机电工程测试与信号分析第六章记录仪器.ppt

《机电工程测试与信号分析第六章记录仪器.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电工程测试与信号分析第六章记录仪器.ppt（36页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、测量技术与信号处理测量技术与信号处理机械学院机械系机械学院机械系第六章第六章 记录仪器记录仪器l第一节第一节 概述概述l第二节第二节 显式记录仪器显式记录仪器l第三节第三节 隐式记录仪器隐式记录仪器第一节 概述l在在测测试试过过程程中中或或测测试试结结果果出出来来后后，需需要要显显示示出出来、记录下来以便于观察、处理和利用。来、记录下来以便于观察、处理和利用。l本章只介绍信号的记录。本章只介绍信号的记录。l内内容容包包括括光光线线示示波波器器、函函数数记记录录仪仪、磁磁记记录录和和光盘记录等。光盘记录等。第一节 概述l在在测测试试过过程程中中常常用用的的记记录录仪仪器器有有：显显式式记记录录仪

2、仪器器和和隐式记录仪器隐式记录仪器两大类。两大类。l显显式式记记录录仪仪器器能能立立即即或或适适当当处处理理后后，在在记记录录介介质上观察到所记录的信号。如光线示波器质上观察到所记录的信号。如光线示波器l隐隐式式记记录录是是在在记记录录介介质质上上存存储储被被记记录录的的信信号号，但但所所记记录录的的信信号号不不能能直直接接观观察察，需需通通过过其其他他仪仪器重放显示才能观测。如磁记录、光盘记录。器重放显示才能观测。如磁记录、光盘记录。第二节第二节 显式记录仪器显式记录仪器l一、光线示波器一、光线示波器l二、笔式记录仪二、笔式记录仪一、光线示波器一、光线示波器l1、光线示波器的工作原理和结构组

3、成、光线示波器的工作原理和结构组成l2、振动子特性、振动子特性l3、光线示波器的种类及选用、光线示波器的种类及选用1、光线示波器的工作原理和结构组、光线示波器的工作原理和结构组成成l光线示波器是一种由电、磁、光和机械系统综光线示波器是一种由电、磁、光和机械系统综合组成的记录仪器。合组成的记录仪器。它利用磁电式振动子将输它利用磁电式振动子将输入的电流信号转换成光点的横向移动入的电流信号转换成光点的横向移动，然后在，然后在等速移动的感光记录纸上，将被测信号记录下等速移动的感光记录纸上，将被测信号记录下来。如图来。如图6-1所示，它由振动子系统、光学系所示，它由振动子系统、光学系统、记录纸传动系统以

4、及电气系统组成。统、记录纸传动系统以及电气系统组成。2、振动子特性、振动子特性l振动子是光线示波器的心脏，其性能直接影响记录结振动子是光线示波器的心脏，其性能直接影响记录结果，为了正确选用振动子，应当了解其工作原理及特果，为了正确选用振动子，应当了解其工作原理及特性。性。l（1）振动子的力学模型）振动子的力学模型电磁主电磁主动力矩动力矩弹性恢弹性恢复力矩复力矩阻尼阻尼力矩力矩2、振动子特性、振动子特性l（2）静态特性当当0很小时，光点的偏移量很小时，光点的偏移量y为：为：电流灵敏度可由表电流灵敏度可由表6-1查出；查出；较大时，输出与输入之间较大时，输出与输入之间有非线性误差，所以振动子有非线

5、性误差，所以振动子在使用时规定光点的最大允在使用时规定光点的最大允许偏移量，表许偏移量，表6-1中查。中查。2、振动子特性l（3）动态特性）动态特性l为了实现不失真地记录被测信号，振动子必为了实现不失真地记录被测信号，振动子必须具有良好的动态特性。须具有良好的动态特性。2、振动子特性l（3）动态特性）动态特性l在设计振动子时，应使阻尼比为在设计振动子时，应使阻尼比为0.7；还应；还应充分估计信号中可能出现的最高频率充分估计信号中可能出现的最高频率m，m/n(0.50.6)，即振动子设计和选用的即振动子设计和选用的理论依据理论依据。l在使用时，在使用时，为使振动子的工作频带宽，应选为使振动子的工

