工程測試技術2008年

1測量的基礎知識

1.1測試技術的內(nèi)涵及任務

1.2測量的基本概念

1.2.1直接測量

1.2.2間接測量

1.3標準

1.3.1SI的構(gòu)成

1.3.2SI基本單位

1.4測試系統(tǒng)的基本要求及特性

1.4.1測試系統(tǒng)的基本要求

1.4.2測試系統(tǒng)的基本特性

1.5非電量電測系統(tǒng)的組成

1.6測試技術的發(fā)展方向

1.7本書特點及教學目的

習題

2工程信號描述及其分析方法

2.1概述

2.2工程信號的分類

2.2.1確定性信號

2.2.2隨機信號

2.3周期信號描述

2.3.1周期信號的分解和頻譜

2.3.2周期信號的可測性分析

2.4時限信號（瞬態(tài)信號）描述

2.4.1時限信號的分解和頻譜

2.4.2時限信號與周期信號的異同點

2.4.3時限信號的可測性分析

2.5隨機信號描述

2.5.1隨機信號的特征參數(shù)

2.5.2隨機信號的特征估計

2.6信號分析方法的應用

2.6.1信號相關的物理解釋和工程應用

2.6.2功率譜的應用

2.7典型激勵信號描述

2.7.1沖激函數(shù)及其譜分析

2.7.2單位階躍信號及其譜分析

2.7.3單位斜坡信號及其頻譜

習題

3測試系統(tǒng)的基本特性

3.1概述

3.2測試特性的獲得

3.2.1端點連線法

3.2.2最小二乘法

3.3測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性

3.3.1靈敏度

3.3.2量程及測量范圍

3.3.3非線性

3.3.4遲滯性

3.3.5重復性

3.3.6準確度

3.3.7分辨率

3.3.8漂移

3.4測試系統(tǒng)的動態(tài)特性

3.4.1動態(tài)參數(shù)測試的特殊問題

3.4.2測試系統(tǒng)的數(shù)學模型

3.5測試系統(tǒng)的動態(tài)特性分析

3.5.1典型系統(tǒng)的頻率響應

3.5.2典型激勵的系統(tǒng)瞬態(tài)響應

3.6測試系統(tǒng)無失真測試條件

3.7測試系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)獲取方法

3.8動態(tài)誤差修正

3.8.1頻域修正方法

3.8.2時域修正方法

習題

4計算機測試技術

4.1概述

4.1.1智能測量儀器

4.1.2計算機自動測試系統(tǒng)

4.1.3計算機數(shù)據(jù)處理

4.2采樣

4.2.1采樣過程

4.2.2采樣定理

4.2.3量化

4.3計算機輔助測試技術中的接口技術

4.3.1概述

4.3.2RS-232C標準接口總線

4.3.3GPIB標準接口總線

4.4總線系統(tǒng)

4.4.1VXI總線系統(tǒng)

4.4.2PXI總線系統(tǒng)

4.5虛擬儀器系統(tǒng)

