第四章_信号调理与显示装置.ppt

《第四章_信号调理与显示装置.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章_信号调理与显示装置.ppt（98页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、Signal Conditioning,Display,Recording Apparatus机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置学习目标学习目标学习重点与难点学习重点与难点电桥、幅值调制、电桥、幅值调制、RC滤波器的工作原理和特性。滤波器的工作原理和特性。重点重点难点难点信号的调制原理。信号的调制原理。学习测量电桥、信号放大电路、调制解调电路、滤波学习测量电桥、信号放大电路、调制解调电路、滤波器等信号调理电路的工作原理、基本特性，了解各种显示器等信号调理电路的工作原理、基本特性，了解各种显示记录装置工作原理及适用场合。学完本章后，应对各种信记录装置工作原理及适用场合。学完本章后，应对

2、各种信号调理电路的功能特点有较清楚的了解，能正确选用各种号调理电路的功能特点有较清楚的了解，能正确选用各种显示记录装置以实现信号的不失真记录。显示记录装置以实现信号的不失真记录。机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 第一节第一节 测量电桥测量电桥 第二节第二节 信号放大电路信号放大电路 第三节第三节 调制与解调调制与解调 第四节第四节 滤波器滤波器 第五节第五节 显示记录装置显示记录装置学习内容学习内容机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置第一节第一节 测量电桥测量电桥 测量电桥是将电阻、电感、电容等参数的变化转换测量电桥是将电阻、电感、电容等参数的变化转换成输出电压或电流变化的

3、一种电子装置。成输出电压或电流变化的一种电子装置。测量装置中最测量装置中最常用的是惠斯登电桥。常用的是惠斯登电桥。惠斯登电桥惠斯登电桥电桥的输出为电桥的输出为电桥的输出为电桥的输出为机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 电桥的分类电桥的分类 按电桥供电电源的性质分按电桥供电电源的性质分直流电桥直流电桥采用直流电源供电采用直流电源供电交流电桥交流电桥采用高频稳幅交流电源供电采用高频稳幅交流电源供电 按电桥输出的测量方式分按电桥输出的测量方式分平衡电桥平衡电桥使电桥处于平衡状态后读数使电桥处于平衡状态后读数不平衡电桥不平衡电桥读数时电桥一般处于不平衡状态读数时电桥一般处于不平衡状态 按桥臂

4、元件的阻抗性质分按桥臂元件的阻抗性质分纯电阻电桥纯电阻电桥纯电容电桥、容性电桥纯电容电桥、容性电桥纯电感电桥、感性电桥纯电感电桥、感性电桥机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置一、一、直流电桥直流电桥 采用直流电源供电，四采用直流电源供电，四个桥臂元件均为纯电阻个桥臂元件均为纯电阻。电桥输出电桥输出直流电桥的平衡条件：直流电桥的平衡条件：为简化设计和分析，一般将四臂电阻设计成相等，即为简化设计和分析，一般将四臂电阻设计成相等，即机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 将传感器（如电阻应变片）接入电桥的某些桥臂上，将传感器（如电阻应变片）接入电桥的某些桥臂上，则电桥的输出就与被测量的

5、变化有一一对应关系。则电桥的输出就与被测量的变化有一一对应关系。传感器可以三种形式接入电桥。传感器可以三种形式接入电桥。1.半桥单臂连接半桥单臂连接 当当 时，电时，电桥的输出电压为桥的输出电压为机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置2.半桥双臂连接半桥双臂连接 工作桥臂相邻连接时，两电阻变化的极性应相反；工作桥臂相邻连接时，两电阻变化的极性应相反；工作桥臂相对连接时，两电阻变化的极性应相同。工作桥臂相对连接时，两电阻变化的极性应相同。电桥的输出电压为电桥的输出电压为机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置3.全桥连接全桥连接 相对桥臂的电阻按相同极性变化；相对桥臂的电阻按相同极性变

