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Anordnung zur Aufzeichnung eines Meßvorganges mit Hilfe eines Kathodenstrahl-Oszillographen
auf einen in Bewegung gesetzten Aufzeichnungsträger
Die Erfindung bezieht sich auf
eine Anordnung zur Aufzeichnung eines Meßvorganges mit Hilfe eines Kathodenstrahl-Oszillographen
auf einen in Bewegung gesetzten Aufzeichnungsträger, insbesondere für Störungsaufklärung.
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Bei der photographischen Registrierung von Vorgängen, welche mittels
eines Kathodenstrahl-Oszillographen aufgenommen werden, ist es ebenso wie bei den
gewöhnlichen Schleifenoszillographen übheh, den photographischen Registrierstreifen
senkrecht zur Vorgangs aus lenkungsrichtung fortzubewegen, um die Zeitauflösung
zu bewirken. Die Größe der Zeitablesung hängt dann also von der Geschwindigkeit
ab, mit der das photographische Papier bzw. der Film fortbewegt wird. Bei einer
bekannten Anordnung zur Aufzeichnung eines Meßvorganges mit Hilfe eines Kathodenstrahl-Oszillographen
ist beispielsweise eine umlaufende Trommel vorgesehen, bei der lichtempfindliches
Material (Film oder Papier) im Innern oder auf der Außenseite der Trommel befestigt
ist. Die Trommel läuft dann mit einer Geschwindigkeit bis zu 100 m/s um. Solche
großen Umfangsgeschwindigkeiten der Trommel sind dann erforderlich, wenn höhere
Frequenzen, d. h. etwa bis 10000 Hz, mit ausreichender Zeitauflösung aufgenommen
werden sollen. Die Herstellung solcher Trommeleräte bereitet große Schwierigkeiten,
da jede Unwucht sorgfältig beseitigt werden muß. Zudem müssen Drehzahl und Leistung
des die Trommel antreiben-
den Motors verhältnismäßig groß sein.
Die Geräte sind aus diesen Gründen sehr schwer, unhandlich und teuer in der Herstellung.
Andererseits besteht gerade nach leicht transportablen Anordnungen zur Aufzeichnung
eines Meßvorganges, welche beispielsweise bei Störungsaufklärungen in großen Überlandnetzen
eingesetzt werden können, ein großer Bedarf.
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Diese Forderung wird, unter gleichzeitiger Vermeidung der erwähnten
Nachteile dadurch erfüllt, daß erfindungsgemäß der vorzugsweise beim Eintreffen
des Meßvorganges in Bewegung gesetzte Aufzeichnungsträger in der positiven oder
negativen Richtung der Vorgangsauslenkung kontinuierlich abläuft und der Elektronenstrahl
des Oszillographen eine periodische Zeitauslenkung unter einem solchen Winkel gegen
die Normale zur Ablaufrichtung des Aufzeichnungsträgers erhält, daß sich auf dem
Aufzeichnungsträger eine Aufzeichnung in rechtwinkligen Koordinaten ergibt. Ein
weiterer Elektronenstrahl schreibt die Nullinie für den durch den aufzunehmenden
Vorgang abgelenkten Elektronenstrahl. Einer weiteren Ausbildung entsprechend beträgt
die maximale Zeitablenkamplitude ein Mehrfaches der maximalen Vorgangs amplitude
Zweckmäßig beträgt die Filmgeschwindigkeit Vf ein Bruchteil der Zeitablenkgeschwindigkeit
vO. Einer weiteren Ausbildung entsprechend ist das Verhältnis von Filmgeschwindigkeit
zur Zeitablenkgeschwindigkeit gleich dem Verhältnis von größter Vorgangs amplitude
zu größter Zeitablenkamplitude. Zweckmäßig ist das Verhältnis von Filmgeschwfndiglreit
zur Zeitablenkgeschwindigkeit kleiner als das Verhältnis der größten Vorgangs amplitude
zur größten Zeitamplitude. Einer weiterenAusbildu,llg entsprechend wird nach mehreren
Ablenkperioden zur Kennzeichnung zusammenhängender Vorgang- und Nulllinien auf beiden
Kurven ein festliegendes, kurzdauerndes Markierungs signal gegeben. Zweckmäßig ist
die Schiefstellung der Nullinie gegeniiber der Vorgangsauslenkung über die größte
Zeitauslenkung hinweg gleich der größten Vorgangsauslenkung. Einer weiteren Ausbildung
entsprechend ist bei einem Verhältnis vf/v0 = k sa/s0, wobei k kleiner als 1 ist,
die Schiefstellung gleich dem Betrag k 5a Zweckmäßig werden auf einem Aufnahmefilm
mehrere Vorgänge nebeneinander abgebildet. Einer weiteren Ausbildung entsprechend
sind die Abbildungsflächen der Kathodenstrahl-Oszillographen so gegeneinander versetzt,
daß sie sich nicht überdecken.
