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第0章 绪论 1

0.1引言 1

0.2测试技术的功能 2

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 3

0.3.3测量系统 3

0.3.4数据处理 5

0.4信号与测控技术 5

习题与思考题 6

第1章 信号分析与处理基础 7

1.1信号分析和处理概述 7

1.1.1信息和信号 7

1.1.2信号分析、信号处理 10

1.1.3基本的连续信号 13

1.2连续信号的时域分析 19

1.2.1连续信号的时域分解 19

1.2.2卷积法求线性非移变系统零状态响应 20

1.3周期信号的频谱分析——傅里叶级数 20

1.3.1三角函数形式的傅里叶级数 21

1.3.2指数形式的傅里叶级数 23

1.3.3周期信号的功率谱 28

1.4非周期信号频谱分析——傅里叶变换 30

1.4.1傅里叶变换 30

1.4.2典型非周期信号的频谱 32

1.4.3傅里叶变换的性质 36

1.5周期信号的傅里叶变换 42

1.5.1复指数、正弦、余弦信号的傅里叶变换 42

1.5.2一般周期信号的傅里叶变换 43

1.5.3周期信号与单周期脉冲信号频谱间的关系 44

1.6能量谱 45

1.7抽样信号的傅里叶变换 47

1.7.1时域抽样 48

1.7.2抽样定理 50

习题与思考题 53

第2章 离散时间信号分析 55

2.1离散时间信号——序列及其z变换 55

2.1.1序列 55

2.1.2基本序列 56

2.1.3序列Z变换的定义 60

2.1.4 z变换的收敛域 62

2.1.5 z变换的性质 66

2.1.6 z反变换 68

2.2序列的傅里叶变换 70

2.3离散傅里叶级数（DFS） 72

2.3.1傅里叶变换在时域和频域中的对偶规律 72

2.3.2离散傅里叶级数DFS 73

2.4离散傅里叶变换（DFT） 77

2.4.1离散傅里叶变换（DFT）定义式 77

2.4.2离散傅里叶变换与序列傅里叶变换的关系 79

2.4.3离散傅里叶变换的性质 80

2.5快速傅里叶变换（FFT） 82

2.5.1 DFT直接运算的问题和改进思路 82

2.5.2基2按时间抽取的FFT算法（时析型） 83

2.5.3 IDFT的快速算法（IFFT） 88

2.6离散傅里叶变换的应用 89

2.6.1用FFT实现快速卷积 90

2.6.2连续时间信号的数字谱分析 93

2.6.3 FFT在动态测试数据处理中的应用 97

2.7二维傅里叶变换 102

2.7.1二维傅里叶级数 102

2.7.2二维傅里叶变换 102

习题与思考题 108

第3章 测试中几种重要的信号检测和变换方法和技术 109

3.1信号的相关分析与检测 109

3.1.1信号的相关函数 109

3.1.2信号的相关检测技术 114

3.1.3相关检测在硅谐振式微传感器动力学特性检测中的应用 115

3.2沃尔什变换 119

3.2.1沃尔什函数 119

3.2.2沃尔什函数的性质 120

3.2.3沃尔什级数 122

3.2.4离散沃尔什函数 123

3.2.5沃尔什变换 126

3.2.6快速沃尔什变换 128

3.3希尔伯特变换 132

3.3.1希尔伯特变换定义 132

3.3.2希尔伯特—黄变换 136

3.4主成分分析法 141

3.4.1主成分分析法 141

3.4.2确定主成分的方法和步骤 145

习题与思考题 146

第4章 变电阻测量原理 147

4.1电位器原理 147

4.1.1基本构造及工作原理 147

4.1.2线绕式电位器的特性 148

4.1.3非线性电位器 149

4.1.4电位器的负载特性及负载误差 151

4.1.5非线绕式电位器 154

4.2应变式变换原理 154

4.2.1金属电阻的应变效应 154

4.2.2金属应变片的结构及应变效应 155

4.2.3横向效应及横向灵敏度 156

4.2.4 电阻应变片的种类 157

4.2.5电阻应变片的温度误差及补偿方法 158

4.2.6电桥原理 161

4.3压阻式变换原理 165

4.3.1半导体材料的压阻效应 165

4.3.2单晶硅的晶向、晶面的表示 166

4.3.3压阻系数 167

4.4热电阻变换原理 169

4.4.1热电阻 169

4.4.2金属热电阻 170

4.4.3半导体热敏电阻 172

习题与思考题 173

第5章 变电容测量原理 176

5.1基本电容式敏感元件 176

5.2电容式敏感元件的主要特性 177

5.2.1变间隙电容式敏感元件 177

5.2.2变面积电容式敏感元件 178

5.2.3变介电常数电容式敏感元件 179

5.2.4电容式敏感元件的等效电路 180

