第1篇 传感与测试技术的理论基础 1
第1章 绪论 1
1.1 传感与测试技术的内涵 1
目录 1
1.2 传感器的组成及分类 2
1.2.1 传感器的组成 2
1.2.2 传感器的分类 3
1.3 传感与测试技术在工程中的地位 4
1.4 传感与测试技术的发展状况 5
1.5 本课程的内容及特点 6
思考题与习题 7
第2章 测量与测量系统的基本知识 8
2.1 测量的基础知识 8
2.1.1 直接测量 8
2.2 非电量电测系统的组成 9
2.1.2 间接测量 9
2.1.3 标准 9
2.3 传感器与测量系统的静态特性 11
2.3.1 静态标定 12
2.3.2 工作曲线及参考工作曲线 13
2.3.3 静态特性指标 14
2.4 传感器与测量系统的动态特性 18
2.4.1 线性时不变系统 18
2.4.2 传感器与测量系统动态特性描绘方法 19
2.4.3 典型系统的频率响应 22
2.4.4 典型激励的系统响应 26
2.4.5 无失真测试条件 29
2.5 传感器及测量系统动态特性获取方法 30
2.6 动态误差修正 32
2.6.1 频域修正方法 32
思考题与习题 33
2.6.2 时域修正方法 33
第3章 工程信号及其分析 35
3.1 工程信号的分类 35
3.1.1 确定性信号 35
3.1.2 随机信号 36
3.2 周期信号描述 38
3.2.1 周期信号的分解和频谱 38
3.2.2 周期信号的可测性分析 42
3.3 时限信号（瞬态信号）描述 45
3.3.1 时限信号的分解和频谱 46
3.3.2 时限信号的可测性分析 48
3.4 随机信号描述 48
3.4.1 随机信号的特征参数 48
3.4.2 随机信号的特征估计 52
3.5 典型激励信号描述 56
3.5.1 冲激函数及其频谱分析 56
3.5.2 单位阶跃信号及其频谱分析 58
3.5.3 单位斜坡信号及其频谱 60
思考题与习题 61
第4章 测量数据处理及表述 62
4.1 实验数据的表示方法 62
4.1.1 表格法 62
4.1.2 图解法 62
4.1.3 经验公式 63
4.1.4 有效数字及数据修约 64
4.2 误差的定义及分类 64
4.2.1 误差的定义 64
4.2.2 误差的分类 65
4.2.3 误差的表示方法 66
4.2.4 表征测量结果质量的指标 66
4.3 不确定度的基本概念 67
4.3.1 有关不确定度的术语 67
4.3.2 产生测量不确定度的原因和测量模型 68
4.4.1 单次测量结果试验标准差与平均值试验标准差 69
4.4 标准不确定度的A类评定 69
4.4.2 测量过程的合并样本标准差 71
4.4.3 规范测量中的合并样本标准差 73
4.4.4 极差 74
4.4.5 最小二乘法 75
4.4.6 不确定度A类评定的独立性 75
4.5 标准不确定度的B类评定 76
4.5.1 B类不确定度评定的信息来源 76
4.5.2 B类不确定度的评定方法 77
4.6 合成标准不确定度的评定 79
4.6.1 输入量不相关时不确定度的合成 80
4.6.2 输入量相关时不确定度的合成 81
4.6.3 合成标准不确定度的自由度 82
4.7 扩展不确定度的评定及表示形式 82
4.7.1 扩展不确定度的评定 82
4.7.2 测量不确定度的报告与表示 83
4.8 回归分析及其应用 84
4.8.1 直线拟合（一元线性回归） 85
4.8.2 曲线拟合（一元非线性回归） 89
思考题与习题 91
第2篇 传感器技术 96
第5章 应变式传感器 96
5.1 电阻应变片工作原理 96
5.1.1 电阻应变片的结构和工作原理 96
5.1.2 电阻应变片的种类、材料和参数 99
5.2 电阻应变片特性及粘贴 103
5.2.1 应变片的主要工作参数 103
5.2.2 应变片的粘贴 104
5.2.3 电阻应变片的温度误差及补偿 108
5.3 电阻应变片的信号调理电路 111
5.3.1 直流电桥 111
5.3.2 交流电桥 113
5.3.3 电桥的平衡装置 118
5.3.4 电阻应变仪 119
5.4 常用敏感元件及应变片的排列与接桥 124
5.4.1 常用应变测力传感器的结构 125
5.4.2 各种载荷测量中应变片的排列和连桥 128
思考题与习题 133
第6章 电感式传感器 136
6.1 自感式电感传感器 136
6.1.1 单磁路自感式电感传感器 136
6.1.2 自感式差动电感传感器 138
6.1.3 螺管式电感传感器 140
6.2 差动变压器式传感器 142
6.2.1 工作原理 142
6.2.2 差动变压器式传感器的结构类型和主要特性 143
6.2.3 差动变压器的测量电路 145
6.3 电涡流式传感器 146
6.3.1 高频率反射式电涡流传感器 146
6.3.2 低频透射式涡流传感器 148
6.3.3 电涡流传感器的应用 149
思考题与习题 151
第7章 电容式传感器 152
7.1 电容式传感器的工作原理及结构 152
7.1.1 工作原理 152
7.1.2 结构类型 154
7.2 电容式传感器的灵敏度及非线性 155
7.2.1 变极距型平板电容式传感器 155
7.2.2 变面积型板状线位移传感器 156
7.2.3 变介电常数型传感器 157
7.2.4 差动电容式传感器 158
7.3 电容式传感器的测量电路 159
7.3.1 电桥电路 159
7.3.2 差动脉冲调宽电路 160
7.3.3 运算放大器式电路 162
7.4 硅电容式集成传感器 162
7.4.1 硅电容式集成压力传感器 163
