本書為“十三五” 國家重點出版物出版規(guī)劃項目———現(xiàn)代機械工程系列精品教材, 普通高等教育“十一五” 規(guī)劃教材。
全書共十章。首先介紹機械測試信號分析和測量系統(tǒng)的基本特性等測試技術基礎知識; 接著介紹機械工程中常見的參數(shù)式傳感器及其應用和發(fā)電式傳感器及其應用; 然后對近年來在機械工程測試中應用比較廣泛的光電檢測技術、無損檢測技術、計算機測試技術進行專門介紹; 后, 從系統(tǒng)角度介紹了測試系統(tǒng)的設計方法, 并介紹了機械工程中一些典型測試系統(tǒng)的設計實例。
本書可作為機械工程學科各專業(yè)本科生的教材, 也可供相應專業(yè)工程技術人員參考。
工業(yè)4. 0 的崛起, 促成了中國制造2025 發(fā)展規(guī)劃的實施。一些代表工業(yè)4. 0 的核心關鍵技術, 如3D 打印、機器人、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實和人工智能等都得到迅猛發(fā)展。而支撐這些關鍵技術發(fā)展的最基本、最活躍的專業(yè)基礎理論知識都離不開測試技術, 這不但表現(xiàn)在測試技術本身的各個組成要素———傳感器、信號調(diào)理電路、信號處理以及顯示與記錄設備等都不斷地得到技術革新或更新?lián)Q代, 朝著智能化、網(wǎng)絡化、微型化和高度集成化方向發(fā)展, 而且表現(xiàn)在它與互聯(lián)網(wǎng)、計算機技術和通信技術一起廣泛地應用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設、醫(yī)療衛(wèi)生和人民生活的各個領域, 促進了這些領域的變革與發(fā)展。
隨著測試技術近年來的快速發(fā)展, 作為該行業(yè)的高等教育工作者, 我們有責任為機械工程領域的本科生傳授機械工程領域中測試技術的最新發(fā)展。
為此, 我們對原來編寫的《機械工程測試技術》教材進行再次修訂。
在本次修訂中, 編者吸取了第2 版和第1 版教材的成功經(jīng)驗和不足教訓,繼續(xù)強化了教材內(nèi)容的理論與實踐相結合, 尤其從系統(tǒng)設計的角度入手, 進一步強化了測試系統(tǒng)設計思想及典型測試系統(tǒng)設計實例, 其目的是強化學生對測試技術知識的深入學習和測試系統(tǒng)設計方法的掌握; 此外, 進一步增強了以計算機技術、光電技術和無損檢測等為基礎的現(xiàn)代測試技術的介紹, 力求增新棄舊、優(yōu)化組合, 使本書成為一本緊跟時代發(fā)展的新教材。
本書具有以下特點:1) 既強化了測試技術基礎知識的講解, 又加重了測試系統(tǒng)的設計及實用測試技術的介紹。全書共十章, 前五章屬于測試技術基礎知識, 著重講解緒論、機械測試信號分析、測量系統(tǒng)的基本特性、參數(shù)式傳感器及其應用和發(fā)電式傳感器及其應用等基礎知識; 后五章為測試系統(tǒng)設計及實用測試技術,重在介紹光電檢測技術、無損檢測技術、計算機測試技術、測試系統(tǒng)設計,以及典型測試系統(tǒng)設計實例等。
2) 為了強化系統(tǒng)思維, 在分類介紹傳感器的同時, 輔之以相應調(diào)理電路的介紹。將參數(shù)式傳感器和發(fā)電式傳感器分別介紹, 既詳細闡述了它們各自的工作原理及其應用, 又介紹了它們各自匹配的電橋、電荷放大器等典型調(diào)理電路, 為學生迅速、準確地掌握兩大類傳感器的工作特點及其匹配調(diào)理電路的經(jīng)典搭配, 進而組建正確、合理的測量系統(tǒng)帶來了方便。
