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上篇 测试基础2

第1章 绪论2

1.1 测试技术的任务2

1.2 测试技术的主要内容3

1.3 测试系统的组成3

1.4 测试技术的发展4

1.5 测试技术课程的学习要求5

第2章 信号的分类与描述6

2.1 信号的分类及描述方法6

2.1.1 信号的分类6

2.1.2 信号的描述方法8

2.2 周期信号的频谱——傅里叶级数8

2.2.1 三角函数展开式8

2.2.2 傅里叶级数的复指数展开式11

2.3 非周期信号的频谱13

2.3.1 概述13

2.3.2 瞬变信号的频谱——傅里叶变换13

2.3.3 傅里叶变换的主要性质15

2.4 几种典型信号的频谱19

2.4.1 单位脉冲函数信号及其频谱19

2.4.2 单边指数函数信号的频谱21

2.4.3 正、余弦函数信号的频谱22

2.4.4 周期矩形脉冲函数信号的频谱22

2.4.5 符号函数信号的频谱25

2.4.6 阶跃函数信号的频谱26

2.5 随机信号的概念及分类27

2.5.1 随机信号的概念27

2.5.2 随机信号的分类28

习题29

第3章 测试系统的特性30

3.1 测试系统及其主要性质30

3.1.1 测试系统概述30

3.1.2 线性系统的主要性质31

3.2 测试系统的静态特性32

3.2.1 线性度33

3.2.2 灵敏度33

3.2.3 分辨率（分辨力）33

3.2.4 滞后33

3.2.5 重复性误差34

3.2.6 其他特性34

3.3 测试系统的动态特性35

3.3.1 传递函数35

3.3.2 脉冲响应函数37

3.3.3 频率响应函数38

3.3.4 一阶系统和二阶系统的动态特性39

3.4 测试系统在典型输入下的响应42

3.4.1 测试系统在单位阶跃输入下的响应43

3.4.2 测试系统在正弦输入下的响应44

3.5 实现不失真测试的条件44

3.6 测试系统特性参数的测定46

3.6.1 测试系统静态特性参数的测定46

3.6.2 测试系统动态特性参数的测定47

习题51

第4章 信号的分析与处理52

4.1 信号的时域分析52

4.1.1 信号的时域统计参数52

4.1.2 信号的概率密度函数55

4.2 信号的相关分析57

4.2.1 相关系数57

4.2.2 自相关函数分析58

4.2.3 互相关函数分析61

4.2.4 相关函数的应用63

4.3 信号的频域分析66

4.3.1 功率谱密度函数67

4.3.2 功率谱的应用69

4.3.3 相干函数72

4.3.4 倒频谱分析及其应用74

4.4 信号时频分析的基本概念77

4.4.1 从傅里叶变换到时频分析77

4.4.2 信号的分辨率78

4.4.3 瞬时频率80

4.4.4 非平稳随机信号81

习题83

第5章 常用传感器的变换原理85

5.1 传感器概述85

5.1.1 传感器的定义与组成85

5.1.2 传感器的分类86

5.1.3 传感器的主要技术指标及选择87

5.1.4 传感器技术的主要应用及发展趋势88

5.2 电阻式传感器90

5.2.1 电阻应变传感器90

5.2.2 压阻式传感器93

5.2.3 变阻式传感器94

5.3 电感传感器96

5.3.1 自感式传感器97

5.3.2 互感式传感器98

5.3.3 压磁式传感器101

5.4 电容传感器103

5.5 压电传感器107

5.6 磁电式传感器111

5.6.1 磁电感应式传感器111

5.6.2 霍尔传感器113

5.7 光电传感器114

5.7.1 光电效应及光电器件114

5.7.2 光电传感器的应用117

5.7.3 光固态图像传感器118

5.8 光纤传感器120

5.9 新型传感器121

5.9.1 微机械传感器121

5.9.2 智能传感器122

5.9.3 无线传感器网络124

习题127

第6章 电信号的调理与记录128

6.1 电桥128

6.1.1 直流电桥128

6.1.2 交流电桥132

6.2 调制与解调133

6.2.1 幅值调制与解调134

6.2.2 频率调制与解调137

6.3 信号的放大与衰减139

6.3.1 信号放大器的主要特性139

6.3.2 使用运算放大器的放大器141

6.3.3 信号衰减144

6.4 滤波器144

6.4.1 滤波器的分类144

6.4.2 理想滤波器与实际滤波器146

6.4.3 恒带宽比和恒带宽滤波器149

6.5 信号的显示与记录150

6.5.1 模拟指示仪表150

6.5.2 数码显示仪表151

6.5.3 图像显示仪表152

6.5.4 信号的记录和存储153

习题157

第7章 计算机数据采集与分析系统160

7.1 数据采集与分析系统的构成160

7.2 信号数字化处理中的主要问题161

7.2.1 采样161

7.2.2 量化163

7.2.3 泄漏和窗函数165

7.2.4 频域采样和栅栏效应168

7.3 快速傅里叶变换原理169

7.3.1 离散的傅里叶变换169

7.3.2 傅里叶变换的快速算法（FFT）170

7.3.3 FFT的逆变换（IFFT）173

7.4 数据采集元件174

7.4.1 多路转换器174

7.4.2 数-模（D-A）转换器175

7.4.3 模-数（A-D）转换器175

7.4.4 同步采样-保持子系统177

7.4.5 数据采集卡178

7.4.6 数据采集卡的接口编程180

7.5 虚拟仪器181

7.5.1 虚拟仪器的组成182

7.5.2 虚拟仪器的分类与应用183

7.6 基于计算机的数据采集系统设计185

7.6.1 基本原则185

7.6.2 系统设计的一般步骤185

