第 1 章 緒論 ……………………………… 1 1. 1 認識測試與測試技術(shù)……………… 1 ? 1. 1. 1 測試 ………………………… 1 ? 1. 1. 2 測試技術(shù) …………………… 1 1. 1. 3 測試技術(shù)的發(fā)展……………… 3 1.2 測試系統(tǒng) ………………………… 6 1. 3 本課程的主要內(nèi)容………………… 7 1. 4 課程的性質(zhì)、 學習方法及要求 …… 7 ? 1. 4. 1 課程性質(zhì) …………………… 7 ? 1. 4. 2 學習方法 …………………… 7 ? 1. 4. 3 學習要求 …………………… 7 思考題與習題 …………………………… 8 第 2 章 信號與信號分析 ………………… 9 2. 1 認識信號 ………………………… 9 ? 2. 1. 1 信號的定義 ………………… 9 2. 1. 2 信號的分類 ………………… 10 2. 2信號分析 ………………………… 13 ? 2. 2. 1 信號的時域分析 …………… 13 ? 2. 2. 2 信號的頻域分析 …………… 13 ? 2. 2. 3 時域分析與頻域分析之間的關(guān)系 ………………………… 15 2.3 周期信號及其離散頻譜 ………… 16 ? 2. 3. 1 周期信號的定義 …………… 16 ? 2. 3. 2 周期信號傅里葉級數(shù)的 ? 2. 3. 3 三角函數(shù)展開式 …………… 17 2.4 周期信號傅里葉級數(shù)的復指數(shù)表達式 ……………… 19 非周期信號與連續(xù)頻譜 ………… 25 2. 4. 1 傅里葉變換 ………………… 26 2. 4. 2 傅里葉變換的性質(zhì) ………… 28 2. 4. 3 常見信號的傅里葉變換 …… 37 2.5 隨機信號 ………………………… 42 2.5. 1 概述 ………………………… 42 2. 5. 2 各態(tài)歷經(jīng)隨機信號的 2.6 特征參數(shù) …………………… 43 相關(guān)分析 ………………………… 45 2. 6. 1 互相關(guān)函數(shù)與自相關(guān)函數(shù) … 46 2. 6. 2 相關(guān)函數(shù)的應(yīng)用 …………… 48 2.7 功率譜分析及其應(yīng)用 …………… 51 2. 7. 1 自功率譜密度函數(shù) ………… 51 2. 7. 2 互功率譜密度函數(shù) ………… 52 2. 7. 3 工程應(yīng)用 …………………… 54 思考題與習題 ………………………… 55 第三章 測試系統(tǒng)特性分析 ……………… 57 1 認識測試系統(tǒng)特性 ……………… 57 2 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性 …………… 58 3 測試系統(tǒng)的動態(tài)特性 …………… 60 3. 3. 1 線性系統(tǒng)的數(shù)學描述 ……… 60 3. 3. 2 傳遞函數(shù) …………………… 62 3. 3. 3 頻率響應(yīng)函數(shù) ……………… 63 3. 3. 4 一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)的動態(tài)特性 …………………… 66 3. 3. 5 測試系統(tǒng)對典型激勵的響應(yīng) ………………………… 71 3.4 測試系統(tǒng)對任意輸入的響應(yīng) …… 74 3.5 測試系統(tǒng)不失真測試條件 ……… 75 3.6 測試系統(tǒng)動態(tài)特性的試驗測定 … 77 3.7 負載效應(yīng)及其減輕方法 ………… 79 3. 7. 1 負載效應(yīng) …………………… 79 3. 7. 2 減輕負載效應(yīng)的方法 ……… 80 思考題與習題 ………………………… 81 第 4 章 常用傳感器 …………………… 82 4. 1 認識傳感器 ……………………… 82 ? 4. 1. 1 傳感器的作用 ……………… 83 ? 4. 1. 2 傳感器的組成和分類 ……… 84 ? 4. 1. 3 傳感器的發(fā)展趨勢 ………… 87 Ⅱ? | 傳感與測試技術(shù)4. 2 電阻式傳感器 …………………… 92 ? 4. 2. 1 滑動變阻器 ………………… 92 ? 4. 2. 2 應(yīng)變式傳感器 ……………… 94 ? 4. 2. 3 電橋 ………………………… 99 4. 2. 4 壓阻式傳感器……………… 108 4.3 電容式傳感器 ………………… 109 ? 4. 3. 1 工作原理 ………………… 109 ? 4. 3. 2 類型 ……………………… 110 ? 4. 3. 3 電容式傳感器的等效電路 ……………………… 114 4. 3.4 電容式傳感器轉(zhuǎn)換電路 …… 114 4.4 電感式傳感器 ………………… 116 ? 4. 4. 1 自感式 …………………… 116 4. 4. 2 互感式 …………………… 123 4.5 壓電傳感器 …………………… 127 ? 4. 5. 1 壓電效應(yīng) ………………… 127 ? 4. 5. 2 壓電傳感器工作原理及測量電路 ……………… 131 ? 4. 5. 3 壓電傳感器的應(yīng)用 ………… 135 4.6 磁電式傳感器 ………………… 141 ? 4. 6. 1 動圈式和動鐵式傳感器 …… 141 ? 4. 6. 2 磁阻式傳感器……………… 144 ? 4. 6. 3 霍爾傳感器 ……………… 144 4. 6. 4 應(yīng)用 ……………………… 148 4.7 光電式傳感器 ………………… 149 ? 4. 7. 1 光電傳感器測量原理 ……… 149 4. 7. 2 光電元件 ………………… 151 4.8 熱電式傳感器 ………………… 155 ? 4. 8. 1 熱電偶 …………………… 155 4. 8. 2 熱電阻 …………………… 160 4.9 傳感器的標定及選用原則 ……… 163 ? 4. 9. 1 傳感器的標定……………… 163 ? 4. 9. 