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第一部分 测试系统硬件模块集成设计8

第1章 测量系统的基本特性8

1.1概述8

1.2测量系统的静态特性9

1.2.1静态特性的获得9

1.2.2静态特性的基本参数9

1.2.3静态特性的品质指标11

1.2.4 【示例1-1】15

1.3测量系统的动态特性19

1.3.1测量系统的数学模型19

1.3.2常见测量系统的数学模型21

1.3.3测量系统的动态特性参数23

1.3.4系统特性参数、动态误差与信号频率的关系29

1.4练习与实践32

1.4.1练习作业题32

1.4.2网上练习实践34

第2章 典型基本单元硬件模块37

2.1传感器37

2.1.1传感器的定义37

2.1.2传感器的分类38

2.2电参数型传感器39

2.2.1电阻式传感器39

2.2.2电容式传感器46

2.2.3电感式传感器50

2.2.4电涡流传感器54

2.2.5电参数型传感器的应用55

2.2.6参数型传感器常用信号调理电路56

2.3电量型传感器62

2.3.1磁电感应式传感器62

2.3.2压电式传感器68

2.3.3热电式传感器73

2.3.4霍尔式传感器77

2.4.1计量光栅计数型数字传感器81

2.4频率输出型数字传感器81

2.4.2改变力学系统固有频率型数字传感器82

2.5放大器85

2.5.1测量放大器85

2.5.2程控放大器87

2.5.3隔离放大器88

2.6数据采集系统90

2.6.1数据采集系统的基本功能90

2.6.2数据采集系统的基本组成90

2.6.3 Lab-PCI6024E数据采集卡简介97

2.6.4 3595系列IMP多通道数据采集系统简介98

2.7习题99

附录2-1 Pt100铂热电阻分度表100

附录100

附录2-2 Cu100铜热电阻分度表101

附录2-3 铂铑30－铂铑6热电偶（B型）分度表101

附录2-4 镍铬－镍硅热电偶（K型）分度表103

附录2-5 镍铬－铜镍合金（康铜）热电偶（E型）分度表104

附录2-6 铁－铜镍合金（康铜）热电偶（J型）分度表105

附录2-7 常用非法定压力单位的换算关系107

附录2-8 摄氏度与华氏度的换算107

第3章 测量不确定度的评定108

3.1测量不确定度基础108

3.1.1测量不确定度的概念108

3.1.2基本名词109

3.1.3测量误差的表示110

3.1.4测量误差的分类112

3.1.5有效数字113

3.2不确定度的评定115

3.2.1不确定度评定模型115

3.2.2 A类不确定度的计算115

3.2.3 B类不确定度的计算117

3.2.4合成不确定度的计算119

3.2.5扩展不确定度的计算121

3.2.6测量结果的表示122

3.3数据处理举例123

3.4.1微小误差准则129

3.4微小误差准则129

3.4.2标准仪器不确定度的选取130

3.5习题131

第4章 测试系统集成设计与性能评价举例132

4.1测试系统集成设计原则与步骤132

4.1.1单元模块的选择与优化132

4.1.2参数的确定与预估132

4.2测试系统集成设计举例140

4.2.1单片机压力测量系统的设计140

4.2.2计算机采集型温度测量系统的设计146

4.2.3交流电压测量系统的设计156

5.1概述164

5.1.1虚拟仪器的基本概念164

第5章 虚拟仪器编程语言平台介绍164

第二部分 测试系统常用软件模块164

5.1.2虚拟仪器的构成及其分类165

5.2 LabWindows/CVI简介166

5.2.1 LabWindows/CVI编程环境166

5.2.2创建虚拟仪器——*.prj工程文件的一般过程167

5.2.3 【示例5-1】压力值显示器（电压－压力转换器）169

5.3用LabVIEW设计虚拟仪器方法介绍176

5.3.1 LabVIEW的主菜单176

5.3.2 LabVIEW的基本开发环境177

5.3.3在LabVIEW上设计虚拟仪器的基础知识179

5.3.4 【示例5-2】压力值显示器181

5.4练习与实践182

第6章 I/O总线接口设备——数据采集驱动软件模块183

6.1数据采集卡183

6.1.1数据采集卡的基本性能指标183

6.1.2数据采集卡的安装185

6.1.3 I/O接口设备Lab-PCI-6024E数据采集卡简介185

6.1.4实现数据采集卡软件驱动前的参数设置185

6.2I/O接口设备Lab-PCI-6024E数据采集卡的软件驱动187

