船舶记录仪的种类、原理及发展趋势

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1、 柴油机测试技术1船舶记录仪的种类、原理及发展趋势摘要 现代船舶记录仪有多种类型。通过对光线示波器、自动平衡记录仪、磁带记录仪等模拟记录仪和数字式记录仪等多种记录仪的原理、结构及用途 等多方面来详细了解阐述了船舶记录仪。通过对比、举实例等方式对各种记 录仪进行深入的分析和了解。掌握船舶记录仪的原理和发展趋势。关键词：记录仪是将一个或多个变量随时间或另一变量变化的过程转换为可识别和 读取的信号的仪器。它能保存所记录的信号变化以便分析处理。记录仪的最 大特点是能自动记录周期性或非周期性多路信号的慢变化过程和瞬态电平变 化过程。 根据输入输出信号的种类 ,记录仪可分为模 -数、数-模、模 -模、数-

2、数等形式, 它们的主体电路根据输出形式的不同而有所区别。当输 出为数字信号时，其主要电路是能存储数字信息的存储器电路，它能随时将 数字信号送给磁带机、穿孔机或其他设备，或经适当变换用示波器观察模拟 波形，如数字存储器和波形存储器。当输出为模拟信号时，记录仪主体电路 是没有存储功能的模拟放大驱动电路，必须立即用适当记录装置和方法将信 号记录到纸、感光胶片或磁带上，才能保存信息，便于进一步分析处理，如 各种笔录仪、光线记录器、绘图仪、磁带记录仪等。模拟式电路主要有两种类型，即直接放大驱动型 ,如笔录仪和自动平衡型，如绘图仪或X-Y 记录仪 记录仪的主要技术指标为工作频率、输入信号动态范围、记录线性

3、度、分辨 度、失真度、响应时间、走纸准确度和稳定度。对用作计算机外围设备的磁 带机还需要有复杂的电路和机构。 正正文文内内容容：一一）模模拟拟记记录录仪仪一一， 光光线线示示波波器器 利用振动子偏转反射的光束在感光记录纸上记录一个或多个参数的瞬时值， 以确定其波形的记录仪器。被测参数可为电流或电压等电量，或为已转变为电 量的各种非电量，例如在机械工程中与应变片配合使用时，可测应力、应变、 扭矩和振动等。光线示波器用光束记录，光束无惯性，光记录无摩擦，又可用柴油机测试技术2增加光臂长度的方法来提高光学的放大作用。与其他记录仪相比，光线示波器 的工作频率较高，可达 10000 赫,而一般笔式记录仪

4、不超过 100 赫,喷射式记录 仪也不超过 1000 赫。它还具有较高的电流灵敏度、较低的记录误差和仪器轻、 小等优点，尤宜制成能同时记录几个或几十个不同参数的多线示波器，但波形 图经一定处理后才能显现，且所用的记录纸较贵。 第一台光线示波器出现 于 20 世纪初。60 年代开始，采用紫外线直接记录纸，大大简化了波形图的显 现处理过程，使示波器的操作更为方便可靠。 结构和原理 光线示波器由 测量部分和记录部分组成。 测量部分主要由磁电系振子和光学系统组成。在由 线圈、张丝组成的振子的可动部分上装有反射镜，由光源或高压水银灯发出的 光束经反射镜反射后，由光学系统在感光记录纸上形成象点。当线圈中有

5、电流 通过时,线圈及反射镜以张丝为轴偏转,从而使光点在感光纸上作横向直线运动。 光点的偏移和移动速率与输入电流及其变化率有关。感光纸由走纸机构驱动， 作恒速纵向移动，可反映时间变化量。感光纸上记录的曲线是输入电流随时间 的变化过程,记录的函数形式为yf(t)。振子一般做得很小，一台光线示波器 可安装多个（可达 60 个）振子。借助电或机械方法调整各光点位置，可实现多 项变量的同时记录，也可实现交叉记录。 性能和应用 振子是光线示波器的关 键部分，不同型号的振子有不同的固有频率、工作频率范围、灵敏度和最大允 许电流。使用时，要根据被测信号选用合适的振子。 光线示波器的记录误差一 般为5。振子的固

