機(jī)電工程測(cè)試與信號(hào)分析第六章記錄儀器課件

測(cè)量技術(shù)與信號(hào)處理第六章

記錄儀器第一節(jié)概述第二節(jié)顯式記錄儀器第三節(jié)隱式記錄儀器第一節(jié)概述在測(cè)試過(guò)程中或測(cè)試結(jié)果出來(lái)后，需要顯示出來(lái)、記錄下來(lái)以便于觀(guān)察、處理和利用。本章只介紹信號(hào)的記錄。內(nèi)容包括光線(xiàn)示波器、函數(shù)記錄儀、磁記錄和光盤(pán)記錄等。第二節(jié)顯式記錄儀器一、光線(xiàn)示波器二、筆式記錄儀一、光線(xiàn)示波器1、光線(xiàn)示波器的工作原理和結(jié)構(gòu)組成2、振動(dòng)子特性3、光線(xiàn)示波器的種類(lèi)及選用1、光線(xiàn)示波器的工作原理和結(jié)構(gòu)組成光線(xiàn)示波器是一種由電、磁、光和機(jī)械系統(tǒng)綜合組成的記錄儀器。它利用磁電式振動(dòng)子將輸入的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成光點(diǎn)的橫向移動(dòng)，然后在等速移動(dòng)的感光記錄紙上，將被測(cè)信號(hào)記錄下來(lái)。如圖6-1所示，它由振動(dòng)子系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、記錄紙傳動(dòng)系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)組成。2、振動(dòng)子特性（2）靜態(tài)特性當(dāng)θ0很小時(shí)，光點(diǎn)的偏移量y為：電流靈敏度可由表6-1查出；θ較大時(shí)，輸出與輸入之間有非線(xiàn)性誤差，所以振動(dòng)子在使用時(shí)規(guī)定光點(diǎn)的最大允許偏移量，表6-1中查。2、振動(dòng)子特性（3）動(dòng)態(tài)特性為了實(shí)現(xiàn)不失真地記錄被測(cè)信號(hào)，振動(dòng)子必須具有良好的動(dòng)態(tài)特性。2、振動(dòng)子特性（3）動(dòng)態(tài)特性在設(shè)計(jì)振動(dòng)子時(shí)，應(yīng)使阻尼比為0.7；還應(yīng)充分估計(jì)信號(hào)中可能出現(xiàn)的最高頻率ωm，ωm/ωn<(0.5~0.6)，即振動(dòng)子設(shè)計(jì)和選用的理論依據(jù)。在使用時(shí)，為使振動(dòng)子的工作頻帶寬，應(yīng)選用固有頻率高的振動(dòng)子，即要求轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，張絲的扭轉(zhuǎn)剛度較大。而滿(mǎn)足這些條件，其靈敏度就會(huì)降低，所以在選用振動(dòng)子時(shí)，既要考慮頻帶范圍，又要考慮靈敏度的要求。2、振動(dòng)子特性（3）動(dòng)態(tài)特性固有頻率較低的振動(dòng)子，電磁阻尼起主要作用。Si線(xiàn)圈匝數(shù)WJfn工作時(shí)，線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其大小與線(xiàn)圈的匝數(shù)W成正比。此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在振動(dòng)子與其外接電路相連的回路中形成感生電流，這一電流在流經(jīng)振動(dòng)子線(xiàn)圈時(shí)形成與其線(xiàn)圈匝數(shù)成正比的力矩，這一力矩阻止線(xiàn)圈的主運(yùn)動(dòng)，形成電磁阻尼。阻尼力矩與線(xiàn)圈匝數(shù)的平方成正比，所以在匝數(shù)較大的低頻振子中起主要作用。2、振動(dòng)子特性（4）振動(dòng)子與外接電路的綜合匹配匹配就是振動(dòng)子外接電路的阻抗與振動(dòng)子內(nèi)部的阻抗合適地組合，以確保電路的最大輸出功率、振動(dòng)子的最佳阻尼比和光點(diǎn)在記錄紙上具有最合理的偏移量。2、振動(dòng)子特性（4）振動(dòng)子與外接電路的綜合匹配3、光線(xiàn)示波器的種類(lèi)及選用表6-2二、筆式記錄儀1、檢流計(jì)式筆錄儀二、筆式記錄儀2、函數(shù)記錄儀ucUoUiUiUouc第三節(jié)隱式記錄儀器光線(xiàn)示波器和筆式記錄儀雖然能夠直觀(guān)地記錄信號(hào)的時(shí)間歷程，但卻不能以電信號(hào)的方式復(fù)現(xiàn)，這對(duì)于后續(xù)處理工作很不方便。第三節(jié)隱式記錄儀器本節(jié)介紹的隱式記錄儀器包括磁記錄和光盤(pán)記錄。隱式記錄儀器所記錄的信號(hào)不能直接觀(guān)察，需要通過(guò)其他儀器才能觀(guān)察到所記錄的波形。但它能多次反復(fù)重放，以電信號(hào)形式復(fù)現(xiàn)。便于復(fù)制，記錄介質(zhì)可以重復(fù)使用，信息密度大，穩(wěn)定性好，信號(hào)頻率寬，抗干擾能力強(qiáng)等。電腦上的所有數(shù)據(jù)，都是二進(jìn)制的“0”和“1”;如果用軟盤(pán)、硬盤(pán)來(lái)存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，就是用有磁與無(wú)磁來(lái)區(qū)別“0”和“1”；如果用光盤(pán)來(lái)存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，就是用軌道的“凹”與“凸”來(lái)區(qū)別“0”和“1”；如果用U盤(pán)、SD卡等來(lái)存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，就是用電子元件的“通”和“斷”來(lái)區(qū)別“0”和“1”。

