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第0章 绪论1

0．1 引言1

0．2 测试技术的功能1

0．3 测试技术研究的主要内容2

0．3．1 测量原理2

0．3．2 测量方法2

0．3．3 测量系统3

0．3．4 数据处理4

习题与思考题5

0．4 信号与测控技术5

第1章 信号分析和处理基础6

1．1 概述6

1．1．1 信号的定义与分类6

1．1．2 抽样信号、阶跃信号和冲激信号9

1．1．3 信号分析、信号处理13

1．2 连续时间信号的时域分析14

1．2．1 引言14

1．2．2 连续时间信号的时域分析14

1．3 周期信号的频谱分析——傅里叶级数16

1．3．1 三角函数形式的傅里叶级数17

1．3．2 指数形式的傅里叶级数19

1．3．3 周期信号的功率谱24

1．4 非周期信号频谱分析——傅里叶变换26

1．4．1 傅里叶变换26

1．4．2 典型非周期信号的频谱28

1．4．3 傅里叶变换的性质32

1．5 周期信号的傅里叶变换43

1．5．1 复指数、余弦、正弦信号的傅里叶变换43

1．5．3 周期信号与单周期脉冲信号频谱间的关系45

1．5．2 一般周期信号的傅里叶变换45

1．6 能量谱47

1．6．1 非周期信号的帕斯瓦尔定理47

1．6．2 能量密度与能量带宽47

1．7 抽样信号的傅里叶变换49

1．7．1 时域抽样50

1．7．2 矩形脉冲抽样51

1．7．3 冲激抽样51

1．7．4 抽样定理52

习题与思考题54

2．1．2 基本序列58

2．1．1 序列58

第2章 离散时间序列及其z变换58

2．1 离散时间信号——序列58

2．1．3 序列的运算61

2．2 序列的z变换62

2．2．1 z变换的定义62

2．2．2 z变换的收敛域63

2．2．3 典型离散时间信号（序列）的z变换69

2．3 z变换的性质70

2．4 z反变换73

习题与思考题74

3．1 序列的傅里叶变换76

第3章 离散时间信号分析76

3．2 信号的傅氏变换、拉氏变换与z变换的关系78

3．3 离散傅里叶级数（DFS）81

3．3．1 傅里叶变换在时域和频域中的对称规律81

3．3．2 离散傅里叶级数83

3．4 离散傅里叶变换（DFT）85

3．4．1 离散傅里叶变换DFT定义式85

3．4．2 离散傅里叶变换DFT与序列傅里叶变换的关系87

3．5 离散傅里叶变换的性质88

3．6．1 DFT运算的特点93

3．6 快速傅里叶变换（FFT）93

3．6．2 基2按时间抽取的FFT算法（时析型）94

3．7 IDFT的快速算法（IFFT）99

3．8 离散傅里叶变换的应用99

3．8．1 FFT的软件实现99

3．8．2 用FFT计算线卷积101

3．8．3 用DFT逼近连续时间信号的频谱103

3．8．4 FFT在动态测试数据处理中的应用108

习题与思考题112

4．1．1 基本构造及工作原理114

4．1 电位器原理114

第4章 变电阻测量原理114

4．1．2 线绕式电位器的特性115

4．1．3 非线性电位器116

4．1．4 电位器的负载特性及负载误差118

4．1．5 非线绕式电位器121

4．2 应变式变换原理121

4．2．1 金属电阻的应变效应121

4．2．2 金属就变片的结构及应变效应122

4．2．3 横向效应及横向灵敏度123

4．2．4 电阻应变片的种类125

4．2．5 电阻应变片的温度误差及补偿方法126

4．2．6 电桥原理129

4．2．7 小结133

4．3 压阻式变换原理133

4．3．1 半导体材料的压阻效应133

4．3．2 单晶硅的晶向、晶面的表示135

4．3．3 压阻系数135

4．4 热电阻变换原理140

4．4．1 热电阻140

4．4．2 金属热电阻140

4．4．3 半导体热敏电阻142

习题与思考题144

第5章 变电容测量原理147

5．1 基本电容式敏感元件147

5．2 电容式敏感元件的主要特性148

5．2．1 变间隙电容式敏感元件148

5．2．2 变面积电容式敏感元件149

5．2．3 变介电常数电容式敏感元件151

5．2．4 电容式敏感元件的等效电路151

5．3 电容式变换元件的信号转换电路151

5．3．1 交流不平衡电桥151

5．3．2 变压器式电桥线路152

5．3．3 二极管电路153

5．3．4 差动脉冲调宽电路155

5．3．5 运算放大器式电路156

习题与思考题157

第6章 变磁路测量原理158

6．1 电感式变换原理158