4.5.1概述

4.5.2虛擬儀器的結(jié)構(gòu)及特點

4.5.3虛擬儀器的系統(tǒng)組成

4.5.4VXIplug&play

4.5.5虛擬儀器軟件開發(fā)平臺

4.6計算機輔助測試系統(tǒng)及其應用

4.6.1多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

4.6.2微型計算機在火箭發(fā)動機測試中的應用

習題

5測試結(jié)果及誤差分析

5.1概述

5.2實驗數(shù)據(jù)的表示方法

5.2.1表格法

5.2.2圖解法

5.2.3經(jīng)驗公式

5.2.4有效數(shù)字及數(shù)據(jù)修約

5.3回歸分析及其應用

5.3.1一元線性回歸

5.3.2多元線性回歸

5.3.3非線性回歸

5.3.4回歸分析應用舉例

5.4誤差的定義及分類

5.4.1誤差的概念

5.4.2誤差的分類

5.4.3誤差的表示方法

5.4.4表征測量結(jié)果質(zhì)量的指標

5.5不確定度評定的基本知識

5.5.1有關不確定度的術語

5.5.2產(chǎn)生測量不確定度的原因和測量模型

5.6標準不確定度的A類評定

5.6.1單次測量結(jié)果試驗標準差與平均值試驗標準差

5.6.2最小二乘法

5.6.3不確定度A類評定的獨立性

5.6.4A類不確定度評定的自由度和評定度

5.7標準不確定度的B類評定

5.7.1B類不確定度評定的信息來源

5.7.2B類不確定度的評定方法

5.7.3B類標準不確定度評定的流程

5.8合成標準不確定度的評定

5.8.1輸入量不相關時不確定度的合成

5.8.2輸入量相關時不確定度的合成

5.8.3合成標準不確定度的自由度

5.8.4合成不確定度的計算流程

5.9擴展不確定度的評定及報告形式

5.9.1擴展不確定度的評定

5.9.2測量不確定度的報告與表示

習題

6信號調(diào)理電路及指示記錄裝置

6.1濾波器

6.1.1濾波器分類

6.1.2理想濾波器

6.1.3實際濾波器

6.1.4模擬濾波器的應用

6.1.5常用數(shù)字濾波器

6.2信號放大電路

6.3調(diào)幅解調(diào)

6.3.1調(diào)幅與解調(diào)原理

6.3.2調(diào)幅波的波形失真

6.3.3典型調(diào)幅波及其頻譜

6.4調(diào)頻解調(diào)

6.4.1調(diào)頻波及其頻譜

6.4.2直接調(diào)頻與鑒頻

6.4.3應用舉例

6.5記錄儀器

6.5.1磁帶記錄儀

6.5.2瞬態(tài)波形記錄分析儀

習題

7應變電測技術

7.1電阻應變片

7.1.1電阻應變片的結(jié)構(gòu)和工作原理

7.1.2電阻應變片的種類、材料和參數(shù)

7.1.3應變片的黏貼

7.2電阻應變片的溫度誤差及補償

7.2.1溫度誤差及其產(chǎn)生原因

7.2.2溫度補償方法

7.3電阻應變片的信號調(diào)理電路

7.3.1直流電橋

7.3.2交流電橋

7.3.3等臂對稱電橋的“相鄰相減、相對相加”特性

7.4電阻應變儀

7.4.1電阻應變儀的分類及其特點

7.4.2載波放大式應變儀的組成及工作原理

7.4.3電標定及電標定橋

7.4.4常用電阻應變儀主要電路的特點

7.5測量中應變片的排列與接橋

7.5.1應變式傳感器

7.5.2各種載荷測量中應變片的排列和連橋

7.6應力與應變測量

7.6.1單向應力狀態(tài)

7.6.2主應力方向已知的平面應力狀態(tài)

7.6.3主應力方向未知的平面應力狀態(tài)

習題

8壓電測量技術

8.1壓電式傳感器的工作原理

8.1.1壓電效應

8.1.2壓電常數(shù)和表面電荷的計算

8.1.3壓電元件的基本變形

8.2壓電材料

8.2.1石英壓電晶體

8.2.2壓電陶瓷

8.2.3壓電元件常用結(jié)構(gòu)形式

8.3壓電式傳感器的等效電路

8.4壓電式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路

8.4.1電壓放大器（阻抗變換器)