习题186

第8章 测量误差分析与处理187

8.1 误差的基本概念187

8.1.1 测量误差与精度187

8.1.2 误差的表示方法188

8.2 随机误差189

8.2.1 随机误差的分布规律189

8.2.2 随机误差统计分析190

8.2.3 可疑数据的取舍195

8.3 系统误差198

8.3.1 系统误差对测量结果的影响198

8.3.2 系统误差的识别与修正199

8.3.3 消除系统误差的措施204

8.4 间接测量中的误差计算204

8.4.1 间接测试参量的估计值204

8.4.2 间接测量误差计算205

8.5 误差分析与测试数据处理206

8.5.1 系统误差和随机误差成分分析206

8.5.2 误差分析的步骤206

8.5.3 测试数据的处理207

习题208

下篇 实用测试技术212

第9章 力及其导出量的测量212

9.1 电阻应变计的应用213

9.1.1 电阻应变计的工作特性及选择213

9.1.2 电阻应变计的安装216

9.2 应力测量219

9.2.1 应变仪的使用219

9.2.2 单向应力测量220

9.2.3 平面应力状态下主应力的测量227

9.2.4 常用的测力装置230

9.2.5 力参数测量实例234

9.3 扭矩的测量237

9.3.1 应变式扭矩测量的机理237

9.3.2 扭矩测量信号的传输238

9.3.3 扭矩的标定239

习题240

第10章 振动的测量243

10.1 概述243

10.1.1 振动测量的内容与目的243

10.1.2 振动测量系统的基本组成和各部分功能244

10.2 测振传感器244

10.2.1 测振传感器的分类及原理244

10.2.2 常用的测振传感器248

10.2.3 接触式测振传感器的校准254

10.3 常用的测振放大器255

10.3.1 电压放大器255

10.3.2 电荷放大器257

10.4 振动的激励与激振器259

10.4.1 振动的激励259

10.4.2 激振器261

10.5 振动的检测方法及实例263

10.5.1 振幅的测量方法263

10.5.2 振动频率的测量方法264

10.5.3 同频简谐振动相位差的测量方法266

10.5.4 机械系统固有频率的测量方法266

10.5.5 阻尼的测量方法268

10.5.6 振型的测量方法270

10.5.7 振动测量实例271

习题273

第11章 噪声的测量275

11.1 声音的特征275

11.2 基本声学参数276

11.2.1 声压与声压级276

11.2.2 声强与声强级276

11.2.3 声功率与声功率级277

11.2.4 级的合成277

11.3 噪声的频谱分析279

11.4 噪声的主观量与评价280

11.4.1 纯音的等响曲线、响度及响度级280

11.4.2 宽带噪声的响度281

11.4.3 声级计的频率计权网络281

11.4.4 等效连续声级与噪声评价标准282

11.5 噪声测量仪器283

11.5.1 传声器284

11.5.2 声级计285

11.5.3 声级计的校准285

11.6 噪声测量技术287

11.6.1 声功率的测量和计算287

11.6.2 噪声测量应注意的问题288

11.6.3 噪声测量环境的影响及环境噪声的修正289

11.7 机床噪声测量实例290

11.7.1 机床的噪声源及噪声标准290

11.7.2 机床噪声声压级测量290

习题292

第12章 位移与厚度测量293

12.1 常用位移传感器293

12.2 光栅式传感器294

12.2.1 光栅式传感器的基本原理和分类295

12.2.2 光栅的光学系统298

12.2.3 计量光栅的种类300

12.3 光电盘传感器和编码盘传感器301

12.3.1 光电盘传感器301

12.3.2 编码盘传感器302

12.4 感应同步器307

12.4.1 感应同步器的结构308

12.4.2 感应同步器的基本工作原理309

12.4.3 输出信号的处理方式310

12.4.4 感应同步器的参数分析312

12.5 激光干涉仪314

12.5.1 基本工作原理315

12.5.2 双频激光干涉仪316

12.6 厚度测量319

12.6.1 非接触式测厚仪319

12.6.2 接触式测厚仪321

习题322

第13章 温度的测量323

13.1 温度标准与测量方法323

13.1.1 温度和温标323

13.1.2 温度测量方法324

13.2 接触式测温传感器324

13.2.1 热电偶324

13.2.2 热电阻温度计329

13.2.3 热敏电阻和集成温度传感器330

13.2.4 机械温度传感器333

13.3 非接触式测温334

13.3.1 热辐射原理334

13.3.2 红外测温335

13.3.3 全辐射温度计337

13.3.4 光学高温计338

13.3.5 比色高温计339

13.4 温度测量实例340

13.4.1 机床的温升测量340

13.4.2 切削温度测量341

习题342

第14章 流体参数的测量343

14.1 压力的测量343

14.1.1 压力测量原理343

14.1.2 压力测量传感器344

14.1.3 测压传感器的标定347

14.2 流量的测量348

14.2.1 节流变压降式流量计350

14.2.2 阻力式流量计353

14.2.3 涡轮流量计355

14.2.4 容积式流量计357

14.2.5 质量流量计359

14.2.6 流量计的标定360

14.3 流速测量系统361

14.3.1 皮托管流速计361

14.3.2 热线和热膜风速计362

14.3.3 利用激光多普勒效应的流速测量365

习题367

参考文献368