Способ и устройство для управления записью быстро протекающих процессов при помощи осциллографа

 

Класс 21е, 11уф

Qo 4дДБ

- 4". г. „ с !.- Г g

),,0 за CCk

--ДД РСИОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО ИА ИЗОБРЕТ(нИЕ

ОПИСАНИЕ способа и устройства для управления записью быстро протекающих процессов при пойощи осциллографа.

К авторскому свидетельству И. А. Городинского, заявленному 21 января

1935 года (спр. о перв. ¹ 161267).

0 выдаче авторского свидетельства опубликоваио 31 декабря 1935 года.

Существующие устройства для записи быстро протекающих электрических процессов по типу осциллографов в большинстве случаев дают возможность регистрации при скоростях перемещения светочувствительной бумаги до 10 метров в секунду.

В современной технике эти скорости уже являются недостаточными. В литературе имеются указания на необходимость получения значительно ббльших скоростей записи, особенно при исследовании различных не электрических величин (например работы двигателей внутреннего горения, полета пуль и снарядов и т. и.).

По существу, с электрической (собственная частота гальванометра осциллографа), оптической и фотографической сторон вполне возможно значительно повысить скорость съемки, доводя ее до 100 метров в секунду и выше.

Однако, в значительной степени препятствием к увеличению скорости съемки является механика управления съемочным устройством, которая даже при технически освоенных скоростях — порядка до 10 м/сек. уже создает ряд серьезных затруднений.

Практикой выработан ряд методов, 1,, - дающих возможность автоматически со- == гласовать нужный момент исследуемого

" процесса с моментом съемки, но все эти (271)» методы по существу пригодны для сравнительно малых скоростей, так как требуют определенной затраты времени для приведения их в действие.

Можно указать, что даже при скорости порядка 10 м, сек. осциллограмма в 20—

30 см длиной соответствует 0,02 — 0,03 сек.

Понятно, что в этом случае не только не приходится говорить о возможности ручного управления съемкой, но и существующие механические устройства также становятся мало пригодными. Так например, устройства с перематывающейся с одного ролика на другой фотолентой пригодны лишь для скоростей порядка 3 — 4 м/сен., так как при больших скоростях лента рвется. При необходимости достижения больших скоростей ленту (вернее отрезок ее) надевают на цилиндрический барабан, который может быть приведен в быстрое вращение, В этом случае достижимые скорости определяются лишь прочностью материала барабана и его уравновешенностью относительно оси вращения, но здесь возникает ряд трудностей в части управления процессами съемки. Необходим быстродействующий затвор, который пропускал бы луч света на поверхность барабана лишь во время одного оборота последнего, так как в противном случае произойдет повторная съемка осциллограммы на той же бумаге. Необходимы кроме того со ответствующие реле, автоматически пускающие и останавливающие съемку в нужный момент, так как существующие системы механических и электромеханических затворов, равно как и реле, обладают определенной инерцией, уменьшить которую ниже 0,02 — 0,03 сек. не представляется возможным. Между тем, это время соответствует, как указывалось выше, длительности всей осциллограммы нормальных размеров.

Можно отметить, что при скоростях, приближающихся к 10 м/сек., большинство затворов в осциллографах лучших фирм, например, Сименса, практически уже не дают надежной работы.

В предлагаемом способе и устройстве для управления записью совершенно устранены все механические элементы — затвор, реле и т. и. Они заменены электрическим воздействием на подвижную часть гальванометра.

Этим исключается одно из основных препятствий в деле дальнейшего повышения скорости съемки осциллографом и достижимый предел последней определяется исключительно остальными его элементами (оптикой, освещением и т. и.).

Осуществляется управление следующим образом. Гальванометр, включенный в цепь измеряемого тока или напряжения, устанавливается так, чтобы отражаемый им луч находился вне границ поля фотобумаги, В момент начала съемки на гальванометр подается дополнительно некоторое постоянное по направлению и постепенно меняющееся по величине напряжение. Благодаря этому луч, помимо своего основного колебания, получает смещение в направлении, перпендикулярном к направлению движения бумаги; попадая на поверхность последней, он осуществляет на ней запись по спиральной линии, а затем снова выходит из границ бумаги на другую ее сторону, прекращая запись (следует отметить, что запись по спиральной линии применялась в одной из старых моделей осциллографа Сименса, но осуществлялась она механически, путем поворота всего гальванометра вокруг вертикальной оси, причем применение этого способа не исключало наличия механического управления, а лишь увеличивало инерцию управления всей системы, вводя новый элемент с дополнительной инерцией).

