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

本书详细介绍了测量的基础知识，工程信号描述及其分析方法，测试系统的基本特性，计算机测试技术，测试结果及误差分析，信号调理电路及指示记录装置，应变电测技术，压电测量技术，光电测量技术，温度测量技术，噪声测量技术，压力测量技术，位移、速度、加速度测量，流量检测和机械振动测试。本书可作为机械设计制造及其自动化、测控技术及仪器、精密仪器与机械、机械电子工程、武器系统与发射工程、地面武器机动工程及过程装备与控制工程等专业的教科书或参考书，亦可供相关专业的研究生、教师及工程技术人员参考

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。

第1章 概论 1

1.1 测试技术的作用 1

1.2 测试技术的基本概念 3

1.2.1 测量方法及其分类 3

1.2.2 测量误差 4

1.3 测试系统的组成 13

1.4 测试系统的发展 15

习题 16

第2章 测试信号的分析处理 17

2.1 信号的分类 17

2.1.1 按时间变量的取值方式分类 17

2.1.2 按信号随时间变化的规律分类 18

2.1.3 按信号的能量特征分类 20

2.1.4 从信号的可实现性分类 21

2.2 信号的描述与分析 21

2.3 信号频谱分析 23

2.3.1 周期信号的频谱分析 23

2.3.2 非周期信号的频谱分析 27

2.3.3 随机信号的频谱分析 32

2.4 数字信号处理 36

2.4.1 模拟信号的离散化 36

2.4.2 离散傅里叶变换 38

习题 40

第3章 测试系统的基本特性 42

3.1 测试装置与线性系统 42

3.2 测试系统的静态特性 44

3.2.1 静态传递特性与定度曲线 44

3.2.2 灵敏度 45

3.2.3 线性度 46

3.2.4 量程及测量范围 46

3.2.5 稳定度 46

3.3 测试系统的动态特性 47

3.3.1 典型信号的时域响应 47

3.3.2 传递函数 48

3.3.3 频率特性 49

3.4 不失真测试的实现条件 52

习题 54

第4章 测试系统常用传感器介绍 55

4.1 传感器概述 55

4.1.1 传感器的基本概念和组成 55

4.1.2 传感器的分类 58

4.2 电阻式传感器 58

4.2.1 电阻应变式传感器 59

4.2.2 电位器式传感器 69

4.3 电容式传感器 76

4.3.1 电容式传感器的工作原理 76

4.3.2 电容式传感器的测量电路 80

4.3.3 电容式传感器的应用 83

4.4 电感式传感器 85

4.4.1 自感式传感器 85

4.4.2 互感式传感器 93

4.5 涡流式传感器 100

4.5.1 涡流式传感器的工作原理 100

4.5.2 涡流式传感器的测量电路 103

4.5.3 涡流式传感器的应用 104

4.6 压电式传感器 107

4.6.1 压电效应 107

4.6.2 压电元件的等效电路 110

4.6.3 压电式传感器的测量电路 111

4.6.4 压电式传感器的应用 115

4.7 磁电感应式传感器 117

4.7.1 恒定磁通式磁电传感器 117

4.7.2 变磁通式磁电传感器 118

4.7.3 磁电感应式传感器的测量电路 118

4.7.4 磁电感应式传感器的应用 119

4.8 霍尔式传感器 120

4.8.1 霍尔效应与霍尔元件的材料 120

4.8.2 霍尔元件的构造及测量电路 122

4.8.3 霍尔元件的类型 123

4.8.4 霍尔式传感器的应用 124

4.9 光电式传感器 125

4.9.1 光电效应 125

4.9.2 光电器件及其特征 126

4.9.3 光电式传感器的测量电路 132

4.9.4 光电式传感器的应用 136

4.10 热电式传感器 139

4.10.1 热电阻传感器 139

4.10.2 热电偶传感器 141

4.10.3 热敏电阻 148

4.11 光纤传感器 150

4.11.1 光纤传感器的原理和分类 150

4.11.2 光纤传感器的应用 158

习题 161

第5章 测试信号调理电路 164

5.1 电桥电路 164

5.1.1 直流电桥 164

5.1.2 交流电桥 166

5.2 信号放大电路 167

5.2.1 基本放大电路 168

5.2.2 测量放大器 170

5.3 信号的调制与解调 170

5.3.1 信号的调幅与解调 171

5.3.2 信号的调频与解调 172

5.4 滤波器 174

5.4.1 模拟滤波器的原理与分类 175

5.4.2 滤波器的基本参数 176

5.4.3 RC滤波器 177

5.4.4 数字滤波器 179

习题 183

第6章 信号显示与记录仪表 184

6.1 概述 184

6.2 模拟式电压表 184

6.3 数字万用表 189

6.4 笔式记录仪 192

6.5 数字式存储示波器 193

6.6 磁带记录仪 194

习题 197

第7章 测试技术在机械工程中的应用 198

7.1 位移的测量 198

7.1.1 常用的位移传感器 198

7.1.2 位移传感器的应用——物位的测量 201

7.2 应变、力和扭矩的测量 202

7.2.1 应变的测量 202

7.2.2 力的测量 204

7.2.3 扭矩的测量 207

7.3 振动的测试 209

7.3.1 机械振动测试的主要内容 210

7.3.2 机械振动参数的测试 210

7.3.3 振动系统特性参数的测试 212

7.4 压力的测试 213

7.4.1 概述 213

7.4.2 常用的压力传感器 214

7.5 流量的测试 217

7.5.1 流量的表示方法 217

7.5.2 常用流量计 217

7.6 温度的测量 222

7.6.1 温度测量概述 222

7.6.2 测温方法与测温传感器的分类 223

7.6.3 常用测温计 223

7.7 转速测量 225

7.7.1 磁电式、光电式和霍尔式转速传感器 225

7.7.2 数字式频率计 227

7.7.3 机械式转速表 228

7.7.4 发电式转速表 229

习题 230

第8章 计算机测试系统 231

8.1 概述 231

8.2 数据采集系统 233

8.2.1 多路模拟开关 233

8.2.2 采样/保持电路 237

8.2.3 模数转换器和数模转换器 241

8.2.4 数据采集系统的构成方式 246

8.3 自动测试系统 247

8.3.1 自动测试系统的结构及特点 247

8.3.2 自动测试系统的发展历程 248

8.3.3 自动测试系统的总线技术 251

8.4 智能仪器 253

8.4.1智能仪器的组成 253

8.4.2 智能仪器的性能特点 254

8.4.3 智能仪器的典型功能 254

8.4.4 智能仪器的发展趋势 255

习题 256

第9章 现代测试技术的发展方向 257

9.1 测试技术的发展方向 257

9.1.1 新型传感器不断出现 257

9.1.2 测试系统的小型化、微型化及集成化 258

9.1.3 虚拟仪器化 258

9.1.4 测试系统的智能化 258

9.1.5 测试系统的网络化 258

9.1.6 软测量技术的发展 260

9.2 虚拟仪器技术 261

9.2.1 虚拟仪器概述 262

9.2.2 虚拟仪器的构成 262

9.2.3 虚拟仪器的特点 265

9.2.4 虚拟仪器设计示例 266

习题 274

参考文献 275 2100433B