6、作频带宽，应选用固有频率高的振动子，即要求转动部件转用固有频率高的振动子，即要求转动部件转动惯量小，张丝的扭转刚度较大动惯量小，张丝的扭转刚度较大。而满足这。而满足这些条件，其灵敏度就会降低，所以在选用振些条件，其灵敏度就会降低，所以在选用振动子时，既要考虑频带范围，又要考虑灵敏动子时，既要考虑频带范围，又要考虑灵敏度的要求。度的要求。2、振动子特性振动子特性l（3）动态特性）动态特性l为了满足振动子阻尼的要求，通常采用为了满足振动子阻尼的要求，通常采用液体阻尼液体阻尼或电磁阻尼。或电磁阻尼。l液体阻尼是将振动部分封装在灌满阻尼油的壳体液体阻尼是将振动部分封装在灌满阻尼油的壳体中。（有恒温器）

7、中。（有恒温器）l固有频率较高的振动子，液体阻尼起主要作用固有频率较高的振动子，液体阻尼起主要作用。2、振动子特性l（3）动态特性）动态特性l固有频率较低的振动子，电磁阻尼起主要作用。固有频率较低的振动子，电磁阻尼起主要作用。lSi 线圈匝数线圈匝数W J fnl工作时，线圈在磁场中运动，产生感应电动势，工作时，线圈在磁场中运动，产生感应电动势，其大小与线圈的匝数其大小与线圈的匝数W成正比。此感应电动势在成正比。此感应电动势在振动子与其外接电路相连的回路中形成感生电流，振动子与其外接电路相连的回路中形成感生电流，这一电流在流经振动子线圈时形成与其线圈匝数这一电流在流经振动子线圈时形成与其线圈匝

8、数成正比的力矩，这一力矩阻止线圈的主运动，形成正比的力矩，这一力矩阻止线圈的主运动，形成电磁阻尼。成电磁阻尼。l阻尼力矩与线圈匝数的平方成正比，所以在匝数阻尼力矩与线圈匝数的平方成正比，所以在匝数较大的低频振子中起主要作用较大的低频振子中起主要作用。2、振动子特性l（4）振动子与外接电路的综合匹配）振动子与外接电路的综合匹配l匹配就是振动子外接电路的阻抗与振动子内匹配就是振动子外接电路的阻抗与振动子内部的阻抗合适地组合，部的阻抗合适地组合，以确保电路的最大输以确保电路的最大输出功率、振动子的最佳阻尼比和光点在记录出功率、振动子的最佳阻尼比和光点在记录纸上具有最合理的偏移量纸上具有最合理的偏移量

9、。2、振动子特性l（4）振动子与外接电路的综合匹配）振动子与外接电路的综合匹配2、振动子特性l（5）振动子的选用原则）振动子的选用原则l1）充分估计待测信号的频率成分；）充分估计待测信号的频率成分；l2）条件允许的情况下，尽量选用较高灵敏度的振动）条件允许的情况下，尽量选用较高灵敏度的振动子；子；l3）多线测量时，各线振动子的固有频率和阻尼比应）多线测量时，各线振动子的固有频率和阻尼比应大致相同，使其滞后一致；大致相同，使其滞后一致；l4）输入信号电流不能超过振动子的最大允许电流，）输入信号电流不能超过振动子的最大允许电流，且振动子光点的实际偏移量要小于或等于振动子允且振动子光点的实际偏移量要

10、小于或等于振动子允许的最大偏移量。许的最大偏移量。3、光线示波器的种类及选用光线示波器的种类及选用l表表6-2二、笔式记录仪二、笔式记录仪l1、检流计式笔录仪、检流计式笔录仪二、笔式记录仪l2、函数记录仪、函数记录仪ucUoUiUiUouc二、笔式记录仪l2、函数记录仪、函数记录仪第三节 隐式记录仪器l光线示波器和笔式记录仪虽然能够直观地光线示波器和笔式记录仪虽然能够直观地记录信号的时间历程，但却不能以电信号记录信号的时间历程，但却不能以电信号的方式复现，这对于后续处理工作很不方的方式复现，这对于后续处理工作很不方便。便。第三节 隐式记录仪器l本节介绍的隐式记录仪器包括磁记录和光盘记本节介绍的