5.3电容式变换元件的信号转换电路 180

5.3.1运算放大器式电路 180

5.3.2交流不平衡电桥 181

5.3.3变压器式电桥线路 181

5.3.4二极管电路 182

5.3.5差动脉冲调宽电路 184

习题与思考题 186

第6章 变磁路测量原理 187

6.1电感式变换原理 187

6.1.1简单电感式原理 187

6.1.2差动电感式变换元件 191

6.2差动变压器式变换元件 192

6.2.1磁路分析 192

6.2.2电路分析 194

6.3电涡流式变换原理 195

6.3.1电涡流效应 195

6.3.2等效电路分析 195

6.3.3信号转换电路 196

6.4霍尔效应及元件 198

6.4.1霍尔效应 198

6.4.2霍尔元件 199

习题与思考题 199

第7章 压电式测量原理 200

7.1石英晶体 200

7.1.1石英晶体的压电机理 200

7.1.2石英晶体的压电常数 202

7.1.3石英晶体几何切型的分类 204

7.1.4石英晶体的性能 204

7.2压电陶瓷 205

7.2.1压电陶瓷的压电机理 205

7.2.2压电陶瓷的压电常数 205

7.2.3常用压电陶瓷 206

7.3聚偏二氟乙烯（PVF2） 206

7.4压电换能元件的等效电路 207

7.5压电换能元件的信号转换电路 208

7.5.1电荷放大器与电压放大器 208

7.5.2压电元件的并联与串联 209

习题与思考题 210

第8章 谐振式测量原理 211

8.1谐振状态及其评估 211

8.1.1谐振现象 211

8.1.2谐振子的机械品质因数Q值 213

8.2闭环自激系统的实现 214

8.2.1基本结构 214

8.2.2闭环系统的实现条件 214

8.3敏感机理及特点 215

8.3.1敏感机理 215

8.3.2谐振式测量原理的特点 216

8.4频率输出谐振式传感器的测量方法比较 216

习题与思考题 217

第9章 相对位移测量系统 218

9.1概述 218

9.2相对位移测量装置的标定 218

9.3激光位移测量装置 219

9.3.1光干涉原理 219

9.3.2激光干涉仪 220

9.4光栅位移测量系统 221

9.4.1光栅的结构和分类 221

9.4.2莫尔条纹 222

9.4.3辨向和细分电路 223

9.5感应同步器系统 225

9.5.1感应同步器的结构与分类 225

9.5.2感应同步器的工作原理 226

9.5.3信号的处理方式和电路 227

习题与思考题 230

第10章 运动速度、转速、加速度和振动测量系统 233

10.1运动速度测量 233

10.1.1微积分电路法 233

10.1.2平均速度测量法 233

10.1.3磁电感应式测速度法 235

10.1.4激光测速法 235

10.2转速测量 236

10.2.1测速发电机 236

10.2.2频率量输出的转速测量系统 237

10.3加速度测量 241

10.3.1理论基础 241

10.3.2位移式加速度传感器 244

10.3.3应变式加速度传感器 245

10.3.4压电式加速度传感器 246

10.3.5伺服式加速度测量系统 249

10.4振动测量 252

10.4.1振动位移（振幅）测量 252

10.4.2振动速度测量 254

10.4.3振动测量系统的组成 255

习题与思考题 255

第11章力、转矩测量系统 257

11.1力的测量 257

11.1.1机械式力平衡装置 258

11.1.2磁电式力平衡装置 258

11.1.3液压式测力系统 258

11.1.4气压式测力系统 259

11.1.5位移式测力系统 259

11.1.6应变式测力系统 260

11.1.7压电式测力传感器 265

11.1.8压磁式测力传感器 265

11.2转轴转矩测量 266

11.2.1电阻应变式转矩传感器 267

11.2.2压磁式转矩传感器 267

11.2.3扭转角式转矩传感器 268

习题与思考题 269

第12章 压力测量系统 270

12.1概述 270

12.1.1压力的概念 270

12.1.2压力的单位 270

12.1.3压力测量系统的分类 271

12.2液柱式压力计和活塞式压力计 272

12.2.1液柱式压力计 272

12.2.2活塞式压力计 273

12.3开环压力测量系统 274

12.3.1机械式压力表 274

12.3.2电位计式压力传感器 275

12.3.3应变式压力传感器 275

12.3.4压阻式压力传感器 278

12.3.5电容式压力传感器 281

12.3.6压电式压力传感器 282

12.3.7变磁阻式压力传感器 283

12.4伺服式压力测量系统 284

12.4.1位置反馈式压力测量系统 284

12.4.2力反馈式压力测量系统 287

