现代测试技术与系统设计PDF电子书下载

第1章 测量与测量系统的基础知识 1

1.1 测量 1

1.1.1 测量与测量方法 1

1.1.2 测量过程 1

1.1.3 测量方法 2

1.2 测量单位 3

1.2.1 单位及单位制 3

1.3 计量器具 8

1.3.1 计量器具的基本概念 8

1.3.2 计量器具的主要特征 9

1.3.3 电学量具 10

第2章 测量误差及其分析 18

2.1 测量误差基本概念 18

2.1.1 测量误差的几个名词术语 18

2.1.2 测量误差的表示 19

2.1.3 测量误差的分类 22

2.1.4 有效数字 23

2.2 系统误差的消除 25

2.2.1 从产生系统误差的来源上消除 25

2.2.2 利用修正的方法来消除 25

2.2.3 利用特殊的测量方法消除 26

2.3 随机误差的处理 30

2.3.1 随机误差的统计特性和概率分布 30

2.3.2 随机变量的特征参数 33

2.3.3 有限次测量数据的数学期望与方差的估计 34

2.3.4 测量结果的置信度 37

2.4 粗大误差的剔除 42

2.4.1 拉依达准则 42

2.4.2 格罗布斯准则 43

2.5 测量结果误差的估计 44

2.5.1 直接测量结果的误差估计 44

2.5.2 间接测量结果的误差估计 44

2.5.3 已定系统误差的合成 48

2.6 测量结果的表示 49

2.6.1 测量结果的表示 49

2.6.2 数据处理举例 50

2.7 最小二乘法原理及其应用 52

2.7.1 最小二乘法原理 52

2.7.2 最小二乘法在测量中的应用 55

2.8 微小误差准则与比对标准的选取 62

2.8.1 微小误差准则 62

2.8.2 比对标准的选取 63

第3章 测量系统的基本特性 65

3.1 概述 65

3.2 测量系统的静态特性 66

3.2.1 静态特性的获得 66

3.2.2 静态特性的基本参数 66

3.2.3 静态特性的质量指标 68

3.3 测量系统的动态特性 72

3.3.1 测量系统的数学模型 73

3.3.2 常见测量系统的数学模型 74

3.3.3 测量系统的动态特性参数 76

3.3.4 系统特性参数、动态误差与信号频率的关系 83

3.4 测试系统集成设计原则与步骤 86

3.4.1 单元模块的选择与优化 87

3.4.2 参数的确定与预估 87

第4章 现代测控系统集成基础 94

4.1 现代测控系统的基本结构 94

4.2 传感器概述 95

4.2.1 传感器的定义 95

4.2.2 传感器的组成 96

4.2.3 传感器的分类 96

4.3 变送器 97

4.4 常用传感器 98

4.4.1 温度传感器 98

4.4.1.1 热电阻型温度传感器 98

4.4.1.2 热电偶型温度传感器 102

4.4.2 压力传感器 107

4.4.2.1 应变式电阻压力传感器 107

4.4.2.2 压阻式电阻压力传感器 108

4.4.2.3 电阻式压力传感器的应用 109

4.4.2.4 压力传感器常用调理电路 111

4.5 转速测量用传感器 113

4.5.1 反射式光电开关传感器 113

4.5.2 脉冲盘式编码器（增量编码器） 115

4.6 霍尔传感器 115

4.6.1 霍尔传感器的基本原理 115

4.6.2 霍尔电流传感器 117

4.7 前置放大器 119

4.7.1 测量放大器 120

4.7.2 程控放大器 122

4.7.3 隔离运算放大器 123

4.8 量程变换 125

4.8.1 量程变换电路——脉冲分压器 125

4.8.2 量程的自动转换 125

4.8.3 自动定标电路 126

4.9 数据采集系统 127

4.9.1 连续量的离散化 127

4.9.2 连续量的量子化 127

4.9.3 连续量的离散化和量子化 128

4.9.4 A/D转换器 128

4.9.5 D/A转换器及其主要参数 130

4.9.6 采样保持电路 131

4.9.7 多通道数据采集系统的几种结构形式 132

第5章 虚拟仪器及开发语言 134

5.1 虚拟仪器 134

5.1.1 虚拟仪器的基本概念 134

5.1.2 虚拟仪器的特点 135

5.1.3 虚拟仪器的发展现状 135

5.1.4 虚拟仪器的构成 136

5.2 虚拟仪器开发语言——LabVIEW简介 136

5.2.1 LabVIEW的特点 136

5.2.2 使用LabVIEW开发虚拟仪器的基本方法 138

5.2.3 前面板及其设计窗口 138

5.2.4 流程图及其编辑窗口 138

5.2.5 各种模板（tools palette）的功能 139