11、隐式记录仪器包括磁记录和光盘记录。录。l隐式记录仪器所记录的信号不能直接观察，需隐式记录仪器所记录的信号不能直接观察，需要通过其他仪器才能观察到所记录的波形。但要通过其他仪器才能观察到所记录的波形。但它能多次反复重放，以电信号形式复现。便于它能多次反复重放，以电信号形式复现。便于复制，记录介质可以重复使用，信息密度大，复制，记录介质可以重复使用，信息密度大，稳定性好，信号频率宽，抗干扰能力强等。稳定性好，信号频率宽，抗干扰能力强等。l电脑上的所有数据，都是二进制的电脑上的所有数据，都是二进制的“0”和和“1”;l 如果用如果用软盘、硬盘软盘、硬盘来存储这些数据，就是用有磁与来存储这些数据，就是

12、用有磁与无磁来区别无磁来区别“0”和和“1”；l如果用如果用光盘光盘来存储这些数据，就是用轨道的来存储这些数据，就是用轨道的“凹凹”与与“凸凸”来区别来区别“0”和和“1”；l如果用如果用U盘、盘、SD卡卡等来存储这些数据，就是用电子等来存储这些数据，就是用电子元件的元件的“通通”和和“断断”来区别来区别“0”和和“1”。U盘不会有盘不会有“磁道磁道”，所以不叫坏道，这个说法是借，所以不叫坏道，这个说法是借用硬盘的，但有坏点，通常某个电子元件坏了，就是用硬盘的，但有坏点，通常某个电子元件坏了，就是所说的坏道，但由于电子元件集成度高，某一个坏，所说的坏道，但由于电子元件集成度高，某一个坏，会导致

13、大片坏：存储一个英文字母，需要用会导致大片坏：存储一个英文字母，需要用8个电子个电子元件，其中一个坏了，其余元件，其中一个坏了，其余7个就成摆设，会导致连个就成摆设，会导致连片整组的数据出错，如果数据刚好不写在坏组，片整组的数据出错，如果数据刚好不写在坏组，U盘盘仍可以用，不过这种仍可以用，不过这种U盘信不过。盘信不过。lSD卡（卡（Secure Digital Memory Card）中文翻译为）中文翻译为安全数码卡安全数码卡，是一种，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，它被广泛地于便携式装置上使用，备，它被广泛地于便携式装置上使用，例如数码相机、个

14、人数码助理例如数码相机、个人数码助理(PDA)和和多媒体播放器等。多媒体播放器等。第三节 隐式记录仪器l一、磁记录一、磁记录l磁记录有磁带式、磁盘式等磁记录有磁带式、磁盘式等，均是利用磁介，均是利用磁介质的剩余磁化现象来存储信息。质的剩余磁化现象来存储信息。l磁带记录一般用于模拟信号的记录，磁盘大磁带记录一般用于模拟信号的记录，磁盘大多用于数字信号的记录。多用于数字信号的记录。一、磁记录l1、磁带记录器的构成、磁带记录器的构成l2、磁带记录器的工作原理、磁带记录器的工作原理l3、磁带记录器的记录方式、磁带记录器的记录方式l4、磁带记录器的类型与选用、磁带记录器的类型与选用1、磁带记录器的构成l

15、（1）记录放大器和重放放大器）记录放大器和重放放大器l（2）磁头）磁头l（3）磁带和磁带传动机构）磁带和磁带传动机构磁电转换磁电转换电磁转换电磁转换磁带是一种坚韧磁带是一种坚韧的聚脂薄膜塑料的聚脂薄膜塑料带，涂有铁磁性带，涂有铁磁性材料粉末。材料粉末。传动机构包括：传动机构包括：电动机、驱动机电动机、驱动机构和控制机构等。构和控制机构等。（1）记录过程l当信号电流通过记录磁头的线圈时，在铁心中产生当信号电流通过记录磁头的线圈时，在铁心中产生随信号电流而变化的磁通，当形成的磁力线通过工随信号电流而变化的磁通，当形成的磁力线通过工作间隙时，由于工作间隙为非导磁体，磁阻很大，作间隙时，由于工作间隙为