6、化；相邻桥臂的电阻按相反极性变化。相邻桥臂的电阻按相反极性变化。电桥的输出电压为电桥的输出电压为机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 半桥双臂接法的灵敏度比半桥单臂接法高一倍；半桥双臂接法的灵敏度比半桥单臂接法高一倍；全桥接法的灵敏度又比半桥双臂接法高一倍。全桥接法的灵敏度又比半桥双臂接法高一倍。半桥双臂接法和全桥接法也称为电桥的半桥双臂接法和全桥接法也称为电桥的差动连接。差动连接。差动连接的优点：差动连接的优点：提高了电桥的灵敏度；提高了电桥的灵敏度；极大地改善了电桥固有的非线性；极大地改善了电桥固有的非线性；可对由温度等因素变化所造成的同极性影响进行可对由温度等因素变化所造成的同极

7、性影响进行补偿（抵消）。补偿（抵消）。机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置差动连接应变片的贴法差动连接应变片的贴法 所需的高稳定度直流电源容易获得；所需的高稳定度直流电源容易获得；输出可用直流仪表直接测量显示；输出可用直流仪表直接测量显示；易于实现电桥的平衡调节；易于实现电桥的平衡调节；输出需接直流放大器，易受零漂和接地电位的影响。输出需接直流放大器，易受零漂和接地电位的影响。直流电桥的特点：直流电桥的特点：机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置二、二、交流电桥交流电桥 采用高频稳幅交流电源采用高频稳幅交流电源供电，四个桥臂元件可以是供电，四个桥臂元件可以是电阻、电容、电感或它们

8、的电阻、电容、电感或它们的复合复合。电桥的输出为电桥的输出为机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置各桥臂元件的电抗用复数表示：各桥臂元件的电抗用复数表示：或或或或阻抗的模阻抗的模阻抗角阻抗角各种元件的复数阻抗为：各种元件的复数阻抗为：电阻电阻 R R电容电容 C 电感电感 L 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置交流电桥的平衡条件：交流电桥的平衡条件：即即模平衡条件模平衡条件相位平衡条件相位平衡条件 输出为高频调幅波，不易受外界工频干扰；输出为高频调幅波，不易受外界工频干扰；转换精度较高；转换精度较高；后接的交流放大器结构简单、零漂小；后接的交流放大器结构简单、零漂小；易于实现不

9、失真测试易于实现不失真测试；输出调幅波需经相敏检波器进行解调；输出调幅波需经相敏检波器进行解调；供桥电源要具有较高的幅值、频率稳定性和良好的波形。供桥电源要具有较高的幅值、频率稳定性和良好的波形。交流电桥的特点：交流电桥的特点：机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置三、三、带感应耦合臂的电桥带感应耦合臂的电桥 电桥的两个桥臂由传感器或变压器的两个感应耦合电桥的两个桥臂由传感器或变压器的两个感应耦合线圈所构成，另两个桥臂则是固定的电抗元件或差动传线圈所构成，另两个桥臂则是固定的电抗元件或差动传感器的电感、电容。感器的电感、电容。差动电感传感器电桥差动电感传感器电桥 机械工程测试技术 之 信

10、号调理与显示记录装置差动变压器电桥差动变压器电桥 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置差动电容传感器电桥差动电容传感器电桥 带感应耦合臂电桥的特点：带感应耦合臂电桥的特点：克服了寄生参数（寄生电容、电感等）的影响；克服了寄生参数（寄生电容、电感等）的影响；使用变压器可隔离直流干扰；使用变压器可隔离直流干扰；频率范围较宽，性能稳定、灵敏度及转换精度较高。频率范围较宽，性能稳定、灵敏度及转换精度较高。机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置第二节第二节 信号放大电路信号放大电路 信号放大电路的基本特点信号放大电路的基本特点 通用放大电路、测量放大器、运算放大电路、功通用放大电路、测量放

11、大器、运算放大电路、功率放大电路、隔离放大电路、增益调整电路、线性化率放大电路、隔离放大电路、增益调整电路、线性化电路等。电路等。信号放大电路的种类信号放大电路的种类 广泛使用各种集成放大器，其中以集成运算放大器广泛使用各种集成放大器，其中以集成运算放大器和专用测量放大器应用最多；和专用测量放大器应用最多；广泛采用各种负反馈技术来改善放大电路的性能。广泛采用各种负反馈技术来改善放大电路的性能。机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置一、通用集成运算放大电路一、通用集成运算放大电路1.理想运算放大器与实际运算放大器理想运算放大器与实际运算放大器 开环放大倍数开环放大倍数A 失调电压失调电压

