3 礦山測試技術(shù) 顯示記錄儀器分享資料

1、3 顯示和記錄儀器顯示和記錄儀器表盤顯示表盤顯示數(shù)字顯示數(shù)字顯示計(jì)算機(jī)記計(jì)算機(jī)記錄和顯示錄和顯示示波器記錄和顯示示波器記錄和顯示3.1.1 記錄儀器作用和地位n 記錄儀器作用記錄儀器作用 排除了測量者主觀視覺誤差和疏失誤差 在測量過程中或被測信號消失之后的任何時間對數(shù)據(jù)進(jìn)行研究和分析 當(dāng)被測信號是隨時間變化的，必須使用有一定響應(yīng)速度能實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量自動記錄的儀器n 地位地位 記錄儀器的精度、靈敏度和頻率響應(yīng)等特性對整個測試系統(tǒng)測量精度影響很大3.1.2 顯示和記錄儀器主要形式 n （1）電信號直接送往模擬式儀器(如指針式電壓表、函數(shù)記錄儀、模擬示波器)的輸入端進(jìn)行顯示和記錄n （2）電信號經(jīng)模數(shù)

2、轉(zhuǎn)換器（AD）轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字信號。數(shù)字信號處理方式：（a）直接送專用存儲器進(jìn)行存儲（b)直接送往數(shù)字式示波器，通過D/A后顯示出來（c）經(jīng)轉(zhuǎn)換(如BCD轉(zhuǎn)換，即二進(jìn)制至十進(jìn)制的數(shù)制轉(zhuǎn)換)后由數(shù)碼管(LED)或液晶顯示器(LCD)以十進(jìn)制數(shù)字形式顯示（d）通過國際標(biāo)準(zhǔn)串行接口(如RS232)或并行接口(如IEEE488)送往PC機(jī)，進(jìn)行存儲，顯示、分析(如頻譜和波形分析) 和計(jì)算(如按經(jīng)典計(jì)算公式計(jì)算出間接的目標(biāo)測量值)n （3）電信號被輸入調(diào)制器和電磁波發(fā)射裝置，以無線電波形式進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送，并被遠(yuǎn)端接收機(jī)所接收，經(jīng)解調(diào)器解后，進(jìn)行顯示和記錄3.1.3 記錄儀器分類n 記錄儀器分為數(shù)

3、字記錄儀和模擬記錄儀兩大類：模擬記錄儀模擬記錄儀（simulation recordersimulation recorder） 如光線示波器、筆式( (函數(shù))記錄儀和磁帶記錄儀（tape recorder），這些儀器有些大部分已淘汰數(shù)字記錄儀數(shù)字記錄儀（data recorderdata recorder）：）： 如動態(tài)測試分析儀、數(shù)字存儲示波器、信號記錄儀、數(shù)字磁帶記錄儀、無紙記錄儀n目前記錄儀器特點(diǎn)目前記錄儀器特點(diǎn) 計(jì)算機(jī)控制的數(shù)據(jù)采集、存儲和顯示 通訊接口連接高精度顯示器，打印機(jī)和繪圖儀3.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡介數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡介n 目的目的 傳感器和測量電路輸出的信號是以連續(xù)變化的物理量

4、（模擬量），要將這些信號送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，必須先將這些連續(xù)的物理量離散化，并進(jìn)行量化編碼，從而變成數(shù)字量n 作用 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(Data Acquisition System，DAS)的基本功能就是實(shí)現(xiàn)這種從模擬量到數(shù)字量的裝置，它架起了計(jì)算機(jī)與傳感器聯(lián)系的橋梁高速數(shù)據(jù)采集卡高速數(shù)據(jù)采集卡 樣本采樣率25MSPs-500MSPs 采樣率調(diào)節(jié)步長為1MSPs 分辨率8bit存儲容量512KByte記錄方法提前、立即及延遲觸發(fā)方式外觸發(fā)、信號觸發(fā)及程控觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸方式中斷、查詢、DMA等接口方式插入ISA總線、PCI總線接口尺寸PC插卡 110mm 220mm 直接插入計(jì)算機(jī)插槽輸入插座LEMO

5、輸入信號模擬輸入信號、外時鐘、外觸發(fā)最大輸入信號 05伏（峰-峰）配 套 軟 件Labview虛擬儀器應(yīng)用軟件3.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本組成n 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分 3.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各部分作用各部分作用 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，在軟件引導(dǎo)下，對整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行控制，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 （cpu芯片、單板機(jī)） 軟件軟件使PC和數(shù)據(jù)采集硬件形成了一個完整的數(shù)據(jù)采集、分析和顯示系統(tǒng) 程控放大器程控放大器使不同數(shù)量級的輸入電壓都具有最合適的電平，使A/D變換器達(dá)到最佳變換 抗混濾波器抗混濾波器濾去高頻干擾，保證后續(xù)的采樣/保持器