6．1．1 简单电感式原理158

6．1．2 差动电感式变换元件162

6．2 差动变压器式变换元件163

6．2．1 磁路分析164

6．2．2 电路分析165

6．3 电涡流式变换原理166

6．3．1 电涡流效应166

6．3．2 等效电路分析166

6．3．3 信号转换电路167

6．4 霍尔效应及元件169

6．4．1 霍尔效应169

6．4．2 霍尔元件170

习题与思考题171

7．1．1 石英晶体的压电机理172

7．1 石英晶体172

第7章 压电式测量原理172

7．1．2 石英晶体的压电常数173

7．1．3 石英晶体几何切型的分类176

7．1．4 石英晶体的性能176

7．2 压电陶瓷177

7．2．1 压电陶瓷的压电机理177

7．2．2 压电陶瓷的压电常数177

7．2．3 常用压电陶瓷178

7．3 聚偏二氟乙烯（PVF2）178

7．4 压电换能元件的等效电路179

7．5 压电换能元件的信号转换电路180

7．5．1 电荷放大器与电压放大器180

7．5．2 压电元件的并联与串联181

习题与思考题182

第8章 谐振式测量原理183

8．1 谐振状态及其评估183

8．1．1 谐振现象183

8．1．2 谐振子的机械品质因数Q值184

8．2．1 基本结构186

8．2．2 闭环系统的实现条件186

8．2 闭环自激系统的实现186

8．3 敏感机理及特点187

8．3．1 敏感机理187

8．3．2 谐振式测量原理的特点188

8．4 频率输出谐振式传感器的测量方法比较188

习题与思考题189

第9章 相对位移测量系统190

9．1 概述190

9．2 相对位移测量装置的标定190

9．3．1 光干涉原理191

9．3 激光位移测量装置191

9．3．2 激光干涉仪192

9．4 光栅位移测量系统194

9．4．1 光栅的结构和分类194

9．4．2 莫尔条纹194

9．5 感应同步器系统198

9．5．1 感应同步器的结构与分类198

9．5．2 感应同步器的工作原理198

9．5．3 信号的处理方式和电路199

习题与思考题202

10．1．2 平均速度测量法205

10．1．1 微积分电路法205

第10章 运动速度、转速、加速度和振动测量系统205

10．1 运动速度测量205

10．1．3 磁电感应式测速度法206

10．1．4 激光测速法207

10．2 转速测量208

10．2．1 离心式转速表208

10．2．2 磁性转速表209

10．2．3 测速发电机210

10．2．4 频率量输出的转速测量系统211

10．3．1 理论基础215

10．3 加速度测量215

10．3．2 位移式加速度传感器218

10．3．3 应变式加速度传感器219

10．3．4 压电式加速度传感器221

10．3．5 伺服式加速度测量系统223

10．4 振动测量226

10．4．1 振动位移（振幅）测量226

10．4．2 振动速度测量228

10．4．3 振动测量系统的组成229

习题与思考题230

11．1．1 机械式力平衡装置232

第11章 力、转矩测量系统232

11．1 力的测量232

11．1．2 磁电式力平衡装置233

11．1．3 液压式测力系统233

11．1．4 气压式测力系统233

11．1．5 位移式测力系统234

11．1．6 应变式测力系统235

11．1．7 压电式测力传感器240

11．1．8 压磁式测力传感器240

11．2 转轴转矩测量241

11．2．2 压磁式转矩传感器242

11．2．1 电阻应变式转矩传感器242

11．2．3 扭转角式转矩传感器243

习题与思考题244

第12章 压力测量系统245

12．1 概述245

12．1．1 压力的概念245

12．1．2 压力的单位245

12．1．3 压力测量系统的分类245

12．2．1 液柱式压力计247

12．2 液柱式压力计和活塞式压力计247

12．2．2 活塞式压力计248

12．3 开环压力测量系统249

12．3．1 机械式压力表249

12．3．2 电位计式压力传感器250

12．3．3 应变式压力传感器250

12．3．4 压阻式压力传感器253

12．3．5 电容式压力传感器256

12．3．6 压电式压力传感器256

12．3．7 变磁阻式压力传感器258

12．4．1 位置反馈式压力测量系统259

12．4 伺服式压力测量系统259

12．4．2 力反馈式压力测量系统262

12．5 谐振式压力传感器267

12．5．1 谐振弦式压力传感器267

