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Meßeimichtung- mit Kathodenstrahlrohr Bei einem Kathodenstrahlrohr,
das mit einer Kippspannung als Ablenkspannung arbeitet, ist die Ablenkgeschwindigkeit
sowohl von der Anodenspannung des Braunschen Rohres als auch von der Amplitude der
Kippspannung abhängig, und zwar ändert sich die Geschwindigkeit proportional mit
der Kippspannungsamplitude und umgekehrt proportional der Wurzel aus der Anodenspannung.
Um nun eine stabile Ablenkgeschwindigkeit und damit eine hohe Meßgenauigkeit zu
erzielen, ist man bestrebt, Schwankungen der Anoden- und Kippspannung soweit wie
möglich auszuschalten. Dies läßt sich aber bei einer so hohen Anodenspannung, wie
sie für den Betrieb von Kathodenstrahlrohren erforderlich ist, nur schwer durchführen
und wäre auch insofern unvorteilhaft, als zum Stabilisieren eine unverhältnismäßig
große Strombelastung der Anodenspannungsquelle erforderlich wäre.
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Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zur Lösung
der vorliegenden Aufgabe die verschiedene Gesetzmäßigkeit auszunutzen, mit der die
Ablenkgeschwindigkeit von der Anodenspannung einerseits und von der Kippspannungsamplitude
andererseits abhängt. Dies läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß die
Ablenkspannung bzw. die Spannung zum Betrieb der Kippschaltung für die Ablenkspannung
aus einer stabilisierten und einer proportional mit der Anodenspannung des Braunschen
Rohres veränderlichen Spannung aufgebaut wird. Man kann so stets bewirken, daß sich
die Schwankungen der
Anoden- und Kippspannung,. in ihrer Wirkung
auf die Ablenkgeschwindigkeit gegenseitig kompensieren und daß infolgedessen die
Ablenkgeschwindigkeit von Schwankungen der Anodenspannung innerhalb gewisser Grenzen
weitgehend unabhängig ist. Vorteilhaft werden die zum Aufbau der Ablenkspannung
dienen-.den beiden, Spannungen so zusammengesetzt, daß für zwei ausgewählte Werte
der unstabilisierten Spannung die Ablenkgeschwindigkeiten gleich groß sind.
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Die Erfindung sei an zwei Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
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. Abb. i zeigt das Schaltbild einer Echolotvorrichtung mit
Braunschein Rohr als Anzeigegerät, Abb. 2 eine Abänderung zu Abb. i, Abb.
3 das Schaltbild zu Abb. i in -schematischer Darstellung, Abb. 4 Schaukurven
zur Wirkungsweise. der Schaltung nach den Abb. i bis 3.
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Die dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlich#en aus einem Sender,
der in regeh-näßigen Zeitabständen elektroniagnetische Impulse aussendet, und einem
Empfänger zum Empfang der von reflektierenden Gegenständen zurückkommenden -Echoü-#lpulse
sowie einer mit dem Empfänger verbundenen Anzeigevorrichtung. Die Anzeige erfolgt
in einem Braunschen ,Rohr i. Dieses Rohr erhält seine Anodenspannung von einer Spannungsquelle,g.
Aüßerdem wird dcm einen Plattenpaar 3 des Rohres eine Kippspannung zugeführt,
um eine zeitproportionale Ablenkung des Kathodenstrahles zur Abbildung der Echolaufzeit
bzw. der der Laufzeit proportionalen Entfernung zu erreichen.. Die beiden Spannungsquellen
2 und 5 sind Netzgeräte, die von der Netzspannung V. gespeist werden.
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Die Ablenkung des Kathodenstrahles ist sowohl von der Größe der Anodenspannung
V" als auch der Größe der Kippspannung Vt abhängig. Um eine genaue Messung zu erzielen,
müßten daher normalerweise Schwankungen sowohl der Anodenspannung als auch der Kippspannung
vermieden werden. Die Erfindung schlägt jedoch einen anderen Weg zur Erlangung einer
stabilen Ablenkgeschwindigkeit ein, weil die Stabilisierung der hohen Anodenspannung,
die beispielsweise 1500 Volt beträgt, schwierig ist. Die Stabilisierung der Ablenkgesbhwindigkeit
geschieht eifindungsgemäß in der Weise, daß die Kippspannung Vk aus zwei Spannungen
zusammengesetzt wird, und zwar aus einer stabilisierten Spannung V, und einer von
der unstabilisierten Anodenspannung V" abgeleiteten Spannung.
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# Die Anodenspannungsquelle ist zu diesem Zweck über zwei Widerstände
R, und R, mit dem Stabilisierungsrohr 4 in Reihe geschaltet. Durch das Rohr 4 wird
eine Spannungsquelle 5 stabilisiert, die üblicherweise über einen, Vorwiderstand
R an das Stabilisierungsrohr 4 angeschlossen ist. Die Spannungsquelle
5
wird g16ichzeitig als Anodenspannungsquelle für den Empfänger
E des Echolotgerätes, gegebenenfalls auch als Spannungsquelle zum Betrieb
des, Senders benutzt. Es handelt sich bei der stabilisierten Spannung V, um eine
im Vergleich zur Anodenspannung V" für das Braunsche Rohr niedrige Spannung, z.
