第7章信号显示与记录.doc

第7章信号的显示与记录
7．1 知识要点
7.1.1信号输出的形式及类型
1.什么是信号的输出技术？信号的显示与记录有哪几种？
测试仪器的信号输出技术是指将测试结果（包括中间结果）以特定形式提供给特定对象，或为特定对象提供特定的接口技术。根据被记录信号的类型不同可分为模拟信号记录和数字信号记录；根据记录介质的不同又可分为显式记录仪（如光线示波器）和隐式记录仪（如磁带机）；根据被记录信号的频率变化范围不同又可分为低速记录仪（如笔式记录仪）、中速记录仪（光线示波器）和高速记录仪（磁带机等）。具体类型如下：

2.测试过程中在选择显示与记录装置时需要考虑哪些因素？
(1）被测信号的精度要求；(2）被测信号的频率范围；(3）信号的持续时间；(4）是否同时记录多路信号；(5）记录信号同时是否需立即显示；(6）其他因素包括记录装置的重量、体积、价格因素、抗振性要求等。
3.常见的显示记录装置性能有何特点？
表7-1常见记录装置的性能一览表
记录装置名称
自动平衡
记录器
X-Y记录器
笔式记录仪
光线示波器
磁带记录器
阴极射线,示波器照相
特点
记录精度较高，记录幅度宽，完全直线书写，响应相当缓慢
记录精度高，记录幅度宽，在平面上记录两种物理量关系的记录器
结构简单，使用较广，操作方便，记录幅值小，频响特性较差
使用较广，频率响应好，可多线记录，多半需匹配电路
存储信息量大，灵活性大，频率响应好，可多路记录，无显示功能，信噪比较低
频率响应最好，频带宽，操作复杂，记录要配相机
主要用途
各种物理量的长时间记录
特性曲线自动记录
同时记录变化频率较低的现象
同时记录高、低频现象
同时记录高低频现象，暂态过程
记录瞬态过程及其它信号监视
记录单元名称
伺服机构
伺服机构
磁电式检流计
振动子
磁头、磁带
示波管
记录方式
墨水笔、圆珠笔记录
墨水笔、圆珠笔记录
墨水、热笔、电笔、及划痕记录
光笔使记录纸感光记录
磁带的剩磁记录
荧光屏的荧光效应显示及照记录
主要参数
工作频带(最高点)
1Hz
3Hz
30～100Hz
5kHz(最高超过12kHz)
40～80kHz (最高400kHz)
100MHz或微秒级瞬变
振幅精度
0.25%
0.25%
2%
2%
1～5%
取决于精度
灵敏度
1～10mv/满幅
10mv/满幅
0.5~2.5mm/mA
(检流计)
1.9×105mm/mA.m

