機械測試技術及其應用（簡體書）

《機械測試技術及其應用》系統闡述了機械測試技術理論、信號分析和處理基礎及測試技術應用方法。《機械測試技術及其應用》內容大致可分為基礎和應用兩大部分。基礎內容按測試技術中涉及的基本環節，如傳感器、中間調理器、記錄顯示處理等展開；應用內容主要包括應力應變、振動等測試技術在機械工程中的應用，測試技術實驗指導和信號處理編程實驗等。《機械測試技術及其應用》在內容編排上力求使理論與實踐有機結合，更多賦予測試技術知識以工程實際意義和內涵。同時配合章節內容，提供了測試技術實驗指導、信號處理Matlab編程實驗及適量的復習題，以加深讀者對知識的理解，達到鍛煉和培養動手解決問題能力的目的。《機械測試技術及其應用》融入作者在長期教學和科研工作中的經驗與成果，闡述問題深入淺出、循序漸進。
《機械測試技術及其應用》可作為高等學校本科機械類各專業“測試技術”課程教材，也可作為高等職業學校機械類專業“測試技術”課程教材；同時，還可供機械工程相關領域的工程技術人員使用和參考，或作為繼續教育培訓的參考教材。

李力，湖南汨羅人，現任三峽大學機械與材料學院教授1985年畢業于葛洲壩水電工程學院工程機械專業，獲工學學士學位；1990年畢業于西安交通大學機械制造專業，獲工學碩士學位；2004年畢業于西安交通大學機械制造及自動化專業，獲工學博士學位、主要從事機械狀態監測、控制與診斷，動態信號處理理論與應用和無損檢測技術及應用等方面的研究工作，主持和參與完成十多項目家省部級科研項目。著有《機械信號處理及其應用》、《智能檢測技術及應用》等，在相關領域中發表論文50多篇，其中被三大檢索收錄20余篇。

《機械測試技術及其應用》為高等學校機械設計制造及其自動化國家特色專業規劃教之一。

第1章 緒論
1.1 測試技術的內容
1.2 測試技術在機械工程中的作用
1.3 測試系統的組成
1.4 測試技術的發展趨勢
1.5 本課程的學習要求
習題

第2章 常用傳感器原理
2.1 傳感器的分類
2.2 電阻式傳感器
2.2.1 電位器式傳感器
2.2.2 電阻應變式傳感器
2.2.3 壓阻式傳感器
2.3 電感式傳感器
2.3.1 變磁阻式電感傳感器
2.3.2 渦流傳感器
2.3.3 差動變壓器式傳感器
2.4 電容式傳感器
2.4.1 變極距型電容傳感器
2.4.2 變面積型電容式傳感器
2.4.3 變介質型電容式傳感器
2.4.4 電容式傳感器的應用
2.5 壓電式傳感器
2.5.1 壓電效應及壓電材料
2.5.2 壓電式傳感器的結構
2.5.3 壓電式傳感器的應用
2.6 磁電式傳感器
2.6.1 磁電感應傳感器
2.6.2 霍爾傳感器
2.7 光電式傳感器
2.7.1 光電效應及光敏元件
2.7.2 光電式傳感器的應用
2.8 其他類型傳感器
2.8.1 超聲波傳感器
2.8.2 圖像傳感器
2.9 傳感器的選用原則
習題

第3章 信號的描述方法
3.1 信號的分類
3.1.1 確定性信號和隨機信號
3.1.2 連續信號和離散信號
3.1.3 能量信號和功率信號
3.2 信號的時域描述
3.2.1 時域信號的合成與分解
3.2.2 信號的統計特征參數
3.2.3 統計特征參數的應用
3.3 信號的頻域描述
3.3.1 周期信號的描述
3.3.2 非周期信號的描述
3.3.3 常用典型信號的頻譜
3.4 隨機信號的描述
3.4.1 概率密度函數
3.4.2 典型信號的概率密度函數
習題

第4章 測試系統的特性
4.1 線性系統及其基本性質
4.2 測試系統的靜態特性
4.2.1 靈敏度
4.2.2 非線性度
4.2.3 回程誤差
4.3 測試系統的動態特性
4.3.1 傳遞函數
4.3.2 頻率響應函數
4.3.3 脈沖響應函數
4.3.4 環節的串聯和并聯
4.4 不失真測試條件
4.5 一階和二階系統的特性
4.5.1 一階系統特性
4.5.2 二階系統特性
4.5.3 一階和二階系統在單位階躍輸入下的響應
習題

第5章 信號的調理方法
5.1 電橋
5.1.1 直流電橋
5.1.2 交流電橋
5.2 信號的濾波
5.2.1 理想模擬濾波器
5.2.2 實際模擬濾波器及其基本參數
5.3 信號調制與解調
5.3.1 幅度調制
5.3.2 頻率調制
習題

第6章 信號分析與處理基礎
6.1 信號的相關分析
6.1.1 相關函數
6.1.2 自相關函數性質及其應用
6.1.3 互相關函數及其應用
6.2 數字信號處理基礎
6.2.1 采樣、混頻和采樣定理
6.2.2 量化和量化誤差
6.2.3 截斷、泄漏和窗函數
6.2.4 選擇模／數轉換模塊的基本技術指標
6.3 計算機輔助測試簡介
6.3.1 概述
6.3.2 PC插卡式與標準總線測試系統
6.3.3 現場總線測試系統與智能傳感器
6.4 虛擬儀器系統
6.4.1 虛擬儀器的組成
6.4.2 LabVIEw虛擬儀器應用
習題

