信号与测试技术PDF电子书下载

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