6、、A/D變換器有合適的工作頻率（滿足采樣定理所要求的頻率） 采樣采樣/保持器（保持器（sample/hold）以一定時間間隔拾取模擬信號的瞬時值，并保持幅值恒定，以保證AD轉(zhuǎn)換器正常工作 A/D變換器變換器 實(shí)現(xiàn)瞬時值量化、編碼，將模擬信號轉(zhuǎn)換數(shù)字信號 系統(tǒng)總線和接口系統(tǒng)總線和接口把數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各部分連接起來，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與系統(tǒng)各部分之間的數(shù)據(jù)通訊3.2.2 連續(xù)量的時間離散化和幅值量化連續(xù)量的時間離散化和幅值量化？問題問題經(jīng)常遇到的物理參數(shù)：電量或非電量都是模擬量。模擬量的大小是連續(xù)分布的，且經(jīng)常也是時間上的連續(xù)函數(shù)n解決方法解決方法將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號需經(jīng)采樣采樣量化量化編碼編碼三個基本過

7、程（數(shù)字化過程）（數(shù)字化過程）n完成采樣、量化和編碼的電子器件是A/D轉(zhuǎn)換器連續(xù)量的時間離散化連續(xù)量的時間離散化采樣采樣l x(ti)在時間上是離散的值，但在幅度上仍然是連續(xù)模擬量 l離散化過程離散化過程采樣采樣設(shè)連續(xù)量為一個連續(xù)函數(shù)x(t) ，對x(t)每隔t時間采樣一次 ，時間間隔t稱為采樣周期采樣周期采樣周期的倒數(shù)采樣周期的倒數(shù)1/t被稱為被稱為采樣頻率采樣頻率每個采樣時刻ti=0，t，2t，3t所對應(yīng)的值x(ti)=x(0)，x(t)，x(2t)x（nt）數(shù)值稱為采樣值采樣值l在時間上將連續(xù)的量x(t)轉(zhuǎn)換為離散化的量x(ti)的過程稱為離散化離散化連續(xù)量的幅值離散連續(xù)量的幅值離散量化

8、量化n 目的目的 連續(xù)信號通過采樣離散化后采樣值x(ti)（瞬時值）在幅度上仍然是連續(xù)模擬量，但在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中， x(ti)是用二進(jìn)制編碼表示的，因此在幅值上還需要用離散值來表示n 量化量化 方法是用一個量化因子（電平電平）Q去度量采樣值采樣值x(ti) ，把采樣值x(ti)用量化電平整數(shù)倍表示，得到整量化的數(shù)字量量化值量化值 量化因子=天平法碼連續(xù)量的幅值離散連續(xù)量的幅值離散量化過程量化過程n 量化過程量化過程 設(shè)置量化電平設(shè)置量化電平Q Q： 設(shè)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為N（字長），待測量所對應(yīng)的滿程電壓為Vfs，將滿程電壓分成2N等分（刻度），則相鄰兩個等分之間電壓差即為量化電平量化電平Q

9、QNfsVQ2/比較采樣值與量化電平比較采樣值與量化電平如果采樣值x(ti)剛好是量化電平Q的整數(shù)倍k，則可表示成x(ti) =kQ，不會產(chǎn)生誤差；如果采樣值x(ti)落在kQ與（k+1）Q之間時，一般遵循四舍五入原則歸到相近的電平上，此時x(ti)與量化值將存在誤差連續(xù)量的離散值連續(xù)量的離散值編碼n 編碼編碼 將量化值（量化值（數(shù)字量）用二進(jìn)制代碼表示過程n 連續(xù)量的離散值連續(xù)量的離散值進(jìn)行編碼后，微機(jī)就可以讀入和識別采樣采樣采樣值采樣值設(shè)置量化電平設(shè)置量化電平Q比較比較量化值量化值編碼編碼量化誤差量化誤差 n 量化誤差的產(chǎn)生量化誤差的產(chǎn)生如果采樣值x(ti)剛好是量化電平Q的整數(shù)倍k，則可

10、表示成x(ti) =kQ，不會產(chǎn)生誤差；如果采樣值x(ti)落在kQ與（k+1）Q之間時，一般遵循四舍五入原則歸到相近的電平上，此時x(ti)與量化值將存在誤差n 量化誤差量化誤差 量化過程產(chǎn)生的誤差n 量化誤差最大值為量化誤差最大值為NfsVQ221213.2.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)n 采樣速率采樣速率對輸入模擬信號在單位時間內(nèi)所完成的采集次數(shù) 單位為Hz，例如20kHz表示每秒采樣20000點(diǎn)(字節(jié))在時間域上，與采集速率對應(yīng)的指標(biāo)是采樣周期n 采樣長度采樣長度存儲器的采樣長度是指一次采集可存儲的總字?jǐn)?shù)或采樣點(diǎn)數(shù)，如采樣長度為1K表示可存儲 1024個采樣

