机电工程测试与信号分析

高等学校适用教材:本书介绍了测试技术和信号分析的基本理论、基本方法、最新发展及实际应用，涉及测量系统和控制系统、测试装置的基本特性等。

第1章绪论

第一节概述

一、测试与信息

二、测试技术的内容与作用

三、测试技术的发展

第二节测量方法和测量误差

一、测量方法

二、测量误差

第三节 系统的相似性和机电模拟

一、相似系统

二、变量的分类

三、机电模拟

第四节测量系统和控制系统

一、系统、输入和输出

二、开环测量系统和闭环测量系统

三、反馈测量系统和反馈控制系统

第五节动态测试的特点和研究方法

思考与练习题

第2章信号及其描述

第一节概述

一、信号与信息

二、信号的分类

三、信号的描述

第二节周期信号与离散频谱

一、周期信号的傅里叶三角函数展开式

二、周期信号的傅里叶级数的复指数函数展开式

三、周期信号的强度表述

第三节非周期信号与连续频谱

一、傅里叶变换

二、傅里叶变换的主要性质

三、几种典型信号的频谱

第四节随机信号

一、概述

二、随机信号的主要特征参数

思考与练习题

第3章测试装置的基本特性

第一节概述

第二节测试装置的基本特性

一、线性系统及其主要性质

二、测试装置的静态特性

三、测试装置的动态特性

第三节实现不失真测试的条件

第四节测试装置动态特性的测试

一、频率响应法

二、阶跃响应法

第五节测试装置的负载效应和适配

一、负载效应

二、测试装置与被测信号的适配

思考与练习题

第4章常用传感器

第一节概述

第二节电阻式传感器

一、变阻器式传感器

二、电阻应变式传感器

第三节电感式传感器

一、可变磁阻式

二、涡流式

三、差动变压器式

第四节电容式传感器

一、极距变化型

二、面积变化型

三、介质变化型

四、两种测量电路

第五节压电式传感器

一、压电效应

二、压电式传感器及其等效电路

三、测量电路

第六节磁电式传感器

一、动圈式

二、磁阻式

第七节光电式传感器

一、光敏元件

二、光电式传感器

第八节其他类型的传感器

一、霍尔传感器

二、热敏电阻

三、气敏电阻

四、超声波探头

五、光导纤维传感器

六、固态图像传感器

思考与练习题

第5章信号的中间变换和变换装置

第一节概述

第二节电桥

一、直流电桥

二、交流电桥

第三节调制与解调

一、调幅与解调

二、调频与解调

第四节滤波器

一、滤波器特性及描述

二、实际滤波器的应用

第五节模拟―数字转换器

一、数―模转换器

二、模―数转换器

思考与练习题

第6章信号的记录

第一节概述

第二节显式记录

一、光线示波器

二、笔式记录仪

第三节隐式记录

一、磁记录

二、光盘记录

思考与练习题

第7章信号的分析与处理

第一节概述

第二节信号的时域分析

一、时域分解

二、时域相关分析

第三节信号的频域分析

一、自功率谱密度函数和互功率谱密度函数

二、应用举例

第四节模拟信号分析

一、统计误差

二、均值、均方值、均方根值的测量与估计

三、概率密度的估计

四、自相关函数的估计

五、功率谱的估计

六、模拟信号估计方法存在的一些问题

第五节数字信号分析初步

一、数字信号处理的一般步骤

二、时域采样、混叠和采样定理

三、截断、泄漏和窗函数

四、离散傅里叶变换

五、快速傅里叶变换和数字滤波简介

第六节信号的时频分析简介

思考与练习题

第8章振动的测量

第一节概述

一、振动量的测量

二、振动系统特性的测量

第二节振动的激励

一、稳态正弦激振

二、随机激振

三、瞬态激振

第三节激振器

一、电动式激振器

二、电磁式激振器

三、电液式激振器

第四节振动的测量方法及测振传感器

一、磁电式速度计

二、压电式加速度计

三、压电式力传感器

四、阻抗头

第五节振动的分析方法与仪器

一、基于带通滤波器的频谱分析仪

二、利用相关滤波的振动分析仪

三、跟踪滤波器

第9章力和扭矩的测量

第一节概述

第二节力的测量

一、力的测量方法

二、测力传感器

第三节切削力的测量

一、几种典型的测力仪

二、切削测力仪的定标

第四节扭矩的测量

一、平衡力扭矩测量法

二、电阻应变扭矩测量法

三、光电式相位位移扭矩测量法

四、压磁式扭矩测量法

第10章压力和流量的测量

第一节概述

第二节压力的测量

一、弹性压力敏感元件