Ⅳ 3) 加強以計算機技術、光電技術、無損檢測等為基礎的現(xiàn)代測試技術的講解。首先, 將“計算機測試技術” 作為一章, 試圖反映測試技術向自動化和智能化發(fā)展的新趨勢, 以及計算機在測試技術中的應用與發(fā)展, 幫助學生或工程技術人員學會運用所學的測試技術知識設計或構建現(xiàn)代的測試系統(tǒng);其次, 專門設置了“光電檢測技術” 和“無損檢測技術” 兩章, 重在介紹諸如激光、光纖等先進光電檢測技術, 以及超聲波、紅外、工業(yè)CT 等無損檢測技術。
4) 強化了測試系統(tǒng)設計中的典型架構類型介紹、設計基本原則、設計步驟和典型放大、濾波電路, 以及設計中所必需的抗干擾設計技術和精度設計技術。同時更新了最后一章“典型測試系統(tǒng)設計實例”, 通過對一些典型工程實用測試系統(tǒng)的設計方法和設計過程的詳細介紹, 進一步從理論與實際兩方面強化對學生的測試系統(tǒng)設計能力的培養(yǎng)。
本書建議教學學時數(shù)為40~60 學時。測試基礎知識為本科生教學必講內(nèi)容, 測試系統(tǒng)設計及實用測試技術為選講內(nèi)容, 教師可根據(jù)課程的學時數(shù)或具體情況來選取其中的部分章節(jié)內(nèi)容, 并應輔以相應的實驗實踐環(huán)節(jié)。
本書修訂分工為: 第1 章由西安交通大學張小棟教授修訂, 第2 章由西安交通大學張慶副教授修訂, 第3 章由西安交通大學王晶副教授修訂, 第4 章由西安交通大學張周鎖教授修訂, 第5 章由西安建筑科技大學馬松齡副教授修訂, 第6 章由西安交通大學陳花玲教授和李博副教授修訂, 第7 章由新疆大學李長勇副教授修訂, 第8 章由西安交通大學景敏卿教授修訂, 第9 章由西安交通大學張西寧教授修訂, 第10 章由馬松齡副教授( 10. 1 節(jié))、張周鎖教授(10. 2 節(jié))、張小棟教授( 10. 3 節(jié))、陳花玲教授( 10. 4 節(jié))、張西寧教授(10. 5 節(jié)) 和景敏卿教授(10. 6 節(jié)) 共同修訂。本書由陳花玲教授任主編,張小棟教授和張慶副教授任副主編, 并負責全書的統(tǒng)稿及修改工作。
鑒于上述特點, 本書得到機械工業(yè)出版社與西安交通大學的共同推薦與支持, 決定再版第3 版。在此, 編者對機械工業(yè)出版社與西安交通大學的大力支持與幫助表示衷心的感謝。
由于本書是在第2 版和第1 版基礎上改編的, 為此, 本書編者對先后參與第1 版、第2 版教材編寫的西安交通大學的厲彥忠、吳筱敏、王銘華、苗曉燕、徐光華、侯成剛、梁霖老師, 以及西安理工大學的楊靜老師、華南理工大學的康龍云老師表示衷心的感謝。
全體編者熱切期望使用本書的讀者提出寶貴意見, 以便進一步提高本書質(zhì)量。為此, 我們將不勝感謝!編 者
第3 版前言
第2 版前言
第1 版前言
1 緒論 1
1. 1 課程的意義及目的 1
1. 1. 1 本課程的意義 1
1. 1. 2 本課程的目的 2
1. 2 測試方法的分類與系統(tǒng)組成 4
1. 2. 1 測試方法的分類 4
1. 2. 2 測試系統(tǒng)的組成 5
1. 3 測試技術的發(fā)展 6
1. 3. 1 傳感器技術的發(fā)展 6
1. 3. 2 計算機測試技術的發(fā)展 8
1. 4 本課程的研究內(nèi)容 11
思考題與習題 11
2 機械測試信號分析 12
2. 1 信號的表示與分類 12
2. 1. 1 信號的表示 12
2. 1. 2 信號的分類 13
2. 2 信號的時域分析 14
2. 2. 1 時域信號特征參數(shù) 14
2. 2. 2 時域相關分析 15
2. 3 信號的頻譜分析 17
2. 3. 1 周期信號的頻譜分析 18
2. 3. 2 非周期信號的頻譜分析 22
2. 3. 3 隨機信號的頻譜分析 27
2. 4 信號的時頻分析 30
2. 5 機械信號的測量誤差與信號預處理 33
2. 5. 1 測量誤差及其分類 33
2. 5. 2 信號的預處理 35
思考題與習題 36
3 測量系統(tǒng)的基本特性 38
