Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Измерения на высоком напряжении

Осциллографы с памятью и фотографической регистрацией - Измерения на высоком напряжении

Оглавление
Измерения на высоком напряжении
Осциллографы с памятью и фотографической регистрацией
Цифровые системы с запоминанием
Измерительные кабели
Электромагнитная совместимость
Измерения с помощью дифференциальных усилителей
Измерения высоких импульсных напряжений при помощи делителей напряжения и осциллографов
Высокоомные резисторы и делители напряжения
Измерение максимальных значений напряжений шаровыми разрядниками
Измерение максимальных значений переменных и импульсных высоких напряжений
Измерение электростатических величин
Чувствительность элементов мостов
Заключительные замечания
  1. ОСЦИЛЛОГРАФЫ С ПАМЯТЬЮ И ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ РЕГИСТРАЦИЕЙ

До последнего времени обработка осциллограмм быстрых однократных процессов производилась после их фотографирования. В настоящее время все шире используются осциллографы с запоминанием изображения осциллограммы на экране. Различают в соответствии с возрастающей скоростью записи различные способы запоминания: бистабильный, полутоновый и переводной, а также комбинации двух первых.
Электронно-лучевые трубки с памятью имеют наряду с электронной пушкой для записывающего электронного луча один или несколько вспомогательных катодов с коническим рассеивающимся на весь экран потоком электронов (рис. 6).
изображение электронно-лучевой трубки с памятью
Рис. 6. Упрощенное изображение электронно-лучевой трубки с памятью (фирма Tektronix):
1 — катод пушки записывающего электронного луча; 2 — вспомогательные катоды для создания рассеянного потока электронов; 3 — конусообразное распределение потока электронов; 4 — специальный экран с полупроводниковым покрытием
При бистабильном способе обратная сторона фосфоресцирующего экрана имеет изоляционное покрытие с особыми свойствами проявлять вторичную электронную эмиссию. До начала записи между экраном и вспомогательными катодами имеется сравнительно небольшая разность потенциалов и энергия электронов, излучаемых этими катодами, недостаточна для засвечивания экрана. При появлении электронов записывающего луча, обладающих высокой энергией, вследствие многократной эмиссии электронов с экрана в местах воздействия записывающего луча возрастает потенциал, причем изоляционное покрытие обеспечивает сохранение созданных в результате вторичной эмиссии положительных зарядов только в местах, облученных лучом. Положительно заряженные участки могут долго захватывать электроны, рассеиваемые вспомогательными катодами, так как эти места создают повышенную разность потенциалов, достаточную для люминесценции экрана. Такое состояние сохраняется до тех пор, пока облученные участки остаются положительно заряженными. Электроны при воспроизведении изображения на экране также вызывают вторичную эмиссию, поэтому положительный заряд на участках с записью не исчезает во время воспроизведения. Если созданный записывающим лучом потенциал недостаточен, то заряд сразу же нейтрализуется при воспроизведении и запоминания не происходит. Однако если производить запись многократно (режим накопления), можно создать требуемый для запоминания потенциал. При однократных процессах можно повысить скорость записи с запоминанием путем приложения вспомогательного положительного напряжения (форсированный режим, при скоростях приблизительно до 5 см/мкс). Для бистабильного запоминания характерны только два состояния свечения: соответствие уровню запоминания, когда вторичная эмиссия при воспроизведении больше единицы, и ниже уровня запоминания при вторичной эмиссии менее единицы. Вся зафиксированная информация определяется этими состояниями. Бистабильный метод запоминания годится для регистрации сигналов с сильно различающейся скоростью записи, т. е. для сигналов с малым временем нарастания и медленным спадом, а также при больших временах воспроизведения (около нескольких часов).
В трубках с полутоновым запоминанием экран трубки и запоминающий слой разделены. Запоминающий слой имеет решетчатую структуру. Электроны воспроизведения, пролетающие запоминающий слой в местах с записью, проникают сквозь решетку и затем ускоряются приложенным напряжением, примерно равным 1 кВ, в направлении экрана. В отличие от бистабильного запоминания здесь нет граничного потенциала запоминания, так как электроны воспроизведения отсасываются из слоя запоминания ускоряющим напряжением, и положительный заряд в местах записи не нейтрализуется. Отсутствие граничного потенциала позволяет достигнуть большей скорости записи и воспроизведения полутонов в зависимости от значения заряда, оставленного в слое при записи. Время сохранения информации в трубке составляет несколько минут и ограничено тем, что электроны воспроизведения ионизируют молекулы остаточного газа и возникающие при этом положительные ионы оседают на необлученных участках слоя. Время сохранения информации можно умышленно сократить регулируемой засветкой путем приложения к запоминающей решетке положительного импульса напряжения. Во время действия импульса происходит интенсивное поглощение слоем электронов, т. е. снижение положительного потенциала в местах записи.
Полутоновое запоминание пригодно для сравнения непрерывно изменяющихся сигналов, регистрации быстрых однократных событий с эквивалентной скоростью фотографической записи 200 см/мкс и в случае, если требуется трубка с большим временем послесвечения.