12、偏流偏流 输入阻抗输入阻抗 输出阻抗输出阻抗 特特 性性理想运放理想运放实际运放实际运放或更高或更高 0 0 0 1mV（25）或更高或更高 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置2.使用运算放大器的基本放大电路使用运算放大器的基本放大电路 反相比例运算电路反相比例运算电路 反相比例运算电路反相比例运算电路 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置反相比例加法器反相比例加法器 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 同相比例运算电路同相比例运算电路 同相比例运算电路同相比例运算电路 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置电压跟随器电压跟随器 机械工程测试技术 之 信号调理

13、与显示记录装置 求差运算电路求差运算电路 差动放大电路差动放大电路 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 微分运算电路微分运算电路 微分运算电路微分运算电路 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 积分运算电路积分运算电路 积分运算电路积分运算电路 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 对数运算电路对数运算电路 对数运算电路对数运算电路 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置3.运算放大器构成的其他电路运算放大器构成的其他电路 电压比较电路电压比较电路 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 精密整流电路精密整流电路

14、 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置当满足当满足 时时,电路电路就能够输出非常精确的全波就能够输出非常精确的全波整流波形。整流波形。机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置二、二、测量放大器测量放大器1.高输入阻抗放大器高输入阻抗放大器 用电压跟随器做前置输用电压跟随器做前置输入缓冲级入缓冲级;使用高阻型集成运算放使用高阻型集成运算放大器大器;采用由通用运算放大器采用由通用运算放大器组成的自举式高输入阻组成的自举式高输入阻抗放大电路。抗放大电路。自举式同相交流放大电路自举式同相交流放大电路 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置自举式交流电压跟随器自举式交流电压跟随器 机械

15、工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置自举组合电路自举组合电路 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置2.高共模抑制比放大器高共模抑制比放大器 三运放高共模抑制比放大电路三运放高共模抑制比放大电路 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置3.电桥放大器电桥放大器 单端输入电桥放大电路单端输入电桥放大电路单端单端(反相反相)输入电桥放大电路输入电桥放大电路 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置单端单端(同相同相)输入电桥放大电路输入电桥放大电路 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 差动输入电桥放大电路差动输入电桥放大电路 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置

16、 线性电桥放大电路线性电桥放大电路 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置4.单片集成测量放大器单片集成测量放大器 共模抑制比高，一般可达共模抑制比高，一般可达100120dB；输入阻抗高，一般高于输入阻抗高，一般高于109；平衡的差动输入，单端输出，输入端可承受较高的平衡的差动输入，单端输出，输入端可承受较高的输入电压，有较强的过载能力；输入电压，有较强的过载能力；增益可由用户按需要通过选择不同的增益电阻来确增益可由用户按需要通过选择不同的增益电阻来确定；定；动态特性好，工作频带宽；动态特性好，工作频带宽；低失调，低漂移。低失调，低漂移。特点：特点：机械工程测试技术 之 信号调理与显示

17、记录装置AD612的内部结构的内部结构 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置AD612与测量电桥的连接与测量电桥的连接 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置第三节第三节 调制与解调调制与解调 调制调制 解调解调 信号的调制方法信号的调制方法 用原始缓变信号控制高频信号的某个特征参数（幅值、用原始缓变信号控制高频信号的某个特征参数（幅值、频率或相位），使这些参数随被测量的变化而变化。频率或相位），使这些参数随被测量的变化而变化。调制信号调制信号用来控制高频信号的缓变信号。用来控制高频信号的缓变信号。载波载波被控的高频信号。被控的高频信号。已调波已调波经过调制后所得到的高频信号。经

18、过调制后所得到的高频信号。从已调波中恢复原始缓变信号。从已调波中恢复原始缓变信号。幅值调制（调幅，幅值调制（调幅，AM）频率调制（调频，频率调制（调频，FM）相位调制（调相，相位调制（调相，PM）机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置一、一、调幅及其解调调幅及其解调1.调幅原理调幅原理 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 调幅就是调幅就是用调制信号与高频载波信号相乘用调制信号与高频载波信号相乘，所得到的高，所得到的高频已调波（称为调幅波或调幅信号）的幅值随调制信号频已调波（称为调幅波或调幅信号）的幅值随调制信号的变化而变化。的变化而变化。在频域内，调幅过程是一个在频域内，调幅过

