測(cè)試技術(shù)_焦生杰、呂彭民_第9章顯示記錄儀器

1、第九章 顯示記錄儀器 顯示記錄儀器是測(cè)試系統(tǒng)中必不可少的重要組成部分。被測(cè)量的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后，都要用便于人們觀察的形式顯示出來(lái)或以適當(dāng)?shù)男问接涗浵聛?lái)，以便研究和分析。 顯示記錄儀器可將被測(cè)信號(hào)的幅值及其變化規(guī)律真實(shí)地顯示出來(lái)并記錄下來(lái)，這樣不僅排除了測(cè)量者主觀視覺(jué)誤差和疏失誤差，還可在測(cè)量過(guò)程中或被測(cè)信號(hào)消失后的任何時(shí)間進(jìn)行研究和分析。注：疏失誤差是指在一定的測(cè)量條件下，測(cè)得的值明顯偏離其真值，既不具有確定分布規(guī)律，也不具有隨機(jī)分布規(guī)律的誤差。 顯示、記錄儀器的種類顯示、記錄儀器的種類: :1、顯示儀器：光線示波器：光線示波器：將測(cè)試信號(hào)的量值轉(zhuǎn)變成光點(diǎn)幅度的連續(xù)變化并在屏幕上顯示出來(lái)，實(shí)時(shí)地

2、觀察信號(hào)的變化規(guī)律。電腦顯示屏：電腦顯示屏：功能同上。由于計(jì)算機(jī)的智能化程度、操作性更好、界面設(shè)計(jì)更方便，可實(shí)現(xiàn)多通道、不同量程范圍等的切換、顯示和高精度分辨。2、記錄儀器：光線示波器：光線示波器： 將測(cè)試信號(hào)的量值轉(zhuǎn)變成光點(diǎn)幅度的連續(xù)變化并投射在感光紙上，實(shí)時(shí)地記錄信號(hào)的變化規(guī)律。函數(shù)記錄儀：函數(shù)記錄儀： 用來(lái)記錄變化較慢的模擬電壓量信號(hào)。記錄方式如下：1、用移動(dòng)的記錄筆在靜止的直角坐標(biāo)內(nèi)描繪兩個(gè)變量的函數(shù)關(guān)系；2、使記錄紙勻速移動(dòng)，使記錄筆在與走紙垂直方向上移動(dòng)來(lái)描繪某一變量對(duì)時(shí)間的函數(shù)關(guān)系；3、用多筆函數(shù)記錄儀在同一坐標(biāo)上描繪幾個(gè)因變量對(duì)一個(gè)自變量，或幾個(gè)因變量對(duì)同一時(shí)間坐標(biāo)的關(guān)系。磁帶

3、記錄儀：磁帶記錄儀： 將測(cè)試信號(hào)及結(jié)果以某中形式存儲(chǔ)在磁帶上，而且可以隨時(shí)復(fù)顯數(shù)據(jù)?？梢阅M方式和數(shù)字方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。電腦軟盤、電腦軟盤、光盤、硬盤光盤、硬盤等：等：一、光線示波器的結(jié)構(gòu)：一、光線示波器的結(jié)構(gòu)： 光線示波器是目前在動(dòng)態(tài)測(cè)試中應(yīng)用較多的記錄儀器。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，多線同步記錄，能實(shí)時(shí)直觀記錄試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小和價(jià)格便宜，可以自動(dòng)記錄5kHz以下變化的信號(hào)，精度較高，應(yīng)用廣泛。9 91 1光線示波器光線示波器缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：記錄紙消耗大，且不易長(zhǎng)期保存，不能采用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。組成：組成：光學(xué)系統(tǒng)、時(shí)標(biāo)裝置、走紙裝置、振動(dòng)子、磁系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及攝影系統(tǒng)等。1.光學(xué)系統(tǒng)