2 傳感器的選用原則 ………… 173 思考題與習題 ………………………… 174 第 5 章 信號調(diào)理 ……………………… 176 5. 1 認識信號調(diào)理 ………………… 176 5. 2 信號的放大 …………………… 177 ? 5. 2. 1 理想運算放大器…………… 177 5. 2. 2 測試系統(tǒng)中幾種常見的運算放大器 ……………… 178 5.2.3 放大器及其負載的阻抗匹配 ……………………… 181 5.3 調(diào)制與解調(diào) …………………… 181 5. 3. 1 測試信號的調(diào)制…………… 181 5. 3. 2 調(diào)幅與解調(diào) ……………… 182 5. 3. 3 調(diào)頻與解調(diào) ……………… 187 5. 4 濾波器 ………………………… 190 5. 4. 1 濾波器的分類……………… 191 5. 4.2 理想濾波器 ……………… 192 5. 4. 3 實際濾波器及基本參數(shù) …… 193 5. 4. 4 RC 濾波器 ………………… 195 5. 4. 5 有源濾波器 ……………… 198 5. 4. 6 恒帶寬比濾波器與?恒帶寬濾波器……………… 200 思考題與習題 ………………………… 203 第 6 章 數(shù)字信號處理 ………………… 205 6. 1 認識數(shù)字信號處理……………… 205 6. 2 模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換 ………… 207 6. 2. 1 數(shù)模轉(zhuǎn)換原理 …………… 207 6. 2. 2 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標 … 208 6. 2. 3 模數(shù)轉(zhuǎn)換原理 …………… 209 6. 2. 4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標 … 210 6. 3 信號的數(shù)字化過程……………… 211 6. 3. 1 信號的數(shù)字化過程 ………… 211 6. 3. 2 時域采樣、 混疊和采樣定理 ……………………… 213 ? 6. 3. 3 量化和量化誤差…………… 215 6. 3. 4 頻域采樣和柵欄效應(yīng) ……… 216 6. 4 傅里葉變換 …………………… 216 6. 4. 1 離散傅里葉變換 (DFT) … 216 6. 4. 2 快速傅里葉變換 (FFT) … 217 6. 4. 3 泄漏及窗函數(shù)……………… 220 6. 5 數(shù)字濾波器 …………………… 225 6. 5. 1 數(shù)字濾波器的基本原理 …… 225 6. 5. 2 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計 …… 226 6. 5. 3 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計 …… 228 思考題與習題 ………………………… 233 第 7 章 數(shù)據(jù)處理及誤差分析 ………… 235 7. 1 認識數(shù)據(jù)處理 ………………… 235 ? 7. 1. 1 測試數(shù)據(jù)的表示方法 ……… 235 7. 1. 2 回歸分析及其應(yīng)用 ………… 237 7.2誤差分析 ……………………… 244 ? 7. 2. 1 誤差的概念 ……………… 244 ? 7. 2. 2 誤差的分類 ……………… 246 ? 7. 2. 3 誤差的來源 ……………… 246 ? 7. 2. 4 隨機誤差的處理…………… 247 ? 7. 2. 5 系統(tǒng)誤差的分析與處理 …… 251 7. 2. 6 粗大誤差 ………………… 253 7.3 測量精度 ……………………… 254 7. 4 線性參數(shù)的小二乘法 ………… 255 ? 7. 4. 1 小二乘法原理…………… 255 ? 7. 4. 2 小二乘法的代數(shù)算法 …… 257 思考題與習題 ………………………… 259 第 8 章 顯示與記錄儀器 ……………… 261 8. 1 認識信號的顯示與記錄 ………… 261 ? 8. 1. 1 顯示與記錄儀的功能 ……… 261 8. 1. 2 顯示與記錄儀的分類 ……… 261 8.2 筆式記錄儀 …………………… 263 ? 8. 2. 1 檢流計式筆錄儀…………… 263 8. 2. 2 函數(shù)記錄儀 ……………… 264 8.3 光線示波器 …………………… 265 ? 8. 3. 1 光線示波器的組成和原理 … 266 8. 3. 2 振動子特性 ……………… 266 8. 3. 3 光線示波器的種類和選用 … 268 8.4 磁帶記錄儀 …………………… 269 8. 4. 1 磁帶記錄儀的特點 ………… 269 8. 4. 2 磁帶記錄儀的構(gòu)成 ………… 269 8. 4. 3 磁帶記錄儀的工作原理 …… 270 8. 4. 4 磁帶記錄儀的記錄方式 …… 272 8.5 新型記錄儀 …………………… 272 8. 5. 1 數(shù)字存儲示波器…………… 272 ? 8. 5. 2 無紙記錄儀 ……………… 273 8. 5. 3 光盤刻錄機 ……………… 273 8.6虛擬儀器 ……………………… 274 ? 8. 6. 1 虛擬儀器的含義及特點 …… 274 ? 8. 6. 2 虛擬儀器的組成…………… 276 ? 8. 6. 3 虛擬儀器開發(fā)平臺( LabVIEW) ……………… 280 ? ? 8. 6. 4 虛擬儀器的應(yīng)用…………… 281 思考題與習題 ………………………… 282 第 9 章 ?典型傳感及測試系統(tǒng)設(shè)計的工程應(yīng)用 ……………………… 283 9. 1 邊緣電容檢測技術(shù)……………… 283 9. 2 低頻漏磁檢測技術(shù)……………… 287 9. 3 超聲導波檢測技術(shù)……………… 292 9. 4 視覺檢測技術(shù) ………………… 295 思考題與習題 ………………………… 299 參考文獻 ………………………………… 300