DE584384C - Einrichtung zur Beobachtung oder Aufzeichnung des Verlaufes zeitlich veraenderlicher Spannungen - Google Patents

Description

Bibliofheek

Bur. Ind. Eigendom.

19 OCT. 1333

AUSGEGEBEN AM 19. SEPTEMBER 1933

Es sind Verfahren und Einrichtungen bekannt, die es gestatten, mit Hilfe der elektro- -' optischen Polarisation eines durchsichtigen Dielektrikums den Verlauf zeitlich veränderlicher Spannungen oszülographisch aufzunehmen. Hierbei wird unter Verwendung polychromatischen Lichtes der. Oszillogrammstrich durch einen dunklen oder hellen Interferenzpunkt nullter Ordnung geschrieben.
'10 Die bisher bekannten Anordnungen haben den Nachteil, daß bei Aussteuerung größerer Amplituden der zeichnende Interferenzpunkt verwischt wird, wodurch die Aussteuerung stark begrenzt ist und die allgemein erzielbare St-richschärfe der Oszillogramme herabgesetzt wird. Nach der Erfindung wird dieser Mangel durch Verwendung eines !Compensators mit bestimmten Dispersionseigenschaften beseitigt.

Bei den bisher bekannten !elektrooptischen Oszillographen fällt nach Abb. 1 das Licht von einer Lichtquelle 1 aus durch zwei gekreuzte Nikolsche Prismen /Z₁ und /Z₂, zwischen denen sich eine Kerrzelle/e und ein Kompensator ko befinden, auf eine Trommeln. Liegt an der Kerrzelle keine Spannung, dann entsteht auf der Trommel ein vollkommen dunkler Interferenzstreifen nullter Ordnung bzw. ein Punkt, wenn man den Streifen durch eine Zylinderlinse Z zusammenzieht. Dieser dunkle Punkt entspricht dem Kompensationswert Null. Die Auslöschungsstreifen höherer Ordnung sind bei Verwendung polychromatischen Lichtes, das wegen der zur photographischen Aufnahme erforderlichen Lichtstärke angewendet werden muß, spektral aufgelöst. Durch Anlegen einer Spannung an die Zelle k wird dem ordentlichen Strahl des elliptisch, polarisierten Lichtes eine Phasenverschiebung gegenüber dem außerordentliehen Strahl erteilt.

Der Phasenwinkel φ zwischen ordentlichem und außerordentlichem Strahl kann an einer bestimmten Stelle des Kompensators nur dann für alle Wellenlängen des Lichtes vollkommen kompensiert werden, wenn das elektrooptisch aktive Dielektrikum der ZeIIeA und der Kompensator die gleiche relative Dispersion der Doppelbrechung besitzen. Ist dies nicht der Fall, dann verbleibt, wie Abb. 2 zeigt, eine Fehlkompensation q>p, die mit steigendem Phasenwinkel φ der Aussteuerung anwächst, den schreibenden Dunkelpunkt aufhellt und damit den Oszillogrammstrich verwischt. Abb. 2 zeigt z. B. die Aussteuerungscharakteristiken cp& für eine Nitrobenzolkerrzelle und —cp_Ä0 für einen Babinetschen Kompensator. Die Erfindung besteht nun in der Anwendung einer Zelle k mit einem Kompensator ko gleicher oder angenähert gleicher relativer Dispersion der Doppelbrechung. Hierbei fallen die Charakteristiken -{- rp& und — cp/_;0 (Abb. 2) aufeinander, so daß φ/? ä ο wird und der Streifen nullter Ordnung auch bei größeren Aussteuerungen dunkel und damit der Oszillogrammstrich scharf bleibt.

Eine absolute Deckung der Charakteristiken ist nicht unbedingt erforderlich, weil bei visueller Beobachtung das Auge und bei photographischer Aufnahme die Emulsion eine Reizschwelle besitzen, unterhalb der geringfügige Aufhellungen, bedingt durch eine sehr kleine Fehlkompensation φ/?, nicht wahrgenommen werden.

Ein besonderer Vorteil wird bei Anwendung ίο gleicher Dispersion der Doppelbrechung noch dadurch erreicht, daß man panchromatisches Aufnahmematerial für die Aufnahme der Oszillogramme verwenden kann. Hierbei werden die von den Interferenzpunkten höherer Ordnung geschriebenen Kurvenzüge fast vollkommen verwischt, und der vom Interferenzpunkt nullter Ordnung geschriebene Kurvenzug tritt scharf hervor. Es ist dadurch kein Ineinanderlaufen mehrerer Kurvenzüge bei steilen Kurvenästen mehr möglich.