11、點(diǎn)n 系統(tǒng)分辨力系統(tǒng)分辨力可以分辨的輸入信號最小變化量 通常用最低有效位值(LSB)占系統(tǒng)滿度信號的百分比表示A/D轉(zhuǎn)換器最低有效位（least significant bit，LSB）等于量化電平Q，它與字長存在固定關(guān)系，A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)N（字長）體現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換器的分辨力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)n 系統(tǒng)精度系統(tǒng)精度是系統(tǒng)各種誤差的總和 通常表示為滿度值的百分?jǐn)?shù)（最大引用誤差）， 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度是系統(tǒng)精度的極限值n 動態(tài)范圍：動態(tài)范圍： 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的動態(tài)范圍通常是指所允許輸入的最大幅值與最小幅值之比的分貝數(shù)，即minmaxlg20iiDASVVIn非線性失真

12、：非線性失真：當(dāng)給系統(tǒng)輸入一個頻率為 f 的正弦波時，其輸出中出現(xiàn)很多頻率為k f (k為正整數(shù))的新的頻率分量的現(xiàn)象，出現(xiàn)失真非線性失真的程度用諧波失真系數(shù)諧波失真系數(shù)H來衡量2322212322AAAAAH3.3 動態(tài)信號記錄儀動態(tài)信號記錄儀n 發(fā)展過程發(fā)展過程 在20世紀(jì)90年代以前動態(tài)信號的測量記錄經(jīng)常采用光線示波器、電子示波器、磁帶記錄儀、瞬態(tài)記錄儀完成這一測量任務(wù)目前動態(tài)信號記錄儀特點(diǎn)目前動態(tài)信號記錄儀特點(diǎn) 應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，集數(shù)據(jù)采集、分析、處理及輸出為一體的高性能綜合記錄記錄系統(tǒng) 儀器種類比較多，如動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀（dynamic data acquisition instrume

13、nt）、動態(tài)信號分析儀、動態(tài)信號測試分析儀，動態(tài)信號記錄儀n 動態(tài)信號記錄儀基本功能動態(tài)信號記錄儀基本功能 能對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲及重放，可與計(jì)算機(jī)配合進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 分析和記錄功能 動態(tài)信號動態(tài)信號記錄記錄儀組成和工作原理儀組成和工作原理3.3.1 動態(tài)記錄儀工作原理n 動態(tài)測試分析儀系統(tǒng)組成主要由CPU（中央處理器）、存儲管理控制器、顯示控制器等幾個部分組成通過系統(tǒng)總線把這幾部分連接起來各自獨(dú)立的N路采集通道和內(nèi)部計(jì)算機(jī)通過存儲管理控制器相連共同組成整個系統(tǒng)每個通道均由程序控制放大器、高速A/D（模數(shù)）變換器、RAM存儲器等組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并行布置工作過程n 被測信號經(jīng)過相應(yīng)的傳感器變成模擬電壓信號，

14、輸入到動態(tài)測試分析記錄儀n 經(jīng)程序控制放大器成合適的電平加至高速A/D變換器n 通過A/D變換器以一定的速率采樣、量化、編碼，模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的數(shù)字信號n A/D變換器的數(shù)字輸出由控制電路發(fā)出的指令脈沖控制，先逐一地存入RAM存儲器；n 再通過存儲管理控制器 控制磁盤控制器工作，使數(shù)據(jù)存入磁盤 控制顯示控制器工作，使數(shù)據(jù)通過高分辨率顯示器顯示出來 通訊接口包括串行口和并行口，可與其他計(jì)算機(jī)通信，也可以與打印機(jī)、繪圖儀等外設(shè)相連3.3.2 記錄儀主要技術(shù)性能指標(biāo)記錄儀主要技術(shù)性能指標(biāo)n 關(guān)鍵指標(biāo)： 取決于數(shù)據(jù)采集單元n A/D變換器采樣速度和存儲器容量采樣頻率采樣頻率-采樣速率、采樣速度（采樣

15、速率、采樣速度（sampling frequency）n采樣頻率指單位時間（每秒）內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)單位為Msps 、HZ例如 20 kHZ表示采樣頻率為20000采樣點(diǎn)秒 1. 采樣頻率 2. 采樣長度采樣長度n 存儲器的采樣長度是指一次采集可存儲的總字?jǐn)?shù)或采樣點(diǎn)數(shù)n 如采樣長度為1K表示可存儲 1024個采樣點(diǎn)或稱為1024個字，2 K為2 048個字，4 K為4 096個字等 3. 數(shù)字輸出位數(shù)和量化誤差數(shù)字輸出位數(shù)和量化誤差n 輸出數(shù)字用二進(jìn)制位數(shù)表示，位數(shù)體現(xiàn)了 AD變換的精度分辨率LSB與字長n有固定關(guān)系：LSB=Q=Yf.s/2n分辨率常以字長表示，如8bit，10bit，12bit等

