-
Verfahren und Anordnung zur Vergrößerung der Zeitauflösung einer auf
einem laufenden Registrierstreifen geschriebenen Kurve
In der Oszillographentechnik
hat sich immer mehr der Wunsch nach großen Zeitmaßstäben und damit bei registrierenden
Geräten nach hoher Laufgeschwindigkeit des Registriermaterials geltend gemacht.
Bei der Aufzeichnung auf ablaufendem Registrierstreifen kann man für Geräte, die
den technischen Betriebsbedingungen genügen, eine Ablaufgeschwindigkeit von IO bis
15 m/s erreichen, während man bei der Registrierung auf einer Trommel etwa um eine
Größenordnung weiter gelangt. Diese Geschwindigkeiten sind für Oszillographen bei
weitem nicht mehr ausreichend. Man ist daher nicht in der Lage, Frequenzen bzw.
Zeitabschnitte, die von den Meßwerken der Oszillographen noch erfaßt werden, auf
bewegtem Registriermaterial hinreichend aufzulösen.
-
Die Heraufsetzung der Registriergeschwindigkeit ist nun bei den bekannten
Geräten aus verschiedenen Gründen nicht mehr möglich. In der Hauptsache liegt die
Begrenzung der Geschwindigkeit in den mechanischen Abmessungen und den dadurch bedingten
Massen der bewegten Teile der Registriervorrichtungen. Man hat nämlich bisher angenommen,
daß man zur einwandfreien Aus-
wertung von Oszillogrammen ein Abbildungsverhältnis
von 1 : 1 fordern müsse. Zur gleichzeitigen Aufzeichnung von beispielsweise sechs
Vorgängen mit dem Lichtstrahloszillographen benötigte man bisher Papierstreifen
von 120 mm Breite. Nimmt man als Meßwerk dagegen eine Elektronenstrahlröhre mit
mittlerem Leuchtschirmdurchmesser von I30 mm an, so muß mindestens ein Registrierstreifen
von 100 mm Breite verwendet werden. Die Fördereinrichtung für solche breiten Streifen
weist aber erhebliche Abmessungen auf, so daß sich rein mechanisch jene obenerwähnte
unzureichende Grenze der Registriergeschwindigkeit ergibt. Eine Laufgeschwindigkeit
von 20 m/s, die zur Auflösung eines Zeitabschnittes von etwa 50 HS mit I mm erforderlich
ist, würde mit derartigen Abmessungen technisch schon nicht mehr zu beherrschen
sein.
-
Bei der Registrieranordnung gemäß der Erfindung, die wesentlich kürzere
Zeitabschnitte bzw. höhere Frequenzen aufzulösen gestattet, werden die obenerwähnten
Nachteile vermieden. Das Verfahren zur Vergrößerung der Zeitauflösung einer auf
einem laufenden Registrierstreifen von einem Oszillographen mit normalen Meßwerken
geschriebenen Kurve besteht erfindungsgemäß darin, daß die Aufzeichnung der Amplituden
der Strahlschwingungen bei gleichbleibender Ablaufgeschwindigkeit des Registrierstreifens
optisch verkleinert und nachträglich das aufgenommene Kurvenbild optisch flächenmäßig
vergrößert wird. Man kann dadurch bei einwandfreier optischer Verkleinerung und
nachträglicher geeigneter Vergrößerung erreichen, daß die Auswertbarkeit gegenüber
bisher gebräuchlichen Abbildungsverhältnissen erhalten bleibt. Die Registrierung
in stark verkleinertem Maßstabe erlaubt aber eine Verminderung der Breite des Registriermaterials.
Dadurch lassen sich die mechanischen Abmessungen der gesamten Registriereinrichtung
ebenfalls erheblich verkleinern. Wegen der dadurch erreichten Verminderung der bewegten
Massen ist man nun in der Lage, wesentlich größere Absolutgeschwindigkeiten zu erzielen.
