測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)

前言

　　在科學(xué)研究與社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的過(guò)程中，需要對(duì)研究對(duì)象、生產(chǎn)過(guò)程及產(chǎn)品研發(fā)中的各種物理現(xiàn)象和物理量進(jìn)行觀察與定量的數(shù)據(jù)分析。伴隨著科學(xué)研究與生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，對(duì)各種物理量和物理現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)量與試驗(yàn)的要求越來(lái)越廣泛，這種狀況極大地推動(dòng)了測(cè)試技術(shù)的發(fā)展。而每一次新的測(cè)量理論、測(cè)試方法、測(cè)試設(shè)備的出現(xiàn)，也促進(jìn)了其他學(xué)科與工程技術(shù)的發(fā)展。測(cè)試技術(shù)已經(jīng)成為從事科學(xué)研究與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)人員必須掌握的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)。　　測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)是機(jī)械類專業(yè)本科生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。武漢理工大學(xué)從1982年開始開設(shè)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)課程，是全國(guó)最早開設(shè)此課程的高校之一。1988年由武漢理工大學(xué)機(jī)械系測(cè)試教研組編寫了《測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》一書，1996年正式出版了《測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》教材；2005年，測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)課被評(píng)為湖北省省級(jí)精品課。武漢理工大學(xué)教師經(jīng)過(guò)20多年的教學(xué)和科研實(shí)踐，在教學(xué)內(nèi)容、教材和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等方面積累了很多寶貴經(jīng)驗(yàn)和科研案例素材，并力圖將這些經(jīng)驗(yàn)體會(huì)、案例素材融入本書的內(nèi)容中。因此，本書在選材上特別注意了從應(yīng)用角度出發(fā)，遵循由淺入深、循序漸進(jìn)的認(rèn)識(shí)規(guī)律，以案例講解為引導(dǎo)，以通俗易懂的語(yǔ)言和大量的例題做鋪墊，逐步深入，便于讀者更快更好地學(xué)習(xí)、理解和掌握測(cè)試技術(shù)的基本理論及測(cè)試方法和測(cè)試儀器；同時(shí)也著重介紹了現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)發(fā)展的新領(lǐng)域（如書中第9章），以便讀者能更全面、更深入地了解測(cè)試技術(shù)的全貌。　　本書共9章，第1～4章主要介紹了測(cè)試技術(shù)的理論基礎(chǔ)。其中第1章為緒論，介紹測(cè)量與試驗(yàn)的概念及相互關(guān)系，測(cè)量方法的分類與非電量測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成，測(cè)試技術(shù)的發(fā)展、意義及涵蓋的內(nèi)容；第2章介紹信號(hào)的理論、信號(hào)的分類、信號(hào)的時(shí)域描述與頻域描述方法，以及信號(hào)的頻譜；第3章介紹測(cè)試信號(hào)的分析與處理；第4章介紹測(cè)試系統(tǒng)特性描述的方法、理論與工程應(yīng)用。第5～7章分別介紹了測(cè)試信號(hào)的傳感、調(diào)理和記錄與顯示方面的理論及應(yīng)用。第8章介紹了常見(jiàn)物理量——機(jī)械振動(dòng)（力、位移、速度、加速度）的測(cè)量和機(jī)械阻抗的測(cè)試原理及測(cè)試儀器的特性。第9章專門介紹了現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成及虛擬測(cè)試技術(shù)的概況。教學(xué)內(nèi)容上的這些安排，便于讀者在完成第一部分（前4章）基礎(chǔ)理論內(nèi)容學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步掌握綜合應(yīng)用測(cè)試技能進(jìn)行不同物理量測(cè)試的知識(shí)。其他專業(yè)教師選用本書時(shí)，適當(dāng)取舍內(nèi)容后可適應(yīng)不同層次及不同專業(yè)的教學(xué)要求。　　本書由武漢理工大學(xué)江征風(fēng)教授主編并統(tǒng)稿，趙燕、徐漢斌任副主編，李如強(qiáng)、張萍、吳華春參加編寫。　　武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院胡業(yè)發(fā)教授擔(dān)任本書的主審，他仔細(xì)審閱了全部書稿，提出了許多建設(shè)性意見(jiàn)和寶貴建議，在此向他表示誠(chéng)摯的謝意！　　書中編寫的部分內(nèi)容參考了相關(guān)企業(yè)的最新產(chǎn)品資料和兄弟院校同行作者的有關(guān)文。

