第5章 顯示記錄裝置

1、Display Apparatus and Recording Apparatus 第第5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置 了解各種顯示記錄裝置工作原理及適用場合。對于檢了解各種顯示記錄裝置工作原理及適用場合。對于檢流計式記錄儀中的光線示波器，要定性掌握其（振子的）流計式記錄儀中的光線示波器，要定性掌握其（振子的）動態(tài)特性。能正確選用各種顯示記錄裝置以實現(xiàn)信號的不動態(tài)特性。能正確選用各種顯示記錄裝置以實現(xiàn)信號的不失真記錄。失真記錄。 學習目標學習目標學習重點與難點學習重點與難點檢流計式記錄儀的動態(tài)特性。檢流計式記錄儀的動態(tài)特性。重點重點難點難點檢流計式記錄

2、儀的動態(tài)特性。檢流計式記錄儀的動態(tài)特性。第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置5.1 電位計式記錄儀電位計式記錄儀5.2 檢流計式記錄儀檢流計式記錄儀5.3 磁帶記錄儀磁帶記錄儀5.4 數(shù)字存儲示波器數(shù)字存儲示波器主要學習內(nèi)容主要學習內(nèi)容第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置 顯示記錄裝置用來顯示、記錄反映被測信號變化過顯示記錄裝置用來顯示、記錄反映被測信號變化過程（本章主要介紹后者），它是測試系統(tǒng)中不可缺少的程（本章主要介紹后者），它是測試系統(tǒng)中不可缺少的輸出環(huán)節(jié)，其作用可歸納為兩個方面：輸出環(huán)節(jié)，其作用可歸納為兩個方面： 顯示測試系統(tǒng)所獲取的信號，使之變成人們能夠顯示測試系統(tǒng)所獲取的信

3、號，使之變成人們能夠直接觀察的圖形；直接觀察的圖形； 保存測試系統(tǒng)所獲取的信號，并使之能夠借助其保存測試系統(tǒng)所獲取的信號，并使之能夠借助其他儀器進行分析和重放。他儀器進行分析和重放。顯示記錄裝置的分類：顯示記錄裝置的分類： 顯式記錄儀和隱式記錄儀顯式記錄儀和隱式記錄儀 電位計式記錄儀和檢流計式記錄儀電位計式記錄儀和檢流計式記錄儀 模擬式記錄儀和數(shù)字式記錄儀模擬式記錄儀和數(shù)字式記錄儀第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置 電位計式記錄儀用來記錄己轉(zhuǎn)化成電壓的信號。電位計式記錄儀用來記錄己轉(zhuǎn)化成電壓的信號。在工業(yè)上和實驗室中最常用的電位計式記錄儀有電在工業(yè)上和實驗室中最常用的電位計式記錄儀有電子

4、電位差記錄儀、自動平衡電橋記錄儀和兩維記錄子電位差記錄儀、自動平衡電橋記錄儀和兩維記錄的的XY函數(shù)記錄儀等，它們基本上都是采用閉環(huán)零函數(shù)記錄儀等，它們基本上都是采用閉環(huán)零位平衡系統(tǒng)的伺服記錄儀。位平衡系統(tǒng)的伺服記錄儀。5.1 電位計式記錄儀電位計式記錄儀Potentiometric Type Recording Instruments第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置5.1.1 一維電位計式記錄儀一維電位計式記錄儀零位自動平衡記錄儀原理零位自動平衡記錄儀原理第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置5.1.2 X-Y函數(shù)記錄儀函數(shù)記錄儀 第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置電位計式記錄