Die Auflösung wird infolge der größeren Geschwindigkeit ebenfalls vergrößert. Aber
auch ohne die eben erwähnte Erhöhung der absoluten Laufgeschwindigkeit wird die
Auflösung an sich schon wegen der vorgenommenen optischen Verkleinerung ganz erheblich
gesteigert. Verkleinert man beispielsweise im Verhältnis 1 15, so würde man bei
anschließender, beispielsweise IsfacherVergrößerung und einer Laufgeschwindigkeit
von 20 m/s nicht nur den obengenannten Wert von 50 MS als Auflösungsgrenze erreichen,
sondern 3,3 ,as. Dem entspricht also die Erreichung einer scheinbaren Laufgeschwindigkeit
von 300 m/s.
-
Noch augenfälliger wird der Vorteil der neuen Anordnung gegenüber
den bekannten Registriereinrichtungen, wenn man die Trommelregistrierung in Betracht
zieht, wobei hier mit der bisher erreichbaren Umdrehungsgeschwindigkeit von 100
mis gerechnet werden soll. Bei den gleichen Verkleinerungs- und Vergröß erungsverhältnissen
kommt man auf eine scheinbare Laufgeschwindigkeit von 1500 mis, was zur Folge hat,
daß man Frequenzen in der Größenordnung von I MHz mit bewegtem Registriermaterial
noch auflösen kann, d. h. aber nichts anderes, als daß man nunmehr bis zu der durchschnittlichen
Helligkeitsgrenze normaler Elektronenstrahloszillographen gelangen kann. Diese Laufgeschwindigkeit
ist durch Verwendung von I6 bzw. 8 mm handelsüblichem Schmalfilm ohne Schwierigkeiten
zu erreichen. Es muß hierzu bemerkt werden, daß es bereits bekannt ist, bei der
Registrierung von Elektronenstrahloszillogrammen im Verhältnis 1 : 2 bis etwa 1
: 4 optisch zu verkleinern. Diese Maßnahme hat jedoch mit dem Erfindungsgedanken
nichts zu tun und stellt gegenüber der Abbildung 1 : 1 in bezug auf die unmittelbareAuswertung
im Grunde genommen eine Verschlechterung dar. Man hat diese Verkleinerung nur deswegen
vorgenommen, weil sich dadurch eine Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit infolge
der Erhöhung der Beleuchtungsstärke ergibt. Eine weitere Verkleinerung in diesem
Sinne wäre; zwecklos, weil mit der Verkleinerung 1 :4 bereits praktisch das Maximum
an Beleuchtungsstärke erreicht ist. Der Gewinn an Auflösung ist aber durch diese
geringe Verkleinerung praktisch von untergeordneter Bedeutung. Darüber hinaus sind
die bewegten Teile der Registriereinrichtung in diesem Falle immer noch so groß,
daß man keine höheren Ablaufgeschwindigkeiten erzielen kann.
-
Demgegenüber lehrt nun die Erfindung, daß die Verkleinerung so weit
getrieben werden kann, als es das Auflösungsvermögen des Registriermaterials selbst
zuläßt, d. h. die obere Grenze ist durch die Körnigkeit der photographischen Schicht
gegeben.
-
Es ist nun zu erwähnen, daß bereits ein Oszillograph bekanntgeworden
ist, bei dem mit Hilfe elektronenoptischer Mittel auf einer Registrierfläche oder
auf einem Leuchtschirm sogenannte Mikro-Oszillogramme erzeugt werden. Dieses Gerät
ist jedoch mit der Anordnung gemäß der Erfindung aus folgenden Gründen nicht zu
vergleichen.
-
Die dabei verwendete Elektronenstrahlröhre ist eine Sonderausführung
und muß mit sehr hohen Spannungen (20 kV) betrieben werden. Die Registriereinrichtung
ist im Innern der Röhre eingebaut, so daß diese also dauernd an eine Pumpe angeschlossen
sein muß, wodurch die Bedienung des Gerätes sehr erschwert wird. Der wesentliche
Unterschied besteht aber darin, daß man gemäß der vorliegenden Erfindung, die nur
lichtoptische Mittel zur Verkleinerung benutzt, die normalen handelsüblichen Meßwerke
sowohl von Lichtstrahl- als auch von Elektronenstrahloszillographen für das Mikroprinzip
ausnutzen kann.
