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绪论1

上篇　应变测量——强度测试7

第1章 电测法的基本原理和信号的变换8

1.1 电测法的基本原理8

1.1.1　非电量测试的研究对象8

1.1.2 电测法的基本原理和测试环节11

1.1.3 电测法的主要特点12

1.1.4　检测技术的发展方向12

1.2　传感器概述12

1.2.1　传感器是人感知的延伸13

1.2.2　传感器的定义与基本组成14

1.2.3　传感器的分类15

1.2.4　传感器的发展趋势16

1.2.5　传感器网络技术16

1.3　电阻式应变片20

1.3.1　应变片的基本结构20

1.3.2　应变片的工作原理20

1.3.3　线应变的单位与国际单位制22

1.3.4　应变片的工作特性24

1.3.5　应变片的基本特性26

1.3.6　应变片的种类27

1.3.7　应变片特征参数32

1.3.8　黏结剂和应变片的粘贴工艺33

第2章　电桥及其应用36

2.1 电桥36

2.1.1 电桥在测试中的作用及种类36

2.1.2　直流电桥的输出（变换原理）37

2.1.3　交流电桥38

2.1.4　电桥特性42

2.2　应变测量的组桥方案45

2.2.1　1/4桥接法、半桥接法和全桥接法45

2.2.2　桥路温度补偿法原理分析46

2.2.3　桥臂系数的概念46

2.2.4　拉伸（压缩）载荷的测量方案47

2.2.5　弯曲载荷的测量方案48

2.2.6　扭矩的测量50

2.2.7　测量剪力的布片方案53

2.2.8　在拉力和弯曲复合载荷下的“测拉除弯”测量方案53

2.2.9　在拉力和弯曲复合载荷下的“测弯除拉”测量方案56

2.2.10　拉、弯、扭复合应力下“测扭除拉弯”的测量方案58

2.2.11　主应力方向未知的平面应力的测量方案59

2.3　应变仪60

2.3.1　应变仪的种类60

2.3.2　测试装置动态（传递）特性的概念61

2.3.3　动态应变仪63

2.3.4　静态应变仪69

2.4　常用型材结构的复杂应力测试72

2.4.1　常用结构型材种类及其受力特点73

2.4.2　轴向受力构件及其破坏形式75

2.4.3 拉弯构件及其破坏形式76

2.4.4　有关桁架结构的基本知识76

2.4.5　测量结构型材复杂正应力的布片方案78

2.4.6　利用测得的正应力σ1、σ2、σ3和σ4计算四种应力的大小79

2.4.7　测量型材截面剪应力的布点方案82

2.4.8　型材截面上平面应力状态的测点布置87

2.4.9　构件强度安全储备系数的计算87

2.5　拉力和荷重的测量——拉力和荷重传感器88

2.5.1 电阻应变片式拉力和荷重传感器变化原理88

2.5.2　传感器的弹性元件90

2.5.3　弹性元件的设计93

2.5.4　测力传感器的静标定96

2.6　扭矩传感器和扭矩测试99

2.6.1　测量传动轴扭矩的基本原理99

2.6.2　扭矩传感器种类100

2.6.3　旋转信号的接触式输出101

2.6.4　旋转信号的非接触式输出——遥测仪器系统103

2.6.5　单通道无线传输系统104

2.6.6　相位差式扭矩传感器106

2.7　测试和试验的基本程序109

2.7.1　编制测试试验大纲109

2.7.2　测试试验表格的编制110

2.7.3　试验实施110

2.7.4　试验总结阶段111

第3章　试验结果的基本分析和处理112

3.1　动态信号的特点及其频谱分析113

3.1.1　确定性信号113

3.1.2　非确定性信号（随机信号）114

3.1.3　动态信号的频谱分析115

3.2　动态周期信号的频谱117

3.2.1　傅里叶级数的三角函数表达式117

3.2.2　幅频图和相频图118

3.2.3　周期信号频谱的特点122

3.2.4　傅里叶级数的复指数函数形式122

3.2.5　周期信号频谱分析实例124

3.3　动态随机信号的频谱分析125

3.3.1　傅里叶变换数学表达式125

3.3.2　动态随机信号频谱图的特点125

3.3.3 随机信号频谱分析的应用实例126

3.4　信号的测量误差分析128

3.4.1　测量误差分析的目的129

3.4.2　与误差有关的术语130

3.4.3　误差分类130

3.4.4　测量的精密度与准确度132

3.4.5　随机误差的正态分布定律132

3.4.6　直接测量的误差分析133

3.4.7　疏失误差的剔除与拉依达准则140

3.4.8　用正态概率纸判别法判断是否存在系统误差140

3.4.9　间接测量的误差分析141

第4章　静态、动态应力测试的工程应用142

4.1　整机质心位置和质量测量142

4.1.1　整机质量及其质心的测试方法142

4.1.2　称重法测试物体质心坐标公式144

4.2　机械钻孔释放法测试残余应力149

4.2.1　测量残余应力的意义及其测试方法149

4.2.2　测量残余应力专用应变花150

4.2.3　钻孔法测量残余应力的基本方法151

4.2.4　钻孔法测量残余应力的实例153

4.3　载荷谱的测试和疲劳寿命试验155

4.3.1　疲劳寿命试验的意义155

4.3.2　机器零部件的疲劳积损破坏和疲劳试验156

4.3.3　载荷谱的概念及种类159

4.3.4　程序加载疲劳试验161

4.3.5　程序载荷谱的绘制步骤162

4.3.6　单一工况的载荷频次图的绘制165

4.3.7　随机载荷过程的平稳性检验166

4.3.8　检验或确定载荷的概率分布形167

4.3.9　绘制综合载荷累积频次图169

4.3.10　累积频次的扩展——工作载荷谱的获得170

