工程測試技術(shù)第2版

第一部分 測試技術(shù)的理論基礎(chǔ)

1 緒論3

1.1 測試技術(shù)的發(fā)展與研究的內(nèi)容3

1.2 測量的本質(zhì)和基本前提5

1.3 標(biāo)準(zhǔn)及其單位6

1.3.1 國際單位制及其基本單位6

1.3.2 國際單位制的導(dǎo)出單位7

1.3.3 單位的十進(jìn)制倍數(shù)和小數(shù)9

習(xí)題92 測試信號分析與處理10

2.1 信號與測試系統(tǒng)10

2.2 信號描述11

2.2.1 信號的定義12

2.2.2 信號的分類12

2.2.3 信號的時域和頻域描述方法17

2.2.4 周期信號的頻域描述18

2.2.5 周期信號的功率27

2.2.6 非周期信號的頻域描述29

2.2.7 隨機信號描述56

2.3 數(shù)字信號處理75

2.3.1 離散傅里葉變換76

2.3.2 離散傅里葉變換的性質(zhì)81

2.3.3 采樣定理82

2.3.4 泄漏與加窗處理85

2.3.5 柵欄效應(yīng)87

2.3.6 快速傅里葉變換90

習(xí)題98目錄工程測試技術(shù)3 測試系統(tǒng)特性分析101

3.1 概述101

3.2 測量誤差102

3.3 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性103

3.4 測試系統(tǒng)的動態(tài)特性105

3.4.1 線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述106

3.4.2 用傳遞函數(shù)或頻率響應(yīng)函數(shù)描述系統(tǒng)的傳遞特性107

3.5 測試系統(tǒng)實現(xiàn)精確測量的條件126

3.6 測試系統(tǒng)的負(fù)載效應(yīng)128

3.6.1 負(fù)載效應(yīng)128

3.6.2 一階系統(tǒng)的互聯(lián)129

3.6.3 二階系統(tǒng)的互聯(lián)131

習(xí)題1354 被測量的獲取137

4.1 被測量獲取的基本概念137

4.2 傳感器的分類138

4.3 電阻式傳感器140

4.3.1 工作原理140

4.3.2 滑動觸點式變阻器141

4.3.3 應(yīng)變式傳感器143

4.4 電阻式溫度計149

4.5 熱敏電阻151

4.6 電感式傳感器152

4.6.1 自感式傳感器153

4.6.2 互感式傳感器160

4.6.3 磁彈性測力傳感器164

4.6.4 壓磁式互感傳感器165

4.7 電容式傳感器167

4.7.1 間隙變化型電容傳感器167

4.7.2 面積變化型電容傳感器168

4.7.3 介質(zhì)變化型電容傳感器170

4.8 壓電傳感器174

4.8.1 壓電效應(yīng)175

4.8.2 壓電傳感器工作原理及測量電路178

4.8.3 壓電傳感器的應(yīng)用182

4.9 磁電式傳感器189

4.9.1 動圈式和動鐵式傳感器189

4.9.2 磁阻式傳感器192

4.9.3 渦流\|磁電式相對加速度傳感器192

4.10 光電傳感器193

4.10.1 外光電效應(yīng)193

4.10.2 內(nèi)光電效應(yīng)196

4.10.3 光生伏打效應(yīng)200

4.10.4 光電器件的應(yīng)用201

4.11 氣敏傳感器203

4.12 固態(tài)圖像傳感器205

4.13 霍爾傳感器209

4.13.1 作用原理209

4.13.2 霍爾效應(yīng)的應(yīng)用211

4.14 光纖傳感器213

4.14.1 光纖基本原理214

4.14.2 光纖傳感器的結(jié)構(gòu)及特性218

4.15 微型傳感器222

4.15.1 MEMS技術(shù)與微型傳感器222

4.15.2 壓阻式微型傳感器223

4.15.3 電容式微型傳感器228

4.15.4 電感式微型傳感器231

4.15.5 熱敏電阻式微型傳感器231

4.15.6 隧道效應(yīng)式傳感器231

習(xí)題2335 測試信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理235

5.1 電橋235

5.1.1 直流電橋235

5.1.2 交流電橋238

5.1.3 變壓器式電橋241

5.1.4 電橋使用中應(yīng)注意的問題242

5.2 調(diào)制與解調(diào)244

5.2.1 幅值調(diào)制與解調(diào)245

5.2.2 頻率調(diào)制與解調(diào)254

5.3 濾波258

5.3.1 概述258

5.3.2 濾波器的一般特性262

5.3.3 濾波器類型265

5.3.4 濾波器的綜合運用272

5.3.5 其他種類的濾波280

5.4 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器281

5.4.1 量化281

5.4.2 A/D轉(zhuǎn)換器282

5.4.3 抗混濾波器285

習(xí)題2866 信號的輸出288

6.1 概述288

6.2 信號輸出的形式及分類288

6.3 顯示和指示類信號輸出289

6.3.1 模擬指示289

6.3.2 數(shù)碼顯示292

6.3.3 圖視顯示297

6.4 記錄類信號輸出302

6.4.1 硬拷貝記錄302

6.4.2 模擬記錄304

6.4.3 數(shù)字記錄311

習(xí)題3147 虛擬測試系統(tǒng)315

7.1 概述315

7.2 虛擬儀器的概念316

7.3 虛擬儀器的演變與發(fā)展317

