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绪论 1

第1篇 兵器测试基础知识 8

第1章 兵器测试技术基础 8

1.1 测量的基本方法 8

1.1.1 测量的分类 8

1.1.2 测量具有普遍科学意义的条件 9

1.2 标准量及常用量的传递方法 10

1.2.1 标准量 10

1.2.2 兵器测试中常用量的传递方法 11

1.3 测量系统 13

1.3.1 测量系统的组成 14

1.3.2 现代测试系统 16

1.3.3 虚拟仪器 20

1.4 测量误差及处理 21

1.4.1 测量误差 21

1.4.2 常用误差处理方法及误差的合成与分配 24

1.4.3 测量误差的合成与分配 27

1.5 测量不确定度的评定 28

1.5.1 不确定度评定的基本知识 28

1.5.2 标准不确定度的A类评定 31

1.5.3 标准不确定度的B类评定 32

1.5.4 测量不确定度的合成 34

1.5.5 扩展不确定度的计算方法 36

第2章 工程信号及其可测性分析 38

2.1 概述 38

2.2 工程信号的分类 38

2.2.1 按信号随时间变化的规律分类 38

2.2.2 按信号随时间变化连续性分类 41

2.2.3 其他分类方法 41

2.3 周期信号频谱与可测性 42

2.3.1 周期信号的分解和频谱 42

2.3.2 周期信号的可测性分析 48

2.4 非周期信号的频谱分析 51

2.4.1 时限信号的分解和频谱 51

2.4.2 时限信号的可测性分析 54

2.5 随机信号的处理及分析 54

2.5.1 随机信号的特征参数 54

2.5.2 离散随机信号的特征估计 58

2.6 典型激励信号描述 62

2.6.1 冲激函数及其谱分析 62

2.6.2 单位阶跃信号及其谱分析 64

2.6.3 单位斜坡信号及其频谱 66

第3章 测量系统的基本特性 67

3.1 概述 67

3.1.1 测量系统的基本要求 67

3.1.2 测量系统的线性化 68

3.2 测量系统的静态标定与静态特性 69

3.2.1 静态标定 69

3.2.2 静态特性指标 71

3.3 测量系统的动态特性 75

3.3.1 动态参数测试的特殊问题 75

3.3.2 测量系统动态特性的分析方法及主要指标 76

3.3.3 测量系统的数学模型 77

3.3.4 传递函数 77

3.3.5 频率响应函数 79

3.3.6 冲激响应函数 80

3.4 测量系统的动态特性分析 80

3.4.1 典型系统的频率响应 81

3.4.2 典型激励的系统瞬态响应 84

3.4.3 相似原理 87

3.5 测量系统无失真测试条件 88

3.6 测量系统的动态特性参数获取方法 89

3.6.1 阶跃响应法 89

3.6.2 幅频特性法 91

3.7 动态误差修正 91

3.7.1 频域修正方法 91

3.7.2 时域修正方法 92

第2篇 兵器测试信号分析方法 94

第4章 数字信号处理基础 94

4.1 z变换 94

4.1.1 序列 94

4.1.2 z变换 94

4.1.3 z逆变换 99

4.2 离散傅里叶变换（DFT） 100

4.2.1 离散傅里叶级数（DFS） 100

4.2.2 离散傅里叶变换（DFT）的定义 101

4.2.3 DFT的主要性质 101

4.2.4 DFT与z变换的关系 102

4.3 快速傅里叶变换（FFT） 102

4.3.1 DFT直接计算的工作量 102

4.3.2 提高DFT运算效率的思路 103

4.3.3 FFT算法 103

4.4 数字滤波器 109

4.4.1 数字滤波器的分类 109

4.4.2 IIR数字滤波器的设计 110

4.4.3 FIR数字滤波器的设计 112

第5章 工程测试信号处理 115

5.1 测试信号的表述方法 115

5.1.1 表格法 115

5.1.2 图解法 116

5.1.3 方程法 116

5.2 回归分析 117

5.2.1 一元线性回归 117

5.2.2 多元线性回归 120

5.2.3 非线性回归 121

5.2.4 回归分析的应用 123

5.3 功率谱分析 124

5.3.1 定义 124

5.3.2 功率谱分析的物理意义 125

5.3.3 功率谱分析的实现 126

5.3.4 功率谱的应用 127

5.3.5 相干函数 129

5.4 倒频谱技术 129

