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Oszilloskop Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Beobachtung
von Schwingungserscheinungen oder sogenannte Oszilloskope und betrifft insbesondere
ein Oszilloskop, bei dem die Amplitude der sichtbar zu machenden Schwingungen durch
den Ausschlag. eines Galvanometerspiegels angezeigt wird, während die Zeitachse
durch die Bewegung einer auf einem undurchsichtigen Träger angeordneten Linse bestimmt
wird.
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Durch die Erfindung soll ein Oszilloskop so gestaltet werden, daß
es geeignet ist, insbesondere die Beobachtung von Schallschwingungen in der Weise
möglich zu machen, daß schwerhörige oder taube Personen aus dem Schallbilde das
gesprochene Wort abzulesen vermögen, und zu diesem Zweck erstrebt die Erfindung,
die Beobachtung eines größeren Teiles des Schwingungsbildes möglich zu machen.
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Gemäß der Erfindung wird zu diesem Zweck bei jedem Durchgang der in
dem undurchsichtigen Träger angeordneten Linse durch den Strahlengang einer Beobachtungseinrichtung
(bzw. eines Okulars) dem vom Galvanometerspiegel reflektierten Strahl eine zusätzliche
Kippung in eine neue Stellung erteilt, die der gerade durchgehenden Linseinsolcher
Weise entspricht, daß im Gesichtsfelde des Okulars mehrere nebeneinanderliegende
Wellenbilder scheinbar gleichzeitig entstehen und aufeinanderfolgende Ausschnitte
aus dem zu beobachtenden Schwingungsbilde geben.
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Die Erfindung ist durch die Zeichnung beispielsweise dargestellt,
und zwar zeigt Abb. i einen senkrechten Schnitt durch das Oszilloskop, Abb.2 eine
schaubildliche Darstellung des oberen Teiles der Vorrichtung (Gehäuse im Schnitt),
Abb.3 einen Schnitt längs des als rotierende Scheibe ausgestalteten undurchsichtigen
Trägers, Abb. q. eine Aufsicht auf diesen, Abb. 5 ein Schaltungsschema der Anordnung
mit einem vier verschiedene Linsen enthaltenden umdurchsichtigen Träger, Abb.6 eine
schematische Darstellung eines Wellenbildes, wie es sich bei vierfacher Kippung
im Okular ergibt.
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Das Instrument gemäß der Erfindung besteht im allgemeinen aus einem
Gehäuse i, einer Lichtquelle 2, einem Lichtschirm q., einer Sammellinse 5 und einer
Betrachtungsvorrichtung 6.
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Das Gehäuse i besteht aus Holz, kann jedoch auch aus Blech oder Isoliermaterial
hergestellt sein. Es besitzt eine Grundplatte 7, auf der das Galvanometer 3 befestigt
ist,, ferner -"eine vordere Stirnplatte 8, Seitenplatten
9 und
i o, eine Rückwand i i und eine Deckplatte 12, die die Lampenfassung für die Lichtquelle
2 trägt, ferner die Betrachtungseinrichtung, einen Lichtscl-irm und die - Sammellinse.
Die Hauptteile sind fest,miteinander so verbunden, daß ein Lichteinfall unmöglich
ist. Ein Deckel 13 schützt die Teile, die über die Deckplatte 12 hervorragen.
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Die Lichtquelle 2, deren Fassung an der Deckplatte 12 sitzt, weist
einen geradlinigen Lichtfaden für das Galvanometer 3 zu weiter unten beschriebenem
Zwecke auf.
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Das Galvanometer 3 enthält ,ein flüssigkeits,`-dichtes und mit Öl
gefülltes Gehäuse 14 am unteren Ende des Kastens i, und dieses enthält ein waagerecht
angeordnetes Galvanometerspiegelelement 15 im Magnetfelde Teeines Dauermagneten
i9. Der Spiegel liegt unterhalb einer Linse 16 in der oberen Wandung des Galvanometergehäuses.
Er sitzt auf einem Schvingelement 17, das über zwei Elfenbeinbrücken 18 gehängt
ist, die an dem Galvanometergehäuse 14 befestigt sind. Die äußeren Enden des Schwingelements.
sind an Klemmen 2o angeschlossen, an die der Stromkreis angeschlossen wird, der
die beeinflussenden. elektrischen Pulsationen führt. Eine Elfenbeinrolle 2 i an
einem drehbar gelagerten Winkelhebel, an dem eine Feder 22 angreift, hält das Schleifenende
des Schwingungselements fest und hält darin eine konstante Spannung aufrecht. Diese
ist durch Anspannung der Feder 22 mittels einer Schraube 23 regelbar.
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Der Lichtschirm 4 ist eine runde Platte, deren Halbmesser groß genug
ist, um die im
folgenden beschriebene Sammellinse 5 mit--einzuschließen, und
die sich um eine Welle 24 dreht, die in einem Lager 25 an der Abdeckplatte 12 des
Gehäuses i gelagert ist. Die Platte ist ,aus Messing oder einem sonst geeigneten
Stoff von vorzugsweise hohem Gewicht hergestellt. Die Welle 24 besitzt oben und
unten kleine Schnurrädchen 26 und 27, damit sie durch einen nichtdargestellten kleinen
Motor gedreht werden kann, der entweder innerhalb oder außerhalb des Gehäuses i
liegt, oder auch von Hand.
