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工程測試技術(第二版) 版權信息
- ISBN：9787030226723
- 條形碼：9787030226723 ; 978-7-03-022672-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
工程測試技術(第二版) 內容簡介
本書詳細介紹了工程測量的基礎知識、工程信號常用分析方法及可測性、測試系統的基本特性、計算機測試技術、測試結果表述及不確定度分析、常用信號調理電路及指示記錄裝置、應變電測技術、壓電測量技術、光電測量技術、噪聲測量技術、壓力測量技術、以及位移、速度、加速度測量技術。
工程測試技術(第二版) 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 測試工作的任務 2
1.3 測試技術的發展 2
1.4 本書的特點及目的 3
習題與思考題 4
第2章 測量的基礎知識 5
2.1 測量 5
2.1.1 直接測量 5
2.1.2 間接測量 6
2.2 標準 6
2.2.1 SI的構成 6
2.2.2 SI基本單位 6
2.3 非電量電測系統的組成 8
習題與思考題 12
第3章 工程信號及其可測性分析 13
3.1 概述 13
3.2 工程信號的分類 13
3.2.1 確定性信號 14
3.2.2 隨機信號 15
3.3 周期信號描述 16
3.3.1 周期信號的分解和頻譜 16
3.3.2 周期信號的可測性分析 23
3.4 時限信號(瞬態信號)描述 26
3.4.1 時限信號的分解和頻譜 26
3.4.2 時限信號的可測性分析 29
3.5 隨機信號描述 29
3.5.1 隨機信號的特征參數 30
3.5.2 隨機信號的特征估計 34
3.6 典型激勵信號描述 37
3.6.1 沖激函數及其譜分析 37
3.6.2 單位階躍信號及其譜分析 40
3.6.3 單位斜坡信號及其頻譜 42
習題與思考題 42
第4章 測量系統的基本特性 43
4.1 概述 43
4.1.1 測量系統的基本要求 43
4.1.2 測量系統的線性化 44
4.2 測量系統的靜態標定與靜態特性 45
4.2.1 靜態標定 46
4.2.2 靜態特性指標 47
4.3 測量系統動態特性 52
4.3.1 動態參數測試的特殊問題 52
4.3.2 測量系統動態特性的主要指標 53
4.3.3 測量系統的數學模型 54
4.3.4 傳遞函數 54
4.3.5 頻率響應函數 56
4.3.6 沖激響應函數 58
4.4 典型測量系統的動態特性 四
4.4.1 典型系統的頻率響應 58
4.4.2 典型激勵的系統瞬態響應 62
4.4.3 相似原理 64
4.5 測量系統無失真測試條件 66
4.6 動態特性參數獲取方法 67
4.7 動態誤差修正 70
4.7.1 頻域修正方法 70
4.7.2 時域修正方法 70
4.8 數字測量系統的基本特性 71
4.8.1 采樣 71
4.8.2 量化 73
習題與思考題 74
第5章 計算機測試技術 77
5.1 概述 77
5.2 現場總線與智能傳感器 78
5.2.1 現場總線 78
5.2.2 智能傳感器 88
5.2.3 智能傳感器系統智能化功能的實現方法 91
5.3 自動測試系統 93
5.3.1 自動測試系統的基本概念 93
5.3.2 自動測試系統的發展概況 93
5.3.3 通用接口總線 94
5.3.4 VXI總線 99
5.3.5 PXI總線 104
5.4 虛擬儀器系統 107
5.4.1 概述 107
5.4.2 虛擬儀器的結構及特點 108
5.4.3 虛擬儀器的系統組成 109
5.4.4 虛擬儀器軟件開發平臺 110
習題與思考題 113
第6章 測試結果及誤差分析 114
6.1 概述 114
6.2 實驗數據的表示方法 114
6.2.1 表格法 114
6.2.2 圖解法 115
6.2.3 經驗公式 116
