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上篇 测试基础 1

1 绪论 1

1．1本课程的意义 1

前言 1

1．2测试方法的分类及测试系统的组成 2

1．2．1测试方法的分类 2

1．2．2测试系统的组成 3

1．3测试技术的发展 5

1．3．1传感器技术的发展 5

1．3．2计算机测试技术的发展 6

1．4本课程的研究内容 8

思考题与习题 9

2．1信号的分类 10

2 机械测试信号分析与处理 10

2．2信号的描述与分析 12

2．3信号的频谱分析 14

2．3．1周期信号的频谱分析 15

2．3．2非周期信号的频谱分析 18

2．3．3随机信号的频谱分析 22

2．4数字信号处理 24

2．4．1模拟信号的离散化 24

2．4．2离散傅立叶变换（DFT） 27

思考题与习题 28

3 测量装置的基本特性 30

3．1线性定常系统及其性质 30

3．2测量装置的静态特性 31

3．3测量装置的动态特性 34

3．3．1频率响应函数 35

3．3．2理想测量装置的特性 36

3．3．3一阶测量装置的特性 37

3．3．4二阶测量装置的特性 40

3．4测量装置的选用原则 40

思考题与习题 45

4 测量误差分析 46

4．1测量误差 46

4．1．1真值与测量误差 46

4．1．2测量误差分类 47

4．2系统误差的消除 47

4．2．2可变系统误差的消除 48

4．2．1恒定系统误差的消除 48

4．3随机误差分析 49

4．3．1正态分布 50

4．3．2 t分布 51

4．3．3均匀分布 52

4．4测量结果误差的估计 52

4．4．1表征测量结果质量的指标 53

4．4．2不确定度的评定 53

4．4．3直接测量结果的误差估计 55

4．4．4间接测量结果的误差估计 55

4．4．5误差分配与测量方案的选择 56

4．5粗大误差的判定与剔除 57

思考题与习题 59

5 信号的获取与调理 61

5．1传感器 61

5．1．1基本概念 61

5．1．2传感器的基本组成 61

5．1．3传感器的基本特性与标定 61

5．1．4传感器的分类 62

5．2参数式传感器的信号获取与调理 62

5．2．1电阻式传感器及调理电路 62

5．2．2电容式和电感式传感器及调理电路 66

5．2．3信号的调制与解调 71

5．3．1压电式传感器及调理电路 74

5．3发电式传感器的信号获取与调理 74

5．3．2磁电式传感器及调理电路 77

5．3．3光电式传感器 79

5．3．4霍尔传感器 80

5．3．5热电式传感器 81

5．4其它典型的光学传感器 82

5．4．1光纤式传感器 82

5．4．2电荷耦合器件 84

5．5放大与滤波 86

5．5．1信号的放大与转换 86

5．5．2滤波 88

5．6智能传感器 89

思考题与习题 90

6．1概述 91

6 计算机测试技术 91

6．2计算机测试系统的组成技术 92

6．2．1数据的采集与保持 92

6．2．2数模及模数转换技术 95

6．2．3 A/D通道方案的确定 97

6．3智能仪表 100

6．3．1智能仪表概述 100

6．3．2智能仪表的基本组成 102

6．3．3智能仪表的功能模块 105

6．4虚拟仪器 107

6．4．1概述 107

6．4．2 LabVIEW虚拟仪器开发系统 110

6．4．3虚拟仪器设计举例 112

6．5测试系统设计 114

6．5．1测试系统设计的一般步骤 114

6．5．2测试系统抗干扰设计 114

6．5．3计算机测试系统设计实例 116

思考题与习题 120

下篇 实用测试技术 121

7 力、压力和位移测量 121

7．1力传感器及其测量技术 121

7．1．1柱式及筒式测力传感器 121

7．1．1剪切梁式测力传感器 122

7．2压力传感器及其测量技术 122

7．2．1 U形管压力计测量技术 122

7．2．2压电式压力传感器及其测量技术 123

7．2．3压力传感器的标定 124

