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第一部分 测试技术的理论基础 3

1 绪论 3

1.1 测试技术的发展与研究的内容 3

1.2 测量的本质和基本前提 5

1.3 标准及其单位 6

1.3.1 国际单位制及其基本单位 6

1.3.2 国际单位制的导出单位 7

1.3.3 单位的十进制倍数和小数 9

习题 9

2 测试信号分析与处理 10

2.1 信号与测试系统 10

2.2 信号描述 11

2.2.1 信号的定义 12

2.2.2 信号的分类 12

2.2.3 信号的时域和频域描述方法 17

2.2.4 周期信号的频域描述 18

2.2.5 周期信号的功率 27

2.2.6 非周期信号的频域描述 29

2.2.7 随机信号描述 56

2.3 数字信号处理 75

2.3.1 离散傅里叶变换 76

2.3.2 离散傅里叶变换的性质 81

2.3.3 采样定理 82

2.3.4 泄漏与加窗处理 85

2.3.5 栅栏效应 87

2.3.6 快速傅里叶变换 90

习题 98

3 测试系统特性分析 101

3.1 概述 101

3.2 测量误差 102

3.3 测试系统的静态特性 103

3.4 测试系统的动态特性 105

3.4.1 线性系统的数学描述 106

3.4.2 用传递函数或频率响应函数描述系统的传递特性 107

3.5 测试系统实现精确测量的条件 126

3.6 测试系统的负载效应 128

3.6.1 负载效应 128

3.6.2 一阶系统的互联 129

3.6.3 二阶系统的互联 131

习题 135

4 被测量的获取 137

4.1 被测量获取的基本概念 137

4.2 传感器的分类 138

4.3 电阻式传感器 140

4.3.1 工作原理 140

4.3.2 滑动触点式变阻器 141

4.3.3 应变式传感器 143

4.4 电阻式温度计 149

4.5 热敏电阻 151

4.6 电感式传感器 152

4.6.1 自感式传感器 153

4.6.2 互感式传感器 160

4.6.3 磁弹性测力传感器 164

4.6.4 压磁式互感传感器 165

4.7 电容式传感器 167

4.7.1 间隙变化型电容传感器 167

4.7.2 面积变化型电容传感器 168

4.7.3 介质变化型电容传感器 170

4.8 压电传感器 174

4.8.1 压电效应 175

4.8.2 压电传感器工作原理及测量电路 178

4.8.3 压电传感器的应用 182

4.9 磁电式传感器 189

4.9.1 动圈式和动铁式传感器 189

4.9.2 磁阻式传感器 192

4.9.3 涡流-磁电式相对加速度传感器 192

4.10 光电传感器 193

4.10.1 外光电效应 193

4.10.2 内光电效应 196

4.10.3 光生伏打效应 200

4.10.4 光电器件的应用 201

4.11 气敏传感器 203

4.12 固态图像传感器 205

4.13 霍尔传感器 209

4.13.1 作用原理 209

4.13.2 霍尔效应的应用 211

4.14 光纤传感器 213

4.14.1 光纤基本原理 214

4.14.2 光纤传感器的结构及特性 218

4.15 微型传感器 222

4.1 5.1 MEMS技术与微型传感器 222

4.1 5.2 压阻式微型传感器 223

4.1 5.3 电容式微型传感器 228

4.1 5.4 电感式微型传感器 231

4.1 5.5 热敏电阻式微型传感器 231

4.1 5.6 隧道效应式传感器 231

习题 233

5 测试信号的转换与调理 235

5.1 电桥 235

5.1.1 直流电桥 235

5.1.2 交流电桥 238

5.1.3 变压器式电桥 241

5.1.4 电桥使用中应注意的问题 242

5.2 调制与解调 244

5.2.1 幅值调制与解调 245

5.2.2 频率调制与解调 254

5.3 滤波 258

5.3.1 概述 258

5.3.2 滤波器的一般特性 262

5.3.3 滤波器类型 265

5.3.4 滤波器的综合运用 272

5.3.5 其他种类的滤波 280

5.4 模拟／数字转换器 281

5.4.1 量化 281

5.4.2 A/D转换器 282

5.4.3 抗混滤波器 285

习题 286

6 信号的输出 288

6.1 概述 288

6.2 信号输出的形式及分类 288

6.3 显示和指示类信号输出 289

6.3.1 模拟指示 289

6.3.2 数码显示 292

6.3.3 图视显示 297

6.4 记录类信号输出 302

