DE1010155B

DE1010155B - Electron beam oscilloscope with means for the quantitative evaluation of the physical quantities shown

Info

Publication number: DE1010155B
Application number: DEL24978A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans-Helmut Feldmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1956-06-01
Filing date: 1956-06-01
Publication date: 1957-06-13

Description

Elektronenstrahl-Oszillograph mit Mitteln zur quantitativen Auswertung der dargestellten physikalischen Größen Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektronenstrahl-Oszillographen mit Mitteln zur quantitativen Auswertung der auf dem Bildschirm dargestellten physikalischen Größen.Electron beam oscilloscope with means for quantitative evaluation of the physical quantities shown. The invention relates to an electron beam oscilloscope with means for the quantitative evaluation of the physical displayed on the screen Sizes.

Es sind Elektronenstrahl-Oszillographen bekannt, bei denen zur Bestimmung der Größe der auf dem Bildschirm dargestellten Meßspannungen die Meßspannung über einen Amplitudenbegrenzer geleitet wird. Der Begrenzer erzeugt eine Schwellenspannung, die in das Oszillogramm eingeblendet wird. Zur Bestimmung der Größe der Meßspannung wird die Schwellenspannung so eingestellt, daß sich eine Abplattung des Oszillogrammscheitels ergibt. Der Scheitelwert der Meßspannung ist dann von einer dem Begrenzer zugeordneten Skala ablesbar. Die Einrichtung eignet sich im wesentlichen zur Messung von Scheitelwerten. Sollen beliebige Punkte des dargestellten Kurvenzuges gemessen werden, so ist die bekannte Einrichtung sehr nachteilig, da eine Beschneidung des Kurvenzuges erfolgt und dieser somit nicht mehr seine wirkliche Kurvenform aufweist. In vielen Fällen muß jedoch die Kurvenform des dargestellten Vorganges auch bei der Bestimmung der Größe der Meßspannung erhalten bleiben. Außerdem kann dieses Verfahren nur angewendet werden, wenn die zu untersuchende Spannung in der Größenordnung von einigen Volt und mehr liegt, weil infolge des stetigen Verlaufes der Strom-Spannungs-Kennlinie aller elektrischen Ventile eine saubere Begrenzung im Bereiche unter 1 Volt nicht zu erzielen ist. Wird der Begrenzer aus diesem Grund hinter den Meßverstärker gelegt, so kann aber dessen Verstärkungsfaktor bei der Messung nicht mit erfaßt werden. There are electron beam oscilloscopes known in which to determine the size of the measurement voltages displayed on the screen over the measurement voltage an amplitude limiter is passed. The limiter generates a threshold voltage, which is displayed in the oscillogram. To determine the size of the measuring voltage the threshold voltage is set so that the oscillogram apex is flattened results. The peak value of the measuring voltage is then assigned to the limiter by one Readable scale. The device is essentially suitable for measuring peak values. If any points of the displayed curve are to be measured, the known device is very disadvantageous because the curve is trimmed and this no longer has its real curve shape. In many cases However, the curve shape of the process shown must also be used in determining the Size of the measuring voltage are retained. Also, this procedure can only be applied when the voltage under investigation is of the order of a few volts and more, because as a result of the steady course of the current-voltage characteristic all electrical valves do not have a clean limitation in the range below 1 volt can be achieved. If the limiter is placed behind the measuring amplifier for this reason, however, its gain factor cannot be included in the measurement.