5.4.1 倒频谱分析的基本原理 130

5.4.2 倒频谱分析的意义 130

5.4.3 倒频谱技术的应用 130

5.5 频谱细化分析 132

5.5.1 基于复调制的FFT方法 132

5.5.2 相位补偿细化方法 135

5.5.3 频谱细化分析的应用 136

5.6 小波分析在测试信号中的应用 137

5.6.1 小波分析的基本原理 137

5.6.2 小波的多分辨率分析 138

5.6.3 小波分析在信号处理中的应用 139

5.7 动态补偿数字滤波器 141

5.7.1 硬件补偿方法 143

5.7.2 软件补偿方法 145

5.7.3 动态补偿滤波器的应用 147

第3篇 常用兵器动态参量测试方法及应用 150

第6章 应力、应变、力及转矩测量技术 150

6.1 概述 150

6.2 应变测量基础知识 150

6.2.1 应变片的工作原理 150

6.2.2 应变片的粘贴 153

6.2.3 电阻应变片的温度误差及补偿 155

6.2.4 电阻应变片的信号调理电路及应变仪 157

6.3 力测量 164

6.3.1 常用力传感器 164

6.3.2 力传感器标定 166

6.3.3 测量实例 167

6.4 应变、应力测量 175

6.4.1 基于应变片的应变、应力测量 175

6.4.2 基于光纤Bragg光栅应变测量 180

6.5 转矩测量 186

6.5.1 转矩测量原理 186

6.5.2 常用转矩传感器 187

6.5.3 转矩传感器标定 189

第7章 动态压力测量技术 191

7.1 概述 191

7.2 铜柱测压法 193

7.2.1 铜柱测压法系统组成及工作原理 193

7.2.2 铜柱静态标定及静态压力对照表的编制 194

7.2.3 温度修正方法 198

7.2.4 静标体制铜柱测压的技术要点归纳 198

7.2.5 铜柱测压法静动差分析 199

7.3 铜球测压法 203

7.3.1 铜球测压系统组成及工作原理 203

7.3.2 准动态校准技术 204

7.4 动态压力电测法 206

7.4.1 应变式压力传感器 206

7.4.2 压电式压力传感器 209

7.5 测压系统的标定技术 212

7.5.1 测压系统的静态标定 212

7.5.2 测压系统的动态标定 212

7.5.3 传感器准静态校准 218

7.6 动态压力测量的管道效应 218

7.6.1 传感器的安装 218

7.6.2 测试系统动态特性分析 218

第8章 温度及热通量测量技术 221

8.1 概述 221

8.2 热电偶测温 223

8.2.1 热电偶测温原理 223

8.2.2 热电偶的基本实验定律 223

8.2.3 热电偶的结构、分类及特点 225

8.2.4 热电偶的响应方程及典型工况的测温模型 228

8.2.5 热电偶测量高速气流温度的技术措施 230

8.2.6 热电偶动态补偿方法 231

8.2.7 火箭燃气射流温度分布 233

8.3 热电阻测温 235

8.3.1 金属丝热电阻测温 235

8.3.2 热敏电阻测温 237

8.4 热辐射测温 238

8.4.1 热辐射原理 238

8.4.2 热辐射测温的基础理论 239

8.4.3 常用热辐射测温仪表 243

8.5 光纤测温 246

8.5.1 光纤原理 246

8.5.2 光纤测温原理 247

8.6 热通量测量 248

8.6.1 简介 248

8.6.2 热通量测量技术 249

8.6.3 Gardon热通量传感器 252

第9章 兵器噪声测量技术 255

9.1 噪声测试的物理学基本知识 255

9.1.1 声波 255

9.1.2 声源、声场和波阵面 255

9.1.3 声压、声强和声功率 256

9.1.4 声级和分贝 256

9.2 人对噪声的主观量度 259

9.2.1 响度与响度级 259

9.2.2 声级计的计权网络、A声级 260

9.2.3 等效连续声级 261

9.2.4 噪声允许限值 262

9.2.5 噪声评价曲线 262

9.3 噪声测量仪器 263

9.3.1 传声器 263

9.3.2 声级计 265

9.3.3 噪声分析仪 268

9.4 噪声测量方法 269

9.4.1 测试环境对噪声的影响 269

9.4.2 噪声级的测量 269

9.4.3 声功率级的测试 272

9.4.4 声强的测试 273

