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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