新概念动态测试_祖静,马铁华,范锦彪,裴东兴_9787118107753

动态测试的概念源于国际计量局（BIPM）、国际电工委员会（IEC）、国际标准化组织（ISO）、国际法制计量组织（OIML）联合制定的《国际通用计量学基本名词》。其动态测试的定义是量的瞬时值及其随时间变化的值的确定。这个定义中没有限定量的瞬时值及其随时间变化的值是怎样获得的。目前所有有关动态测试的论述都是基于这个定义，并默认测试仪器放置在被测对象或环境之外来获取动态信息，只分析测试仪器对被测动态参量的响应，而不考虑动态环境参量对测试仪器的影响。
然而在现代武器系统测试实践中，必须经常把测试仪器系统放置到被测体内或被测场内，测试仪器系统将受到和被测对象相同的极其强烈的动态环境参量的作用，如高温（瞬时高温可达2000℃以上）、高压（可达1000MPa)、高冲击加速度（可达200000g）、高速（可达2000m/s)。这些动态环境参量对仪器系统的影响不容忽略，甚至会造成仪器系统的损坏。被测过程经常是高瞬态性过程（全过程在毫秒、微秒量级，甚至至纳秒量级，有陡峭的前沿和复杂多变的过程）。并且，武器系统的研究对被测参量的测量精度要求甚高。
针对上述情况，本书提出测试是计量的延伸，动态测试是对瞬态或动态过程变化参量进行实时计量的过程，新概念动态测试是对于这一实时计量过程的综合研究的观点，并在以下5个方面进行了研究：①研究了针对瞬态量精确测量的测试系统静、动态特性设计原理，提出单纯以测试系统幅频特性的不平直度及其在频率域的宽度作为评价系统动态特性优劣的标准不够客观，而应当以该测试系统测量某类具体信号的动态不确定度估计为评价其动态特性的标准；②研究了测试系统（仪器）对被测对象、被测环境及被测过程的适应性设计原理；③研究了仪器系统静、动态特性校准的脉冲校准原理，恶劣环境下应用的仪器系统在模拟应用环境下的溯源性校准的原理和方法，及动态特性准校准原理和方法，环境因子校准等理论和技术，实现了对应用在恶劣环境下的测试系统静、动态不确定度综合评定；④研究了仪器系统在恶劣环境下的存活性问题；⑤研究了多种具体应用场合的测试原理和技术。
本书的研究内容丰富了恶劣环境下信息获取科学，是有关动态测试的一种新概念。仅仅用表达测试仪器放置位置或方式的词（如植入式embeded或弹载式onboard）不能表达其完整内涵。
本书定名为《新概念动态测试》，作为有关动态测试诸多著作的补充。希望在学界同仁中引起批评和争论，得到大家的批评指正，共同为我国动态测试技术的提高做出贡献。
20世纪80年代以来，北京航空航天大学黄俊钦在著作《测试系统动力学》中对测试系统的动力学特性进行了深入分析，南京理工大学朱明武等的两本教材《动态测量原理》、《测试信号处理与分析》，从原理上和信号处理角度对动态测试的基本理论进行了探讨，都对动态测试有指导性的意义。
本书是作者所在科研团队30余年从事武器系统动态测试技术实践与理论研究的总结。本书作者的科研团队从20世纪80年代初开始从事武器系统的动态测试工作，紧跟现代电子技术和微型计算机技术的发展，研究把测试仪器集成微型化为可放置到被测体或被测环境中，在被测对象实际运动的过程中直接测取和记录存储其动态参数的命题。研究了放置于炮膛内直接测取火炮膛压曲线的电子测压蛋（现定名为放入式电子测压器）和放置于发射过程中的弹丸上直接测取弹丸在全弹道动态参数的引信膛内、飞行、终点环境测试技术（后更名为弹载全弹道动态参数快速存储测试装置）等两个项目，获得了成功，分别于20世纪90年代获得国家发明二等奖和三等奖。20世纪80年代末期开展了石油井下高能气体压裂过程动态参数（p-t曲线）测试和导弹实射信息电子存储器智能导弹黑匣子技术研究工作。1990年祖静在中国电子学会主办的第一届电子技术应用研讨会上以《存储测试技术》为题发表公开论文，把这种利用电子存储器组成的、直接放置于被测体或被测环境中、在被测对象实际运动的过程中实时实况地测量和记录其动态参数的测试技术命名为存储测试技术。对它的组成原理、特性等进行了深入探讨，有关理论主要用于研究生和本科生的教学，也发表了一些论文。1995年，由北京理工大学马宝华教授担任导师、祖静教授担任副导师的张文栋（教授）完成了博士学位论文《存储测试系统的设计理论及其应用》，基于信息理论对存储测试系统的设计问题进行了深入分析，首次提出利用数据实时压缩技术实现自适应采样的想法，特别是对在战略导弹上的应用进行了论述，这篇论文获评为1997年全国百篇优秀博士学位论文，随后又撰写了同名的学术著作，在北京高等教育出版社出版发行。20世纪90年代，作者所在科研团队继续深入研究已经开展的科研课题，并开始探讨坦克装甲车辆等封闭体中关重部件动态参数的实时实况测试问题、战斗部爆炸冲击波场及毁伤威力测试问题以及其他一系列的应用课题。存储测试技术逐步在武器的动态测试领域得到广泛应用。