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Die zylindrische Sammellinse 5 ist in radialer Richtung in den Lichtschirm
eingesetzt. Sie ist lang genug, um die Schwingungen mitzuumfassen, die das vom Galvanometerspiegel
15 reflektierte Licht ausführt, und breit genug, um eine große Lichtmenge ohne unzulässige
Verzerrung zu dem verlangten Lichtbildpunkt durchzulassen.' Die Brennweite der Linse
soll kurz sein, damit das Bild aus dem Strahlenbündel, das vom Galvanometer von
der Lampe aus reflektiert wird, so klein und hell ist, wie praktisch nur angängig.
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Die Betrachtungseinrichtung, ein Okular 6 der üblichen Mikroskopbauart,
ist m einer Einschauöffnung angeordnet und so an der Deckplatte 12 des Gehäuses
i befestigt, daß ihre Brennebene mit der Brennebene der kreisenden Sammellinse 5
zusammenfällt, und zwar ist sie an solcher Stelle in dieser Ebene angebracht, daß
das vom Galvanometerspiegel reflektierte Licht darauf trifft, wenn dem Licht der
Durchgang durch die Sammellinse ,ermöglicht wird.
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Ein klares Glas 28 am unteren Ende der Betrachtungsvorrichtung liegt
in deren Brenn-,ebene. Eine geeignet kaiibrierte Skala ist auf das Glas eingeätzt
und gibt ein Mittel, durch das die Lichtwellen gemessen werden können.
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Im Betriebe werden die Leiter eines Stromkreises, der Schallwellen
führt, an die Klemmen 2o angelegt. Die Lichtquelle 2 kann mit Strom von einer kleinen
tragbaren Batterie aus gespeist werden. Lichtstrahlen gehen von dem geradlinigen
Lichtfaden 2 aus und treffen auf die Linse 16, die sie auf dem Galvanometerspiegel
15 sammelt. Dort werden sie durch die Schwingungen, die in übereinstimmung mit den
Hörwellenpulsationen sind, abgelenkt und zurück durch die Linse 16 reflektiert,
die sie in einem Bündel auf den, Lichtschirm ¢ vor der Betrachtungsvorrichtung 6
leitet.
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Wird der Lichtschirm durch Kraftzufuhr zu einer Rolle 26 oder 27 von
Hand oder motorisch gedreht, so geht die zylindrische Sammellinse durch die Schaulinie
der Betrachtungsvorrichtung 6. Lichtstrahlen, die von der geraden Lichtquelle ausgehen
und vom Galvanometerspiegel 15 reflektiert Werden, werden fortschreitend als beweglicher
Punkt gesammelt und werden zu einer Lichtwelle durch das Auge zusammengesetzt, das
auf den Brennpunkt durch die Betrachtungsvorrichtung eingestellt ist. Durch diese
Vorrichtung ergibt sich ein Sichtbild der Schallwelle bei Jeder Drehung der Sammellinse
mit dem Lichtschirm.
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Die Drehgeschwindigkeit der Linse und des Lichtschirmes kann rasch
sein, wenn die Lichtwellen gleichförmig wiederkehren, weil sie ohne Verzerrung üb-ereinandergelegt
werden können. Wenn die Lichtwellen jedoch nicht gleichförmig wiederkehren, wie
im Falle der meisten umgesetzten Schallwellen, so kann das Auge ohne Verzerrung
nur eine auf einmal sehen. Die Aufnahmefähigkeit des Auges ist nicht wesentlich
größer als 15 Wechsel in der Sekunde. Infolgedessen. würde bei unregelmäßigen Wellen
das Auge nicht mehr als 15 Wechsel in der Sekunde ohne Störung aufnehmen, und die
Drehgeschwindigkeit des Lichtschirmes und der Linse könnte nicht mehr als 15 Umläufe
in der Sekunde betragen.
Die Frequenz der einwirkenden Pulsationen,
die umgesetzt werden sollen, kann nun so groß werden, daß die oben beschriebene
Vorrichtung keine genügende Zahl von charakteristischen Wellen ergeben würde. Um
nun die Beobachtung eines größeren Teiles des Schwingungsbildes zu ermöglichen,
ist gemäß der Erfindung die Anordnung nach den Abb. 5 und 6 getroffen worden, durch
die scheinbar gleichzeitige, sich nicht störende Vielfachwellen erhalten werden.
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Diese Abänderung weist im allgemeinen, abweichend von den vorbeschriebenen
Elementen, einen Lichtschirm 4 und vier zylindrische Sammellinsen 5 auf und außerdem
ein Potentiometer 29, zwei Batterien 3o und 31, eine Widerstandseinrichtung 32,
ein Kohlenmikrophon 33 und einen Transformator 34.