8.4.2電荷放大器

8.5壓電式傳感器的應用

8.5.1壓電式測力傳感器

8.5.2壓電式加速度傳感器

8.5.3壓電阻抗頭

8.6壓電式傳感器的誤差

8.7常用壓電測量儀器簡介

8.7.15011B型電荷放大器

8.7.2拉、壓力的石英力傳感器

8.7.3三分量力傳感器

習題

9光電測量技術

9.1光源

9.2光電器件

9.2.1外光電效應的光電器件

9.2.2內(nèi)光電效應的光電器件

9.2.3光電耦合器件

9.2.4電荷耦合器件

9.2.5光電位置敏感器件

9.3光纖傳感器

9.3.1光纖的結(jié)構(gòu)和傳輸原理

9.3.2幾種常用的光纖傳感器

9.4紅外傳感器

9.4.1紅外輻射

9.4.2紅外探測器

9.5光柵

9.6光電編碼器

9.7光電應用舉例

習題

10溫度測量技術

10.1概述

10.2測溫法分類及儀器設備

10.3熱電偶

10.3.1熱電效應及測溫原理

10.3.2熱電回路的基本定律

10.3.3熱電偶的種類

10.3.4熱電偶的冷端溫度補償

10.3.5熱電偶的實用測溫電路

10.3.6溫度測量的動態(tài)誤差修正

10.4熱電阻溫度計

10.4.1金屬絲熱電阻

10.4.2熱敏電阻

10.5溫度測量應用舉例

習題

11噪聲測量技術

11.1噪聲測試的物理學基本知識

11.1.1聲波、聲速和波長

11.1.2聲波、聲場和波陣面

11.1.3聲壓、聲強和聲功率

11.1.4聲級和分貝

11.2人對噪聲的主觀量度

11.2.1響度與響度級

11.2.2聲級計的計權(quán)網(wǎng)絡、A聲級

11.2.3等效連續(xù)聲級

11.2.4噪聲評價曲線

11.3噪聲測量儀器

11.3.1傳聲器

11.3.2聲級計

11.3.3噪聲分析儀

11.4噪聲測量方法

11.4.1測試環(huán)境對噪聲的影響

11.4.2聲壓級測量

11.4.3聲功率級測試

11.4.4聲強的測試

習題

12壓力測量技術

12.1概述

12.1.1壓力的定義

12.1.2壓力的計量單位

12.1.3壓力測量分類

12.2塑性測壓法

12.2.1概述

12.2.2銅柱測壓法

12.2.3銅球測壓法

12.3彈性測壓法

12.3.1應變式壓力傳感器

12.3.2壓阻式壓力傳感器

12.3.3壓電式壓力傳感器

12.3.4壓力測量系統(tǒng)

12.4動態(tài)壓力測量的管道效應

12.4.1直管道情況

12.4.2有腔室和管道的情況

12.5測壓系統(tǒng)的標定

12.5.1測壓系統(tǒng)的靜態(tài)標定

12.5.2測壓系統(tǒng)的動態(tài)標定

習題

13位移、速度、加速度測量

13.1位移測量

13.1.1電感式位移測量系統(tǒng)

13.1.2電容式位移測量系統(tǒng)

13.1.3電渦流式位移測量系統(tǒng)

13.2速度測量

13.2.1微積分電路法

13.2.2平均速度法

13.2.3瞬時速度法

13.2.4轉(zhuǎn)速測量

13.3加速度測量

13.3.1慣性式加速度計

13.3.2應變式加速度計

13.3.3壓電加速度計

習題

14流量檢測

14.1概述

14.1.1流量測量的基本知識

14.1.2流量檢測方法

14.1.3流量儀表的主要技術參數(shù)

14.2常用流量計

14.2.1容積法流量計

14.2.2差壓式流量計

14.2.3速度法流量計

14.3流量計的標定

習題

15機械振動測試

15.1概述

15.2測振系統(tǒng)的組成及合理選擇

15.2.1測振系統(tǒng)的組成

15.2.2振動系統(tǒng)的合理選用

15.2.3傳感器的安裝

15.3振動系統(tǒng)特性測試

15.3.1激振方式

15.3.2機械結(jié)構(gòu)參數(shù)的估計

15.4機械阻抗測試

15.4.1機械阻抗的基本概念

15.4.2幾種典型機械導納定義

15.5振動分析方法及儀器

習題

參考文獻2100433B

本書詳細介紹了測量的基礎知識，工程信號描述及其分析方法，測試系統(tǒng)的基本特性，計算機測試技術，測試結(jié)果及誤差分析，信號調(diào)理電路及指示記錄裝置，應變電測技術，壓電測量技術，光電測量技術，溫度測量技術，噪聲測量技術，壓力測量技術，位移、速度、加速度測量，流量檢測和機械振動測試。本書可作為機械設計制造及其自動化、測控技術及儀器、精密儀器與機械、機械電子工程、武器系統(tǒng)與發(fā)射工程、地面武器機動工程及過程裝備與控制工程等專業(yè)的教科書或參考書，亦可供相關專業(yè)的研究生、教師及工程技術人員參考

