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92 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目录工程测试技术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1354 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

4.15.1 MEMS技术与微型传感器222

4.15.2 压阻式微型传感器223

4.15.3 电容式微型传感器228

4.15.4 电感式微型传感器231

4.15.5 热敏电阻式微型传感器231

4.15.6 隧道效应式传感器231

习题2335 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2866 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LabVIEW319

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

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3469 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37110 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40311 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Leq453

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 2100433B

内容简介

本书是《工程测试技术》一书的修订版，原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。每章后附有习题。

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。

本书以光电测试方法为主线，较全面地介绍了在光电测试技术中所涉及的基本理论和概念、主要测试原理、测试方法、仪器组成和主要技术特点。

本书除绪论外共8章，绪论介绍了光电测试技术的发展历史、概况、特点，以及在光电测试技术中的数据处理方法；第1章介绍了光电测试技术中的光辐射体和光辐射探测器的基本性能和特点；第2章介绍了光学系统性能的测试技术；第3章介绍了光学元件特性的测试技术；第4章介绍了色度学的基本原理和色度测试技术；第5～7章介绍了激光测试技术，包括激光准直、测速、测距以及干涉、衍射测试技术；第8章介绍了技术成熟应用广泛的莫尔条纹、图像测试、光纤传感、层析探测、共焦扫描显微技术及纳米技术中的光电测试技术等。

上述光电测试技术广泛地应用于工业、农业、文教、卫生、国防、科研和家庭生活等各个领域。

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

全书分两大部分，共8章，第一部分由第1章至第7章组成，系统论述了测试技术的基本内容，包含对测试信号和系统的分析、传感器、信号的调理与记录仪器、计算机测试技术、测试结果及误差分析；第二部分由第8章组成，着重讲解了测试技术在工程应用中应注意的问题和常见工程量的测试方法。

《测试技术与工程应用》可作为高等院校机械、仪器、自动化、印刷包装等专业测试技术课程的教材，也可作为从事工程测试技术人员的参考书。