U盤(pán)不會(huì)有“磁道”，所以不叫壞道，這個(gè)說(shuō)法是借用硬盤(pán)的，但有壞點(diǎn)，通常某個(gè)電子元件壞了，就是所說(shuō)的壞道，但由于電子元件集成度高，某一個(gè)壞，會(huì)導(dǎo)致大片壞：存儲(chǔ)一個(gè)英文字母，需要用8個(gè)電子元件，其中一個(gè)壞了，其余7個(gè)就成擺設(shè)，會(huì)導(dǎo)致連片整組的數(shù)據(jù)出錯(cuò)，如果數(shù)據(jù)剛好不寫(xiě)在壞組，U盤(pán)仍可以用，不過(guò)這種U盤(pán)信不過(guò)。第三節(jié)隱式記錄儀器一、磁記錄磁記錄有磁帶式、磁盤(pán)式等，均是利用磁介質(zhì)的剩余磁化現(xiàn)象來(lái)存儲(chǔ)信息。磁帶記錄一般用于模擬信號(hào)的記錄，磁盤(pán)大多用于數(shù)字信號(hào)的記錄。一、磁記錄1、磁帶記錄器的構(gòu)成2、磁帶記錄器的工作原理3、磁帶記錄器的記錄方式4、磁帶記錄器的類(lèi)型與選用1、磁帶記錄器的構(gòu)成（1）記錄放大器和重放放大器（2）磁頭（3）磁帶和磁帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)磁電轉(zhuǎn)換電磁轉(zhuǎn)換磁帶是一種堅(jiān)韌的聚脂薄膜塑料帶，涂有鐵磁性材料粉末。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)等。（2）重放過(guò)程與記錄過(guò)程相反，當(dāng)被磁化的磁帶經(jīng)過(guò)重放磁頭時(shí)，磁帶上剩磁小磁疇的磁力線(xiàn)便通過(guò)磁極和鐵心而形成回路。因?yàn)榇艓Р粩嘁苿?dòng)，磁帶上存留的剩磁不斷變化，鐵心中的磁通也不斷變化，這樣在線(xiàn)圈繞組中就感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)和磁通的變化率成正比，即（2）重放過(guò)程由于磁通Φ和剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，即和記錄時(shí)的信號(hào)電流有關(guān)，所以重放時(shí)的線(xiàn)圈輸出電壓也將與信號(hào)電流的微分有關(guān)。如果信號(hào)電流為則輸出電壓將為重放磁頭的輸出電壓與信號(hào)頻率有關(guān)，且產(chǎn)生固定的相移。對(duì)于一個(gè)多種頻率成分的信號(hào)，重放時(shí)將引起幅值畸變和相位畸變。為補(bǔ)償這種微分特性，重放放大電路應(yīng)具有積分放大的特性。如圖6-9所示。重放過(guò)程另一個(gè)重要問(wèn)題是重放磁頭的工作間隙寬度的處理。重放磁頭鐵心中，起作用的磁通是工作間隙中橋接磁帶的那部分磁通的平均值，磁帶運(yùn)行時(shí)該值應(yīng)隨記錄信號(hào)的變化而變化，這樣磁頭線(xiàn)圈內(nèi)才會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。重放過(guò)程加工困難，輸出電壓小，難以從噪聲中區(qū)別出來(lái)輸出電壓效果最佳輸出電壓始終為零（3）抹磁消除磁帶上存儲(chǔ)的信息，是在“消去磁頭”中通入高頻大電流（100mA以上）。如果記錄在磁帶上的信號(hào)波長(zhǎng)λ遠(yuǎn)小于磁頭工作間隙l，那么磁帶上的一小段在經(jīng)過(guò)此工作間隙時(shí)就受到正反方向多次反復(fù)磁化，當(dāng)這一小段逐漸離開(kāi)工作間隙，高頻磁場(chǎng)強(qiáng)度逐步減弱，使該小段磁帶上的剩磁減弱，最