16、n AD變換時，不管字長多少，其量化誤差為一個最低位的一半，而一個最低位帶來的絕對誤差則與字長有關(guān)nfsY2/5 . 0如字長8位，量化誤差的引用誤差為0.5128 =0.2字長10位，引用誤差為0.51210 =0.054. 4. 觸發(fā)方式（觸發(fā)方式（spring modespring mode）n 許多數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用過程需要基于一個外部事件來起動或停止其數(shù)據(jù)采集的工作 n 觸發(fā)（或啟動）：用來控制儀器工作的脈沖信號 手動觸發(fā) 內(nèi)觸發(fā)（上升沿內(nèi)觸發(fā)，下降沿內(nèi)觸發(fā)） 全通道內(nèi)觸發(fā) 單通道內(nèi)觸發(fā) 外觸發(fā)等內(nèi)觸發(fā)n 內(nèi)觸發(fā)內(nèi)觸發(fā) 使儀器處于等待狀態(tài)，讓被測信號去與預(yù)置電平進(jìn)行比較來決定是否觸發(fā)。當(dāng)

17、輸入信號的幅值（上升沿、或下降沿）達(dá)到預(yù)置觸發(fā)電平時，則觸發(fā)儀器開始記錄觸發(fā)電平觸發(fā)電平 一般設(shè)為信號最大值的1323單通道內(nèi)觸發(fā)單通道內(nèi)觸發(fā)是指所選擇通道的被測信號幅度高于或低于某一門限值時啟動采集全通道內(nèi)觸發(fā)全通道內(nèi)觸發(fā)是指系統(tǒng)中只要有一個通道的被測信號幅度高于或低于某一門限值時啟動采集外觸發(fā)、手動觸發(fā)外觸發(fā)、手動觸發(fā)n 外觸發(fā)外觸發(fā) 是通過外部輸入脈沖信號來觸發(fā)儀器啟動采集 外觸發(fā)信號應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平5v，負(fù)脈沖有效n 手動觸發(fā)手動觸發(fā) 是由人直接操縱儀器開始工作，用于一般性觀察測試5. 采樣延時（延時觸發(fā)）采樣延時（延時觸發(fā)）n 目的：目的：為能清楚了解觸發(fā)前后被測瞬態(tài)波形的形態(tài)，

18、從而能更全面地分析某個瞬態(tài)過程n 延時觸發(fā)延時觸發(fā) 指觸發(fā)信號到達(dá)為0 時刻，采集的起始點(diǎn)時刻超前或滯后的時間 負(fù)延時觸發(fā)負(fù)延時觸發(fā)超前采集超前采集 采集的起始點(diǎn)時刻超前于觸發(fā)時刻的觸發(fā) 正延時觸發(fā)正延時觸發(fā)滯后超前采集滯后超前采集 采集的起始點(diǎn)時刻滯后于觸發(fā)時刻的觸發(fā)正正/ /負(fù)延時觸發(fā)與采樣長度關(guān)系負(fù)延時觸發(fā)與采樣長度關(guān)系 圖負(fù)延時觸發(fā)及采樣長度負(fù)延時觸發(fā)及采樣長度正延時觸發(fā)及采樣長度正延時觸發(fā)及采樣長度6. 采集次數(shù)采集次數(shù)n 指每次采集過程，實(shí)際進(jìn)行的波形采集次數(shù)（觸發(fā)次數(shù)），即循環(huán)采集次數(shù)7. 量程n 指輸入信號允許的幅度范圍n 例如有3個量程：VVmV25,5,1003.3.3 動

19、態(tài)測試記錄儀的主要特點(diǎn)1、系統(tǒng)構(gòu)成特點(diǎn)、系統(tǒng)構(gòu)成特點(diǎn) 前端系統(tǒng)多種采樣率、量化分辨率的采集系統(tǒng) 后端系統(tǒng)相同的后處理系統(tǒng)及處理軟件 優(yōu)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，可靠性提高，便于維護(hù)硬件；軟件模塊化設(shè)計(jì)，使儀器組合靈活方便2. 自動測量自動測量 多通道并行數(shù)據(jù)采集，并能自動測量信號幅度、頻率、上升時間、相位等3. 具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和分析能力具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和分析能力 在時域處理方面：波形的加、減、乘、除、微分、積分等， 在頻域處理方面： FFT、功率譜處理 4.具有多種用戶類型接口和計(jì)算機(jī)擴(kuò)展功能具有多種用戶類型接口和計(jì)算機(jī)擴(kuò)展功能 其數(shù)據(jù)輸出很方便，如，存盤、通信、打印、繪圖等多種方式 方便了對測試