19、程是一个“频谱搬移频谱搬移”过程。过程。调幅过程中的载波不仅要保证幅值的高度稳定，其频调幅过程中的载波不仅要保证幅值的高度稳定，其频率也要足够高。率也要足够高。一般要保证一般要保证 。调幅波的频谱分布在相对变化很窄的一个范围内，有利调幅波的频谱分布在相对变化很窄的一个范围内，有利于信号的交流放大、有用信号与无用信号的鉴别，易于于信号的交流放大、有用信号与无用信号的鉴别，易于保证不失真测试条件的实现。保证不失真测试条件的实现。机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置2.调幅装置调幅装置 交流电桥调幅交流电桥调幅 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置3.调幅的解调（鉴幅）调幅的解调（鉴

20、幅）同步解调同步解调 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 包络检波包络检波 包络检波适用于调制信号为单边（单极性）变化的包络检波适用于调制信号为单边（单极性）变化的调幅信号的解调。调幅信号的解调。包络检波通过整流、滤波两个环节，将调幅波中的包络检波通过整流、滤波两个环节，将调幅波中的包络线（与原信号波形一致）还原出来，即得到了原信包络线（与原信号波形一致）还原出来，即得到了原信号的波形。号的波形。整流整流将双边变化的调幅信号整理成单边变化将双边变化的调幅信号整理成单边变化的调幅信号；的调幅信号；滤波滤波滤除单边变化调幅信号中的高频成分。滤除单边变化调幅信号中的高频成分。常用的包络检波

21、电路有：二极管环形检波电路、精常用的包络检波电路有：二极管环形检波电路、精密整流电路密整流电路+滤波电路等。滤波电路等。机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 相敏检波相敏检波 二极管环型相敏检波电路二极管环型相敏检波电路 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置4.调幅的应用调幅的应用 动态电阻应变仪动态电阻应变仪 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置差动变压器式电感测微仪差动变压器式电感测微仪 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置JDC智能化精密电容测微测振仪智能化精密电容测微测振仪 机械工程测试技术 之 信号调理与显示

22、记录装置二、二、调频及其解调调频及其解调1.调频原理调频原理 调频是将调制信号调频是将调制信号的变化转换成调频波频的变化转换成调频波频率的变化。具体地讲，率的变化。具体地讲，就是用调制信号控制一就是用调制信号控制一振荡器，使振荡器的振振荡器，使振荡器的振荡频率随调制信号的变荡频率随调制信号的变化而变化。化而变化。调制信号为零时，振荡器输出的调频波的频率称为调制信号为零时，振荡器输出的调频波的频率称为中心频率（即载波频率）。中心频率（即载波频率）。机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置2.调频装置调频装置 直接调频电路直接调频电路 设设则则机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 压控

23、振荡器压控振荡器 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置3.调频的解调（鉴频调频的解调（鉴频）实现鉴频的装置称为鉴频器。实现鉴频的装置称为鉴频器。谐振式振幅鉴频器谐振式振幅鉴频器 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置谐振式振幅鉴频器的谐振特性谐振式振幅鉴频器的谐振特性 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置第四节第四节 滤波器滤波器 使信号中某些特定的频率成分通过，极大地衰减其使信号中某些特定的频率成分通过，极大地衰减其他频率成分。他频率成分。滤波器的作用：滤波器的作用：一、一、滤波器的基本知识滤波器的基本知识1.滤波器的分类（按选频范围分）滤波器的分类（按选频范围分）低通

24、滤波器低通滤波器 高通滤波器高通滤波器 带通滤波器带通滤波器 带阻滤波器带阻滤波器 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置四类滤波器的幅频特性四类滤波器的幅频特性上截止频率上截止频率下截止频率下截止频率机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置2.理想滤波器理想滤波器 理想滤波器在其通频带内应满足不失真测试条件，理想滤波器在其通频带内应满足不失真测试条件，即幅频特性为常数，相频特性与频率保持线性关系，即幅频特性为常数，相频特性与频率保持线性关系，阻带内的幅频特性应等于零。其频率响应函数应为阻带内的幅频特性应等于零。其频率响应函数应为（通带内，（通带内，为常数）为常数）（阻带内）（阻带内