內(nèi)容概要

本書主要講述測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)理論及非電量測(cè)量，共9章：緒論，信號(hào)的分類及頻譜分析，測(cè)試系統(tǒng)的基本特性，常用傳感器，信號(hào)變換及調(diào)理，隨機(jī)信號(hào)相關(guān)和功率譜分析，記錄及顯示儀，機(jī)械振動(dòng)測(cè)試與分析和現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)。    本書可作為高等院校機(jī)械、儀器、測(cè)控和自動(dòng)化等專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)測(cè)試技術(shù)的教科書，也可作為相關(guān)科技和工程技術(shù)人員的參考用書。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  測(cè)試的含義  1.2  測(cè)試技術(shù)在機(jī)械工程中的作用  1.3  測(cè)試方法分類與電測(cè)法測(cè)試系統(tǒng)    1.3.1  測(cè)量的基本方法    1.3.2  靜態(tài)測(cè)試與動(dòng)態(tài)測(cè)試    1.3.3  非電量電測(cè)法    1.3.4  非電量電測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成  1.4  課程的性質(zhì)和任務(wù)  1.5  測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向    1.5.1  傳感器技術(shù)的發(fā)展    1.5.2  測(cè)量方式多樣化  小結(jié)  習(xí)題第2章  信號(hào)的分類及頻譜分析  2.1  信號(hào)的分類與描述    2.1.1  信號(hào)的分類    2.1.2  信號(hào)的時(shí)域描述和頻域描述  2.2  周期信號(hào)與離散頻譜    2.2.1  周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)的三角函數(shù)展開    2.2.2  周期函數(shù)的奇偶特性    2.2.3  周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)的復(fù)指數(shù)函數(shù)展開    2.2.4  傅里葉級(jí)數(shù)的復(fù)指數(shù)與三角函數(shù)展開的關(guān)系    2.2.5  周期信號(hào)的強(qiáng)度表述  2.3  瞬態(tài)信號(hào)與連續(xù)頻譜    2.3.1  傅里葉變換    2.3.2  傅里葉變換的主要性質(zhì)    2.3.3  幾種典型信號(hào)的頻譜  2.4  離散傅里葉變換    2.4.1  數(shù)字信號(hào)、模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換和數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換    2.4.2  離散傅里葉變換的圖解表示    2.4.3  頻率混疊和采樣定理    2.4.4  量化和量化誤差    2.4.5  截?cái)唷⑿孤┖痛昂瘮?shù)  小結(jié)  習(xí)題第3章  測(cè)試系統(tǒng)的基本特性  3.1  系統(tǒng)的輸入/輸出與系統(tǒng)特性    3.1.1  理想測(cè)試系統(tǒng)——線性時(shí)不變系統(tǒng)    3.1.2  實(shí)際測(cè)試系統(tǒng)線性近似  3.2  測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性    3.2.1  靈敏度    3.2.2  非線性度    3.2.3  回程誤差  3.3  系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述及其物理意義    3.3.1  傳遞函數(shù)    3.3.2  頻率響應(yīng)函數(shù)與頻響曲線    3.3.3  權(quán)函數(shù)    3.3.4  測(cè)試系統(tǒng)中環(huán)節(jié)的串聯(lián)與并聯(lián)  3.4  系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)試不失真的頻率響應(yīng)特性  3.5  常見(jiàn)測(cè)試系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性    3.5.1  一階系統(tǒng)    3.5.2  二階系統(tǒng)  3.6  測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試    3.6.1  穩(wěn)態(tài)響應(yīng)法    3.6.2  脈沖響應(yīng)法    3.6.3  階躍響應(yīng)法  3.7  組成測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)考慮的因素  小結(jié)  習(xí)題第4章  常用傳感器  4.1  概述    4.1.1  傳感器的定義    4.1.2  傳感器的分類及要求  4.2  電阻傳感器    4.2.1  電位器    4.2.2  應(yīng)變式電阻傳感器    4.2.3  其他電阻傳感器  4.3  電容傳感器    4.3.1  電容傳感器的變換原理    4.3.2  電容傳感器的應(yīng)用實(shí)例  