河北联合大学轻工学院机械工程测试技术PPT第5章 显示记录装置

1、Display Apparatus and Recording Apparatus 第第5章章 显示记录装置显示记录装置第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置 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）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。失真记录。 学习目标学习目标学习重点与难点学习重点与难点检流计式记录仪的动态特性。检流计式记录仪的动态特性。重点重点难点难点检流计式记录

2、仪的动态特性。检流计式记录仪的动态特性。第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置5.1 电位计式记录仪电位计式记录仪5.2 检流计式记录仪检流计式记录仪5.3 磁带记录仪磁带记录仪5.4 数字存储示波器数字存储示波器主要学习内容主要学习内容第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置 显示记录装置用来显示、记录反映被测信号变化过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：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，使之变成人们能够显示测试系统所获取的信

3、号，使之变成人们能够直接观察的图形；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。他仪器进行分析和重放。显示记录装置的分类：显示记录装置的分类： 显式记录仪和隐式记录仪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模拟式记录仪和数字式记录仪第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置 电位计式记录仪用来记录己转化成电压的信号。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在工业上和实验室中最常用的电位计式记录仪有电子

4、电位差记录仪、自动平衡电桥记录仪和两维记录子电位差记录仪、自动平衡电桥记录仪和两维记录的的XY函数记录仪等，它们基本上都是采用闭环零函数记录仪等，它们基本上都是采用闭环零位平衡系统的伺服记录仪。位平衡系统的伺服记录仪。5.1 电位计式记录仪电位计式记录仪Potentiometric Type Recording Instruments第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置5.1.1 一维电位计式记录仪一维电位计式记录仪零位自动平衡记录仪原理零位自动平衡记录仪原理第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置5.1.2 X-Y函数记录仪函数记录仪 第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置电位计式记录

5、仪的特点：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。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（一般在慢的低频信号（一般在10Hz以下）。以下）。第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置5.2 检流计式记录仪检流计式记录仪Galvanometric Type Recording Instruments 检流计式记录仪用来记录已转换

6、成电流的信号。这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，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。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、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。热生色记录纸等类型。第第5 5章

7、章 显示记录装置显示记录装置5.2.1 检流计式笔式记录仪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。（被记录）电流的变化转换为记录笔的位移变化。 第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置1. 动力学分析动力学分析电磁力矩电磁力矩 )()(tiKtMii dttdDtMD)()( 阻尼力矩阻尼力矩 )()(tGtMG 游丝反力矩游丝反力矩 G游丝的扭游丝的扭转刚度系数转刚度系数 D阻尼系数阻尼系数 iK常数常数 )(ti输入输入)(t 输出输出 线圈受三个力矩的作用：线圈受三个力矩的作用：

8、第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置22)()()()(dttdJtMtMtMGDi )()()()(22tiKtGdttdDdttdJi J转动惯量转动惯量 22222)/()/()/()()()(nnnissSJGsJDsJKsIssH 2. 传递函数传递函数GKSi 静态灵敏度静态灵敏度 JGn 固有频率固有频率 GJD2 阻尼比阻尼比 检流计式记录仪为二阶系统！检流计式记录仪为二阶系统！第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置3. 检流计式笔录仪的特点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，应满足真记

9、录，应满足 且且 。707. 0 4 . 0/max n 因转动惯量较大及游丝刚度较小，因此固有频率较低，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，加上摩擦，因此其可记录信号的频率也比较低， 通常通常100Hz。第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置检流计式笔录仪检流计式笔录仪第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置 由于运动部件的惯性较大以及机械摩擦的存在，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。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。为了改

10、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，惯量较小的振子取代了检流计式笔录仪的动圈部分，同时用同时用“光笔光笔”取代了机械笔，由于取代了机械笔，由于 ，从，从而使其具有较高的固有频率，可以实现对高频（最高而使其具有较高的固有频率，可以实现对高频（最高可达可达10kHz）信号的不失真记录。）信号的不失真记录。 JGn/ 5.2.2 光线示波器光线示波器 第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置1. 工作原理工作原理第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置SC-

11、16型光线示波器型光线示波器第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置2. 光线示波器的特点光线示波器的特点 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，性与检流计式笔式记录仪相似。为实现信号的不失真记录，也应满足也应满足 且且 。707. 0 4 . 0/max nff 固有频率较高的振子（固有频率较高的振子（ ）的阻尼主要由油）的阻尼主要由油阻尼产生，固有频率较低的振子（阻尼产生，固有频率较低的振子（ ）的阻尼主）的阻尼主要由电磁阻尼产生。要由电磁阻尼产生。Hz400 nfHz400 nf 选

12、择振子的依据是其固有频率，应满足上面的条件。选择振子的依据是其固有频率，应满足上面的条件。第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置5.3 磁带记录仪磁带记录仪Magnetic Tape Recorder 磁带记录仪是利用磁性材料的磁化现象进行记录的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

13、频信号采用快速记录、慢速重放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。式；可进行长时间的连续记录。第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置5.3.1 工作原理工作原理 利用磁性材利用磁性材料的剩磁。料的剩磁。 记录过程记录过程 重放过程重放过程 消磁过程消磁过程三个阶段：三个阶段：第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置记录过程记录过程第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置重放过程重放过程第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置5.3.2 记录方式记录方式 1.

14、模拟方式模拟方式 直接记录方式（直接记录方式（DR方式）方式） 调频记录方式（调频记录方式（FM方式）方式） 脉宽调制方式（脉宽调制方式（PDM方式）方式）第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置2. 数字方式（脉冲码调制数字方式（脉冲码调制PCM方式）方式）第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置磁带记录仪的特点：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工作频带宽，可记录直流信号及数兆赫兹的交流信号。号。 所记录的信息可长久保存，必要时可实现信号的重所记录的信息可长久保存，必要时可实现信号的重放。放。 能同时记录多路信号，在工作频带内可保证这些信能同时记录多路信号，在

15、工作频带内可保证这些信号之间的时间和相位关系。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。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。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。可与计算机配合，进行大量复杂的数据处理、分析。 第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置5.4 数字存储示波器数字存储示波器Digital Storage Oscilloscope （DSO） 数字存储示波器是可以对输入信号进行数字存储的示数字存储示波器是

16、可以对输入信号进行数字存储的示波器。波器。DSO问世于问世于20世纪世纪70年代中期，是随着微处理器和年代中期，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，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尺度）被记录信号的

17、变化过程，还具有智能仪器所共有的一些功能一些功能如自检、自校、可编程、通信等。如自检、自校、可编程、通信等。第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置5.4.1 工作原理工作原理第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置5.4.2 工作方式工作方式 模拟方式模拟方式 象传统示波器一样工作，此时工作频带不受象传统示波器一样工作，此时工作频带不受A/D转转换器转换速度的影响，可以高达换器转换速度的影响，可以高达100MHz； 存储方式存储方式 信号经信号经A/D转换后被存储起来，经转换后被存储起来，经D/A转换、波形重转换

18、、波形重构、功率放大，在显示器上显示出重构后的波形。构、功率放大，在显示器上显示出重构后的波形。第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置 信号算术运算信号算术运算 多窗口工作模式多窗口工作模式 波形参数的自动测量波形参数的自动测量 数字信号处理数字信号处理 通信接口通信接口 记录信号波形的硬拷贝记录信号波形的硬拷贝5.4.3 特殊功能特殊功能第第5 5章章 显示记录装置显示记录装置 传统的显示记录装置是电位计式记录仪和检流计式记录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，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