4.3.11　程序载荷谱的编制170

4.3.12　应力谱编制的实例172

中篇　振动、试验模态及噪声测试179

第5章　振动参数测试180

5.1　振动加速度传感器180

5.1.1　振动参数测量的内容与振动测试系统的组成180

5.1.2　压电效应与逆压电效应180

5.1.3　压电式加速度传感器的结构与使用181

5.1.4　振动加速度测量系统的基本组成184

5.2　电荷放大器与振动信号数据采集系统185

5.2.1 电荷放大器的工作原理185

5.2.2　振动信号数据采集系统186

5.3　振动信号的测量189

第6章　实验模态分析191

6.1　实验模态分析的测试设备191

6.1.1　激振装置191

6.1.2　激振器的支撑方式193

6.1.3　激励信号频率带宽194

6.1.4　冲击力锤194

6.1.5　拾振装置196

6.1.6　数据采集与分析系统198

6.2　实验模态的测试199

6.2.1　试验结构的支撑199

6.2.2　激励方式201

6.2.3　响应点201

6.2.4　激励信号的选择202

6.3　动态测试后处理203

6.3.1　连续信号离散化的过程204

6.3.2　采样定理和频率混叠现象204

6.3.3　泄漏和窗函数205

6.3.4　平均技术206

6.3.5　频响函数的估算形式206

6.3.6　频响函数的相干函数207

6.4　系统（参数）识别208

6.4.1　频域方法的模态参数识别208

6.4.2　时域方法的模态参数识别208

6.5　模态试验在工程中应用的实例208

6.5.1　激振器试验——白车身模态试验208

6.5.2　力锤试验——车外后视镜固有频率测试分析214

第7章　噪声测量217

7.1　噪声的基本知识217

7.1.1　声级的评估217

7.1.2　噪声声级叠加218

7.1.3　噪声的计权计量218

7.2　噪声测量设备221

7.3　噪声测量分析223

7.3.1　噪声均值计算223

7.3.2　噪声计权对比223

7.3.3　车内噪声测量分析224

下篇　其他226

第8章　其他性能参数测试227

8.1　位移测量227

8.1.1　电感式位移传感器227

8.1.2　电阻应变式位移传感器228

8.1.3　光栅式位移传感器229

8.1.4　旋转变压器式角位移传感器232

8.1.5　位移测量应用实例233

8.2　转速测量235

8.2.1　测速发电机235

8.2.2　光电式转速传感器236

8.2.3　磁电式转速传感器236

8.2.4　闪频式测速法237

8.2.5　转速测量实例237

8.3　温度检测与控制技术239

8.3.1　温度与温标239

8.3.2　温度检测、控制方法综述240

8.3.3　温度传感器的分类241

8.3.4　热电偶及其测温技术243

8.3.5　金属热电阻及其测温技术247

8.3.6　热敏电阻249

8.3.7　集成温度传感器251

8.3.8　红外测温仪与红外热成像仪252

8.3.9　温度测控技术简介253

8.4　电动机功率测试255

8.4.1　测试系统的组成255

8.4.2　功率变送器的工作原理255

8.4.3 电动机功率测试实例256

第9章　虚拟仪器261

9.1　概述261

9.1.1　虚拟仪器概念261

9.1.2　虚拟仪器的发展261

9.2　虚拟仪器的构成262

9.2.1　虚拟仪器的硬件系统262

9.2.2　虚拟仪器的软件系统264

9.2.3　虚拟仪器技术的应用265

第10章　信号的相关分析和试验结果的回归分析268

10.1　时域信号的相关分析268

10.1.1 自相关函数268

10.1.2　互相关函数270

10.1.3　相关系数函数271

10.1.4　相关函数的推广272

10.1.5　相关函数的工程应用272

10.2　小波分析理论简介274

10.2.1　短时傅里叶变换274

10.2.2　小波函数276

10.2.3　连续小波变换278

10.2.4　离散小波变换279

10.2.5　多分辨率分析279

10.2.6　一维Mallat算法280

10.2.7　小波包分析281

10.2.8 小波分析在信号降噪中的应用283

10.3　试验结果的回归分析285

10.3.1　回归方程形式的确定285

10.3.2　线性回归转换286

10.3.3　线性回归方程中常数的估计287

10.3.4　回归方程的精度288

第11章　传感器在自动控制中的应用291

11.1 以发动机为动力驱动的车辆自动控制291

11.1.1　汽车控制系统的基本组成291

11.1.2　汽车自动控制的范围293

11.1.3　发动机电子控制系统293

11.1.4　空气流量传感器296

11.1.5　电子控制系统ECU298

11.2　以电动机作为驱动的机器自动控制302

11.2.1　数控机床环境量检测传感器302

11.2.2　数控机床位置检测303

11.2.3　压力的检测303

11.2.4　速度的检测303

11.2.5　机械位移和角位移的测量303

11.2.6　刀具磨损的监控303

11.2.7　霍尔传感器304

11.2.8　旋转编码器305

11.3 以流体介质为动力驱动的机器或装置的自动控制307

11.3.1　全自动牙轮钻机的控制项目307

11.3.2　主风压自动控制系统和轴压限制系统308

11.3.3　膜片式应变压力传感器308

11.3.4　主风压自动控制系统309

11.3.5　轴压限制系统的自动控制311

附录A　轮次分布表314

附录B　x2分布表315

参考文献317