进入21世纪，为更好地满足国防科技对动态测试的更高要求，作者所在科研团队对恶劣环境下动态信息获取原理、恶劣环境下应用的仪器的校准原理、仪器在恶劣环境下的存活性，以及多种具体场合下的测试原理和技术进行了深入研究。在电子测试技术国家级重点实验室拓展提高基金支持下，研制了多种武器动态测试技术研究和校准设备，包括：为研究火炮膛压测试技术的模拟膛压发生器准静态溯源性校准系统；高压传感器动态特性的预加高压的准脉冲校准系统；为战斗部侵彻过程研究的空气炮试验校准系统，系列加速度传感器静、动态特性校准系统；爆炸冲击波测试装置研究和校准的激波管系统；油井测压器准静态校准的模拟油井准静态校准系统等。形成了独特的恶劣环境下应用的仪器系统校准理论和技术装备。基于以上研究，作者提出了新概念动态测试的概念。作者曾多次在国内外有关会议提出这些观点，并于2006年2008年连续三年在美国国家标准局组织的测量科学研讨会（MSC）上发表关于新概念动态测试的论文，并主持该会议的动态参量校准分会场。广泛听取学界对这个名称的意见。本书所提论点都经由作者所在团队及博士研究生从理论上和实践上给以分析和论证。新概念动态测试理论和技术体系得以建立并不断完善，是仪器科学、电子科学、计算机科学、信息科学、兵器科学、力学及物理学等多学科综合发展的结果，是在武器系统极端恶劣环境下对有关动态测试理论的应用，是恶劣环境下的信息获取科学。
本书全部由作者团队和在某个方面有研究的博士编写而成。祖静教授30多年来从事武器动态测试技术研究，长期担任科研团队的学术带头人，提出了相关的学术命题，制定了本书的编写大纲。作者中大部分是祖静教授的学生，本书的自序由祖静教授和马铁华教授写成。
本书第一篇讲述新概念动态测试原理，绪论、第1章新概念动态测试系统的组成原理、第2章新概念动态测试的适应性研究、第3章新概念动态测试的校准技术由祖静教授执笔，第4章高冲击条件下测试装置的存活性研究由徐鹏博士（教授）执笔；第二篇讲述新概念动态测试应用，第5章火炮发射膛压测试和弹底压力测试技术由张瑜博士（副教授）执笔，第6章飞行弹簧全弹道参数测试技术由裴东兴博士（教授）和沈大伟（博士研究生）执笔，第7章高速碰撞侵彻过程测试技术由范锦彪博士（教授）执笔，第8章战斗部爆炸冲击波及其毁伤参数测试技术由杜红棉博士（副教授）和尤文斌博士（副教授）执笔，第9章石油井下动态参数测试技术由崔春生博士、裴东兴博士（教授）执笔，第10章运动机械测试技术由靳鸿博士（教授）、谢锐博士执笔，第11章弹载记录仪（黑匣子）技术由李锦明博士（副教授）执笔。
马铁华博士（教授）现在是本科研团队的负责人，他统编了全书，对全书和每一章都提出了关键性的指导意见，对每一个具体测试项目都提出了有创见性的意见。
承蒙朵英贤、周立伟、方家熊三位中国工程院院士为本书题写序言，从不同角度出发，高屋建瓴，指出书中的创意与不足，使本书增辉。本科研团队深受教益和鼓舞。在此向三位院士表示最崇高的敬意和最深切的谢意。

绪论
0.1 新概念动态测试产生的背景及历史沿革
0.2 新概念动态测试的定义、研究内容及与通常意义上的动态测试的区别
0.3 新概念动态测试的主要测试对象和主要采用的测试技术
0.4 新概念动态测试面对的问题和主要研究课题及特点
0.5 本书的主要内容
0.6 新概念动态测试主要应用情况
参考文献
第一篇新概念动态测试原理
第1章新概念动态测试系统的组成原理
1.1 测试系统的静态特性设计
1.2 动态测试系统的动态特性设计
1.2.1 动态设计模型
1.2.2 被测信号的频率特性估计及最高频率分量的确定
1.2.3 传感器的动态模型
1.2.4 基于运算放大器的放大器的动态模型
