兵器實驗學

第1篇　兵器測試基礎知識
第1章　兵器測試技術基礎……………………………………………………………………… 8
1．1　測量的基本方法………………………………………………………………………… 8
1．1．1　測量的分類………………………………………………………………………… 8
1．1．2　測量具有普遍科學意義的條件…………………………………………………… 9
1．2　標準量及常用量的傳遞方法…………………………………………………………… 10
1．2．1　標準量……………………………………………………………………………… 10
1．2．2　兵器測試中常用量的傳遞方法…………………………………………………… 11
1．3　測量系統(tǒng)………………………………………………………………………………… 13
1．3．1　測量系統(tǒng)的組成…………………………………………………………………… 14
1．3．2　現(xiàn)代測試系統(tǒng)……………………………………………………………………… 16
1．3．3　虛擬儀器…………………………………………………………………………… 20
1．4　測量誤差及處理………………………………………………………………………… 21
1．4．1　測量誤差…………………………………………………………………………… 21
1．4．2　常用誤差處理方法及誤差的合成與分配………………………………………… 24
1．4．3　測量誤差的合成與分配…………………………………………………………… 27
1．5　測量不確定度的評定…………………………………………………………………… 28
1．5．1　不確定度評定的基本知識………………………………………………………… 28
1．5．2　標準不確定度的A 類評定……………………………………………………… 31
1．5．3　標準不確定度的B類評定……………………………………………………… 32
1．5．4　測量不確定度的合成……………………………………………………………… 34
1．5．5　擴展不確定度的計算方法………………………………………………………… 36
第2章　工程信號及其可測性分析…………………………………………………………… 38
2．1　概　述…………………………………………………………………………………… 38
2．2　工程信號的分類………………………………………………………………………… 38
2．2．1　按信號隨時間變化的規(guī)律分類…………………………………………………… 38
2．2．2　按信號隨時間變化連續(xù)性分類…………………………………………………… 41
2．2．3　其他分類方法……………………………………………………………………… 41
2．3　周期信號頻譜與可測性………………………………………………………………… 42
2．3．1　周期信號的分解和頻譜…………………………………………………………… 42
2．3．2　周期信號的可測性分析…………………………………………………………… 48
2．4　非周期信號的頻譜分析………………………………………………………………… 51
2．4．1　時限信號的分解和頻譜…………………………………………………………… 51
2．4．2　時限信號的可測性分析…………………………………………………………… 54
2．5　隨機信號的處理及分析………………………………………………………………… 54
2．5．1　隨機信號的特征參數……………………………………………………………… 54
2．5．2　離散隨機信號的特征估計………………………………………………………… 58
2．6　典型激勵信號描述……………………………………………………………………… 62
2．6．1　沖激函數及其譜分析……………………………………………………………… 62
2．6．2　單位階躍信號及其譜分析………………………………………………………… 64
2．6．3　單位斜坡信號及其頻譜…………………………………………………………… 66
第3章　測量系統(tǒng)的基本特性………………………………………………………………… 67
3．1　概　述…………………………………………………………………………………… 67
3．1．1　測量系統(tǒng)的基本要求……………………………………………………………… 67
3．1．2　測量系統(tǒng)的線性化………………………………………………………………… 68
3．2　測量系統(tǒng)的靜態(tài)標定與靜態(tài)特性……………………………………………………… 69
3．2．1　靜態(tài)標定…………………………………………………………………………… 69
3．2．2　靜態(tài)特性指標……………………………………………………………………… 71
3．3　測量系統(tǒng)的動態(tài)特性…………………………………………………………………… 75
3．3．1　動態(tài)參數測試的特殊問題………………………………………………………… 75
3．3．2　測量系統(tǒng)動態(tài)特性的分析方法及主要指標……………………………………… 76
3．3．3　測量系統(tǒng)的數學模型……………………………………………………………… 77
3．3．4　傳遞函數…………………………………………………………………………… 77
3．3．5　頻率響應函數……………………………………………………………………… 79
3．3．6　沖激響應函數……………………………………………………………………… 80
3．4　測量系統(tǒng)的動態(tài)特性分析……………………………………………………………… 80
3．4．1　典型系統(tǒng)的頻率響應……………………………………………………………… 81
3．4．2　典型激勵的系統(tǒng)瞬態(tài)響應………………………………………………………… 84
3．4．3　相似原理…………………………………………………………………………… 87
3．5　測量系統(tǒng)無失真測試條件……………………………………………………………… 88