Электронно-лучевые трубки с переводным запоминанием имеют два слоя запоминания с описанными выше принципами работы. Записывается сигнал сначала на ближайшем к катоду слое более быстрым полутоновым способом, затем на втором слое бистабильным способом с высокой контрастностью и большим временем воспроизведения. Переводное запоминание обладает самой высокой скоростью записи (2,5 см/нс [663]) и пригодно для регистрации фронта и спада импульсов наносекундной длительности. В большинстве случаев трубки с переводным запоминанием можно использовать как с бистабильным, так и с полутоновым запоминанием.
Названные ориентировочные цифры но скорости записей различных способов запоминания могут сильно различаться в зависимости от типа прибора и режима работы (с накоплением, форсировкой, сжатием развертки).
Как физические процессы при запоминании, так и проблемы конструктивного выполнения трубок, включая неупоминавшиеся коллекторные и коллиматорные электроды, в общем очень сложны. Они рассмотрены подробно в [15, 542, 577, 583, 646, 647].
Предельно большие скорости записи возможно обеспечить и традиционными фотографическими способами [21, 36].
Для фотографической регистрации осциллограмм пригодны малоформатные фотоаппараты с большой светосилой объектива. Они монтируются на светонепроницаемом окрашенном внутри в черный цвет тубусе, устанавливаемом перед экраном Осциллографа. Очень удобны в работе специальные фотокамеры с регулируемым масштабом изображения, с электромагнитным затвором и скорректированным для небольших расстояний до объекта съемки специальным объективом (рис. 7).
Мерой чувствительности фотографической регистрации с экрана определенной осциллографической трубки является максимальная скорость записи. Под этим понимают не максимальную скорость движения луча по экрану трубки, а скорость луча, при которой обеспечивается достаточное для получения отпечатков почернение фотоматериала при заданных условиях съемки [17, 21, 541, 543]. Яркость луча, его скорость (геометрическая сумма скоростей в вертикальном и горизонтальном направлениях), светосила объектива, чувствительность фотоматериала и другие параметры совместно определяют скорость записи.
Фотографическая приставка к осциллографу
Рис. 7. Фотографическая приставка к осциллографу с поляроидной фотокамерой (фирма Steinheil)
Например, для осциллографа «Tektronix 7904» (1 ГГц) с камерой «Tetronix С51» (светосила 1 : 1,2) скорость записи превышает 10 см/нс. В большинстве случаев используются поляроидные материалы, с помощью которых в течение нескольких секунд получаются проявленные и зафиксированные изображения на бумаге. Повышенная стоимость фотоматериалов в большинстве случаев компенсируется экономией времени. Для фотографии в научных целях пригодны пленки «Polaroid 47» (чувствительностью 36 дин) и «Polaroid 410» (41 дина). Оба типа панхроматические, т. е. их чувствительность почти не зависит от спектрального состава свечения различных экранов трубок. Наилучшими являются трубки с люминесцирующим слоем экрана, максимум видимого излучения которого лежит в области наименьших длин волн, т. е. в области фиолетовых частот (например, люминофоры Р7 и Р11).
Для изготовления диапозитивов с осциллограммами пригодны специальные рентгеновские пленки фирмы «Agfa—Gaevert» типов «Skopix RP1» и «Skopix RP1C» (контрастная), а также черно-белые пленки наивысшей чувствительности, такие, как «Ilford НР5» (30 дин), «Kodak Trix» (30 дин), с усилением чувствительности в процессе проявления и др.
Несмотря на высокую чувствительность названных пленок, часто при регистрации однократных процессов желательно дальнейшее повышение скорости записи. Максимальную скорость записи при применении поляроидных материалов можно приблизительно удвоить, если сократить примерно на 50% время проявления, при этом изображение будет достаточно контрастным, чтобы отчетливо его различить. Увеличение максимальной скорости записи в 3—4 раза в зависимости от типа пленки можно получить путем слабой диффузной засветки фотоматериала перед съемкой и после съемки. Оптимальным способом является дополнительная засветка во время съемки [578, 649]. Некоторые современные осциллографы имеют для этого встроенную автоматику.
При традиционных пленках и нормальной фотографической технике также можно увеличить максимальную скорость записи путем диффузной предварительной засветки и увеличения времени проявления с помощью так называемых повышающих чувствительность проявителей.
Требуемая выдержка при изготовлении диапозитивов с экрана осциллографа подбирается при пробных съемках. Скорость движения луча по экрану может быть неравномерной. Поэтому выдержка обычно определяется для участка осциллограммы, представляющего интерес. Стремление зафиксировать с приблизительно одинаковой контрастностью участки, соответствующие различным скоростям луча, достигается применением фотопленок высокой чувствительности и их мягкой обработкой.
Во многих случаях определение правильной выдержки облегчается измерением яркости с помощью электронного экспонометра [21] или встроенного в камере эталона для сравнения яркости (например, в «Tektronix С51»).
Сверхвысокие скорости записи достигаются в специальных электронно-лучевых трубках, в которых луч перед экраном усиливается с помощью электроннооптических ступеней, установленных у экрана (например, осциллограф «Tektronix 7104» имеет скорость развертки 20 см/нс [672]).



 
« Изменения кнструкциям по эксплуатации выключателей   Изоляторы элегазовых КРУ »
электрические сети