记录线数
1～3
1～6(Y轴)
1～12
达60
达56
1～2
记录速度
2cm/h～50cm/min

1～25cm/s
25cm/min～200cm/s
1.19～305cm/s

记录幅宽
150～250mm
纵横250mm
40mm
100mm

输入阻抗
不平衡时100kΩ以上
不平衡时100kΩ以上
约4kΩ
10～200Ω
约100kΩ

7.1.2光线示波器与电子示波器
1.简述光线示波器的工作原理及类型
光线示波器是一种由光学、机械、磁、电系统综合组成的通用记录仪器，主要用于模拟量的数据记录。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，然后在等速移动的感光纸上描绘出波形，该波形表达了被测信号与时间的关系。
光线示波器按供电方式不同分为交流供电示波器、直流供电示波器和交直流两用光线示波器；按记录方式的不同可分为直接记录和暗记录两种；按磁系统的不同可分为单磁式和共磁式两种。
2.光线示波器有何优缺点？
(1)由于光线示波器采用光学放大系统，使用高质量磁系统及高灵敏度的振动子，因此可获得很高的灵敏度。
(2)动圈式振动子的自振频率可高达上万赫兹，因此记录信号的频率可达数千赫兹，这是笔式记录仪的十几倍。
(3)能同时记录多个信号，光线笔不会相互干扰、碰撞，可实现交叉记录，能最大限度地利用记录纸。
(4)使用调整方面，能够得到曲线形式的资料，并且直观性好。
光线示波器的不足之处主要有以下几个方面：
(1)工作频率还不够宽。
(2)记录曲线不能利用数字分析仪器或计算机进行处理。
(3)感光记录纸价格较贵，且不能重复使用。
3.如何选择光线示波器的振动子？
使用光线示波器很重要的一个问题就是如何选择振动子。如果振动子选择不合适，则会使得测量误差增大。选择振动子的原则是根据对被测信号的频率、电流值的初步估计和振动子的各项性能参数，使记录的波形尽可能满足误差要求，如实反映被测信号，并且有足够大的记录幅度，以利于分辨。一般有以下几个原则：
(1)振动子固有频率的选择。为了将所测量的信号不失真地记录下来，所选择的振动子固有频率至少应为记录信号最高频率的1.7倍，这样可将幅度误差控制在5%之内。
(2)灵敏度的选择。振动子的灵敏度与其固有频率相互制约，高灵敏度的振动子常具有比较低的固有频率。在选择振动子时往往是在满足固有频率的要求下尽量选取高灵敏度的振动子。
(3)振动子最大允许电流值的选定。要特别注意防止由于引入过大信号电流而损坏振动子。当信号电流较大时，可以利用光线示波器内提供的并联分流电阻进行分流，或者在回路中加入串、并联电阻。
在满足以上条件的前提下，还要有适当的光点偏侈。对于通过放大器输出的信号电流，选用振动子时要做到阻抗匹配。使用振动子时，还要注意振动子的正确安装，使圆弧误差最小。
4.什么是无纸记录仪？有何特点？
无纸记录仪是一种无纸、无笔、无墨水、无一切机械传动机构的全新记录仪器，它以微处理器为核心，将模拟信号转换成数字信号，存储在大容量芯片上，并利用液晶显示。它主要具有如下几方面的优点：
(1)可实现高性能、多回路的检测、报警和记录。
(2)对输入信号的处理可实现智能化，可直接输入热电偶、热电阻等信号。
(3)可高精度实时显示输入信号的数值大小、变化曲线及棒图，并可追忆显示历史数据。
(4)具有与微型计算机通信的标准接口，可与计算机进行数据传输，也可实现记录仪的集中管理。
(5)无纸记录仪多用于生产过程中多路缓变信号长时间巡检与记录，因此采样频率较低。
5.试述数字显示系统的组成
一个数字显示系统通常由计数器、寄存器、译码器和显示器等四个部分组成，如图7.1所示。