На чертеже фиг. 1, 2, 4, б, 8 и 9 изображают возможное видоизменение принципиальных схем устройств, по которым может быть осуществлен предлагаемый способ для управления записью быстро протекающих процессов при помощи осциллографа; фиг. 3, 5 и 7 — со ответствующие осцилограммы.

Во всех устройствах смещение светового зайчика гальванометра на поверхность бумаги осуществляется подачей постепенно увеличивающегося постоянного напряжения, которое до начала съемки равно нулю. Однако, с тем же успехом может быть применен обратный порядок включения: луч гальванометра отводится в сторону от бумаги подачей определенного постоянного напряжения, которое при начале съемки постепенно уменьшается.

На фиг. 1 изображено устройство, пригодное для автоматического управле- ния осциллографом на расстоянииЗдесь 1 обозначает реле, включаемое на расстоянии (например, при возникновении аварии в контролируемой элеКтрической сети). В случае ручного управления реле заменяется нажимной кнопкой.

При срабатывании реле 1 якорь его освобождает защелку диска 2, который под действием закрученной спиральной пружины приходит во вращение. Одно-. временно связанный с осью Диска кон-. такт перемещается по потенциометру б, подавая на гальванометр 7 смещающее луч постоянное напряжение.

После съемки диск взводится поворотом от руки обратно под защелку .реле 1.

Для ускорения начала съемки часть потенциометра 6 выведена наружу, таким образом, попадая на начало регу-" лируемой части потенциометра, движок начнет регулировку не от нуля, а сразу . подает на гальванометр определенное напряжение, благодаря чему луч скач"= — =: ком (И вЂ” фиг. 3) переходит на фотобумагу, а затем постепенно смещаетСя по спирали b.

При прймейений описанного устройства запись начинается в любом местЬ. поверхности барабана (в момент сраба- .— -.

«юуюф4Н9Мйф

ll — 3 у.! тывания реле 1). В существующих типах осциллографов обычно имеется приспособление для того, чтобы независимо от момента включения съемка всегда начиналась в определенном месте (начале отрезка) фото-ленты для того, чтобы избежать разрыва осциллограммы а месте стыка начала и конца ленты на барабане.

Для удовлетворения этого требования может быть предусмотрено второе реле 3, якорь которого несколько смещен относительно первого. Таким образом, при срабатывании реле 1, зубец диска, выйдя из-под его защелки, задерживается якорем второго реле 3.

На оси съемного барабана с бумагой укреплен вращающийся коммутатор 4, который при каждом обороте барабана замыкает цепь реле 2 в момент, когда мимо щели камеры проходит начало отрезка ленты. При этом диск будет окончательно освобожден вторы м реле н съемка начнется.

Описанное устройство может быть значительно упрощено, согласно фиг. 2.

Здесь применено только одно реле 1, якорь которого в нерабочем положении удерживает диск 2 от вращения. При замыкании пусковых контактов 5 реле срабатывает лишь в тот момент, когда замкнется вращающийся коммутатор 4.

При этом, как указывалось выше, съемка начнется в момент прохождения начала бумаги мимо щели фото-камеры. В остальном работа устройства протекает так же, как указано на фиг. 1.

Другая видоизмененная форма выполнения подобного рода устройства изображена на фиг. 4 и б.

В нем применен электромагнитный храповой механизм 12 по типу телефонного селектора. Между контактами указанного селектора 12 включен ряд сопротивлений, образующих потенциометр 13 по типу описанного в первом устройстве, но с регулировкой ступенями.

Внешние зажимы 8 потенциометра включены в цепь батареи последовательно с обмоткой селектора 12 и коммутатора 10, укрепленного на оси врас а ощегося барабана 9 фотосъемочной

"камеры. При каждом обороте последнего коммутатора 10 замыкает кон"" . акт 11 в момент, соответствующий прохождению начала бумажной ленты мимо

° в отверстия камеры. Однако, вся цепь остается незамкнутой до соединения между собой контактов 15, что осуществляется при включении съемки либо от руки, либо при помощи соответствующего реле, не изображенного на чертеже.