20、結(jié)果的分析，以及測試報告的生成等3.3.4 動態(tài)測試分析記錄儀的使用動態(tài)測試分析記錄儀的使用n 動態(tài)測試分析記錄儀的使用注意事項(xiàng)重要性：重要性： 根據(jù)采集性能參數(shù)的設(shè)置來完成的，正確設(shè)置采集參數(shù)是完成采集操作的第一步，也是非常重要的一步主要參數(shù)：主要參數(shù)： 根據(jù)要測試信號的特點(diǎn)，預(yù)先對采樣率、采樣長度、正負(fù)延時等采集性能參數(shù)進(jìn)行設(shè)置1. 采樣頻率的選擇采樣頻率的選擇n最低要求最低要求依照采樣定理，在采樣速率為被測信號最高頻率的2倍以上時，輸出信號才可能不失真地重現(xiàn)原信號實(shí)際采樣速率應(yīng)是被測信號最高頻率510倍以上n 在一定的存儲器的容量情況下，低采樣速率可增加記錄時間 記錄時間=存儲器的容量/

21、采樣速率n 采樣速率的選擇，主要應(yīng)考慮因素采樣速率的選擇，主要應(yīng)考慮因素 被測信號本身的頻率變化范圍 必須采集的信號時間長短 存儲器的容量2. 采樣長度的選擇n 采樣長度的選擇取決于被測信號的延續(xù)時間和存儲器的總?cè)萘?在采樣速率確定的前提下，采樣長度越大，數(shù)據(jù)采集的時間越長，存儲的數(shù)據(jù)越多n 采樣長度限制條件采樣長度限制條件 采樣長度的上限為 RAM存儲器的總?cè)萘?增大存儲器容量，增加儀器的造價 過多的數(shù)據(jù)也會增加數(shù)據(jù)處理時的工作量3. 觸發(fā)方式的選擇n 內(nèi)觸發(fā)方式簡單可靠，使用較多內(nèi)觸發(fā)方式簡單可靠，使用較多n 外觸發(fā)用于外觸發(fā)用于對被測信號的起始點(diǎn)和過程持續(xù)時間的測量精度有較高要求時測試現(xiàn)

22、場干擾大而無法讓儀器處于穩(wěn)定等待狀態(tài)，可能出現(xiàn)被測信號還沒有進(jìn)入儀器就已經(jīng)誤觸發(fā)了方法方法 可由配套使用的儀器提供準(zhǔn)確可靠的外觸發(fā)信號 4. 4. 量程的選擇量程的選擇 n 在使用儀器時，量程選擇要適當(dāng) 若量程太小，可能造成記錄的波形被限幅 若量程選擇太大，則模擬量的測量精度降低 因?yàn)閿?shù)字顯示的絕對誤差為(量程/2n) 因此在使用中一般應(yīng)粗估輸入信號的幅度，使之在滿量程值的6080為宜3.4 數(shù)字存儲示波器n （DSODigital storage Oscilloscope） 是通過輸入信號A/ D ,將數(shù)據(jù)儲存于內(nèi)存,顯示波形的測量儀器n 特點(diǎn)：特點(diǎn)：快速記錄和顯示功能 最高的采樣率和輸入帶

23、寬（等效采樣時，40GS/s、超過10GHz，）， 只有獨(dú)立的DSO才能實(shí)現(xiàn) n 用途：用途：單次非周期瞬態(tài)過程或頻率很高的信號進(jìn)行測量信號不能用普通的記錄儀進(jìn)行記錄或顯示 如用于記錄和觀測機(jī)械的、物理的破壞過程爆炸沖擊、振動等過渡現(xiàn)象各種突發(fā)性事件數(shù)字波形存儲示波器框圖數(shù)字波形存儲示波器框圖3.4.13.4.1數(shù)字存儲示波器組成與工作原理數(shù)字存儲示波器組成與工作原理 數(shù)字存儲示波器組成模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器數(shù)字存儲器數(shù)模DA轉(zhuǎn)換器陰極射線管CRT等數(shù)字存儲示波器的工作原理n 存儲工作模式存儲工作模式：工作過程分為存儲和顯示兩個階段n 存儲工作階段：存儲工作階段：將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信號，在邏輯控制