4、： 用來(lái)標(biāo)定被測(cè)信號(hào)的幅值，當(dāng)記錄紙以穩(wěn)定的速度移動(dòng)時(shí)，光點(diǎn)在記錄紙上畫出被測(cè)參數(shù)相對(duì)于時(shí)間的變化曲線。光學(xué)傳播路線：1 1、信號(hào)光路：、信號(hào)光路：水銀燈ZD1，L1，M1，G1，M2，L2，小光點(diǎn)；2 2、刻度線光路：、刻度線光路：水銀燈ZD1，L3，M3，光柵D，縱向刻度線；3 3、時(shí)標(biāo)光路：、時(shí)標(biāo)光路：頻閃燈ZD2，M2，L2，橫向時(shí)標(biāo)線。2.振動(dòng)子和磁系統(tǒng)： 振動(dòng)子是光線示波器的核心，它的作用是把按一定規(guī)律變化的電信號(hào)，變換成按同樣規(guī)律變化的光線擺動(dòng)信號(hào)，以便作用在感光記錄紙上，形成模擬記錄曲線。ikkdtdcdtdJi22式中 i輸入線圈的電流； 線圈的偏轉(zhuǎn)角； J取決于振子轉(zhuǎn)動(dòng)部分

5、結(jié)構(gòu)形狀和質(zhì)量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； c阻尼系數(shù)； k張絲的扭轉(zhuǎn)剛度； ki電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)。當(dāng)線圈結(jié)構(gòu)尺寸和磁場(chǎng)強(qiáng)度確定后ki為常數(shù)。3.記錄紙傳動(dòng)和控制系統(tǒng)： 記錄紙的傳動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、變速箱和控制機(jī)構(gòu)組成，它保證在選定的走紙速度下，使記錄紙?jiān)诳v向作勻速運(yùn)動(dòng)，以保證正確的時(shí)標(biāo)。 記錄紙的走紙速度是根據(jù)被測(cè)信號(hào)的頻率變化和記錄紙所需要的分辨率來(lái)選擇的，通常推薦用下式計(jì)算走紙速度v vSfm （91）式中 S記錄信號(hào)最高頻率的一個(gè)周期所要求的距離，由分辨要求來(lái)確定； fm被測(cè)信號(hào)的最高頻率。 在多線測(cè)量記錄中，應(yīng)以頻率最高的測(cè)點(diǎn)算出走紙速度。4.時(shí)標(biāo)裝置： 通過(guò)脈沖頻閃燈將時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)變成閃爍光線在記錄紙上形成

6、的很細(xì)的橫條細(xì)光線稱為時(shí)標(biāo)線，線間距離代表時(shí)標(biāo)脈沖周期。 示波器有不同的時(shí)標(biāo)周期。常用的SC-16型示波器有三種時(shí)標(biāo)，為1、0.1、0.01秒，即每秒1次、10次、100次。單機(jī)使用的時(shí)標(biāo)：?jiǎn)螜C(jī)使用的時(shí)標(biāo)：使用本機(jī)的時(shí)標(biāo)系統(tǒng)。多機(jī)使用及其時(shí)標(biāo)：多機(jī)使用及其時(shí)標(biāo)：當(dāng)記錄的信號(hào)線路數(shù)量多于單機(jī)所能記錄的信號(hào)數(shù)量時(shí)，就要將多臺(tái)示波器一起使用，稱為多機(jī)使用。為了保證信號(hào)記錄的同時(shí)性，以便研究多個(gè)信號(hào)在同一時(shí)刻的變化規(guī)律，必須使用統(tǒng)一的時(shí)標(biāo)。則須公用同一個(gè)時(shí)標(biāo)發(fā)生器。利用時(shí)標(biāo)同步裝置向各個(gè)示波器送入同一時(shí)標(biāo)。二、振動(dòng)子的特性二、振動(dòng)子的特性 在光線示波器的動(dòng)圈振子中，通電線圈在固定永久磁鐵所形成的磁場(chǎng)中

7、產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩使線圈偏轉(zhuǎn)。這是一個(gè)典型的二階扭振系統(tǒng)，其運(yùn)動(dòng)可以用下面二階微分方程描述，即式（92）式中 i輸入線圈的電流； 線圈的偏轉(zhuǎn)角； J取決于振子轉(zhuǎn)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)形狀和質(zhì)量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； c阻尼系數(shù)； k張絲的扭轉(zhuǎn)剛度； ki電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)。當(dāng)線圈結(jié)構(gòu)尺寸和磁場(chǎng)強(qiáng)度確定后ki為常數(shù)。ISIkkaiikkdtdcdtdJi221.靜態(tài)特性：靜態(tài)特性表示振動(dòng)子輸入直流電流I時(shí)，輸出與輸入的關(guān)系，由式（92）可得 式中：Ski/k/I，表示單位電流作用下偏轉(zhuǎn)角的大小，稱為振子常數(shù)。 實(shí)際中振動(dòng)子的靈敏度常用單位電流流過(guò)振動(dòng)子時(shí)，光點(diǎn)在記錄紙上移動(dòng)的距離表示，即 Si=H/I式中：H光點(diǎn)在記錄紙上移動(dòng)