6、有频率可达 15000Hz，可记录 10000Hz 以下的电流信号。 测量部分由电流驱动，输入阻抗较低，一般只有几十欧，适合于低内阻电压信 号源或电流信号源的记录。光线示波器主要用于记录电流的瞬态过程，以及振 动、应变等非电量的记录和分析，也可用于生理现象的观察等。二二，磁磁带带记记录录仪仪利用磁性材料的剩磁效应将被测量记录在磁带上的记录仪表。用于记录交变电 量信号或电量的瞬态变化过程。 功能和结构：磁带记录仪由磁头、磁带和传动机构组成。磁头又由带有气隙的 环形软磁铁心和绕于其上的线圈组成。磁带表面涂有一层均匀的磁粉。当磁带柴油机测试技术3记录信号时，传动机构使磁带按一定的线速度在记录磁头上平

7、移。当记录磁头 线圈中有电流通过时，铁心中产生与电流成比例的磁通，而在铁心空隙端通过 的磁带上的磁粉被磁化。磁带离开磁头后，磁带上即留有与信号成比例的剩余 磁化强度，从而使记录的信号能长久保存在磁带上。重放时，磁带上的磁信号 通过重放磁头还原成电信号。磁带上的信号可用高频去磁法抹去，使磁带能多 次使用。改变磁带的移动速度可压缩或延长时间轴，即可以快录、慢放，或者 慢录、快放，便于分析快速瞬态过程或慢速长时间的过程。重放时可配上笔式 记录仪或光线示波器绘制曲线，也可配上数据处理装置进行分析、处理。多磁 道的磁头或装有多个磁头的多通道磁带记录仪，可同时对多个变量进行记录， 最多可有上百个信号通道。

8、 磁带记录仪按工作原理分为直接式和调频式两种。直接式磁带记录仪（见 图）对输入电压信号不进行波形变换，信号经放大后记录在磁带上。由于磁化 场强 H 和磁性材料的剩磁 Br 之间不是线性关系，只有中间一段是线性区，因 此要在输入电压信号上叠加一个振幅恒定的高频信号（称为偏磁信号） ，使被记 录的信号始终处在 Br-H 特性曲线的线性区，从而消除了重放信号的畸变。调 频式磁带记录仪与直接式类似，只是输入的电压信号先由调制器转换成与之对 应的频率信号，然后进入记录磁头。重放时，由解调器将来自磁带的频率信号 转换成与输入信号对应的电压信号。此种记录方式的优点是线性度较好。 直接式磁带记录仪的可记信号频

9、率高达 2 兆赫，用于记录高频变化过程。 但低频响应性能差，记录 50 赫以下的信号有困难。调频式磁带记录仪可记录低 频甚至直流过程，工作频率一般在 0200 千赫左右；记录准确度比较高，误差 最小为0.1。所以调频式是广泛采用的一种记录方式。磁带记录仪的输入阻 抗较高，一般在几十千欧以上，可用于记录电压信号，或者记录压力、应力、 应变、位移、振幅、速度、加速度、转速、心电、脑电、声等随时间变化的过 程。三，函数记录仪三，函数记录仪函数记录仪全称为 X-Y 函数记录仪，它是将通过传感器（如：压力传感 器，电流传感器，位移传感器等）测得的变化用函数图像的形式绘制在记录 纸上，它能将函数可视化供人

10、们参考，函数记录仪在科研，石油，化工，机 械，冶金，医疗，电工与电子技术方面都有非常广泛的应用。 函数记 录仪由四大部分组成，一，信号处理系统 , 它的作用在于将电信号转化为柴油机测试技术4机械位移。二，记录笔（包括记录笔记录同时滑动的横梁） ，它通过移动将 信号处理系统传送过来的信号记录在记录纸上。三，手动调节系统，在非记 录状态时通过调节 X，Y 旋钮，实现记录笔自由定位坐标原点；倍数调节旋 钮，实现自由调整图象大小的目的。落笔 /起笔开关则调节记录笔是抬起还 是落下，归零 /记录开关决定函数记录仪是否进行记录。四，送纸机构，将 坐标记录纸送出以便记录笔可以划出图线。 函数记录仪是一种自动

