпульсы вырабатываются из усиленного исследуемого сигнала до его задержки. При внешней синхронизации сигнал синхронизации подают от внешнего источника на специальный вход осциллографа «Синхронизация». Например, в стандартных генераторах импульсов формируют синхроимпульсы, относительно которых выходной сигнал, может быть, сдвинут с помощью регулируемой задержки.

Усилитель X канала горизонтального отклонения усиливает пилообразный сигнал Uр генератора развертки (при работе развертки от генератора ключ Кл на рисунке 3 находится в положении 1) и преобразует его в напряжение развертки Ux. Период развертки обычно регулируется дискретно и плавно. Генератор развертки может быть отключен; при этом ключ Кл на рисунке 3 переводится в положение 2 и развертка электронного луча производится внешним сигналом, подаваемым на вход X.

Канал горизонтального отклонения характеризуют чувствительностью и полосой пропускания, показатели, которых практически раза в два меньше, чем в канале вертикального отклонения. Основным блоком в канале горизонтального отклонения является генератор развертки, работающий в непрерывном или ждущем режиме. К форме! пилообразного напряжения генератора предъявляют ряд специфических требований:

— время обратного хода луча должно быть много меньше времени прямого хода, т. е. Тобр« Тпр;в противном случае часть изображения сигнала будет отсутствовать;

— напряжение развертки при прямом ходе луча должно быть линейным, иначе электронный луч будет двигаться по экрану ЭЛТ с различной скоростью и нарушится равномерность временного масштаба по оси X. Это может привести к искажению исследуемого сигнала.

Канал управления яркостью (модуляции луча по яркости) предназначен для подсветки прямого хода луча и состоит из аттенюатора и усилителя Z. Усилитель Z служит для создания требуемого уровня напряжения модулятора и может иметь дополнительный вход для модуляции изображения по яркости внешним сигналом. Постоянное напряжение на модуляторе ЭЛТ выбирают на уровне запирания трубки. Подсветку осуществляют подачей импульсов с генератора развертки или импульсов с входа Z на управляющий электрод (модулятор М) ЭЛТ. В генераторе развертки вырабатывается специальный прямоугольный импульс подсвета, равный длительности прямого хода развертки. Для равномерной яркости изображения импульс подсвета должен иметь плоскую вершину. Необходимо также обеспечить малую длительность фронта и спада импульса. Сигналы подсвета модулируют поток луча и, следовательно, яркость свечения люминофора. Канал Z используют и для создания яркостных меток при измерениях частоты и фазы.

Вспомогательные устройства осциллографа включают калибраторы и различные переключатели. Калибраторы, встроенные в осциллограф, служат для точной установки коэффициентов отклонения и развертки непосредственно перед измерениями. Они представляют собой отдельные генераторы напряжений с точно заданными амплитудой и частотой. Для калибровки оси Y используют постоянные напряжения обеих полярностей (иногда плавно регулируемые) и напряжения в виде меандра. Масштаб по оси X обычно устанавливают по синусоидальному напряжению, стабилизированному кварцем.

Источник питания осциллографа состоит из двух отдельных частей: высоковольтного, выдающего необходимые напряжения для питания электродов ЭЛТ, и низковольтного для питания остальных узлов осциллографа.

Электрические приборы

Наиболее точными, многоканальными и быстродействующими приборами для записи виброграмм являются осциллографы, магнитографы и самопишущие приборы, получающие сигнал от вибродатчиков или тензорезисторов. Датчики-преобразователи во время колебаний вырабатывают сигналы, передаваемые по проводам на осциллограф, магнитограф или самописец — регистрирующие и записывающие приборы. Широко применяются светолучевые (шлейфовые) и электронные (электронно-лучевые, катодные) осциллографы (табл. 1.5). Электронные осциллографы практически безынерционны, поэтому их можно применять при записи более высокочастотных процессов. Светолучевые осциллографы используют для записи более низкочастотных процессов. В светолучевых осциллографах процесс колебаний записывается на рулонную фотобумагу или пленку, в электронных — фотографируется с экрана при помощи фотонасадок. Применяется также электронно-лучевой осциллограф, сконструированный по аналогии со светолучевыми, но вместо гальванометров имеющий однолучевые электронные трубки и ведущий запись на фотоленту. У электронного осциллографа процесс колебаний можно наблюдать на экране, у светолучевого — через защитное стекло в зеркале.

