机械工程测试技术PDF电子书下载

上篇 测试基础 2

第1章 绪论 2

1.1 测试技术的任务 2

1.2 测试技术的主要内容 3

1.3 测试系统的组成 3

1.4 测试技术的发展 4

1.5 测试技术课程的学习要求 5

第2章 信号的分类与描述 6

2.1 信号的分类及描述方法 6

2.1.1 信号的分类 6

2.1.2 信号的描述方法 8

2.2 周期信号的频谱——傅里叶级数 8

2.2.1 三角函数展开式 8

2.2.2 傅里叶级数的复指数展开式 11

2.3 非周期信号的频谱 13

2.3.1 概述 13

2.3.2 瞬变信号的频谱——傅里叶变换 13

2.3.3 傅里叶变换的主要性质 15

2.4 几种典型信号的频谱 19

2.4.1 单位脉冲函数信号及其频谱 19

2.4.2 单边指数函数信号的频谱 21

2.4.3 正、余弦函数信号的频谱 22

2.4.4 周期矩形脉冲函数信号的频谱 22

2.4.5 符号函数信号的频谱 25

2.4.6 阶跃函数信号的频谱 26

2.5 随机信号的概念及分类 27

2.5.1 随机信号的概念 27

2.5.2 随机信号的分类 28

习题 29

第3章 测试系统的特性 30

3.1 测试系统及其主要性质 30

3.1.1 测试系统概述 30

3.1.2 线性系统的主要性质 31

3.2 测试系统的静态特性 32

3.2.1 线性度 33

3.2.2 灵敏度 33

3.2.3 分辨率（分辨力） 33

3.2.4 滞后 33

3.2.5 重复性误差 34

3.2.6 其他特性 34

3.3 测试系统的动态特性 35

3.3.1 传递函数 35

3.3.2 脉冲响应函数 37

3.3.3 频率响应函数 38

3.3.4 一阶系统和二阶系统的动态特性 39

3.4 测试系统在典型输入下的响应 42

3.4.1 测试系统在单位阶跃输入下的响应 43

3.4.2 测试系统在正弦输入下的响应 44

3.5 实现不失真测试的条件 44

3.6 测试系统特性参数的测定 46

3.6.1 测试系统静态特性参数的测定 46

3.6.2 测试系统动态特性参数的测定 47

习题 51

第4章 信号的分析与处理 52

4.1 信号的时域分析 52

4.1.1 信号的时域统计参数 52

4.1.2 信号的概率密度函数 55

4.2 信号的相关分析 57

4.2.1 相关系数 57

4.2.2 自相关函数分析 58

4.2.3 互相关函数分析 61

4.2.4 相关函数的应用 63

4.3 信号的频域分析 66

4.3.1 功率谱密度函数 67

4.3.2 功率谱的应用 69

4.3.3 相干函数 72

4.3.4 倒频谱分析及其应用 74

4.4 信号时频分析的基本概念 77

4.4.1 从傅里叶变换到时频分析 77

4.4.2 信号的分辨率 78

4.4.3 瞬时频率 80

4.4.4 非平稳随机信号 81

习题 83

第5章 常用传感器的变换原理 85

5.1 传感器概述 85

5.1.1 传感器的定义与组成 85

5.1.2 传感器的分类 86

5.1.3 传感器的主要技术指标及选择 87

5.1.4 传感器技术的主要应用及发展趋势 88

5.2 电阻式传感器 90

5.2.1 电阻应变传感器 90

5.2.2 压阻式传感器 93

5.2.3 变阻式传感器 94

5.3 电感传感器 96

5.3.1 自感式传感器 97

5.3.2 互感式传感器 98

5.3.3 压磁式传感器 101

5.4 电容传感器 103

5.5 压电传感器 107

5.6 磁电式传感器 111

5.6.1 磁电感应式传感器 111

5.6.2 霍尔传感器 113

5.7 光电传感器 114

5.7.1 光电效应及光电器件 114

5.7.2 光电传感器的应用 117

5.7.3 光固态图像传感器 118

5.8 光纤传感器 120

5.9 新型传感器 121

5.9.1 微机械传感器 121

5.9.2 智能传感器 122