6.2.1 【示例6-1】连续信号的采集与显示仪（用LabVIEW实现）187

6.2.2 【示例6-2】直流信号发生器（用LabVIEW实现）189

6.2.3 【示例6-3】连续信号输出与采集演示仪（用LabVIEW实现）190

6.2.4 【示例6-4】连续信号的采集与显示仪］（用LabWindows/CVI实现）191

6.2.5 【示例6-5】直流信号发生器（用LabWindows/CVI实现）192

6.3模拟信号输出用软件模块193

6.3.1采用LabWindows/CVI中SineWave（）函数生成正弦波194

6.3.2采用LabVIEW中Sine Wave.vi图标生成正弦波196

6.3.3 【示例6-6】利用LabWindows/CVI设计正弦波信号发生器197

6.3.4 【示例6-7】利用LabVIEW设计正弦波信号发生器199

6.4非NI公司数据采集卡的驱动201

6.4.1 PCI9111数采卡的简介201

6.4.2 PCI9111数采卡的软件驱动程序设计201

6.5练习与实践202

7.1信号的分类203

第7章 测量功能的软件实现（一）203

7.1.1 确定性信号与非确定性（随机）信号204

7.1.2连续时间与离散时间信号207

7.2信号的幅值域分析与虚拟多值表208

7.2.1信号的幅值域分析208

7.2.2交流电气量的测量与虚拟多值表原理213

7.2.3 【示例7-1】交流电压多值表215

7.2.4练习与实践220

7.3基于信号时间域分析仪器及其测量功能的软件实现220

7.3.1信号的分解与合成220

7.3.2时域的参数分析222

7.3.3频率测量与虚拟频率计223

7.3.4 【示例7-2】虚拟波形发生器226

7.3.5练习与实践227

7.4基于信号相关分析测量仪器及其功能的软件实现228

7.4.1相关函数的定义式228

7.4.2 自相关函数的性质与特点229

7.4.3互相关函数的性质与特点233

7.4.4 【示例7-3】周期信号幅值与自相关函数测试仪234

7.4.5 【示例7-4】提取微弱信号的相关仪236

7.4.6练习与实践241

7.5信号的频域分析类仪器及其测量功能的软件实现242

7.5.1周期信号与离散频谱243

7.5.2非周期信号与连续频谱246

7.5.3傅里叶变换的性质251

7.5.4离散时间信号的频谱257

7.5.5离散傅里叶变换（DFT）260

7.5.6信号的频谱分析262

7.5.7 【示例7-5】简单频谱分析仪269

7.5.8基于FFT的测量仪器273

7.5.9练习与实践276

第8章 测量功能的软件实现（二）277

8.1数字滤波器在测量系统中的应用及其软件实现277

8.1.1滤波器的分类277

8.1.2数字滤波器的数学基础——Z变换简介282

8.1.3 IIR滤波器的设计方法简介291

8.1.4 LabVIEW与LabWindows/CVI中的滤波函数／图标简介296

8.1.5 【示例8-1】虚拟巴特沃兹滤波器300

8.1.6其他滤波技术的软件实现302

8.2相位测量与虚拟相位差计功能的软件实现306

8.2.1基于相位－时间转换的相位差测量法306

8.2.2基于FFT谱分析的相位差测量法308

8.2.3基于相关原理的相位差测量法310

8.3电参量R,L,C的测量与相关测量仪器功能的软件实现313

8.3.1电桥法314

8.3.2调幅波解调仪示例317

8.3.3谐振法319

8.3.4伏安法（同时测量电压、电流法）322

8.3.5练习与实践323

第9章 测试系统智能化功能的软件实现324

9.1改善静态性能智能化功能的软件实现324

9.1.1非线性自校正324

9.1.2自校零与自校准328

9.2改善动态性能的智能化频率自补偿技术332

9.2.1数字滤波法332

9.2.2频域校正法336

9.3改善系统稳定性智能化多信息融合技术337

9.3.1二传感器信息融合——二维回归分析法338

9.3.2三传感器信息融合——三维回归方程343

9.5.1模拟PID控制器的传递函数344

9.4提高系统信噪比的智能化消噪技术344

9.5测控系统控制功能的软件实现344

9.5.2数字式PID控制器脉冲传递函数345

9.6测控系统网络化的软件实现347

9.6.1测控系统网络化的软件实现347

9.6.2基于Internet的远程测控系统实现技术350

9.6.3西安交通大学“远程网络测控实验室”介绍353

9.7练习与实践356

9.7.1 “虚拟学习室”练习356

9.7.2问题356

参考文献357