-
Für den Lichtstrahloszillographen ist es daher zweckmäßig, den bisherigen
optischen Aufbau unverändert zu lassen und an die Stelle der bisher eingebauten
Registriereinrichtung eine Mikroregistriereinrichtung austauschbar anzuhängen. Erfindungsgemäß
sind dadurch zwei weitere wesentliche Vorzüge gegeben, und zwar erstens die
unmittelbare
Beobachtung ohne Nachvergrößerung, z. B. auf einer Mattscheibe etwa in üblichem
Maßstab, und zweitens die Austauschbarkeit der normalen Registriereinrichtung gegen
die Mikroregistriereinrichtung. Die Anordnung wird zweckmäßigerweise dadurch verwirklicht,
daß mittels sphärischer oder zylindrischer lichtoptischer Anordnungen bzw. beider
das ursprüngliche Bild stark verkleinert auf dem Mikroregistrierstreifen abgebildet
wird.
-
Beim Elektronenstrahloszillographen dienen als Meßwerk Elektronenstrahlröhren
gewöhnlicher Abmessungen, wobei die Beobachtung wiederum beispielsweise auf dem
Leuchtschirm in ausreichenden Bildabmessungen erfolgen kann, die Registrierung dagegen
mittels sphärischer oder zylindrischer hochwertiger lichtoptischer Mittel in verkleinertem
;2maßstab auf dem Mikroregistrierstreifen vorgenommen wird.
-
Die Vorteile in mechanischer Hinsicht sind die geringe räumliche
Ausdehnung der Registriereinrichtung, kleine bewegte Teile, verhältnismäßig geringe
Antriebsleistung und die Möglichkeit, an das Registriergerät unmittelbar eine Entwicklungseinrichtung
erträglicher Abmessung ansetzen zu können. Fernerhin wird mit der neuen Anordnung
sowohl in aufnahmetechnischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht ein wesentlicher
Vorteil erzielt, der bisher noch nicht erörtert worden ist.
-
Durch die starke Verkleinerung der Oszillogramme wird neben dem geringeren
Aufwand an Breite des Registriermaterials auch ein ganz erheblicher Gewinn an Länge
des Registrierstreifens erzielt. Damit wird aber auch der Bedarf an wertvollen Fotochemikalien
erheblich eingeschränkt. Diese Vorteile sind besonders wichtig, wenn es sich um
die Registrierung unwillkürlicher Vorgänge handelt, d. h. solcher Vorgänge, deren
Eintritt nicht vom Oszillographen aus zeitlich bestimmt werden kann und zu deren
Aufnahme daher das Gerät dauernd in Betrieb sein muß. Wollte man bisher diesen großen
Verbrauch an Registriermaterial bei der Aufnahme einmaliger Vorgänge vermeiden,
so mußten umfangreiche Steuereinrichtungen verwendet werden.
-
Diese Steuereinrichtungen waren insbesondere dann notwendig, wenn
derartige Oszillogramme mit den bisher möglichen Grenzen der Auflösung auf Trommel
aufgenommen wurden. Die Mikroregistrierung erlaubt es dagegen auch, derartige Aufnahmen
auf abl aufendem Registrierstreifen ohne großen Materialverlust vorzunehmen.
-
Ausführungsbeispiele des Erfindergedankens sind in den Fig. I bis
3 schematisch dargestellt.
-
Fig. 1 zeigt die neue Registriereinrichtung in Anwendung auf einen
Schleifenoszillographen. Der übliche Oszillograph ist durch eine Lichtquelle I,
eine Blende 2, einen Kondensor 3, den Spiegel 4 der Oszillographenschleife, das
Schleifenobjektiv 5, eine Zylinderlinse 6 sowie eine Registriertrommel 7 angedeutet.