图7.1数字显示系统组成
计数器能对输入脉冲进行计数，完成计数、分频、数控、数据处理等功能。计数器种类繁多，在数字系统和计算机中它常用做脉冲计数和分频之用。计数器通常由具有记忆功能的触发器和门电路组成。按照计数进制的不同，计数器可分为二进制计数器、二～十进制计数器和N进制(即任意进制)计数器等。在数字显示系统中应用最多的是BCD8421码的二～十进制计数器。
译码器则是进行码制变换，将一种数码转换成另一种数码。把代码的特定含义翻译出来的过程称作译码，实现译码功能的电子电路称为译码器。在数字显示系统中常用BCD8421码二-十进制的七段译码器来驱动数码管。
数码显示器按发光材料的不同，可分为发光二极管显示器(简称LED)和液晶显示器(又称荧光数码管)。图像显示器有阴极射线管显示器、液晶显示器、等离子显示器等。
7.1.3磁带记录仪
1.简述磁带记录仪的工作原理、类型及性能特点
磁记录系隐式记录，须通过其它显示记录仪器才能观察波形，磁带记录仪主要部件为磁头和磁带。记录磁头和重放磁头结构大体相同，在带有磁隙的环行铁芯上绕 有线圈。铁芯由高磁导率、低电阻、耐磨性好的软磁性铁磁材料薄片迭成。磁带是一条涂有一层磁性材料的长塑料带。磁带上的磁性材料采用硬磁材料，以满足大矫顽力和剩余磁感应强度的要求。记录时，输入信号先被放大，再供给记录磁头。记录磁头线圈内的信号电流在磁头的铁芯中产生磁力线。由于气隙的磁阻较大，大部分磁力线都绕过气隙，通过磁带表面层的磁性材料而闭合，从而使磁头底下的一小部分磁层磁化。随着磁带的移动，被磁化的磁层离开记录磁头，由于磁滞效应，磁带的磁化材料就产生了与磁场强度相应的剩磁（Br）。由于磁场强度与输入线圈的信号电流I成正比，则剩磁Br亦与信号电流成正比。这就是磁带记录过程。当记录有剩磁通的磁带经过重放磁头的磁隙时，因重放磁头铁芯的磁阻很小，剩磁通穿过铁芯形成回路，与磁头线圈交链耦合，而在线圈中 产生感应电势，其大小与剩磁通变化率成正比。这样，经过重放磁头，剩磁通的变化率则转换成磁头线圈的输出电压，这就是磁带信号的再现过程。
磁记录器有磁带式、磁盘式和磁鼓式；按照信号记录方式不同可分为数字式和模拟式两类。磁带记录仪具有以下特点：
(1)记录频带宽，可记录0～2MHz的信号，适用于高频交变信号的记录。
(2)能同时进行1～42路信息及更多信息的记录，并能保证这些信息之间的时间和相位关系。
(3)具有改变时基的能力，可对高频信息采用快速记录，慢速重放。对低频信号可慢速记录，快速重放，便于分析研究信息，在数据处理中是十分有用。
(4)特别适用于长时间连续记录，并可将信息长时间保存在磁带中，在需要时重放。它适用于需要反复研究信息的情况。信息不需要时，又可抹去；再记录新的信息，因而使用方便且经济。
(5)记录的信息精度高、信噪比高、失真小、线性好、零点漂移小、对环境（温度、湿度）不敏感，抗干扰能力强。
(6)输入、输出均为电信号，磁带记录器前面可加放大器，便于与数据处理设备及计算机连接，可实现整个测试系统自动化，大大节约测试时间。
2. 磁带记录仪记录方式有哪些？各有何特点？
（1）直接记录式（DR式）：优点是结构简单，工作频带宽（50Hz~1MHz）。因为重放磁头的感应电势具有微分特性，对低频信号感应电势很弱，而具有积分特性的电路对低频特别敏感，因此不宜记录50Hz以下的低频信号。其高频上限则受走带速度和磁头工作间隙的限制。
（2）频率调制记录式（FM式）：频率调制记录方式在测量用磁带记录仪中应用较广，把信号变成调频波后，调频波是等幅的，其频率的偏移正比于输入信号的幅值。这种调频波很容易转换为具有“0”和“1”两值的信号，或者疏密不等的脉冲信号，所以将不受剩磁曲线非线性的影响，对信号跌落也不敏感。重放时，重放磁头只要检测出磁带上的频率信息，经过解调、低通滤波后输出记录信号。
频率调制记录方式具有较高的精确度，抗干扰的性能更好。记录过程不再需要加偏磁技术。虽然调频波的偏移只和信号的幅值有关，信号的频率只反映调频波疏密变化的频率，但显然“载波”频率（指记录信号为零值时的调频波频率）应该数倍于信号中的最高频率。因此FM记录方式的工作频带上限受到限制，其工作频带一般为0~100kHz，适宜于记录低频信号。
3.走带速度对磁带记录仪的性能有何影响？
对某一固定频率，走带速度影响其记录波长，。过慢的走带速度限制记录信号的频率上限，走带速度的上限则受走带机构、带长储备和记录时间的限制。一般磁带记录仪有若干档固定走带速度可供选择。
对于一个磁带记录仪，重要的是记录和重放时的走带速度，或者保持一致，或者保持预选的、恒定的比例。同时，要保持走带速度的均匀，既不允许瞬间跳动，也不允许长周期的慢变化。对于DR记录方式，走带速度的不匀影响所录信号的频率，对FM记录方式则影响所录信号的幅值。所以磁带记录仪走带机构有恒速控制系统。此外，走带机械还应保持清洁，防止尘埃。磁带也应保持清洁和平整，不允许有凸凹扭曲，这对多通道的同时记录尤为重要，因为这些缺陷所造成的长度变化就相当于各通道的时间差异。
4.简述数字式磁带记录仪的工作原理及性能特点
数字式磁带记录仪是由于计算机的广泛应用而而发展起来的一种新型磁带记录仪，其结构与模拟式记录仪相同，但采用的记录方式是数字记录方式。数字记录方式又称为脉冲码调制（PCM）方式，它是把待记录信号放大后，经A／D转换变换成二进制代码脉冲，并经记录磁头记录在磁带中。重放时再将该信号经D／A转换还原为模拟信号，从而恢复被记录的波形，或将该脉冲码直接输入数字处理装置，进行后续处理和分析。
数字式记录方式的特点是被记录的信息只是二进制的“0”和“1”，这不仅便于记录，而且便于运算。用磁带记录“0”和“1”,是分别利用磁带磁层的正或负方向的饱和磁化。所以在磁带上作记录时，记录磁头是将一连串脉冲相应地转换成饱和磁化存储在磁带上。
数字记录方式的优点是准确可靠，记录带速不稳定对记录精度基本没有影响，记录、重放的电子线路简单，存储的信息重放后可直接送入数字计算机或专用数字信号处理器进行处理分析，因此数字式磁带记录仪可作为计算机的外设。它的缺点是在进行模拟信号记录时需作A／D转换，而需模拟信号输出时，重放后还需作D／A转换，使记录系统复杂化。另外，数字记录的记录密度低，只有FM方式。
7.1.4伺服式记录仪
1.简述笔式记录仪的工作原理及性能
笔式记录仪实际上是在指针式电表的基础上，把指针换成记录笔或在指针的尖端装有笔而成。分可动线圈式、可动铁芯式和感应式几种。核心是磁电式检流计，故又称为检流计式笔录仪，其原理和结构如图7.2所示。待记录信号电流输入线圈，受电磁力矩的作用线圈产生偏转。此时游丝产生与转角成正比的弹性恢复力矩与电磁力矩相平衡。一定的电流幅值对应于一定的转角，从而使安装在线圈轴上的记录笔在记录纸上作放大幅值的偏斜，记录纸匀速走纸，笔就在纸上给出被记录信号的波形。
这种仪器主要是记录电流信号，当用它来记录电压信号时，必须保持电路中电阻值的恒定。另外还应考虑到当记录仪在工作中温度发生变化时，线圈的电阻，游丝的刚度及磁场强度都会发生变化。解决的办法是在电路中串联一个由锰铜合金制成的温度补偿电阻，以弥补由上述原因造成的温度误差。再者，在使用中应对仪器预热一定时间，来减少工作中较大的温度变化。
笔式记录仪由于转动部分具有一定的转动惯量，因而其工作频率不高。笔尖幅值在10mm范围之内时，其最高工作频率可达125Hz。另外，由于笔尖与纸接触所引起的摩擦力矩较大，可动部分质量大，需要相当大的驱动力矩，并需要抑制笔急速运动时跳动的强力阻尼装置，因而造成较大的误差、其灵敏度较低。因此，这种记录仪只适合于长时间慢变化信号，要求指示与记录同时进行的场合。

