“机械工程测试技术”课程是面向“机械工程及自动化”这个大专业的一门工程技术基础课。本教材适用于高职高专学校、成人高校、广播电视大学的机电类有关专业。机械工程测试技术涉及机械工程领域中的非电量电测技术和其它测试技术等知识,是工业生产中必不可少的重要技术手段。
本教材编者长期从事测试技术的研究和教学工作,在总结教学经验的基础上,参考了同类教材的优点,力图编写一部能够体现“测试技术”在机械工程中的应用,形式上新颖,内容上有新意,避免学术专著的教材。全书概念清晰、深入浅出、实例生动,便于学生理解。
全书共分为九章:第1章为绪论,阐明了测试技术的基本概念、基本组成及本课程的学习任务;第2章介绍了常规的传感器以及一些先进的测试技术,如光纤传感器、超声波传感器、CCD传感器和数字传感器等;第3章讲述了电桥电路、信号的放大电路、调制和解调电路等信号调理电路以及常用的模拟式和数字式显示记录装置;第4章讲述了信号的时域分析、频域分析、幅域分析、时频分析、近代信号分析以及数字信号分析方法;第5章测试系统基本特性的主要内容为频域响应、时域响应等理论在测试系统中的应用,重点阐明了测试系统的动态特性是如何通过频率响应特性来获得的;
第6章介绍了机械工程中常见参数,如位移、力、机械振动、压力、流量和温度等参量的测量方法;第7章介绍了计算机测试系统的基本组成以及各环节的主要技术;第8章介绍了测试系统的基本设计步骤以及系统的抗干扰设计,并给出了三个系统的设计实例以帮助学生的理解;第9章介绍了测试技术的发展方向,重点讲述了虚拟仪器技术,突出了计算机在测试系统中的应用和发展。
为适应教育改革的现状与发展,以及现代职业教育的特点与规律,本书结合高职高专学生的特点,对传统教材进行了大胆的改革尝试。其特点如下所述:
在第2章里,将传感器基本原理同它的应用以及测量电路相结合进行讲述,有利于学生把传感器的原理、结构、测量电路、应用作为一套完整的知识来理解,充分体现了本书安排的合理性;第3章增加了数字滤波器的基本概念及MATLAB设计实例,既增加了学生的学习兴趣,又打消了数字滤波器的神秘感,突出了计算机在测试技术中的应用;根据以往的教学经验,信号分析是学生较难掌握的部分,本书尽量避免纯数学推导,将数学知识的要求限制在最简单的微积分知识之内,以力求通俗化的语言简明阐述了有关数学内容的物理意义;
第4章除了传统信号时域、频域以及幅域的分析外,还对时频分析以及一些更为先进的近代信号分析理论,如时序分析、高阶谱分析、功时谱分析、小波分析等方法进行了介绍,旨在拓宽学生的知识面;第4章将数字信号处理作为单独的一节来讲,使得学生能够更为系统的掌握数字信号处理系统的组成及工作环节,更为清晰的明白数字信号处理系统与模拟信号处理系统之间的区别;本书将计算机测试系统单独另辟一章进行描述,试图反映测试技术向自动化和智能化发展的新趋势以及计算机在测试系统所占有的越来越重要的地位;
第8章以三个实例帮助学生或工程技术人员学会运用所学的测试技术和知识设计或构成现代的测试系统;为了适应形势的发展,第9章重点介绍了先进的LabVIEW虚拟仪器技术,在讲述过程中,尽量避免对虚拟仪器的软硬件结构、应用优势的泛泛而谈,新增了虚拟仪器VI的设计步骤,给出了两个简单的VI设计实例,可以激励学生学习的兴趣和主动性,学生可以尽早上机进行虚拟仪器设计的软件实验,并可将其用于实验中。
本书由刘春担任主编,钟成担任副主编。在编写过程中参考了兄弟院校的教材和资料,得到许多同仁的关心和帮助,谨致谢意。限于时间、篇幅及编者的业务水平,在内容上难免有缺点和不妥之处,恳请读者批评指正。
全书共分十四章,第一章主要介绍测量方法的分类和选择,误差的来源和分类,检测系统的组成,传感器的概念、分类和组成等;第二章至第十二章讲述了常用传感器的结构、工作原理、信号变换、测量电路以及在典型参数测量中的应用;第十三章讲解了信号调理技术、常用的信号显示记录装置、检测系统的抗干扰技术并介绍了计算机检测系统的相关知识;第十四章介绍了虚拟仪器的基本概念,分析了虚拟仪器相对于传统仪器的优势,讨论了虚拟仪器的硬件结构和软件体系。
本书是机电类高职高专教材,也可供相近专业使用以及作为工程技术人员的参考书。
第1章 绪论
1.1 本课程的意义
1.2 测试技术的社会作用
1.3 测试技术的基本概念
1.4 测试系统的组成
1.5 本课程内容
第2章 测试系统常用传感器
2.1 传感器概述
2.2 弹性敏感元件
2.3 电阻式传感器
2.4 电容式传感器
2.5 电感式传感器
2.6 电涡流式传感器
2.7 压电式传感器
2.8 磁电式传感器
2.9 光电式传感器
2.10 热电式传感器
2.11 霍尔式传感器
2.12 光纤传感器
2.13 超声波传感器
2.14 CCD图像传感器
2.15 数字式传感器
2.16 智能传感器
2.17 传感器的选用原则
第3章 测试信号调理电路与显示记录
3.1 电桥
3.2 信号的放大
3.3 信号的调制和解调
3.4 滤波器
3.5 信号的显示与记录
第4章 测试信号的分析
4.1信号的分类
4.2 信号的时域分析
4.3 信号的频域分析
4.4 信号的幅域分析
4.5 信号的时频分析
4.6 近代信号分析方法简介
第5章 测试系统的基本特性
5.1 线性时不变系统
5.2 测试系统的静态特性
5.3 测试系统的动态特性
第6章 测试技术在机械工程中的应用
6.1 位移的测量
6.2 力的测量
6.3 振动的测试
6.4 压力的测量
6.5 流量的测量
6.6温度的测量
第7章 计算机测试系统
7.1 概述
7.2 数据采集系统
第8章 测试系统设计及实例
8.1 测试系统设计概述
8.2 测试系统的抗干扰设计
第9章 现代测试技术的发展方向
9.1 测试技术的发展方向
9.2 虚拟仪器技术