Es ist ferner ein Oszillograph mit einer Elektronenstrahlröhre bekannt, der zur Amplitudenmessung der zu untersuchenden Spannung auf dem Bildschirm eine einstellbare Markierungsspannung abbildet, die zur Markierung irgendeiner Stelle der Kurve der zu untersuchenden Spannung dient. Ist diese Einstellung der Markierungsspannung erfolgt, so wird den Ablenkorganen der Elektronenstrahlröhre an Stelle der zu untersuchenden Spannung eine regelbare Eichspannung von bekannter Größe zugeführt, um die der markierten Stelle entsprechende Spannungsamplitude zu messen. Nachteilig bei diesem Oszillographen ist, daß zur Amplitudenmessung der zu untersuchenden Spannung zwei besondere Hilfsspannungsquellen benötigt werden, die außerdem gesondert eingestellt werden müssen. Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß die zu untersuchende Spannung bei derAmplitudenmessung auf dem Schirm der Elektronenstrahlröhre nicht dargestellt ist. An oscilloscope with a cathode ray tube is also known, to measure the amplitude of the voltage to be examined on the screen adjustable marking voltage maps the marking of any point the curve of the voltage to be examined is used. Is this setting of the marking tension takes place, so the deflection organs of the cathode ray tube instead of the one to be examined Voltage an adjustable calibration voltage of known magnitude supplied to that of the marked Measure the corresponding voltage amplitude. Disadvantage of this oscilloscope is that two special auxiliary voltage sources are used to measure the amplitude of the voltage to be examined are required, which must also be set separately. Another A major disadvantage of the known arrangement is that the to be examined Voltage during the amplitude measurement on the screen of the cathode ray tube is shown.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung, die insbesondere für die Messung mechanischer Schwingun- gen unter Verwendung einer Wheatstone-Brücke und eines Oszillographen als Indikator ausgebildet ist, wird in der Meßdiagonale der Brücke ein Unterbrecher angeordnet, der den Eingang eines Oszillographenverstärkers periodisch kurzschließt. Die der mechanischen Schwingung entsprechende Spannung in der Meßdiagonale der Brücke wird dadurch mit der Unterbrecherfrequenz moduliert. Durch Veränderung der Spannung in der Speisediagonale der Brücke kann die auf dem Schirm der Bildröhre dargestellte zu untersuchende Spannung in ihrer Amplitude ausgemessen werden. Durch die Unterbrechung des dargestellten Kurvenzuges der zu untersuchenden Spannung ist nur eine grobe und ungenaue Amplitudenmessung möglich, da ganze Ausschnitte des Kurvenzuges fehlen. In another known arrangement, which is particularly suitable for Measurement of mechanical vibration gen using a Wheatstone bridge and of an oscilloscope is designed as an indicator, is in the measuring diagonal of the Bridge a breaker arranged, which is the input of an oscilloscope amplifier periodically shorts. The tension corresponding to the mechanical vibration in the measuring diagonal of the bridge is modulated with the interrupter frequency. By changing the tension in the dining diagonal of the bridge, the on the The voltage to be examined shown on the screen of the picture tube measured in its amplitude will. By interrupting the displayed curve of the to be examined Voltage, only a rough and imprecise amplitude measurement is possible because entire sections of the curve are missing.

Es ist auch bekannt, für die Bestimmung der Amplituden der dargestellten Größen Koordinatennetze vor dem Schirm der Elektronenstrahlröhre anzuordnen. Nachteilig ist hierbei, daß bei der fast immer notwendigen Verwendung von Verstärkern die Änderungen des Verstärkungsfaktors als Fehler mit eingehen. Ferner ändert sich die Ablenkempfindlichkeit der Elektronenstrahlröhre bei Schwankungen der Speisespannungen. Schließlich tritt bei der Anwendung eines Koordinatennetzes auch noch ein Parallaxenfehler bei der Ablesung auf. It is also known for determining the amplitudes of the shown To arrange large coordinate networks in front of the screen of the cathode ray tube. Disadvantageous is here that with the almost always necessary use of amplifiers the changes of the gain factor are included as an error. The deflection sensitivity also changes the cathode ray tube in the event of fluctuations in the supply voltages. Eventually occurs when using a coordinate network there is also a parallax error in the Reading on.