12．5．2 振动筒式压力传感器269

12．5．3 谐振膜式压力传感器273

12．5．4 石英谐振梁式压力传感器273

12．5．5 硅谐振式压力微传感器275

12．6．2 管道和容腔存在阻尼时的频率特性279

12．6．1 管道和容腔的无阻尼自振频率279

12．6 动态压力测量时的管道和容腔效应279

12．7 压力测量设备的静、动态标定281

12．7．1 压力测量设备的静态标定281

12．7．2 压力测量设备的动态标定282

习题与思考题284

第13章 温度测量系统285

13．1 概述285

13．1．1 温度的概念285

13．1．2 温标285

13．1．5 测温方法与测温仪器的分类286

13．1．3 温度标准的传递286

13．1．4 温度计的标定与校正286

13．2 热电偶测量287

13．2．1 热电效应287

13．2．2 热电偶的工作机理288

13．2．3 热电偶的基本定律290

13．2．4 热电偶的误差及补偿291

13．2．5 热电偶的组成、分类及特点294

13．3．1 平衡电桥电路296

13．3．2 不平衡电桥电路296

13．3 热电阻电桥测温系统296

13．3．3 自动平衡电桥电路297

13．4 非接触式温度测量系统297

13．4．1 全辐射测温系统297

13．4．2 亮度式测温系统298

13．4．3 比色测温系统299

13．5 半导体P-N结测温系统300

习题与思考题301

14．1 概述303

第14章 流量测量系统303

14．2 流体力学的基本知识304

14．2．1 流体的主要物理性质304

14．2．2 雷诺数305

14．2．3 流体流动的连续性方程305

14．2．4 伯努利方程305

14．3 转子流量计306

14．3．1 工作原理306

14．3．2 流量方程式307

14．3．3 转子流量计的刻度修正308

14．4．1 工作原理310

14．4 节流式流量计310

14．3．4 转子流量计的特点310

14．4．2 流量方程式311

14．4．3 取压方式312

14．4．4 节流式流量计的特点313

14．5 靶式流量计313

14．5．1 工作原理313

14．5．2 流量方程式313

14．5．3 靶式流量计的特点314

14．6．1 工作原理315

14．6．2 流量方程式315

14．6 涡轮流量计315

14．6．3 涡轮流量计的特点316

14．7 电磁流量计317

14．7．1 工作原理317

14．7．2 电磁流量计的结构特点317

14．7．3 电磁流量计的特点318

14．8 漩涡流量计318

14．8．1 卡门涡街式漩涡流量计318

14．8．2 旋进式漩涡流量计319

14．9 超声波流量计320

14．10．1 间接测量质量流量321

14．10 质量流量测量321

14．10．2 热式质量流量计322

14．10．3 谐振式科里奥利直接质量流量计323

14．11 流量标准与标定327

习题与思考题329

第15章 测试系统的静态特性与数据处理330

15．1 测试系统的静态特性一般描述330

15．2 测试系统的静态标定330

15．2．1 静态标定条件330

15．3．1 测量范围331

15．3 测试系统的主要静态性能指标及其计算331

15．2．2 测试系统的静态特性331

15．3．2 量程332

15．3．3 静态灵敏度332

15．3．4 分辨力与分辨率332

15．3．5 漂移333

15．3．6 温漂333

15．3．7 测量过程的精密度、准确度、精确度和不确定度334

15．3．8 线性度335

15．3．11 非线性迟滞337

15．3．10 迟滞337

15．3．9 符合度337

15．3．12 重复性338

15．3．13 精度339

15．3．14 计算实例341

习题与思考题343

第16章 测试系统的动态特性与数据处理345

16．1 概述345

16．2 测试系统动态特性方程345

16．2．1 微分方程345

16．2．3 状态方程346

16．2．2 传递函数346

16．3 测试系统动态响应及动态性能指标347

16．3．1 测试系统时域动态性能指标347

16．3．2 测试系统频域动态性能指标353

16．4 测试系统动态特性测试与动态模型建立359

16．4．1 测试系统动态标定359

16．4．2 由实验阶跃响应曲线获取系统的传递函数的回归分析法360

16．4．3 由实验频率特性获取系统的传递函数的回归法365

习题与思考题367

参考文献367