机电工程测试与信号分析第六章记录仪器课件

测量技术与信号处理第六章

记录仪器第一节概述第二节显式记录仪器第三节隐式记录仪器第一节概述在测试过程中或测试结果出来后，需要显示出来、记录下来以便于观察、处理和利用。本章只介绍信号的记录。内容包括光线示波器、函数记录仪、磁记录和光盘记录等。第二节显式记录仪器一、光线示波器二、笔式记录仪一、光线示波器1、光线示波器的工作原理和结构组成2、振动子特性3、光线示波器的种类及选用1、光线示波器的工作原理和结构组成光线示波器是一种由电、磁、光和机械系统综合组成的记录仪器。它利用磁电式振动子将输入的电流信号转换成光点的横向移动，然后在等速移动的感光记录纸上，将被测信号记录下来。如图6-1所示，它由振动子系统、光学系统、记录纸传动系统以及电气系统组成。2、振动子特性（2）静态特性当θ0很小时，光点的偏移量y为：电流灵敏度可由表6-1查出；θ较大时，输出与输入之间有非线性误差，所以振动子在使用时规定光点的最大允许偏移量，表6-1中查。2、振动子特性（3）动态特性为了实现不失真地记录被测信号，振动子必须具有良好的动态特性。2、振动子特性（3）动态特性在设计振动子时，应使阻尼比为0.7；还应充分估计信号中可能出现的最高频率ωm，ωm/ωn<(0.5~0.6)，即振动子设计和选用的理论依据。在使用时，为使振动子的工作频带宽，应选用固有频率高的振动子，即要求转动部件转动惯量小，张丝的扭转刚度较大。而满足这些条件，其灵敏度就会降低，所以在选用振动子时，既要考虑频带范围，又要考虑灵敏度的要求。2、振动子特性（3）动态特性固有频率较低的振动子，电磁阻尼起主要作用。Si线圈匝数WJfn工作时，线圈在磁场中运动，产生感应电动势，其大小与线圈的匝数W成正比。此感应电动势在振动子与其外接电路相连的回路中形成感生电流，这一电流在流经振动子线圈时形成与其线圈匝数成正比的力矩，这一力矩阻止线圈的主运动，形成电磁阻尼。阻尼力矩与线圈匝数的平方成正比，所以在匝数较大的低频振子中起主要作用。2、振动子特性（4）振动子与外接电路的综合匹配匹配就是振动子外接电路的阻抗与振动子内部的阻抗合适地组合，以确保电路的最大输出功率、振动子的最佳阻尼比和光点在记录纸上具有最合理的偏移量。2、振动子特性（4）振动子与外接电路的综合匹配3、光线示波器的种类及选用表6-2二、笔式记录仪1、检流计式笔录仪二、笔式记录仪2、函数记录仪ucUoUiUiUouc第三节隐式记录仪器光线示波器和笔式记录仪虽然能够直观地记录信号的时间历程，但却不能以电信号的方式复现，这对于后续处理工作很不方便。第三节隐式记录仪器本节介绍的隐式记录仪器包括磁记录和光盘记录。隐式记录仪器所记录的信号不能直接观察，需要通过其他仪器才能观察到所记录的波形。但它能多次反复重放，以电信号形式复现。便于复制，记录介质可以重复使用，信息密度大，稳定性好，信号频率宽，抗干扰能力强等。电脑上的所有数据，都是二进制的“0”和“1”;如果用软盘、硬盘来存储这些数据，就是用有磁与无磁来区别“0”和“1”；如果用光盘来存储这些数据，就是用轨道的“凹”与“凸”来区别“0”和“1”；如果用U盘、SD卡等来存储这些数据，就是用电子元件的“通”和“断”来区别“0”和“1”。

U盘不会有“磁道”，所以不叫坏道，这个说法是借用硬盘的，但有坏点，通常某个电子元件坏了，就是所说的坏道，但由于电子元件集成度高，某一个坏，会导致大片坏：存储一个英文字母，需要用8个电子元件，其中一个坏了，其余7个就成摆设，会导致连片整组的数据出错，如果数据刚好不写在坏组，U盘仍可以用，不过这种U盘信不过。第三节隐式记录仪器一、磁记录磁记录有磁带式、磁盘式等，均是利用磁介质的剩余磁化现象来存储信息。磁带记录一般用于模拟信号的记录，磁盘大多用于数字信号的记录。一、磁记录1、磁带记录器的构成2、磁带记录器的工作原理3、磁带记录器的记录方式4、磁带记录器的类型与选用1、磁带记录器的构成（1）记录放大器和重放放大器（2）磁头（3）磁带和磁带传动机构磁电转换电磁转换磁带是一种坚韧的聚脂薄膜塑料带，涂有铁磁性材料粉末。传动机构包括：电动机、驱动机构和控制机构等。（2）重放过程与记录过程相反，当被磁化的磁带经过重放磁头时，磁带上剩磁小磁畴的磁力线便通过磁极和铁心而形成回路。因为磁带不断移动，磁带上存留的剩磁不断变化，铁心中的磁通也不断变化，这样在线圈绕组中就感应出电动势。电动势和磁通的变化率成正比，即（2）重放过程由于磁通Φ和剩余磁感应强度成正比，即和记录时的信号电流有关，所以重放时的线圈输出电压也将与信号电流的微分有关。如果信号电流为则输出电压将为重放磁头的输出电压与信号频率有关，且产生固定的相移。对于一个多种频率成分的信号，重放时将引起幅值畸变和相位畸变。为补偿这种微分特性，重放放大电路应具有积分放大的特性。如图6-9所示。重放过程另一个重要问题是重放磁头的工作间隙宽度的处理。重放磁头铁心中，起作用的磁通是工作间隙中桥接磁带的那部分磁通的平均值，磁带运行时该值应随记录信号的变化而变化，这样磁头线圈内才会产生感应电动势信号。重放过程加工困难，输出电压小，难以从噪声中区别出来输出电压效果最佳输出电压始终为零（3）抹磁消除磁带上存储的信息，是在“消去磁头”中通入高频大电流（100mA以上）。如果记录在磁带上的信号波长λ远小于磁头工作间隙l，那么磁带上的一小段在经过此工作间隙时就受到正反方向多次反复磁化，当这一小段逐渐离开工作间隙，高频磁场强度逐步减弱，使该小段磁带上的剩磁减弱，最