图7.2检流计式笔式记录仪
2.简述函数记录仪的工作原理及性能
函数记录仪是一种自动平衡式仪表，它能高精度地自动显示和记录已转化成电压的信号，最常用的是闭环零位平衡系统的伺服记录仪。工作原理如图7.3所示，若待记录的直流信号电压ui与电位计的比较电压u0不相等，则有电压ue输出。电压ue经调制、放大、解调后驱动伺服电动机，电动机轴的转动通过传动带(或钢丝)等传动机构带动记录笔作直线运动，实现信号的记录，同时与记录笔相连的电位器的电刷也随着移动，从而改变着u0的值。当u0=ur时，ue=0，后续电路没有输出，伺服电动机停转，记录笔不动。信号电压ur不断变化，记录笔就跟踪运动。由于电位器是线性变化的，所以记录笔的运动幅值与ur的幅值成正比。由于采用零位平衡原理，记录的幅值准确性高，一般误差小于全量程的±0.2%。但是，由于传动机构的机械惯性大，频率响应通常在10Hz以下，所以只能记录变化缓慢的信号。

图7. 3闭环零位平衡系统的伺服记录仪工作原理图
如果将记录纸固定不动，使用两个互相垂直的记录笔，它们分别由两套零位平衡伺服系统驱动，那么在记录纸上便描绘出两个被测量的关系曲线，这就是x-y函数记录仪的工作原理。其结构框图如图7.4所示。
x-y函数记录仪是一种最常用的通用笔式记录仪。其x、y轴各由一套独立的随动系统驱动，使记录笔能在幅面宽大的记录纸上精确记录函数曲线。在加载速率比较缓慢的力学性能试验中是测量和记录负荷-变形曲线的理想设备。