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Im Gegensatz zu dem bisher üblichen Aufnahmeverfahren erfolgt also
der Vorschub des lichtempfindlichen Materials nicht senkrecht, sondern in Richtung
der Vorgangsauslenkung, und zwar der positiven oder negativen Vorgangsauslenkung.
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Der Elektronenstrahl selbst wird in üblicher Weise beispielsweise
unter Verwendung einer Multivibratorsteuerung periodisch in der Zeitachse abgelenkt.
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Es sind zwar bereits Registriereinrichtungen bekannt, bei denen eine
Zeitablenkung quer zur Vorschubrichtung des Films erfolgt. Die Aufnahme des zu untersuchenden
Vorganges erfolgt dabei jedoch bei ruhendem Aufnahmematerial. Nach Ablauf des aufgenommenen
Vorganges wird der Film um eine bestimmte Länge ruckweise weiterbewegt und verharrt
dann in Ruhe für die Aufnahme des nächsten Vorganges. Die Weiterbewegung des Films
erfolgt dabei ohne Zeitablenkung des Elektronenstrahl-Oszillographen. Eine derartige
Ausbildung ist ungeeignet, wenn große Zeitauflösungen verlangt werden. Außerdem
gehen die im Rücklauf der Zeitablenkung auftretenden Vorgänge verloren.
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Der Gegenstand der Erfindung ist im folgenden an den Fig. I bis 5
näher erläutert.
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Mit I ist der Kathodenstrahl-Oszillograph bezeichnet, hier eine abgeschmolzene
Braunsche Röhre für photographische Außenaufnahmen, z ist der Aufnahmefilm, 3 und
4 die Filmvorrats- und Aufspulrolle, 5 die Aufnahmeoptik. Mit 6 ist der zu registrierende,
vom Braunschen Rohr aufgezeichnete Vorgang bezeichnet, der im betrachteten Zeitpunkt
bis zum Punkt 7 abgelaufen sei. Dieser Punkt 7 wird durch die Optik 5 als Punkt
8 auf dem Film abgebildet. Im weiteren Verlauf der Dauer dieses Kurvenzuges 6 wird
dieser Kurvenzug auf den Film 2 als Kurvenzug 9 abgebildet.
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Wegen des Filmvorsdhubes in der Vorgangsauslenkungsrichtung, und zwar
in der nach abwärts, also negativen Richtung (s. Pfeil 10), wird die Kurve 6 auf
dem Film g mit schiefer Nullinie wiedergegeben.
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Damit ein Ausmessen der Kurve g möglich ist, muß gleichzeitig mit
dieser Kurve auch eine Nulllinie geschrieben werden. Dies wird dadurch erreicht,
daß zur Aufnahme nach diesem Verfahren ein Zweistrahlrohr verwendet wird, dessen
eines System als Meßsystem die gewünschten Vorgänge schreibt, während das andere
System in seiner Zeitablenkung mit dem ersten System parallel geschaltet nur die
Nullinie für das erstere System zeichnet. Zu der Abbildung des Vorgangspunktes 7
als Punkt 8 auf dem Film gehört also gleichzeitig die Abbildung des Nullinienpunktes
11 als Nulllinienpunkt I2 auf dem Film.
