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绪论1

第一篇 工程测试技术基础篇第1章　测量的基础知识4

1.1　测量的基本方法4

1.1.1　直接测量4

1.1.2　间接测量5

1.1.3　组合测量5

1.1.4　软测量5

1.2　标准量及其传递5

1.2.1　SI的构成6

1.2.2　SI基本单位6

1.3　非电量电测系统的组成7

习题10

第2章　工程信号描述及其分析方法11

2.1　概述11

2.2　工程信号的分类12

2.2.1　确定性信号13

2.2.2　随机信号14

2.3　周期信号15

2.3.1　周期信号的分解和频谱15

2.3.2　周期信号的可测性分析21

2.4　时限信号（瞬态信号）23

2.4.1　时限信号的分解和频谱23

2.4.2　时限信号与周期信号的异同点26

2.4.3　时限信号的可测性分析26

2.5　随机信号26

2.5.1　随机信号的特征参数27

2.5.2　随机信号的幅值域特征估计28

2.6　典型激励信号29

2.6.1　冲激函数及其谱分析29

2.6.2　单位阶跃信号及其谱分析31

2.6.3　单位斜坡信号及其谱分析32

习题33

第3章　测试系统及基本特性34

3.1 概述34

3.1.1　测量系统的基本要求34

3.1.2　线性系统及其主要性质35

3.1.3　测量系统选用注意事项36

3.2　测量系统的静态特性37

3.2.1　灵敏度37

3.2.2　量程及测量范围38

3.2.3　非线性38

3.2.4　迟滞性39

3.2.5　重复性39

3.2.6　准确度40

3.2.7　分辨率40

3.2.8　漂移40

3.3　测量系统静态特性获取方法41

3.4　测量系统动态特性42

3.4.1　动态参数测试的特殊问题42

3.4.2　测量系统动态特性的分析方法及技术指标42

3.4.3　测量系统的数学模型43

3.4.4　传递函数44

3.4.5　频率响应函数44

3.4.6　冲激响应函数45

3.5　测量系统动态特性分析46

3.5.1　典型系统的频率响应46

3.5.2　典型激励的系统瞬态响应50

3.5.3　相似系统52

3.6　测量系统的动态特性参数获取方法53

3.7　测量系统无失真测试条件55

3.8　动态误差修正56

3.8.1　频域修正方法57

3.8.1　时域修正方法57

习题57

第4章　工程测试中的传感器技术59

4.1 概述59

4.2　应变式电阻传感器59

4.2.1　金属电阻应变片60

4.2.2　半导体应变片61

4.2.3　电阻应变片的选用注意事项62

4.2.4　应变片的粘贴64

4.2.5　电阻应变片的测量电路66

4.3　电感式传感器69

4.3.1 自感式传感器69

4.3.2　互感式传感器71

4.3.3　电涡流传感器72

4.4　电容传感器74

4.4.1　工作原理与结构74

4.4.2　电容传感器的性能改善76

4.5　磁电式传感器77

4.5.1　电磁感应式传感器77

4.5.2　霍耳传感器78

4.6　压电式传感器81

4.6.1　压电效应81

4.6.2　压电传感器的测量电路81

4.6.3　应用84

4.7　光电式传感器85

4.7.1　光电效应85

4.7.2　光电器件86

4.7.3　光纤传感器94

4.7.4　红外传感器97

4.7.5　光栅100

4.7.6　光电编码器101

4.8　热电式传感器103

4.8.1　热电偶104

4.8.2　热电阻108

4.8.3　热敏电阻110

4.9　智能传感器112

4.9.1　智能传感器的结构112

4.9.2　智能传感器的功能113

4.9.3　智能传感器的特点114

习题115

第5章　信号调理、显示及记录仪器117

5.1 滤波器117

5.1.1　滤波器的基本参数118

5.1.2　一阶无源滤波器119

5.1.3　有源滤波器121

5.1.4　开关电容滤波器123

5.2　信号放大电路124

5.2.1　运算放大器124

5.2.2　实际运算放大器存在的问题126

5.2.3　测量放大器128

5.2.4　程控放大器130

5.3　调制与解调132

5.3.1　幅值调制与解调132

5.3.2　频率调制与解调136

5.4　模拟显示138

5.4.1　动圈式显示仪表138

5.4.2　自平衡式显示仪表138

5.5　数字显示139

5.5.1　发光二极管（LED）139

5.5.2　液晶显示140

习题142

第6章　计算机化测试技术143

6.1　概述143

6.1.1　智能测量仪器143

6.1.2　计算机自动测试系统143

6.1.3　计算机数据处理144

6.2　采样145

6.2.1　采样过程145

6.2.2　采样定理145

6.2.3　量化146

6.2.4　编码147

6.3　数据采集系统149

6.3.1　数据采集系统的主要组成149

6.3.2　数据采集系统的主要性能指标150

6.3.3　数据采集系统的结构形式151

6.4　计算机辅助测试技术中的接口技术152

6.4.1　概述152

6.4.2　RS232C标准接口总线154

6.4.3 GPIB标准接口总线156

6.4.4　其他标准接口总线简介161

6.5　总线系统162