7.3.1 計算機是動力317

7.3.2 軟件是關(guān)鍵317

7.4 VI的構(gòu)成318

7.5 虛擬儀器圖形化語言LabVIEW319

7.5.1 LabVIEW應(yīng)用程序320

7.5.2 LabVIEW操作模板321

7.6 基于Web的虛擬儀器325

7.6.1 基于Web的VI概述325

7.6.2 主要軟件技術(shù)326

7.6.3 Web服務(wù)器327

7.6.4 實例327

習(xí)題328

第二部分 典型物理量的測試技術(shù)和應(yīng)用

8 力及其導(dǎo)出量的測量331

8.1 概述331

8.2 基本測力方法332

8.3 測力傳感器334

8.3.1 彈性力傳感器335

8.3.2 應(yīng)變片力傳感器336

8.3.3 電感式力傳感器341

8.3.4 電容式力傳感器341

8.3.5 磁彈性力傳感器342

8.3.6 壓電力傳感器343

8.3.7 振弦式力傳感器344

8.4 轉(zhuǎn)矩測量344

8.4.1 應(yīng)變片轉(zhuǎn)矩傳感器345

8.4.2 電感式轉(zhuǎn)矩傳感器345

8.4.3 振弦式轉(zhuǎn)矩傳感器346

習(xí)題3469 振動測量348

9.1 概述348

9.2 機械振動的電測法及測試系統(tǒng)的構(gòu)成349

9.3 單自由度系統(tǒng)的受迫振動350

9.3.1 作用在系統(tǒng)質(zhì)量塊上的力引起的受迫振動350

9.3.2 由系統(tǒng)的基礎(chǔ)運動引起的受迫振動352

9.3.3 隔振354

9.4 測振傳感器356

9.4.1 磁電式速度傳感器356

9.4.2 渦流位移傳感器356

9.4.3 電感式振動傳感器357

9.4.4 電阻式振動傳感器358

9.4.5 電容式加速度傳感器358

9.4.6 壓電加速度傳感器359

9.4.7 磁致伸縮式振動傳感器360

9.4.8 激光速度傳感器360

9.4.9 頻閃測速法361

9.4.10 超聲波傳感器362

9.5 激振器363

9.5.1 力錘363

9.5.2 機械慣性式激振器364

9.5.3 電動力式激振器364

9.5.4 液壓式激振臺366

9.6 測振儀器的校準(zhǔn)367

9.6.1 絕對校準(zhǔn)法367

9.6.2 相對校準(zhǔn)法370

習(xí)題37110 溫度的測量372

10.1 溫標(biāo)的定義372

10.2 溫標(biāo)的復(fù)制373

10.2.1 水的冰點374

10.2.2 水的三相點374

10.2.3 水的沸點375

10.3 溫度傳感器375

10.3.1 接觸式溫度計375

10.3.2 輻射式溫度計391

10.3.3 紅外輻射檢測397

10.3.4 紅外探測器398

10.3.5 紅外檢測應(yīng)用398

10.3.6 紅外凝視顯微鏡402

10.4 溫度測量裝置的標(biāo)定403

習(xí)題40311 流量的測量405

11.1 流體的特征405

11.2 不同的流量測量方法及儀器406

11.2.1 節(jié)流式流量計406

11.2.2 可變面積式流量計（轉(zhuǎn)子流量計）412

11.2.3 渦輪式流量計413

11.2.4 磁流量計415

11.2.5 橢圓輪流量計415

11.2.6 旋轉(zhuǎn)活塞式氣體流量計417

11.2.7 葉輪流量計418

11.2.8 渦流式流量計（卡爾曼渦街，渦頻流量計）418

11.2.9 流速的測量419

11.2.10 超聲波流量測量427

11.2.11 哥氏力質(zhì)量流量測量法430

11.3 流體可視化技術(shù)432

習(xí)題43512 聲學(xué)的測量436

12.1 概述436

12.2 聲音的特征438

12.3 基本聲學(xué)參數(shù)440

12.3.1 聲壓440

12.3.2 聲壓級440

12.3.3 聲功率、聲強和聲功率級442

12.3.4 聲壓級的合成442

12.4 心理聲學(xué)關(guān)系444

12.5 聲音的測量446

12.5.1 傳聲器（麥克風(fēng)）446

12.5.2 聲級計451

12.5.3 聲音信號的頻譜分析452

12.6 工業(yè)和環(huán)境噪聲的測量與分析453

12.6.1 等效聲級Leq453

12.6.2 聲強的測量454

12.6.3 聲壓的測量455

12.7 聲學(xué)測量中應(yīng)注意的幾個問題457

12.8 聲學(xué)測量儀器的標(biāo)定457

12.9 結(jié)束語459

習(xí)題459

參考文獻(xiàn)461 2100433B

內(nèi)容簡介

本書是《工程測試技術(shù)》一書的修訂版，原書是根據(jù)清華大學(xué)機械工程學(xué)院平臺課“測試與檢測技術(shù)基礎(chǔ)”的教學(xué)大綱編寫的一本有關(guān)測試技術(shù)理論與應(yīng)用的教材。全書分兩大部分，共12章。第一部分共7章，主要介紹測試技術(shù)的理論基礎(chǔ)，內(nèi)容包括：緒論，測試信號分析與處理，測試系統(tǒng)特性分析，被測量的獲取，測試信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理，信號的輸出，虛擬測試系統(tǒng)。第二部分共5章，主要介紹力及其導(dǎo)出量、振動、溫度、流量和聲學(xué)的測量。每章后附有習(xí)題。

本書可作為高等院校機械、儀器、測控、自動化、信息等專業(yè)的教材，也可作為工程技術(shù)人員的專業(yè)參考書。

