本书共分为13章,系统地论述了测试系统及其基本特性;介绍了测试系统中传感器的结构、基本原理和典型应用,以及传感器的发展趋势、选用原则等;讲解了“信号处理”,包括测试系统中的信号调理与数据采集,信号处理和数字信号处理基础等;还专门讲述了“典型测试系统”,包括振动、噪声、机械参量、工业自动化等测试系统的构建与应用。教材从测试系统基本理论与传感器原理、特点及应用领域,信号分析方法物理含义、特点及应用,到典型测试系统的构建、应用与分析进行深入浅出的阐述,力求使读者对测试系统有一个“一体化”的完整理解。

第1章 ��试系统的构成
1.1 测试技术的任务和重要性
测试是人们从客观事物中提取所需信息,借以认识客观事物,并掌握其客观规律的一种科学方法。在测试过程中,需要选用专门的仪器设备,设计合理的实验方法和进行必要的数据处理,从而获得被测对象有关信息及其量值。广义来看,测试属于信息科学的范畴。简单来说,信息的载体称为信号,信息则蕴涵于信号之中。信息总是通过某些物理量的形式表现出来,这些物理量也就是信号。例如,单自由度质量一弹簧系统的动态特性可以通过质量块的位移一时间关系来描述,质量块位移的时间历程就是信号,它包含着该系统的固有频率和阻尼比等特征参数,也就是所需要的信息。分析采集到的这些信息,就可以掌握这一系统的动态特性。
测试技术包含了测量(measurement)和试验(test)两方面的含义。机械工程测试的对象是机械系统(包括各种机械零件、机构和部件)及其组成部分(包括与机械系统有关的电路、电器等)。机械工程测试过程包括测量、试验、计量、检验、故障诊断等过程。测量的基本任务有两个:①提供被测对象(如产品)的质量依据;②提供机械工程设计、制造、研究所需的信息。因此,设计、工艺、测试三者共同构成了机械工程的三大技术支柱,从设计、制造、运行、维修到*终报废,都与机械测试与测量密不可分。现代机械设备的动态分析设计、过程检测控制、产品的质量检验、设备现代化管理、工况监测和故障诊断等,都离不开机械测试,机械测试是实现这些过程的技术基础。同时,测试技术还是进行科学探索、科学发现和技术发明的手段。
根据信号的物理性质,可以将其分为电信号和非电信号。例如,随时间变化的力、位移、速度、加速度、温度、应力等属于非电信号,而随时间变化的电流、电压则属于电信号。这两者可以借助于换能器装置相互转换。在测试过程中常常将被测的非电信号通过相应的传感器变换成电信号,以便于传输、调理(放大、滤波)、分析处理和显示、记录等。
……

第1章 测试系统的构成
1.1 测试技术的任务和重要性
1.2 测试系统的构成
1.3 测试标准体系
习题与思考题
第2章 测试系统的基本特征
2.1 测试系统的主要特性
2.2 测试系统的静态特性
2.2.1 静态传递方程与定度曲线
2.2.2 灵敏度
2.2.3 线性度
2.2.4 回程误差
2.2.5 稳定性
2.3 测试系统的动态特性
2.3.1 测试系统动态传递特性的时域描述
2.3.2 测试系统动态传递特性的频域描述
2.3.3 测试系统动态特性参数的识别
2.4 测试系统不失真传递信号的条件
2.5 测试系统的抗干扰
习题与思考题
第3章 传感器定义及分类
3.1 传感器的定义
3.2 传感器的组成
3.3 传感器的分类
习题与思考题
第4章 常规传感器原理及应用
4.1 电阻式传感器
4.1.1 电位器式电阻传感器
4.1.2 应变片式电阻传感器
4.2 电感式传感器
4.2.1 自感式传感器
4.2.2 差动变压器式传感器
4.2.3 电涡流式传感器
4.2.4 感应同步器
4.3 电容式传感器
4.3.1 工作原理和结构类型
4.3.2 转换电路
4.3.3 电容式传感器的应用
4.4 压电式传感器
4.4.1 压电效应
4.4.2 压电传感器的等效电路和测量电路
4.4.3 压电式传感器的应用
4.5 磁电式传感器
4.5.1 磁电感应式传感器工作原理
4.5.2 磁电感应式传感器基本特性
4.5.3 磁电感应式传感器的测量电路
4.5.4 磁电感应式传感器的应用
4.6 热电式传感器
4.6.1 热电偶温度传感器
4.6.2 热电阻温度传感器
4.6.3 热敏电阻温度传感器
4.7 光电传感器
4.7.1 光源与光的特性
4.7.2 光电效应
4.7.3 光电式传感器的类型
4.7.4 光电编码器
4.7.5 固态图像传感器(CCD)
4.8 霍尔式传感器
4.8.1 霍尔效应
4.8.2 霍尔元件结构及测量电路
4.8.3 霍尔元件基本特性
4.8.4 霍尔式传感器的应用
习题与思考题
第5章 新型传感器原理及应用
5.1 激光传感器
5.1.1 激光产生的原理
5.1.2 激光的特性