本書介紹了工程測量的基礎知識，工程信號常用分析方法及可測性，測試系統(tǒng)的基本特性，計算機測試技術，光電測量技術等。

第1章 概論 1

1.1 測試技術的作用 1

1.2 測試技術的基本概念 3

1.2.1 測量方法及其分類 3

1.2.2 測量誤差 4

1.3 測試系統(tǒng)的組成 13

1.4 測試系統(tǒng)的發(fā)展 15

習題 16

第2章 測試信號的分析處理 17

2.1 信號的分類 17

2.1.1 按時間變量的取值方式分類 17

2.1.2 按信號隨時間變化的規(guī)律分類 18

2.1.3 按信號的能量特征分類 20

2.1.4 從信號的可實現(xiàn)性分類 21

2.2 信號的描述與分析 21

2.3 信號頻譜分析 23

2.3.1 周期信號的頻譜分析 23

2.3.2 非周期信號的頻譜分析 27

2.3.3 隨機信號的頻譜分析 32

2.4 數(shù)字信號處理 36

2.4.1 模擬信號的離散化 36

2.4.2 離散傅里葉變換 38

習題 40

第3章 測試系統(tǒng)的基本特性 42

3.1 測試裝置與線性系統(tǒng) 42

3.2 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性 44

3.2.1 靜態(tài)傳遞特性與定度曲線 44

3.2.2 靈敏度 45

3.2.3 線性度 46

3.2.4 量程及測量范圍 46

3.2.5 穩(wěn)定度 46

3.3 測試系統(tǒng)的動態(tài)特性 47

3.3.1 典型信號的時域響應 47

3.3.2 傳遞函數(shù) 48

3.3.3 頻率特性 49

3.4 不失真測試的實現(xiàn)條件 52

習題 54

第4章 測試系統(tǒng)常用傳感器介紹 55

4.1 傳感器概述 55

4.1.1 傳感器的基本概念和組成 55

4.1.2 傳感器的分類 58

4.2 電阻式傳感器 58

4.2.1 電阻應變式傳感器 59

4.2.2 電位器式傳感器 69

4.3 電容式傳感器 76

4.3.1 電容式傳感器的工作原理 76

4.3.2 電容式傳感器的測量電路 80

4.3.3 電容式傳感器的應用 83

4.4 電感式傳感器 85

4.4.1 自感式傳感器 85

4.4.2 互感式傳感器 93

4.5 渦流式傳感器 100

4.5.1 渦流式傳感器的工作原理 100

4.5.2 渦流式傳感器的測量電路 103

4.5.3 渦流式傳感器的應用 104

4.6 壓電式傳感器 107

4.6.1 壓電效應 107

4.6.2 壓電元件的等效電路 110

4.6.3 壓電式傳感器的測量電路 111

4.6.4 壓電式傳感器的應用 115

4.7 磁電感應式傳感器 117

4.7.1 恒定磁通式磁電傳感器 117

4.7.2 變磁通式磁電傳感器 118

4.7.3 磁電感應式傳感器的測量電路 118

4.7.4 磁電感應式傳感器的應用 119

4.8 霍爾式傳感器 120

4.8.1 霍爾效應與霍爾元件的材料 120

4.8.2 霍爾元件的構(gòu)造及測量電路 122

4.8.3 霍爾元件的類型 123

4.8.4 霍爾式傳感器的應用 124

4.9 光電式傳感器 125

4.9.1 光電效應 125

4.9.2 光電器件及其特征 126

4.9.3 光電式傳感器的測量電路 132

4.9.4 光電式傳感器的應用 136

4.10 熱電式傳感器 139

4.10.1 熱電阻傳感器 139

4.10.2 熱電偶傳感器 141

4.10.3 熱敏電阻 148

4.11 光纖傳感器 150

4.11.1 光纖傳感器的原理和分類 150

4.11.2 光纖傳感器的應用 158

習題 161

第5章 測試信號調(diào)理電路 164

5.1 電橋電路 164

5.1.1 直流電橋 164

5.1.2 交流電橋 166

5.2 信號放大電路 167

5.2.1 基本放大電路 168

5.2.2 測量放大器 170