24、電路的控制下依次寫入到RAM中n 顯示工作階段顯示工作階段： 將數(shù)字信號從存儲器中讀出轉(zhuǎn)換成模擬信號，經(jīng)垂直放大器放大加到CRT的Y偏轉(zhuǎn)板 CPU的讀地址計(jì)數(shù)脈沖加至D/A轉(zhuǎn)換器，得到一個階梯波掃描電壓，驅(qū)動CRT的X偏轉(zhuǎn)板 在屏幕上描出輸入量隨時間變化曲線n 數(shù)字存儲示波器屏幕上看到的波形由所采集到數(shù)據(jù)重建的波形，而不是輸入連接端上所加信號的立即的、連續(xù)的波形顯示3.4.2 3.4.2 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)n 數(shù)字存儲示波器主要技術(shù)性能指標(biāo)與動態(tài)測試分析儀相類似n 其性能主要取決于A/D變換器、存儲器容量、掃描速度掃描速度n A/D變換器位數(shù)越多，量化誤差越小（一般8位）n A/D變換器

25、采集速度越快，在單位時間內(nèi)獲得點(diǎn)數(shù)越多，波形失真越小1頻帶寬度BW和上升時間tr示波器的頻帶寬度BW一般指Y通道的頻帶寬度n帶寬帶寬能以不低于真實(shí)信號70.7%的幅度來顯示信號的最高頻率即即相對于額定幅值下降3dB的頻率值，常稱為3dB帶寬，BW=20Log(0.707)=3dB帶寬n上升時間tr：規(guī)定為信號從其穩(wěn)態(tài)最大值的10到90所用的時間，是一個與頻帶寬度BW相關(guān)的參數(shù)，反映示波器Y通道跟隨輸入信號快速變化的能力n頻帶寬度BW與上升時間tr的關(guān)系30.350.35,10rrtst nsBW MHzBW MHz或2 2采樣速率、采樣長度和時基因素采樣速率、采樣長度和時基因素n 采樣速率采樣

26、速率 指單位時間內(nèi)對模擬輸入信號的采樣次數(shù)n 采樣長度采樣長度 指記一個錄波形的總字節(jié)數(shù)，又稱為記錄長度，用 AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存入RAM存儲器的最大存儲字節(jié)（byte）表示n 掃描速度掃描速度 指熒光屏上單位時間內(nèi)光點(diǎn)水平移動的距離，單位為cm/s 或divs(格秒) （熒光屏水平通常分為10格） 時基因素時基因素= =掃描速度的倒數(shù)，單位為t/cm或t/div采樣速率、采樣長度和時基因素三者關(guān)系n在實(shí)際應(yīng)用中，采樣速率可根據(jù)被測信號需要，通過調(diào)整時基 進(jìn)行設(shè)定，時基設(shè)置越小，時間分辨率越高，但受示波器的最高采樣速率所限制n時基因素、采樣速率時基因素、采樣速率 和掃描速度關(guān)系和掃描速度關(guān)系 采

27、樣速率 f =每格的采樣點(diǎn)數(shù)/時基=每格的采樣點(diǎn)數(shù)掃描速度例如，如果每格取樣點(diǎn)數(shù)為 200，時基為 10 msdiv，則采樣頻 率為 20 MHz3 3偏轉(zhuǎn)因素偏轉(zhuǎn)因素n 偏轉(zhuǎn)因素偏轉(zhuǎn)因素指在輸入信號作用下，光點(diǎn)在熒光屏上的 垂直（Y）方向移動1cm（即1格）所需的電壓值，單位為 V/cm、mV/cm或V/div、mV/div偏轉(zhuǎn)因素表示了示波器Y通道的放大/衰減能力偏轉(zhuǎn)因素的倒數(shù)稱為偏轉(zhuǎn)靈敏度 4 4輸入阻抗和耦合方式輸入阻抗和耦合方式n輸入阻抗：輸入阻抗：示波器輸入阻抗Z為前一級儀器的等效負(fù)載 n輸入耦合方式輸入耦合方式：直接（DC）、交流（AC）和接地（GND）三種 DCDC耦合方式耦合

28、方式：指輸入端直接與衰減器連接，信號的所有分量（AC和DC）直接進(jìn)入示波器 ACAC耦合方式耦合方式：指在BDC端和衰減器之間串聯(lián)一個電容，信號的DC分量被阻斷，信號的低頻AC分量也受阻接地耦合方式接地耦合方式：l指輸入信號和衰減器斷開并將衰減器輸入端連至示波器的地電平l當(dāng)選擇接地時，在屏幕上將會看到一條位于0V電平的直線l用于調(diào)節(jié)這個參考電平或掃描基線的位置 3.4.3 主要功能特點(diǎn)主要功能特點(diǎn)n 數(shù)字存儲示波器是傳統(tǒng)的模擬示波技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子測量技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，其結(jié)構(gòu)和功能是多種多樣的n 1 1 寬頻帶工作功能寬頻帶工作功能 數(shù)字存儲示波器頻率響應(yīng)特性好、帶寬大，精度高。能采集的瞬變

