机械工程测试原理与技术PDF电子书下载

目录 1

绪论 1

0.1 测试技术的任务和重要性 2

0.2 测试过程和测试系统的组成 4

0.3 课程的对象和要求 6

第1章 测量误差的基本性质与处理 8

1.1 测量误差的基本概念 9

1.1.1 测量误差的定义 9

1.1.2 误差分类 10

1.1.3 测量结果的精度 11

1.1.4 测量不确定度 12

1.2 误差的基本性质与处理 12

1.2.1 随机误差的概率分布 12

1.2.2 随机误差的估计 15

1.2.3 系统误差的发现准则和减少消除方法 17

1.2.4 测量粗大误差的存在判定准则 21

1.3 测量系统的误差计算方法 23

1.4 测量系统最佳测量方案的确定 27

习题 33

第2章 信号分析基础 35

2.1 信号的分类及其基本参数 36

2.1.1 信号的概念及其描述方法 36

2.1.2 信号分类 37

2.1.3 信号分析中的常用函数 44

2.1.4 信号的时域统计分析 48

2.1.5 信号的幅值域分析 48

2.2 周期信号及其频谱 50

2.2.1 傅里叶级数与周期信号的分解 51

2.2.2 周期信号的频谱 53

2.3 非周期信号及其频谱 55

2.3.1 傅里叶变换与非周期信号的分解 55

2.3.2 非周期信号的频谱 59

2.3.3 傅里叶变换的主要性质 61

2.3.4 几种典型信号的频谱 63

2.4 随机信号的频谱 66

2.4.1 随机信号的自功率谱密度函数 66

2.4.2 两随机信号的互谱密度函数 68

2.4.3 相干函数与频率响应函数 69

2.5 信号的相关分析 69

2.5.1 相关系数与相关函数 69

2.5.2 相关函数的性质 72

2.5.3 随机信号的相关函数与其频谱的关系 74

2.6 卷积 76

2.6.1 含有单位脉冲函数6（t）的卷积 76

2.6.2 时域卷积定理 77

2.6.3 频域卷积定理 78

2.6.4 卷积与相关之间的关系 79

2.7.1 短时傅里叶变换 80

2.7 时频分析 80

2.7.2 魏格纳分布 84

2.7.3 小波分析 88

习题 94

第3章 测试系统的基本特性 97

3.1 测试系统概述 98

3.1.1 线性系统及其微分方程描述 98

3.1.2 线性系统的特性 100

3.2 测试系统的静态传递特性 101

3.2.1 静态传递方程与定度曲线 102

3.2.2 灵敏度 102

3.2.3 线性度 102

3.2.4 回程误差 103

3.2.5 稳定性 103

3.3 测试系统的动态传递特性 104

3.3.1 测试系统动态传递特性的频域描述 104

3.3.2 测试系统动态传递特性的时域描述 110

3.3.3 测试系统动态特性的识别 112

3.4 测试系统不失真传递信号的条件 116

习题 118

第4章 模拟信号分析 119

4.1 调制与解调 120

4.1.1 幅值调制与解调原理 120

4.1.2 角度调制与解调原理 122

4.2 滤波器 124

4.2.1 滤波器分类 124

4.2.2 理想滤波器 124

4.2.3 实际滤波器 126

4.3 微分、积分与积分平均 130

4.3.1 微分器 130

4.3.2 积分器 130

4.3.3 积分平均 131

4.4.1 幅值调制在测试仪器中的应用 132

4.4 模拟信号分析技术应用举例 132

4.4.2 频率调制在工程测试中的应用 133

4.4.3 模拟滤波器的应用 134

4.4.4 模拟频谱分析 135

习题 137

第5章 信号采集与数字分析原理及技术 138

5.1 信号数字分析的基本步骤 139

5.2 模拟—数字转换原理与采样定理 140

5.2.1 信号的离散采样与量化 140

5.2.2 采样定理 142

5.2.3 离散信号的频谱 147

5.2.4 频率混叠现象及其防止 149

5.2.5 离散采样的一般解释 152

5.3 信号的时域截断与泄漏 153

5.3.1 截断与泄漏 153

5.3.2 常用窗函数及其特性 156

5.4 离散傅里叶变换DFT及其快速算法FFT 158

5.4.1 离散傅里叶变换原理 158

5.4.2 DFT的周期性和共轭性 161

5.4.3 离散傅里叶变换对的说明 163

5.4.4 以DFT为基础的信号数字分析 164

5.4.5 快速傅里叶变换FFT简介 167

5.5 FFT分析仪简介 168

习题 170

第6章 传感器原理与测量电路 172

6.1 概述 173

6.2 电阻应变式传感器 174

6.2.1 金属应变片式传感器 174

6.2.2 压阻式传感器 176

6.2.3 应变式力传感器的应用 177

6.3.1 自感式传感器 180

6.3 电感式传感器 180

6.3.2 差动变压器式传感器 182

6.3.3 电涡流式传感器 184

6.4 电容式传感器 186

6.4.1 工作原理与特性 186

6.4.2 电容式传感器的应用 189

6.5 压电式传感器 191

6.5.1 压电效应及压电元件的结构 191

6.5.2 电荷放大器 193

6.5.3 压电式传感器的应用 194

6.6 磁电式传感器 196

6.6.1 磁电式速度传感器 197

6.6.2 感应同步器 198

6.6.3 磁栅式传感器 200

6.7 霍尔传感器 202

6.7.1 工作原理 202

6.7.3 传感器的应用 203

6.7.2 测量电路 203