Bei einer weiteren bekannten Einrichtung wird zur quantitativen Auswertung der zu untersuchenden Größe die zu messende Größe und eine in ihrer Höhe einstellbare Vergleichsspannung in rascher Aufeinanderfolge abwechselnd an die Ablenkplatten des Elektronenstrahl-Oszillographen gelegt. Die Umschaltung erfolgt mittels schwingender oder rotierender mechanischer Kontakte. Die Einrichtung ist nur für relativ kleine Umschaltfrequenzen geeignet. Außerdem weisen die Umschalter eine nicht zu vernachlässigende Umlegezeit auf und neigen insbesondere bei hohen Schaltfrequenzen zum Prellen und zu undefinierter Kontaktgabe. Another known device is used for quantitative evaluation the size to be examined, the size to be measured and an adjustable height Equivalent voltage to the baffles alternately in rapid succession of the electron beam oscilloscope. Switching takes place by means of an oscillating or rotating mechanical contacts. The establishment is only suitable for relatively small switching frequencies. In addition, the switches have a not negligible switching time and tend especially at high switching frequencies for bouncing and undefined contact.

Schließlich sind für die AbbiIdung der Meß- und Eichspannungen auch Einrichtungen bekannt, bei denen beide Spannungen in schneller Aufeinanderfolge mittels eines Elektronenschalters den Meßplatten des Oszillographen zugeführt werden, wobei der Elektronenschalter zwischen Meßplatten und Ausgang des Meßverstärkers gelegt wird, so daß Schwankungen des Verstärkungsfaktors vom Meßverstärker nicht erfaßt werden können und das Meßergebnis verfälschen. Eine Anordnung des Elektronenschalters vor dem Meßverstärker ist aber im allgemeinen nicht möglich, da dieser sehr kleine Spannungen nicht sauber schalten kann. Finally, the measurement and calibration voltages are also used for mapping Establishments are known where both voltages are in rapid succession are fed to the measuring plates of the oscilloscope by means of an electron switch, the electron switch between the measuring plates and the output of the measuring amplifier is placed, so that fluctuations in the gain factor from the measuring amplifier can be detected and falsify the measurement result. An arrangement of the electron switch but is generally not possible in front of the measuring amplifier, since it is very small Cannot switch voltages properly.

Diese Nachteile der bekannten Einrichtungen werden bei dem Elektronenstrahl-Oszillographen der eingangs bezeichneten Art dadurch vermieden, daß erfindungsgemäß als Eichspannung ein Impuls definierter Amplitude verwendet wird, der additiv auf den Eingang des oder der den Ablenkplatten zugeordneten Kanäle geschaltet wird. Die Erfindung eignet sich insbesondere für Oszillographen, die zur Darstellung von Kennlinien dienen. These disadvantages of the known devices become apparent in the electron beam oscilloscope of the type described at the outset avoided by using, according to the invention, as a calibration voltage a pulse of defined amplitude is used, which is additive to the input of the or the channels assigned to the baffles are switched. The invention is suitable is particularly suitable for oscilloscopes that are used to display characteristic curves.

Der Erfindungsgegenstand wird an Hand der Zeichnung mit weiteren zweckmäßigen Ausbildungen näher erläutert. Als Beispiel ist die Untersuchung der Eigenschaften ferromagnetischer Werkstoffe gewählt, wobei auf dem Schirm einer Elektronenstrahlröhre die Hystereseschleife dargestellt wird. The subject of the invention is based on the drawing with further expedient training explained in more detail. As an example, the study is the Properties of ferromagnetic materials selected, with the screen of a cathode ray tube the hysteresis loop is displayed.

Fig. 1 zeigt eine bekannte Schaltungsanordnung zur Aufnahme von Hystereseschleifen, jedoch ohne Mittel zur Auswertung derselben; Fig. 2 zeigt die gleiche Schaltungsanordnung in vereinfachter Form mit der Anordnung gemäß der Erfindung zur Bestimmung der Meßgrößen; Fig. 3 zeigt ein sich ergebendes Schirmbild mit der Eichspannung und Fig. 4 eine vorteilhafte Eingangsschaltung eines Kanals. Fig. 1 shows a known circuit arrangement for recording hysteresis loops, but without means of evaluating them; Fig. 2 shows the same circuit arrangement in simplified form with the arrangement according to the invention for determining the measured variables; FIG. 3 shows a resulting screen image with the calibration voltage and FIG. 4 shows one advantageous input circuit of a channel.

