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0 绪论1

目录1

1 信号的分类和描述5

1.1 信号及其分类5

1.2 周期信号6

1.2.1 周期信号强度的描述6

1.2.2 周期信号的频谱7

1.3 瞬变信号11

1.3.1 瞬变信号的频谱11

1.3.2 傅立叶变换的常用性质13

1.3.3 几种典型信号的频谱16

1.4 随机信号19

1.4.1 随机过程的概念及分类19

1.4.2 各态历经信号的数字特征21

2.1.1 真值与误差24

2.1.2 误差的分类24

2.1 误差的基本概念24

2 测量误差的分析与处理24

2.1.3 精度25

2.2 随机误差26

2.2.1 随机误差的分布规律26

2.2.2 随机误差的统计分析28

2.2.3 可疑数据的取舍33

2.3 系统误差34

2.3.1 系统误差对测量结果的影响35

2.3 2 系统误差的消除36

2.4 间接测量误差的传递39

2.4.1 函数误差的基本关系式39

2.4.2 函数误差的计算40

2.5 误差分析方法41

2.5.1 误差中系统误差和随机误差成分的分析41

2.5.2 基本误差源45

2.5.3 单样本测量最终结果的误差46

2.5.4 误差分析的步骤49

2.6 测试数据的处理50

2.6.1 最小二乘线性拟合50

2.6.2 用数据变换做线性回归51

2.6.3 实验数据统计分析计算机软件的应用51

3 测量系统的特性53

3.1 测量系统及其主要性质53

3.1.1 测量系统概述53

3.1.2 线性系统的主要性质53

3.2 测量系统的静态特性55

3.2.1 线性度55

3.2.2 灵敏度和分辨力56

3.2.3 滞后和重复性误差56

3.2.4 其他特性57

3.3.1 传递函数58

3.3 测量系统的动态特性58

3.3.2 脉冲响应函数60

3.3.3 频率响应函数61

3.3.4 一阶系统和二阶系统的动态特性62

3.4 测量系统在典型输入下的响应65

3.4.1 测试系统在单位阶跃输入下的响应66

3.4.2 测试系统在正弦输入下的响应67

3.5 实现不失真测试的条件67

3.6.1 测量系统静态特性参数的测定69

3.6 测量系统特性参数的测定69

3.6.2 测试系统动态特性参数的测定70

4 常用传感器的变换原理75

4.1 概述75

4.1.1 传感器的定义和分类75

4.1.2 传感器的主要技术指标76

4.1.3 传感器技术的发展趋势77

4.2.1 电阻应变传感器78

4.2 电阻式传感器78

4.2.2 压阻式传感器81

4.2.3 变阻式传感器82

4.3 电感传感器84

4.3.1 自感式传感器84

4.3.2 互感式传感器87

4.3.3 压磁式传感器88

4.4 电容传感器90

4.4.1 工作原理及分类90

4.4.2 特点与应用93

4.4.3 电容传感器应用举例94

4.5 压电传感器94

4.6 磁电传感器97

4.6.1 磁电感应传感器97

4.6.2 霍耳传感器98

4.7.1 光电效应及光电器件100

4.7 光电传感器100

4.7.2 光电传感器的应用103

4.8 光纤传感器105

4.9 其他类型传感器106

4.9.1 气敏传感器106

4.9.2 湿度传感器106

5 信号的调理与记录108

5.1 电桥108

5.1.1 概述108

5.1.2 直流电桥108

5.1.3 交流电桥111

5.2 信号的放大与衰减113

5.2.1 信号放大器的主要特性113

5.2.2 使用运算放大器的放大器115

5.2.3 信号衰减118

5.3.1 幅值调制与解调119

5.3 调制与解调119

5.3.2 频率调制与解调122

5.4 滤波器124

5.4.1 滤波器的分类124

5.4.2 采用运算放大器的巴特沃斯低通滤波器129

5.4.3 恒带宽比和恒带宽滤波器130

5.5 信号指示和记录装置132

5.5.1 笔式记录仪132

5.5.2 X-Y记录仪133

5.5.3 示波器134

5.5.4 磁带记录器135

5.5.5 数据采集系统138

5.6 测量信号的传输138

5.6.1 低电平模拟电压信号的传输138

5.6.2 高电平模拟电压信号的传输139

5.6.4 数字信号的传输140

5.6.3 电流型模拟信号的传输140

6 信号的分析与处理143

6.1 信号的时域分析143

6.1.1 信号的时域统计参数143

6.1.2 信号的概率密度函数145

6.2 信号的相关分析148

6.2.1 相关系数148

6.2.2 自相关函数分析149

6.2.3 互相关函数分析152

6.2.4 互相关函数的应用154

6.3 信号的频域分析156

6.3.1 功率谱密度函数156

6.3.2 功率谱的应用159

6.3.3 相干函数162

6.3.4 倒频谱分析及其应用163

7.1.1 数据采集与分析系统的基本构成168

7 计算机数据采集与分析系统168