6.8 光栅传感器 205

6.8.1 光栅与光栅传感器 205

6.8.2 莫尔条纹 205

6.8.3 辨向原理与辨向电路 207

6.8.4 细分技术 207

6.8.5 光栅传感器的应用 208

6.9 光纤传感器 209

6.9.1 光导纤维结构与传输原理 209

6.9.2 光纤传感器及其分类 210

6.9.3 光纤传感器的应用 211

第7章 机械工程几何量测量 214

7.1 几何量测量技术概况 215

7.1.1 几何量测量的概念 215

7.1.2 几何量测量的四大要素 215

7.1.3 几何量测量系统的组成 218

7.2 激光量块干涉仪计数法测量 219

7.3 激光光电光波比长仪线纹测量 222

7.4 DY—1光栅式测量仪大尺寸测量 225

7.5 双频激光干涉法测量 226

7.6 圆分度误差自动测量 228

7.6.1 圆分度误差的评定指标 228

7.6.2 标准度盘平均瞄准法原理 229

7.6.3 光电式度盘自动测量仪 230

7.7 形位误差和表面粗糙度测量 232

7.7.1 直线度误差的测量 232

7.7.2 平面度误差的测量 234

7.7.3 圆度误差的测量 237

7.7.4 表面粗糙度的测量 240

7.8 丝杆螺旋线误差的测量 243

7.8.1 螺旋线误差形成原理 244

7.8.2 螺旋线误差的光栅激光动态测量 244

7.8.3 螺旋线误差曲线分析 246

7.9 三坐标测量机及其应用 247

7.9.1 三坐标测量机类型和组成 247

7.9.2 三坐标测量机的测量与应用 253

习题 257

第8章 振动测试 260

8.1 测振传感器 261

8.1.1 相对式测振传感器 261

8.1.2 绝对式测振传感器 261

8.2 典型测振传感器 265

8.2.1 磁电式速度传感器 265

8.2.2 压电式加速度传感器 266

8.2.3 电阻应变式、压阻式加速度传感器 268

8.2.4 伺服式加速度传感器 269

8.2.5 光导纤维传感器 270

8.3.1 振动测量的基本方法 271

8.3 振动测量与试验 271

8.3.2 机械阻抗的测量 283

8.3.3 测振系统的定度和校准 284

8.3.4 测试方案制定和测试系统的选择 289

8.3.5 振动测试应用实例 292

8.4 振动实验装置简介 293

8.4.1 实验装置的目的 293

8.4.2 实验装置的组成 294

8.4.3 激振信号源简介 296

8.4.4 测振仪简介 296

8.4.5 虚拟式测试仪器库简介 296

习题 297

第9章 噪声测量 301

9.1 声学基本概念 302

9.1.1 声波和噪声 302

9.1.2 噪声的物理度量 303

9.1.3 噪声测量中的级与级的单位分贝（dB） 305

9.1.4 声压级的叠加、扣除和平均 306

9.2 噪声的频谱和频带 311

9.2.1 窄带频谱和声压谱级 311

9.2.2 频带声压级与倍频程频谱 311

9.3 噪声的主观评价 316

9.3.1 纯音的主观评价 316

9.3.2 宽度噪声的主观评价 318

9.4 噪声测量原理和常用仪器 321

9.4.1 测量传声器 322

9.4.2 声级计 325

9.5 工业噪声测量 328

9.5.1 一般现场测量 329

9.5.2 声强测量 330

习题 337

第10章 应变、应力测试 339

10.2.1 敏感栅材料的选择 340

10.1 概述 340

10.2 应变片的选择 340

10.2.2 底基材料的选择 341

10.2.3 栅长与栅厚的选择 342

10.2.4 灵敏系数的选择 342

10.2.5 测试环境的选择 342

10.2.6 在特殊条件下对应变片的选择 343

10.3 应变测量电路 344

10.3.1 直流电桥 344

10.3.2 交流电桥 347

10.3.3 放大电路 348

10.4 布片与组桥 350

10.4.1 布片的一般原则 350

10.4.2 组桥 350

10.4.3 典型应力状态的布片及主应力计算 352

10.5.2 克服附加电阻的影响 354

10.5 保证应变测试精度的措施 354

10.5.1 减少贴片误差 354

10.5.3 准确定度 355

10.5.4 温度补偿 355

10.5.5 其他措施 356

第11章 其他机械参量测量 357

11.1 力与扭矩的测量 358

11.1.1 力的测量 358

11.1.2 扭矩的测量 363

11.2 温度的测量 371

11.2.1 接触法测温 371

11.2.2 非接触法测温 379

第12章 虚拟测试仪器 383

12.1 导论 384

12.1.1 虚拟仪器的概念 384

12.1.2 虚拟仪器的产生和现状 385

12.1.3 虚拟仪器的硬件系统 386

12.1.4 虚拟仪器的软件系统 387

12.1.5 虚拟仪器的开发 388

12.1.6 基于PC平台的虚拟仪器的基本构成 389

12.1.7 虚拟仪器的形成 389

12.1.8 虚拟仪器的特点 391

12.1.9 虚拟仪器的发展 392

12.2 虚拟仪器的总线系统 393

12.2.1 概述 393

12.2.2 GPIB总线系统 395

12.2.3 VXI总线系统 397

12.2.4 PCI总线系统 400

12.3 虚拟仪器开发系统 405

12.3.1 概述 405

12.3.2 “框架协议”开发系统简介 406