本書以光電測試方法為主線，較全面地介紹了在光電測試技術(shù)中所涉及的基本理論和概念、主要測試原理、測試方法、儀器組成和主要技術(shù)特點。

本書除緒論外共8章，緒論介紹了光電測試技術(shù)的發(fā)展歷史、概況、特點，以及在光電測試技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理方法；第1章介紹了光電測試技術(shù)中的光輻射體和光輻射探測器的基本性能和特點；第2章介紹了光學(xué)系統(tǒng)性能的測試技術(shù)；第3章介紹了光學(xué)元件特性的測試技術(shù)；第4章介紹了色度學(xué)的基本原理和色度測試技術(shù)；第5～7章介紹了激光測試技術(shù)，包括激光準(zhǔn)直、測速、測距以及干涉、衍射測試技術(shù)；第8章介紹了技術(shù)成熟應(yīng)用廣泛的莫爾條紋、圖像測試、光纖傳感、層析探測、共焦掃描顯微技術(shù)及納米技術(shù)中的光電測試技術(shù)等。

上述光電測試技術(shù)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、文教、衛(wèi)生、國防、科研和家庭生活等各個領(lǐng)域。

第1章 概論 1

1.1 測試技術(shù)的作用 1

1.2 測試技術(shù)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(xí)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(xí)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(yīng) 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(xí)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(yīng)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(yīng)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(yīng)用 104

4.6 壓電式傳感器 107

4.6.1 壓電效應(yīng) 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(yīng)用 115

4.7 磁電感應(yīng)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(yīng)式傳感器的測量電路 118

4.7.4 磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用 119

4.8 霍爾式傳感器 120

4.8.1 霍爾效應(yīng)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(yīng)用 124

4.9 光電式傳感器 125

4.9.1 光電效應(yīng) 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(yīng)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(yīng)用 158

習(xí)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(xí)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(xí)題 197

第7章 測試技術(shù)在機械工程中的應(yīng)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(yīng)用——物位的測量 201

7.2 應(yīng)變、力和扭矩的測量 202

7.2.1 應(yīng)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(xí)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(guān) 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(shù) 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(xí)題 256

第9章 現(xiàn)代測試技術(shù)的發(fā)展方向 257

9.1 測試技術(shù)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(luò)化 258

9.1.6 軟測量技術(shù)的發(fā)展 260

9.2 虛擬儀器技術(shù) 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(shè)計示例 266

習(xí)題 274

參考文獻(xiàn) 275 2100433B

全書分兩大部分，共8章，第一部分由第1章至第7章組成，系統(tǒng)論述了測試技術(shù)的基本內(nèi)容，包含對測試信號和系統(tǒng)的分析、傳感器、信號的調(diào)理與記錄儀器、計算機測試技術(shù)、測試結(jié)果及誤差分析；第二部分由第8章組成，著重講解了測試技術(shù)在工程應(yīng)用中應(yīng)注意的問題和常見工程量的測試方法。

《測試技術(shù)與工程應(yīng)用》可作為高等院校機械、儀器、自動化、印刷包裝等專業(yè)測試技術(shù)課程的教材，也可作為從事工程測試技術(shù)人員的參考書。