B. 2oo Volt, außerdem jedoch hat die Spannungsquelle 5 ohnehin einen größeren
Strom von beispielsweise 8o mA zu liefern. Eine Stabilisierung, ist hierbei mit
einfachen Mitteln möglich. Die sich aus dem Spannungsabfall im Widerstand R, und
der stabilisierten Spannung V" zusammensetzend e Betriebsspannung für das Kippgerät
K zur Erzeugung der Ablenkspannung an den Platten 3 des Braunschen Rohres
wird über einen Widerstand R.' dem Kipprohr 6 des Kippgerätes K zugeführt.
7 ist der Ladekondensator des Kippgerätes, der zum Kipprohr 6 parallel
liegt, G der Gitteranschluß des Kipprohres, der durch eine getrennte Steuerstufe
oder durch zusätzliche Rückkopphing vom Anodenkreis her periodisch für eine gewisse
Zeitdauer eine so hohe negative Vorspannung auf das Gitter des Kipprohres gibt,
daß das Rohr dadurch gesperrt wird. Während dieser Sperrzeit lädt sich der Kondensator
7
über den Widerstand R,' auf. Die über einen gewissen Spannungsbereich als
zeitlinear anzusehende Spannungszunahme am Ladekondensator 7 dient als Ablenkspannung
für die Zeitplatten 3 des Braunschen Rohres.
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Die Zeitablenkung kann statt durch Ablenkplatten auch durch Magnetablenkspulen
8 erfolgen, wie in Abb. 2 -dargestellt. Dabei wird beispielsweise die Spannung
im Ladekondensator 7 als Steuerspannung einem Rohr 9 zugeführt, dessen
An odenstrom die Ablenkspule 8 durchfließt.
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Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der in Abb. i und 2 beschriebenen
Schaltung ist diese in Abb. 3 schematisch dargestellt.
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-Darin bedeutet der Widerstand R, den Innenwiderstand des Kippgerätes.
Bei Änderung der Anodenspannung..V" ändert sich auch die Ablenkgeschwindigkeit
A des Braunschen Rohres, und zwar ist
worin c eine Konstante darstellt.
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Will man eine Stabilisierung der relativ hohen Anodenspannung umgehen,
so ließe sich dies in idealer Weise durch eine mit der Wurzel aus der Anodenspannung
V. wachsende Kippspannung Vk # c - I'-v" erreichen. Eine genau mit
wachsende Ablenkspannung Vk ist jedoch mit einfachen Hilfsmitteln nicht zu erhalten.
Dagegen läßt sich in einem Bereich, z. B. für Spannungsschwankunzen von
4- io 0/" das Kurvenstück der Parabel
l# , in einfacher Weise durch eine Gerade ersetzen, wenn man für die Ablenkspannung,
wie schon in Abb. i dargestellt, die Hochspannung des Braunschen Rohres mit der
ohnehin vorhandenen stabilisierten Spannung V" kombiniert. Für das schematisierte
Schaltbild nach Abb. 3,
in dem I, I, und I, die Ströme in den Widerständen
RI, R2 und R3 bedeuten, gilt dann die Beziehung
oder
Diese Gleichung entspricht für die Koordinaten V" und VL. einer Geraden, die der
Parabel VI, c - 1,1-vä in einem bestimmten Bereich angenähert werden
muß, um die erwünschte Kompensation für die Ablenkgeschwindigkeit zu erzielen. Diese
Gerade wird man
praktisch graphisch festlegen und daraus dann die
Widerstände ermitteln. Die Parabel
erhält man aus Messungen, ebenso den Bereich, in dem die Kompensation erforderlich
ist. Die Gerade T legt man zweckmäßig, wie in Abb. 4 dargestellt, so, daß für zwei
bevorzugte Punkte der Parabel die Kompensation vollkommen ist, indem sich die verschiedenartigen
Einflüsse der Spannungsschwankungen der Anoden- und Kippspannungsamplitude gegenseitig
aufheben und die sonst in dem Bereich vorkommenden Unterschiede zwischen dem Idealwert
und dem wirklichen Wert von VL. gerade möglichst klein werden. Erstreckt sich, wie
in Abb. 4 angenommen, der zu kompensierende Schwankungsbereich der die Geräte speisenden
Netzspannung V" über 8 Volt, z. B. von 30 Volt herab zu 22 Volt, so
wird man die Gerade T so legen, daß sie die Parabel bei 28 und bei 24 Volt
schneidet. Man erhält dann eine weitgehende Annäherung an die Parabel. Hat man graphisch
die günstigste Lage ermittelt, so lassen sich hieraus die Widerstände
R" R, R3 berechnen. Bei Verwendung eines Nachbeschleunigungsrohres
muß erst noch die Abhängigkeit der Ablenkgeschwindigkeit von der Anodenspannung
V. und der Kippspannung Vi, bestimmt werden.
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Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten. Beispi(:le
beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen sowie auch andere Ausführungen
möglich. Insbesondere läßt sich die Erfindung nicht nur bei Kurzzeitmessem für Echolotgeräte,
sondern allgemein für die Kurzzeitmessung verwenden und auch für a ndere Meßzwecke,
bei denen die Ablenkspannung nicht zur Abbildung einer Entfernung dient.
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Man kann auch die Spannungen V" und V, hintereinanderschalten, statt
wie in Abb. i und 3 die negativen Pole der Spannungen V" und V, zusammenzulegen.