1.2.5 模拟滤波器的动态模型
1.2.6 ADC的动态特性
1.2.7 系统的总体动态特性
1.2.8 动态测试系统的动态不确定度估计
1.2.9 举例800MPa放入式电子测压器的动态设计
1.2.10 附录
参考文献
第2章新概念动态测试的适应性研究
2.1 宏观适应性研究
2.1.1 全局性思考测试对象运动过程分析及对测试目的的具体要求的实现
2.1.2 宏观适应性设计举例，测试行为的布局和布设
2.1.3 信号的传输、同步与分离
2.2 采样策略及状态设计方法
2.2.1 触发及正负延迟的实现
2.2.2 采样策略与状态设计方法
2.2.3 采样频率的确定和自适应采样策略的实现
2.2.4 系统增益的自适应问题
2.3 电源控制策略
2.4 微体积、微功耗、微噪声研究
参考文献
第3章新概念动态测试的校准技术
3.1 脉冲校准原理
3.1.1 准动态及动态校准的激励源
3.1.2 脉冲信号的特征
3.1.3 宽脉冲校准准则（准静态校准准则）
3.1.4 窄脉冲校准（准校准动态校准）准则
3.2 模拟应用环境下的溯源性准静态校准
3.2.1 模拟应用环境下校准问题的提出
3.2.2 放入式电子测压器的模拟应用环境下的校准
3.2.3 高速撞击侵徹过程测试仪器的模拟应用环境下的校准
3.2.4 爆炸冲击波场测试仪器的校准问题
3.3 动态特性校准准校准
3.4 环境因子校准
参考文献
第4章高冲击条件下测试装置的存活性研究
4.1 冲击载荷作用下弹体内应力和加速度分布规律分析
4.2 高g值实测加速度信号的信息组成分析
4.3 高g值冲击下弹载测试电路系统的环境应力考核
4.3.1 弹载存储加速度测试电路常用芯片破坏性物理剖析
4.3.2 记录电路模块的抗高g值冲击分析
4.4 高g值冲击下电池的存活性研究
4.5 高g值冲击下弹载电子仪器的缓冲保护
参考文献
第二篇新概念动态测试应用
第5章火炮发射膛压测试和弹底压力测试技术
5.1 膛压测量的特点及方法
5.1.1 膛压测量的特点
5.1.2 膛压测量方法
5.2 膛压信号的时域和频域特征
5.2.1 典型膛压信号的时域特征
5.2.2 典型膛压信号的频域特征
5.3 放入式电子测压器设计
5.3.1 系统功能
5.3.2 22cm3放入式电子测压器的主要技术指标
5.3.3 组成及工作原理
5.3.4 放入式电子测压器的静、动态设计
5.4 模拟应用环境下的准静态校准技术
5.4.1 基于压力曲线上升沿的校准方法
5.4.2 校准方法的合理性论证
5.4.3 校准数据处理方法
5.4.4 校准数据分析
5.5 放入式电子测压器的动态特性校准
5.6 放入式电子测压器的可靠性试验
5.6.1 可靠性指标
5.6.2 倒置开关的可靠性试验
5.7 弹底压力测试问题
5.7.1 弹底压力测试系统的结构
5.7.2 压力传感器加速度灵敏度系数的校准
5.7.3 弹底压力数据的解算
参考文献
第6章弹箭全弹道参数测试技术
6.1 弹丸及引信在全弹道过程的力学分析
6.1.1 火炮、弹丸及引信的模态分析
6.1.2 膛内动态环境参量
6.1.3 后效动态环境参量
6.1.4 飞行动态环境参量
6.1.5 侵彻动态环境参量
6.2 全弹道测试技术通论
6.2.1 全弹道测试特点
6.2.2 测试系统的设计原则
6.2.3 测试系统的总体设计
6.3 内弹道和中间弹道参数测试及数据处理
6.3.1 测试目的及要求
6.3.2 内弹道和中间弹道参数测试系统的设计
6.3.3 测试数据及数据处理
6.4 外弹道参数的测试
6.4.1 测试目的及要求
6.4.2 外弹道参数测试系统的设计
6.4.3 测试数据及数据处理
6.5 终点弹道参数的测试
6.6 弹载测试装置的回收与数据传输问题研究
6.6.1 弹载测试装置的回收方法
6.6.2 无线遥测方法
参考文献
第7章高速撞击侵彻过程测试技术
7.1 高速撞击侵彻过程测试原理
7.1.1 不同硬目标侵彻加速度信号的特征及处理原则
7.1.2 高g值加速度传感器的选择与安装
7.1.3 高g值加速度测试仪设计原理
7.2 高g值加速度测试关键技术
7.2.1 高g值加速度测试仪可靠性技术
7.2.2 高g值加速度测试仪存活性技术