12.5谐振式压力传感器 290

12.5.1谐振弦式压力传感器 290

12.5.2振动筒式压力传感器 292

12.5.3谐振膜式压力传感器 295

12.5.4石英谐振梁式压力传感器 295

12.5.5硅谐振式压力微传感器 297

12.6动态压力测量时的管道和容腔效应 300

12.6.1管道和容腔的无阻尼自振频率 301

12.6.2管道和容腔存在阻尼时的频率特性 301

12.7压力测量装置的静、动态标定 303

12.7.1压力测量装置的静态标定 303

12.7.2压力测量装置的动态标定 304

习题与思考题 305

第13章 温度测量系统 307

13.1概述 307

13.1.1温度的概念 307

13.1.2温标 307

13.1.3温度标准的传递 308

13.1.4温度计的标定与校正 308

13.1.5测温方法与测温仪器的分类 309

13.2热电偶测温 309

13.2.1热电效应 310

13.2.2热电偶的工作机理 311

13.2.3热电偶的基本定律 312

13.2.4热电偶的误差及补偿 313

13.2.5热电偶的组成、分类及特点 316

13.3热电阻电桥测温系统 317

13.3.1平衡电桥电路 317

13.3.2不平衡电桥电路 318

13.3.3自动平衡电桥电路 318

13.4非接触式温度测量系统 319

13.4.1全辐射测温系统 319

13.4.2亮度式测温系统 320

13.4.3比色测温系统 320

13.5半导体P-N结测温系统 322

习题与思考题 323

第14章 流量测量系统 325

14.1概述 325

14.2流体力学的基本知识 326

14.2.1流体的主要物理性质 326

14.2.2雷诺数 327

14.2.3流体流动的连续性方程 327

14.2.4伯努利方程 327

14.3转子流量计 329

14.3.1工作原理 329

14.3.2流量方程式 329

14.3.3转子流量计的特点 330

14.4节流式流量计 331

14.4.1工作原理 331

14.4.2流量方程式 331

14.4.3取压方式 333

14.4.4节流式流量计的特点 334

14.5靶式流量计 334

14.5.1工作原理 334

14.5.2流量方程式 334

14.5.3靶式流量计的特点 335

14.6涡轮流量计 335

14.6.1工作原理 335

14.6.2流量方程式 336

14.6.3涡轮流量计的特点 337

14.7电磁流量计 337

14.7.1工作原理 337

14.7.2电磁流量计的结构特点 338

14.7.3电磁流量计的特点 339

14.8漩涡流量计 339

14.8.1卡门涡街式漩涡流量计 339

14.8.2旋进式漩涡流量计 340

14.9超声波流量计 340

14.10质量流量的间接测量 342

14.10.1体积流量计加密度计 342

14.10.2体积流量加温度压力补偿 342

14.11热式质量流量计 343

14.11.1工作原理 343

14.11.2热式质量流量计的特点 344

14.12谐振式科里奥利直接质量流量计 344

14.12.1工作原理 344

14.12.2信号检测电路 347

14.12.3分类与应用特点 348

14.13流量标准与标定 350

习题与思考题 351

第15章 测试系统的静态特性与数据处理 352

15.1测试系统的静态特性一般描述 352

15.2测试系统的静态标定 352

15.2.1静态标定条件 352

15.2.2测试系统的静态特性 353

15.3测试系统的主要静态性能指标及其计算 354

15.3.1测量范围 354

15.3.2静态灵敏度 354

15.3.3分辨力与分辨率 355

15.3.4时漂与温漂 355

15.3.5线性度 356

15.3.6符合度 358

15.3.7迟滞 358

15.3.8非线性迟滞 358

15.3.9重复性 359

15.3.10综合误差 360

15.3.11计算实例 362

习题与思考题 364

第16章 测试系统的动态特性与数据处理 366

16.1概述 366

16.2测试系统动态特性方程 366

16.2.1微分方程 366

16.2.2传递函数 367

16.2.3状态方程 368

16.3测试系统动态响应及动态性能指标 368

16.3.1测试系统时域动态性能指标 369

16.3.2测试系统频域动态性能指标 374

16.4测试系统动态特性测试与动态模型建立 379

16.4.1测试系统动态标定 379

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 381

16.4.3由实验频率特性获取系统的传递函数的回归法 386

习题与思考题 387

参考文献 389