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第一部分 测试系统硬件模块集成设计 8

第1章 测量系统的基本特性 8

1.1概述 8

1.2测量系统的静态特性 9

1.2.1静态特性的获得 9

1.2.2静态特性的基本参数 9

1.2.3静态特性的品质指标 11

1.2.4 【示例1-1】 15

1.3测量系统的动态特性 19

1.3.1测量系统的数学模型 19

1.3.2常见测量系统的数学模型 21

1.3.3测量系统的动态特性参数 23

1.3.4系统特性参数、动态误差与信号频率的关系 29

1.4练习与实践 32

1.4.1练习作业题 32

1.4.2网上练习实践 34

第2章 典型基本单元硬件模块 37

2.1传感器 37

2.1.1传感器的定义 37

2.1.2传感器的分类 38

2.2电参数型传感器 39

2.2.1电阻式传感器 39

2.2.2电容式传感器 46

2.2.3电感式传感器 50

2.2.4电涡流传感器 54

2.2.5电参数型传感器的应用 55

2.2.6参数型传感器常用信号调理电路 56

2.3电量型传感器 62

2.3.1磁电感应式传感器 62

2.3.2压电式传感器 68

2.3.3热电式传感器 73

2.3.4霍尔式传感器 77

2.4.1计量光栅计数型数字传感器 81

2.4频率输出型数字传感器 81

2.4.2改变力学系统固有频率型数字传感器 82

2.5放大器 85

2.5.1测量放大器 85

2.5.2程控放大器 87

2.5.3隔离放大器 88

2.6数据采集系统 90

2.6.1数据采集系统的基本功能 90

2.6.2数据采集系统的基本组成 90

2.6.3 Lab-PCI6024E数据采集卡简介 97

2.6.4 3595系列IMP多通道数据采集系统简介 98

2.7习题 99

附录2-1 Pt100铂热电阻分度表 100

附录 100

附录2-2 Cu100铜热电阻分度表 101

附录2-3 铂铑30－铂铑6热电偶（B型）分度表 101

附录2-4 镍铬－镍硅热电偶（K型）分度表 103

附录2-5 镍铬－铜镍合金（康铜）热电偶（E型）分度表 104

附录2-6 铁－铜镍合金（康铜）热电偶（J型）分度表 105

附录2-7 常用非法定压力单位的换算关系 107

附录2-8 摄氏度与华氏度的换算 107

第3章 测量不确定度的评定 108

3.1测量不确定度基础 108

3.1.1测量不确定度的概念 108

3.1.2基本名词 109

3.1.3测量误差的表示 110

3.1.4测量误差的分类 112

3.1.5有效数字 113

3.2不确定度的评定 115

3.2.1不确定度评定模型 115

3.2.2 A类不确定度的计算 115

3.2.3 B类不确定度的计算 117

3.2.4合成不确定度的计算 119

3.2.5扩展不确定度的计算 121

3.2.6测量结果的表示 122

3.3数据处理举例 123

3.4.1微小误差准则 129

3.4微小误差准则 129

3.4.2标准仪器不确定度的选取 130

3.5习题 131

第4章 测试系统集成设计与性能评价举例 132

4.1测试系统集成设计原则与步骤 132

4.1.1单元模块的选择与优化 132

4.1.2参数的确定与预估 132

4.2测试系统集成设计举例 140

4.2.1单片机压力测量系统的设计 140

4.2.2计算机采集型温度测量系统的设计 146

4.2.3交流电压测量系统的设计 156

5.1概述 164

5.1.1虚拟仪器的基本概念 164

第5章 虚拟仪器编程语言平台介绍 164

第二部分 测试系统常用软件模块 164

5.1.2虚拟仪器的构成及其分类 165

5.2 LabWindows/CVI简介 166

5.2.1 LabWindows/CVI编程环境 166

5.2.2创建虚拟仪器——*.prj工程文件的一般过程 167

5.2.3 【示例5-1】压力值显示器（电压－压力转换器） 169

5.3用LabVIEW设计虚拟仪器方法介绍 176

5.3.1 LabVIEW的主菜单 176

5.3.2 LabVIEW的基本开发环境 177

5.3.3在LabVIEW上设计虚拟仪器的基础知识 179

5.3.4 【示例5-2】压力值显示器 181

5.4练习与实践 182

第6章 I/O总线接口设备——数据采集驱动软件模块 183

6.1数据采集卡 183

6.1.1数据采集卡的基本性能指标 183

6.1.2数据采集卡的安装 185

6.1.3 I/O接口设备Lab-PCI-6024E数据采集卡简介 185

6.1.4实现数据采集卡软件驱动前的参数设置 185

6.2I/O接口设备Lab-PCI-6024E数据采集卡的软件驱动 187

