设备信息系统工程学

本书从系统的角度介绍了机械设备的信息获取、传输和处理中的相关理论和技术，主要包括设备信息的获取与传输、数据预处理方法、动态信号的常用分析方法、统计分析方法、常见故障的特征信息与提取方法、连杆-关节类设备的姿态分析方法等。同时，书中列举多个示例，以进一步说明信息系统开发、设备故障特征研究、信号分析的适用性方法设计的基本思路等。在传感器、A/D转换器等方面，本书突出原理和应用方法，并尽量减少产品介绍性质的文字。在数据处理和信号分析方面，本书以实际应用为导向，突出数学公式的物理意义，公式推导过程简洁。本书适用于机械工程和相关领域的工程技术与科研人员，也可作为本科高年级学生、研究生的教材和参考读物。

第1章 绪论
1.1 信息与信息系统
1.1.1 信息
1.1.2 数据、信号与信息
1.1.3 信息系统
1.2 设备信息系统
1.2.1 设备信息的主要类型
1.2.2 设备信息系统的作用
1.2.3 设备信息处理
第2章 设备信息的获取与传输
2.1 常用的设备信号
2.1.1 振动信号
2.1.2 噪声信号
2.1.3 温度
2.1.4 时间
2.2 传感器简介
2.2.1 传感器的常用性能指标
2.2.2 常用传感器
2.2.3 MIEMS传感器
2.3 数据采集与传输
2.3.1 A／D转换器的基本功能和常用指标
2.3.2 A／D转换器的类别
2.3.3 A／D转换器示例
2.3.4 数据采集卡
2.4 常用数据传输途径
2.4.1 总线
2.4.2 常用串行总线
2.4.3 常用无线通信模块
2.5 系统开发示例
2.5.1 硬件系统总体结构
2.5.2 软件系统组成
第3章 数据预处理方法
3.1 异常点检测
3.1.1 3σ准则法
3.1.2 箱线图法
3.2 波形平滑
3.3 均值与趋势项
3.3.1 去均值
3.3.2 去除线性趋势项
第4章 动态信号的常用分析方法
4.1 内积与卷积
4.1.1 内积
4.1.2 完备正交函数集与正交分解
4.1.3 卷积
4.2 傅里叶分析
4.2.1 傅里叶级数
4.2.2 傅里叶变换
4.2.3 时域有限信号的傅里叶分析
4.2.4 时域有限离散信号与离散傅里叶变换
4.2.5 傅里叶分析的主要性质
4.2.6 倒频谱
4.3 时频分析
4.3.1 非平稳信号
4.3.2 短时傅里叶变换
4.3.3 S变换
4.3.4 小波变换
4.4 希尔伯特变换与窄带信号处理
4.4.1 窄带信号
4.4.2 希尔伯特变换
4.4.3 瞬时频率与包络
4.5 经验模态分解
4.5.1 本征模函数
4.5.2 分解步骤
4.5.3 希尔伯特-黄变换(HHT)
4.6 δ函数
4.6.1 δ函数的定义
4.6.2 δ函数的频谱
4.6.3 周期脉冲序列
第5章 统计分析方法
5.1 常用统计值
5.1.1 时域统计值
5.1.2 频域统计值
5.2 概率密度
5.2.1 概率密度的数值计算
5.2.2 信息熵
5.2.3 最小错误率贝叶斯决策
5.3 相关分析
5.3.1 相关的定义
5.3.2 互相关与自相关
5.3.3 相关分析的数值计算
5.4 主元分析
5.4.1 高维特征集
5.4.2 主元分析原理
5.4.3 应用简例
5.5 聚类分析
5.5.1 相似性判据
5.5.2 聚类准则
5.5.3 分级聚类法
5.5.4 C均值聚类法
第6章 常见故障的特征信息与提取方法
6.1 设备状态与特征
6.1.1 关于设备状态
6.1.2 故障特征分析
6.2 典型零部件故障特征
6.2.1 轴系常见故障
6.2.2 齿轮故障
6.2.3 滚动轴承故障
6.2.4 滑动轴承故障
6.2.5 螺栓松动
6.3 瞬态信号提取方法
6.3.1 谱峭度法
6.3.2 极值点概率密度法
6.3.3 信号显著性法
6.3.4 实测冲击响应法
6.4 包络的提取与应用
6.4.1 关于包络
6.4.2 包络谱
6.4.3 谱包络
6.4.4 包络相关
6.5 实例说明
6.5.1 螺栓松动的一种识别方法
6.5.2 焊缝裂纹故障的特性分析
第7章 连杆-关节类设备的姿态分析方法
7.1 连杆-关节类设备
7.1.1 结构特点
7.1.2 常见故障与诊断难点
7.1.3 姿态与姿态测试
7.2 姿态描述与解算简介
7.2.1 姿态描述方法1——欧拉角法
7.2.2 姿态描述方法2——四元数法
7.2.3 姿态解算的互补滤波法
7.3 示例一：游梁式抽油机姿态测试与分析
7.3.1 游梁式抽油机简介
7.3.2 试验测试
7.3.3 姿态分析
7.4 示例二：串联机械臂姿态测试与分析
7.4.1 测试目的与方法
7.4.2 姿态特性的统计分析
参考文献