Устройство для измерения периода электрических колебаний Советский патент 1934 года по МПК G01R23/02 G01R13/20 

Если на пластины одного из конденсаторов катодного осциллографа наложить переменное напряжение, то электронный пучок будет вычерчивать на флуоресцирующем экране черту. При повышении частоты приложенного к конденсатору напряжения можно дойти до такого момента, когда время пролета электронов от начала до конца конденсатора будет соответствовать одному периоду приложенных колебаний. В этом случае изображение на экране будет иметь вид точки, а не черты, как при более низких частотах.

Строго говоря, некоторая размытость точки будет иметь место благодаря смещению электрона в конденсаторе, но эта размытость будет иметь значительно меньшую величину по сравнению с той размытостью, которая по/1учается при наличии некоторой скорости, сообщенной электрону в направлении, перпендикулярном коси его первоначального движения. Это будет происходить от того, что количество движения, сообщенное электрону переменным напряжением конденсатора по перпендикулярному к первоначальному направлению движения электрона, будет равно нулю, а следовательно, будет равна нулю и скорость движения электрона по этому направлению. Это же будет происходить и тогда, когда время пролета электрона через конденсатор будет соответствовать 7л, где я - целое число.

(367)

Если же время пролета электроначерез конденсатор будет соответствовать. Т (п - у), то пучок летящих электронов будет вычерчивать линию, причем отклонение электрона на экране будет иметь максимальное значение.

Предлагаемое устройство основанона этих особенностях поведения электрона, пролетающего в быстропеременном электрическом поле, и предназначенодля измерения периода электрических колебаний частот (порядка 10 пер/сек.), .при помощи катодного осциллографа с двумя парами отклоняющих электродов..

Согласно изобретению, паре электродов осциллографа, лежащих ближе к экрану, приданы такие размеры и такая форма, что при определенном соотношении между размерами электродов и периодом измеряемых колебаний электроны проходят через поле между электродами не отклоняясь, с целью получения на экране кривой с чередующимися узлами, по расстояниям между которыми можно судить о длине периода приложенных к отклоняющим электродам колебаний.

На чертеже фиг. 1, 2 изображают схематически предлагаемое устройства в двух проекциях.

Электроны, вылетающие в отверстие анода А (фиг. 1 и 2) в виде пучка, попадают сначала в поле конденсатора И катодного осциллографа, а затем в поле конденсатора I.

Конденсатор I, который находится ближе к флуоресцирующему экрану, имеет такую форму, чтобы приращение .длины пролета электрона через конденсатор при соответствующем во всех случаях одинаковом приращении угла ft, было одинаково для всех значений угла. Если на этот конденсатор I наложить .измеряемую высокую частоту, а на конденсатор II, находящийся ближе к катоду трубки, наложить вспомогательное переменное напряжение (хотя бы 50-периодное), чтобы им постоянно изменять угол от - ftp до + ftu то при всех этих условиях {если период Т измеряемой частоты того же порядка, что время пролета электрона через конденсатор I) на экране получится картина, изображенная сбоку на фиг. 2, имеющая вид флуоресцирующей полосы с размытыми и неразмытыми местами. Измерив расстояние между двумя неразмытыми местами (узлами) « зная геометрические размеры конденсатора I, можно вычислить, чему равна -Длина волны подводимых колебаний. В самом деле, если рассмотреть случай движения электрона, при приложении к конденсатору I синусоидального напряже«ия, создающего в .конденсаторе поле E EQ sin ((), то можно показать, что скорость, сообщенная электрону в направлении х в момент времени t, соответствующий вылету электрона из конденсатора, если за начало отсчета времени берется момент влета электрона, соответствует следующему выражению

dx еЕ,

-cos (()))-}-COS:f

откуда следует, что отклонение

ет, что отклонение

0 d - cos( + 9) Н cos О)

а

,,.

где

а скорость электрона в направлении оу выражается формулой

1/2- 1/Г гт

Здесь за ср везде берется та фаза, в j которой электрон, влетевший в конденсатор, застает переменное напряжение. Исследуя это выражение, можно загключить, что при различных значениях времени пролета t, зависящего следующим образом от длины конденсатора /, т. е.

L

гт

амплитуда отклонения электронного пучка будет различна. Так, например, для t, равного Тп, эта амплитуда равна нулю, т. е. пучок не отклоняется. Строго говоря, небольшое отклонение будет иметь место,

Iв-йо

что доказывает формула - -sin ((м -|-cp)-l-sin :p-l-a)cos ср

для отклонения электрона в самом конденсаторе в момент времени t, но это отклонение имеет величину, меньшую, чем отклонение, вызываемое наличием некоторой скорости в направлении ох при вылете электрона из конденсатора,

и имеет порядок -. Для t же, равного

T(), эта амплитуда максимальна. За и здесь принимается любое целое число.

Таким образом, если бы была возможность изменять длину пластинок, то осциллограф мог бы быть использован в качестве волномера для волн дециметрового диапазона, путем подбора длины /, при которой отклонение пучка было бы минимальным. Тогда , но

.

с1

ИЛИ л

nl/ 2--Vi

гт откуда и следует, что диапазоны измеряемых волн - дециметрового порядка (так как / 1-3 см, l/i 300-400 V).

Сущность предлагаемого устройства и заключается в том, что, как указывалось выше, вместо того, чтобы делать переменной длину конденсатора, сам этот конденсатор выполнен в форме

изогнутого клина так, что, направляя пучок электронов по различным направлениям через этот конденсатор, достигают того, что пучок проходит через части конденсатора, имеющие различную длину /. Давать же пучку электронов разяичное направление можно при помощи наложения различных напряжений на пластины вспомогательного конденсатора И.

Для того, чтобы изображения пучков, получающиеся на экране в тех направлениях, где время пролета электронов через поле конденсатора соответствует Тп, находились на равном расстоянии один от другого (что облегчает нахождение длины волны), нужно чтобы при изменении направления пролета электронов на угол Д& длина пролета увеличивалась

на величину Д, одинаковую для все направлений пучка, при одном и том же

Д&. Иначе говоря const а- Тогда,

если одну сторону (край конденсатора I) сделать в виде дуги с радиусом Г;, другая сторона (край той же пластины конденсатора) должна иметь форму части спиральной кривой r ) причем за начало полярных координат берется центр конденсатора 11, за направление & 0 принимается линия, соединяющая

начало координат с общей точкой упоминавшихся кривых, т. е. острие клина. Упростить измерения и сделать их крайне удобными можно тем, что вместо постоянного напряжения наложить на конденсатор II переменное на.пряжение с частотою, значительно меньшей, чем частота измеряемая. Тогда пучок сам будет проходить через все направления и в каждом направлении будет соответствующим образом размываться, давая таким образом на экране изображение показанное сбоку (фиг. 2).

Предмет изобретения.

Устройство для измеремия периода электрических колебаний при помощи катодного осциллографа с двумя парами отклоняющих электродов, отличающееся тем, что паре электродов осциллографа лежащих ближе к экрану, приданы такие размеры и такая форма, что при определенном соотношении между размерами электродов и периодом измеряемых колебаний электроны проходят через поле между электродами, не отклоняясь, с целью получения на экране кривой с чередующимися узлами, по расстояниям между которыми можно судить о длине периода приложенных к отклоняющим электродам колебаний.

сЬиг.

А

//

-1±1иг2

..,

s -Г-тл;

v,

. f(.

::ib

.

г