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第0章 绪论 1

0.1 测试技术与科学技术 1

0.2 工程测试技术与机电工程 1

0.3 本课程的研究对象、性质和特点 4

第1章 信号与测试系统的分类与描述 5

1.1 信号的分类与描述 5

1.1.1 信号的定义 5

1.1.2 信号的分类 5

1.1.3 信号的时域和频域描述方法 12

1.2 信号的频谱分析 13

1.2.1 周期信号的频域描述 13

1.2.2 非周期信号的频域描述 18

1.3 随机信号 30

1.3.1 随机信号的描述 30

1.3.2 随机过程的主要特征参数 31

1.4 测试系统特性分析 34

1.4.1 概述 34

1.4.2 测试系统的静态特性 34

1.4.3 测试系统的动态特性 35

1.4.4 实现不失真测试的条件 43

1.5 工程案例分析 44

1.5.1 案例1 45

1.5.2 案例2 46

习题 47

第2章 模拟信号处理 49

2.1 电桥 49

2.1.1 直流电桥 49

2.1.2 交流电桥 51

2.2 调制与解调 52

2.2.1 幅值调制与解调 52

2.2.2 频率调制与解调 56

2.3 滤波 58

2.3.1 概述 58

2.3.2 理想滤波器与实际滤波器 59

2.3.3 RC模拟式滤波器分析 60

2.4 信号的相关分析 63

2.4.1 相关的概念 63

2.4.2 自相关函数 63

2.4.3 互相关函数 65

2.5 信号的功率谱分析 67

2.5.1 自功率谱密度函数 68

2.5.2 巴塞伐尔（Parseval）定理 68

2.5.3 互功率谱密度函数 69

2.5.4 自谱和互谱的估计 69

2.5.5 功率谱和频率响应函数的关系 70

2.6 工程案例分析 70

2.6.1 案例1 70

2.6.2 案例2 72

习题 73

第3章 数字信号处理 75

3.1 数字信号处理的步骤 75

3.2 信号数字处理中的几个关键问题 76

3.2.1 采样、混叠和采样定理 76

3.2.2 截断、泄漏和窗函数 78

3.3 离散傅立叶变换（DFT） 79

3.3.1 信号的时域采样和频域采样 79

3.3.2 离散傅立叶级数（DFS） 81

3.3.3 离散傅立叶变换（DFT） 82

3.4 快速傅立叶变换（FFT） 83

3.4.1 FFT算法的基本原理 83

3.4.2 FFT算法 84

3.6 工程案例分析 86

案例 86

习题 88

第4章 模拟量位移传感器与位移的测量 90

4.1 位移测试概述 90

4.1.1 位移测量的基本概念和分类方法 90

4.1.2 传感器概述 90

4.2 电阻式传感器与位移的测量 93

4.2.1 电位器原理与位移测量 93

4.2.2 电阻应变式传感器与位移测量 95

4.3 电感式传感器与位移的测量 99

4.3.1 自感式传感器与位移的测量 99

4.3.2 电涡流式传感器与位移的测量 102

4.3.3 互感式传感器与位移的测量 105

4.4 电容式传感器与位移的测量 110

4.4.1 间隙变化型 110

4.4.2 面积变化型 111

4.4.3 介质变化型 113

4.4.4 电容式传感器位移测量电路 114

4.5 霍尔传感器与位移的测量 120

4.5.1 霍尔效应 120

4.5.2 霍尔元件与位移的测量 121

4.6 其他模拟量的位移测试方法 122

4.6.1 光电传感器的位移测量 122

4.6.2 光电位置传感器 123

4.6.3 光纤位移传感器 126

4.6.4 光图像位移传感器 128

4.6.5 旋转变压器式角位移传感器 129

4.6.6 微动同步器式角位移传感器 131

4.7 工程案例分析 131

4.7.1 案例1 132

4.7.2 案例2 134

4.7.3 案例3 134

习题 134

第5章 数字量位移传感器与位移的测量 137

5.1 光电编码器与角位移测量 137

5.1.1 增量式光电编码器的结构与工作原理 137

5.1.2 绝对式编码器 138

5.2 光栅位移传感器 140

5.2.1 光栅的结构和类型 140

5.2.2 光栅传感器位移测量的工作原理 141

5.3 磁栅式位移传感器 144

5.3.1 磁栅传感器的组成及类型 144

5.3.2 磁栅传感器位移测量的工作原理 145

5.3.3 磁栅传感器位移测量的应用 147

5.4 容栅式传感器与位移测量 148

5.4.1 容栅位移传感器的工作原理及信号处理方式 148

5.4.2 容栅传感器的位移测量 149

5.5 感应同步器与位移测量 149

5.5.1 感应同步器的结构与分类 149

5.5.2 感应同步器位移测量的工作原理 150

5.6 激光位移测量装置 153

5.7 工程案例分析 155

习题 156

第6章 力与压力的测量 158

6.1 力的测量 158

6.1.1 应变式测力系统 158

6.1.2 位移式测力系统 163

6.1.3 压磁式测力传感器 163

6.2 压力的测量 165

6.2.1 概述 165

6.2.2 压力敏感元件 166

6.2.3 压阻式传感器测压力 168

6.2.4 应变式压力传感器 171

6.2.5 电容式压力传感器 174

6.2.6 电感式压力传感器 174

6.2.7 伺服式压力测量系统 175

6.2.8 谐振式压力传感器 177

6.3 工程案例分析 182

案例 182

习题 184

第7章 速度与加速度的测量 185

7.1 速度的测量 185

7.1.1 速度测量方法 185

7.1.2 磁电式速度传感器测速 187

7.1.3 光电式传感器测速 192

7.1.4 其他测速装置 195

7.2 加速度的测量 197

7.2.1 加速度测量方法 197

7.2.2 压电式传感器测量加速度 197

7.2.3 其他传感器测量加速度 205

7.3 工程案例分析 208

案例 208

习题 208

第8章 振动的测试 211

8.1 振动和振动测试系统概述 211

8.1.1 振动信号分类 211

8.1.2 振动测量方法 214

8.2 测振系统 216

8.2.1 测振系统的组成 216

8.2.2 测振传感器 217

8.2.3 测振放大器 218

8.3 振动系统动态特性测试 220

8.3.1 激励方式 220

8.3.2 激振器 222

8.3.3 相对振动与绝对振动的测试 225

8.3.4 振动位移的测试 227

8.3.5 振动速度的测量 228

8.3.6 振动加速度的测试 229

8.3.7 测振传感器的合理选择 230

8.4 振动的信号分析方法及分析仪器 231

8.4.1 模拟式频率分析仪 232

8.4.2 数字式分析仪器振动测试系统 232

8.4.3 振动信号的分析与处理 235

8.5 工程案例分析 236

8.5.1 案例1 236

8.5.2 案例2 237

习题 237

第9章 测试系统设计初步 239

9.1 现代测试系统的设计思想和方法 239

9.1.1 概述 239

9.1.2 组合化和开放式系统的设计思想 239

9.1.3 开放式系统的设计方法 240

9.2 测试系统的分类及其组成 242

9.2.1 测试系统的基本测试方法 242

9.2.2 测试系统的组成 245

9.2.3 测试系统的分类 247

9.3 测试系统设计关键技术——计算机及接口设计 250

9.4 现代测试系统的结构类型 253

9.4.1 智能仪表和变送器 253

9.4.2 基于现场总线的智能仪器 255

9.4.3 虚拟仪器 256

习题 259

参考文献 260