6.2.1 【示例6-1】连续信号的采集与显示仪（用LabVIEW实现） 187

6.2.2 【示例6-2】直流信号发生器（用LabVIEW实现） 189

6.2.3 【示例6-3】连续信号输出与采集演示仪（用LabVIEW实现） 190

6.2.4 【示例6-4】连续信号的采集与显示仪］（用LabWindows/CVI实现） 191

6.2.5 【示例6-5】直流信号发生器（用LabWindows/CVI实现） 192

6.3模拟信号输出用软件模块 193

6.3.1采用LabWindows/CVI中SineWave（）函数生成正弦波 194

6.3.2采用LabVIEW中Sine Wave.vi图标生成正弦波 196

6.3.3 【示例6-6】利用LabWindows/CVI设计正弦波信号发生器 197

6.3.4 【示例6-7】利用LabVIEW设计正弦波信号发生器 199

6.4非NI公司数据采集卡的驱动 201

6.4.1 PCI9111数采卡的简介 201

6.4.2 PCI9111数采卡的软件驱动程序设计 201

6.5练习与实践 202

7.1信号的分类 203

第7章 测量功能的软件实现（一） 203

7.1.1 确定性信号与非确定性（随机）信号 204

7.1.2连续时间与离散时间信号 207

7.2信号的幅值域分析与虚拟多值表 208

7.2.1信号的幅值域分析 208

7.2.2交流电气量的测量与虚拟多值表原理 213

7.2.3 【示例7-1】交流电压多值表 215

7.2.4练习与实践 220

7.3基于信号时间域分析仪器及其测量功能的软件实现 220

7.3.1信号的分解与合成 220

7.3.2时域的参数分析 222

7.3.3频率测量与虚拟频率计 223

7.3.4 【示例7-2】虚拟波形发生器 226

7.3.5练习与实践 227

7.4基于信号相关分析测量仪器及其功能的软件实现 228

7.4.1相关函数的定义式 228

7.4.2 自相关函数的性质与特点 229

7.4.3互相关函数的性质与特点 233

7.4.4 【示例7-3】周期信号幅值与自相关函数测试仪 234

7.4.5 【示例7-4】提取微弱信号的相关仪 236

7.4.6练习与实践 241

7.5信号的频域分析类仪器及其测量功能的软件实现 242

7.5.1周期信号与离散频谱 243

7.5.2非周期信号与连续频谱 246

7.5.3傅里叶变换的性质 251

7.5.4离散时间信号的频谱 257

7.5.5离散傅里叶变换（DFT） 260

7.5.6信号的频谱分析 262

7.5.7 【示例7-5】简单频谱分析仪 269

7.5.8基于FFT的测量仪器 273

7.5.9练习与实践 276

第8章 测量功能的软件实现（二） 277

8.1数字滤波器在测量系统中的应用及其软件实现 277

8.1.1滤波器的分类 277

8.1.2数字滤波器的数学基础——Z变换简介 282

8.1.3 IIR滤波器的设计方法简介 291

8.1.4 LabVIEW与LabWindows/CVI中的滤波函数／图标简介 296

8.1.5 【示例8-1】虚拟巴特沃兹滤波器 300

8.1.6其他滤波技术的软件实现 302

8.2相位测量与虚拟相位差计功能的软件实现 306

8.2.1基于相位－时间转换的相位差测量法 306

8.2.2基于FFT谱分析的相位差测量法 308

8.2.3基于相关原理的相位差测量法 310

8.3电参量R,L,C的测量与相关测量仪器功能的软件实现 313

8.3.1电桥法 314

8.3.2调幅波解调仪示例 317

8.3.3谐振法 319

8.3.4伏安法（同时测量电压、电流法） 322

8.3.5练习与实践 323

第9章 测试系统智能化功能的软件实现 324

9.1改善静态性能智能化功能的软件实现 324

9.1.1非线性自校正 324

9.1.2自校零与自校准 328

9.2改善动态性能的智能化频率自补偿技术 332

9.2.1数字滤波法 332

9.2.2频域校正法 336

9.3改善系统稳定性智能化多信息融合技术 337

9.3.1二传感器信息融合——二维回归分析法 338

9.3.2三传感器信息融合——三维回归方程 343

9.5.1模拟PID控制器的传递函数 344

9.4提高系统信噪比的智能化消噪技术 344

9.5测控系统控制功能的软件实现 344

9.5.2数字式PID控制器脉冲传递函数 345

9.6测控系统网络化的软件实现 347

9.6.1测控系统网络化的软件实现 347

9.6.2基于Internet的远程测控系统实现技术 350

9.6.3西安交通大学“远程网络测控实验室”介绍 353

9.7练习与实践 356

9.7.1 “虚拟学习室”练习 356

9.7.2问题 356

参考文献 357