第7章 機械測試技術應用
7.1 應力應變測試及應用
7.1.1 應力應變測試
7.1.2 大型金屬結構應力監測
7.2 機械振動測試及應用
7.2.1 機械振動的類型
7.2.2 振動的基本參數
7.2.3 機械振動測試系統
7.2.4 振動測試在機械狀態監測與診斷中的應用
7.2.5 振動測試在系統參數識別中的應用
7.3 測試技術在工業機器人中的應用
7.3.1 機器人所用傳感器分類
7.3.2 機器人傳感器原理簡介
7.3.3 工業機器人的應用
7.4 測試技術在水力機械中的應用
7.4.1 水力機械的基本工作參數
7.4.2 水力機械基本工作參數測量
7.4.3 水力機械測試應用
習題

第8章 信號分析與處理編程實驗
8.1 Matlab使用簡介
8.1.1 Matlab的安裝
8.1.2 Matlab基本用法
8.1.3 Matlab編程簡介
8.2 信號分析初步
8.2.1 信號序列的產生
8.2.2 序列的運算
8.2.3 周期信號的疊加與分解
8.3 測試系統動態特性仿真
8.4 信號時域分析
8.4.1 時域統計指標分析
8.4.2 相關函數及應用
8.5 信號的頻譜分析
8.6 信號的調理
8.6.1 信號的提取
8.6.2 濾波器設計

第9章 機械測試技術及應用實驗
9.1 概述
9.2 實驗報告要求
9.2.1 實驗報告的基本要求
9.2.2 實驗報告的基本內容
9.2.3 實驗報告格式
9.3 傳感器實驗
9.3.1 應變片粘貼實驗
9.3.2 電阻應變片靈敏系數的測定
9.3.3 電渦流傳感器測量轉速
9.3.4 光纖傳感器測量轉速
9.3.5 霍爾傳感器測量位移
9.4 信號分析實驗
9.4.1 信號波形的觀察及測試實驗
9.4.2 典型信號的波形疊加
9.4.3 基于頻譜測量簡諧振動的頻率
9.4.4 振動信號相關分析實驗
9.5 測試裝置動態特性實驗
9.5.1 二階系統強迫振動的幅頻特性測試
9.5.2 二階系統自由衰減振動的固有頻率和阻尼比的測量
9.6 信號的調理實驗
9.6.1 應變電橋輸出特性綜合實驗
9.6.2 振動信號的采集與分析綜合實驗

附錄A 信號處理中常用的數學變換
附錄B 實驗報告格式
附錄C 部分章 節習題參考答案
附錄D 測試題及參考答案
參考文獻

1.確定診斷方案
要在對測量對象全面了解的基礎上，確定具體的振動測試與診斷方案。診斷方案正確與否關系到能否獲得必要且充分的診斷信息，必須慎重對待。一個比較完整的現場振動測試與診斷方案包括下列內容。
1）選擇測點
測點是指機器上被測量的部位，它是獲取診斷信息的窗口。測點選擇正確與否，決定了人們能否獲得所需要的、真實完整的狀態信息。只有在對診斷對象充分了解的基礎上，才能根據診斷目的恰當地選擇測點。測點應滿足下列要求。
（1）對振動反應敏感所選測點要盡可能靠近振源，避開或減少信號在傳遞通道上的界面、空腔或隔離物（如密封填料等），最好讓信號呈直線傳播。這樣可以減少信號在傳遞中的能量損失。
（2）信息豐富通常選擇振動信號比較集中的部位，以便獲得更多的狀態信息。
（3）適應診斷目的所選測點要服從于診斷目的，診斷目的不同，測點也應隨之改換。
（4）適于安置傳感器測點必須有足夠的空間用來安置傳感器，并要保證有良好的接觸。測點部位還應有足夠的剛度。
（5）符合安全操作要求由于現場振動測量是在設備運轉的情況下進行的，所以在安置傳感器時必須確保人身和設備安全。對不便操作或操作起來存在安全隱患的部位，一定要有可靠的安全措施，否則最好暫時放棄。
在通常情況下，軸承是監測振動最理想的部位，因為轉子上的振動載荷直接作用在軸承上，并通過軸承把機器與基礎連接成一個整體，因此軸承部位的振動信號還反映了基礎的狀況。所以，在無特殊要求的情況下，軸承是首選測點。如果條件不允許，也應使測點盡量靠近軸承，以減小測點和軸承座之間的機械阻抗。此外，設備的地腳、基礎、機殼、缸體、進出口管道、閥門等部位也是測振的常設測點，須根據診斷目的和監測內容決定取舍。
在現場診斷時常常碰到這樣的情況：對有些設備，選擇測點時遇到很大的困難。例如，卷煙廠的卷煙機、包裝機，其傳動機構大都包封在機殼內部，不便對軸承部位進行監測。這種情況在其他設備上也存在，比如在診斷一臺立式鉆床時，共選了13個測點，只有其中4個測點靠近軸承，其他都與軸承相距甚遠。凡碰到這種情況，只有另選測量部位。若要徹底解決問題，必須根據適檢性要求，對設備的某些結構做一些必要的改造。