7.3 高g值加速度测试校准技术
7.3.1 冲击灵敏度的溯源性校准
7.3.2 频率响应特性的校准
7.4 高g值加速度测试技术的应用
7.4.1 高g值加速度信号测试实践
7.4.2 高g值加速度信号的处理原则
7.4.3 高g值加速度实测数据的处理实例
参考文献
第8章战斗部爆炸冲击波及其毁伤参数测试技术
8.1 空中爆炸冲击波传播特性
8.1.1 爆炸冲击波传播规律
8.1.2 爆炸冲击波参数估计方法
8.2 冲击波信号分析
8.2.1 信号分析
8.2.2 测试系统所处环境分析
8.2.3 冲击波超压测试的相关国军标
8.3 冲击波测试系统动态特性设计
8.3.1 传感器的静、动态特性及选择原则
8.3.2 信号调理电路设计原理
8.4 冲击波测试系统的校准问题
8.4.1 爆炸冲击波测试系统的静态校准或准静态校准
8.4.2 冲击波测试系统灵敏度的激波管校准法
8.4.3 测量爆炸冲击波场用（掠入式）测试装置结构的校准研究
8.5 爆炸冲击波测试数据处理方法
8.5.1 冲击波测试数据的滤波处理
8.5.2 最小二乘指数拟合
8.6 爆炸冲击波测试及爆炸毁伤测试系统的布局和设计
8.6.1 空旷场地爆炸试验时冲击波测试系统布局和布设
8.6.2 陆地上有限空间内的爆炸试验测试系统的布局和布设
8.6.3 海上舰船毁伤试验测试系统设计
参考文献
第9章油、气井下射孔压裂动态参数测试技术
9.1 动态完井技术简介及井下动态参数测试要求
9.1.1 射孔过程简介
9.1.2 高能气体压裂
9.1.3 井下恶劣测试环境分析动态参数测试要求
9.2 井下动态参数信号特征
9.2.1 射孔器内信号分析
9.2.2 射孔器内压力信号模型
9.2.3 复合射孔/压裂过程环空压力信号理论分析
9.3 井下动态多参数测试系统设计
9.3.1 系统总体设计
9.3.2 耐恶劣环境结构设计
9.3.3 环空多参数系统设计
9.4 测试系统可靠性技术
9.4.1 射孔器内动压测试系统防护
9.4.2 电路抗高冲击强化灌封技术
9.5 复合恶劣环境下校准技术研究
9.5.1 恶劣环境引起的误差
9.5.2 模拟井下温度压力环境模拟油井准静态校准技术研究
9.6 井下动态参数实测与分析
9.6.1 复合射孔/高能气体压裂的关键参量
9.6.2 井下实测与典型数据分析
9.6.3 井下动压实测曲线规律总结
参考文献
第10章特殊环境下运动机械动态参数测试技术
10.1 测试对象、环境及测试性分析
10.1.1 测试对象特性分析
10.1.2 测试环境特征
10.1.3 部件的功能融合
10.2 测试技术应用现状
10.2.1 存储测试技术的应用
10.2.2 近场（程）遥测技术的发展和应用能源和信号的传输
10.2.3 工况测试的控制方法
10.3 高速旋转轴扭矩测试方法研究
10.3.1 旋转部件上无引线测试技术的探索
10.3.2 关键技术及解决途径
10.3.3 仿真及实验
10.4 紧凑空间的动态参数测试技术及应用
10.4.1 基于SoC的模块集成
10.4.2 集成模块选择与优化
10.4.3 存储测试SoC
10.4.4 车辆微型应力测试仪
10.4.5 仿真及实验
10.5 动力舱多参数测试技术及应用
10.5.1 测试系统的拓扑结构
10.5.2 中心控制单元设计
10.5.3 数字化传感单元设计
10.5.4 光纤传输网络构成
10.5.5 调试与实验
10.5.6 总线接口设计
参考文献
第11章弹载记录仪（黑匣子）测试技术
11.1 黑匣子简介
11.2 黑匣子总体设计技术
11.2.1 功能设计
11.2.2 可靠性设计
11.2.3 黑匣子回收定位设计技术
11.2.4 黑匣子可靠保护设计技术
11.3 黑匣子校准技术
11.4 数据黑匣子设计应用实例
11.4.1 设计描述
11.4.2 设计要求
11.4.3 硬件系统组成
11.4.4 数据编码
11.4.5 软件描述
11.4.6 存储模块的防护
11.4.7 可靠性
11.4.8 环境试验
11.4.9 实测数据
参考文献

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