11、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。 伺服记录仪系统是若待记录的直流 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

12、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。 伺服记录仪的闭环零位平 衡系统 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 7.5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

13、设 备。 x-y 函数记录仪结构 随动系统由输入端、平衡电桥、衰减器、放大器和伺服电动机组成 (见图7.6)。输入电压 U 经过适当衰减，调整到 合适的灵敏度，与平衡电桥输出电压合成E，经放大器推动电动机转动。 它拖动滑线电阻 R3和 R4变化，使得平衡电桥输出电压改变，直至合成电压 E=0时停止。在这个调节过程中，与滑线电位器上的滑动触点同步的记录 笔随之而动，它记录了输入电压 U 变化的全部过程。如果 E=0时手动 调节电位器，改变 R1和 R4，也会迫使电机拖动记录笔移动，改变R3和 R4，使得 E=0，这就是记录仪上手动调节记录笔位置的工作原理，如图7.6 所示。 x-y 函数记录仪驱

14、动数字式 x-y 记录仪也用作计算机的外围设 备数字式绘图仪。如果配置多路通道，就可组成多笔函数记录仪，这种 仪器可同时描绘几个因变量与自变量之间的关系，即y1=f(x1)，y2=f(x2)， y3=f(x3)，以便进行分析对比。因此， x-y 记录仪的用途很广，常用来 记录磁性材料的 B-H 曲线、电子器件的频率特性曲线等。如配上相应传感器， 便可用来显示和描绘温度、压力、流量、液位、力矩、速度、应变、位移、 振动等的两变量间的函数关系曲线或变量的时间历程曲线。柴油机测试技术5四四，笔笔式式记记录录仪仪 （brush recorder）利用测量回路自动平衡原理制成的一种记录仪表。用于记录缓慢

15、变化的电量信号。 结结构构和和原原理理：笔式记录仪包括测量部分、驱动部分和记录部分。测量部分由基 准稳压电源 E 和平衡电位器 Rw 组成。被测电压 Ui 与比较电压 Uf 的差值 Ul 经 放大后驱动伺服电动机 SM。驱动部分由伺服电动机和机械传动装置组成。当伺 服电动机转动时，传动装置一方面使记录笔作直线移动，另一方面则带动平衡 电位器的电刷，使 Uf 趋近于被测电压 Ui。当 Uf=Ui，Ul=0，即回路达到平衡时， 伺服电动机停止转动，记录笔也停在某一相应位置处。记录笔的位置反映了被 测电压 Ui 的数值。 分分类类：按照记录函数，笔式记录仪可分为 y(t)型和 y(x)型，后者又称

16、“x-y”记录仪。“y(t)”型笔式记录仪：这类仪表中，记录笔随被测电 压量作横向直线移动，代表被测电压量的变化。记录纸由走纸机构驱动，作恒 速的纵向移动，代表时间变化量。记录纸上绘制出的曲线是被测电压量随时间 变化的过程，记录函数的形式为 y(t)。由多个独立的记录系统可组成多笔 记录仪，用以同时记录多个变量随时间变化的过程，但须采用不同颜色的墨水 笔，以便于判别所绘制的曲线。“x-y”记录仪：这类仪表包括两个独立的记 录系统。一个系统使记录台上的横梁沿横向（x 方向）移动;另一个系统使横梁 上的记录笔沿纵向 (y 方向)移动。记录纸固定在记录台面上，记录的函数形式 为 y(x)。横梁上可以装有多根运动导轨、多支记录笔，可以绘制一个变量 与其他几个变量之间的关系曲线。 性性能能和和应应用用笔式记录仪由于利用自动平衡的测量方法，并配置高增益的放大器，所以 记录的灵敏度和准确度较高。灵敏度一般