機電工程測試與信號分析第六章記錄儀器課件

測量技術(shù)與信號處理第六章

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)概述在測試過程中或測試結(jié)果出來后，需要顯示出來、記錄下來以便于觀察、處理和利用。本章只介紹信號的記錄。內(nèi)容包括光線示波器、函數(shù)記錄儀、磁記錄和光盤記錄等。第二節(jié)顯式記錄儀器一、光線示波器二、筆式記錄儀一、光線示波器1、光線示波器的工作原理和結(jié)構(gòu)組成2、振動子特性3、光線示波器的種類及選用1、光線示波器的工作原理和結(jié)構(gòu)組成光線示波器是一種由電、磁、光和機械系統(tǒng)綜合組成的記錄儀器。它利用磁電式振動子將輸入的電流信號轉(zhuǎn)換成光點的橫向移動，然后在等速移動的感光記錄紙上，將被測信號記錄下來。如圖6-1所示，它由振動子系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、記錄紙傳動系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)組成。2、振動子特性（2）靜態(tài)特性當(dāng)θ0很小時，光點的偏移量y為：電流靈敏度可由表6-1查出；θ較大時，輸出與輸入之間有非線性誤差，所以振動子在使用時規(guī)定光點的最大允許偏移量，表6-1中查。2、振動子特性（3）動態(tài)特性為了實現(xiàn)不失真地記錄被測信號，振動子必須具有良好的動態(tài)特性。2、振動子特性（3）動態(tài)特性在設(shè)計振動子時，應(yīng)使阻尼比為0.7；還應(yīng)充分估計信號中可能出現(xiàn)的最高頻率ωm，ωm/ωn<(0.5~0.6)，即振動子設(shè)計和選用的理論依據(jù)。在使用時，為使振動子的工作頻帶寬，應(yīng)選用固有頻率高的振動子，即要求轉(zhuǎn)動部件轉(zhuǎn)動慣量小，張絲的扭轉(zhuǎn)剛度較大。而滿足這些條件，其靈敏度就會降低，所以在選用振動子時，既要考慮頻帶范圍，又要考慮靈敏度的要求。2、振動子特性（3）動態(tài)特性固有頻率較低的振動子，電磁阻尼起主要作用。Si線圈匝數(shù)WJfn工作時，線圈在磁場中運動，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其大小與線圈的匝數(shù)W成正比。此感應(yīng)電動勢在振動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)振動子線圈時形成與其線圈匝數(shù)成正比的力矩，這一力矩阻止線圈的主運動，形成電磁阻尼。阻尼力矩與線圈匝數(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、振動子特性（4）振動子與外接電路的綜合匹配匹配就是振動子外接電路的阻抗與振動子內(nèi)部的阻抗合適地組合，以確保電路的最大輸出功率、振動子的最佳阻尼比和光點在記錄紙上具有最合理的偏移量。2、振動子特性（4）振動子與外接電路的綜合匹配3、光線示波器的種類及選用表6-2二、筆式記錄儀1、檢流計式筆錄儀二、筆式記錄儀2、函數(shù)記錄儀ucUoUiUiUouc第三節(jié)隱式記錄儀器光線示波器和筆式記錄儀雖然能夠直觀地記錄信號的時間歷程，但卻不能以電信號的方式復(fù)現(xiàn)，這對于后續(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記錄。隱式記錄儀器所記錄的信號不能直接觀察，需要通過其他儀器才能觀察到所記錄的波形。但它能多次反復(fù)重放，以電信號形式復(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，信號頻率寬，抗干擾能力強等。電腦上的所有數(shù)據(jù)，都是二進制的“0”和“1”;如果用軟盤、硬盤來存儲這些數(shù)據(jù)，就是用有磁與無磁來區(qū)別“0”和“1”；如果用光盤來存儲這些數(shù)據(jù)，就是用軌道的“凹”與“凸”來區(qū)別“0”和“1”；如果用U盤、SD卡等來存儲這些數(shù)據(jù)，就是用電子元件的“通”和“斷”來區(qū)別“0”和“1”。

U盤不會有“磁道”，所以不叫壞道，這個說法是借用硬盤的，但有壞點，通常某個電子元件壞了，就是所說的壞道，但由于電子元件集成度高，某一個壞，會導(dǎo)致大片壞：存儲一個英文字母，需要用8個電子元件，其中一個壞了，其余7個就成擺設(shè)，會導(dǎo)致連片整組的數(shù)據(jù)出錯，如果數(shù)據(jù)剛好不寫在壞組，U盤仍可以用，不過這種U盤信不過。第三節(jié)隱式記錄儀器一、磁記錄磁記錄有磁帶式、磁盤式等，均是利用磁介質(zhì)的剩余磁化現(xiàn)象來存儲信息。磁帶記錄一般用于模擬信號的記錄，磁盤大多用于數(shù)字信號的記錄。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）磁帶和磁帶傳動機構(gòu)磁電轉(zhuǎn)換電磁轉(zhuǎn)換磁帶是一種堅韌的聚脂薄膜塑料帶，涂有鐵磁性材料粉末。傳動機構(gòu)包括：電動機、驅(qū)動機構(gòu)和控制機構(gòu)等。（2）重放過程與記錄過程相反，當(dāng)被磁化的磁帶經(jīng)過重放磁頭時，磁帶上剩磁小磁疇的磁力線便通過磁極和鐵心而形成回路。因為磁帶不斷移動，磁帶上存留的剩磁不斷變化，鐵心中的磁通也不斷變化，這樣在線圈繞組中就感應(yīng)出電動勢。電動勢和磁通的變化率成正比，即（2）重放過程由于磁通Φ和剩余磁感應(yīng)強度成正比，即和記錄時的信號電流有關(guān)，所以重放時的線圈輸出電壓也將與信號電流的微分有關(guān)。如果信號電流為則輸出電壓將為重放磁頭的輸出電壓與信號頻率有關(guān)，且產(chǎn)生固定的相移。對于一個多種頻率成分的信號，重放時將引起幅值畸變和相位畸變。為補償這種微分特性，重放放大電路應(yīng)具有積分放大的特性。如圖6-9所示。重放過程另一個重要問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，磁帶運行時該值應(yīng)隨記錄信號的變化而變化，這樣磁頭線圈內(nèi)才會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢信號。重放過程加工困難，輸出電壓小，難以從噪聲中區(qū)別出來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波長λ遠小于磁頭工作間隙l，那么磁帶上的一小段在經(jīng)過此工作間隙時就受到正反方向多次反復(fù)磁化，當(dāng)這一小段逐漸離開工作間隙，高頻磁場強度逐步減弱，使該小段磁帶上的剩磁減弱，最