5.9.3 无线传感器网络 124

习题 127

第6章 电信号的调理与记录 128

6.1 电桥 128

6.1.1 直流电桥 128

6.1.2 交流电桥 132

6.2 调制与解调 133

6.2.1 幅值调制与解调 134

6.2.2 频率调制与解调 137

6.3 信号的放大与衰减 139

6.3.1 信号放大器的主要特性 139

6.3.2 使用运算放大器的放大器 141

6.3.3 信号衰减 144

6.4 滤波器 144

6.4.1 滤波器的分类 144

6.4.2 理想滤波器与实际滤波器 146

6.4.3 恒带宽比和恒带宽滤波器 149

6.5 信号的显示与记录 150

6.5.1 模拟指示仪表 150

6.5.2 数码显示仪表 151

6.5.3 图像显示仪表 152

6.5.4 信号的记录和存储 153

习题 157

第7章 计算机数据采集与分析系统 160

7.1 数据采集与分析系统的构成 160

7.2 信号数字化处理中的主要问题 161

7.2.1 采样 161

7.2.2 量化 163

7.2.3 泄漏和窗函数 165

7.2.4 频域采样和栅栏效应 168

7.3 快速傅里叶变换原理 169

7.3.1 离散的傅里叶变换 169

7.3.2 傅里叶变换的快速算法（FFT） 170

7.3.3 FFT的逆变换（IFFT） 173

7.4 数据采集元件 174

7.4.1 多路转换器 174

7.4.2 数-模（D-A）转换器 175

7.4.3 模-数（A-D）转换器 175

7.4.4 同步采样-保持子系统 177

7.4.5 数据采集卡 178

7.4.6 数据采集卡的接口编程 180

7.5 虚拟仪器 181

7.5.1 虚拟仪器的组成 182

7.5.2 虚拟仪器的分类与应用 183

7.6 基于计算机的数据采集系统设计 185

7.6.1 基本原则 185

7.6.2 系统设计的一般步骤 185

习题 186

第8章 测量误差分析与处理 187

8.1 误差的基本概念 187

8.1.1 测量误差与精度 187

8.1.2 误差的表示方法 188

8.2 随机误差 189

8.2.1 随机误差的分布规律 189

8.2.2 随机误差统计分析 190

8.2.3 可疑数据的取舍 195

8.3 系统误差 198

8.3.1 系统误差对测量结果的影响 198

8.3.2 系统误差的识别与修正 199

8.3.3 消除系统误差的措施 204

8.4 间接测量中的误差计算 204

8.4.1 间接测试参量的估计值 204

8.4.2 间接测量误差计算 205

8.5 误差分析与测试数据处理 206

8.5.1 系统误差和随机误差成分分析 206

8.5.2 误差分析的步骤 206

8.5.3 测试数据的处理 207

习题 208

下篇 实用测试技术 212

第9章 力及其导出量的测量 212

9.1 电阻应变计的应用 213

9.1.1 电阻应变计的工作特性及选择 213

9.1.2 电阻应变计的安装 216

9.2 应力测量 219

9.2.1 应变仪的使用 219

9.2.2 单向应力测量 220

9.2.3 平面应力状态下主应力的测量 227

9.2.4 常用的测力装置 230

9.2.5 力参数测量实例 234

9.3 扭矩的测量 237

9.3.1 应变式扭矩测量的机理 237

9.3.2 扭矩测量信号的传输 238

9.3.3 扭矩的标定 239

习题 240

第10章 振动的测量 243

10.1 概述 243

10.1.1 振动测量的内容与目的 243

10.1.2 振动测量系统的基本组成和各部分功能 244

10.2 测振传感器 244

10.2.1 测振传感器的分类及原理 244

10.2.2 常用的测振传感器 248

10.2.3 接触式测振传感器的校准 254

10.3 常用的测振放大器 255

10.3.1 电压放大器 255

10.3.2 电荷放大器 257

