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上篇　测试基础2

1　绪论2

1.1　课程的意义及目的2

1.1.1　本课程的意义2

1.1.2　本课程的目的3

1.2　测试方法的分类与系统组成4

1.2.1　测试方法的分类4

1.2.2　测试系统的组成4

1.3　测试技术的发展6

1.3.1　传感器技术的发展6

1.3.2　计算机测试技术的发展7

1.4　本课程的研究内容9

思考题与习题10

2　机械测试信号分析11

2.1　信号的表示与分类11

2.1.1　信号的表示11

2.1.2　信号的分类11

2.2　信号的时域分析12

2.2.1　时域信号特征参数13

2.2.2　时域相关分析13

2.3　信号的频谱分析14

2.3.1　周期信号的频谱分析14

2.3.2　非周期信号的频谱分析18

2.3.3　随机信号的频谱分析20

2.4　时频分析22

2.4.1　短时傅里叶变换22

2.4.2　小波变换24

2.5　机械信号的检验与预处理27

2.5.1　信号的检验27

2.5.2　信号的预处理28

思考题与习题28

3　测量系统的基本特性30

3.1　测量系统的数学描述30

3.2　线性定常系统基本特性32

3.3　测量系统的静态特性33

3.4　测量系统的动态特性36

3.4.1　频率响应函数36

3.4.2　理想测量系统的特性37

3.4.3　一阶测量系统的特性38

3.4.4　二阶测量系统的特性40

3.5　动态测量误差及补偿41

3.5.1　系统的动态测量误差41

3.5.2　动态测量误差的补偿方法44

思考题与习题45

4　参数式传感器及其应用47

4.1　电阻式传感器47

4.1.1　电阻应变式传感器47

4.1.2　热电阻式传感器50

4.1.3　电位计式电阻传感器54

4.1.4　电阻式传感器的应用54

4.2　电容式传感器57

4.2.1　电容式传感器工作原理57

4.2.2　电容式传感器的应用59

4.3　电感式传感器61

4.3.1　电感式传感器工作原理61

4.2　电感式传感器的应用65

思考题与习题67

5　发电式传感器及其应用68

5.1　压电式传感器68

5.1.1　压电式传感器基本原理68

5.1.2　压电式传感器的应用69

5.2　磁电式传感器71

5.2.1　磁电式传感器基本工作原理71

5.2.2　磁电式传感器的应用72

5.3　光电式传感器74

5.3.1　光电式传感器基本工作原理74

5.3.2　光电式传感器的应用75

5.4　固态图像传感器77

5.4.1　固态图像传感器基本原理77

5.4.2　固态图像传感器的工程应用79

5.5　霍尔传感器80

5.5.1　霍尔传感器基本工作原理80

5.5.2　霍尔传感器的应用81

5.6　热电偶传感器83

5.6.1　热电偶传感器原理83

5.6.2　热电偶的分类84

5.7　红外探测器85

5.7.1　红外探测器基本工作原理85

5.7.2　红外探测器的应用87

思考题与习题88

6　信号的调理90

6.1　电桥90

6.1.1　直流电桥90

6.1.2　交流电桥93

6.2　信号的调制和解调94

6.2.1　幅值调制和解调95

6.2.2　频率调制和解调96

6.3　信号的放大98

6.3.1　运算放大器98

6.3.2　测量放大器99

6.3.3　可编程增益放大器99

6.3.4　隔离放大器100

6.3.5　电荷放大器100

6.4　信号的滤波101

6.4.1　滤波器的分类及幅频特性101

6.4.2　滤波器的特性参数102

6.4.3　典型的滤波电路103

思考题与习题105

下篇 测试系统设计及实用测试技术105

7　测试系统设计108

7.1　测试系统设计的基本原则108

7.2　测试系统设计的一般步骤108

7.3　测试系统抗干扰设计110

7.3.1　干扰因素110

7.3.2　干扰的传播途径110

7.3.3　抗干扰技术111

7.4　测试系统精度分配112

7.4.1　表征测量结果质量的指标112

7.4.2　不确定度的评定112

7.4.3　直接测量结果的误差估计114

7.4.4　间接测量结果的误差估计114

7.4.5　误差分配与测量方案的选择115

思考题与习题116

8　计算机测试技术117

8.1　概述117

8.2　数据采集技术118

8.2.1　模拟信号的数字化处理118

8.2.2　数据的采集与保持119

8.2.3　模数转换技术121

8.2.4　A/D通道方案的确定122

8.3　智能仪器系统125

8.3.1　概述125

8.3.2　智能仪器的硬件结构126

8.3.3　智能仪器的软件功能127

8.3.4　智能仪器的自动测量功能128

8.3.5　计算机测试系统设计举例130

8.4　虚拟仪器132

8.4.1　虚拟仪器的概念132

8.4.2　虚拟仪器的体系结构133

8.4.3　虚拟仪器的开发环境135

8.4.4　虚拟仪器设计举例137

思考题与习题138

9　其他测试技术139

9.1　激光测量技术139

9.1.1　激光测长仪139

9.1.2　激光干涉测振仪140

9.1.3　激光测速仪140

9.2　光纤传感器测量技术141

9.2.1　光纤传感器基本原理141

9.2.2　光纤传感器的应用143

9.3　超声波检测技术144

9.3.1　超声波简介144

9.3.2　超声波测距技术145

9.3.3　超声波无损检测技术146

9.4　工业CT检测技术147

9.4.1　CT成像技术介绍147

9.4.2　理论基础148

9.4.3　工业CT检测系统的组成148

9.4.4　工业CT检测系统的应用150

思考题与习题150

10　典型测试系统设计实例151

10.1　塔式起重机结构强度测试151

10.1.1　测试任务151

10.1.2　测试方案152

10.1.3　数据处理与结果分析154

10.1.4　测试系统分析154

10.2　无心磨削的工件棱圆度精密检测155

10.2.1　测试任务155

10.2.2　测试方案155

10.2.3　传感器选择156

10.2.4　信号处理方法的选择157

10.2.5　测试系统的设计与分析158

10.3　高速机车轴温测试系统158

10.3.1　测试任务158

10.3.2　测试方案的选择159

10.3.3　测试系统的硬件和软件设计161

10.3.4　测试系统的可靠性与抗干扰设计162

10.3.5　测试系统的应用效果163

10.4　润滑油膜厚度检测163

10.4.1　测试任务163

10.4.2　测试方案164

10.4.3　光纤位移传感器设计164

10.4.4　后续测量系统的设计166

10.4.5　测试系统分析167

10.5　缝纫机噪声源测试分析167

10.5.1　测试任务167

10.5.2　噪声测量基础167

10.5.3　缝纫机噪声源测试方案168

10.5.4　缝纫机噪声与振动测量仪器及方法169

10.5.5　缝纫机噪声与振动测量结果及分析170

10.5.6　缝纫机噪声测试系统分析173

10.6　旋转机械故障监测诊断网络化系统174

10.6.1　设计任务174

10.6.2　网络化监测诊断系统方案175

10.6.3　CPCI采集监测单元175

10.6.4　网络数据库179

10.6.5　网络化监测诊断软件平台180

思考题与习题184

参考文献185