После замыкания контактов 15, съемка начинается лишь в момент касания вращающегося коммутатора 10 и контакта 11. При этом в цепи получается кратковременный импульс тока; селектор 12 срабатывает и храповик перемещает зубчатку, а с ней коммутатор 13 на следующий контакт. На гальванометр 7 осциллографа подается напряжение одной из секций потенциометра, в результате чего луч переходит на фото-бумагу, начиная запись (фиг. 5, точка с). В дальнейшем запись производится на барабане 9 по прямой на всей его окружности. При втором замыкании контакта 10, 11 селектор переводит рукоятку потенциометра 13 на следующую секцию и соответственно луч смещается вдоль образующей цилиндра на следующую ступень (точка d), давая затем второй ряд записи е, параллельный первому ряду. При каждом следующем обороте луч будет смещаться, давая следующую строку записи f, g u т. д. до заполнения всей поверхности цилиндра по образцу осциллограммы фиг. 5.

Подобная схема удобна в том случае, когда сразу заполняется вся поверхность фото-бумаги.

При необходимости снятия нескольких осциллограмм на одной ленте могут получиться повторные записи на одной и той же поверхности. Так например, если запись прекратится в средней части какой-либо строчки, то при последующем замыкании пусковых контактов 15 съемка может начаться в любом месте той же строчки, перекрывая прежнюю запись, так как коммутатор 13 остается в прежнем положении.

Для устранения этого дефекта предлагается видоизмененная схема фиг. б.

Она отличается тем, что секции потенциометра 13 подключены K контактам селектора 12 через один контакт, так что искатель селектора при своем вращении поочередно попадает то на секцию потенциометра, то на холостой контакт. Одновременно с этим на коммутаторе съемочного барабана 10 установлень: вместо одного два контакта 11 и 17, второй из которых может помощью выключателя 16 либо подключаться либо отсоединяться, подавая соответственно один либо два импульса при каждом обороте барабана.

Если необходимо заснять лишь одну строчку осциллограммы, то выключатель 16 размыкают. При этом, при окончании записи строчки получится один импульс и соответственно искатель селектора перейдет с контакта потенциометра на следующий холостой контакт и съемка прекратится.

При новом замыкании пусковых контактов 15 съемка начнется лишь после соприкосновения с вращающимся коммутатором контактов 10, 11, когда селектор переведет луч на следующую строку.

Таким образом, при каждом пуске съемка будет происходить на одной строке осциллограммы, а затем автоматически прекратится. При каждом последующем замыкании контактов 15 будет производиться запись строки, причем каждая запись окажется автоматически смещенной относительно предыдущей вдоль образующей цилиндра, как это, примерно, изображено на фиг. 7.

В случае необходимости беспрерывной записи по типу фиг. 5 замыкают выключатель 16. При этом получаются два импульса, которые будут последовательно переводить искатель на холостой контакт, а затем на следующий рабочий контакт потенциометра, и запись будет продолжаться беспрерывно.

Как уже указывалось выше, съемка на вращающемся барабайе может начаться либо в определенном месте последнего, независимо от момента пуска осциллографа, либо в любом месте барабана в зависимости от момента пуска.

Второй случай, очевидно, целесообразен тогда, когда нужно, чтобы съемка началась возможно скорее после включения осциллографа.

На фиг. о приведен вариант устройства, предусматривающий последний указанный случай.

На оси барабана 9 фото-камеры " укреплен коммутатор 10 со значительным числом контактов, При замыкании пусковых зажимов 15 замыкаются две цепи. Первая цепь: коммутатор 77 селектора 78, его обмотка, коммутатор 10, контакт 11; вторая цепь: коммутатор 17 и обмотка селектора 12.

Во второй цепи замыкание пусковых зажимов вызовет импульс тока, который переведет рычаг потенциометра 13 на первый рабочий контакт. На гальванометр будет подано смещающее зеркало напряжение и луч появится на бумаге, начиная запись. Затем обмотка селектора 12 остается под постоянным током, вследствие чего дальнейшего срабатывания не происходит.

В первой цепи, в то же время, будут происходить беспрерывные прерывания тока коммутатором 10, 11, причем при каждом импульсе селектор 18 будет перемещать на один контакт коммутатор 17. Все контакты последйего соединены между собой, вернее образуют сплошное кольцо с одним только разрывом. Та ким образом, при переходе коммутатора с одной ступени на другую цепь не разрывается. Число контак- тов 11 на барабане фотокамеры равно числу ступеней селектора 18. Следовательно, когда барабан сделает с мбмента начала съемки полный оборот, рычаг коммутатора также обойдет всю окружность и, переходя с последнего контакта на первый, на момент раЗорвет общую цепь системы.