29、波形或連續(xù)信號，頻響范圍從直流至10GHZ以上n 2 2 信號長期保留功能信號長期保留功能 數(shù)字存儲示波器是借助存儲器保存波形的，只要在測試過程中儀器不斷電，可將波形信號復(fù)制到所謂的后備存儲器中，長期保留下去3.4.3 主要功能特點(diǎn)2n 3. 重放速度可調(diào)功能重放速度可調(diào)功能 重放存儲器中所記錄的數(shù)字信號，根據(jù)后續(xù)記錄儀器所能接受的頻響范圍人為地控制重放時的速度 應(yīng)用應(yīng)用：高速存儲慢速重放普通記錄儀就可以較好地重現(xiàn)波形 原因：原因：在記錄某些時域波形密集、含高頻成分較多的瞬態(tài)過程時，就可以充分?jǐn)U展時間坐標(biāo)（波形）n 4. 計(jì)算、處理和分析功能計(jì)算、處理和分析功能 對波形進(jìn)行數(shù)字化存儲與計(jì)算機(jī)進(jìn)

30、行通訊，從而可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種信號處理和分析 很多數(shù)字存儲示波器內(nèi)部裝有處理器數(shù)學(xué)處理能力3.4.3 3.4.3 主要功能特點(diǎn)主要功能特點(diǎn)3 3n 5. 5. 自動測量功能自動測量功能l 在預(yù)編程序控制下，能進(jìn)行自動校準(zhǔn)、自動顯示測量參數(shù)等l 能自動對采集的信號進(jìn)行分析、計(jì)算l 顯示波形的峰峰電壓、上升時間、周期和頻率，RMS電壓值n 6. 6. 擴(kuò)展功能擴(kuò)展功能l 波形存儲器可作成獨(dú)立的裝置l 記錄儀相連，也可組裝在記錄儀的內(nèi)部成為它的一個部件3.4.4 數(shù)字存儲示波器選用數(shù)字存儲示波器選用考虛因素考虛因素帶寬采樣速率存儲深度波形更新速率 3.5 無紙記錄儀無紙記錄儀n 自20世紀(jì)90年代

31、推出的新一代記錄儀，它成為傳統(tǒng)機(jī)械式記錄儀的更新?lián)Q代產(chǎn)品n 主要特征：主要特征： 采集速度不高，不超過10點(diǎn)秒 存儲量大n 主要應(yīng)用：主要應(yīng)用： 需要長時間監(jiān)測記錄的情況 主要生產(chǎn)商美國霍尼韋爾公司 日本橫河公司沈陽蘭申公司 浙大中控自動化公司 北京英華達(dá)公司 哈爾濱陸迪中心 北京西姆公司 天津霍珀福爾公司 無紙記錄儀paperless recorder大型自動記錄系統(tǒng) 無紙記錄儀的結(jié)構(gòu)原理框圖無紙記錄儀的結(jié)構(gòu)原理框圖輸入處理單元AD轉(zhuǎn)換器主機(jī)板LCD（液晶）圖形顯示屏鍵盤1 輸入處理單元輸入處理單元 無紙記錄儀可以接收多種類型的信號輸入n 萬能模塊輸入萬能模塊輸入如 010 mA，420 m

32、A標(biāo)準(zhǔn)電流信號，l5V，05 V等信號電壓輸入各種熱電偶和熱電阻（Pt100，Cu50）輸入及脈沖信號等n專用模塊輸入專用模塊輸入 如輸入控制信號，以控制是否記錄某個通道，或直接控制記錄儀的開停等處理單元全部采用隔離輸入，提高了儀表的抗干擾能力2 AD2 AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器n 采樣速度要求不高，不帶采樣保持電路n 對AD轉(zhuǎn)換器精度要求較高，一般在10位以上3. 主機(jī)板主機(jī)板n 主機(jī)板是無紙記錄儀的核心部件，包括中央處理單元CPU和只讀存儲器ROM及隨機(jī)存取存儲器RAM等CPU是記錄儀的指揮中心是記錄儀的指揮中心 對輸入變量的運(yùn)算處理，指揮協(xié)調(diào)無紙記錄儀的各種工作ROM中存放支持儀表工作的系統(tǒng)程序

33、和基本運(yùn)算處理程序中存放支持儀表工作的系統(tǒng)程序和基本運(yùn)算處理程序（1）濾波處理程序、開方運(yùn)算程序、線性化程序、標(biāo)度變換程序等 （2）在儀表出廠前由生產(chǎn)廠家將程序固化在存儲器內(nèi)3. 主機(jī)板主機(jī)板RAM 主要有SRAM存儲器和Flash存儲器兩種n SRAM是一種大容量靜態(tài)存儲芯片，掉電時記錄數(shù)據(jù)會丟失n Flash存儲器(又稱閃速存儲器)是一種新型半導(dǎo)體存儲器 在長期掉電的情況下保存記錄數(shù)據(jù) 具有存儲速度快 易于擦除、重寫和功耗小 價格相對較高 目前，無紙記錄儀一般用Flash存儲器，容量有幾M到上百M(fèi)n RAMRAM中存放過程變量的數(shù)值和狀態(tài)數(shù)據(jù)中存放過程變量的數(shù)值和狀態(tài)數(shù)據(jù)（1）存放輸入處理

