第一部分测试技术的理论基础

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6

1.3标准及其单位7

1.3.1国际单位制及其基本单位7

1.3.2国际单位制的导出单位8

1.3.3单位的十进制倍数和小数10

习题11

2测试信号分析与处理12

2.1信号与测试系统12

2.2信号描述13

2.2.1信号的定义14

2.2.2信号的分类15

2.2.3信号的时域和频域描述方法20

2.2.4周期信号的频域描述21

2.2.5周期信号的功率30

2.2.6非周期信号的频域描述33

2.2.7随机信号描述65

2.3数字信号处理88

2.3.1离散傅里叶变换89

2.3.2离散傅里叶变换的性质95

2.3.3采样定理96

2.3.4泄漏与加窗处理99

2.3.5栅栏效应102

2.3.6快速傅里叶变换105

习题114

3测试系统特性分析118

3.1概述118

3.2测量误差119

3.3测试系统的静态特性120

3.4测试系统的动态特性123

3.4.1线性系统的数学描述123

3.4.2用传递函数或频率响应函数描述系统的传递特性125

3.5测试系统实现精确测量的条件148

3.6测试系统的负载效应151

3.6.1负载效应151

3.6.2一阶系统的互联153

3.6.3二阶系统的互联155

习题159

4被测量的获取161

4.1被测量获取的基本概念161

4.2传感器的分类162

4.3电阻式传感器165

4.3.1工作原理165

4.3.2滑动触点式变阻器165

4.3.3应变式传感器168

4.4电阻式温度计176

4.5热敏电阻178

4.6电感式传感器179

4.6.1自感式180

4.6.2互感式188

4.6.3磁弹性测力传感器193

4.6.4压磁式互感传感器195

4.7电容式传感器196

4.7.1间隙变化型196

4.7.2面积变化型198

4.7.3介质变化型200

4.8压电传感器205

4.8.1压电效应205

4.8.2压电传感器工作原理及测量电路210

4.8.3压电传感器的应用215

4.9磁电式传感器222

4.9.1动圈式和动铁式传感器223

4.9.2磁阻式传感器226

4.9.3涡流\|磁电式相对加速度传感器227

4.10光电传感器227

4.10.1外光电效应228

4.10.2内光电效应231

4.10.3光生伏打效应236

4.10.4光电器件的应用237

4.11气敏传感器239

4.12红外辐射检测242

4.12.1红外辐射242

4.12.2红外探测器243

4.12.3红外检测应用244

4.13固态图像传感器249

4.14霍尔传感器254

4.14.1作用原理254

4.14.2霍尔效应的应用256

4.15光纤传感器259

4.15.1光纤基本原理259

4.15.2光纤传感器结构及特性265

*4.16微型传感器269

4.16.1MEMS技术与微型传感器269

4.16.2压阻式微型传感器271

4.16.3电容式微型传感器277

4.16.4电感式微型传感器281

4.16.5热敏电阻式微型传感器282

4.16.6隧道效应式传感器283

习题285

5测试信号的转换与调理288

5.1电桥288

5.1.1直流电桥288

5.1.2交流电桥292

5.1.3变压器式电桥295

5.1.4电桥使用中应注意的问题296

5.2调制与解调299

5.2.1幅值调制与解调300

5.2.2频率调制与解调310

5.3滤波316

5.3.1概述316

5.3.2滤波器的一般特性320

5.3.3滤波器类型324

5.3.4滤波器的综合运用332

5.3.5其他种类的滤波341

5.4模拟/数字转换器342

5.4.1量化342

5.4.2A/D转换器343

5.4.3抗混滤波器347

5.4.4数字/模拟（D/A）转换器349

习题351

6信号的输出354

6.1概述354

6.2信号输出的形式及分类355

6.3显示和指示类信号输出355

6.3.1模拟指示356

6.3.2数码显示358

6.3.3图视显示364

6.4记录类信号输出375

6.4.1硬拷贝记录376

