《振动测试、信号分析与应用》系统介绍了结构振动测试与信号分析的基本原理、方法和应用。全书共13章,第1~6章阐述振动信号的基本概念、振动信号测量系统的组成、传感器及其原理、信号调理、信号测试中常用的激振设备、传感器及系统标定原理和方法等;第7~8章阐述振动信号采样定理、数字信号分析方法和窗函数及应用;第9~11章阐述振动试验中模态试验的基本原理、模态试验关键技术及模态参数识别技术;第12章提供了振动测试与信号分析的7个基本试验;第13章是振动测试与信号分析的典型工程应用。
《振动测试、信号分析与应用》可作为航空航天、力学、机械等专业本科生、研究生的结构振动测试相关课程的教材或参考用书,也可供从事相关研究和应用的工程技术和科研人员学习与参考。
机械或结构等受到动载荷的作用而产生响应,即振动信号,振动信号中包含这些对象内在的固有特性、工作状态及趋势、安全性和舒适性、抵抗外载能力和寿命等信息。因此,振动测试与信号分析技术已成为解决结构动力学问题最为常用、有效且主要的手段之一。振动测试与信号分析融合了传感器技术、现代电子学、信号分析与处理、自动控制理论和计算机技术等多学科的知识与最新发展成果,经过几十年的发展和新型测试技术的出现,形成了一门独立而新兴的学科,广泛应用于结构动力学参数测量、实际结构振动响应测量与预示、振动环境预示、动力修改与优化、结构状态监测与寿命评估等诸多方面。
全书共分为13章,第1~6章阐述了振动信号的基本概念、振动信号测量系统的组成、传感器及其原理(包括现在较为先进的多普勒振动测试、摄影测量和数字图像相关方法等)、信号调理、信号测试中常用的激振设备、传感器及系统标定原理和方法等内容。第7~8章阐述了振动信号采样定理、数字信号分析方法和窗函数及应用,并对常用的振动信号时域、频域、时-频分析等方法进行了总结。第9~11章阐述了振动试验中模态试验的基本原理、模态试验关键技术(包括航空器中应用的地面共振试验,航天器中应用的振型斜率测量等)及模态参数识别技术。第12章提供了振动测试与信号分析的7个基本试验,可作为本科生课程学习的试验操作,有助于对第1~11章学习内容的理解。第13章对振动测试与信号分析的典型工程应用进行了介绍,这些内容都是课题组多年来解决实际工程问题的总结,供读者参考,也是对第1~11章内容的实际应用。本书中提供了涉及振动信号处理与分析的部分MATLAB程序,读者稍加拓展,即可应用于实际。总之,本书较为系统地阐述了振动测试与信号分析基本原理、方法和应用,条理清楚,深入浅出,基本理论、方法和技术、应用并重,可作为本科生、研究生结构振动测试相关课程的教材,也可作为从事振动测试与信号分析的工程技术人员的参考书。
由于编者水平有限,书中难免有不妥之处,敬请同行和读者批评指正。
第1章 绪论
1.1 振动及其产生的缘由
1.1.1 振动的定义
1.1.2 振动产生的缘由
1.2 振动的分类及研究内容
1.2.1 振动的分类
1.2.2 振动的研究内容
1.3 振动测试与信号分析的内容
1.4 振动测试与信号分析的方法
1.4.1 振动测试方法
1.4.2 振动信号分析方法
1.5 振动测试、信号分析的应用
习题
第2章 振动信号描述及其基础知识
2.1 简谐振动
2.1.1 简谐振动的表达式
2.1.2 简谐振动的速度和加速度
2.2 简谐物理量之间的关系
2.2.1 相位之间的关系
2.2.2 幅值之间的关系
2.2.3 振动幅值、周期和频率
2.2.4 简单简谐系统
2.2.5 振动均值
2.2.6 振动均方根
2.2.7 幅值、均值和均方根之间的关系
2.3 复合振动信号
2.4 冲击信号及单位脉冲信号
2.5 随机振动信号
2.5.1 随机过程及其描述
2.5.2 平稳随机振动信号
2.5.3 非平稳随机振动信号
2.6 振动量度单位
2.7 描述振动信号的坐标系
2.7.1 线性坐标
2.7.2 对数坐标
2.7.3 分贝坐标
习题
第3章 振动测试与信号分析系统的基本特征及误差
3.1 振动测试与信号分析系统的类型
3.1.1 有线式振动信号采集与分析系统
3.1.2 便携式振动信号采集与分析系统
3.1.3 无线式振动测试与信号分析系统
3.1.4 虚拟仪器式信号采集与分析系统
3.1.5 分布式振动信号采集与分析系统
3.1.6 其他分类
3.2 振动测试与信号分析系统的基本特性
3.2.1 静态特性
3.2.2 动态特性
3.3 振动测试与信号分析系统性能指标
3.4 振动测试的误差及分析
习题
第4章 振动信号测试传感器
4.1 振动测量传感器分类
4.1.1 按接收测量电信号的原理分类
4.1.2 按机械接收原理分类
4.1.3 按是否有相对运动分类
4.1.4 按产生电信号的方式分类
4.1.5 按测试的物理量分类
4.2 振动传感器特性参数及一般性能指标
4.2.1 灵敏度
4.2.2 横向灵敏度
4.2.3 分辨率
4.2.4 线性度和使用极限
4.2.5 频率范围
4.2.6 使用环境
4.2.7 传感器的重量和尺寸
4.2.8 一般性能指标
4.3 惯性式传感器的工作原理
4.3.1 位移传感器
4.3.2 速度传感器
4.3.3 加速度传感器
……
第5章 激振设备及信号的生成
第6章 振动传感器及数据采集系统标定
第7章 振动信号采集与数字信号分析基础
第8章 振动信号分析和处理
第9章 结构试验模态分析基本理论
第10章 结构模态试验技术
第11章 结构试验模态参数识别
第12章 振动测试与信号分析的基本试验
第13章 振动测试与信号分析在实际工程中的应用
参考文献