4.4  電感傳感器    4.4.1  可變磁阻式電感傳感器    4.4.2  渦流式電感傳感器    4.4.3  差動(dòng)變壓器式電感傳感器    4.4.4  電感傳感器的應(yīng)用實(shí)例  4.5  磁電傳感器    4.5.1  動(dòng)圈式(動(dòng)磁式)磁電傳感器    4.5.2  磁阻式磁電傳感器  4.6  壓電傳感器    4.6.1  壓電效應(yīng)    4.6.2  壓電傳感器及其等效電路    4.6.3  前置放大器    4.6.4  壓電傳感器的應(yīng)用  4.7  磁敏傳感器    4.7.1  半導(dǎo)體磁敏傳感器(半導(dǎo)體霍爾元件)    4.7.2  磁敏傳感器的應(yīng)用  小結(jié)  習(xí)題第5章  信號(hào)變換及調(diào)理  5.1  電橋    5.1.1  直流電橋    5.1.2  交流電橋  5.2  調(diào)制與解調(diào)    5.2.1  概述    5.2.2  調(diào)幅與解調(diào)測(cè)量電路    5.2.3  調(diào)頻及解調(diào)測(cè)量電路  5.3  濾波器    5.3.1  濾波器的分類    5.3.2  理想濾波器    5.3.3  實(shí)際RC濾波器    5.3.4  恒帶寬比濾波器和恒帶寬濾波器  小結(jié)  習(xí)題第6章  隨機(jī)信號(hào)相關(guān)和功率譜分析  6.1  隨機(jī)信號(hào)的基本概念    6.1.1  概述    6.1.2  隨機(jī)信號(hào)的主要特征參數(shù)  6.2  幅值域分析    6.2.1  統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)    6.2.2  概率密度函數(shù)    6.2.3  概率密度函數(shù)的工程應(yīng)用  6.3  相關(guān)分析及其應(yīng)用    6.3.1  相關(guān)的概念    6.3.2  相關(guān)系數(shù)與相關(guān)函數(shù)    6.3.3  自相關(guān)函數(shù)及其應(yīng)用    6.3.4  互相關(guān)函數(shù)及其應(yīng)用  6.4  功率譜分析及其應(yīng)用    6.4.1  巴塞伐爾(Paseval)定理    6.4.2  功率譜分析及其應(yīng)用    6.4.3  相干函數(shù)  小結(jié)  習(xí)題第7章  記錄及顯示儀  7.1  概述  7.2  光線示波器    7.2.1  光線示波器的工作原理和結(jié)構(gòu)組成    7.2.2  振動(dòng)子特性    7.2.3  光線示波器的種類和選用  7.3  記錄儀    7.3.1  筆式記錄儀    7.3.2  磁帶記錄儀    7.3.3  新型記錄儀  7.4  數(shù)字顯示系統(tǒng)  小結(jié)  習(xí)題第8章  機(jī)械振動(dòng)測(cè)試與分析  8.1  概述  8.2  振動(dòng)的基本知識(shí)    8.2.1  振動(dòng)的分類    8.2.2  單自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)    8.2.3  多自由度系統(tǒng)振動(dòng)    8.2.4  機(jī)械阻抗的概念  8.3  振動(dòng)的激勵(lì)    8.3.1  激振的方式    8.3.2  激振設(shè)備  8.4  測(cè)振傳感器(拾振器)    8.4.1  常用測(cè)振傳感器的類型    8.4.2  慣性式拾振器的工作原理    8.4.3  壓電式加速度拾振器    8.4.4  選擇測(cè)振傳感器的原則  8.5  振動(dòng)信號(hào)分析儀器  8.6  振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理實(shí)例  8.7  機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有頻率和阻尼率估計(jì)    8.7.1  總幅值法    8.7.2  分量法    8.7.3  矢量法  小結(jié)  習(xí)題第9章  現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)  9.1  概述    9.2  現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)的基本概念    9.3  現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)的基本組成    9.4  現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)的特點(diǎn)  9.5  虛擬測(cè)試儀器技術(shù)    9.5.1  虛擬儀器的含義及其特點(diǎn)    9.5.2  虛擬儀器的組成    9.5.3  虛擬儀器的典型單元模塊    9.5.4  虛擬儀器的開發(fā)系統(tǒng)    9.5.5  虛擬儀器的應(yīng)用    9.5.6  LabVIEW簡(jiǎn)介  9.6  智能儀器    9.6.1  智能儀器的工作原理    9.6.2  智能儀器的功能特點(diǎn)    9.6.3  智能儀器的發(fā)展概況  9.7  現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)實(shí)例  小結(jié)  習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　（4）對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)試工作的基本問(wèn)題有一個(gè)比較完整的概念，能初步進(jìn)行機(jī)械工程中某些參數(shù)的測(cè)試?！　