In der bekannten Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 1 wird eine Eisenprobe4 von einem Wechselstromgenerator 1 über die Erregerwicklung 3 erregt. In the known circuit arrangement according to FIG. 1, an iron sample 4 excited by an alternator 1 through the excitation winding 3.

Die an einem Vorwiderstand 2 abfallende Spannung ut (e), die der Durchflutung und damit der magnetischen Feldstärke proportional ist, wird über einen Verstärker 6 auf die Meßplatten einer Elektronenstrahlröhre 9 gegeben. Die an der Wicklung 5 induzierte Spannung u2 (+) ist der Änderungsgeschwindigkeit der magnetischen Induktion in der Probe proportional. Sie wird über einen Integrator 7 und einen Verstärker 8 an die Zeitplatten der Röhre geführt, auf deren Schirm die Hysteresekurve sichtbar wird.The voltage ut (e) dropping across a series resistor 2, that of the flow and so the magnetic field strength is proportional, is via an amplifier 6 placed on the measuring plates of a cathode ray tube 9. The one on the winding 5 induced voltage u2 (+) is the rate of change of magnetic induction proportional in the sample. It is via an integrator 7 and an amplifier 8 to the time plates of the tube, on whose screen the hysteresis curve is visible will.

Um eine quantitative Auswertung der auf dem Bildschirm dargestellten Kennlinie zu erreichen, wird gemäß der Fig. 2 aus der speisenden Wechselspannung des Generators i mittels eines Impulsgenerators 11 ein schmaler Impuls definierter Amplitude erzeugt, dessen Phasenlage am Phasenschieber 10 einstellbar ist. Der Impuls wird über die geeichten Spannungsteiler 12, 13 auf die Verstärker 6, 7 gegeben. To make a quantitative evaluation of what is shown on the screen Achieve the characteristic curve, according to FIG. 2, from the supplying alternating voltage of the generator i by means of a pulse generator 11 a narrow pulse defined Generated amplitude, the phase position of which is adjustable on the phase shifter 10. The impulse is fed to the amplifiers 6, 7 via the calibrated voltage dividers 12, 13.

Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, ist die Hysteresekurve für die Zeitdauer des Impulses unterbrochen (nach Art eines Dunkelpunktes). Das fehlende Kurvenstück erscheint an einer anderen Stelle 14 des Bildschirmes und kann durch Betätigung der geeichten Spannungsteiler 12 und 13 beispielsweise auf die diametral liegende Stelle der Schleife bzw. auf den Mittelpunkt derselben gebracht werden. An den geeichten Spannungsteilern können dann direkt die dem Dunkelpunkt zugeordneten Eingangsspannungen der Verstärker 6 und 7 abgelesen werden. Mit Hilfe des Phasenschiebers 10 kann der Dunkelpunkt an jede beliebige Stelle der Kurve geschoben werden, so daß jeder Punkt der Hystereseschleife quantitativ aufgenommen werden kann. As can be seen from FIG. 3, the hysteresis curve is for the duration of the pulse interrupted (like a dark point). The missing corner piece appears at another point 14 on the screen and can be activated by pressing the calibrated voltage divider 12 and 13, for example, to the diametrically opposite one Place the loop or be brought to the center of the same. To the calibrated Voltage dividers can then directly use the input voltages assigned to the dark point the amplifiers 6 and 7 can be read. With the help of the phase shifter 10, the Dark point can be moved to any point on the curve, so that every point the hysteresis loop can be recorded quantitatively.

Die additive Eintastung des Meßimpulses in die Verstärker kann beispielsweise so erfolgen, daß in die kalte Leitung des Verstärkereinganges ein kleiner Widerstand eingeschaltet wird, der den Querwiderstand des Spannungsteilers darstellt. The additive keying of the measuring pulse into the amplifier can, for example be done in such a way that there is a small resistance in the cold lead of the amplifier input is switched on, which represents the cross resistance of the voltage divider.

