测试技术基础—王伯雄主编。高等教育“十五”国家级规划教材

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测试技术基础—王伯雄主编。高等教育“十五”国家级规划教材书　　名：普通高等教育"十五"国家级规划教材--测试技术基础
丛 书 名：普通高等教育"十五"国家级规划教材
著 译 者：王伯雄
出 版 社：清华大学出版社 书　　号： ISBN 7-302-06267-6
图书编号：B10036739印刷日期：2006-07-04


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的理论和应用的教材。全书分两大部分，共11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：测量的本质，信号理论和测试信号的分析与处理，测试系统的特性描述，信号的传感、调理与输出，虚拟测试系统。第二部分共4章，主要介绍振动（位移、速度、加速度）、力（压力）、温度和流量等常见物理量的测试方法与应用。
　　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工程技术人员参考书。
前 言
　　工农业生产的发展和现代科学技术的进步极大地促进了测试技术的发展。一方面，对各种物理量的测量提出了越来越广泛的要求，同时对各种测试技术人员的需求也变得越来越迫切；另一方面，在高等教育领域，测试技术的教学已经得到越来越多的重视。十几年前，全国仅有少数高校开设测试技术这门课，而如今几乎绝大部分的工科院校均已将这门课作为本科生或研究生的一门必修的专业基础课。在此基础上涌现出了一批各种类型的教材、讲义和著作，对测试技术的普及和发展起到了进一步的推动作用。这从另一个侧面说明了测试技术的重要性。
　　清华大学是全国最早开设测试技术课程的高校之一。作为机类专业本科生必修的一门专业基础课，在长期的教学实践中，我们在教材和实验室建设等方面积累了一定的经验。近年来，在清华大学"211"工程和"985"项目的支持下，又对原有的测试技术课程体系进行了改革，更新教材内容，增设新的实验项目、并统筹了机类各专业测试技术课程的教学大纲。本书即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"的新教学大纲进行编写的，旨在提供一本适合于本科生教学的有关测试技术的基础理论方面的教材。
　　全书分两大部分，共11章。第一部分共7章，主要介绍测试技术的理论基础。其中第1章为概述，介绍测试技术的发展、意义及涵盖的内容，同时也讲述了测量标准和国际单位制方面的内容。第2章介绍信号的理论、测试信号的分析与处理。第3章介绍测试系统特性描述的方法与理论。第4章、5章、6章分别介绍了测试信号的传感、调理和输出方面的理论及应用。近年来，虚拟仪器技术的发展为现代测试技术开辟了一个新的领域，本书第7章专门介绍了虚拟测试技术的概况。另外，微纳米技术及微型传感器技术的迅速发展给传感器领域带来了新的活力。微型传感器以其体积小、功耗低、功能强等诸多优点正受到人们越来越多的关注，因此在第4章"被测量的获取"中，专门介绍微型传感器方面的知识。第二部分共4章，介绍典型测试技术的应用，其中主要介绍了四种常见物理量的测试与检测：振动（位移、速度、加速度）、力（压力）、温度和流量。目的是在第一部分内容学习的基础上，使读者进一步掌握综合利用测试技能进行不同物理量测试的知识。在教学内容的安排上，这部分内容作为测试技术的应用，可根据不同的专业和教学对象来加以取舍。
　　本书在编写过程中，参阅了大量国内外的有关教材、专著和文献，结合作者多年的教学经验和体会，力求将最新的、代表当今最先进技术的内容引进本书中。在内容和章节的安排上，力求做到内容的连贯性和系统性。
　　本书由清华大学王伯雄教授主编，参加编写的有清华大学陈非凡副教授（第6章），清华大学罗秀芝高级工程师（第2章中数字信号处理部分内容），其余各章节均由王伯雄编写。
　　全书由清华大学周兆英教授担任主审。本书内容的录入与整理由清华大学陈华成、朱从锋、刘振江完成。另外，在本书的编写过程中，清华大学吴正毅教授提出了许多宝贵的意见和建议。对此一并向他们表示作者的深深谢意。
　　由于作者水平有限，书中缺点和错误在所难免，恳请广大读者批评指正。
　　作者
　　2003年2月于清华园
图书目录
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6
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
2测试信号分析与处理11
2.1信号与测试系统11
2.2信号描述12
2.2.1信号的定义13
2.2.2信号的分类14
2.2.3信号的时域和频域描述方法19
2.2.4周期信号的频域描述20
2.2.5周期信号的功率31
2.2.6非周期信号的频域描述34
2.2.7随机信号描述66
2.3数字信号处理87
2.3.1离散傅里叶变换88
2.3.2离散傅里叶变换的性质94
2.3.3采样定理95
2.3.4泄漏与加窗处理97
2.3.5栅栏效应102
2.3.6快速傅里叶变换103
2.3.7Zoom\|FFT114
3测试系统特性分析117
3.1概述117
3.2测量误差118
3.3测试系统的静态特性119
3.4测试系统的动态特性122
3.4.1线性系统的数学描述122