9.5 噪声测量实例 274

9.5.1 常规兵器发射和爆炸时的噪声特点 274

9.5.2 兵器噪声测试的功能需求 274

9.5.3 枪口噪声测试实例 276

第10章 运动参量测量技术 278

10.1 位移测量的常用方法 278

10.1.1 电感式位移测量系统 278

10.1.2 电涡流式位移测量系统 282

10.1.3 光电位置敏感器件 286

10.1.4 火炮的自动机运动位移测试 291

10.2 速度测量的方法 293

10.2.1 定距测时法 293

10.2.2 多普勒雷达测速 296

10.2.3 弹丸运动速度测试 297

10.2.4 永磁感应测速传感器及应用 299

10.2.5 光纤干涉仪测速 303

10.3 加速度测量 306

10.3.1 惯性式加速度传感器的工作模型 306

10.3.2 常用惯性式加速度传感器 307

10.3.3 使用加速度传感器的几点说明 312

10.3.4 加速度测量系统的校准（标定） 314

第11章 兵器振动测量技术 317

11.1 概述 317

11.2 常用振动传感器 317

11.2.1 振动测量方法 317

11.2.2 绝对式测振传感器原理 318

11.2.3 相对式测振传感器原理 321

11.3 测振系统的组成及合理选择 322

11.3.1 测振系统的组成 323

11.3.2 测振系统的合理选用 324

11.3.3 传感器的安装 325

11.4 机械系统振动特性测试及结构参数估计 326

11.4.1 激振方式及激振器 327

11.4.2 机械系统结构参数的估计 331

11.5 机械阻抗测试 334

11.5.1 机械阻抗的概念及测试方法 334

11.5.2 单自由度系统的机械导纳 336

11.5.3 多自由度系统的机械导纳 338

11.6 振动分析仪器 339

11.7 测试实例 341

11.7.1 枪肩系统机械阻抗测试 341

11.7.2 火炮振动模态分析 344

第12章 膛口流场测量技术 347

12.1 膛口流场及特点 347

12.1.1 初始流场 347

12.1.2 膛口主流场 348

12.1.3 膛口火焰 349

12.1.4 膛口噪声 349

12.1.5 膛口流场的特点 350

12.2 膛口温度测量 351

12.2.1 光谱温度测量原理 351

12.2.2 辐射温度法 353

12.3 基于马赫-曾德尔干涉仪的膛口流场密度测量 355

12.4 膛口流场可视化测量 356

12.4.1 膛口流场的阴影照相原理 356

12.4.2 膛口流场的间接法阴影照相 358

12.4.3 平行光的阴影照相 359

12.5 膛口流场的分布及卡瓣与弹之间的干扰测试 360

12.5.1 X光机测试技术 360

12.5.2 阴影照相测试技术 364

12.5.3 超高速照相法 368

12.6 膛口火焰测量 368

12.6.1 摄影法 368

12.6.2 光敏元件膛口火焰亮度及持续时间的测量 369

第13章 弹丸姿态及坐标测量技术 370

13.1 概述 370

13.2 弹丸转速及姿态测量 370

13.2.1 电测法（凹槽刻痕法） 370

13.2.2 弹丸飞行姿态纸靶测试法 373

13.2.3 高速摄影法 376

13.2.4 飞行姿态参数弹丸记录仪 377

13.2.5 固定靶道弹丸姿态探测 378

13.2.6 太阳方位角法 381

13.3 弹丸坐标测量 383

13.3.1 CCD坐标靶 383

13.3.2 基于激波的声靶测量系统 385

13.3.3 基于光电原理的坐标测量系统 390

13.3.4 脉冲雷达坐标测量系统 394

第14章 兵器材料动态参数测试技术 395

14.1 概述 395

14.2 分离式Hopkinson压杆 396

14.2.1 分离式Hopkinson压杆的组成及测试原理 396

14.2.2 Hopkinson压杆试验 401

14.2.3 影响Hopkinson压杆试验的因素及解决办法 403

14.2.4 Hopkinson压杆在火工品过载研究中的应用 406

14.3 膨胀环测试技术 409

14.3.1 基于激光速度干涉仪测量膨胀环的原理及控制方程 410

14.3.2 基于激光速度干涉仪测量膨胀环的试验系统组成 411

14.3.3 基于激光速度干涉仪的膨胀环测试应用实例 412

参考文献 414