6.4.1 硬拷贝记录 302

6.4.2 模拟记录 304

6.4.3 数字记录 311

习题 314

7 虚拟测试系统 315

7.1 概述 315

7.2 虚拟仪器的概念 316

7.3 虚拟仪器的演变与发展 317

7.3.1 计算机是动力 317

7.3.2 软件是关键 317

7.4 VI的构成 318

7.5 虚拟仪器图形化语言LabVIEW 319

7.5.1 LabVIEW应用程序 320

7.5.2 LabVIEW操作模板 321

7.6 基于Web的虚拟仪器 325

7.6.1 基于Web的VI概述 325

7.6.2 主要软件技术 326

7.6.3 Web服务器 327

7.6.4 实例 327

习题 328

第二部分 典型物理量的测试技术和应用 331

8 力及其导出量的测量 331

8.1 概述 331

8.2 基本测力方法 332

8.3 测力传感器 334

8.3.1 弹性力传感器 335

8.3.2 应变片力传感器 336

8.3.3 电感式力传感器 341

8.3.4 电容式力传感器 341

8.3.5 磁弹性力传感器 342

8.3.6 压电力传感器 343

8.3.7 振弦式力传感器 344

8.4 转矩测量 344

8.4.1 应变片转矩传感器 345

8.4.2 电感式转矩传感器 345

8.4.3 振弦式转矩传感器 346

习题 346

9 振动测量 348

9.1 概述 348

9.2 机械振动的电测法及测试系统的构成 349

9.3 单自由度系统的受迫振动 350

9.3.1 作用在系统质量块上的力引起的受迫振动 350

9.3.2 由系统的基础运动引起的受迫振动 352

9.3.3 隔振 354

9.4 测振传感器 356

9.4.1 磁电式速度传感器 356

9.4.2 涡流位移传感器 356

9.4.3 电感式振动传感器 357

9.4.4 电阻式振动传感器 358

9.4.5 电容式加速度传感器 358

9.4.6 压电加速度传感器 359

9.4.7 磁致伸缩式振动传感器 360

9.4.8 激光速度传感器 360

9.4.9 频闪测速法 361

9.4.10 超声波传感器 362

9.5 激振器 363

9.5.1 力锤 363

9.5.2 机械惯性式激振器 364

9.5.3 电动力式激振器 364

9.5.4 液压式激振台 366

9.6 测振仪器的校准 367

9.6.1 绝对校准法 367

9.6.2 相对校准法 370

习题 371

10 温度的测量 372

10.1 温标的定义 372

10.2 温标的复制 373

10.2.1 水的冰点 374

10.2.2 水的三相点 374

10.2.3 水的沸点 375

10.3 温度传感器 375

10.3.1 接触式温度计 375

10.3.2 辐射式温度计 391

10.3.3 红外辐射检测 397

10.3.4 红外探测器 398

10.3.5 红外检测应用 398

10.3.6 红外凝视显微镜 402

10.4 温度测量装置的标定 403

习题 403

11 流量的测量 405

11.1 流体的特征 405

11.2 不同的流量测量方法及仪器 406

11.2.1 节流式流量计 406

11.2.2 可变面积式流量计（转子流量计） 412

11.2.3 涡轮式流量计 413

11.2.4 磁流量计 415

11.2.5 椭圆轮流量计 415

11.2.6 旋转活塞式气体流量计 417

11.2.7 叶轮流量计 418

11.2.8 涡流式流量计（卡尔曼涡街，涡频流量计） 418

11.2.9 流速的测量 419

11.2.10 超声波流量测量 427

11.2.11 哥氏力质量流量测量法 430

11.3 流体可视化技术 432

习题 435

12 声学的测量 436

12.1 概述 436

12.2 声音的特征 438

12.3 基本声学参数 440

12.3.1 声压 440

12.3.2 声压级 440

12.3.3 声功率、声强和声功率级 442

12.3.4 声压级的合成 442

12.4 心理声学关系 444

12.5 声音的测量 446

12.5.1 传声器（麦克风） 446

12.5.2 声级计 451

12.5.3 声音信号的频谱分析 452

12.6 工业和环境噪声的测量与分析 453

12.6.1 等效声级Leq 453

12.6.2 声强的测量 454

12.6.3 声压的测量 455

12.7 声学测量中应注意的几个问题 457

12.8 声学测量仪器的标定 457

12.9 结束语 459

习题 459

参考文献 461