3．6　測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數獲取方法…………………………………………………… 89
3．6．1　階躍響應法………………………………………………………………………… 89
3．6．2　幅頻特性法………………………………………………………………………… 91
3．7　動態(tài)誤差修正…………………………………………………………………………… 91
3．7．1　頻域修正方法……………………………………………………………………… 91
3．7．2　時域修正方法……………………………………………………………………… 92
第2篇　兵器測試信號分析方法
第4章　數字信號處理基礎…………………………………………………………………… 94
4．1　z變換…………………………………………………………………………………… 94
4．1．1　序　列……………………………………………………………………………… 94
4．1．2　z變換……………………………………………………………………………… 94
4．1．3　z逆變換…………………………………………………………………………… 99
4．2　離散傅里葉變換(DFT)……………………………………………………………… 100
4．2．1　離散傅里葉級數(DFS) ………………………………………………………… 100
4．2．2　離散傅里葉變換(DFT)的定義………………………………………………… 101
4．2．3　DFT的主要性質………………………………………………………………… 101
4．2．4　DFT與z變換的關系…………………………………………………………… 102
4．3　快速傅里葉變換(FFT)……………………………………………………………… 102
4．3．1　DFT直接計算的工作量………………………………………………………… 102
4．3．2　提高DFT運算效率的思路…………………………………………………… 103
4．3．3　FFT算法………………………………………………………………………… 103
4．4　數字濾波器…………………………………………………………………………… 109
4．4．1　數字濾波器的分類……………………………………………………………… 109
4．4．2　IIR數字濾波器的設計………………………………………………………… 110
4．4．3　FIR數字濾波器的設計………………………………………………………… 112
第5章　工程測試信號處理…………………………………………………………………… 115
5．1　測試信號的表述方法………………………………………………………………… 115
5．1．1　表格法…………………………………………………………………………… 115
5．1．2　圖解法…………………………………………………………………………… 116
5．1．3　方程法…………………………………………………………………………… 116
5．2　回歸分析……………………………………………………………………………… 117
5．2．1　一元線性回歸…………………………………………………………………… 117
5．2．2　多元線性回歸…………………………………………………………………… 120
5．2．3　非線性回歸……………………………………………………………………… 121
5．2．4　回歸分析的應用………………………………………………………………… 123
5．3　功率譜分析…………………………………………………………………………… 124
5．3．1　定　義…………………………………………………………………………… 124
5．3．2　功率譜分析的物理意義………………………………………………………… 125
5．3．3　功率譜分析的實現(xiàn)……………………………………………………………… 126
5．3．4　功率譜的應用…………………………………………………………………… 127
5．3．5　相干函數………………………………………………………………………… 129
5．4　倒頻譜技術…………………………………………………………………………… 129
5．4．1　倒頻譜分析的基本原理………………………………………………………… 130
5．4．2　倒頻譜分析的意義……………………………………………………………… 130
5．4．3　倒頻譜技術的應用……………………………………………………………… 130
5．5　頻譜細化分析………………………………………………………………………… 132
5．5．1　基于復調制的FFT方法………………………………………………………… 132
5．5．2　相位補償細化方法……………………………………………………………… 135
5．5．3　頻譜細化分析的應用…………………………………………………………… 136
5．6　小波分析在測試信號中的應用……………………………………………………… 137
5．6．1　小波分析的基本原理…………………………………………………………… 137
5．6．2　小波的多分辨率分析…………………………………………………………… 138
5．6．3　小波分析在信號處理中的應用………………………………………………… 139
5．7　動態(tài)補償數字濾波器………………………………………………………………… 141
5．7．1　硬件補償方法…………………………………………………………………… 143
5．7．2　軟件補償方法…………………………………………………………………… 145
5．7．3　動態(tài)補償濾波器的應用………………………………………………………… 147
第3篇　常用兵器動態(tài)參量測試方法及應用
第6章　應力、應變、力及轉矩測量技術……………………………………………………… 150
6．1　概　述………………………………………………………………………………… 150
6．2　應變測量基礎知識…………………………………………………………………… 150
6．2．1　應變片的工作原理……………………………………………………………… 150
