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(chǎng)合。重點(diǎn)掌握檢流計(jì)式記錄儀動(dòng)態(tài)特性。能正確選用各種顯示記錄裝置以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的不失真記錄。檢流計(jì)式記錄儀的動(dòng)態(tài)特性。重點(diǎn)難點(diǎn)檢流計(jì)式記錄儀的動(dòng)態(tài)特性。學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)與難點(diǎn)5.1電位計(jì)式記錄儀5.2檢流計(jì)式記錄儀5.3磁帶記錄儀5.4無(wú)紙記錄儀5.5數(shù)字存儲(chǔ)示波器學(xué)習(xí)內(nèi)容顯示記錄裝置用來(lái)顯示、記錄反映被測(cè)信號(hào)變化過(guò)程（本章主要介紹后者），它是測(cè)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(gè)方面：

●

顯示測(cè)試系統(tǒng)所獲取的信號(hào)，使之變成人們能夠直接觀察的圖形；

●

保存測(cè)試系統(tǒng)所獲取的信號(hào)，并使之能夠借助其他儀器進(jìn)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(jì)式記錄儀和檢流計(jì)式記錄儀■模擬式記錄儀和數(shù)字式記錄儀電位計(jì)式記錄儀用來(lái)記錄己轉(zhuǎn)化成電壓的信號(hào)。在工業(yè)上和實(shí)驗(yàn)室中最常用的電位計(jì)式記錄儀有電子電位差記錄儀、自動(dòng)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(jì)式記錄儀PotentiometricTypeRecordingInstruments5.1.1工作原理零位自動(dòng)平衡記錄儀原理5.1.2各種電位計(jì)式記錄儀

X-Y函數(shù)記錄儀長(zhǎng)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(hào)的電位計(jì)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(guò)滿量程的0.2%~0.5%。●因其運(yùn)動(dòng)部分的機(jī)械慣性較大，故只能記錄變化緩慢的低頻信號(hào)（一般在10Hz以下）。5.1.3電位計(jì)式記錄儀的特點(diǎn)

檢流計(jì)式記錄儀用來(lái)記錄已轉(zhuǎn)換成電流的信號(hào)。這種記錄儀的測(cè)量部分相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)圈磁電式檢流計(jì)，用放在磁場(chǎng)中的線圈上的載流導(dǎo)線受的力來(lái)驅(qū)動(dòng)記錄頭。實(shí)際測(cè)試中使用的檢流計(jì)式記錄儀有筆式記錄儀和光線示波器等。記錄頭的劃寫(xiě)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(jì)式記錄儀GalvanometricTypeRecordingInstruments5.2.1檢流計(jì)式筆式記錄儀

通電線圈在磁場(chǎng)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(dòng)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(dòng)慣量電磁力矩

阻尼力矩

游絲反力矩

線圈受三個(gè)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(jì)式記錄儀為二階系統(tǒng)！3.檢流計(jì)式筆錄儀的特點(diǎn)●檢流計(jì)式筆錄儀是一個(gè)二階系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)信號(hào)的不失真記錄，應(yīng)滿足且?！褚蜣D(zhuǎn)動(dòng)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(hào)的頻率也比較低，通?！?00Hz。

由于運(yùn)動(dòng)部件的慣性較大以及機(jī)械摩擦的存在，前面介紹的筆式記錄儀可記錄信號(hào)的頻率都比較低。為了改善記錄儀的動(dòng)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(jì)式記錄儀，它用一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小的振子取代了檢流計(jì)式筆錄儀的動(dòng)圈部分，同時(shí)用“光筆”取代了機(jī)械筆，由于，從而使其具有較高的固有頻率，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻（最高可達(dá)10kHz）信號(hào)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(diǎn)●光線示波器（的振子）也是一個(gè)二階系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)特性與檢流計(jì)式筆式記錄儀相似。為實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(jìn)行記錄的儀器。它具有以下特點(diǎn)：信息密度高、容量大、頻率范圍寬；信息能長(zhǎng)期保存在磁帶上，可在任何需要的時(shí)候重放；并且具有改變時(shí)基的功能，可根據(jù)測(cè)量對(duì)象變化過(guò)程和研究的需要對(duì)高頻信號(hào)采用快速記錄、慢速重放的方式，或者對(duì)低頻信號(hào)采用慢速記錄、快速重放的方式；可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)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(hào)頻率高達(dá)2MHz，用于記錄高頻變化過(guò)程。但低頻響應(yīng)性能差，記錄50Hz以下的信號(hào)有困難。調(diào)頻式磁帶記錄儀可記錄低頻甚至直流過(guò)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(hào)放大后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼脈沖，并經(jīng)記錄磁頭記錄在磁帶中；重放時(shí)再將該信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，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(jìn)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(diǎn)：●工作頻帶寬，可記錄直流信號(hào)及數(shù)兆赫茲的交流信號(hào)?！袼涗浀男畔⒖砷L(zhǎng)久保存，必要時(shí)可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的重放?！衲芡瑫r(shí)記錄多路信號(hào)，在工作頻帶內(nèi)可保證這些信號(hào)之間的時(shí)間和相位關(guān)系?！窬哂凶儞Q信號(hào)時(shí)基（時(shí)間尺度）的能力?！窦瓤捎涗浤M信號(hào)，也可記錄數(shù)字信號(hào)?！裼涗浰俣瓤?，記錄數(shù)字信號(hào)時(shí)可高達(dá)1MB/s?！窨膳c計(jì)算機(jī)配合，進(jìn)行大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理、分析。

5.4無(wú)紙記錄儀PaperlessRecorders無(wú)紙記錄儀通過(guò)U盤(pán)或CF卡轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)，將無(wú)紙記錄儀上的記錄數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到計(jì)算機(jī)上，用戶可用廠家提供的上位機(jī)數(shù)據(jù)管理軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、處理等，在上位機(jī)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)無(wú)紙記錄儀上記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。隨著科技的發(fā)展，無(wú)紙記錄儀擴(kuò)展了更多的功能，如PID調(diào)節(jié)等，向著越來(lái)越集成化的趨勢(shì)發(fā)展。數(shù)字存儲(chǔ)示波器是可以對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)字存儲(chǔ)的示波器。DSO問(wèn)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(chǔ)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(hào)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、信號(hào)運(yùn)算、信號(hào)的波形存儲(chǔ)等功能，可以按需要合理地重放（包括改變時(shí)間尺度）被記錄信號(hào)的變化過(guò)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(chǔ)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(shí)工作頻帶不受A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度的影響，可以高達(dá)100MHz；●存儲(chǔ)方式信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后被存儲(chǔ)起來(lái)，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?！裥盘?hào)算術(shù)運(yùn)算●多窗口工作模式●波形參數(shù)的自動(dòng)測(cè)量●數(shù)字信號(hào)處理（FFT等）●通信接口●記錄信號(hào)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(jì)式記錄儀和檢流計(jì)式記錄儀。電位計(jì)式記錄儀由于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的存在而只能記錄變化緩慢的信號(hào)，檢流計(jì)式記錄儀由于固有頻率及靈敏度較高，因此可以記錄頻