二、常用压力传感器

第三节流量的测量

一、转子流量计

二、差压式流量计

三、靶式流量计

四、涡轮流量计

五、容积式流量计

第11章温度的测量

第一节概述

第二节常用的温度测量方法

一、测温方法分类

二、测温方法的选择

第三节常用的测温传感器

一、热膨胀式温度计

二、电阻温度计

三、热电偶温度计

四、辐射式温度计

第12章机电工程中常用的信号分析设备和技术

第一节概述

第二节频谱分析仪

一、模拟式频谱分析仪

二、数字式频谱分析仪

第三节数字信号处理系统

一、数字信号处理系统

二、信号分析中基本参数的选择

第四节机电设备故障诊断技术

一、信号的测取

二、信息的提取

三、谱分析在设备故障诊断中的应用举例

四、时频分析在柴油机故障诊断中的应用举例

五、小波分析在机电液系统故障诊断中的应用举例

第五节声信号的测量和分析技术

一、声信号的几个基本物理量

二、噪声的主观评价参数

三、声源识别中的信号分析

参考文献2100433B

书名： 机电工程测试与信号分析

作者：王建民

出版日期：2004

页数：281

关键词：机电工程 测试技术 高等学校 信号分析 曲云霞 王建民

分类： 工业技术 >总论

动态信号测试系统DH5922N为通用型动态信号测试分析系统，应用范围广泛，可完成应力应变、振动（加速度、速度、位移）、冲击、声学、温度（各。 2100433B

第1章 绪论 1

1.1 信息、信号、信号处理技术与现代科学技术 1

1.2 机电工程中的信号处理技术 3

1.3 工程测试、控制系统与信号处理 3

1.4 本书宗旨及内容安排 5

1.5 习题 6

第2章 信号与系统的基本概念 7

2.1 系统分析与信号 7

2.2 信号的分类 8

2.2.1 连续时间信号和离散时间信号 8

2.2.2 周期信号和非周期信号 9

2.2.3 能量有限信号和能量无限信号 10

2.3 典型信号 10

2.3.1 典型连续非奇异信号 10

2.3.2 典型奇异信号 14

2.3.3 典型离散信号 16

2.4 信号的运算 19

2.4.1 信号的移位、反褶与尺度变化 19

2.4.2 信号相加和相乘 20

2.4.3 信号的周期延拓 20

2.4.4 信号的抽样 21

2.5 信号的分解 22

2.5.1 直流分量与交流分量 23

2.5.2 偶分量与奇分量 23

2.5.3 实部分量与虚部分量 23

2.6 系统的分类 23

2.6.1 系统的数学模型 23

2.6.2 连续时间系统与离散时间系统 25

2.6.3 动态系统与即时系统 26

2.6.4 线性系统与非线性系统 26

2.6.5 时不变系统与时变系统 27

2.6.6 因果系统与非因果系统 27

2.7 习题 28

第3章 确定性信号的分析 31

3.1 周期信号的分析 31

3.1.1 定义 31

3.1.2 工程上常用的周期信号 31

3.1.3 周期信号的时域分析 32

3.1.4 周期信号的频域分析 36

3.1.5 周期信号的有限项傅里叶级数 43

3.1.6 信号的重构和吉伯斯现象 45

3.2 非周期信号的分析——傅里叶变换(Fourier Translation) 46

3.2.1 傅里叶变换 46

3.2.2 频谱密度函数F(ω) 48

3.2.3 傅里叶变换存在的条件 48

3.2.4 典型非周期信号的频谱 49

3.2.5 傅里叶变换的性质 52

3.2.6 周期信号的傅里叶变换 56

3.3 能量谱 59

3.4 卷积 61

3.4.1 卷积及其物理意义 61

3.4.2 卷积定理 65

3.5 脉冲抽样信号的傅里叶变换 68

3.5.1 时域抽样 68

3.5.2 频域抽样 71

3.6 要点和复习题 72

3.7 习题 73

第4章 随机信号分析 77

4.1 随机信号及其分析方法 77

4.1.1 随机信号与随机过程 77

4.1.2 随机过程及其描述 78

4.1.3 随机过程的研究方法 81

4.2 随机过程的概率分布 82

4.2.1 随机过程X(t)的一维概率分布 82

4.2.2 随机过程X(t)的二维(联合)概率分布 82

4.2.3 随机过程X(t)的n维(联合)分布函数 83

4.3 随机过程的数字特征 83

