第9章 显示记录仪器

.,第九章显示记录仪器,显示记录仪器是测试系统中必不可少的重要组成部分。被测量的信号经过处理后，都要用便于人们观察的形式显示出来或以适当的形式记录下来，以便研究和分析。显示记录仪器可将被测信号的幅值及其变化规律真实地显示出来并记录下来，这样不仅排除了测量者主观视觉误差和疏失误差，还可在测量过程中或被测信号消失后的任何时间进行研究和分析。注：疏失误差是指在一定的测量条件下，测得的值明显偏离其真值，既不具有确定分布规律，也不具有随机分布规律的误差。,.,显示、记录仪器的种类:1、显示仪器：光线示波器：将测试信号的量值转变成光点幅度的连续变化并在屏幕上显示出来，实时地观察信号的变化规律。电脑显示屏：功能同上。由于计算机的智能化程度、操作性更好、界面设计更方便，可实现多通道、不同量程范围等的切换、显示和高精度分辨。,.,2、记录仪器：光线示波器：将测试信号的量值转变成光点幅度的连续变化并投射在感光纸上，实时地记录信号的变化规律。函数记录仪：用来记录变化较慢的模拟电压量信号。记录方式如下：1、用移动的记录笔在静止的直角坐标内描绘两个变量的函数关系；2、使记录纸匀速移动，使记录笔在与走纸垂直方向上移动来描绘某一变量对时间的函数关系；3、用多笔函数记录仪在同一坐标上描绘几个因变量对一个自变量，或几个因变量对同一时间坐标的关系。,.,磁带记录仪：将测试信号及结果以某中形式存储在磁带上，而且可以随时复显数据。可以模拟方式和数字方式存储数据。,电脑软盘、光盘、硬盘等：,.,一、光线示波器的结构：光线示波器是目前在动态测试中应用较多的记录仪器。优点：灵敏度高，多线同步记录，能实时直观记录试验结果，结构简单，体积小和价格便宜，可以自动记录5kHz以下变化的信号，精度较高，应用广泛。,91光线示波器,缺点：记录纸消耗大，且不易长期保存，不能采用电子计算机进行数据处理。组成：光学系统、时标装置、走纸装置、振动子、磁系统、电气系统及摄影系统等。,.,1.光学系统：用来标定被测信号的幅值，当记录纸以稳定的速度移动时，光点在记录纸上画出被测参数相对于时间的变化曲线。,光学传播路线：1、信号光路：水银灯ZD1，L1，M1，G1，M2，L2，小光点；2、刻度线光路：水银灯ZD1，L3，M3，光栅D，纵向刻度线；3、时标光路：频闪灯ZD2，M2，L2，横向时标线。,.,2.振动子和磁系统：振动子是光线示波器的核心，它的作用是把按一定规律变化的电信号，变换成按同样规律变化的光线摆动信号，以便作用在感光记录纸上，形成模拟记录曲线。,式中i输入线圈的电流；线圈的偏转角；J取决于振子转动部分结构形状和质量的转动惯量；c阻尼系数；k张丝的扭转刚度；ki电磁转矩系数。当线圈结构尺寸和磁场强度确定后ki为常数。,.,3.记录纸传动和控制系统：记录纸的传动系统由电机、变速箱和控制机构组成，它保证在选定的走纸速度下，使记录纸在纵向作匀速运动，以保证正确的时标。记录纸的走纸速度是根据被测信号的频率变化和记录纸所需要的分辨率来选择的，通常推荐用下式计算走纸速度vvSfm（91）式中S记录信号最高频率的一个周期所要求的距离，由分辨要求来确定；fm被测信号的最高频率。在多线测量记录中，应以频率最高的测点算出走纸速度。,.,4.时标装置：通过脉冲频闪灯将时钟信号转变成闪烁光线在记录纸上形成的很细的横条细光线称为时标线，线间距离代表时标脉冲周期。示波器有不同的时标周期。