Светолучевые осциллографы имеют несколько каналов (шлейфов), что позволяет вести запись одновременно от нескольких первичных преобразователей. Эти осциллографы предназначены для визуального наблюдения и одновременной записи нескольких осциллограмм. Основными деталями и узлами светолучевого осциллографа являются: металлический корпус, на котором расположены ручки управления, снабженные соответствующими надписями; зажимы для подключения первичных вибропреобразователей, выключатели для включения и выключения шлейфов, ручки регулировки положения шлейфов и длины кадра; имеются гнезда для установки кассеты с фотобумагой или пленкой; экран для визуального наблюдения процесса; кнопка запуска осциллографа, а также клеммы для подключения замыкающих контактов при дистанционном запуске. На поверхности корпуса видна крышка, закрывающая отсек для шлейфов.

Рис. 1.18. Электрические приборы: а — осциллограф; б, в — гальванометры; 1 — гальванометр; 2 — система зеркал; 3 — экран; 4 — источник света; 5 — линза; 6 — отметчик времени; 7 — светочувствительная бумага; 8, 10 — проводники; 9 — зеркальце;

Основными системами осциллографа являются оптическая, механическая и электрическая. Оптическая система служит для образования тонких лучей света, которые через систему линз и зеркал попадают на светочувствительную бумагу или пленку, причем они могут совершать движение в плоскости при перемещении зеркальца гальванометра (шлейфа). Механическая система обеспечивает движение светочувствительной бумаги (пленки) поперек плоскости движения светового луча, а также вращение некоторых элементов оптической системы (отметчика времени). Электрическая система — это в основном система шлейфов, которые отклоняют при помощи зеркальца лучи света пропорционально проходящему через них току. На рис. 1.18, а по- показана схема светолучевого осциллографа.

Луч света от осветителя 4 через линзу 5 поступает на зеркальце гальванометра 1 (рис. 1.18). Одновременно через систему зеркал 2 луч от источника света через зеркальце отражается на экран для визуального наблюдения 3. При колебаниях зеркальца луч света через линзу 5 попадает
на поверхность движущейся светочувствительной бумаги или пленки 7. Для фиксации на светочувствительной бумаге отметок времени служит луч света, прошедший через щелевой отметчик времени 6, что дает возможность автоматически наносить метки времени в виде тонких поперечных линий с шагом 0,1 или 0,05 с. Возможно использование одного из шлейфов для получения меток времени частотой от 10 до 20 Гц, для чего этот шлейф соединяют со специальным генератором, который подает на шлейф импульсы с заданным периодом.

Основным измерительным устройством светолучевого осциллографа являются гальванометры. По виду подвижной системы они могут быть петлевые или рамочные (рис. 1.18,б, в), по исполнению магнитной системы — автономные и вставки. Автономные гальванометры имеют самостоятельные магнитные системы, которые размещены в отдельном магнитном блоке. Поворот зеркальца гальванометра в известных пргделах пропорционален магнитной индукции в зазоре между полюсными наконечниками магнита Ли силе тока в проводниках 8, 10. Светолучевым осциллографам свойственны следующие недостатки: погрешности оптической системы, нелинейность гальванометра и др. Основным недостатком является невозможность получения непосредственно видимой записи даже для относительно низких частот до 100 Гц.

Видимая регистрация высокочастотных процессов возможна только при использовании электронно-лучевых осциллографов. Принцип действия электронно-лучевой трубки основан на способности некоторых веществ (например, сернистого цинка) светиться под действием электронов. В трубке создается тонкий электронный луч, который, попадая на экран, заставляет его светиться. Имеющийся в осциллографе генератор развертки заставляет луч перемещаться по экрану. При частоте развертки более 10 Гц наблюдатель видит не отдельные точки, а сплошную светящуюся полосу. Поступающий на осциллограф электрический сигнал от вибропреобразователя отклоняет луч по вертикали, создавая видимое изображение динамического процесса.

Добавить комментарий