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Elektrooptischer Oszillograph Durchsmchtige, isolierende Körper, insbesondere
organische Flüssigkeiten, wie Schwefelkohlenstoff, Nitmob.enzol usw., besitzen die
Eigenschaft, daß sie unter der Wirkung ,eines elektrischen Feldes doppelbrechend
werden. Diese Erscheinung ist unter der Bezeichnung »Kerr-Efe,kt« oder »elektroop,tischer
Effekt« bekannt und wurde bereits zur Beobachtung bzw. Aufaemdhinung des Verlaufes
zeitlich ver--änderlicher Spannungen verwendet. Den bisher bekannten und diesem
Zweck dienenden Einrichtwngen - im folgenden als elektrooptischer Oszillograph bezeichnet
- haftet aber der Mangel an, daß sie kein getreues Bild des aufzunehmenden Spannungsverlaufes
liefern. Der Grund hierfür liegt darin, daß sie - mit Ausnahme eines Gebietes bei
mittleren Spannungen - keine geradlinige Charakteristik besitzen und folglich die
an den elektrooptischen Oszillographen angelegten Spannungen und die jeweiligen
Ordinaten der erhaltenen Kurve nicht verhältnisgleich sind.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist nun ein elektrooptischer Oszillograph,
welcher im Gegensatz zu den bisher bekannten eine vollständig .geradlinige Charakteristik
aufweist, und zwar wird dies durch ,die Anwendung von zwei Keuschen Zellen in einer
entsprechenden optisch-elektrischen Kompensationsschaltung erreicht. Die Abbildungen
dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung; es stellt Abb. i idie pirinzipielle
Anordnung eines elektrooptischen Oszillographen, Abb. a und 3 die erfindungsgemäße
Anordnung und Abb. q. das Zustandekommen, -dar geradlinigen Charakteristik idar.
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An Hamid von Abb. i läißt sich die Wiirkungsweise eines elektrooptischen
Oszillographen einfach beschreiben. Das Licht einer Lichtquelle i, durch die Kondensorlinse
6 konvergent gemacht, durchsetzt der Reihe nach den Poilahsato@rnikol a, die Kerrsche
Zelle q., eine zweite Kondensorlinsie 7, den Quarzdoppelkeil (Babinet-Kompensator)
9, das Objektiv 8, den Analysatornikol 3 und fällt auf den Schirm io bzw. durch
den länglichen Ausschnitt i i desselben auf die Registriertrommel 1z. Polarisator
und Analysator sind gekreuzt, und ihre Polarisationsebenen schließen sowohl mit
der der Kraftlinienrichtung der Kerr-Zelle als mit der der Kanten des Keiles 9 einen
Winkel von q.5° ein. Es entstehen dadurch hinter dem Doppelkeil die bekannten Interferenzstreifen,
und das Objektiv 8 bildet diese2bien auf die mit lichtempfindlichem Papier umgebene
Trommel ab. Aus der Konstruktion und Wirkungsweise des Babinetschen Kompensators
folgt, daß, sobald durch Anlegen. einer Spannung an die Kerr-ZeRe die Zellenflüssigkeit
doppelbmechen.d, also das die Zelle durchlaufende
Licht elliptisch
polaarisiert wird, sich die Streifen aus ihrer ursprünglichen Lage verschieben.
Die Verschiebung isst proportional der durch die Doppelbrechung verursachten Phasendifferenz
der beiden parallel bzw. senkrecht zur Kraftlinienrichtung schwingenden Lichtkomponenten,
wobei eine Phasendifferenz vorn 2 - einer einem Streifenabstand gleich großen Verschiebung
entspricht.
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MTird auf die Zelle eine sich periodisch ändernde Spannung gelegt,
so ändert sich auch die Verschiebung der Streifen: periodisch; wenn. nun gleichzeitig
die Trommel 12 in gleichmäßige Drehung versetzt wird, so wird darauf das Bild der
Sparrmiuungs:änderungen in Kurvenform efalten. Da ,sich aber die elektris:che Doppelbrechung
mit der Spannung nicht ,linear, sondern bei kleinen Spannungen nahezu quadratisch
ändert, liefert dieses Verfahren eine Spannungakurve, die ganz auf der einen Seite
der Zeitachse liegt und deren Ordinaten, d. h. die der jeweiligen Spannung entsprechenden
Streifenverschiebungen, im Sinne ,dieses Gesetzes verzerrt sind. Beide Übelstände
könnten dadurch vermieden werden, daß mann auf die Zehe eine konstante Gleichspannung
als Vomspannun,g einwirken läßt. Um, aber eine univerzerrte Kurve zu erhalten, muß
:eine merklich größere Vorspanmurug verwendet werden als: die Scheitelspannung .der
aufzundhinenden Wechselspannung. Die Verwendung einer größeren Vorsp:annung bringt
aber u. a. .das Übel mit --ich, daß wenn, wie gewöhnlich, mit weißem und nicht mit
monochromatisichem Licht gearbeitet wird, infolge der Dispersion der Doppelbrtchun@g
die Nullinnre und dadurch die ganze Kurve unscharf wird.