常用的SC-16型示波器有三种时标，为1、0.1、0.01秒，即每秒1次、10次、100次。单机使用的时标：使用本机的时标系统。多机使用及其时标：当记录的信号线路数量多于单机所能记录的信号数量时，就要将多台示波器一起使用，称为多机使用。为了保证信号记录的同时性，以便研究多个信号在同一时刻的变化规律，必须使用统一的时标。则须公用同一个时标发生器。利用时标同步装置向各个示波器送入同一时标。,.,二、振动子的特性,在光线示波器的动圈振子中，通电线圈在固定永久磁铁所形成的磁场中产生的电磁转矩使线圈偏转。这是一个典型的二阶扭振系统，其运动可以用下面二阶微分方程描述，即,式（92）,式中i输入线圈的电流；线圈的偏转角；J取决于振子转动部分结构形状和质量的转动惯量；c阻尼系数；k张丝的扭转刚度；ki电磁转矩系数。当线圈结构尺寸和磁场强度确定后ki为常数。,.,1.静态特性：静态特性表示振动子输入直流电流I时，输出与输入的关系，由式（92）可得,式中：Ski/k/I，表示单位电流作用下偏转角的大小，称为振子常数。实际中振动子的灵敏度常用单位电流流过振动子时，光点在记录纸上移动的距离表示，即Si=H/I式中：H光点在记录纸上移动的距离。,.,当很小时，cos1，光点实际上转动两倍于的圆弧，即HLtg2；当很小时，tg22，此时，H2L，于是有SiH/I2L/I2LS式（93）式中：Si称为振子的电流灵敏度，它表示单位直流电流所引起的记录纸上光点偏移量。由式（93）可知，振子的电流灵敏度与振子常数S及光臂长度L有关。,.,2.动态特性：由式Si=H/I可得静态灵敏度S1时振动子的频率响应函数、幅频特性和相频特性的表达式，即,根据第二章介绍的不失真条件，当A（）为常数和（）为通过原点地一条斜线时，才能实现不失真测量。由此可知，只有在阻尼比D0.7、频率比/00.5时，才能实现不失真测量。,.,四、振动子与测量电路匹配问题,在选择振动子时，为了保证在测量过程中使阻尼比稳定在D0.7，还要很好的解决振动子与测量电路的匹配问题，以满足电路的要求。动圈式振动子的阻尼方式有两种：1、电磁阻尼：适用于低频高灵敏度地振动子。电磁阻尼式振动子的阻尼比与振动子线圈外电阻的大小有关，对于电磁阻尼式振动子，规定了阻尼系数为0.7的外电阻值。2、油阻尼：适用于高频（f01200Hz）的振动子振动子的阻尼是固定的，不能调整。,.,对于油阻尼式的振动子，由于其固有频率高，D在0.60.7之间，使用时不必另行选配阻尼和阻尼电阻，只需考虑振动子的灵敏度、最大允许电流和放大器输出电流的关系。而对于电磁阻尼振动子，为了获得D0.7的最佳阻尼条件，须按下图所示电路计算外接电阻，图中us为信号源电压，Rg为振子线圈阻抗，Rm为信号源内阻，Rs为串联电阻，Rp为并联电阻，RD为振子要求的外电阻，ig为流过振子的电流。由图可得：,.,三、振动子的选择：1.被记录信号的最高谐波频率应在振动子的允许工作频率之内。通常规定最高谐波分量的振幅为基波振幅的10，否则就会使记录曲线严重失真。一般，对没有很陡前沿的波形，取30作为振动子的允许工作频带，而对矩形波则取100作为振动子的允许工作频带。2.振动子固有频率的确定。由振动子的幅频特性可知，在允许振幅有5误差的条件下，油阻尼振动子的允许工作频带为其固有频率的4045；电磁阻尼振动子的允许工作频带为其固有频率的60。在被记录的信号的最高次谐波频率确定后，便可依据这一原则选择振动子的固