河北联合大学轻工学院机械工程测试技术课件第5章-显示记录装置

了解各种显示记录装置工作原理及适用场合。对于检流计式记录仪中的光线示波器，要定性掌握其（振子的）动态特性。能正确选用各种显示记录装置以实现信号的不失真记录。,学习目标,学习重点与难点,5.1电位计式记录仪5.2检流计式记录仪5.3磁带记录仪5.4数字存储示波器,主要学习内容,显示记录装置用来显示、记录反映被测信号变化过程（本章主要介绍后者），它是测试系统中不可缺少的输出环节，其作用可归纳为两个方面：显示测试系统所获取的信号，使之变成人们能够直接观察的图形；保存测试系统所获取的信号，并使之能够借助其他仪器进行分析和重放。,显示记录装置的分类：,显式记录仪和隐式记录仪,电位计式记录仪和检流计式记录仪,模拟式记录仪和数字式记录仪,电位计式记录仪用来记录己转化成电压的信号。在工业上和实验室中最常用的电位计式记录仪有电子电位差记录仪、自动平衡电桥记录仪和两维记录的XY函数记录仪等，它们基本上都是采用闭环零位平衡系统的伺服记录仪。,5.1电位计式记录仪PotentiometricTypeRecordingInstruments,5.1.1一维电位计式记录仪,零位自动平衡记录仪原理,5.1.2X-Y函数记录仪,电位计式记录仪的特点：,是一种记录电压信号的电位计式记录仪，属于零位平衡式伺服系统。记录幅值的精度较高，误差一般不超过满量程的0.2%0.5%。因其运动部分的机械惯性较大，故只能记录变化缓慢的低频信号（一般在10Hz以下）。,5.2检流计式记录仪GalvanometricTypeRecordingInstruments,检流计式记录仪用来记录已转换成电流的信号。这种记录仪的测量部分相当于一个动圈式磁电式检流计，用放在磁场中的线圈上的载流导线受的力来驱动记录头。实际测试中使用的检流计式记录仪有笔式记录仪和光线示波器等。记录头的划写部分有笔式、光束式、喷射式、热笔式等类型，记录介质有记录纸、感光纸或胶片、感热生色记录纸等类型。,5.2.1检流计式笔式记录仪,通电线圈在磁场中受力而产生偏转，从而将输入（被记录）电流的变化转换为记录笔的位移变化。,1.动力学分析,电磁力矩,阻尼力矩,游丝反力矩,游丝的扭转刚度系数,阻尼系数,常数,输入,输出,线圈受三个力矩的作用：,转动惯量,2.传递函数,静态灵敏度,固有频率,阻尼比,检流计式记录仪为二阶系统！,3.检流计式笔录仪的特点,检流计式笔录仪是一个二阶系统。为实现信号的不失真记录，应满足且。,因转动惯量较大及游丝刚度较小，因此固有频率较低，加上摩擦，因此其可记录信号的频率也比较低，通常100Hz。,检流计式笔录仪,由于运动部件的惯性较大以及机械摩擦的存在，前面介绍的笔式记录仪可记录信号的频率都比较低。为了改善记录仪的动态特性，人们发明了光线示波器。光线示波器也是一种检流计式记录仪，它用一个转动惯量较小的振子取代了检流计式笔录仪的动圈部分，同时用“光笔”取代了机械笔，由于，从而使其具有较高的固有频率，可以实现对高频（最高可达10kHz）信号的不失真记录。,5.2.2光线示波器,1.工作原理,SC-16型光线示波器,2.光线示波器的特点,光线示波器（的振子）也是一个二阶系统，其动态特性与检流计式笔式记录仪相似。为实现信号的不失真记录，也应满足且。,固有频率较高的振子（）的阻尼主要由油阻尼产生，固有频率较低的振子（）的阻尼主要由电磁阻尼产生。,选择振子的依据是其固有频率，应满足上面的条件。,5.3磁带记录仪MagneticTapeRecorder,磁带记录仪是利用磁性材料的磁化现象进行记录的仪器。它具有以下特点：信息密度高、容量大、频率范围宽；信息能长期保存在磁带上，可在任何需要的时候重放；并且具有改变时基的功能，可根据测量对象变化过程和研究的需要对高频信号采用快速记录、慢速重放的方式，或者对低频信号采用慢速记录、快速重放的方式；可进行长时间的连续记录。,5.3.1工作原理,利用磁性材料的剩磁。,记录过程重放过程消磁过程,三个阶段：,记录过程,重放过程,5.3.2记录方式,1.模拟方式,直接记录方式（DR方式）调频记录方式（FM方式）脉宽调制方式（PDM方式）,2.数字方式（脉冲码调制PCM方式）,磁带记录仪的特点：,工作频带宽，可记录直流信号及数兆赫兹的交流信号。所记录的信息可长久保存，必要时可实现信号的重放。能同时记录多路信号，在工作频带内可保证这些信号之间的时间和相位关系。具有变换信号时基（时间尺度）的能力。既可记录模拟信号，也可记录数字信号。记录速度快，记录数字信号时可高达1MB/s。可与计算机配合，进行大量复杂的数据处理、分析。,5.4数字存储示波器DigitalStorageOscilloscope（DSO）,数字存储示波器是可以对输入信号进行数字存储的示波器。DSO问世于20世纪70年代中期，是随着微处理器和半导体存储器等大规模集成电路的发展和普及而出现的一种新型智能记录仪器。它不仅具有传统模拟示波器的功能，而且具有信号的数据采集、数据处理、信号运算、信号的波形存储等功能，可以按需要合理地重放（包括改变时间尺度）被记录信号的变化过程，还具有智能仪器所共有的一些功能如自检、自校、可编程、通信等。,5.4.1工作原理,5.4.2工作方式,模拟方式象传统示波器一样工作，此时工作频带不受A/D转换器转换速度的影响，可以高达100MHz；存储方式信号经A/D转换后被存储起来，经D/A转换、波形重构、功率放大，在显示器上显示出重构后的波形。,信号算术运算多窗口工作模式波形参数的自动测量数字信号处理通信接口记录信号波形的硬拷贝,5.4.3特殊功能,传统的显示记录装置是电位计式记录仪和检流计式记录仪。电位计式记录仪由于机械传动系统的存在而只能记录变化缓慢的信号，检流计式记录仪由于固有频率及灵敏度较高，因此可以记录频率较高的信号。光线示波器是一种检流计式记录仪，其核心部件是振子，它具有二阶系统的特性。