Разрыв" тока во второй цепи вызо»вет срабатывание селектора 18 и перевод подвижной ручки на следующую ступень потенциометра 13. Соответственно кривая на осциллограмме сместится на следующий ряд, подобно тому, как это изображено на фиг. 5.

Отличие данного устройства от приведенного выше (на фиг. 4) заключается в том, что съемка начинается не в определенном месте барабана, а в любом в зависимости от момента включения.

Следует отметить, что все перечисленные устройства имеют все же ряд механических приспособлений, обладающих —; каждый определенной инерцией, Однако, . если, рассмотреть устройство на фиг. 3, то время запаздывания сводится к spe ени срабатывания одного лишь пускового реле, в то время как в обычных автоматических осциллографах время запаздывания съемки определяется суммой зайаздывания целого ряда механизмов (реле, затвор и т. и.).

Ниже предлагается схема, совершенно упраздняющая необходимость каких-либо механических приспособлений. В ней использовано ламповое реле, например, по типу тиратрона. Следует

:оговорить, что тиратронное реле может быть использовано также и в любом из приведенных выше устройств. Принципиальная схема устройства для автоматической записи изображена на фиг. 9. Гальванометр 7 включен в исследуемую цепь переменного тока 22.

Параллельно гальванометру включена также анодная цепь тиратрона, обычно запертого соответствующим смещением на сетку. Значение смещения подби. -,рается таким образом, чтобы отпирание тиратрона происходило при определенном заданном отклонении напряжения контролируемой сети от ее нормального режима работы (например, в случае

-возникновения перенапряжения, либо, наоборот, при падении напряжения в результате короткого замыкания).

- В анодную цепь тиратрона включено какое- либо приспособление, замедляющее наростание тока (например, самоиндукция, 20). Таким образом, постепенное смещение светового лучавдоль оси съе- мочного барабана дает запись по спи,ральной линии.

Предмет изобретения.

1. Способ управления записью быстро протекающих процессов, производимый на поверхности барабана по винтовой линии при помощи осциллографа, измерительная система которого обладает

- .- инерцией, отличающийся тем, что, с целью получения дополнительного постейенного смещения светового луча

: йараллельно оси барабана, в момент начала съемки на зажимы гальвано метра осциллографа подают переменное напряжение от вспомогательного источника тока.

2. Прием осуществления способа по и. 1, отличающийся тем, что в цепь вспомогательного источника тока включают какое-либо замедляющее наростание тока приспособление, например, катушку самоиндукции.

3. Устройство для осуществления способа по пп. 1 и 2, отличающееся применением безъинерционного реле, например, тиратрона, анодная цепь которого служит для подачи на гальванометр смещающего напряжения, а цепь сетки— для управления на расстоянии началом фото-записи исследуемого процесса (фиг. 9).

4. Видоизменение устройства по и. 3 с использованием потенциометра для подачи на гальванометр дополнительного смещающего световой луч напряжения, отличающееся применением электромагнитного храпового механизма 12 по типу телефонного селектора, между контактами которого включены части потенциометра, с целью получения многострочной записи путем последовательного смещения луча на бумагу при каждом управляющем импульсе тока, подаваемом на обмотку указанного селектора (фиг. 4, б, 8).

5, Форма выполнения устройства по и. 4 с применением регулируемого потенциометра, отличающаяся тем, что подвижной контакт потенциометра снабжен заводной пружиной и удерживающей защелкой, непосредственно связанной с управляющим съемкой механизмом, например, якорем реле, с целью осуществления смещения светового луча гальванометра на фото-бумагу в момент освобождения удерживающей регулятор потенциометра защелки (фиг. 1 и 2). б. В устройствах по пп. 3 — 5 применение коммутатора, укрепленного на вращающейся оси съемного барабана, включенного последовательно в цепь управления съемкой, с целью осуществления начала съемки в определенном месте съемочного барабана независимо от момента срабатывания управляющего съемкой механизма.

7. Форма выполнения устройства по и. 4, отличающаяся тем, что, с целью осуществления многострочной записи, начало которой совпадает с моментом

4 иг иг 3 г1 «Г

1 ИГQ включенйя управляющего механизма, в нем применен второй электромагнитный селектор 18, приводимый в действие от коммутатора 10 на оси съемочного барабана и предназначенный для

6 подачи при каждом полном обороте одного либо двух импульсов в цепь,, обмотки селектора 12, осуществляющего переключение секций потенциометра lЗ", (фиг, 8).

1 л ( J

Тип.,Печатный Труд". Зак. 208 — 509