图7.4x-y函数记录仪结构方框图
7.1.5盘式记录仪
1.盘式记录仪有哪些类型？硬盘有哪几种？
盘式记录仪有磁盘记录仪和光盘记录仪。磁盘从构造来看，它可以分为“硬磁盘”和“软磁盘”两大类，简称硬盘和软盘以及光盘储存器。硬盘存储器主要由磁头、盘片、硬盘驱动器和读/写控制电路组成，盘片用铝合金或玻璃等材料制成，其表面涂有磁性材料，硬盘存储器根据磁头和盘片结构的不同可以分为固定磁头硬盘，活动磁头固定盘片硬盘以及活动可换盘片硬盘等几种类型。按盘片可分为单片式和多片组合式。在多片组合式中有2片、8片、12片等。盘片直 径有14英寸、8英寸、5.25英寸、3.5英寸和2.5英寸，存储容量从几MB到数百GB。磁盘的转速有12000转/分、7200转/分、5400转/分等多种，并且朝着越来越快的方向发展。硬盘的性能主要由它的技术参数决定，如数据传输率、平均寻道时间、硬盘接口类型等
2.光盘储存器有哪几种？简述光盘记录仪的工作原理
常见的光盘储存器是CD-ROM。CD-ROM光盘大致可以分为以下几种：只读光盘(CD-R)、只写一次光盘、可读写光盘。其工作原理是把被记录信息经过数字化处理，变成了“0”与“1”，其对应在光盘上就是沿着盘面螺旋形状的信息轨道上的一系列凹点和平面。所有的凹点都具有相同的深度和长度，其深度约为0.11至0.13，宽度约为0.4到 0.5，而激光光束能在1内从1的面积内获得清晰的反射信号。一张C D光盘上大约有28亿个这样的光点，当激光映射到盘片上时，如果是照在平面上就会有70%到80%的激光被反射回；如果照在凹点上就无法反射回激光。根据其反射回激光的状况，光盘驱动器就能将其解读为“0”或“1”的数字编码了。
3.光盘刻录机有哪几种？
光盘刻录机有CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD-RW和DVD-RAM等类型，其中目前较常用的是CD-R和CD-RW两种，存储容量约650MB。CD-R光盘刻录机是一种只可一次写入的CD-R光盘的刻录机；CD-RW光盘刻录机使用的盘片是CD-RW(可重写)光盘；DVD被誉为“新世纪的记录媒体”，最主要特色在其超大的记录容量，两层式双面记录的最大容量约可达17GB。DVD的光盘可分为：DVD-ROM(即通常所说的DVD盘片)，DVD-R(可一次写入)，DVD-RAM(可多次写入)，DVD-RW(可重写)四种，其中DVD-RAM是以后的发展趋势。
7.1.6瞬态波形记录分析仪
1.什么是瞬态波形记录分析仪？简述其工作原理。
瞬态波形记录分析仪，也叫瞬态波形存贮器或存贮示波器。是国外20世纪60年代后发展起来的一种新型测试仪器。它主要用于精确测量非周期瞬态过程。如爆炸、冲击、振动、武器发射、共振及电路的暂态过程等。
瞬态波形存贮器的一般工作原理是高速瞬态模拟信号经过模数（A/D）转换器转换成一连串的数字信号。这些数字信号立即被存入一个高速大容量半导体存贮器。存入后，即可反复取出这些数字信号。可将这些数字信号通过接口送入微处理机进行数据处理，或将这些数字信号送至数模（D/A）转换器，还原成模拟波形送入示波器观察波形。
瞬态波形存贮器的精度主要取决于它的模数转换器的位数。位数越长，则精度越高。瞬态波形存贮器的内存大多采用半导体存贮器。它的特点是速度高、容量大、价格便宜。当信号存入后，可用各种速度反复读出，供处理和观察，当机器重“写”时，原来存贮的信息才抹掉。
2.瞬态波形记录分析仪有何特点？
（1）仪器外配一台PC机（台式微机或笔记本微机）并带有EPP并行接口，便成为波形记录、波形显示、波形或频谱分析、计算机处理的多功能波形记录仪。
（2）仪器采用104线的总线结构形式，在同一系统内可插入不同性能的模块，计算机自动检测识别，对记录模块不存在特殊的位置。当系统加电后，系统自动识别各记录模块的型号并显示出其所在位置。考虑到用户测试对象的变化，只需更换或增加不同性能的模块，便可满足各种不同测试的需要，适应新的测试需要。
（3）每次测量前都能按要求进行“0”点自动校正和按需要进行自动直流偏移调整。从而可以克服因温度变化引起的漂移、既能实现双极性输入模拟信号满度A/D转换，又能实现单极性输入模拟信号满度A/D转换，充分利用A/D转换的位数，提高测量精度。
（4）在有多个记录模块存在的系统内，每个记录模块都可以设置成允许触发和不触发两种状态，并且有内、外触发选择，在选择内触发的条件下还有上升沿触发，下降沿触发，窗口触发，事件触发等多种触发功能选择。由于触发功能完备，保证了信号捕捉的稳定可靠，提高了信号捕捉率。
（5）系统内每一个记录模块都有独立的时基，可实现独立的记录时钟选择，有独立的预置延迟选择设置，有独立的记录长度选择。对于所需记录的信号具有非常灵活的选择。特别适用在同一事件中需记录多个信号，而多个信号之间又存在较大的时差，较大的频率差异和持续长短差异等都能满足。既便于测量和观察被测信号的全貌，又便于测量和观察某些需要特别仔细测量和观察时段，提高测量效果。
（6）系统具有丰富的软件。软件在WINDOWS平台下运行，采用虚拟仪器软面板，中文图形化界面。使用仪器软面板进行各种参数的设置，待命、记录、数据的传送，波形水平轴放大、缩小、滚动，垂直方向的放大、缩小、移动，双光标可方便地确定波形的幅值、相位、时间、频率关系，磁盘管理，最大值、最小值、均方根，积分，微分，幅度直方图，自相关，互相关，FFT、幅值谱、相位谱等软件处理功能。
7．2 例题解析
【例7.1】现用型振动子记录10Hz 正弦信号，信号幅值为2v，要求在记录纸上偏转幅值，求需串、并联的电阻值。（设信号源内阻。）
解:查型振动子的技术参数得：固有频率30Hz，工作频带0～10Hz,电流灵敏度为，振动子内阻，要求外电阻。
光点在记录纸上偏转幅值为50mm时，则通过振动子的电流为:

这时加在振动子上的电压为：
其所需串联的电阻为:
所需并联电阻为
取
【例7.2】现用固有频率为1200Hz的振动子记录基频为600Hz的方波信号，振子阻尼率试分析记录结果。
解：方波信号可用傅里叶级数展开为一正弦序列：