16、非导磁体，磁阻很大，磁力线被磁阻很低的磁带磁性层旁路，磁带上的磁磁力线被磁阻很低的磁带磁性层旁路，磁带上的磁性介质被磁化，形成一个小小的磁化区域（如图性介质被磁化，形成一个小小的磁化区域（如图6-6-7 7）。当磁带离开工作间隙后，磁化现象仍被保留）。当磁带离开工作间隙后，磁化现象仍被保留下来，所以记录是发生在工作间隙的后沿。下来，所以记录是发生在工作间隙的后沿。（2）重放过程l与记录过程相反，当被磁化的磁带经过重放与记录过程相反，当被磁化的磁带经过重放磁头时，磁带上剩磁小磁畴的磁力线便通过磁头时，磁带上剩磁小磁畴的磁力线便通过磁极和铁心而形成回路。因为磁带不断移动，磁极和铁心而形成回路。因为

17、磁带不断移动，磁带上存留的剩磁不断变化，铁心中的磁通磁带上存留的剩磁不断变化，铁心中的磁通也不断变化，这样在线圈绕组中就感应出电也不断变化，这样在线圈绕组中就感应出电动势。电动势和磁通的变化率成正比，即动势。电动势和磁通的变化率成正比，即（2）重放过程l由于磁通由于磁通和剩余磁感应强度成正比，即和记和剩余磁感应强度成正比，即和记录时的信号电流有关，所以重放时的线圈输录时的信号电流有关，所以重放时的线圈输出电压也将与信号电流的微分有关。出电压也将与信号电流的微分有关。l如果信号电流为如果信号电流为l则输出电压将为则输出电压将为重放磁头的输出电压与信号频重放磁头的输出电压与信号频率有关，且产生固定

18、的相移。率有关，且产生固定的相移。对于一个多种频率成分的信号，对于一个多种频率成分的信号，重放时将引起幅值畸变和相位重放时将引起幅值畸变和相位畸变。为补偿这种微分特性，畸变。为补偿这种微分特性，重放放大电路应具有积分放大重放放大电路应具有积分放大的特性。如图的特性。如图6-9所示。所示。重放过程l另一个重要问题是重放磁头的工作间隙宽度的另一个重要问题是重放磁头的工作间隙宽度的处理处理。重放磁头铁心中，起作用的磁通是工作。重放磁头铁心中，起作用的磁通是工作间隙中桥接磁带的那部分磁通的平均值，磁带间隙中桥接磁带的那部分磁通的平均值，磁带运行时该值应随记录信号的变化而变化，这样运行时该值应随记录信号

19、的变化而变化，这样磁头线圈内才会产生感应电动势信号。磁头线圈内才会产生感应电动势信号。重放过程加工困难，输出电加工困难，输出电压小，难以从噪声压小，难以从噪声中区别出来中区别出来输出电压效果最佳输出电压效果最佳输出电压始终为零输出电压始终为零（3）抹磁l消除磁带上存储的信息，是在消除磁带上存储的信息，是在“消去磁头消去磁头”中通入高频大电流（中通入高频大电流（100mA以上以上）。如果记）。如果记录在磁带上的信号波长录在磁带上的信号波长远小于磁头工作间远小于磁头工作间隙隙l，那么磁带上的一小段在经过此工作间隙那么磁带上的一小段在经过此工作间隙时就受到正反方向多次反复磁化，当这一小时就受到正反方

20、向多次反复磁化，当这一小段逐渐离开工作间隙，高频磁场强度逐步减段逐渐离开工作间隙，高频磁场强度逐步减弱，使该小段磁带上的剩磁减弱，最后不再弱，使该小段磁带上的剩磁减弱，最后不再呈磁性。呈磁性。二、光盘记录l光盘指的是用聚焦的激光束记录或重放信息的盘状光盘指的是用聚焦的激光束记录或重放信息的盘状媒体的总称。媒体的总称。l采用数字技术，记录信息量大、保真度高。使用寿采用数字技术，记录信息量大、保真度高。使用寿命长、操作方便。命长、操作方便。1、光盘记录原理l光盘记录基于二进制原理。二进制的光盘记录基于二进制原理。二进制的“1”和和“0”分别以光盘中的凸起和凹坑表示，分别以光盘中的凸起和凹坑表示，如图如图6-15所示。所示。