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绪论1

第1篇 兵器测试基础知识8

第1章 兵器测试技术基础8

1.1 测量的基本方法8

1.1.1 测量的分类8

1.1.2 测量具有普遍科学意义的条件9

1.2 标准量及常用量的传递方法10

1.2.1 标准量10

1.2.2 兵器测试中常用量的传递方法11

1.3 测量系统13

1.3.1 测量系统的组成14

1.3.2 现代测试系统16

1.3.3 虚拟仪器20

1.4 测量误差及处理21

1.4.1 测量误差21

1.4.2 常用误差处理方法及误差的合成与分配24

1.4.3 测量误差的合成与分配27

1.5 测量不确定度的评定28

1.5.1 不确定度评定的基本知识28

1.5.2 标准不确定度的A类评定31

1.5.3 标准不确定度的B类评定32

1.5.4 测量不确定度的合成34

1.5.5 扩展不确定度的计算方法36

第2章 工程信号及其可测性分析38

2.1 概述38

2.2 工程信号的分类38

2.2.1 按信号随时间变化的规律分类38

2.2.2 按信号随时间变化连续性分类41

2.2.3 其他分类方法41

2.3 周期信号频谱与可测性42

2.3.1 周期信号的分解和频谱42

2.3.2 周期信号的可测性分析48

2.4 非周期信号的频谱分析51

2.4.1 时限信号的分解和频谱51

2.4.2 时限信号的可测性分析54

2.5 随机信号的处理及分析54

2.5.1 随机信号的特征参数54

2.5.2 离散随机信号的特征估计58

2.6 典型激励信号描述62

2.6.1 冲激函数及其谱分析62

2.6.2 单位阶跃信号及其谱分析64

2.6.3 单位斜坡信号及其频谱66

第3章 测量系统的基本特性67

3.1 概述67

3.1.1 测量系统的基本要求67

3.1.2 测量系统的线性化68

3.2 测量系统的静态标定与静态特性69

3.2.1 静态标定69

3.2.2 静态特性指标71

3.3 测量系统的动态特性75

3.3.1 动态参数测试的特殊问题75

3.3.2 测量系统动态特性的分析方法及主要指标76

3.3.3 测量系统的数学模型77

3.3.4 传递函数77

3.3.5 频率响应函数79

3.3.6 冲激响应函数80

3.4 测量系统的动态特性分析80

3.4.1 典型系统的频率响应81

3.4.2 典型激励的系统瞬态响应84

3.4.3 相似原理87

3.5 测量系统无失真测试条件88

3.6 测量系统的动态特性参数获取方法89

3.6.1 阶跃响应法89

3.6.2 幅频特性法91

3.7 动态误差修正91

3.7.1 频域修正方法91

3.7.2 时域修正方法92

第2篇 兵器测试信号分析方法94

第4章 数字信号处理基础94

4.1 z变换94

4.1.1 序列94

4.1.2 z变换94

4.1.3 z逆变换99

4.2 离散傅里叶变换（DFT）100

4.2.1 离散傅里叶级数（DFS）100

4.2.2 离散傅里叶变换（DFT）的定义101

4.2.3 DFT的主要性质101

4.2.4 DFT与z变换的关系102

4.3 快速傅里叶变换（FFT）102

4.3.1 DFT直接计算的工作量102

4.3.2 提高DFT运算效率的思路103

4.3.3 FFT算法103

4.4 数字滤波器109

4.4.1 数字滤波器的分类109

4.4.2 IIR数字滤波器的设计110

4.4.3 FIR数字滤波器的设计112

第5章 工程测试信号处理115

5.1 测试信号的表述方法115

5.1.1 表格法115

5.1.2 图解法116

5.1.3 方程法116

5.2 回归分析117

5.2.1 一元线性回归117

5.2.2 多元线性回归120

5.2.3 非线性回归121

5.2.4 回归分析的应用123

5.3 功率谱分析124

5.3.1 定义124

5.3.2 功率谱分析的物理意义125

5.3.3 功率谱分析的实现126

5.3.4 功率谱的应用127

5.3.5 相干函数129

5.4 倒频谱技术129

5.4.1 倒频谱分析的基本原理130

5.4.2 倒频谱分析的意义130

5.4.3 倒频谱技术的应用130

5.5 频谱细化分析132

5.5.1 基于复调制的FFT方法132

5.5.2 相位补偿细化方法135

5.5.3 频谱细化分析的应用136

5.6 小波分析在测试信号中的应用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 小波分析在信号处理中的应用139