光线示波器的振动子，当时，则其频率特性相当于一个低通滤波器，故所列方波的各次谐波经过振动子时均会产生不同程度的衰减和削弱。由于：

所以可计算出各次谐波分量的幅值：基波，，，幅值；三次基波，，，幅值；同样计算出五次谐波的幅值为0.047；七次谐波分量为0.015。可见七次谐波分量已经很微弱了，近似用基波、三次谐波、五次谐波的合成来表示记录波形时其表达式为：

【例7.3】选择合适的光线示波器振子来记录下面两个信号： ； ，设信号源内阻为20，要求信号在记录纸上的偏移量为。
解：首先计算出待记录信号的频率，
查振子技术参数可知：适于用型振子；适于用型振子。这两种振子的技术参数如表7-2所示
表7-2振子参数表
型号
工作频率
电流灵敏度（S）
内阻（）
要求外阻（）
最大电流

0～200Hz
72mm/mA
55
27.5
2mA

0～800Hz
2.45mm/mA
16
16
30mA
第二步是确定流入振子的最大电流。由偏移量要求可知：
型:
型:
由、可知加在两振子上的电压分别为：
；

第三步确定振子外部需串、并联的电阻。对型振子，要有串联电阻和并联电阻，以同时满足和外阻的要求。对型振子，因是油阻尼，无外阻要求，故可只用一个串联电阻来分压。它们的等效电路如图7.5所示。

FC6-400 FC6-2500
图7.5例7-5解图
型
，
型

解析：选用光线示波器振子时主要有三个要点：（1）所选振子要适合于所记录信号的频率；（2）确定流入振子的最大电流，该电流值可由所要求的记录信号的幅度决定，但最大不超过振子允许的电流；（3）计算所需的串、并联电阻。
7．3 习题
1.判断题
7-1伺服式记录仪的特点是记录中频信号幅值准确性高。
7-2记录磁带快录慢放，放演信号的频谱带宽扩宽，幅值压低。
7-3用光线示波器振子的电流灵敏度和要求的光点偏移量来计算输人振子的交流电流，这里的是指通过振子电流的平均值。
7-4为了使油阻尼的振子不受温度影响，应采用冷却恒温方法。
7-5笔式记录仪结构简单，指示与记录能同时进行，适合于短时间快速变化的信号记录。
7-6光线示波器是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，然后在等速或变速移动的感光纸上将被测信号记录下来。
7-7在磁带记录器模拟记录方式中，最常用的是间接记录和频率调制两种方式。
7-8无纸记录仪是以微处理器为核心，将模拟信号转换成数字信号，存储在大容量芯片上，并利用液晶显示的仪器。
7-9瞬态波形记录分析仪精度主要取决于它的模数转换器的位数，位数越短，则精度越高。
7-10阴极射线管是利用电子束撞击荧光屏，使之呈现光点的。
2.选择题
7-11为测量和记录200HZ的正弦信号，最好选用 型号的振动子比较合适。
A．FC6―120；B．FC6―120A；C．FC6―400；D．FC6―1200
7-12在选用振子时，除了使阻尼比接近０.７外，应使被测正弦信号的最高频率fm
振动子的固有频率fn
A．等于 ；B．>2倍；C． ≤（０.５～０.６）；D．<０.1倍
7-13伺服式记录仪的特点是 。
A．记录缓变信号幅值准确性高 ；B．记录缓变信号幅值准确性低；C．记录中频信号幅值准确性高；D．记录高频信号准确性高
7-14为了用分析仪或计算机进行数据处理，在现场记录实验数据时应采用 。
A．光线示波器 ；B．笔式记录仪；C．伺服式记录仪 ；D．磁带记录仪
7-15欲测量和记录最高频率为６００Hz的信号，应选用 型号的振动子为好。
A.ＦＣ６－４００ ；B.ＦＣ６－１２００；C.ＦＣ６－２５００；D.ＦＣ６－５０００；
7-16磁带记录一个最高频率分量为500Hz 的信号，用上限频率为300Hz的放大器作回放信号的放大，为了使放大后的信号不失真，应采用方法是 。
A．快录慢放；B．慢录快放；C录放速度不作变化
7-17定量记录气体压缩过程中温度随压力变化的直接关系曲线，最好采用 。
A.光线示波器；B.Ｘ－Ｙ函数记录仪；C.检流计式笔录仪；D.磁带记录仪
7-18光线示波器高频振子的阻尼率达到0.7的方法是 。
A．充人硅油；B．保证要求的外电阻；C．串联合适电阻D．并联合适电阻
7-19为了记录变量X与Y之间的关系，应选用 。
A．检流计式；B．光线示波器；C．磁带机；D.X一Y函数记录仪
7-20为了用分析仪或计算机进行测试数据的处理，在现场记录实验数据时应选用 。
A．光线示波器；B．伺服式记录仪；C．磁带记录仪；D．阴极射线示波器
3.填空题
7-21光线示波器记录的方波信号时，考虑到五次谐波成分，记录误差不大于5％时，则应选用振动子的固有频率为 Hz的振动子。
7-22为使光线示波器的振子达到最佳阻尼，低频振子（）采用 ，高频振子（）采用 。
7-23振动子电路电阻匹配的目的，从测量电路来看是希望 ，从振动子本身角度来看是为了 。
7-24振动子的阻尼率时，并且记录正弦信号的频率不大于固有频率的
倍时，记录信号的幅值误差将不大于 。
7-25磁带记录仪一般由 、 和 组成。光线示波器由 和 组成。
7-26为了保证光线示波器的输出不产生幅、相频失真，应使选用的振动子满足条件
和 。
7-27光线示波器的振子的固有频率越高，其电流灵敏度 。
7-28不作校正，直录式磁带记录仪失真的主要原因是 。
7-29自动平衡式记录仪适宜于记录的频带范围 。
7-30光线示波器的使用频率范围是 ，磁带记录仪的使用频率范围为 ,X一Y函数记录仪的使用频率范围是 。
4．问答题
7-31测试仪器的信号输出有哪些类型？
7-32信号显示记录仪表和装置有哪几种类型？
7-33什么是屏幕显示仪表？
7-34什么是模拟显示仪表？有哪几种？各有何特点？
7-35什么是数字显示仪表？有何特点？
7-36模拟显示仪表是如何发展变换成数字显示仪表的？
7-37显示仪表在过程控制系统中的作用是什么？
7-38常用在显示仪表中的工作原理有哪些？主要应用在什么场合？
7-39数字式显示仪表的特点是什么？
7-40数码显示常用的显示器有哪些？各有何特点？
5．分析计算题
7-41有一台数字仪表满度显示为“20060”，此时它从放大器接受的信号为5v，现与一测压变送器配套测量压力，其输出为0～10mA DC，它所对应的测压范围为0～20000Pa，问应采取什么办法才能使数字表直接显示压力数？
7-42现采用铂电阻检测温度，希望数字显示，现有一台满量程为“1000”的数字显示仪表，其分辨率为，问应如何处置，才能配套使用显示温度？
7-43用铂电阻与数字显示仪表配合测量0～200温度，要求非线性误差不得超过0.5%，试设计一个数字线性方案。
7-44磁带记录器的重放放大器特性有何要求，为什么？
7-45说明磁带记录仪直接记录方式（DR）与调频记录方式（FM）的优缺点。
7-46如图7.6所示为动圈式磁电指示机构，试述其工作原理。