6．2．2　應變片的粘貼…………………………………………………………………… 153
6．2．3　電阻應變片的溫度誤差及補償………………………………………………… 155
6．2．4　電阻應變片的信號調理電路及應變儀………………………………………… 157
6．3　力測量………………………………………………………………………………… 164
6．3．1　常用力傳感器…………………………………………………………………… 164
6．3．2　力傳感器標定…………………………………………………………………… 166
6．3．3　測量實例………………………………………………………………………… 167
6．4　應變、應力測量………………………………………………………………………… 175
6．4．1　基于應變片的應變、應力測量…………………………………………………… 175
6．4．2　基于光纖Bragg光柵應變測量………………………………………………… 180
6．5　轉矩測量……………………………………………………………………………… 186
6．5．1　轉矩測量原理…………………………………………………………………… 186
6．5．2　常用轉矩傳感器………………………………………………………………… 187
6．5．3　轉矩傳感器標定………………………………………………………………… 189
第7章　動態(tài)壓力測量技術…………………………………………………………………… 191
7．1　概　述………………………………………………………………………………… 191
7．2　銅柱測壓法…………………………………………………………………………… 193
7．2．1　銅柱測壓法系統(tǒng)組成及工作原理……………………………………………… 193
7．2．2　銅柱靜態(tài)標定及靜態(tài)壓力對照表的編制……………………………………… 194
7．2．3　溫度修正方法…………………………………………………………………… 198
7．2．4　靜標體制銅柱測壓的技術要點歸納…………………………………………… 198
7．2．5　銅柱測壓法靜動差分析………………………………………………………… 199
7．3　銅球測壓法…………………………………………………………………………… 203
7．3．1　銅球測壓系統(tǒng)組成及工作原理………………………………………………… 203
7．3．2　準動態(tài)校準技術………………………………………………………………… 204
7．4　動態(tài)壓力電測法……………………………………………………………………… 206
7．4．1　應變式壓力傳感器……………………………………………………………… 206
7．4．2　壓電式壓力傳感器……………………………………………………………… 209
7．5　測壓系統(tǒng)的標定技術………………………………………………………………… 212
7．5．1　測壓系統(tǒng)的靜態(tài)標定…………………………………………………………… 212
7．5．2　測壓系統(tǒng)的動態(tài)標定…………………………………………………………… 212
7．5．3　傳感器準靜態(tài)校準……………………………………………………………… 218
7．6　動態(tài)壓力測量的管道效應…………………………………………………………… 218
7．6．1　傳感器的安裝…………………………………………………………………… 218
7．6．2　測試系統(tǒng)動態(tài)特性分析………………………………………………………… 218
第8章　溫度及熱通量測量技術……………………………………………………………… 221
8．1　概　述………………………………………………………………………………… 221
8．2　熱電偶測溫…………………………………………………………………………… 223
8．2．1　熱電偶測溫原理………………………………………………………………… 223
8．2．2　熱電偶的基本實驗定律………………………………………………………… 223
8．2．3　熱電偶的結構、分類及特點……………………………………………………… 225
8．2．4　熱電偶的響應方程及典型工況的測溫模型…………………………………… 228
8．2．5　熱電偶測量高速氣流溫度的技術措施………………………………………… 230
8．2．6　熱電偶動態(tài)補償方法…………………………………………………………… 231
8．2．7　火箭燃氣射流溫度分布………………………………………………………… 233
8．3　熱電阻測溫…………………………………………………………………………… 235
8．3．1　金屬絲熱電阻測溫……………………………………………………………… 235
8．3．2　熱敏電阻測溫…………………………………………………………………… 237
8．4　熱輻射測溫…………………………………………………………………………… 238
8．4．1　熱輻射原理……………………………………………………………………… 238
8．4．2　熱輻射測溫的基礎理論………………………………………………………… 239
8．4．3　常用熱輻射測溫儀表…………………………………………………………… 243
8．5　光纖測溫……………………………………………………………………………… 246
8．5．1　光纖原理………………………………………………………………………… 246
8．5．2　光纖測溫原理…………………………………………………………………… 247
8．6　熱通量測量…………………………………………………………………………… 248
8．6．1　簡　介…………………………………………………………………………… 248
8．6．2　熱通量測量技術………………………………………………………………… 249
8．6．3　Gardon熱通量傳感器…………………………………………………………… 252
第9章　兵器噪聲測量技術…………………………………………………………………… 255
第10章　運動參量測量技術………………………………………………………………… 278