第5章 顯示記錄裝置

DisplayandRecordingApparatus第5章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。重點掌握檢流計式記錄儀動態(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。檢流計式記錄儀的動態(tài)特性。重點難點檢流計式記錄儀的動態(tài)特性。學(xué)習(xí)目標(biāo)重點與難點5.1電位計式記錄儀5.2檢流計式記錄儀5.3磁帶記錄儀5.4無紙記錄儀5.5數(shù)字存儲示波器學(xué)習(xí)內(nèi)容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)中不可缺少的輸出環(huán)節(jié)，其作用可歸納為兩個方面：

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顯示測試系統(tǒng)所獲取的信號，使之變成人們能夠直接觀察的圖形；

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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。顯示記錄裝置的分類：■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■模擬式記錄儀和數(shù)字式記錄儀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子電位差記錄儀、自動平衡電橋記錄儀和兩維記錄的X—Y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。5.1電位計式記錄儀PotentiometricTypeRecordingInstruments5.1.1工作原理零位自動平衡記錄儀原理5.1.2各種電位計式記錄儀

X-Y函數(shù)記錄儀長紙記錄儀多筆記錄儀圓筒記錄儀圓圖記錄儀●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)?！裼涗浄档木容^高，誤差一般不超過滿量程的0.2%~0.5%?！褚蚱溥\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10Hz以下）。5.1.3電位計式記錄儀的特點

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(dāng)于一個動圈磁電式檢流計，用放在磁場中的線圈上的載流導(dǎo)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、感熱生色記錄紙等類型。5.2檢流計式記錄儀GalvanometricTypeRecordingInstruments5.2.1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（被記錄）電流的變化轉(zhuǎn)換為記錄筆的位移變化。1.動力學(xué)分析——游絲的扭轉(zhuǎn)剛度——阻尼系數(shù)

——常數(shù)

——輸入——輸出——轉(zhuǎn)動慣量電磁力矩

阻尼力矩

游絲反力矩

線圈受三個力矩的作用：

2.傳遞函數(shù)——靜態(tài)靈敏度——固有頻率

——阻尼比檢流計式記錄儀為二階系統(tǒng)！3.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)信號的不失真記錄，應(yīng)滿足且?！褚蜣D(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，通?！?00Hz。

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。為了改善記錄儀的動態(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“光筆”取代了機械筆，由于，從而使其具有較高的固有頻率，可以實現(xiàn)對高頻（最高可達10kHz）信號的不失真記錄。5.2.2光線示波器1.工作原理SC-16型光線示波器2.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(yīng)滿足且?！窆逃蓄l率較高的振子（）的阻尼主要由油阻尼產(chǎn)生，固有頻率較低的振子（）的阻尼主要由電磁阻尼產(chǎn)生。●選擇振子的依據(jù)是其固有頻率，應(yīng)滿足上面的條件。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、快速重放的方式；可進行長時間的連續(xù)記錄。5.3磁帶記錄儀MagneticTapeRecorders5.3.1工作原理5.3.2記錄方式1.模擬方式●直接記錄方式（DR方式）●調(diào)頻記錄方式（FM方式）●脈寬調(diào)制方式（PDM方式）直接式磁帶記錄儀的可記信號頻率高達2MHz，用于記錄高頻變化過程。但低頻響應(yīng)性能差，記錄50Hz以下的信號有困難。調(diào)頻式磁帶記錄儀可記錄低頻甚至直流過程，工作頻率一般在0～200kHz左右，記錄準(zhǔn)確度比較高，誤差最小為±0.1%，廣泛采用。2.數(shù)字方式（脈沖碼調(diào)制PCM方式）把待記錄信號放大后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成二進制代碼脈沖，并經(jīng)記錄磁頭記錄在磁帶中；重放時再將該信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號，從而恢復(fù)被記錄的波形，或?qū)⒃摯a脈沖直接輸人數(shù)字處理裝置，進行后續(xù)處理和分析。5.3.3應(yīng)用心電圖、腦電圖記錄儀飛行數(shù)據(jù)記錄儀（黑匣子）磁帶記錄儀的特點：●工作頻帶寬，可記錄直流信號及數(shù)兆赫茲的交流信號?！袼涗浀男畔⒖砷L久保存，必要時可實現(xiàn)信號的重放?！衲芡瑫r記錄多路信號，在工作頻帶內(nèi)可保證這些信號之間的時間和相位關(guān)系?！窬哂凶儞Q信號時基（時間尺度）的能力?！窦瓤捎涗浤M信號，也可記錄數(shù)字信號?！裼涗浰俣瓤?，記錄數(shù)字信號時可高達1MB/s?！窨膳c計算機配合，進行大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理、分析。

5.4無紙記錄儀PaperlessRecorders無紙記錄儀通過U盤或CF卡轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)，將無紙記錄儀上的記錄數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到計算機上，用戶可用廠家提供的上位機數(shù)據(jù)管理軟件，對數(shù)據(jù)進行保存、處理等，在上位機上重現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)和歷史曲線。利用RS-232C/RS-485通訊接口，可實現(xiàn)遠程監(jiān)控，對無紙記錄儀上記錄的數(shù)據(jù)進行管理。隨著科技的發(fā)展，無紙記錄儀擴展了更多的功能，如PID調(diào)節(jié)等，向著越來越集成化的趨勢發(fā)展。數(shù)字存儲示波器是可以對輸入信號進行數(shù)字存儲的示波器。DSO問世于20世紀(jì)70年代中期，是隨著微處理器和半導(dǎo)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，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（包括改變時間尺度）被記錄信號的變化過程，還具有智能儀器所共有的一些功能——如自檢、自校、可編程、通信等。

5.5數(shù)字存儲示波器DigitalStorageOscilloscope（DSO）5.5.1工作原理5.5.2工作方式●模擬方式象傳統(tǒng)示波器一樣工作，此時工作頻帶不受A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度的影響，可以高達100MHz；●存儲方式信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后被存儲起來，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換、波形重構(gòu)、功率放大，在顯示器上顯示出重構(gòu)后的波形。●信號算術(shù)運算●多窗口工作模式●波形參數(shù)的自動測量●數(shù)字信號處理（FFT等）●通信接口●記錄信號波形的硬拷貝5.5.3特殊功能

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