5.7 动态补偿数字滤波器141

5.7.1 硬件补偿方法143

5.7.2 软件补偿方法145

5.7.3 动态补偿滤波器的应用147

第3篇 常用兵器动态参量测试方法及应用150

第6章 应力、应变、力及转矩测量技术150

6.1 概述150

6.2 应变测量基础知识150

6.2.1 应变片的工作原理150

6.2.2 应变片的粘贴153

6.2.3 电阻应变片的温度误差及补偿155

6.2.4 电阻应变片的信号调理电路及应变仪157

6.3 力测量164

6.3.1 常用力传感器164

6.3.2 力传感器标定166

6.3.3 测量实例167

6.4 应变、应力测量175

6.4.1 基于应变片的应变、应力测量175

6.4.2 基于光纤Bragg光栅应变测量180

6.5 转矩测量186

6.5.1 转矩测量原理186

6.5.2 常用转矩传感器187

6.5.3 转矩传感器标定189

第7章 动态压力测量技术191

7.1 概述191

7.2 铜柱测压法193

7.2.1 铜柱测压法系统组成及工作原理193

7.2.2 铜柱静态标定及静态压力对照表的编制194

7.2.3 温度修正方法198

7.2.4 静标体制铜柱测压的技术要点归纳198

7.2.5 铜柱测压法静动差分析199

7.3 铜球测压法203

7.3.1 铜球测压系统组成及工作原理203

7.3.2 准动态校准技术204

7.4 动态压力电测法206

7.4.1 应变式压力传感器206

7.4.2 压电式压力传感器209

7.5 测压系统的标定技术212

7.5.1 测压系统的静态标定212

7.5.2 测压系统的动态标定212

7.5.3 传感器准静态校准218

7.6 动态压力测量的管道效应218

7.6.1 传感器的安装218

7.6.2 测试系统动态特性分析218

第8章 温度及热通量测量技术221

8.1 概述221

8.2 热电偶测温223

8.2.1 热电偶测温原理223

8.2.2 热电偶的基本实验定律223

8.2.3 热电偶的结构、分类及特点225

8.2.4 热电偶的响应方程及典型工况的测温模型228

8.2.5 热电偶测量高速气流温度的技术措施230

8.2.6 热电偶动态补偿方法231

8.2.7 火箭燃气射流温度分布233

8.3 热电阻测温235

8.3.1 金属丝热电阻测温235

8.3.2 热敏电阻测温237

8.4 热辐射测温238

8.4.1 热辐射原理238

8.4.2 热辐射测温的基础理论239

8.4.3 常用热辐射测温仪表243

8.5 光纤测温246

8.5.1 光纤原理246

8.5.2 光纤测温原理247

8.6 热通量测量248

8.6.1 简介248

8.6.2 热通量测量技术249

8.6.3 Gardon热通量传感器252

第9章 兵器噪声测量技术255

9.1 噪声测试的物理学基本知识255

9.1.1 声波255

9.1.2 声源、声场和波阵面255

9.1.3 声压、声强和声功率256

9.1.4 声级和分贝256

9.2 人对噪声的主观量度259

9.2.1 响度与响度级259

9.2.2 声级计的计权网络、A声级260

9.2.3 等效连续声级261

9.2.4 噪声允许限值262

9.2.5 噪声评价曲线262

9.3 噪声测量仪器263

9.3.1 传声器263

9.3.2 声级计265

9.3.3 噪声分析仪268

9.4 噪声测量方法269

9.4.1 测试环境对噪声的影响269

9.4.2 噪声级的测量269

9.4.3 声功率级的测试272

9.4.4 声强的测试273

9.5 噪声测量实例274

9.5.1 常规兵器发射和爆炸时的噪声特点274

9.5.2 兵器噪声测试的功能需求274

9.5.3 枪口噪声测试实例276

第10章 运动参量测量技术278

10.1 位移测量的常用方法278