3. 1 測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性 38
3. 2 一般測量系統(tǒng)的動態(tài)特性 41
3. 2. 1 線性定常系統(tǒng)及其基本特性 41
3. 2. 2 測量系統(tǒng)頻率響應函數(shù) 43
3. 3 典型測量系統(tǒng)的動態(tài)特性 44
3. 3. 1 理想測量系統(tǒng)的動態(tài)特性 44
3. 3. 2 一階測量系統(tǒng)的動態(tài)特性 46
3. 3. 3 二階測量系統(tǒng)的動態(tài)特性 47
3. 4 動態(tài)測量誤差及補償 49
3. 4. 1 測量系統(tǒng)的動態(tài)測量誤差 49
3. 4. 2 動態(tài)測量誤差的補償方法 52
思考題與習題 54
4 參數(shù)式傳感器及其應用 55
4. 1 電阻式傳感器 55
4. 1. 1 電阻應變式傳感器 56
4. 1. 2 熱電阻式傳感器 60
4. 1. 3 電阻式傳感器的直流電橋調(diào)
理技術 62
4. 1. 4 電阻式傳感器的應用 66
4. 2 電感式傳感器 68
4. 2. 1 電感式傳感器工作原理 68
4. 2. 2 交流信號的調(diào)理技術 71
4. 2. 3 電感式傳感器的應用 76
4. 3 電容式傳感器 79
4. 3. 1 電容式傳感器工作原理 79
4. 3. 2 電容式傳感器的應用 82
4. 4 電渦流傳感器 84
4. 4. 1 電渦流傳感器工作原理 84
4. 4. 2 電渦流傳感器的信號調(diào)理 86
4. 4. 3 電渦流傳感器的應用 87
思考題與習題 90
5 發(fā)電式傳感器及其應用 91
5. 1 壓電式傳感器 91
5. 1. 1 壓電效應與壓電材料 91
Ⅹ
5. 1. 2 壓電元件及其等效電路 92
5. 1. 3 壓電傳感器的調(diào)理電路 93
5. 1. 4 壓電式傳感器的應用 95
5. 2 磁電式傳感器 98
5. 2. 1 磁電式傳感器基本原理及測
量電路 98
5. 2. 2 磁電式傳感器的應用 99
5. 3 霍爾傳感器 101
5. 3. 1 霍爾效應和霍爾傳感器 101
5. 3. 2 霍爾元件的測量電路和誤差
補償 102
5. 3. 3 霍爾傳感器的應用 104
5. 4 熱電偶傳感器 105
5. 4. 1 熱電偶工作原理 106
5. 4. 2 熱電偶基本定律 107
5. 4. 3 熱電偶冷端溫度補償 108
5. 4. 4 熱電勢的測量 109
5. 4. 5 熱電偶的分類及應用 110
5. 5 紅外探測器 111
5. 5. 1 紅外探測器基本工作原理 112
5. 5. 2 紅外線探測器的應用 113
思考題與習題 115
6 光電檢測技術 117
6. 1 光電檢測器的工作原理與性能
比較 117
6. 1. 1 常用光電檢測器的工作原理 118
6. 1. 2 光電檢測器性能比較 121
6. 2 典型光電檢測方法及系統(tǒng)應用 122
6. 2. 1 光源及其特性 123
6. 2. 2 非相干光電檢測方法及應用 124
6. 2. 3 相干光電檢測方法及應用 129
6. 3 固態(tài)圖像傳感器及其應用 131
6. 3. 1 固態(tài)圖像傳感器測量原理 131
6. 3. 2 固態(tài)圖像傳感器的應用 133
6. 4 光纖傳感器測量技術 135
6. 4. 1 光纖傳感器基本原理 135
6. 4. 2 光纖傳感器的應用 137
思考題與習題 138
7 無損檢測技術 139
7. 1 超聲波檢測技術 139
7. 1. 1 超聲波檢測技術簡介 139
7. 1. 2 超聲波無損檢測原理 140
7. 1. 3 超聲波無損檢測的應用 142
7. 2 工業(yè)CT 檢測技術 143
7. 2. 1 工業(yè)CT 成像技術簡介 143
7. 2. 2 工業(yè)CT 工作原理 144