6.4.2模拟记录380

6.4.3数字记录389

习题392

*7虚拟测试系统393

7.1概述393

7.2虚拟仪器的概念394

7.3虚拟仪器的演变与发展395

7.3.1计算机是动力395

7.3.2软件是关键396

7.4VI的构成397

7.5虚拟仪器图形化语言LabVIEW398

7.5.1LabVIEW应用程序399

7.5.2LabVIEW操作模板400

7.6基于Web的虚拟仪器405

7.6.1基于Web的VI概述405

7.6.2主要软件技术406

7.6.3Web服务器407

7.6.4实例408

习题409

第二部分典型测试技术的应用

8力及其导出量的测量413

8.1概述413

8.2基本测力方法414

8.3测力传感器417

8.3.1弹性力传感器417

8.3.2应变片力传感器419

8.3.3电感式力传感器424

8.3.4电容式力传感器425

8.3.5磁弹性力传感器426

8.3.6压电力传感器427

8.3.7振弦式力传感器428

8.4转矩测量429

8.4.1应变片转矩传感器429

8.4.2电感式转矩传感器430

8.4.3振弦式转矩传感器430

习题431

9振动测量432

9.1概述432

9.2机械振动的电测法及测试系统的构成433

9.3单自由度系统的受迫振动435

9.3.1作用在系统质量块上的力引起的受迫振动435

9.3.2由系统的基础运动引起的受迫振动437

9.4测振传感器439

9.4.1磁电式速度传感器440

9.4.2涡流位移传感器440

9.4.3电感式振动传感器441

9.4.4电阻式振动传感器442

9.4.5电容式加速度传感器443

9.4.6压电加速度传感器444

9.4.7磁致伸缩式振动传感器444

9.4.8激光速度传感器445

9.4.9频闪测速法446

9.5激振器447

9.5.1力锤447

9.5.2机械惯性式激振器447

9.5.3电动力式激振器448

9.5.4液压式激振台451

9.6测振仪器的校准452

9.6.1绝对校准法452

9.6.2相对校准法456

习题457

10温度的测量458

10.1温标的定义458

10.2温标的复制460

10.2.1水的冰点460

10.2.2水的三相点460

10.2.3水的沸点461

10.3温度传感器462

10.3.1接触式温度计462

10.3.2辐射式温度计481

习题487

11流量的测量489

11.1流体的特征489

11.2不同的流量测量方法及仪器491

11.2.1节流式流量计491

11.2.2可变面积式流量计（转子流量计）497

11.2.3涡轮式流量计499

11.2.4磁流量计501

11.2.5椭圆轮流量计502

11.2.6旋转活塞式气体流量计503

11.2.7叶轮流量计505

11.2.8涡流式流量计（卡尔曼涡街，涡频流量计）505

11.2.9流速的测量507

11.2.10超声波流量测量516

11.2.11哥氏力质量流量测量法520

习题522

*12声学的测量524

12.1概述524

12.2声音的特征526

12.3基本声学参数529

12.3.1声压529

12.3.2声压级530

12.3.3声功率、声强和声功率级531

12.3.4声压级的合成532

12.4心理声学关系534

12.5声音的测量537

12.5.1传声器（麦克风）537

12.5.2声级计543

12.5.3声音信号的频谱分析544

12.6工业和环境噪声的测量与分析545

12.6.1等效声级Leq545

12.6.2声强的测量547

12.6.3声压的测量548

12.7声学测量中应注意的几个问题550

12.8声学测量仪器的标定551

12.9结束语553

习题553

参考文献5552100433B

本书是根据清华大学机械工程学院平台课“测试与检测技术基础”的教学大纲编写的一本有关测试技术理论与应用的教材。全书分两大部分，共12章。第一部分共7章，主要介绍测试技术的理论基础，内容包括：绪论，测试信号分析与处理，测试系统特性分析，被测量的获取，测试信号的转换与调理，信号的输出，虚拟测试系统。第二部分共5章，主要介绍力及其导出量、振动、温度、流量和声学的测量。