5.1.3 激光器及其特性
5.1.4 激光探测器的应用
5.2 光纤传感器
5.2.1 光纤的结构
5.2.2 传光原理
5.2.3 光纤的种类
5.2.4 光纤传感器分类
5.2.5 光纤传感器的应用
5.2.6 光纤传感器的发展趋势
5.3 智能传感器
5.3.1 概述
5.3.2 智能传感器实现的途径
5.3.3 智能传感器的发展前景
5.4 MEMS传感器
习题与思考题
第6章 传感器的发展趋势及选用原则
6.1 传感器的发展现状
6.2 传感器的发展趋势
6.3 传感器改善性能的途径
6.4 传感器选用原则
习题与思考题
第7章 信号分析基础
7.1 信号的分类
7.1.1 信号的概念及其描述方法
7.1.2 信号分类
7.2 信号分析中的常用函数
7.2.1 正弦信号
7.2.2 单位冲激信号(δ函数)
7.2.3 单位阶跃函数
7.2.4 sinc(t)函数
7.3 信号的时域分析
7.3.1 均值
7.3.2 均方值
7.3.3 方差
7.3.4 波形图
7.4 信号的幅值域分析
7.4.1 概率密度函数
7.4.2 概率分布函数
7.4.3 直方图分析
7.5 信号的频域分析
7.5.1 频域分析中的基本概念
7.5.2 周期信号的频谱
7.5.3 非周期信号的频谱
7.5.4 随机信号的频谱
7.5.5 频域分析的应用
7.6 信号的相关分析
7.6.1 相关函数
7.6.2 相关函数的性质及物理含义
7.6.3 随机信号的相关函数与其频谱的关系
7.7 卷积及卷积定理
7.7.1 卷积的定义
7.7.2 卷积定理
7.8 时频联合分析方法简介
7.8.1 短时傅里叶变换
7.8.2 小波分析
习题与思考题
第8章 信号调理
8.1 放大电路
8.1.1 反相放大器
8.1.2 同相放大器
8.1.3 差动放大器
8.1.4 交流放大电路
8.1.5 电荷放大器
8.1.6 测量放大器
8.1.7 隔离放大器
8.2 电桥
8.2.1 直流电桥
8.2.2 交流电桥
8.3 调制与解调
8.3.1 调制的类型
8.3.2 调幅及其解调
8.4 滤波器
8.4.1 滤波器的分类
8.4.2 理想滤波器
8.4.3 实际滤波器
8.4.4 无源滤波器
8.4.5 有源滤波器
习题与思考题
第9章 数字信号处理
9.1 数据采集
9.1.1 数据采集系统的基本组成
9.1.2 数据采集系统的主要性能指标
9.1.3 采样过程与采样定理
9.2 离散傅里叶变换
9.2.1 离散傅里叶变换(DFT)
9.2.2 快速傅里叶变换(FFT)
9.3 DFT变换过程中的问题
9.3.1 FFT的谱分析极限
9.3.2 频率混叠现象及其**
9.3.3 信号的截断与泄漏
9.3.4 常用窗函数及其特性
习题与思考题
第10章 振动测试
10.1 振动测试方法
10.1.1 振动测试基本方法
10.1.2 测振系统的定度和校准
10.1.3 测试方案的制订和测试系统的选择
10.2 机械阻抗测试系统
习题与思考题
第11章 噪声测试
11.1 噪声测试方法
11.1.1 声学基本概念
11.1.2 噪声的物理度量
11.1.3 多声源噪声级合成、扣除和平均
11.1.4 噪声的频谱分析
11.1.5 噪声的主观评价
11.2 噪声测量仪器及应用
11.2.1 传声器
11.2.2 声压测量仪器
11.2.3 声强测量
习题与思考题
第12章 机械参量测试
12.1 转速、扭矩与功率测试
12.1.1 转速测量
12.1.2 扭矩测量技术
12.1.3 功率测量
12.2 应力应变测试
12.2.1 应变测量技术
12.2.2 应力测量
12.3 流量压力测量
12.3.1 流量测量概述
12.3.2 流量测量传感器
2.3.3 压力测量技术
第13章 传感器在工业中的应用
13.1 传感器在工业机器人中的应用
13.1.1 零位和极限位置的检测
13.1.2 位移量的检测
13.1.3 速度、加速度的检测
13.1.4 外部信息传感器在电弧焊机器人中的应用
13.2 传感器在CNC机床与加工**中的应用
13.2.1 传感器在位置反馈系统中的应用
13.2.2 传感器在速度反馈系统中的应用
13.2.3 传感器在位置检测中的应用
13.3 传感器在三坐标测量机中的应用
13.3.1 三坐标测量机的传感检测系统
13.3.2 三坐标测量机的测量探头
13.4 传感器在汽车机电一体化中的应用
13.4.1 汽车用传感器
13.4.2 传感器在发动机中的典型应用
13.4.3 传感器在汽车空调系统中的应用
13.4.4 公路交通用传感器
13.5 传感器在炼钢转炉监测中的应用
习题与思考题
参考文献