25、）机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 理想滤波器是非因果系统，在物理上是不可能实现的。理想滤波器是非因果系统，在物理上是不可能实现的。理想滤波器的建立时间理想滤波器的建立时间 与滤波器的带宽与滤波器的带宽B成反比，成反比，它们的乘积为常数。即它们的乘积为常数。即 建立时间建立时间 建立时间反映了滤建立时间反映了滤波器对输入的响应速度波器对输入的响应速度（滤波时间）；带宽反（滤波时间）；带宽反映了滤波器的频率分辨映了滤波器的频率分辨力。力。二者相矛盾二者相矛盾机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置3.实际滤波器的特性指标实际滤波器的特性指标 实际带通滤波器的幅频特性曲线实际带通滤

26、波器的幅频特性曲线 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 幅频特性平均值幅频特性平均值 纹波幅度纹波幅度 截止频率截止频率 带宽带宽 中心频率中心频率 品质因数品质因数 频率选择性频率选择性 倍频程选择性倍频程选择性 滤波器因数（矩形系数）滤波器因数（矩形系数）或或 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置二、二、无源无源RC滤波器滤波器1.一阶无源一阶无源RC低通滤波器低通滤波器 传递函数传递函数 上截止频率上截止频率 时间常数时间常数 过渡带：过渡带：-20dB/十倍频程十倍频程 -20dB/dec 幅频特性幅频特性 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置2.一阶无源一阶

27、无源RC高通滤波器高通滤波器 传递函数传递函数 下截止频率下截止频率 时间常数时间常数 过渡带：过渡带：-20dB/十倍频程十倍频程 -20dB/dec 幅频特性幅频特性 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置3.二阶无源二阶无源RC带通滤波器带通滤波器 传递函数传递函数 截止频率截止频率 时间常数时间常数 过渡带：过渡带：-40dB/十倍频程十倍频程 -40dB/dec（交叉时（交叉时间常数）间常数）机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置三、三、有源有源RC滤波器滤波器 1.一阶有源一阶有源RC滤波器滤波器 传递函数传递函数 通带增益通带增益 截止频率截止频率 一阶有源一阶有源R

28、C低通滤波器（同相输入）低通滤波器（同相输入）优点：有增益（放大）优点：有增益（放大）隔离（减小负载效应）隔离（减小负载效应）机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置传递函数传递函数 通带增益通带增益 截止频率截止频率 一阶有源一阶有源RC低通滤波器（反相输入）低通滤波器（反相输入）机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置2.二阶有源二阶有源RC滤波器滤波器 无限增益多路负反馈型无限增益多路负反馈型 无限增益多路负反馈型二阶有源无限增益多路负反馈型二阶有源RC滤波器的基本结构滤波器的基本结构 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置无限增益多路负反馈型二阶有源无限增益多路负反馈型二

29、阶有源RC低通滤波器低通滤波器 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置无限增益多路负反馈型二阶有源无限增益多路负反馈型二阶有源RC高通滤波器高通滤波器 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置无限增益多路负反馈型二阶有源无限增益多路负反馈型二阶有源RC带通滤波器带通滤波器 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 使用无限增益多路负反馈型电路不能构成使用无限增益多路负反馈型电路不能构成带阻带阻滤波器！滤波器！机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 压控电压源型压控电压源型 压控电压源型二阶有源压控电压源型二阶有源RC滤波器的基本结构滤波器的基本结构 机械工程测试技术 之 信

30、号调理与显示记录装置压控电压源型二阶有源压控电压源型二阶有源RC低通滤波器低通滤波器 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置压控电压源型二阶有源压控电压源型二阶有源RC高通滤波器高通滤波器 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置压控电压源型二阶有源压控电压源型二阶有源RC带通滤波器带通滤波器 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置压控电压源型二阶有源压控电压源型二阶有源RC带阻滤波器带阻滤波器 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置一、动圈式（一、动圈式（检流计式）笔式记录仪检流计式）笔式记录仪 通电线圈在磁场中受力而通电线圈在磁场中受力而产生偏转，从而将输入（被记产生