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Zweckmäßig wird die Filmgeschwindigkeit r,! 50 gewählt, daß die Abstände
zweier Nullinien etwa gleich der größten zu erwartenden Amplitude 5a des aufzunehmenden
Vorganges werden, d. h. also, daß bei einer photographischen Registrierung im Maßstab
von I: I der kontinuierlich ablaufende Film während der Zeigt, der einmaligen vollen
Auslenkung des Elektronenstrahles in der Zeitachse um den Betrag der größten Vorgangsauslenkungsamplitude
sa vorwärts laufen muß. Die Filmgeschwindigkeit ergibt sich also zu vf = sa/t0.
(1) Die Anordnung hat also den besonderen Vorteil, daß die periodische Vollauslenkung
so des Elektronenstrahles in der Zeitachse gleich einem Mehrfachen der maximalen
Vorgangsauslenkungsa gemacht werden kann. Wird z. B. s, = 0,2 so gewählt, dann wird
nach der obigen Gleichung die Filmge-
schwindigkeit Vf = o,2fader
Zeitablenkgeschwindilgkeit vO des Elektronenstrahl-Oszillograph, die sich sinngemäß
ergibt aus v0 = s0/t0. (2) Einer Zeitablenkgeschwindigkeit von 100 m/s auf dem Schirm
der Braunschen Röhre entspricht somit nach der beschriebenen Anordnung eine Filmgeschwindigkeit
von nur 20 mis. Damit ist aber eine sehr wesentliche Verbilligung und Verkleinerung
der Aufnahmeeinrichtung erreicht.
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Eine weitere wesentliche Herabsetzung der Filmgeschwindigkeit kann
auch dadurch erzielt werden daß das Schirmbild der Braunschen Röhre nicht im Maßstab
1 : 1, sondern verkleinert, etwa im Verhältnis 1 : 10 aufgenommen wird, so daß die
Filmgeschwindigkeit noch weiter in diesem Verkleinerungsmaßstab reduziert wird;
statt 20 m ist dann nur noch eine Filmgeschwindigkeit von 2m erforderlich.
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Bei Untersuchungen in Überlandnetzen, die meist Drehstromnetze sind,
wird auch die Notwendigkeit bestehen. mehrere Vorgänge durch oszillographische Aufnahmen
festzuhalten. Bei der Verkleinerung des Schirmbildes ist es bei den üblichen Formaten
von Filmmaterial und Braunschen Röhren möglich, etwa die von drei Braunschein Röhren
dargestellten Vorgänge auf einem normalen Kinofilm mit 24 mm nutzbarer Breite aufzunehmen.
Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel. Diese Braunschen Röhren sind so gegeneinander
versetzt, daß ihre Abbildungsflächen I3, I4 und I5 sich gegenseitig nicht überschneiden,
sondern nur sehr eng aneinanderstoßen. Bei einer Verkleinerung von 1 : 10 können
also auf eine nutzbare Filmbreite von 24 mm drei Aufnaßhmeflächen von je 80 mm Breite
aufgenommen werden.
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Die zeitliche Zuordnung der drei Aufuahmebilder auf dem Film ergibt
sich ohne weiteres aus dem festliegenden Abbildungsmaßstab und der Anordnung der
Braunschen Röhren.
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Wie aus der Fig. I ersichtlich ist, wird bei kontinuierlich ablaufendem
Aufuahmefllm das rechtwinklige Abb,ildungsraster der Braunschen Röhren in ein schiefwinkliges
verwandelt. Da zu jedem Vorgangsablenkungspunkt der zugehörige Nulllinienpunkt mitgeschrieben
wird, bedeutet die Verzerrung nur einen Schönheitsfehler, ohne daß die Auswertmig
der Oszillogramme dadurch berührt wird. Der Schönheitsfehler kann aber beseitigt
werden wenn das Abbildungsraster beider Strahlen der Braunschen Röhren schiefwinklig
gewählt wird, wobei die Nullinie beider Systeme entsprechend der Bildumkehrung durch
die Aufnahmeoptik 5 bei dem in den Figuren dargestellten Beispiel von links unten
nach rechts oben verlaufen muß.