34、單元送來的原始數(shù)據(jù)、CPU中間運(yùn)算值（2）存放記錄間隔、輸入信號類型、量程范圍、報警限等（3）允許用戶根據(jù)需要隨時進(jìn)行修改4. 鍵盤與顯示器鍵盤與顯示器n 鍵盤是本儀器的人機(jī)接口部分鍵盤是本儀器的人機(jī)接口部分 無紙記錄儀面板設(shè)置有簡易鍵盤 在不同畫面顯示時定義為不同的功能，從而使儀表結(jié)構(gòu)緊湊、使用簡單n 顯示器采用液晶顯示器顯示器采用液晶顯示器LCD 顯示字符、數(shù)字 顯示圖形、文字 一種高性能的平面顯示終端5. 通信接口通信接口n 無紙記錄儀沒有紙記錄功能n 通常設(shè)有通信接口，通過通信網(wǎng)絡(luò)與上位計(jì)算機(jī)通信，將數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)，利用打印機(jī)打印出需要的報表和信息，或進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合處理n 有的記錄儀帶

35、有與PC完全兼容的磁盤驅(qū)動器，能方便地把表內(nèi)的數(shù)據(jù)通過磁盤轉(zhuǎn)存或保存n 典型通訊接口 RS232C、RS485、USB通信接口6. 模擬輸出模擬輸出n 模擬輸出用于擴(kuò)展無紙記錄儀的功能， 主要輸出開關(guān)量 如將報警信號送到專門的閃光報警器、聲響報警器 輸出形式有繼電器干接點(diǎn)輸出和集電極開路晶體管輸出兩種無紙記錄儀主要功能1n 1 .記錄數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)保存和歸檔保存和歸檔功能功能記錄大量歷史數(shù)據(jù)功能：記錄大量歷史數(shù)據(jù)功能： 如如16的Flash 存儲器，時間間隔為48s，采用個通道，它可記錄的時間可達(dá) 1150天自帶數(shù)據(jù)存檔、搜索功能自帶數(shù)據(jù)存檔、搜索功能 如編目錄、文件編排、記錄檢索快速訪問功能快

36、速訪問功能如搜索特定時間或日期的數(shù)據(jù)點(diǎn)特定時間或日期的數(shù)據(jù)點(diǎn)，或?qū)赡艿膯栴}區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描 (與紙質(zhì)圖比較)n2. 控制報警功能控制報警功能2.2.采樣時間間隔和記錄時間控制采樣時間間隔和記錄時間控制n 2.記錄時間調(diào)節(jié)功能記錄時間調(diào)節(jié)功能采樣間隔容易調(diào)整，幾乎可以隨意調(diào)整。從零點(diǎn)幾秒到數(shù)個小時隨意設(shè)定由用戶通過鍵盤輸入到內(nèi)置RAM程序控制常用Flash RAM 容量416M常用采樣間隔分1s、2s、4s、8s、12s、24s、36s、48s等n 3 .顯示功能顯示功能 直接在屏幕上實(shí)時顯示變量數(shù)值 變化趨勢曲線和柱狀圖等 多個變量值的同時顯示，并能夠進(jìn)行不同變量在同一時間段內(nèi)變化趨勢的比較

37、無紙記錄儀主要功能無紙記錄儀主要功能2 2n 4.數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理和處理和分析分析功能功能 具有可編程數(shù)學(xué)算式運(yùn)算功能 生成時間的累積列表 當(dāng)需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析并生成報告時，可通過接口將數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)，進(jìn)行附加的數(shù)據(jù)分析，如確定統(tǒng)計(jì)分析和進(jìn)行復(fù)雜數(shù)據(jù)處理（與紙質(zhì)圖比較）n 5. 操作簡單、維護(hù)方便操作簡單、維護(hù)方便 友好的人機(jī)界面，采樣時鐘調(diào)整、通道選取、參數(shù)設(shè)置、磁盤刷新等均可由菜單操作完成n 無紙記錄儀無需油墨和圖紙，不會發(fā)生卡紙、繪圖筆不工作、圖表辨識不清等問題n 避免紙和筆的消耗與維護(hù)以及讀數(shù)困難問題3.6 筆式記錄儀筆式記錄儀n 筆式記錄儀是用筆尖在記錄紙上畫出被測量與時間或某一參考量之間函數(shù)關(guān)系的一種記錄儀器n 常用的有筆式自動記錄儀和xy函數(shù)記錄儀（x-y graph