5、儀的特點：電位計式記錄儀的特點： 是一種記錄電壓信號的電位計式記錄儀，屬于零位是一種記錄電壓信號的電位計式記錄儀，屬于零位平衡式伺服系統(tǒng)。平衡式伺服系統(tǒng)。 記錄幅值的精度較高，誤差一般不超過滿量程的記錄幅值的精度較高，誤差一般不超過滿量程的0.2%0.5% 。 因其運動部分的機械慣性較大，故只能記錄變化緩因其運動部分的機械慣性較大，故只能記錄變化緩慢的低頻信號（一般在慢的低頻信號（一般在10Hz以下）。以下）。第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置5.2 檢流計式記錄儀檢流計式記錄儀Galvanometric Type Recording Instruments 檢流計式記錄儀用來記錄已轉(zhuǎn)換

6、成電流的信號。這檢流計式記錄儀用來記錄已轉(zhuǎn)換成電流的信號。這種記錄儀的測量部分相當于一個動圈式磁電式檢流計，種記錄儀的測量部分相當于一個動圈式磁電式檢流計，用放在磁場中的線圈上的載流導線受的力來驅(qū)動記錄頭。用放在磁場中的線圈上的載流導線受的力來驅(qū)動記錄頭。實際測試中使用的檢流計式記錄儀有筆式記錄儀和光線實際測試中使用的檢流計式記錄儀有筆式記錄儀和光線示波器等。記錄頭的劃寫部分有筆式、光束式、噴射式、示波器等。記錄頭的劃寫部分有筆式、光束式、噴射式、熱筆式等類型，記錄介質(zhì)有記錄紙、感光紙或膠片、感熱筆式等類型，記錄介質(zhì)有記錄紙、感光紙或膠片、感熱生色記錄紙等類型。熱生色記錄紙等類型。第第5 5章

7、章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置5.2.1 檢流計式筆式記錄儀檢流計式筆式記錄儀 通電線圈在磁場中受力而產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而將輸入通電線圈在磁場中受力而產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而將輸入（被記錄）電流的變化轉(zhuǎn)換為記錄筆的位移變化。（被記錄）電流的變化轉(zhuǎn)換為記錄筆的位移變化。 第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置1. 動力學分析動力學分析電磁力矩電磁力矩 )()(tiKtMii dttdDtMD)()( 阻尼力矩阻尼力矩 )()(tGtMG 游絲反力矩游絲反力矩 G游絲的扭游絲的扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)轉(zhuǎn)剛度系數(shù) D阻尼系數(shù)阻尼系數(shù) iK常數(shù)常數(shù) )(ti輸入輸入)(t 輸出輸出 線圈受三個力矩的作用：線圈受三個力矩的作用：

8、第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置22)()()()(dttdJtMtMtMGDi )()()()(22tiKtGdttdDdttdJi J轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量 22222)/()/()/()()()(nnnissSJGsJDsJKsIssH 2. 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)GKSi 靜態(tài)靈敏度靜態(tài)靈敏度 JGn 固有頻率固有頻率 GJD2 阻尼比阻尼比 檢流計式記錄儀為二階系統(tǒng)！檢流計式記錄儀為二階系統(tǒng)！第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置3. 檢流計式筆錄儀的特點檢流計式筆錄儀的特點 檢流計式筆錄儀是一個二階系統(tǒng)。為實現(xiàn)信號的不失檢流計式筆錄儀是一個二階系統(tǒng)。為實現(xiàn)信號的不失真記錄，應滿足真記

9、錄，應滿足 且且 。707. 0 4 . 0/max n 因轉(zhuǎn)動慣量較大及游絲剛度較小，因此固有頻率較低，因轉(zhuǎn)動慣量較大及游絲剛度較小，因此固有頻率較低，加上摩擦，因此其可記錄信號的頻率也比較低，加上摩擦，因此其可記錄信號的頻率也比較低， 通常通常100Hz。第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置檢流計式筆錄儀檢流計式筆錄儀第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置 由于運動部件的慣性較大以及機械摩擦的存在，由于運動部件的慣性較大以及機械摩擦的存在，前面介紹的筆式記錄儀可記錄信號的頻率都比較低。前面介紹的筆式記錄儀可記錄信號的頻率都比較低。為了改善記錄儀的動態(tài)特性，人們發(fā)明了光線示波器。為了改