本书可作为高等院校机械、仪器、测控、自动化、信息等专业的教材，也可作为工程技术人员的专业参考书。

本书介绍了工程测量的基础知识，工程信号常用分析方法及可测性，测试系统的基本特性，计算机测试技术，光电测量技术等。

1测量的基础知识

1.1测试技术的内涵及任务

1.2测量的基本概念

1.2.1直接测量

1.2.2间接测量

1.3标准

1.3.1SI的构成

1.3.2SI基本单位

1.4测试系统的基本要求及特性

1.4.1测试系统的基本要求

1.4.2测试系统的基本特性

1.5非电量电测系统的组成

1.6测试技术的发展方向

1.7本书特点及教学目的

习题

2工程信号描述及其分析方法

2.1概述

2.2工程信号的分类

2.2.1确定性信号

2.2.2随机信号

2.3周期信号描述

2.3.1周期信号的分解和频谱

2.3.2周期信号的可测性分析

2.4时限信号（瞬态信号）描述

2.4.1时限信号的分解和频谱

2.4.2时限信号与周期信号的异同点

2.4.3时限信号的可测性分析

2.5随机信号描述

2.5.1随机信号的特征参数

2.5.2随机信号的特征估计

2.6信号分析方法的应用

2.6.1信号相关的物理解释和工程应用

2.6.2功率谱的应用

2.7典型激励信号描述

2.7.1冲激函数及其谱分析

2.7.2单位阶跃信号及其谱分析

2.7.3单位斜坡信号及其频谱

习题

3测试系统的基本特性

3.1概述

3.2测试特性的获得

3.2.1端点连线法

3.2.2最小二乘法

3.3测试系统的静态特性

3.3.1灵敏度

3.3.2量程及测量范围

3.3.3非线性

3.3.4迟滞性

3.3.5重复性

3.3.6准确度

3.3.7分辨率

3.3.8漂移

3.4测试系统的动态特性

3.4.1动态参数测试的特殊问题

3.4.2测试系统的数学模型

3.5测试系统的动态特性分析

3.5.1典型系统的频率响应

3.5.2典型激励的系统瞬态响应

3.6测试系统无失真测试条件

3.7测试系统的动态特性参数获取方法

3.8动态误差修正

3.8.1频域修正方法

3.8.2时域修正方法

习题

4计算机测试技术

4.1概述

4.1.1智能测量仪器

4.1.2计算机自动测试系统

4.1.3计算机数据处理

4.2采样

4.2.1采样过程

4.2.2采样定理

4.2.3量化

4.3计算机辅助测试技术中的接口技术

4.3.1概述

4.3.2RS-232C标准接口总线

4.3.3GPIB标准接口总线

4.4总线系统

4.4.1VXI总线系统

4.4.2PXI总线系统

4.5虚拟仪器系统

4.5.1概述

4.5.2虚拟仪器的结构及特点

4.5.3虚拟仪器的系统组成

4.5.4VXIplug&play

4.5.5虚拟仪器软件开发平台

4.6计算机辅助测试系统及其应用

4.6.1多通道数据采集系统

4.6.2微型计算机在火箭发动机测试中的应用

习题

5测试结果及误差分析

5.1概述

5.2实验数据的表示方法

5.2.1表格法

5.2.2图解法

5.2.3经验公式

5.2.4有效数字及数据修约

5.3回归分析及其应用

5.3.1一元线性回归

5.3.2多元线性回归

5.3.3非线性回归

5.3.4回归分析应用举例

5.4误差的定义及分类

5.4.1误差的概念

5.4.2误差的分类

5.4.3误差的表示方法

5.4.4表征测量结果质量的指标

5.5不确定度评定的基本知识

5.5.1有关不确定度的术语

5.5.2产生测量不确定度的原因和测量模型

5.6标准不确定度的A类评定

5.6.1单次测量结果试验标准差与平均值试验标准差

5.6.2最小二乘法

5.6.3不确定度A类评定的独立性

5.6.4A类不确定度评定的自由度和评定度

5.7标准不确定度的B类评定

5.7.1B类不确定度评定的信息来源

5.7.2B类不确定度的评定方法

5.7.3B类标准不确定度评定的流程

5.8合成标准不确定度的评定

5.8.1输入量不相关时不确定度的合成

5.8.2输入量相关时不确定度的合成

5.8.3合成标准不确定度的自由度

5.8.4合成不确定度的计算流程

5.9扩展不确定度的评定及报告形式

5.9.1扩展不确定度的评定

5.9.2测量不确定度的报告与表示

习题

6信号调理电路及指示记录装置

6.1滤波器

6.1.1滤波器分类

6.1.2理想滤波器

6.1.3实际滤波器

6.1.4模拟滤波器的应用

6.1.5常用数字滤波器

6.2信号放大电路

6.3调幅解调

6.3.1调幅与解调原理

6.3.2调幅波的波形失真

6.3.3典型调幅波及其频谱

6.4调频解调

6.4.1调频波及其频谱

6.4.2直接调频与鉴频

6.4.3应用举例

6.5记录仪器

6.5.1磁带记录仪

6.5.2瞬态波形记录分析仪

习题

7应变电测技术

7.1电阻应变片

7.1.1电阻应变片的结构和工作原理