6.2.4 有效數字及數據修約 116
6.3 回歸分析及其應用 116
6.3.1 一元線性回歸 116
6.3.2 多元線性回歸 120
6.3.3 非線性回歸 122
6.3.4 回歸分析應用舉例 123
6.4 誤差的定義及分類 124
6.4.1 誤差的概念 124
6.4.2 誤差的分類 125
6.4.3 誤差的表示方法 126
6.4.4 表征測量結果質量的指標 127
6.5 不確定度評定的基本知識 127
6.5.1 有關不確定度的術語 128
6.5.2 產生測量不確定度的原因和測量模型 128
6.6 標準不確定度的A 類評定 130
6.6.1 單次測量結果試驗標準差與平均值試驗標準差 130
6.6.2 測量過程的合并樣本標準差 132
6.6.3 規范測量中的合并樣本標準差 134
6.6.4 極差 135
6.6.5 *小二乘法 135
6.6.6 不確定度A類評定的流程 136
6.7 標準不確定度的B類評定 137
6.7.1 B類不確定度評定的信息來源 137
6.7.2 B類不確定度的評定方法 138
6.7.3 B類標準不確定度評定的流程 141
6.8 合成標準不確定度的評定 141
6.8.1 輸入量不相關時不確定度的合成 141
6.8.2 輸入量相關時不確定度的合成 143
6.8.3 合成標準不確定度的自由度 144
6.8.4 合成不確定度的計算流程 144
6.9 擴展不確定度的評定及報告形式 145
6.9.1 擴展不確定度的評定 145
6.9.2 測量不確定度的報告與表示 146
習題與思考題 147
第7章 信號調理電路及指示記錄儀器 151
7.1 濾波器 151
7.1.1 濾波器分類 151
7.1.2 理想濾波器 152
7.1.3 實際濾波器 155
7.1.4 模擬濾波器的應用 160
7.2 調幅解調 163
7.2.1 調幅與解調原理 163
7.2.2 調幅波的波形失真 165
7.2.3 典型調幅波及其頻譜 166
7.3 調頻解調 168
7.3.1 調頻波及其頻譜 168
7.3.2 直接調頻與鑒頻 170
7.3.3 應用舉例 172
7.4 信號的放大與隔離 173
7.4.1 基本放大器 173
7.4.2 測量放大器 175
7.4.3 隔離放大器 176
7.5 記錄儀器 177
7.5.1 磁帶記錄儀 177
7.5.2 波形存儲器 182
7.5.3 數據采集系統 184
習題與思考題 188
第8章 應變電測技術 189
8.1 電阻應變片 189
8.1.1 電阻應變片的結構和工作原理 189
8.1.2 電阻應變片的種類、材料和參數 193
8.1.3 應變片的粘貼 197
8.2 電阻應變片的溫度誤差及補償 199
8.2.1 溫度誤差及其產生原因 199
8.2.2 溫度補償方法 200
8.3 電阻應變片的信號調理電路 201
8.3.1 直流電橋 202
8.3.2 交流電橋 204
8.3.3 等臂對稱電橋的加減特性 206
8.4 固態壓阻式傳感器 208
8.4.1 概述 208
8.4.2 壓阻式壓力傳感器 209
8.4.3 壓阻式加速度傳感器 210
8.5 電阻應變儀 210
8.5.1 電阻應變儀的分類及其特點 210
8.5.2 載波放大式應變儀的組成及工作原理 211
8.5.3 電標定及電標定橋 212
8.5.4 常用電阻應變儀主要電路的特點 212
8.6 測量中應變片的排列與連橋 214
8.6.1 應變式傳感器 214
8.6.2 各種載荷測量中應變片的排列和連橋 215
8.7 應力與應變測量 219
8.7.1 單向應力狀態 219
8.7.2 主應力方向已知的平面應力狀態 220
8.7.3 主應力方向未知的平面應力狀態 220
習題與思考題 223
第9章 壓電測量技術 226
9.1 壓電效應與壓電常數 226
9.1.1 壓電效應 226
9.1.2 壓電常數 226
9.2 壓電材料及壓電元件結構形式 230
9.2.1 壓電晶體 230
9.2.2 壓電陶瓷 232
9.2.3 壓電薄膜 234
9.2.4 壓電元件的結構形式 235
9.3 壓電式傳感器的等效電路 237
9.3.1 壓電元件的等效電路 237
9.3.2 壓電傳感器的等效電路 238
9.4 測量電路 239
9.4.1 電壓放大器 239
9.4.2 電荷放大器 243
9.5 壓電式傳感器 245
9.5.1 壓電式力和壓力傳感器 245
9.5.2 壓電式加速度傳感器 246
9.6 誤差分析 251
9.6.1 環境溫度的影響 251
9.6.2 環境濕度的影響 253
9.6.3 電纜噪聲 253
習題與思考題 254
第10章 光電測量技術 255
10.1 光電測量基本知識 255
10.1.1 光源、 255
10.1.2 光電效應及器件 256
10.2 光電器件的特性 260
10.2.1 光照特性 260
10.2.2 光譜特性 261
10.2.3 響應時間 262
10.2.4 溫度特性 262
10.2.5 伏安特性 263
10.3 常用光電傳感器及其應用 263
10.3.1 光電式傳感器的類型 263
10.3.2 光電式傳感器的應用 265
10.4 光纖傳感器 266
10.4.1 光纖傳感器的基礎 266
10.4.2 光纖傳感器的應用實例 269
習題與思考題 272
第11章 溫度測量技術 273
11.1 概述 4 273
11.2 熱電偶 275
11.2.1 測溫原理 276
11.2.2 基本定則 279
11.2.3 熱電偶的種類 284
11.2.4 熱電偶的冷端溫度補償 286
11.2.5 熱電偶的實用測溫電路 288
11.2.6 溫度測量的動態誤差修正 290
11.3 熱電阻溫度計 291
11.3.1 金屬絲熱電阻 292
11.3.2 熱敏電阻 294
11.4 熱輻射測溫 295
11.4.1 全輻射高溫計 295
11.4.2 比色高溫計 296
11.4.3 紅外輻射測溫儀 297
習題與思考題 300
第12章 噪聲測量技術 301
12.1 噪聲測試的物理學基本知識 301
12.1.1 聲波、聲速和波長 301
12.1.2 聲波、聲場和波陣面 302
12.1.3 聲壓、聲強和聲功率 302
12.1.4 聲級和分貝 303
12.2 人對噪聲的主觀量度 305
12.2.1 響度與響度級 305
12.2.2 聲級計的計權網絡、A 聲級 307
12.2.3 等效連續聲級 307
12.2.4 噪聲評價曲線 309
12.3 噪聲測量儀器 309
12.3.1 傳聲器 309
12.3.2 聲級計 311
12.3.3 噪聲分析儀 316
12.4 噪聲測量方法 317
12.4.1 測
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 測試工作的任務 2
1.3 測試技術的發展 2
1.4 本書的特點及目的 3
習題與思考題 4
第2章 測量的基礎知識 5
2.1 測量 5
2.1.1 直接測量 5
2.1.2 間接測量 6
2.2 標準 6
2.2.1 SI的構成 6
2.2.2 SI基本單位 6
2.3 非電量電測系統的組成 8
習題與思考題 12
第3章 工程信號及其可測性分析 13
3.1 概述 13
3.2 工程信號的分類 13
3.2.1 確定性信號 14
3.2.2 隨機信號 15
3.3 周期信號描述 16
3.3.1 周期信號的分解和頻譜 16
3.3.2 周期信號的可測性分析 23
3.4 時限信號(瞬態信號)描述 26
3.4.1 時限信號的分解和頻譜 26
3.4.2 時限信號的可測性分析 29
3.5 隨機信號描述 29
3.5.1 隨機信號的特征參數 30
3.5.2 隨機信號的特征估計 34
3.6 典型激勵信號描述 37
3.6.1 沖激函數及其譜分析 37
3.6.2 單位階躍信號及其譜分析 40
3.6.3 單位斜坡信號及其頻譜 42
習題與思考題 42
第4章 測量系統的基本特性 43
4.1 概述 43
4.1.1 測量系統的基本要求 43
4.1.2 測量系統的線性化 44
4.2 測量系統的靜態標定與靜態特性 45
4.2.1 靜態標定 46
4.2.2 靜態特性指標 47
4.3 測量系統動態特性 52
4.3.1 動態參數測試的特殊問題 52
4.3.2 測量系統動態特性的主要指標 53
4.3.3 測量系統的數學模型 54
4.3.4 傳遞函數 54
4.3.5 頻率響應函數 56
4.3.6 沖激響應函數 58
4.4 典型測量系統的動態特性 四
4.4.1 典型系統的頻率響應 58
4.4.2 典型激勵的系統瞬態響應 62
4.4.3 相似原理 64
4.5 測量系統無失真測試條件 66
4.6 動態特性參數獲取方法 67
4.7 動態誤差修正 70
4.7.1 頻域修正方法 70
4.7.2 時域修正方法 70
4.8 數字測量系統的基本特性 71
4.8.1 采樣 71
4.8.2 量化 73
習題與思考題 74
第5章 計算機測試技術 77
5.1 概述 77
5.2 現場總線與智能傳感器 78
5.2.1 現場總線 78
5.2.2 智能傳感器 88
5.2.3 智能傳感器系統智能化功能的實現方法 91
5.3 自動測試系統 93
5.3.1 自動測試系統的基本概念 93
5.3.2 自動測試系統的發展概況 93
5.3.3 通用接口總線 94
5.3.4 VXI總線 99
5.3.5 PXI總線 104
5.4 虛擬儀器系統 107
5.4.1 概述 107
5.4.2 虛擬儀器的結構及特點 108
5.4.3 虛擬儀器的系統組成 109
5.4.4 虛擬儀器軟件開發平臺 110
習題與思考題 113
第6章 測試結果及誤差分析 114
6.1 概述 114
6.2 實驗數據的表示方法 114
6.2.1 表格法 114
6.2.2 圖解法 115
6.2.3 經驗公式 116
6.2.4 有效數字及數據修約 116
6.3 回歸分析及其應用 116
6.3.1 一元線性回歸 116
6.3.2 多元線性回歸 120
6.3.3 非線性回歸 122
6.3.4 回歸分析應用舉例 123
6.4 誤差的定義及分類 124
6.4.1 誤差的概念 124
6.4.2 誤差的分類 125
6.4.3 誤差的表示方法 126
6.4.4 表征測量結果質量的指標 127
6.5 不確定度評定的基本知識 127
6.5.1 有關不確定度的術語 128
6.5.2 產生測量不確定度的原因和測量模型 128
6.6 標準不確定度的A 類評定 130
6.6.1 單次測量結果試驗標準差與平均值試驗標準差 130
6.6.2 測量過程的合并樣本標準差 132
6.6.3 規范測量中的合并樣本標準差 134
6.6.4 極差 135
6.6.5 *小二乘法 135
6.6.6 不確定度A類評定的流程 136
6.7 標準不確定度的B類評定 137
6.7.1 B類不確定度評定的信息來源 137
6.7.2 B類不確定度的評定方法 138
6.7.3 B類標準不確定度評定的流程 141
6.8 合成標準不確定度的評定 141
6.8.1 輸入量不相關時不確定度的合成 141
6.8.2 輸入量相關時不確定度的合成 143
6.8.3 合成標準不確定度的自由度 144
6.8.4 合成不確定度的計算流程 144
6.9 擴展不確定度的評定及報告形式 145
6.9.1 擴展不確定度的評定 145
6.9.2 測量不確定度的報告與表示 146
習題與思考題 147
第7章 信號調理電路及指示記錄儀器 151
7.1 濾波器 151
7.1.1 濾波器分類 151
7.1.2 理想濾波器 152
7.1.3 實際濾波器 155
7.1.4 模擬濾波器的應用 160
7.2 調幅解調 163
7.2.1 調幅與解調原理 163
7.2.2 調幅波的波形失真 165
7.2.3 典型調幅波及其頻譜 166
7.3 調頻解調 168
7.3.1 調頻波及其頻譜 168
7.3.2 直接調頻與鑒頻 170
7.3.3 應用舉例 172
7.4 信號的放大與隔離 173
7.4.1 基本放大器 173
7.4.2 測量放大器 175
7.4.3 隔離放大器 176
7.5 記錄儀器 177
7.5.1 磁帶記錄儀 177
7.5.2 波形存儲器 182
7.5.3 數據采集系統 184
習題與思考題 188
第8章 應變電測技術 189
8.1 電阻應變片 189
8.1.1 電阻應變片的結構和工作原理 189
8.1.2 電阻應變片的種類、材料和參數 193
8.1.3 應變片的粘貼 197
8.2 電阻應變片的溫度誤差及補償 199
8.2.1 溫度誤差及其產生原因 199
8.2.2 溫度補償方法 200
8.3 電阻應變片的信號調理電路 201
8.3.1 直流電橋 202
8.3.2 交流電橋 204
8.3.3 等臂對稱電橋的加減特性 206
8.4 固態壓阻式傳感器 208
8.4.1 概述 208
8.4.2 壓阻式壓力傳感器 209
8.4.3 壓阻式加速度傳感器 210
8.5 電阻應變儀 210
8.5.1 電阻應變儀的分類及其特點 210
8.5.2 載波放大式應變儀的組成及工作原理 211
8.5.3 電標定及電標定橋 212
8.5.4 常用電阻應變儀主要電路的特點 212
8.6 測量中應變片的排列與連橋 214
8.6.1 應變式傳感器 214
8.6.2 各種載荷測量中應變片的排列和連橋 215
8.7 應力與應變測量 219
8.7.1 單向應力狀態 219
8.7.2 主應力方向已知的平面應力狀態 220
8.7.3 主應力方向未知的平面應力狀態 220
習題與思考題 223
第9章 壓電測量技術 226
9.1 壓電效應與壓電常數 226
9.1.1 壓電效應 226
9.1.2 壓電常數 226
9.2 壓電材料及壓電元件結構形式 230
9.2.1 壓電晶體 230
9.2.2 壓電陶瓷 232
9.2.3 壓電薄膜 234
9.2.4 壓電元件的結構形式 235
9.3 壓電式傳感器的等效電路 237
9.3.1 壓電元件的等效電路 237
9.3.2 壓電傳感器的等效電路 238
9.4 測量電路 239
9.4.1 電壓放大器 239
9.4.2 電荷放大器 243
9.5 壓電式傳感器 245
9.5.1 壓電式力和壓力傳感器 245
9.5.2 壓電式加速度傳感器 246
9.6 誤差分析 251
9.6.1 環境溫度的影響 251
9.6.2 環境濕度的影響 253
9.6.3 電纜噪聲 253
習題與思考題 254
第10章 光電測量技術 255
10.1 光電測量基本知識 255
10.1.1 光源、 255
10.1.2 光電效應及器件 256
10.2 光電器件的特性 260
10.2.1 光照特性 260
10.2.2 光譜特性 261
10.2.3 響應時間 262
10.2.4 溫度特性 262
10.2.5 伏安特性 263
10.3 常用光電傳感器及其應用 263
10.3.1 光電式傳感器的類型 263
10.3.2 光電式傳感器的應用 265
10.4 光纖傳感器 266
10.4.1 光纖傳感器的基礎 266
10.4.2 光纖傳感器的應用實例 269
習題與思考題 272
第11章 溫度測量技術 273
11.1 概述 4 273
11.2 熱電偶 275
11.2.1 測溫原理 276
11.2.2 基本定則 279
11.2.3 熱電偶的種類 284
11.2.4 熱電偶的冷端溫度補償 286
11.2.5 熱電偶的實用測溫電路 288
11.2.6 溫度測量的動態誤差修正 290
11.3 熱電阻溫度計 291
11.3.1 金屬絲熱電阻 292
11.3.2 熱敏電阻 294
11.4 熱輻射測溫 295
11.4.1 全輻射高溫計 295
11.4.2 比色高溫計 296
11.4.3 紅外輻射測溫儀 297
習題與思考題 300
第12章 噪聲測量技術 301
12.1 噪聲測試的物理學基本知識 301
12.1.1 聲波、聲速和波長 301
12.1.2 聲波、聲場和波陣面 302
12.1.3 聲壓、聲強和聲功率 302
12.1.4 聲級和分貝 303
12.2 人對噪聲的主觀量度 305
12.2.1 響度與響度級 305
12.2.2 聲級計的計權網絡、A 聲級 307
12.2.3 等效連續聲級 307
12.2.4 噪聲評價曲線 309
12.3 噪聲測量儀器 309
12.3.1 傳聲器 309
12.3.2 聲級計 311
12.3.3 噪聲分析儀 316
12.4 噪聲測量方法 317
12.4.1 測
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工程測試技術(第二版) 節選
第1章 緒論 1.1 引言 人類對自然界的認識與改造均離不開對自然界信息的獲取，因此獲取信息的活動是人類*基本的活動之一。 在日常生活中，人類可通過感覺器官獲取滿足生活的大量信息。但在浩瀚的科學技術領域中，欲獲取揭示事物內在規律的信息，無論在獲取信息的幅值上，還是時間、空間上，或在分辨信息的能力方面，人類的感覺和大腦功能是十分有限的。測試作為定量地獲取事物信息的一種手段，已成為現代科學技術研究的一個重要領域。 人類對客觀世界的認識和改造總是以測試工作為基礎的。人類早期在從事生產活動時，就已經對長度(距離)、面積、時間和重量進行了測量，其*初的計量單位或是和自身生理特點相聯系(如長度) ，或是與自然環境相聯系(如時間)。秦始皇在建立了統一的中央政府以后，立即建立了統一的度量衡制度，說明恰當的測試工作對發展生產和進行社會交往的重要性。在測試技術發展史中，應該著重提一下伽利略的功績。伽利略不滿足古代思想家對宇宙進行哲理性的定性描述，主張根據觀測和實驗對自然界的現象和運動規律進行定量描述，開創了實驗科學，從而開創了近代意義的自然科學。 測試技術是測量技術及試驗技術的總稱。定量地描述事物的狀態變化和特征總離不開測試。簡言之，測試是依靠一定的科學技術手段定量地獲取某種研究對象原始信息的過程。這里所講的"信息"是指事物的狀態或屬性，如火炮膛內的燃氣壓力、溫度、燃速是其膛內的基本信息。 工程技術的研究對象往往十分復雜，許多問題至今還難以進行完善的理論分析和計算，需通過實驗研究來解決。測試工作需要一定的測試設備，而測試系統是一種能將被測參數轉換成可直接觀測指示或等效信息的測試設備，其中關鍵單元是傳感器。傳感器是指由敏感元件直接感受被測量，并將被測量轉變為可用電量的一套完整的測量裝置。信息本身不具備傳輸、交換的功能，只有通過信號才能實現這種功能，因此測試技術與信號密切相關。信息、信號、測試系統之間的關系可表述為:獲取信息是測試的目的，信號是信息的載體，測試是得到被測參數信息的技術手段。 1.2 測試工作的任務 測試工作的基本任務是，通過測試手段，對研究對象中的有關信息量作出比較客觀、準確的描述，使人們對其有一個恰當的全面的認識，并達到進一步改造和控制研究對象的目的。研究對象所包含的信息是相當豐富的，在實踐中，人們總是根據要求測出所感興趣的有限的信息，而不是全部信息。 信號是信息的載體，某些信息是可直接檢測的，而有些信息是不容易直接檢測的，需通過對其相關的信息進行加工處理才能獲得。一般來說，測試工作總是采用*簡捷的方法來獲得與研究任務相聯系的、*有用的、能表征研究對象特征的有關信息，而不能也不可企圖獲取該事物的全部信息。 現代測試技術的一大特點是采用非電量的電測法，其測量結果通常是隨時間變化的電量，亦即電信號。在這些電信號中，包含著有用信息和大量不需要的干擾信號。干擾的存在給測試工作帶來了麻煩，測試工作中的一項艱巨的任務就是要從復雜的信號中提取有用的信號或從含有干擾的信號中提取有用的信息。應該指出的是所謂"干擾"是相對的，在一種場合中，被認為是干擾信號，在另一種場合中卻可能是有用信號。 人類早就進行測試工作了，但是迄今還很難給測試規定一個明確的定義及工作范圍。測試是為了獲取有用的信息，而信息是以信號的形式表現出來的。根據一個研究對象如何估計它的模型結構，如何設計試驗方法，以*大限度地突出所需要的信息，并以比較明顯的信號形式表現出來，這無疑也是測試工作的一部分。由此可見，測試工作是一件非常復雜的工作，需要多種學科知識的綜合運用。當然，根據所測任務的繁簡和要求的不同，并不是每項測試工作者F 要經歷相同的步驟。如用天平和磚碼就可以稱重，用一根尺子就可以量布。但測定自動武器自動機的運動或研究機床的動態特性所進行的測試應是相當復雜的。 從廣義的角度來講，測試工作涉及試驗設計、模型試驗、傳感器、信號加工與處理(傳輸、加工和分析、處理)、誤差理論、控制工程、系統辨識和參數估計等內容。因此，測試工作者應當具備這方面的相關知識。從狹義的角度來講，測試工作是指在選定激勵方式下，所進行的信號的檢測、變換、處理、顯示、記錄及電量輸出的數據處理工作。本書從狹義的范圍來討論動態測試技術中的基礎知識。 1.3 測試技術的發展 現代科學技術的不斷發展，為測試技術水平的提高創造了物質條件，同樣，擁有高水平的測試系統又會促進新科技成果的不斷發現和創新。兩者之間是相輔相成的。大致來說，測試技術的發展方向有下列幾個方面: 1) 量程范圍更加寬廣 在火炮膛壓測試技術中，對常規火炮膛壓小于600MPa 的測試，采用銅柱(或銅球)測壓器或壓電傳感器均可滿足要求。為提高火炮射程和射擊精度，在高膛壓火炮的研究中，膛壓可達到800 r- J 1000MPa ，甚至1000MPa 以上，并伴隨著105 X 9.8ms- 2 的高沖擊加速度。這就促使膛壓測試技術要有相應的發展，需要研制測壓范圍更寬的壓力傳感器及配套的壓力動態標定裝置。 2) 傳感器向新型、微型、智能型發展 傳感器是信號的檢測工具。精度高、靈敏度高且測量范圍大及小型化是傳感器發展的一個重要方向。新材料，特別是新型半導體材料的研制成功，促進了很多對于力、熱、光、磁等物理量或氣體化學成分敏感的器件的發展。光導纖維不僅可用來傳輸信號，而且可作為物性型傳感器。另一個引人注目的發展是，由于微電子的發展，可把某些電路乃至微處理器和傳感測量部分做成一體，即傳感器具有放大、校正、判斷和一定的信號處理功能，組成所謂的"智能傳感器"。 3) 測量儀器向高精度和多功能方向發展 測量儀器及整個測量系統精度的提高，使測得數據的可信度也相應提高。在產品研制過程中要進行大量試驗，測量某些性能參數，然后對所測數據進行統計分析。在相同條件下要試驗若干次，所測參數才具有一定的可信度。儀器精度的提高，可減少試驗次數，從而減少試驗經費，降低產品成本。在提高測量儀器精度的同時應擴大儀器的功能。計算機技術的發展使測試技術也產生了革命性的變化，在許多測試系統中，由于使用了計算機而使儀器的測量精度更高，功能更全。 4) 參數測量與數據處理向自動化發展 一個產品的大型綜合性試驗，準備時間長，待測參數多，靠人工檢查，耗費時間長;眾多的數據依靠手工去處理，不僅精度低，處理周期也太長，F代測試技術的發展，使采用以計算機為核心的自動測試系統成為可能，該系統一般能實現自動校準、自動修正、故障診斷、信號調制、多路采集和自動分析處理，并能打印輸出測試結果。 1.4 本書的特點及目的 本課程主要討論工程動態測試中常用的傳感器、中間變換電路，記錄、顯示、分析設備的工作原理，測量系統的靜、動態特性的評價方法，測量信號的可測性分析，計算機在測試中的應用，常用的應變測量技術、壓電測量技術、光電測量技術和溫度測量技術，以及其他幾個常見物理量的動態測試方法。 對于高等學校機械工程的有關專業來說，本課程是一門技術基礎課，它綜合了數學、物理學、電工學、電子學、力學、控制工程及計算機技術等課程的內容。本課程具有很強的實踐性，在學習過程中，只有注意理論密切聯系實際，加強實驗操作，掌握物理概念，才能真正學好它。在教學中，本課程安排了必要的實驗與習題。學生在學習中必須積極主動地參加實驗操作，完成相應的習題練習，這樣，才能獲得關于動態測試工作的比較完整的基本知識，為將來參加實際測試工作打好基礎。 本課程的教學目的是，培養學生能較正確地選用測試設備，初步掌握進行動態測試所需要的基本知識和技能，為進一步學習、研究和處理工程測試技術問題打下堅實的基礎。從進行動態測試工作所**的基本條件出發，學生在學完本課程后應具有以下幾方面的知識和能力: (1) 掌握信號的時域和頻域的描述方法、頻譜分析的基本原理和方法，建立明確的信號頻譜概念;了解相關分析、功率譜分析的基本原理及其應用，數字信號分析的基本概念;掌握誤差的性質及處理方法。 (2) 了解常用傳感器、中間變換電路及記錄、顯示設備的工作原理及性能，并能根據測試要求進行比較合理的選擇。 (3) 掌握測試系統的靜態、動態特性的評價方法和不失真測量的條件，能正確應用相關理論對測試系統進行分析和選擇;了解動態誤差的基本概念及常用動態誤差修正方法。 (4) 對動態測試工作的基本問題有一個比較完整的概念，對工程測試中的某些參數能自行確定測試方法，自行設計或選用測試系統，并能對測試信號正確地進行處理和描述。 習題與思考題 1-1 列出你身邊的測試技術應用的例子。 第2章 測量的基礎知識 2.1 測量 在科學研究和工程試驗中，往往需要探求物理現象之間的數量關系。為確定被測對象的量值而進行的實驗過程稱為測量。測量是人類認識客觀世界，獲取定量信息的重要手段。測量的*基本形式是比較，即將待測的未知量和預定的標準進行比較。由測量所得到的被測對象的量值表示為數值和計量單位的乘積。 測量可分為直接測量和間接測量兩類。 2.1.1 直接測量 無須經過函數關系的計算，直接通過測量儀器得到被測量值的測量為直接測量。直接測量又可分為直接比較和間接比較兩種。 直接比較直接將被測物理量和標準量進行比較的測量方法稱為直接比較。例如，要測量一根圓鋼的長度，*常用的辦法是用一把鋼皮尺和它作比較，鋼皮尺(米尺)就是作長度測量用的標準。假設測得的圓鋼長度是長度標準(米)的2.4倍，就用2.4m 作為圓鋼長度的示值。長度測量是*簡單的直接比較，但是，并不是任何物理量和標準之間的比較都能直接由人的感官來完成。例如，要比較兩只電阻的大小，這不是人的感官所能勝任的，需要用惠斯通電橋來進行未知電阻和標準電阻之間的比較。電阻測量也是一種直接測量。直接比較的一個顯著特點是待測物理量和標準量是同一種物理量。 間接比較直接測量的另一種方法是間接比較。例如，測量體溫，*常用的是水銀溫度計。根據水銀熱脹冷縮的物理規律，溫度越高，水銀膨脹得越厲害，毛細管中的水銀柱就上升得越高，水銀柱的高度和溫度之間有著確定的函數關系，因此可以用水銀柱的高度作為被測溫度的量度。這是通過熱脹冷縮的規律把溫度的高低轉化為水銀柱的長度，然后，通過對水銀柱長度的比較間接地得出被測溫度的大小，這就是間接比較。概括地講，間接比較是利用儀器儀表——統稱為測量系統——把原始形態的待測物理量的變化變換成與之保持已知函數關系(通常是線性關系)的另一種物理量的變化，并以人的感官所能接受的形式(通常是位置的變化) ，在測量系統的輸出端顯示出來。用彈簧測力，用直流電流表測電流等都是間接比較的例子。 元論是直接比較還是間接比較，都是直接用測量儀器測出待測量的大小，都屬于直接測量。由此可以看出，為使測量結果具有普遍的科學意義，測量必須具備以下兩個條件:*先，用作比較的標準必須是精確已知的，得到公認的;其次，進行比較的測量系統必須工作穩定，經得起檢驗。 2.1.2 間接測量 間接測量是在直接測量的基礎上，根據已知的函數關系，計算出所要測量的物理量的大小。例如，在彈道實驗中測量彈丸的初速度，就是先用直接測量測出兩靶之間的距離和彈丸通過這段距離所需要的時間，然后由平均速度公式計算出彈丸的運動速度。這種測定彈丸速度的方法，屬于間接測量。 一般盡可能地不采用間接測量，因為它的準確度往往不如直接測量高，但是，有時所要測的物理量本身就是根據數學關系定義的，沒有比較的標準可供使用(如沖量、馬赫數等) ，或者沒有能夠探測所要測量的物理量的儀器，在這些場合，就不得不采用間接測量了。 2.2 標準 2.2.1 SI的構成 為了求得國際上的統一，國際計量
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