Auf der Registriertrommel wird normalerweise das durch einen Doppelpfeil dargestellte
Bild entworfen. In einen Teil des Strahlenganges ist ein Linsenprisma 8 eingeschaltet,
welches den zur Beobachtung dienenden Teil des Lichtbandes über einen bewegten Polygonspiegel
g auf eine Mattscheibe 10 wirft. An Stelle der Registrieranordnung 7 wird erfindungsgemäß
eine Kollektivlinse 1 1 angeordnet, die dazu dient, die Lichtbänder in der Ausschlagsricbtung
zusammenzufassen. Eine weiterhin im Strahlengang angeordnete Zylinderlinse I2, die
in Richtung des bewegten Registriermaterials wirkt, dient dazu, auch in dieser Richtung
eine Zusammenziehung der Lichtbänder zu verwirklichen. Um die Güte der Aufzeichnung
zu verbessern, ist ein weiteres sphärisches Objektiv 13 vorgesehen, in welches mittels
der erwähnten Linsen II und I2 in beiden Richtungen eine Abbildung des Spiegels
erfolgt. Durch eine unmittelbar vor dem Registriermaterial 14 befindliche kurzbrennweitige,
in Richtung der Registrierbewegung zusammenziehende Zylinderlinse 15 wird die Schärfe
des Bildes auf dem Papier und dadurch die Auflösung noch weiter verbessert. Nimmt
man eine geringe Abänderung der üblichen Optik des Lichtstrahloszillographen in
Kauf, so kann man durch geeignete Wahl einer anderen Zylinderlinse 6 die Zylinderlinse
I2 ersparen.
-
In Fig. 2 ist die Registrierung mit der neuen Anordnung bei einem
Elektronenstrahloszillographen dargestellt. Auf dem Leuchtschirm I6 der Elektronenstrahlröhre
I7 entsteht unter der Einwirkung der Meß ablenkung ein leuchtender Strich I8, der
mit Hilfe der Optik 19 als Abbildung 20 auf der bisher üblichen Registriereinrichtung
21 erscheint. Für die Anwendung der neuen Registrieranordnung werden die alte Registriereinrichtun
21 und die Optik 19 entfernt, so daß das Bild I8 durch eine neue Optik 22, die kurz
vor dem Mikroregistrierstreifen 23 angeordnet ist, abgebildet wird. Dabei bleibt
das unmittelbar beispielsweise in Pfeilrichtung 24 zu beobachtende Bild auf dem
Leuchtschirm sichtbar. Eine zeitliche Auflösung des Schirmbildes kann durch Zeitablenkeinrichtung
oder gegebenenfalls mittels Polygonspiegels und Mattscheibe erfolgen. Zur Erhöhung
der Lichtstärke und zur Verkleinerung der Abmessungen der Optik 22, d. h. zur Erzielung
günstiger Qffnungsverhältnisse kann auch eine zusätzliche Kollektivlinse 25 in unmittelbarer
Nähe des Leuchtschirmes I6 angebracht werden. Ähnlich wie in Fig. I kann auch in
der Anordnung nach Fig. 2 zwischen Abbildungsoptik 22 und Registrierstreifen 23
eine nicht dargestellte kurzbrennweitige Zylinderlinse vorgesehen werden. Die IÇollektivlinse
25 kann dabei statt als sphärische auch als zylindrische Linse ausgebildet werden.
-
Es ist auch möglich, mehrere Oszillogramme gleichzeitig unter Ausnutzung
der erfindungsgemäßen Vorteile abzubilden.
-
In Fig. 3 ist der Aufbau eines Gerätes gemäß der Erfindung angedeutet.
Mit Hilfe derAufnahmeoptik 26 erfolgt eine Abbildung auf dem lichtempfindlichen
Streifen der Registriereinrichtung, die in dem Gehäuseteil 27 untergebracht sein
möge.
-
Von dort aus gelangt der Film in eine auto-
matische
Entwicklungseinrichtung, die sich in dem Gehäuse 28 befindet und eventuell mit einer
Vortrocknungs- bzw. Trocknungsanlage für den Registrierstreifen vereinigt sein kann.
Schließlich folgt darauf eine Betrachtungseinrichtung 29, die es gestattet, den
Film etwa mit Hilfe von Einstellmitteln 30 vor einem Betrachtungsfenster 3I vorbeizuziehen.
Die optische Vergröß erungseinrichtung müßte in diesem Falle vor das Fenster gesetzt
werden, sie kann aber auch natürlich fest mit eingebaut werden, so daß auf einer
Mattscheibe oder durch Projektion auf einem Schirm sofort das vergrößerte Bild erscheint.
Es sei noch erwähnt, daß zweckmäßig in das Gerät eine Zeitmarkenschreibvorrichtung
mit eingebaut wird.