7．3 位移传感器及其测量技术 126

7．3．1电感式位移测量技术 126

7．3．2涡流式位移测量技术 132

7．3．3电容式位移测量技术 136

思考题与习题 137

8 温度测量 138

8．1温度测量基础 138

8．1．1温度概念 138

8．1．2温度测量基本原理 138

8．1．3常用温度计及其使用范围 139

8．2热电偶测温技术 140

8．2．1热电偶测温基本定律 140

8．2．2热电偶参比端温度补偿 141

8．2．3热电偶的分类 143

8．2．4热电势的测量 146

8．2．5热电偶测温误差分析 148

8．3电阻法测温技术 149

8．3．1电阻法测温原理 149

8．3．2热电阻材料选择 150

8．3．3热电阻种类 151

8．3．4热电阻阻值的测量 154

8．3．5电阻温度计测温误差分析 157

8．4温度仪表的标定 157

8．4．1温度计标定的意义 157

8．4．2温度计标定的基本方法 158

思考题与习题 159

9振动与噪声测量 161

9．1振动测量传感器 161

9．1．1振动位移传感器结构 161

9．1．2振动速度传感器结构 162

9．1．3振动加速度传感器结构 163

9．1．4振动传感器的校准 164

9．2常用振动测量仪器 165

9．2．1测振仪 165

9．2．2前置放大器 166

9．2．3频谱分析仪 166

9．3动态特性测量系统 167

9．3．2稳态正弦激励与随机激励 168

9．3．1脉冲激励 168

9．4噪声测量基础 170

9．4．1噪声测量的主要物理参数 170

9．4．2噪声级的合成 171

9．4．3背景噪声的扣除 172

9．4．4噪声的频谱测量 172

9．4．5噪声的主观评价 173

9．5噪声测量仪器 175

9．5．1传声器 175

9．5．2声级计 176

9．6声功率与声强测量技术 177

9．6．1声功率测量技术 177

9．6．2声强测量技术 178

思考题与习题 179

10 转速与功率测量 181

10．1转速测量 181

10．1．1磁电式、光电式和霍尔式传感器测量转速 181

10．1．2数字式频率计 183

10．1．3闪光测速仪 185

10．1．4机械式转速表 186

10．1．5发电式转速表 187

10．2功率测量 187

10．2．1一般功率测量方法 187

10．2．2扭矩测量 188

10．3测功器在发电机功率测量中的应用 192

10．3．1水力测功器 192

10．3．2电力测功器 194

10．3．3电涡流测功器 196

思考题与习题 200

11 流速与流量测量 202

11．1流速测量方法 202

11．1．1测压管测速 202

11．1．2热线风速仪 206

11．2流量测量方法 209

11．2．1流量测量概述 210

11．2．2容积式流量测量方法 210

11．2．3速度式流量测量方法 212

11．2．4质量流量计 216

11．2．5节流式流量计 217

11．3．1测压管的标定 219

11．3测量装置的标定 219

11．3．3流量计的标定 221

11．3．2热线风速仪的标定 221

思考题与习题 223

12 其它测试技术 225

12．1激光测量技术 225

12．1．1激光测长仪 225

12．1．2激光干涉测振仪 226

12．1．3激光测速仪 226

12．2光纤式传感器测量技术 228

12．3．1固态图像传感器 230

12．3．2固态图像传感器的工程应用 230

12．3固态图像传感器测量技术 230

12．4红外线检测技术 231

12．4．1红外辐射 231

12．4．2红外探测器 232

12．4．3红外测温仪 234

12．4．4红外热像仪 235

12．5超声波检测技术 236

12．5．1无损检测 236

12．5．2超声探伤的工作原理 236

12．5．3超声探伤系统的基本组成 237

12．5．4超声检测技术的发展 238

思考题与习题 238

参考文献 239