10、善記錄儀的動態(tài)特性，人們發(fā)明了光線示波器。光線示波器也是一種檢流計式記錄儀，它用一個轉(zhuǎn)動光線示波器也是一種檢流計式記錄儀，它用一個轉(zhuǎn)動慣量較小的振子取代了檢流計式筆錄儀的動圈部分，慣量較小的振子取代了檢流計式筆錄儀的動圈部分，同時用同時用“光筆光筆”取代了機械筆，由于取代了機械筆，由于 ，從，從而使其具有較高的固有頻率，可以實現(xiàn)對高頻（最高而使其具有較高的固有頻率，可以實現(xiàn)對高頻（最高可達可達10kHz）信號的不失真記錄。）信號的不失真記錄。 JGn/ 5.2.2 光線示波器光線示波器 第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置1. 工作原理工作原理第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置SC-

11、16型光線示波器型光線示波器第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置2. 光線示波器的特點光線示波器的特點 光線示波器（的振子）也是一個二階系統(tǒng)，其動態(tài)特光線示波器（的振子）也是一個二階系統(tǒng)，其動態(tài)特性與檢流計式筆式記錄儀相似。為實現(xiàn)信號的不失真記錄，性與檢流計式筆式記錄儀相似。為實現(xiàn)信號的不失真記錄，也應滿足也應滿足 且且 。707. 0 4 . 0/max nff 固有頻率較高的振子（固有頻率較高的振子（ ）的阻尼主要由油）的阻尼主要由油阻尼產(chǎn)生，固有頻率較低的振子（阻尼產(chǎn)生，固有頻率較低的振子（ ）的阻尼主）的阻尼主要由電磁阻尼產(chǎn)生。要由電磁阻尼產(chǎn)生。Hz400 nfHz400 nf 選

12、擇振子的依據(jù)是其固有頻率，應滿足上面的條件。選擇振子的依據(jù)是其固有頻率，應滿足上面的條件。第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置5.3 磁帶記錄儀磁帶記錄儀Magnetic Tape Recorder 磁帶記錄儀是利用磁性材料的磁化現(xiàn)象進行記錄的磁帶記錄儀是利用磁性材料的磁化現(xiàn)象進行記錄的儀器。它具有以下特點：信息密度高、容量大、頻率范儀器。它具有以下特點：信息密度高、容量大、頻率范圍寬；信息能長期保存在磁帶上，可在任何需要的時候圍寬；信息能長期保存在磁帶上，可在任何需要的時候重放；并且具有改變時基的功能，可根據(jù)測量對象變化重放；并且具有改變時基的功能，可根據(jù)測量對象變化過程和研究的需要對高

13、頻信號采用快速記錄、慢速重放過程和研究的需要對高頻信號采用快速記錄、慢速重放的方式，或者對低頻信號采用慢速記錄、快速重放的方的方式，或者對低頻信號采用慢速記錄、快速重放的方式；可進行長時間的連續(xù)記錄。式；可進行長時間的連續(xù)記錄。第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置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。 記錄過程記錄過程 重放過程重放過程 消磁過程消磁過程三個階段：三個階段：第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置記錄過程記錄過程第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置重放過程重放過程第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置5.3.2 記錄方式記錄方式 1.

14、模擬方式模擬方式 直接記錄方式（直接記錄方式（DR方式）方式） 調(diào)頻記錄方式（調(diào)頻記錄方式（FM方式）方式） 脈寬調(diào)制方式（脈寬調(diào)制方式（PDM方式）方式）第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置2. 數(shù)字方式（脈沖碼調(diào)制數(shù)字方式（脈沖碼調(diào)制PCM方式）方式）第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置磁帶記錄儀的特點：磁帶記錄儀的特點： 工作頻帶寬，可記錄直流信號及數(shù)兆赫茲的交流信工作頻帶寬，可記錄直流信號及數(shù)兆赫茲的交流信號。號。 所記錄的信息可長久保存，必要時可實現(xiàn)信號的重所記錄的信息可長久保存，必要時可實現(xiàn)信號的重放。放。 能同時記錄多路信號，在工作頻帶內(nèi)可保證這些信能同時記錄多路信號，在