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.Alle ,diese S:chwierügkeiten können im Sinne vorliegender Erfindung
durch die Anwendung einer zweiten Kerr-Zelle vollkommen vermieden werden. Die .hierzu:
verwendete Anordnung ist in .den Abb.2 und 3 schematisch dargestellt. Diese Anordnung
ist in optischer sowie in elektrischer Hinsicht als eine Kompensationsanordnung
zu bezeichnen. Die beiden Kondensatoren 15, 16 und 17, i ä sind,derart angeordnet,
daß sie von den Lichtstrahlen nacheinander passiert werden, wobei die Feldrichtung
des ersten Kondensators senkrecht auf der des zweiten steht.
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Sind die beiden .Kondensatoren vollkommen gleich ,dimensioniert, so
wird beim Anlegen einer gleich großen Vorspannung auf die beiden die gesamte optische
Wim'kung gleich Null sein, und zwar unabhängig vom Vorzeichen der Vorspannung. Es
bleibt also die Nullinie des Komp.ens-ato-rs auch beire Einwirken der Vorspannung
auf ihrer ursprünglichen Stelle und verliert auch ihre Schärfe nicht. Die der in
der Hochfrequenztechnik bekannten »G.egentakt«-Sohaltung gewissermaßen ähnliche
elektrische Schaltung ist aus Abb. 2 ersichtlich. Zwei. Stromquellen 2 i und 22
von ;gleicher 'Spannung sind hintereinandergeschaltet, ebenso die beeiden Kondensatören;
ihre beiden .frei :gebliebenen Belegungen sind mit den freien Polen entgegengesetzter
Polarität der Stronn.quelle verbunden, wobei die aufzunehmende Wechselspannung an
die Stellen 13 und 14, d. h. an .die ge-
meinsamen Punkte der beiden
Kondensatoren bzw. der beiden Stromquellen, :geleitet ist. In dieser Anordnung können
Vorspannu zg und Wechselspannung auch vertauscht werden. Es liegt dann (Abb. 3)
die Vorspannung im 1Vlittelzwelg 2 r, und die beiden, gleichen Hälften der Wechselspannung
werden von der in der Mitte angezapften. Sekundärseite eines Transformators, der
primärseitig die aufzun.ehmende Spannung bekommt, den beiden Seitenzweifgen der
Kompensationsschaltung zugeführt. In beiden Fällen (Abb. 2 bzw. Abb. 3) addiert
sich der jeweilige Wert der Wechselspannung auf denn. einen Kondensator mit der
Vorspannung und wird auf dem anderen Kondensator von der Vorspannung subtrahiert,
während die op fische Wirkung infolge der gekreuzten Kräftlinienanordnung jeweils
addiert wird. Außerdem wird mnrt dieser Anoirdnung eine streng geradlinige Zellencharakt.eristk
erreicht, da die Streifenversch'ebun;g der Wechselspannung streng proportional isst,
wie dies an. Hand von Abb. 4. nachweisbar ist. Die auf dieser Abbildung sichtbaren
parabelförmägen Kurven bedeuten angenähert die Charakters@tilken der beiden Zellen.
Wenn nun e die ständige Vorspannung, x den jeweiligen Wert der WechselsPannung und
a einem. Proportionalitätsfaktor bedeutet, so ist die durch die erste Zelle hervorgerufene
Strefenverschiebung Y; = a (e+x)-und die durch die zweite Zelle hervorgerufene
Verschiebung Y2 = a (e-x)2, also .die gesamte Verschiebung Y=ya.-yz= 4aex;
sie ist also tatsächlich proportional mit x, auch wenn x kleiner ist als e, d. h.
unabhängig von dem Werte der verwendeten Vorspannung. Diese Vorrichtung kann als
kompensierter elektrooptischer Oszillograph bezeichnet werden.
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An @d'eir pirakUschen Ausführung können noch manche Verb,egs@erungen
angebracht werden. Man läßt z. B. den S.chlrun i o fort- i fallen uad durch eine
Zylinderlinse ersetzen, welche das Intemferenxstreifensystemzu .einem
linientfärniöon
Lichtband zusammnenzmeht, wo-
durch die Lichtstärke und Schärfe der Kurven
wesentlich gesteigert wird. Zwecks Steigerung der Lichnntensität können auch an
Stelle deir einfachen mehrfache Plattenkondensatoren vorteilhaft verwendet werden.