8、的距離。ISIkkai 當(dāng)很小時(shí)，cos1，光點(diǎn)實(shí)際上轉(zhuǎn)動(dòng)兩倍于的圓弧，即HLtg2；當(dāng)很小時(shí)，tg22，此時(shí)，H2L，于是有 SiH/I2L/I2LS 式（93）式中：Si稱為振子的電流靈敏度，它表示單位直流電流所引起的記錄紙上光點(diǎn)偏移量。 由式（93）可知，振子的電流靈敏度與振子常數(shù)S及光臂長(zhǎng)度L有關(guān)。2.動(dòng)態(tài)特性： 由式Si=H/I可得靜態(tài)靈敏度S1時(shí)振動(dòng)子的頻率響應(yīng)函數(shù)、幅頻特性和相頻特性的表達(dá)式，即 根據(jù)第二章介紹的不失真條件，當(dāng)A（）為常數(shù)和（）為通過(guò)原點(diǎn)地一條斜線時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量。由此可知，只有在阻尼比D0.7、頻率比/00.5時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量。SjDjH020211

9、)(20020222012)(411)(DarctgSDA四、振動(dòng)子與測(cè)量電路匹配問(wèn)題四、振動(dòng)子與測(cè)量電路匹配問(wèn)題 在選擇振動(dòng)子時(shí)，為了保證在測(cè)量過(guò)程中使阻尼比穩(wěn)定在D0.7，還要很好的解決振動(dòng)子與測(cè)量電路的匹配問(wèn)題，以滿足電路的要求。動(dòng)圈式振動(dòng)子的阻尼方式有兩種：動(dòng)圈式振動(dòng)子的阻尼方式有兩種：1、電磁阻尼：適用于低頻高靈敏度地振動(dòng)子。電磁阻尼式振動(dòng)子的阻尼比與振動(dòng)子線圈外電阻的大小有關(guān)，對(duì)于電磁阻尼式振動(dòng)子，規(guī)定了阻尼系數(shù)為0.7的外電阻值。2、油阻尼：適用于高頻（f01200Hz）的振動(dòng)子振動(dòng)子的阻尼是固定的，不能調(diào)整。 對(duì)于油阻尼式的振動(dòng)子，由于其固有頻率高，D在0.60.7之間，使用時(shí)

10、不必另行選配阻尼和阻尼電阻，只需考慮振動(dòng)子的靈敏度、最大允許電流和放大器輸出電流的關(guān)系。而對(duì)于電磁阻尼振動(dòng)子，為了獲得D0.7的最佳阻尼條件，須按下圖所示電路計(jì)算外接電阻，圖中us為信號(hào)源電壓，Rg為振子線圈阻抗，Rm為信號(hào)源內(nèi)阻，Rs為串聯(lián)電阻，Rp為并聯(lián)電阻，RD為振子要求的外電阻，ig為流過(guò)振子的電流。由圖可得：PsmPsmDDsmDsmPmgDgiDsRRRRRRRRRRRRRRRRRiuRR三、振動(dòng)子的選擇：三、振動(dòng)子的選擇： 1.被記錄信號(hào)的最高諧波頻率應(yīng)在振動(dòng)子的允許工作頻率之內(nèi)。通常規(guī)定最高諧波分量的振幅為基波振幅的10，否則就會(huì)使記錄曲線嚴(yán)重失真。一般，對(duì)沒(méi)有很陡前沿的波形，取3 0作為振動(dòng)子的允許工作頻帶，而對(duì)矩形波則取10 0作為振動(dòng)子的允許工作頻帶。 2.振動(dòng)子固有頻率的確定。由振動(dòng)子的幅頻特性可知，在允許振幅有5誤差的條件下，油阻尼振動(dòng)子的允許工作頻帶為其固有頻率的4045；電磁阻尼振動(dòng)子的允許工作頻帶為其固有頻率的60。在被記錄的信號(hào)的最高次諧波頻率確定