10.1.1 电感式位移测量系统278

10.1.2 电涡流式位移测量系统282

10.1.3 光电位置敏感器件286

10.1.4 火炮的自动机运动位移测试291

10.2 速度测量的方法293

10.2.1 定距测时法293

10.2.2 多普勒雷达测速296

10.2.3 弹丸运动速度测试297

10.2.4 永磁感应测速传感器及应用299

10.2.5 光纤干涉仪测速303

10.3 加速度测量306

10.3.1 惯性式加速度传感器的工作模型306

10.3.2 常用惯性式加速度传感器307

10.3.3 使用加速度传感器的几点说明312

10.3.4 加速度测量系统的校准（标定）314

第11章 兵器振动测量技术317

11.1 概述317

11.2 常用振动传感器317

11.2.1 振动测量方法317

11.2.2 绝对式测振传感器原理318

11.2.3 相对式测振传感器原理321

11.3 测振系统的组成及合理选择322

11.3.1 测振系统的组成323

11.3.2 测振系统的合理选用324

11.3.3 传感器的安装325

11.4 机械系统振动特性测试及结构参数估计326

11.4.1 激振方式及激振器327

11.4.2 机械系统结构参数的估计331

11.5 机械阻抗测试334

11.5.1 机械阻抗的概念及测试方法334

11.5.2 单自由度系统的机械导纳336

11.5.3 多自由度系统的机械导纳338

11.6 振动分析仪器339

11.7 测试实例341

11.7.1 枪肩系统机械阻抗测试341

11.7.2 火炮振动模态分析344

第12章 膛口流场测量技术347

12.1 膛口流场及特点347

12.1.1 初始流场347

12.1.2 膛口主流场348

12.1.3 膛口火焰349

12.1.4 膛口噪声349

12.1.5 膛口流场的特点350

12.2 膛口温度测量351

12.2.1 光谱温度测量原理351

12.2.2 辐射温度法353

12.3 基于马赫-曾德尔干涉仪的膛口流场密度测量355

12.4 膛口流场可视化测量356

12.4.1 膛口流场的阴影照相原理356

12.4.2 膛口流场的间接法阴影照相358

12.4.3 平行光的阴影照相359

12.5 膛口流场的分布及卡瓣与弹之间的干扰测试360

12.5.1 X光机测试技术360

12.5.2 阴影照相测试技术364

12.5.3 超高速照相法368

12.6 膛口火焰测量368

12.6.1 摄影法368

12.6.2 光敏元件膛口火焰亮度及持续时间的测量369

第13章 弹丸姿态及坐标测量技术370

13.1 概述370

13.2 弹丸转速及姿态测量370

13.2.1 电测法（凹槽刻痕法）370

13.2.2 弹丸飞行姿态纸靶测试法373

13.2.3 高速摄影法376

13.2.4 飞行姿态参数弹丸记录仪377

13.2.5 固定靶道弹丸姿态探测378

13.2.6 太阳方位角法381

13.3 弹丸坐标测量383

13.3.1 CCD坐标靶383

13.3.2 基于激波的声靶测量系统385

13.3.3 基于光电原理的坐标测量系统390

13.3.4 脉冲雷达坐标测量系统394

第14章 兵器材料动态参数测试技术395

14.1 概述395

14.2 分离式Hopkinson压杆396

14.2.1 分离式Hopkinson压杆的组成及测试原理396

14.2.2 Hopkinson压杆试验401

14.2.3 影响Hopkinson压杆试验的因素及解决办法403

14.2.4 Hopkinson压杆在火工品过载研究中的应用406

14.3 膨胀环测试技术409

14.3.1 基于激光速度干涉仪测量膨胀环的原理及控制方程410

14.3.2 基于激光速度干涉仪测量膨胀环的试验系统组成411

14.3.3 基于激光速度干涉仪的膨胀环测试应用实例412

参考文献414