图7. 6动圈式磁电指示机构
7-47图7.7所示为光线示波器的结构，试述其工作原理。

图7.7光线示波器结构图
7-48磁带记录器的结构如图7.8所示，根据此图说明磁带记录器的记录、重放和消磁原理。

图7.8磁带记录器的结构原理图
7-49自动电位差计式自动平衡显示仪表的工作原理是什么？
7-50电桥式自动平衡显示仪表的基本工作原理是什么？
7．4 习题解答
1．判断题解答
7-1×；7-2√；7-3×；7-4×；7-5×；7-6×；7-7×；7-8×；7-9×；7-10√。
2．选择题解答
7-11 D；7-12 C；7-13 A；7-14 D；7-15 B；7-16 A；7-17 C；7-18 A；7-19 D；7-20 C。
3．填空题解答
7-21 5000Hz
7-22电磁阻尼；油阻尼
7-23输出功率最大；获得合适的阻尼率使
7-24 0.5；5%
7-25磁头；放大器；磁带及走带机构；振动子及磁系统；光学系统、机械系统；电气系统
7-26；
7-27越低
7-28剩磁曲线的非线性和重放感应电势的微分性质
7-29 0～2.5Hz
7-30 5kHz；1MHz；10Hz
4.问答题解答
7-31答：测试仪器的信号输出类型如图7.9所示。