7.4.2 硅电容式加速度传感器 164
思考题与习题 165
第8章 压电式传感器 167
8.1 压电效应与压电常数 167
8.1.1 压电效应 167
8.1.2 压电常数 167
8.2 压电材料及压电元件结构形式 171
8.2.1 压电晶体 171
8.2.2 压电陶瓷 173
8.2.3 压电薄膜 175
8.2.4 压电元件的结构形式 175
8.3 压电式传感器的等效电路 177
8.3.1 压电元件的等效电路 177
8.3.2 压电传感器的等效电路 178
8.4 测量电路 179
8.4.1 电压放大器 179
8.4.2 电荷放大器 183
8.5 压电式传感器 185
8.5.1 压电式力和压力传感器 185
8.5.2 压电式加速度传感器 187
8.6 误差分析 191
8.6.1 环境温度的影响 191
8.6.2 环境湿度的影响 193
8.6.3 电缆噪声 193
思考题与习题 194
第9章 磁电式传感器 195
9.1 磁电感应式传感器 195
9.1.1 磁电式振动传感器的工作原理 196
9.1.2 典型结构 199
9.1.3 磁电式传感器的误差 201
9.2 霍耳式传感器 203
9.2.1 霍耳效应 203
9.2.2 霍耳元件 204
9.2.3 霍耳元件的不等位电势和温度误差的补偿 205
9.2.4 集成霍耳传感器 208
9.2.5 应用 209
思考题与习题 210
第10章 光电式传感器 211
10.1 光电器件 211
10.1.1 外光电效应的光电器件 211
10.1.2 内光电效应的光电器件 214
10.1.3 光电耦合器件 222
10.1.4 电荷耦合器件 222
10.2 光纤传感器 225
10.2.1 光纤的结构和传输原理 225
10.2.2 几种常用的光纤传感器 227
10.3 红外传感器 230
10.3.1 红外辐射 230
10.3.2 红外探测器 230
10.3.4 红外测温 233
10.3.3 红外探测器使用中应注意的问题 233
10.4 光电传感器的应用 235
思考题与习题 237
第11章 气、湿、色敏传感器 238
11.1 气敏传感器 238
11.1.1 引言 238
11.1.2 气敏传感器的分类 240
11.1.3 半导体气敏传感器的工作原理及结构 241
11.1.4 其他气敏传感器 245
11.1.5 半导体气敏元件的主要特性参数 246
11.1.6 气敏传感器的应用 250
11.2 湿敏传感器 252
11.2.1 引言 252
11.2.2 湿敏传感器的主要特性参数 254
11.2.3 湿敏传感器的分类 256
11.2.4 湿敏传感器的测量电路 262
11.3.1 半导体色敏器件的结构与工作原理 264
11.3 色敏传感器 264
11.3.2 半导体色敏传感器的颜色识别电路 267
思考题与习题 268
第3篇 工程测试技术 269
第12章 常用物理量测试方法 269
12.1 应力、应变、力测量 269
12.1.1 应变、应力测量 269
12.1.2 力的测量 275
12.1.3 传感器的标定 277
12.2 压力测量 279
12.2.1 概述 279
12.2.2 常用测压传感器 280
12.2.3 动态压力测量时管道传输效应 282
12.2.4 测压系统的标定 284
12.3 流量测量 287
12.3.1 流量测量的基本知识 287
12.3.2 常用流量计 291
12.3.3 流量计的定度 295
12.4 温度测量 297
12.4.1 概述 297
12.4.2 接触式测量 300
12.4.3 非接触式温度测量 305
12.5 噪声测量 307
12.5.1 噪声测量基础 307
12.5.2 常用噪声测量仪器 312
12.5.3 噪声测量的方法 317
12.6 位移、速度、加速度测量 320
12.6.1 概述 320
12.6.2 位移测量 320
12.6.3 速度测量 324
12.6.4 加速度测量 331
12.7 机械振动测量 338
12.7.1 振动测量系统的组成 338
12.7.2 振动系统的合理选用 340
12.7.3 传感器的安装 341
12.7.4 机械阻抗测试 342
思考题与习题 344
第13章 计算机化测试技术 347
13.1 概述 347
13.1.1 智能测量仪器 347
13.1.2 计算机自动测试系统 347
13.1.3 计算机数据处理 348
13.2 采样 349
13.2.1 采样过程 349
13.2.2 采样定理 350
13.2.3 量化 351
13.3 计算机辅助测试技术中的接口技术 352
13.3.1 概述 352
13.3.2 RS232C标准接口总线 354
13.3.3 GPIB标准接口总线 357
13.3.4 其他标准接口总线简介 363
13.4 VXI总线系统 365
13.4.1 概述 365
13.4.2 VXI总线的特点 365
13.4.3 VXI总线系统简介 366
13.5 虚拟仪器系统 367
13.5.1 概述 367
13.5.2 虚拟仪器的结构及特点 367
13.5.3 虚拟仪器的系统组成 369
13.5.4 VXIplug play 370
13.5.5 虚拟仪器软件开发平台 371
13.6 计算机辅助测试系统及应用实例 373
13.6.1 多通道数据采集系统 373
13.6.2 微型计算机在火箭发动机测试中的应用 375
13.6.3 基于PCI的半正弦压力发生器的测控系统 375
思考题与习题 377