15、工作頻帶內(nèi)可保證這些信號之間的時間和相位關系。號之間的時間和相位關系。 具有變換信號時基（時間尺度）的能力。具有變換信號時基（時間尺度）的能力。 既可記錄模擬信號，也可記錄數(shù)字信號。既可記錄模擬信號，也可記錄數(shù)字信號。 記錄速度快，記錄數(shù)字信號時可高達記錄速度快，記錄數(shù)字信號時可高達1MB/s。 可與計算機配合，進行大量復雜的數(shù)據(jù)處理、分析?？膳c計算機配合，進行大量復雜的數(shù)據(jù)處理、分析。 第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置5.4 數(shù)字存儲示波器數(shù)字存儲示波器Digital Storage Oscilloscope （DSO） 數(shù)字存儲示波器是可以對輸入信號進行數(shù)字存儲的示數(shù)字存儲示波器是

16、可以對輸入信號進行數(shù)字存儲的示波器。波器。DSO問世于問世于20世紀世紀70年代中期，是隨著微處理器和年代中期，是隨著微處理器和半導體存儲器等大規(guī)模集成電路的發(fā)展和普及而出現(xiàn)的一半導體存儲器等大規(guī)模集成電路的發(fā)展和普及而出現(xiàn)的一種新型智能記錄儀器。它不僅具有傳統(tǒng)模擬示波器的功能，種新型智能記錄儀器。它不僅具有傳統(tǒng)模擬示波器的功能，而且具有信號的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、信號運算、信號的而且具有信號的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、信號運算、信號的波形存儲等功能，可以按需要合理地重放（包括改變時間波形存儲等功能，可以按需要合理地重放（包括改變時間尺度）被記錄信號的變化過程，還具有智能儀器所共有的尺度）被記錄信號的

17、變化過程，還具有智能儀器所共有的一些功能一些功能如自檢、自校、可編程、通信等。如自檢、自校、可編程、通信等。第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置5.4.1 工作原理工作原理第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置5.4.2 工作方式工作方式 模擬方式模擬方式 象傳統(tǒng)示波器一樣工作，此時工作頻帶不受象傳統(tǒng)示波器一樣工作，此時工作頻帶不受A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度的影響，可以高達換器轉(zhuǎn)換速度的影響，可以高達100MHz； 存儲方式存儲方式 信號經(jīng)信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后被存儲起來，經(jīng)轉(zhuǎn)換后被存儲起來，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換、波形重轉(zhuǎn)換

18、、波形重構、功率放大，在顯示器上顯示出重構后的波形。構、功率放大，在顯示器上顯示出重構后的波形。第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置 信號算術運算信號算術運算 多窗口工作模式多窗口工作模式 波形參數(shù)的自動測量波形參數(shù)的自動測量 數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理 通信接口通信接口 記錄信號波形的硬拷貝記錄信號波形的硬拷貝5.4.3 特殊功能特殊功能第第5 5章章 顯示記錄裝置顯示記錄裝置 傳統(tǒng)的顯示記錄裝置是電位計式記錄儀和檢流計式記錄傳統(tǒng)的顯示記錄裝置是電位計式記錄儀和檢流計式記錄儀。電位計式記錄儀由于機械傳動系統(tǒng)的存在而只能記錄變儀。電位計式記錄儀由于機械傳動系統(tǒng)的存在而只能記錄變化緩慢的信號，檢流計式記錄儀由于固有頻率及靈敏度較高，化緩慢的信號，檢流計式記錄儀由于固有頻率及靈敏度較高，因此可以記錄頻率較高的信號。光線示波器是一種檢流計式因此可以記錄頻率較高的信號。光線示波器是一種檢流計式記錄儀，其核心部件是振子，它具有二階系統(tǒng)的特