4.3.1 随机过程的数学期望和方差 83

4.3.2 随机过程的协方差函数和相关函数 85

4.3.3 两个随机过程的数字特征 86

4.4 平稳随机过程 87

4.4.1 平稳随机过程的定义 87

4.4.2 平稳过程的数字特征 87

4.4.3 各态历经(遍历）过程 89

4.5 平稳随机信号通过线性系统 92

4.5.1 平稳随机信号通过线性连续系统 93

4.5.2 白噪声通过线性系统 99

4.5.3 随机序列通过线性系统 100

4.6 平稳随机信号分析以及MATLAB实现 101

4.6.1 随机信号的数字特征及MATLAB实现 101

4.6.2 随机信号的时域分析——相关函数和协方差 104

4.6.3 随机信号的频域分析——功率谱估计 108

4.7 系统传递函数估计 121

4.8 相干函数 124

4.9 运用功率谱分析提取微弱信号实验 126

4.10 要点和复习题 138

4.11 习题 138

第5章 模拟信号的数字化 141

5.1 模拟信号的数字化过程 142

5.2 采样定理 145

5.2.1 频混现象 145

5.2.2 采样频率 146

5.2.3 信号复原 146

5.3 信号的预处理 148

5.3.1 信号编排（野点剔除） 148

5.3.2 信号检验 149

5.3.3 信号准备 150

5.4 要点和复习题 154

5.5 习题 154

第6章 离散时间信号的分析 155

6.1 离散时间信号的z域分析 155

6.1.1 z变换的定义 155

6.1.2 z变换的收敛域 155

6.1.3 常用序列及其z变换 156

6.1.4 z变换的性质 158

6.2 离散傅里叶变换 158

6.2.1 离散时间信号的z变换与傅里叶变换的关系 159

6.2.2 离散傅里叶变换的定义 160

6.2.3 离散傅里叶变换的性质 161

6.3 快速傅里叶变换（FFT） 162

6.3.1 快速傅里叶变换算法 162

6.3.2 利用快速傅里叶变换（FFT）进行谱分析 164

6.3.3 利用FFT计算线性卷积——快速卷积 166

6.4 窗函数 168

6.4.1 引入窗函数的必然性 168

6.4.2 常用窗函数的特点 170

6.4.3 窗函数的选择 175

6.5 要点和复习题 175

6.6 习题 176

第7章 数字滤波器 177

7.1 数字滤波器的基本概念 177

7.1.1 滤波器基本原理 177

7.1.2 滤波器的分类 178

7.1.3 滤波器的技术要求 178

7.2 数字滤波器的设计 179

7.2.1 IIR滤波器 179

7.2.2 FIR滤波器 186

7.3 要点和复习题 189

7.4 习题 189

第8章 信号分析与处理技术的工程应用 190

8.1 测试信号幅值域分析及工程应用 190

8.1.1 信号幅值的统计特征参数 190

8.1.2 测试信号幅值域分析的工程应用实例分析 194

8.2 测试信号相关分析及工程应用 205

8.2.1 工程测试信号相关分析的重要性 205

8.2.2 相关函数的物理意义 206

8.2.3 相关函数的性质 208

8.2.4 测试信号相关分析的工程应用 210

8.3 测试信号频谱分析及工程应用 217

8.3.1 自谱密度函数的导出和定义 218

8.3.2 双边和单边自功率谱密度函数 218

8.3.3 自功率谱密度函数的物理意义 219

8.3.4 自功率谱密度函数的性质 219

8.3.5 频谱分析的几种常用描述方法 221

8.3.6 测试信号频域分析的工程应用 222

8.4 要点和复习题 227

8.5 习题 227

参考文献 229 2100433B

绪论

第1章 信号描述及分析基础

1.1 概述

1.2 周期信号及其频谱

1.3 非周期信号及其频谱

1.4 随机信号

思考题与习题

第2章 测试系统的基本特性

2.1 概述

2.2 测试系统的静态特性

2.3 测试系统的动态特性

2.4 典型测试系统动态特性分析

2.5 实现不失真测试的条件

2.6 测试系统动态特性参数的测试

思考题与习题

第3章 常用传感器工作原理与测量电路

3.1 传感器概述

3.2 应变式电阻传感器

3.3 电容式传感器2100433B