31、偏转，从而将输入（被记录）电流的变化转换为记录笔录）电流的变化转换为记录笔的位移变化。的位移变化。第五节第五节 显示记录装置显示记录装置机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置1.动力学分析动力学分析电磁力矩电磁力矩 阻尼力矩阻尼力矩 游丝反力矩游丝反力矩 游丝的扭转刚度系数游丝的扭转刚度系数 转动惯量转动惯量 阻尼系数阻尼系数 常数常数 输入输入输出输出 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置2.传递函数传递函数3.特点特点 检流计式笔录仪是一个二阶系统。为实现信号的不失真检流计式笔录仪是一个二阶系统。为实现信号的不失真记录，应满足记录，应满足 且且 。因转动惯量较大及游丝刚度较小

32、，因此固有频率较低，因转动惯量较大及游丝刚度较小，因此固有频率较低，加上摩擦，因此其可记录信号的频率也比较低，加上摩擦，因此其可记录信号的频率也比较低，通常通常100Hz。静态灵敏度静态灵敏度 固有频率固有频率 阻尼比阻尼比 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置笔式记录仪笔式记录仪机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 由于运动部件的惯性较大以及机械摩擦的存在，前由于运动部件的惯性较大以及机械摩擦的存在，前面两种笔式记录仪可记录信号的频率都比较低。为了改面两种笔式记录仪可记录信号的频率都比较低。为了改善记录仪的动态特性，人们发明了光线示波器。光线示善记录仪的动态特性，人们发明了光

33、线示波器。光线示波器也是一种检流计式记录仪，它用一个转动惯量较小波器也是一种检流计式记录仪，它用一个转动惯量较小的振子取代了检流计式笔录仪的动圈部分，同时用的振子取代了检流计式笔录仪的动圈部分，同时用“光光笔笔”取代了机械笔，由于取代了机械笔，由于 ，从而使其具有较高，从而使其具有较高的固有频率，可以实现对高频（最高可达的固有频率，可以实现对高频（最高可达10kHz）信号）信号的不失真记录。的不失真记录。二、光线示波器二、光线示波器 机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置1.工作原理工作原理机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置2.特点特点 光线示波器（的振子）也是一个二阶系统，其

34、动态特性光线示波器（的振子）也是一个二阶系统，其动态特性与检流计式笔式记录仪相似。为实现信号的不失真记录，与检流计式笔式记录仪相似。为实现信号的不失真记录，也应满足也应满足 且且 。选择振子的依据是其固有频率，应满足上面的条件。选择振子的依据是其固有频率，应满足上面的条件。固有频率较高的振子固有频率较高的振子（）的阻尼主）的阻尼主要由油阻尼产生，固有要由油阻尼产生，固有频率较低的振子（频率较低的振子（）的阻尼主要由电磁阻）的阻尼主要由电磁阻尼产生。尼产生。SC-16型光线示波器型光线示波器机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置1.工作原理工作原理三、伺服式记录仪（电位计式自动平衡记录仪）

35、三、伺服式记录仪（电位计式自动平衡记录仪）机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置2.特点特点 是一种记录电压信号的电位计式记录仪，属于零位是一种记录电压信号的电位计式记录仪，属于零位平衡式伺服系统。平衡式伺服系统。记录幅值的精度较高，误差一般不超过满量程的记录幅值的精度较高，误差一般不超过满量程的0.2%0.5%。因其运动部分的机械惯性较大，故只能记录变化缓因其运动部分的机械惯性较大，故只能记录变化缓慢的低频信号（一般在慢的低频信号（一般在10Hz以下）。以下）。X-Y函数记录仪函数记录仪机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置磁带记录仪的基本组成磁带记录仪的基本组成四、磁带记录仪四