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In der Fig. 3 ist die Begrenzung eines derart sch,iefwitnkligen Rasters
dargestellt, wie es bei der Anordnung nach Fig. 1 zu einer rechtwinkligen Abbildung
auf den Film führen würde. Es ist hierfür Voraussetzung, daß während der Zeit t0,
in der eine volle Zeitauslenkung abläuft, also während der der Abstand I6 in Fig.
3 durchlaufen wird, der Film entsprechend dem Betrag der maximalen Auslenku,ngen
Sa (nach Fig. 3, Abstand I7) vorwärts bewegt wird. Wird die Kippfrequenz für die
Zeitauslenkung mit f0 bezeichnet, dann gilt, bei Vernachlässigung des Rücklaufes,
wie weiter oben stillschweigend stets getan, fO = I/to (3) Der Zusammenhang zwischen
Filmseschwindigkeit, Kippfrequenz des Zeitablenkgenerators und einseitiger maximaler
Vorgangsamplitude der Abbildungsfläche des Braunschen Rohres ergibt sich auf Grund
der Gleichung (I) für die Filmgeschwindigkeit sinngemäß zu f0 = VflSa. (4) Wird
bei der Aufnahme verschieden rascher Vorgänge die Kippfrequenz der Braunschen Röhre
geregelt, so muß entsprechend vorstehender Gleichung (4) auch die Filmgeschwindigkeit
neu eingestellt werden, um bei schiefem Abbildungsraster der Braunschen Röhre eine
Abbildung in rechtwinkligen Koordinaten auf dem Film zu erhalten. Im Gegensatz zu
einem weiter unten noch zu beschreibenden Fall eines schiefwinkligen Abbildungsrasters
sei das in Fig. 3 dargestellte Raster, bei dem die Verschiebung der Nullinie in
der Auslenkungsrichtung gleich der maximalen Amplitude in der Auslenkungsrichtung
gemacht wird, als »hundertprozentig verschobenes Raster« bezeichnet.
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Es ist bei dem Arbeiten mit Elektronenstrahl-Oszillographen bei der
Aufnahme langdauernder Vorgänge bekannt, mit Hilfe eines Kippspannungsgenerators
eine periodische Zeitablenkung zu bewirken und bei feststehendem Anfuahmeträger
diesen mehrmals zu überschreiben.
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Diese Methode des Ineinanderschreibens mehrerer Aufnahmen läßt sich'
auch bei dem beschriebenen Aufnahmeverfahren anwenden; ein doppeltes Ineinanderschreiben,
bei dem die Filmgeschwindigkeit also nur halb so groß ist wie in Gleichung (I) angegeben,
wird die Auswertbarkeit der Oszillogramme nodh in keiner Weise beeinträchtigen.
Die Filmgeschwindigkeit kann somit nochmals auf die Hälfte herabgesetzt werden,
so daß erstens eine sehr gute Ausnutzung des Filmmaterials erzielt wird und außerdem
mit sehr kleinen Filmgeschwindigkeiten auszukommen ist.
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Soll auch für einen in dieser Weise doppelt ausgenutzten Film eine
Abbildung in rechtwinkligen Koordinaten erzielt werden, dann darf das Abbildungsraster
auf der Braunschen Röhre nur so weit verschoben werden, daß, wie aus Fig. 4 ersichtlich,
die Schrägstellung der Nullinie nur der halben maximalen Amplitude in der Vorgangsrichtung
entspricht. Ein derartiges Abbildungsraster sei als »fünfzigprozentig verschobenes
Raster« bezeichnet. Bei dreifacher Ausnutzung des Films muß das Raster sinngemäß
33% verschoben und die Filmgeschwindigkeit auf ein Drittel des Wertes der Gleichung
(I) eingestellt werden.
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Bei diesem mehrfachen Ineinanderschreiben könnte es vorkommen, daß
der Zusammenhang
zwischen Vorgang und zugehöriger Nullinie verlorengeht.