7.1 数据采集与分析系统的构成168

7.1.2 接口和总线169

7.1.3 虚拟仪器171

7.2 信号数字化处理中的主要问题172

7.2.1 量化及量化误差172

7.2.2 迭混和采样定理174

7.2.3 窗函数的选择176

7.2.4 频域采样和栅栏效应179

7.3 快速傅立叶变换原理181

7.3.1 离散的傅立叶变换181

7.3.2 傅立叶变换的快速算法（FFT）182

7.3.3 FFT的逆变换（IFFT）186

7.4.1 多路转换器187

7.4.2 数模（D/A）转换器187

7.4 数据采集元件187

7.4.3 模数（A/D）转换器188

7.4.4 同步采样-保持子系统191

7.4.5 数据采集卡191

7.4.6 数据采集卡的接口编程193

8 力和扭矩的测量196

8.1 电阻应变计的应用196

8.1.1 电阻应变计的工作特性及选择196

8.1.2 电阻应变计的安装199

8.2 应力测量201

8.2.1 应变仪201

8.2.2 单向应力测量202

8.2.3 平面应力状态下主应力的测量209

8.2.4 常用的测力装置210

8.3.1 应变式扭矩测量217

8.3.2 扭矩信号的传输217

8.3 扭矩测量217

8.3.3 扭矩的标定219

9 机械振动测试222

9.1 概述222

9.1.1 振动测试的内容与目的222

9.1.2 测振系统的基本组成222

9.2 振动的基础知识223

9.2.1 振动的类型及其表征参数223

9.2.2 单自由度系统的受迫振动224

9.3 测振传感器227

9.3.1 测振传感器的分类及原理227

9.3.2 常用振动传感器230

9.3.3 接触式测振传感器的校准236

9.4 常用的测振放大器237

9.4.1 电压放大器238

9.4.2 电荷放大器239

9.5 振动的激励与激振器240

9.5.1 振动的激励240

9.5.2 激振器241

10 噪声的测量245

10.1 噪声测量的主要参数245

10.1.1 声压与声压级245

10.1.2 声强与声强级246

10.1.3 声功率及声功率级246

10.1.4 多声源的噪声强度246

10.2 噪声的分析方法与评价248

10.2.1 噪声的频谱分析248

10.2.2 噪声的响度分析及评价249

10.3 噪声测量仪器253

10.3.1 传声器254

10.3.2 声级计255

10.3.3 声级计的校准255

10.4.1 噪声测量应注意的问题256

10.4 噪声测量及其应用256

10 4.2 声功率的测量和计算257

10.4.3 噪声诊断的应用258

11 位移的测量261

11.1 常用位移传感器261

11.2 光栅式传感器262

11.2.1 光栅式传感器的基本原理和分类262

11.2.2 光栅的光学系统266

11.3 光电盘和编码盘269

11.3.1 光电盘269

11.3.2 编码盘269

11.4 磁尺273

11.4.1 磁尺和磁头273

11.4.2 检测电路275

11.5 激光276

11.5.2 激光干涉仪277

11.5.1 激光干涉法测距原理277

11.6 位移测量实例279

11.6.1 回转轴径向运动误差的测量279

11.6.2 厚度测量280

12 温度的测量283

12.1 温度标准与测量方法283

12.1.1 温度和温标283

12.1.2 温度测量方法284

12.2 常用的测温传感器284

12.2.1 热电偶284

12.2.2 热电阻温度计289

12.2.3 热敏电阻290

12.2.4 机械温度传感器291

12.3 辐射测温292

12.3.1 红外测温292

12.3.2 高温计293

12.4 常见的温度测量误差294

13 流体参数的测量296

13.1 压力的测量296

13.1.1 压力测量原理296

13.1.2 压力传感器296

13.1.3 测压传感器的标定299

13.2 流量的测量300

13.2.1 压差式流量计301

13.2.2 阻力式流量计302

13.2.3 涡轮流量计304

13.2.4 容积式流量计305

13.2.5 质量流量计307

13.2.6 流量计的标定308

13.3 流速测量系统309

13.3.1 皮托管流速计309

13.3.2 热线和热膜风速计310

13.3.3 利用激光多普勒效应的流速测量313

13.4 液位测量315

13.4.1 浮力式仪表315

13.4.2 压差式仪表316

13.4.3 电容式仪表316

13.4.4 电阻式仪表317

13.4.5 超声波式仪表317

13.4.6 称重法318

13.5 空气污染物的测量318

13.5.1 不分光红外探测器319

13.5.2 荧光分析仪319

13.5.3 火焰离子探测器320

13.5.4 其他气体分析仪表321

13.5.5 污染气体的采样和测量中应注意的主要问题321

部分习题参考答案323

主要参考文献325