Die Annäherung der Aussteuerungscharakteristiken kann entweder durch Veränderung der Charakteristik der ZeIIeA oder der Kom-. pensatorcharakteristik oder beider gleichzeitig «5 erfolgen. So z. B. durch Anwendung eines reinen oder gemischten elektrooptisch doppelbrechenden Dielektrikums mit günstig liegender Aussteuerungscharakteristik oder im zweiten Falle durch Aussuchen eines geeigneten Kristallmaterials für den Kompensator bzw. in bekannter Weise durch Kombination verschiedener Kristallmaterialien. Absolute Dekkung der Charakteristiken läßt sich erzielen, wenn man eine zweite elektrooptisch doppelbrechende Zelle mit gleichem Dielektrikum und entsprechend angeordneten Elektroden als Kompensator benutzt. In Abb. 3 bis 5 sind Beispiele für Ausführungsformen solcher Kompensator en angegeben.

Bei der Anordnung nach Abb. 3 stehen sich in bekannter Weise zwei rechteckige Elektroden unter einem Winkel gegenüber. Zwischen den Elektroden befindet sich das elektrisch doppelbrechende Dielektrikum. Die Elektroden sind an eine konstant zu haltende Gleichspannung angeschlossen. Das Pfeilende φ gibt die Lichtdurchtrittsrichtung an, die gestrichelten Linien umgrenzen den Lichtbündelquerschnitt, und die punktierten Linien stellen die Feldlinien dar. Die Feldstärke zwischen den Elektroden wächst linear mit der Abnahme des Elektrodenabstandes a. Die Aussteuerung einer mit gekreuzten elektrooptischen Achsen vorgeschalteten ZeILeA wird also von dem Kompensator verschieden stark kompensiert. An der Stelle des Kompensators, an der die Kompensation der Aussteuerung der Zelle k eine vollkommene ist, entsteht ein Interferenzstreifen nullter Ordnung, der sich linear mit einer an die Zelle k angelegten Spannung in der x-Richtung verschiebt.

Bei der Anordnung nach Abb. 4 stehen sich eine rechteckige Metallplatte und eine ebensolche aus Isoliermaterial gegenüber. Die Isolierplatte ist mit einem schlecht leitenden Belag versehen. In dem Belag erfolgt bei Anlegen der Spannung ein gleichmäßiger Spannungsabfall, der eine in der ^-Richtung veränderliche Feldstärke und damit die gewünschte Kompensationswirkung hervorruft.

Bei der Anordnung nach Abb. 5 stehen sich dreieckige Elektroden, bei denen die eine Seite parabelförmig verläuft, in gleichem Abstand gegenüber. Die Pfeile mögen die zwischen den Platten hindurchgehenden Lichtstrahlen darstellen. Es wird ebenfalls eine Gleichspannung angelegt. Die mit der an die Zelle k angelegten Steuerspannung lineare Streifenverschiebung erfolgt in ^-Richtung.

Schließlich besteht noch die Möglichkeit, ohne Kompensator einen elektrooptischen Oszillographen zu betreiben und diesen linear auszusteuern. Gibt man den Elektroden nach Fig. 3 bis 5 eine Vorspannung- und drückt ihnen weiter die zu messende Wechselspannung auf, dann entstehen bei Verwendung monochromatischen Lichtes allein durch Aussteuerung einer solchen Zelle auf der Trommelt die schwingenden Dunkelpunkte oder Lichtpunkte. Die Meßzelle übernimmt dann gleichzeitig die Aufgabe des Kompensators. Der Nutzen der Erfindung besteht in der Erhöhung der Meßgenauigkeit des elektrooptischen Oszillographen durch Ausschaltung der Dispersionsstörungen bzw. in einer Vereinfachung des Aufbaues des Oszillographen.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Beobachtung oder Aufzeichnung des Verlaufes zeitlich veränderlicher Spannungen, bei der durch eine elektrooptische Zelle ein polarisierter Lichtstrahl verändert wird und die Veränderung des Polarisationszustandes mittels eines Kompensators sichtbar gemacht oder photographisch aufgezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrooptisch aktive Substanz der Meßzelle (k) und die Substanz des Kompensators {ko) gleiche oder annähernd gleiche relative Dispersion der Doppelbrechung besitzen, so daß der schreibende Dunkelpunkt auch bei großen Aussteuerungen völlig dunkel bleibt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erreichung gleicher relativer Dispersion der Doppelbrechung eine zweite elektrooptische Zelle mit der gleichen optisch aktiven Substanz als Kompensator benutzt wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, da-

   durch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (k) gleichzeitig die Aufgaben des Kompensators (ko) erfüllt, ein besonderer Kompensator also entbehrlich wird.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Kompensator dienende elektrooptische Zelle Elektroden besitzt, die

   a) untei;_; -einem Winkel gegeneinandergeneigt-sind,

   b) aus dreieckigen Platten mit gleichem Abstand bestehen,

   c) aus viereckigen Platten gleichen Abstandes bestehen, von denen die eine ■einen Potentialabfall längs ihrer Oberfläche besitzt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen