測試技術基礎

本書系統闡述了測試技術理論、信號分析和處理基礎及測試技術應用方法。

本書內容可分為基礎和應用兩大部分。基礎部分內容包括測試技術中涉及的基本環節，如信號、感測器、測試信號的調理與轉換、顯示與記錄等；應用部分主要包括力、位移、速度、加速度、振動等測試技術在工程中的應用，重點介紹了基於虛擬儀器的煤礦“四大件”安全性能測試技術與高水充填設備的測控技術。本書共9章。第1章緒論，第2章測試信號的描述與分析，第3章測試系統的基本特性，第4章感測器，第5章測試信號的轉換與處理，第6章信號的顯示與記錄，第7章計算機數據採集與處理，第8章測試技術的應用，第9章典型設備測試技術。書中配有適量習題，便於讀者加深理解和應用書中的理論知識。

本書可作為高等學校本科機械類、測控類、自動控制、車輛工程、電子科學與技術等專業“測試技術”課程的教材，也可作為高等職業學校相關專業或成人教育、繼續教育培訓的參考書；同時，還可供相關領域的工程技術人員參考使用。

第1章 緒論 1

1.1 測試技術的概念 1

1.2 測試系統的組成 2

1.3 測試技術的主要內容及其在工程中的應用 5

1.3.1 測試技術的主要內容 5

1.3.2 測試技術在機械工程中的應用 6

1.4 測試技術的發展趨勢 7

1.5 測試技術基礎知識 8

1.5.1 量的基本概念 8

1.5.2 國際單位制 8

第2章 測試信號的描述與分析 12

2.1 信號概述 12

2.2 信號分類 14

2.2.1 表象分類法 14

2.2.2 能量分類法 17

2.2.3 時頻域分析法 18

2.2.4 形態分類法 19

2.2.5 可實現性分類法 19

2.3 周期信號 20

2.3.1 信號的時域與頻域描述 20

2.3.2 周期信號頻譜分析 25

2.3.3 頻譜分析的應用 28

2.4 非周期信號 29

2.4.1 傅里葉變換與連續頻譜 29

2.4.2 能量譜 30

2.4.3 傅里葉變換的性質 31

2.4.4 功率信號的傅里葉變換 34

2.4.5 非周期信號頻譜分析 37

2.5 隨機信號 39

2.5.1 概述 39

2.5.2 隨機過程的主要特徵參數 39

2.5.3 相關分析 41

2.5.4 幅值域分析 44

2.6 時-頻域聯合分析方法簡介 46

2.6.1 譜陣分析方法 46

2.6.2 小波分析方法 46

2.7 信號卷積積分 47

2.7.1 卷積積分的概念 47

2.7.2 時域卷積定理 48

2.7.3 頻域卷積定理 48

思考與練習題 48

第3章 測試系統的基本特性 51

3.1 概述 51

3.2 線性系統及其數學模型 51

3.3 測試系統的靜態特性 53

3.4 測試系統的動態特性 55

3.4.1 傳遞函數 55

3.4.2 頻率響應函數 56

3.4.3 一階、二階系統的傳遞特性描述 59

3.5 測試系統對典型激勵的響應 65

3.6 測試系統對任意輸入的響應 69

3.7 測試系統參數試驗測定方法 70

3.7.1 一階系統動態特性參數的測定 70

3.7.2 二階系統動態特性參數的測定 72

3.8 測試系統實現不失真測試的條件 74

3.9 測試系統的負載效應 76

思考與練習題 78

第4章 感測器 79

4.1 感測器概述 79

4.1.1 感測器的定義 79

4.1.2 感測器的分類 79

4.1.3 感測器的發展趨勢 80

4.2 電阻式感測器 80

4.2.1 變阻器式感測器 81

4.2.2 電阻應變式感測器 83

4.2.3 壓阻式感測器 87

4.3 電感式感測器 88

4.3.1 自感式感測器 88

4.3.2 互感式感測器 94

4.3.3 壓磁式互感感測器 96

4.4 電容式感測器 97

4.5 壓電式感測器 105

4.5.1 壓電效應 106

4.5.2 壓電式感測器的測量電路 108

4.5.3 壓電式感測器的應用 111

4.6 磁電式感測器 112

4.6.1 磁電感應感測器 112

4.6.2 霍爾感測器 115

4.7 光電式感測器 117

4.7.1 外光電效應 117

4.7.2 內光電效應 119

4.7.3 光生伏打效應 121

4.7.4 光電式感測器的應用 122

4.8 其他類型感測器 124

4.8.1 光纖感測器 124

4.8.2 光柵感測器 127

4.8.3 超聲波感測器 129

4.8.4 紅外感測器 132

思考與練習題 133

第5章 測試信號的轉換與處理 135

5.1 電橋 135

5.1.1 直流電橋 135

5.1.2 交流電橋 139

5.2 調製與解調 146

5.2.1 幅值的調製與解調 147

5.2.2 頻率的調製與解調 154

5.3 濾波 158

5.3.1 概述 158

5.3.2 濾波器分類 158

5.3.3 理想濾波器與實際濾波器 159

5.3.4 濾波器類型 163

5.3.5 濾波器的綜合運用 170

思考與練習題 175

第6章 信號的顯示與記錄 177

6.1 概述 177

6.2 信號顯示與記錄的形式及分類 177

6.3 顯示和指示類信號輸出 178

6.3.1 模擬顯示 178

6.3.2 數碼顯示 181

6.3.3 圖視顯示 187

6.4 信號的記錄 193

6.4.1 信號記錄儀的類型 194

6.4.2 筆式記錄儀 194

6.4.3 磁帶記錄儀 195

6.4.4 伺服記錄儀 196

6.4.5 數字存儲示波器 197

6.4.6 通用設備媒體的數字記錄技術 199

思考與練習題 199

第7章 計算機數據採集與處理 200

7.1 概述 200

7.1.1 計算機數據採集 200

7.1.2 計算機數據處理方法 200

7.2 計算機數據採集系統 202

7.2.1 數據採集系統的組成 202

7.2.2 數據採集系統的特點 204

7.2.3 數據採集系統的主要性能指標 204

7.2.4 採樣過程與採樣定理 205

7.2.5 數據採集通道的設計原則和晶元的選擇 211

7.3 小波分析方法 212

7.3.1 小波變換 212

7.3.2 離散小波變換的快速演演算法——Mallat演演算法 214

7.4 虛擬儀器 220

7.4.1 概述 220

7.4.2 虛擬儀器的構成 221

7.4.3 虛擬儀器的應用 225

思考與練習題 225

第8章 測試技術的應用 227

8.1 力的測量 227

8.1.1 基本概念 227

8.1.2 測力感測器 229

8.1.3 壓力測量 231

8.2 線位移與角位移、速度、加速度的測量 236

8.2.1 線位移與角位移的測量 236

8.2.2 速度測量 239

8.2.3 加速度測量 242

8.3 振動的測量 246

8.3.1 振動測量的作用和類別 246

8.3.2 振動量的測量方法 247

8.3.3 機械阻抗試驗方法 250

思考與練習題 256

第9章 典型設備測試技術 257

9.1 典型提升設備測試技術 257

9.1.1 礦井提升設備簡介 257

9.1.2 提升機總變位質量的測試與驗算 258

9.1.3 提升機強度驗算 259

9.1.4 提升鋼絲繩無損檢測 259

9.1.5 提升速度圖測試 260

9.1.6 提升力圖測試 264

9.1.7 提升機啟動電阻測試 265

9.1.8 提升機制動系統性能測試 266

9.1.9 提升機電控系統性能測試 272

9.2 主排水系統安全性能測試技術 272

9.2.1 主排水系統技術要求 272

9.2.2 水泵揚程測試 274

9.2.3 水泵流量測試 274

9.2.4 水泵效率測試 275

9.2.5 水泵軸功率、轉速的測試 276

9.2.6 主排水系統性能指標計算 277

9.3 通風機設備測試技術 278

9.3.1 概述 278

9.3.2 通風機測試的原理及方案 280

9.3.3 通風機風量測試 281

9.3.4 通風機風壓測試 283

9.3.5 雜訊測試 284

9.3.6 振動參數測試 285

9.3.7 其他參數測試 286

9.4 空氣壓縮機設備測試技術 287

9.4.1 空氣壓縮機性能參數及要求 287

9.4.2 空氣壓縮機技術測試方案 288

9.4.3 空氣壓縮機測試數據的分析和處理 291

9.5 基於虛擬儀器的煤礦“四大件”安全性能綜合測試系統 292

9.5.1 系統的構成 292

9.5.2 通用數據採集系統 293

9.5.3 軟體系統及其應用 295

9.6 膏體膠結充填設備的測控技術 299

9.6.1 膏體膠結充填技術簡介 300

9.6.2 膏體充填控制系統 301

9.6.3 膏體充填設備測試技術 303

9.7 高水充填設備的測控技術 304

9.7.1 高水充填簡介 304

9.7.2 超高水充填料漿製備系統 305

9.7.3 超高水充填測試技術 308

思考與練習題 309

參考文獻 311