6.5.1　VXI总线系统162

6.5.2　PXI总线系统164

6.6　虚拟仪器系统166

6.6.1　概述166

6.6.2　虚拟仪器的结构及特点166

6.6.3　虚拟仪器的系统组成167

6.6.4　虚拟仪器软件开发平台168

习题168

第7章　实验数据处理169

7.1　概述169

7.2　实验数据的表示方法169

7.2.1　表格法169

7.2.2　图解法169

7.2.3　经验公式170

7.2.4　有效数字及数据修约170

7.3　回归分析及其应用171

7.3.1　一元线性回归171

7.3.2　多元线性回归176

7.3.3　非线性回归177

7.3.4　回归分析应用举例178

习题179

第8章　误差分析及不确定度评估181

8.1　误差的定义及分类181

8.1.1　误差的概念181

8.1.2　误差的分类181

8.1.3　误差的表示方法182

8.1.4　表征测量结果质量的指标183

8.2　不确定度评定的基本知识183

8.2.1　有关不确定度的术语184

8.2.2　产生测量不确定度的原因和测量模型184

8.3　标准不确定度的A类评定186

8.3.1 单次测量结果实验标准差与平均值实验标准差186

8.3.2　最小二乘法190

8.3.3　不确定度A类评定的独立性190

8.3.4　不确定度A类评定的自由度和评定度191

8.4　标准不确定度的B类评定191

8.4.1　不确定度B类评定的信息来源191

8.4.2　不确定度的B类评定方法192

8.4.3　标准不确定度B类评定的流程195

8.5　合成标准不确定度的评定195

8.5.1 输入量不相关时不确定度的合成195

8.5.2　输入量相关时不确定度的合成196

8.5.3　合成标准不确定度的自由度197

8.5.4　合成不确定度的计算流程198

8.6　扩展不确定度的评定及报告形式199

8.6.1　扩展不确定度的评定199

8.6.2　测量不确定度的报告与表示199

习题200

第二篇 工程测试应用篇第9章　常用参量测量202

9.1　应力、应变及力的测量202

9.1.1　力值传递202

9.1.2　应变、应力的测量203

9.1.3　力的测量209

9.1.4　测力传感器的标定211

9.2　压力测量212

9.2.1　概述212

9.2.2　常用测压传感器215

9.2.3　动态压力测量时管道传输效应217

9.2.4　测压系统的标定218

9.3　流量测量220

9.3.1　概述220

9.3.2　常用流量计223

9.3.3　流量计的定度227

9.4　噪声测量229

9.4.1　噪声测量的基础知识229

9.4.2　常用噪声测量仪器233

9.4.3　噪声测量的方法237

9.4.4　噪声测量不确定度的影响因素240

9.5　温度测量240

9.5.1　概述240

9.5.2　接触式温度测量243

9.5.3　非接触式温度测量247

9.6　位移、速度及加速度的测量248

9.6.1　概述248

9.6.2　位移测量249

9.6.3　速度测量252

9.6.4　加速度测量258

9.7　机械振动测试263

9.7.1　概述263

9.7.2　测振系统的组成及合理选择263

9.7.3　振动系统特性测试267

9.7.4　机械阻抗测试274

9.7.5　振动分析方法及仪器275

习题277

第三篇　测试信号处理篇第10章　数字信号处理基础279

10.1　数字信号的截断及窗函数279

10.1.1　信号的截断及能量泄漏279

10.1.2　常用窗函数281

10.2　离散时间信号变换283

10.2.1　DFS（离散傅里叶级数）283

10.2.2　DFT（离散傅里叶变换）284

10.2.3　DFT的主要性质284

10.3　FFT（快速傅里叶变换）285

10.3.1　DFT直接计算的工作量285

10.3.2　提高DFT运算效率的思路285

10.3.3　FFT算法286

10.4　数字滤波器291

10.4.1　数字滤波器的分类291

10.4.2　IIR数字滤波器的设计292

10.4.3 FIR数字滤波器设计294

习题297

第11章　工程测试信号处理298

11.1　工程测试信号处理的目的298

11.2　相关分析及其应用298

11.2.1　随机信号的相关函数299

11.2.2　信号相关函数的实现300

11.2.3　信号相关的物理解释和工程应用302

11.3　功率谱分析及其应用305

11.3.1　定义305

11.3.2　物理意义305

11.3.3　功率谱分析的实现306

11.3.4　功率谱的应用308

11.3.5　相干函数310

11.4　倒频谱技术311

11.4.1　倒频谱分析的基本原理311

11.4.2　倒频谱分析的意义311

11.4.3　倒频谱技术的应用311

11.5　频谱细化分析313

11.5.1　基于复调制的FFT方法313

11.5.2 相位补偿细化方法315

11.5.3　应用316

11.6　动态补偿数字滤波器317

11.6.1　硬件补偿方法317

11.6.2　软件补偿方法320

11.6.3　动态补偿滤波器应用321

11.7　小波分析322

11.7.1　小波分析基础322

11.7.2　小波分析在测试信号分析中的应用323

习题326

参考文献327