7. 2. 3 工業(yè)CT 檢測系統(tǒng)的應用 145
7. 3 磁粉檢測技術 146
7. 3. 1 磁粉檢測技術簡介 146
7. 3. 2 磁粉檢測技術原理 147
7. 3. 3 磁粉檢測技術的應用 148
7. 4 滲透檢測技術 149
7. 4. 1 滲透檢測技術簡介 149
7. 4. 2 滲透檢測技術原理 150
7. 4. 3 滲透檢測技術的應用 150
7. 5 其他技術在無損檢測中的應用 151
7. 5. 1 電渦流傳感器在無損檢測中
的應用 151
7. 5. 2 霍爾傳感器在無損檢測中的
應用 152
7. 5. 3 紅外技術在無損檢測中的
應用 153
思考題與習題 154
8 計算機測試技術 155
8. 1 數(shù)據(jù)采集技術 156
8. 1. 1 模擬信號的數(shù)字化處理 156
8. 1. 2 數(shù)據(jù)的采集與保持 158
8. 1. 3 A-D 轉換器類型及性能指標 160
8. 1. 4 A-D 通道方案的確定 161
8. 2 智能儀器 164
8. 2. 1 智能儀器的硬件結構 164
8. 2. 2 智能儀器的軟件功能 166
8. 2. 3 智能儀器的自動測量功能 167
8. 2. 4 智能傳感器 169
8. 3 虛擬儀器 170
8. 3. 1 虛擬儀器的概念 170
8. 3. 2 虛擬儀器的體系結構 171
8. 3. 3 虛擬儀器軟件的開發(fā)環(huán)境 173
8. 3. 4 虛擬儀器設計舉例 175
8. 4 計算機測試系統(tǒng)設計舉例 176
思考題與習題 179
Ⅺ
9 測試系統(tǒng)設計 180
9. 1 測試系統(tǒng)設計的基本原則 180
9. 1. 1 測試系統(tǒng)基本架構 180
9. 1. 2 測試系統(tǒng)設計的基本原則及
步驟 183
9. 2 測試系統(tǒng)的精度設計 186
9. 2. 1 測試系統(tǒng)的誤差傳遞 186
9. 2. 2 測試系統(tǒng)的誤差分配與校核 188
9. 3 信號的放大與濾波環(huán)節(jié)設計 189
9. 3. 1 信號放大環(huán)節(jié)設計 190
9. 3. 2 信號濾波環(huán)節(jié)設計 191
9. 4 測試系統(tǒng)的抗干擾設計 195
9. 4. 1 干擾因素及傳播途徑 195
9. 4. 2 常用抗干擾技術 196
思考題與習題 199
10 典型測試系統(tǒng)設計實例 201
10. 1 應變測量案例 201
10. 1. 1 應變測量方法簡介 201
10. 1. 2 塔式起重機結構強度測試 206
10. 2 溫度測量案例 209
10. 2. 1 溫度測量方法簡介 209
10. 2. 2 高速機車軸溫測試系統(tǒng) 210
10. 3 位移測量案例 215
10. 3. 1 位移測量方法簡介 215
10. 3. 2 潤滑油膜厚度光纖測試系統(tǒng) 216
10. 4 噪聲測量案例 221
10. 4. 1 噪聲測量方法簡介 221
10. 4. 2 汽車懸架減振器異響聲分析 226
10. 5 結構模態(tài)分析案例 230
10. 5. 1 模態(tài)分析方法簡介 230
10. 5. 2 機床模態(tài)分析實例 234
10. 6 旋轉機械的網(wǎng)絡化監(jiān)測診斷 237
10. 6. 1 設計任務 237
10. 6. 2 網(wǎng)絡化監(jiān)測診斷系統(tǒng)方案 237
10. 6. 3 傳感器組 238
10. 6. 4 CPCI 采集監(jiān)測單元 240
10. 6. 5 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫 242
10. 6. 6 網(wǎng)絡化監(jiān)測診斷軟件平臺 242
參考文獻 245
書單推薦