5.3 虚拟仪器开发语言——LabWindows/CVI简介 140

5.3.1 LabWindows/CVI的特点 140

5.3.2 使用LabWindows/CVI开发虚拟仪器的基本步骤 141

5.4 基于LabView的虚拟双踪示波器的设计实例 143

第6章 信号分析与处理 148

6.1 信号频谱分析的概念 148

6.2 傅里叶级数与周期信号的频谱 149

6.2.1 傅里叶级数 149

6.2.2 周期信号的频谱 150

6.3 傅里叶变换与非周期信号频谱 152

6.4 离散傅里叶变换（DFT） 152

6.5 频谱混叠与采样定理 153

6.5.1 频谱混叠 153

6.5.2 采样定理 155

6.6 频谱泄漏及其抑制措施 155

6.6.1 时域有限化与频谱泄漏 155

6.6.2 泄漏的抑制措施 157

6.7 栅栏效应 159

6.8 DFT参数的选择 159

第7章 电参量的传统测量 162

7.1 直读式电气测量仪表 162

7.1.1 直读式电气测量指示仪表的主要技术特性 162

7.1.2 磁电系仪表 163

7.1.3 电磁系电流表和电压表 167

7.1.4 电动系仪表 167

7.1.5 感应系仪表 169

7.2 电位差计 170

7.2.1 直流电位差计 170

7.2.2 交流电位差计 172

7.3 测量用互感器 173

7.4 电压、电流的测量 175

7.5 功率、电能测量 177

第8章 电参量的数字化测量 181

8.1 电阻的测量 181

8.1.1 比例运算器法 181

8.1.2 积分运算器法 182

8.2 电容的测量 184

8.2.1 恒流法 184

8.2.2 比较法 185

8.3 电感的测量 186

8.3.1 时间常数法 186

8.3.2 同步分离法 188

8.4 频率、周期和时间间隔的测量 189

8.4.1 频率的计数法测量 189

8.4.2 周期的计数法测量 191

8.4.3 中介频率 193

8.4.4 时间间隔的计数测量 194

8.5 相位的测量 194

8.5.1 相位—频率转换器原理 194

8.5.2 相位测量的误差 195

8.6 电压、功率和电能等的测量 197

8.6.1 交流电压的测量 197

8.6.2 功率和电能的数字化测量 202

8.7 基于LabWindows/CVI的多功能电量测试仪的设计举例 203

8.7.1 多功能电量测试仪的硬件平台 203

8.7.2 软件设计 207

8.7.3 谐波分析中的高准确度FFT算法 208

8.7.4 实验测试结果与误差分析 210

8.7.5 使用步骤 213

第9章 磁测量 217

9.1 概述 217

9.1.1 磁测量的任务 217

9.1.2 磁量具 217

9.2 基本磁规律和磁单位 218

9.2.1 基本磁学量 218

9.2.2 磁场的基本定律 220

9.2.3 磁路定律 221

9.2.4 磁单位 223

9.3 物质的磁性及分类 224

9.3.1 物质按磁性分类 224

9.3.2 铁磁物质的磁化 225

9.3.3 铁磁物质的分类 228

9.4 磁场的基本测量方法 229

9.4.1 冲击法 229

9.4.2 磁通计法 230

9.4.3 霍尔效应法 230

9.5 静态磁特性的测量 231

9.5.1 磁性材料试样的准备 232

9.5.2 样品的退磁 232

9.5.3 用冲击法测量基本磁化曲线和磁滞回线 233

9.5.4 基于虚拟仪器的静态特性自动测量 236

9.6 动态磁特性的测量 239

9.6.1 用指示仪表测量动态磁化曲线 239

9.6.2 用瓦特表测量铁心损耗 240

9.6.3 基于虚拟仪器的动态磁特性自动测量 242

第10章 干扰与抑制 246

10.1 电磁干扰 246

10.1.1 干扰与噪声的来源 246

10.1.2 干扰与噪声的耦合方式 247

10.2 干扰的表示方法 248

10.2.1 串模干扰 248

10.2.2 共模干扰 249

10.3 干扰的抑制 251

10.3.1 接地 251

10.3.2 屏蔽 254

10.3.3 隔离 255

10.3.4 其它抗干扰措施 255

10.3.5 灭弧 256

10.4 电源干扰的抑制 257

附录 实验指导书—基础训练模块 261

实验1 熟悉LabWindows/CVI集成软件开发环境 261

实验2 虚拟面板设计与波形显示 283

实验3 虚拟频谱分析演示仪 304

实验4 PCI9111数采卡的驱动 312

实验5 频率测量与虚拟频率计 322

参考文献 326