10.4 振动的激励与激振器 259

10.4.1 振动的激励 259

10.4.2 激振器 261

10.5 振动的检测方法及实例 263

10.5.1 振幅的测量方法 263

10.5.2 振动频率的测量方法 264

10.5.3 同频简谐振动相位差的测量方法 266

10.5.4 机械系统固有频率的测量方法 266

10.5.5 阻尼的测量方法 268

10.5.6 振型的测量方法 270

10.5.7 振动测量实例 271

习题 273

第11章 噪声的测量 275

11.1 声音的特征 275

11.2 基本声学参数 276

11.2.1 声压与声压级 276

11.2.2 声强与声强级 276

11.2.3 声功率与声功率级 277

11.2.4 级的合成 277

11.3 噪声的频谱分析 279

11.4 噪声的主观量与评价 280

11.4.1 纯音的等响曲线、响度及响度级 280

11.4.2 宽带噪声的响度 281

11.4.3 声级计的频率计权网络 281

11.4.4 等效连续声级与噪声评价标准 282

11.5 噪声测量仪器 283

11.5.1 传声器 284

11.5.2 声级计 285

11.5.3 声级计的校准 285

11.6 噪声测量技术 287

11.6.1 声功率的测量和计算 287

11.6.2 噪声测量应注意的问题 288

11.6.3 噪声测量环境的影响及环境噪声的修正 289

11.7 机床噪声测量实例 290

11.7.1 机床的噪声源及噪声标准 290

11.7.2 机床噪声声压级测量 290

习题 292

第12章 位移与厚度测量 293

12.1 常用位移传感器 293

12.2 光栅式传感器 294

12.2.1 光栅式传感器的基本原理和分类 295

12.2.2 光栅的光学系统 298

12.2.3 计量光栅的种类 300

12.3 光电盘传感器和编码盘传感器 301

12.3.1 光电盘传感器 301

12.3.2 编码盘传感器 302

12.4 感应同步器 307

12.4.1 感应同步器的结构 308

12.4.2 感应同步器的基本工作原理 309

12.4.3 输出信号的处理方式 310

12.4.4 感应同步器的参数分析 312

12.5 激光干涉仪 314

12.5.1 基本工作原理 315

12.5.2 双频激光干涉仪 316

12.6 厚度测量 319

12.6.1 非接触式测厚仪 319

12.6.2 接触式测厚仪 321

习题 322

第13章 温度的测量 323

13.1 温度标准与测量方法 323

13.1.1 温度和温标 323

13.1.2 温度测量方法 324

13.2 接触式测温传感器 324

13.2.1 热电偶 324

13.2.2 热电阻温度计 329

13.2.3 热敏电阻和集成温度传感器 330

13.2.4 机械温度传感器 333

13.3 非接触式测温 334

13.3.1 热辐射原理 334

13.3.2 红外测温 335

13.3.3 全辐射温度计 337

13.3.4 光学高温计 338

13.3.5 比色高温计 339

13.4 温度测量实例 340

13.4.1 机床的温升测量 340

13.4.2 切削温度测量 341

习题 342

第14章 流体参数的测量 343

14.1 压力的测量 343

14.1.1 压力测量原理 343

14.1.2 压力测量传感器 344

14.1.3 测压传感器的标定 347

14.2 流量的测量 348

14.2.1 节流变压降式流量计 350

14.2.2 阻力式流量计 353

14.2.3 涡轮流量计 355

14.2.4 容积式流量计 357

14.2.5 质量流量计 359

14.2.6 流量计的标定 360

14.3 流速测量系统 361

14.3.1 皮托管流速计 361

14.3.2 热线和热膜风速计 362

14.3.3 利用激光多普勒效应的流速测量 365

习题 367

参考文献 368