Lássuk az oszcilloszkópot!
Zsigó Zsolt
2003/01/29 10:14
5473 megtekintés
A cikk már legalább egy éve nem frissült, az akkor még aktuális információk lehet, hogy mára elavultak.
Anyagi helyzetem soha nem tette lehetővé egy korszerű, működőképes oszcilloszkóp beszerzését, így ezt a sokoldalúan használható mérőeszközt kénytelen voltam saját fejlesztésű programmal pótolni. Hardver tekintetében e programom is a számítógépbe beépített hangkártyára támaszkodik.

Az elődökről

A hagyományos oszcilloszkóp Az elektronsugár-csöves oszcilloszkóp (a továbbiakban oszcilloszkóp) az egyik leguniverzálisabb mérőkészülék. Feladatát tekintve, időben változó elektromos feszültségek ábrázolására és mérésére szolgál. Leglényegesebb alkotórésze: az elektronsugárcső, amelynek ernyőjén a megjelenő fénypontot időben egyenletes, de vízszintes irányban változtatható sebességgel mozgatja a időalap egység, vagy ismertebb néven a fűrészjel-generátor (olyan generátor, amely fűrészfog alakú lefutású feszültséget szolgáltat). Ugyanakkor a mérendő feszültség - erősítés után - függőleges irányban téríti el a fénypontot. A hagyományos oszcilloszkóp elvi felépítése

A kettős hatás következtében az elektronsugárcső ernyőjén megjelenik a mérendő feszültség képe az idő függvényében. A kép megjelenítésére használt elektronsugárcső felépítését tekintve egy elektroncsőhöz hasonló szerkezet, azzal a különbséggel, hogy a katódjából kilépő elektronokat elektromos erőterek a fénysugár fokuszálásához hasonlóan összegyűjtik, és a cső homloklapjára, a lumineszkáló anyaggal bevont ernyőre irányítják. Egy leegyszerűsített elektronsugárcső vázlatos rajza, valamint a képernyőjén megjelenő feszültség idő diagramm kialakulása az ábrán látható.

Az oszcilloszkóp program

Az oszcilloszkóp elnevezésű program, klasszikus elődjeihez hasonló funkciókat tölt be. Működését tekintve a mérendő jelet hangkártyában lévő AD konverterre kerül. Az átalakító ezt az analóg jelet beállítástól függően másodpercenként 8000 - 441000 mérés/s sebességgel digitalizálja. A program, az AD konverter által diszkrét időpontokban néhány mikro-szekundumonként mért jeleket kiértékeli majd, a hagyományos feszültség idő formátumnak megfelelően felrajzolja a képernyőre. A program ablaka, ily módon egy oszcilloszkóp virtuális képernyőjévé alakul. Az ily módon létrejött mérőkészülék egy nagyon hatékony eszköz, különböző elektromosságtani, hangtani kísérletek eredményének megjelenítésére.
A virtuális oszcilloszkóp

Ezt a virtuális berendezést a továbbiakban oszcilloszkópnak nevezzük. Oszcilloszkópunk "képernyőjén" a hangkártya, Line in bemenetéhez kapcsolt váltakozó feszültségű elektromos jelek, vagy a hangkártyához csatlakoztatott mikrofon által érzékelt hangoknak megfelelő elektromos jelek, időbeli lefolyása látható. A programot Sound Blaster Pro kompatibilis hangkártyákkal teszteltük, de jól együttműködik, minden SB Win32 kompatíbilis hangkártyával. A program Win95 - 2000 vagy későbbi 32 bites Windows operációs rendszer alatt futtatható. A program vagy a megfelelő ikonra kattintással, vagy programok Fizika_Labor2003 programcsoportból, az oszcilloszkóp menüpontra kattintva indítható.

Ez a program természetesen nem helyettesítheti minden esetben, a jól bevált hagyományos oszcilloszkópokat, de az oktatásban, barkácsolásban igen hatékonyan használható.

Azt, hogy az oszcilloszkóp képernyőjén melyik jelforrásból származó jel látható, a hangkártya, vagy a Windows standard keverőpult programjának a beállításától függ. Bemeneti forrás lehet a mikrofon, a Line In bemenet, de bemeneti forrásként szerepelhet a CD lejátszó kimenete, vagy a hanggenerátor program esetében a Midi kimenete is. Alapesetben a CTMIX, vagy az SNDVOL32 programot indul el, attól függően, hogy a Windows melyik programot regisztrálta keverő eszközként.

Próbáljuk ki

Orvosi vagy fantasztikus filmekben ha az operatőrök, valami nagyon tudományosnak látszó berendezést szeretnének bemutatni a tisztelt nézőnek, akkor az esetek 90 százalékában valamilyen oszcilloszkóp ernyőt mutatnak be, amelyen izgatott táncot jár egy Lissajous görbe. Nos ha e jósszemű operatőrök ennyire vonzódnak e görbékhez, gyártsunk mi is néhányat. Az abszolút virtuális módszer.

Lissajous-görbék és a hanghullámok

Talán kevesebben ismerik, hogy a Lissajous görbék módszerével nem csak egymásra merőleges rezgéseket vizsgálhatunk, hanem kiválóan mérhetünk fáziskülönbségeket is. Ennek demonstrálása érdekében vegyünk két olcsó mikrofont, és vásároljunk vagy építsünk egy sztereó mikrofonerősítőt (mikrofon előerősítő beszerezhető a CONRAD barkácsáruházból). Erősítőre azért van szükség mert a kommersz hangkártyák csak mono mikrofon bemenettel rendelkeznek, de ehhez a kísérlethez két mikrofonra van szükségünk. Kapcsoljuk be a korábban már letöltött hanggenerátor programunkat és állítsuk be a frekvenciát mondjuk 2 KHz -re. Egy Lissajous-görbe

A hangszóróból induló hanghullámok fázisa a hangszórótól távolodva a hang frekvenciájának és a hang terjedési sebességének megfelelően pontról pontra változik. A tér két nem túl távoli pontján elhelyezve a mikrofonjainkat Lissajous üzemmódban az oszcilloszkópunkkal könnyedén meghatározhatjuk a tér két pontján a hanghullám fázisviszonyait. A mikrofonok egymáshoz képesti távolságát változtatva az ellipszis dőlésszögéből a fázisviszonyok a frekvencia ismeretében pedig a terjedési sebesség is mérhető. .
A kísérleti összeállítás

Nagyobb (több méteres) mikrofon távolság esetén az amplitúdó csökkenése és a teremben fellépő reflexiók ronthatják a kísérlet meggyőző erejét. A képernyőn látottak persze ebben az esetben is a valóságot tükrözik, de a látott kép már olyan bonyolult, hogy magyarázata akusztikai szakmérnöki tudást igényel.

Csatlakozz hozzánk!

Ajánljuk

European Schoolnet Academy Ingyenes online tanfolyamok tanároknak
School Education Gateway Ingyenes tanfolyamok és sok más tanárok számára
ENABLE program Program iskoláknak a bullying ellen
Jövő osztályterme Modern tanulási környezetekről a Sulineten