5.3 信號的調(diào)制與解調(diào) 170

5.3.1 信號的調(diào)幅與解調(diào) 171

5.3.2 信號的調(diào)頻與解調(diào) 172

5.4 濾波器 174

5.4.1 模擬濾波器的原理與分類 175

5.4.2 濾波器的基本參數(shù) 176

5.4.3 RC濾波器 177

5.4.4 數(shù)字濾波器 179

習題 183

第6章 信號顯示與記錄儀表 184

6.1 概述 184

6.2 模擬式電壓表 184

6.3 數(shù)字萬用表 189

6.4 筆式記錄儀 192

6.5 數(shù)字式存儲示波器 193

6.6 磁帶記錄儀 194

習題 197

第7章 測試技術在機械工程中的應用 198

7.1 位移的測量 198

7.1.1 常用的位移傳感器 198

7.1.2 位移傳感器的應用——物位的測量 201

7.2 應變、力和扭矩的測量 202

7.2.1 應變的測量 202

7.2.2 力的測量 204

7.2.3 扭矩的測量 207

7.3 振動的測試 209

7.3.1 機械振動測試的主要內(nèi)容 210

7.3.2 機械振動參數(shù)的測試 210

7.3.3 振動系統(tǒng)特性參數(shù)的測試 212

7.4 壓力的測試 213

7.4.1 概述 213

7.4.2 常用的壓力傳感器 214

7.5 流量的測試 217

7.5.1 流量的表示方法 217

7.5.2 常用流量計 217

7.6 溫度的測量 222

7.6.1 溫度測量概述 222

7.6.2 測溫方法與測溫傳感器的分類 223

7.6.3 常用測溫計 223

7.7 轉(zhuǎn)速測量 225

7.7.1 磁電式、光電式和霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器 225

7.7.2 數(shù)字式頻率計 227

7.7.3 機械式轉(zhuǎn)速表 228

7.7.4 發(fā)電式轉(zhuǎn)速表 229

習題 230

第8章 計算機測試系統(tǒng) 231

8.1 概述 231

8.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 233

8.2.1 多路模擬開關 233

8.2.2 采樣/保持電路 237

8.2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 241

8.2.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成方式 246

8.3 自動測試系統(tǒng) 247

8.3.1 自動測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點 247

8.3.2 自動測試系統(tǒng)的發(fā)展歷程 248

8.3.3 自動測試系統(tǒng)的總線技術 251

8.4 智能儀器 253

8.4.1智能儀器的組成 253

8.4.2 智能儀器的性能特點 254

8.4.3 智能儀器的典型功能 254

8.4.4 智能儀器的發(fā)展趨勢 255

習題 256

第9章 現(xiàn)代測試技術的發(fā)展方向 257

9.1 測試技術的發(fā)展方向 257

9.1.1 新型傳感器不斷出現(xiàn) 257

9.1.2 測試系統(tǒng)的小型化、微型化及集成化 258

9.1.3 虛擬儀器化 258

9.1.4 測試系統(tǒng)的智能化 258

9.1.5 測試系統(tǒng)的網(wǎng)絡化 258

9.1.6 軟測量技術的發(fā)展 260

9.2 虛擬儀器技術 261

9.2.1 虛擬儀器概述 262

9.2.2 虛擬儀器的構(gòu)成 262

9.2.3 虛擬儀器的特點 265

9.2.4 虛擬儀器設計示例 266

習題 274

參考文獻 275 2100433B