”菊n程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，只有在學(xué)習(xí)過(guò)程中密切聯(lián)系實(shí)際，注意物理概念，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)，才能真正掌握有關(guān)理論，具備一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，獲得關(guān)于動(dòng)態(tài)測(cè)試工作的完整概念，初步具有處理實(shí)際測(cè)試工作的能力?！　?.5 測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向　　現(xiàn)代科技的發(fā)展不斷向測(cè)試技術(shù)提出新的要求，推動(dòng)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展。與此同時(shí)，各學(xué)科領(lǐng)域的新成就也常常反映在測(cè)試方法和儀器設(shè)備的改進(jìn)中，測(cè)試技術(shù)總是從其他相關(guān)的學(xué)科中吸取營(yíng)養(yǎng)而得到發(fā)展。　　近年來(lái)，新技術(shù)、新材料的興起更加快了測(cè)試技術(shù)的蓬勃發(fā)展。主要表現(xiàn)在傳感器技術(shù)和測(cè)量方式的多樣化兩個(gè)方面?！　?.5.1 傳感器技術(shù)的發(fā)展　　傳感器是信息之源頭，傳感技術(shù)是測(cè)試技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容之一，當(dāng)今傳感器開發(fā)中有以下兩方面的發(fā)展趨勢(shì)：　?。?）物理型傳感器的開發(fā)。物理型傳感器是依據(jù)機(jī)敏材料本身的物性隨被測(cè)量的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換。這類傳感器的開發(fā)實(shí)質(zhì)上是新材料的開發(fā)。目前，應(yīng)用于傳感器開發(fā)的機(jī)敏材料主要有聲發(fā)材料、電感材料、光纖及磁致伸縮材料、壓電材料、形狀記憶材料、電阻應(yīng)變材料和X射線感光材料等。這些材料的開發(fā)，不僅使可測(cè)量大量增多，也使傳感器集成化、微型化，以及高性能傳感器的出現(xiàn)成為可能。總之，傳感器正經(jīng)歷著從機(jī)構(gòu)型為主向以物理型為豐的轉(zhuǎn)變過(guò)程?！　。?）集成化，智能化傳感器的開發(fā)。隨著微電子學(xué)、微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種形式集成化的傳感器。這類傳感器具有智能化功能。將測(cè)量電路、微處理器與傳感器集成一體的傳感器，就是同一功能的多個(gè)敏感元件排列成線型、面型的傳感器，即多種不同功能的敏感元件集成一體，成為可同時(shí)進(jìn)行多種參數(shù)測(cè)量的傳感器?！　?.5.2 測(cè)量方式多樣化　　1.多傳感器融合技術(shù)在工程中的應(yīng)用　　多傳感器融合是解決測(cè)量過(guò)程中信息獲取的方法。由于多傳感器是以不同的方法、從不同的角度獲取信息的，因此可以通過(guò)它們之間的信息融合去偽存真，提高測(cè)量信息的準(zhǔn)確性。2.積木式、組合式測(cè)量方法此類測(cè)量方法能有效增加測(cè)試系統(tǒng)的柔性，降低測(cè)量工作的成本，達(dá)到不同層次、不同目標(biāo)的測(cè)試目的?！　　?/pre>




編輯推薦
　　注重以學(xué)生為本：站在學(xué)生的角度、根據(jù)學(xué)生的知識(shí)面和理解能力來(lái)編寫，考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)知過(guò)程，通過(guò)不同的工程案例或者示例深入淺出進(jìn)行講解，緊緊抓住學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的動(dòng)力點(diǎn)，鍛煉和提高學(xué)生獲取知識(shí)的能力?！　∽⒅厝宋闹R(shí)與科技知識(shí)的結(jié)合：以人文知識(shí)講解的手法來(lái)闡述科技知識(shí)，在講解知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，設(shè)置閱讀材料板塊介紹相關(guān)的人文知識(shí)，增強(qiáng)教材的可讀性，同時(shí)提高學(xué)生的人文素質(zhì)?！　∽⒅貙?shí)踐教學(xué)和情景教學(xué)：書中配備大量實(shí)景圖和實(shí)物圖，并輔以示意圖進(jìn)行介紹，通過(guò)模型化的教學(xué)案例介紹具體工程實(shí)踐中的相關(guān)知識(shí)技能，強(qiáng)化實(shí)際操作訓(xùn)練，加深對(duì)理論知識(shí)的理解；設(shè)計(jì)有豐富的題型，在鞏固知識(shí)技能的同時(shí)啟發(fā)創(chuàng)新思維。　　注重知識(shí)技能的實(shí)用性和有效性：以學(xué)生就業(yè)所需專業(yè)知識(shí)和操作技能為著眼點(diǎn)，緊跟最新的技術(shù)發(fā)展和技術(shù)應(yīng)用，在理論知識(shí)夠用的前提下，著重講解應(yīng)用型人才培養(yǎng)所需的技能，突出實(shí)用性和可操作性。





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