Vorteilhafterweise wird als Eingangsstufe für den oder die Kanäle eine Elektronenröhre mit zwei Systemen verwendet (Fig. 4), wobei einem Gitter die Meßgröße und dem anderen der Impuls zugeführt wird. Advantageously, it is used as the input stage for the channel or channels an electron tube with two systems is used (Fig. 4), with a grid the Measured variable and the other the pulse is supplied.

In der Fig. 4 ist eine schematische Schaltungsanordnung dargestellt. Dem Gitter der Röhre 15 wird die Meßgröße M und dem Gitter der Röhre 16 der Impuls J zugeführt. Die symmetrische Ausgangsspannung A wird von den beiden Anoden der Röhren 15 und 16 abgenommen. Die Empfindlichkeit des Verstärkers ist an beiden Eingängen gleich groß, wenn die Arbeitswiderstände 18 und 19 gleich sind. Die Eingangsstufe erhält über die Stromkonstanthalteröhre 17 unabhängig von der Aussteuerung immer den gleichen Strom.4 shows a schematic circuit arrangement. The measured variable M is given to the grid of the tube 15 and the pulse to the grid of the tube 16 J fed. The symmetrical output voltage A is obtained from the two anodes of the Tubes 15 and 16 removed. The sensitivity of the amplifier is on both inputs the same size if the load resistances 18 and 19 are the same. The entry level always receives via the current stabilizing tube 17 regardless of the modulation the same stream.

Das Eintasten eines Achsenkreuzes in das Schirmbild kann so erfolgen, daß für das Meß- und Zeit-Plattenpaar ein Spannungsdiskriminator vorgesehen ist, der beim Nulldurchgang einen Spannungsimpuls erzeugt, der jeweils in den anderen Anzeigekanal eingetastet wird und gleichzeitig zum Helltasten des Elektronenstrahles dient. The keying of an axbox in the screen image can be done in such a way, that a voltage discriminator is provided for the measuring and time plate pair, which generates a voltage pulse at the zero crossing, which in each case in the other Display channel is keyed in and at the same time to light keying of the electron beam serves.

PATSNTANSPPÜ HF: 1. Elektronenstrahl-Oszillograph mit Mitteln zur quantitativen Auswertung der auf dem Bildschirm dargestellten physikalischen Größen, dadurch gekennzeichnet, daß als Eichspannung ein Impuls definierter Amplitude verwendet wird, der additiv auf den Eingang des oder der den Ablenkplatten zugeordneten Kanäle (6, 7) geschaltet wird. PATSNTANSPPÜ HF: 1. Electron beam oscilloscope with means for quantitative evaluation of the physical quantities displayed on the screen, characterized in that a pulse of defined amplitude is used as the calibration voltage which is additive to the input of the channel or channels associated with the baffle plates (6, 7) is switched.

2. Elektronenstrahl-Oszillograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Impulsgenerators (11) ein schmaler Rechteckimpuls definierter Amplitude erzeugt wird, dessen Phasenlage mittels eines Phasenschiebers (10) veränderbar ist und der Impuls über geeichte Spannungsteiler (12, 13) dem Eingang des oder der Kanäle (6, 7) zugeführt wird. 2. Electron beam oscilloscope according to claim 1, characterized in that that by means of a pulse generator (11) a narrow rectangular pulse is more defined Amplitude is generated, the phase position of which can be changed by means of a phase shifter (10) and the pulse via calibrated voltage dividers (12, 13) to the input of the or the Channels (6, 7) is supplied.

3. Elektronenstrahl-Oszillograph nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Eingangsstufe für die Kanäle eine Doppelröhre verwendet wird, wobei dem Gitter des einen Systems die Meßspannung und dem Gitter des anderen Systems der Meßimpuls zugeführt wird. 3. electron beam oscilloscope according to claim 1 or 2, characterized characterized in that a double tube is used as the input stage for the channels where the grid of one system is the measurement voltage and the grid of the other System of the measuring pulse is supplied.

Claims

Publications considered: Swiss patent specification No. 250409; U.S. Patent Nos. 2731 583, 2540179.