Es ist aus diesem Grunde zweckmäßig, etwa während jeder dritten Ahlenkungsperiode
der Braunschen Röhre sowohl der Nullinie als auch dem Vorgang ein ganz bestimmtes
Signal, etwa eine kurze Rechteckwelle, zu überlagern. Für diese Ablenkungsperiode
wird dannetwa ein Bild erhalten, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Die sonst geradlinige
Nullinie weist etwa in der Mitte eine kurze Rechteckauslenkung auf, die genau in
der gleichen Form dem Vorgang überlagert wird.
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Nachdem auf diese Weise die zusammengehörende Vorgangskurve und Nullinie
jeder dritten Periode gekennzeichnet sind, ist auch dafür gesorgt, daß in den Zwischenperioden
übersichtliche Verhältnisse herrschen.
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Um die nach vorstehendem Verfahren erzielten photographischen Aufnahmen
klarer zu gestalten, kann, insbesondere bei mehrfachem Ineinanderschreiben, so vorgegangen
werden, daß die Nulllinien, die als gerade Linien aufgezeichnet werden, entweder
wesentlich dünner als die Vorgangslinien oder auch nur gestrichelt geschrieben werden.
Die Strichelung kann dadurch bewirkt werden, daß auf den Wehneltzylinder des Nulliniensystems
der Braunschen Röhre eine Wechselspannung entsprechender Frequenz und Amplitude
gegeben wird, die etwa in ihrer negativen Halbwelle den Strahl des Nulliniensystems
sperrt. Selbstverständlich muß das Markierungssignal nach Fig. 5 bei mehrfachem
Ineinanderschreiben länger dauern, als der Dunkelzeit der gestrichelten Nullinie
entspricht.
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Wenn auch die Filmgeschwindigkeit bei dem vorbeschriebenen Aufnahmeverfahren
relativ klein gewählt werden kann, so können trotzdem in bezug auf die Filmtransporteinrichtung
mit Vorteil alle die Maßnahmen angewandt werden, die sich bei dem Bau von Zeitlupen
und ähnlichen Aufnahmeeinrichtungen bewährt haben, wie beispielsweise die stoß freie
Beschleunigung des Films von der Geschwindigkeit Null auf seinen Höchstwert, Auslauf
des Films nicht auf eine Spule, sondern frei in einem Behälter usw.
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Bei der gemeinsamen Aufnahme mehrerer Vorgänge auf einen Film, wie
sie in Fig. 2 angedeutet ist, wird zweckmäßig die Zeitablenkung der sämtlichen Braunschen
Röhren durch einen Kippspannungsgenerator erfolgen, um eine eindeutige Zuordnung
der drei Oszillogrammreihen zu gewährleisten. Unter Umständen ist es auch nützlich,
der Nullinie eine Eichfrequenz kleiner Amplitude zu überlagern, damit eine leichte
Zeitauswertung möglich ist. Diese Möglichkeit ist bei der weiter oben erwähnten
gestrichelten Zeitlinie schon in einem bestimmten Maße gegeben.
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In den vorstehenden Ausführungen wurde stets angenommen, daß der
Aufnahmefilm von einer Vorratsspule abläuft. Dieses Verfahren wird vorzugsweise
dann geeignet sein, wenn es sich um Aufnahmen handelt, die mehrere Sekunden andauern.
In bestimmten Fällen genügt aber eine Aufnahme, die sich nur über die Bruchteile
einer Sekunde, etwa 1/2 Sekunde, zu erstreclçen braucht.
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Zweckmäßig läuft dann der Film nicht mehr frei ab, sondern ein Filmband
entsprechender Länge wird auf einer mit einer gewissen Geschwindigkeit umlaufenden
Trommel festgespannt. Ein mehrmaliges Überschreiten des dauernd umlaufenden Films
muß dann durch die Steuerung eines für diesen: Zweck vorzusehenden Obj ektivverschlusses
vermieden werden. Um bei größeren Filmlängen keinen allzu großen Trommeldurchmesser
zu erhalten, kann der Film auch schraubenförmig auf eine Walze aufgelegt und dRieserWalze
für die Aufnahmedauer ein Vorschub in axialer Richtung gegeben werden, der der Ganghöhe
des Fälmbandes zu entsprechen hat.