3.4.2用传递函数或频率响应函数描述系统的传递特性124
3.5测试系统实现精确测量的条件149
3.6测试系统的负载效应152
3.6.1负载效应152
3.6.2一阶系统的互联154
3.6.3二阶系统的互联156
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180
4.6.1自感式180
4.6.2互感式190
4.6.3磁弹性测力传感器195
4.6.4压磁式互感传感器197
4.7电容式传感器198
4.7.1间隙变化型199
4.7.2面积变化型200
4.7.3介质变化型203
4.8压电传感器208
4.8.1压电效应208
4.8.2压电传感器工作原理及测量电路212
4.8.3压电传感器的应用217
4.9磁电式传感器226
4.9.1动圈式和动铁式传感器226
4.9.2磁阻式传感器229
4.9.3涡流\|磁电式相对加速度传感器229
4.10光电传感器231
4.10.1外光电效应231
4.10.2内光电效应234
4.10.3光生伏打效应240
4.10.4光电器件的应用242
4.11气敏传感器244
4.12红外辐射检测247
4.12.1红外辐射247
4.12.2红外探测器249
4.12.3红外检测应用250
4.13固态图像传感器254
4.14霍尔传感器260
4.14.1作用原理260
4.14.2霍尔效应的应用262
4.15微型传感器265
4.15.1MEMS技术与微型传感器265
4.15.2压阻式微型传感器267
4.15.3电容式微型传感器273
4.15.4电感式微型传感器277
4.15.5热敏电阻式微型传感器278
4.15.6隧道效应式传感器279
5测试信号的转换与调理283
5.1电桥283
5.1.1直流电桥283
5.1.2交流电桥287
5.1.3变压器式电桥290
5.1.4电桥使用中应注意的问题291
5.2调制与解调294
5.2.1幅值调制与解调295
5.2.2频率调制与解调306
5.3滤波312
5.3.1概述312
5.3.2滤波器的一般特性316
5.3.3滤波器类型320
5.3.4滤波器的综合运用330
5.3.5其他种类的滤波339
5.4模拟∕数字转换器340
5.4.1量化340
5.4.2A/D转换器341
5.4.3抗混滤波器346
5.4.4数字/模拟（D/A）转换器347
6信号的输出351
6.1概述351
6.2信号输出的形式及分类352
6.3显示和指示类信号输出353
6.3.1模拟指示353
6.3.2数码显示356
6.3.3图视显示362
6.4记录类信号输出373
6.4.1硬拷贝记录374
6.4.2模拟记录378
6.4.3数字记录387
7虚拟测试系统391
7.1概述391
7.2虚拟仪器的构成393
7.2.1虚拟仪器的硬件模块393
7.2.2虚拟仪器的软件模块395
7.3虚拟测试系统的应用399
第二部分典型测试技术的应用
8力及其导出量的测量403
8.1概述403
8.2基本测力方法404
8.3测力传感器407
8.3.1弹性力传感器407
8.3.2应变片力传感器409
8.3.3电感式力传感器411
8.3.4电容式力传感器412
8.3.5磁弹性力传感器412
8.3.6压电力传感器413
8.3.7振弦式力传感器414
8.4转矩测量415
8.4.1应变片转矩传感器415
8.4.2电感式转矩传感器416
8.4.3振弦式转矩传感器417
9振动测量419
9.1概述419
9.2机械振动的电测法及测试系统的构成420
9.3单自由度系统的受迫振动422
9.3.1作用在系统质量块上的力引起的受迫振动422
9.3.2由系统的基础运动引起的受迫振动424
9.4测振传感器426
9.4.1磁电式速度传感器427
9.4.2涡流位移传感器427
9.4.3电感式振动传感器428
9.4.4电阻式振动传感器429
9.4.5电容式加速度传感器430
9.4.6压电加速度传感器431
9.4.7磁致伸缩式振动传感器431
9.4.8激光速度传感器432
9.5激振器433
9.5.1力锤433
9.5.2机械惯性式激振器435
9.5.3电动力式激振器435
9.5.4液压式激振台438
9.6测振仪器的校准439
9.6.1绝对校准法439
9.6.2相对校准法441
10温度的测量443
10.1温标的定义443
10.2温标的复制445
10.2.1水的冰点445
10.2.2水的三态点445
10.2.3水的沸点446
10.3温度传感器447
10.3.1接触式温度计447
10.3.2辐射式温度计466
11流量的测量475
11.1流体的特征475
11.2不同的流量测量方法及仪器477
11.2.1节流式流量计477
11.2.2可变面积式流量计（转子流量计）484
11.2.3涡轮式流量计486
11.2.4磁流量计488
11.2.5椭圆轮流量计489
11.2.6旋转活塞式气体流量计491
11.2.7叶轮流量计492
11.2.8涡流式流量计（卡尔曼涡街，涡频流量计）492
11.2.9流速的测量494
11.2.10超声波流量测量504
11.2.11哥氏力质量流量测量法508

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伙计，辛苦了，看来行情不对呀，但还是对你的作法支持，再支持