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Der Lichtschirm 4 ist ähnlich dem vorbeschriebenen, nur daß in unter
rechtem Winkel zueinander stehenden radialen Stellungen vier zylindrische Sammellinsen
5 angeordnet sind, ähnlich, wie vorbeschrieben, nur daß sie möglicherweise in größerer
Länge ausgeführt werden müssen.
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Das Potentiometer 29 weist einen vierstufigen, kreisförmig angeordneten
Widerstand 35 und eine kreisende Bürste 36 auf, die synchron mit dem kreisenden
Lichtschirm 4 angetrieben wird. Die IINTormalstellung der Bürste 36 ist so, daß
sie in einer Viertelstellung auf dem kreisförmigen Widerstand 3 5 ist, wenn eine
Linse @5 durch die Brennebene der Betrachtungsvorrichtung geht. .
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Die beiden Batterien 30, 3 i sind kleine, tragbare Trockenbatterien.
Die Batterie 30 hat eine kleine Anzahl und die Batterie 3 i eine vergleichsweise
große Anzahl von Zellen. Der Widerstandsteil 32 hat einen Widerstand, der ein Vielfaches
des Widerstandes des Potentiometers 29 ist; das Mikrophon 33 ist ein Kohlenmikrophon
der üblichen Art. Der Transformator 34 ist ein Schallfrequenztransformator mit weniger
Sekundär- als Primärwicklungen, um den induzierten Strom zu verstärken.
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Drei Kreise 37, 38 und 39 enthalten die angeführten Elemente. Zum
Kreise 37 gehören das Mikrophon 33, die Batterie 3o und die Primärwicklung des Transformators
34, der die Schallwellen in der Sekundärspule mit vergrößerter Stromstärke erzeugt.
Der Kreis 38 enthält diese Sekundärspule des Transformators 34, den im Kreise angeordneten
Widerstand 3 5 und das Galvanometer 3. Der Kreis 39 enthält das Potentiometer 29,
die Batterie 3 i, den Widerstand 32 und die Sekundärspule des Transformators 34
und ist mit dem Kreis 38 an eine 2o und die Potentiometerbürste 36 angeschlossen.
Die Batterie liefert Strom in einem Ausmaß, das im hohen Grade durch den Widerstand
3a bestimmt, aber in gewissen Grenzen durch den veränderlichen Widerstand des Potentiometers
29 verändert wird, dessen Bürste synchron mit dem Lichtschirm unter Benutzung kleiner
Getrieberäder oder .wes Riemens umläuft. Dieser veränderliche Strom wird vom Stromkreis
38 zum Galvanometer geleitet, das in entsprechender Weise dadurch polarisiert wird.
Die Polarisation muß genügende Größe aufweisen, um den Galvanometerspiegel 15
weit genug zu kippen, um die verschiedenen Bilder durch die vier Linsen 5 in derselben
Weise im Brennpunkt vereinigen zu lassen, wie @es. oben bezüglich einereinzelnen
Linse in nicht interferierenden Parallelwellen in der Brennebene der Betrachtungsvorrichtung
6 beschrieben war,.
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Im Betriebe kreisen Lichtschirm 4 und Potentiomneterbürste 36 mit
Synchrongeschwindigkeit. Eine erste Linse 5 geht an .der Schaueinrichtung 6 vorbei,
wenn die Bürste 36 eine derartige Stellung hat, daß sämtliche Widerstände eingeschaltet
sind und der Mindeststrom 1n1 Kreise 38 fließt. Die Bürste 36 hat ein Viertel des
Ringwiderstandes 35 überschritten zu der Zeit, wo eine zweite Linse am Betrachtungsapparat
vorbeigeht. Der Strom im Kreise 38 ist gewachsen, so daß der Spiegel 15 durch
Polarisation des Galvanometers gekippt ist. Entsprechend ist der Galvanometerspiegel
j edesmal weitergekippt, wenn die beiden folgenden Linsen nacheinander an der Betrachtungseinrichtung
6 vorbeigehen. Somit wird der Spiegel 15 geschwenkt, um die Strahlen zu verschieben,
die von der Lichtquelle 2 kommen und die er auf die Betrachtungsvorrichtung zu reflektiert.
Wird der Lichtschirm 4 mit einer Frequenz entsprechend der Fortdauer des Lichteindruckes
gedreht, so werden in der in Abb. 6 bei a, b, c, d angedeuteten Weise vier
Lichtwellenzüge gleichzeitig für .ein Auge sichtbar, das auf den Brennpunkt durch
den Betrachtungsapparat 6 gerichtet wird, und zwar in parallelen, einander nicht
störenden Lagen.
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Statt eines synchron zum Potentiometer umlaufenden Lichtschirmes mit
vier Sammellinsen könnte auch z. B. ein Lichtschirm mit nur einer Linse Verwendung
finden, der dann mit der vierfachen Geschwindigkeit umlaufen müßte (Abb.6).