36、、磁带记录仪 1.工作原理工作原理机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置SONY 多通道数字式磁带机多通道数字式磁带机磁带记录仪磁带记录仪机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置2.特点特点 工作频带宽，可记录直流信号及数兆赫兹的交流信号。工作频带宽，可记录直流信号及数兆赫兹的交流信号。所记录的信息可长久保存，必要时可实现信号的重放。所记录的信息可长久保存，必要时可实现信号的重放。能同时记录多路信号，在工作频带内可保证这些信号之间能同时记录多路信号，在工作频带内可保证这些信号之间的时间和相位关系。的时间和相位关系。具有变换信号时基（时间尺度）的能力。具有变换信号时基（时间尺度）的能力

37、。既可记录模拟信号，也可记录数字信号。既可记录模拟信号，也可记录数字信号。记录速度快，记录数字信号时可高达记录速度快，记录数字信号时可高达1MB/s。可以和计算机配合，进行大量复杂的数据处理、分析。可以和计算机配合，进行大量复杂的数据处理、分析。机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置1.工作原理工作原理五、数字存储示波器（五、数字存储示波器（DSO）机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置数字存储示波器数字存储示波器机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置2.工作方式工作方式 模拟方式：模拟方式：象传统示波器一样工作，此时工作频带不象传统示波器一样工作，此时工作频带不受受A/D转

38、换器转换速度的影响，可以高达转换器转换速度的影响，可以高达100MHz；存储方式：存储方式：信号经信号经A/D转换后被存储起来，经转换后被存储起来，经D/A转转换、波形重构、功率放大，在换、波形重构、功率放大，在CRT上显示出重构后的波形。上显示出重构后的波形。信号算术运算信号算术运算 多窗口工作模式多窗口工作模式 波形参数的自动测量波形参数的自动测量 数字信号处理数字信号处理 通信接口通信接口 记录信号波形的硬拷贝记录信号波形的硬拷贝3.特殊功能特殊功能机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置六、其他六、其他 阴极射线管显示器阴极射线管显示器（CRT）液晶显示器液晶显示器（LCD）机械工

39、程测试技术 之 信号调理与显示记录装置 信号调理电路在测试系统中起着承上启下的作用，是测试系统中信号调理电路在测试系统中起着承上启下的作用，是测试系统中最重要的环节之一。测量电桥是实现微弱参量测量转换的主要装置之一。最重要的环节之一。测量电桥是实现微弱参量测量转换的主要装置之一。将电桥接成差动式可以提高灵敏度、改善非线性，并具有某些误差补偿将电桥接成差动式可以提高灵敏度、改善非线性，并具有某些误差补偿作用。采用调制与解调技术可以提高测试系统的抗干扰能力，便于信号作用。采用调制与解调技术可以提高测试系统的抗干扰能力，便于信号的交流放大，有利于不失真测试的实现。在测试系统的适当位置上使用的交流放大

40、，有利于不失真测试的实现。在测试系统的适当位置上使用各种滤波器，可以实现信号的分离，从信号中排除各种干扰、噪声，有各种滤波器，可以实现信号的分离，从信号中排除各种干扰、噪声，有利于有用信息的获取。传统的显示记录装置主要是笔式记录仪和检流计利于有用信息的获取。传统的显示记录装置主要是笔式记录仪和检流计式记录仪。近年来出现的数字存储示波器，通过微处理器、存储器等实式记录仪。近年来出现的数字存储示波器，通过微处理器、存储器等实现信号的数据采集，除可实现基本的显示记录功能外，还能以数字方式现信号的数据采集，除可实现基本的显示记录功能外，还能以数字方式对信号波形进行存储、重构与回放、分析与处理，使之成为

41、当今显示记对信号波形进行存储、重构与回放、分析与处理，使之成为当今显示记录装置的主流。录装置的主流。本章小结本章小结机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置作业：作业：1.如下图所示的一阶低通滤波器，如下图所示的一阶低通滤波器，。试求。试求该滤波器的截止频率，并求当输入信号为该滤波器的截止频率，并求当输入信号为 时滤波器的输出信号时滤波器的输出信号 。机械工程测试技术 之 信号调理与显示记录装置2.在下图中，在下图中，为被测信号，为被测信号，为工频（为工频（50Hz）干扰信）干扰信号。如果号。如果 为较高频率的正弦信号，为了滤掉干扰信为较高频率的正弦信号，为了滤掉干扰信号，在测量装置之后应设置何种滤波器？试说明理由。号，在测量装置之后应设置何种滤波器？试说明理由。