7.1.2电阻应变片的种类、材料和参数

7.1.3应变片的黏贴

7.2电阻应变片的温度误差及补偿

7.2.1温度误差及其产生原因

7.2.2温度补偿方法

7.3电阻应变片的信号调理电路

7.3.1直流电桥

7.3.2交流电桥

7.3.3等臂对称电桥的“相邻相减、相对相加”特性

7.4电阻应变仪

7.4.1电阻应变仪的分类及其特点

7.4.2载波放大式应变仪的组成及工作原理

7.4.3电标定及电标定桥

7.4.4常用电阻应变仪主要电路的特点

7.5测量中应变片的排列与接桥

7.5.1应变式传感器

7.5.2各种载荷测量中应变片的排列和连桥

7.6应力与应变测量

7.6.1单向应力状态

7.6.2主应力方向已知的平面应力状态

7.6.3主应力方向未知的平面应力状态

习题

8压电测量技术

8.1压电式传感器的工作原理

8.1.1压电效应

8.1.2压电常数和表面电荷的计算

8.1.3压电元件的基本变形

8.2压电材料

8.2.1石英压电晶体

8.2.2压电陶瓷

8.2.3压电元件常用结构形式

8.3压电式传感器的等效电路

8.4压电式传感器的信号调节电路

8.4.1电压放大器（阻抗变换器)

8.4.2电荷放大器

8.5压电式传感器的应用

8.5.1压电式测力传感器

8.5.2压电式加速度传感器

8.5.3压电阻抗头

8.6压电式传感器的误差

8.7常用压电测量仪器简介

8.7.15011B型电荷放大器

8.7.2拉、压力的石英力传感器

8.7.3三分量力传感器

习题

9光电测量技术

9.1光源

9.2光电器件

9.2.1外光电效应的光电器件

9.2.2内光电效应的光电器件

9.2.3光电耦合器件

9.2.4电荷耦合器件

9.2.5光电位置敏感器件

9.3光纤传感器

9.3.1光纤的结构和传输原理

9.3.2几种常用的光纤传感器

9.4红外传感器

9.4.1红外辐射

9.4.2红外探测器

9.5光栅

9.6光电编码器

9.7光电应用举例

习题

10温度测量技术

10.1概述

10.2测温法分类及仪器设备

10.3热电偶

10.3.1热电效应及测温原理

10.3.2热电回路的基本定律

10.3.3热电偶的种类

10.3.4热电偶的冷端温度补偿

10.3.5热电偶的实用测温电路

10.3.6温度测量的动态误差修正

10.4热电阻温度计

10.4.1金属丝热电阻

10.4.2热敏电阻

10.5温度测量应用举例

习题

11噪声测量技术

11.1噪声测试的物理学基本知识

11.1.1声波、声速和波长

11.1.2声波、声场和波阵面

11.1.3声压、声强和声功率

11.1.4声级和分贝

11.2人对噪声的主观量度

11.2.1响度与响度级

11.2.2声级计的计权网络、A声级

11.2.3等效连续声级

11.2.4噪声评价曲线

11.3噪声测量仪器

11.3.1传声器

11.3.2声级计

11.3.3噪声分析仪

11.4噪声测量方法

11.4.1测试环境对噪声的影响

11.4.2声压级测量

11.4.3声功率级测试

11.4.4声强的测试

习题

12压力测量技术

12.1概述

12.1.1压力的定义

12.1.2压力的计量单位

12.1.3压力测量分类

12.2塑性测压法

12.2.1概述

12.2.2铜柱测压法

12.2.3铜球测压法

12.3弹性测压法

12.3.1应变式压力传感器

12.3.2压阻式压力传感器

12.3.3压电式压力传感器

12.3.4压力测量系统

12.4动态压力测量的管道效应

12.4.1直管道情况

12.4.2有腔室和管道的情况

12.5测压系统的标定

12.5.1测压系统的静态标定

12.5.2测压系统的动态标定

习题

13位移、速度、加速度测量

13.1位移测量

13.1.1电感式位移测量系统

13.1.2电容式位移测量系统

13.1.3电涡流式位移测量系统

13.2速度测量

13.2.1微积分电路法

13.2.2平均速度法

13.2.3瞬时速度法

13.2.4转速测量

13.3加速度测量

13.3.1惯性式加速度计

13.3.2应变式加速度计

13.3.3压电加速度计

习题

14流量检测

14.1概述

14.1.1流量测量的基本知识

14.1.2流量检测方法

14.1.3流量仪表的主要技术参数

14.2常用流量计

14.2.1容积法流量计

14.2.2差压式流量计

14.2.3速度法流量计

14.3流量计的标定

习题

15机械振动测试

15.1概述

15.2测振系统的组成及合理选择

15.2.1测振系统的组成

15.2.2振动系统的合理选用

15.2.3传感器的安装

15.3振动系统特性测试

15.3.1激振方式

15.3.2机械结构参数的估计

15.4机械阻抗测试

15.4.1机械阻抗的基本概念

15.4.2几种典型机械导纳定义

15.5振动分析方法及仪器

习题

参考文献2100433B