图7.9题7-31解图
7-32答：信号显示记录仪表和装置主要可分为模拟显示记录仪表、数字显示记录仪表和计算机屏幕显示记录仪表。
7-33答：屏幕显示仪表其本质上是配有专门的数据采集处理接口、专门的显示屏幕和其他附加装置的计算机系统。
7-34答：将一些不能直接或不能精确直接感知的物理量用易于精确观察到物理量来表示的方法称为物理模拟法，凡是用物理模拟方法对被测信息实现显示的仪表称为模拟显示仪表，通常使用指针或记录笔的偏转角或位移、光柱（条）的长短变化等方法来显示被测参数连续的变化。
模拟显示仪表一般可分为直接变换式和平衡式两大类。直接变换式仪表测量线路简单，价格较低，但准确度较低，线性刻度较差，信息能量传递效率低，灵敏度不高；平衡式仪表测量线路结构复杂，价格较高，但准确度高，灵敏度和信息能量传递效率都较高，线性度好。常见的模拟显示仪表有动圈式显示仪表、自动平衡式的电子电位差计和电桥式自动平衡显示仪表等。
7-35答：数字显示仪表就是把被测参数连续变化的模拟量转换为断续的数字量并以数码形式显示的仪表，具有测量速度快，抗干扰性能好，准确度高，读数直观，具有自动报警、自动量程切换、自动检测、参数自整定、滤波、非线性处理以及进行各种运算等功能，其性能优于模拟显示仪表。
7-36答：进入20世纪80年代后，随着计算机技术的发展，显示及记录仪表也开始步入了微机化的过程。数模混合记录仪就是该发展过程的一种典型产物。全数字记录仪表是在数模混合记录的基础上发展而成的。
7-37答：在控制系统中，显示仪表具有重要的地位，它可将控制过程中的参数变化、被控对象的过渡过程显示和记录下来，供操作人员及时了解控制系统的变化情况，掌握被控对象的状态，是进行系统控制、工况监测、性能分析及事故评判等工作所必不可少的环节。
7-38答：常用在显示仪表中的工作原理有电位差计自动平衡原理、电桥式自动平衡原理和差动变压器式自动平衡原理。
电位差计式自动平衡原理主要应用在对直流电压或直流电流转换成的电压进行测量的场合；电桥式自动平衡原理主要应用在利用敏感电阻作为传感器对被测参数进行测量的场合；差动变压器式自动平衡原理主要应用在位移的检测场合。
7-39答：由于在数字式显示仪表中用微处理器取代了常规自动显示及记录仪表的测量电路，从而大大减少了仪表的机械结构，增强了仪表的数字处理能力和运算能力，使得数字式显示仪表变得小巧、精确、灵活和可靠。
7-40答：数码显示常用的显示器有发光二极管（LED）、液晶显示器(LCD)和荧光管显示器。以荧光管显示器亮度最高，发光二极管次之，而液晶显示器最弱。其中液晶显示器为被动显示器，必须有外光源。荧光管由于其特殊的真空结构，驱动电压比较高（一般需要10～15v，而LED和LCD一般只需要2.7～5v），而且使用不如LED和LCD灵活，因此测试仪器中部如LED和LCD普及。但在一些特殊的显示需求下，荧光管显示器具有独特的高亮度和低功耗的显示特性。
5.分析计算题解答
7-41答：将压力变送器的输出接一的精密电阻即可实现使数字表直接显示压力数的功能。
7-42答：设被测温度为150时，则与热电阻配套使用的数字表应显示‘150”。而该数字表达分辨率为，要使数字显示仪表显示“150”，则输入数字表的电信号应是：
同理，如被测温度为200，则输入数字表的电信号应是20.则任务即变为将铂电阻从阻值的变化变为15～20的电压变化，就是要设计一个标度变换电路，来完成上面所要求的电阻到电压的转换，使得热电阻能很好的与数字显示仪表配套测量温度。
要完成电阻到电压的转换，用得最多的是电桥线路，为了减小环境温度变化对测量的影响，常采用三线接法，故标度变换的原理线路如图7.10所示。图7.10中， 是连线电阻，常取为某一定植；、是桥臂电阻；是热电阻；是桥路稳压源；是输出信号。在桥路设计时，可以通过适当选择桥路电源和桥臂电阻、来实现。这里由于铂电阻阻值的变化与温度之间呈非线性关系，还需进行线性化处理之后才能显示。

图7.10题7-42图
7-43答：由于铂电阻在0～200温度范围内阻值变化与温度呈非线性特性，所以首先由特性表拟合电阻-温度特性曲线，而且需要将铂电阻阻值的变化转换为电压的变化，这样就需要采用相应的电桥进行转换，然后将对应的结果存入数字显示仪表的存储单元中，利用查表完成线性化。
7-44答：当磁带经过重放磁头时，产生的感应电动势为，N为线圈匝数。由于磁通正比于磁带上的剩磁感应强度，也正比于记录时的信号电流，所以，感应电势。与信号电流的微分有关。重放磁头具有微分性质，重放磁头的电压输出将和信号频率有关且产生固定的相移，对于一个有多种频率成分的信号，重放时将引起幅值畸变和相位畸变。为补偿重放磁头的这种微分特性，重放放大电路必须具有积分放大的特性。
7-45答：DR方式的优点是结构简单，工作频带宽（）。缺点是容易引起由于磁层不均、尘埃、损伤而造成的“信号跌落”误差。不宜记录50Hz以下的低频信号。FM方式具有