传感器与测试技术

第 1章 绪论 1
1.1 测试技术概述 1
1.2 测试系统的组成 1
1.3 测试技术的主要任务及其在机械工程中的应用 3
1.3.1 测试技术的主要任务 3
1.3.2 测试技术在机械工程领域的主要应用 3
1.4 现代测试技术的发展趋势 4
1.4.1 传感器的发展趋势 4
1.4.2 测试技术的发展趋势 5
复习与思考 5
第 2章 信号及其描述 6
2.1 信号的分类及其描述 6
2.1.1 信号的分类 6
2.1.2 信号的描述 8
2.2 周期信号 8
2.2.1 周期信号的时域描述 8
2.2.2 周期信号的频域描述 9
2.2.3 周期信号的强度分析 13
2.3 非周期信号 14
2.3.1 傅里叶变换 14
2.3.2 傅里叶变换的主要性质 16
2.3.3 工程典型信号的频谱 19
2.4 随机信号 23
2.4.1 随机信号的概念及分类 23
2.4.2 随机信号的统计特征参数 24
复习与思考 26
第 3章 测试系统的特性 27
3.1 测试系统基本特性 27
3.1.1 测试系统的静态特性 28
3.1.2 测试系统的动态特性 31
3.2 系统实现不失真测量条件 41
3.3 测量系统动态特性参数的测定 42
3.3.1 频率响应法 42
3.3.2 阶跃响应法 43
3.4 测试装置的负载特性 44
3.4.1 负载效应 44
3.4.2 减轻负载效应的措施 45
3.5 测量误差的基本概念 45
3.5.1 真值 45
3.5.2 测量误差 46
3.5.3 误差分类 46
3.5.4 精度 46
3.5.5 不确定度 47
复习与思考 48
第 4章 传感器 49
4.1 传感器概述 49
4.2 电阻式传感器 50
4.2.1 电位器式电阻传感器 50
4.2.2 应变式电阻传感器 52
4.2.3 电阻式传感器应用举例 56
4.2.4 黏合剂和应变片的粘贴技术 59
4.3 电感式传感器 60
4.3.1 自感传感器 60
4.3.2 差动变压器式电感传感器（互感传感器） 63
4.3.3 电感式传感器的特点及应用 64
4.4 涡流式传感器 66
4.4.1 涡流效应 66
4.4.2 涡流式传感器的类型 67
4.4.3 测量电路 71
4.4.4 涡流式传感器的应用 72
4.5 电容式传感器 77
4.5.1 基本工作原理 77
4.5.2 结构形式 78
4.5.3 输出特性 78
4.5.4 电容式传感器的应用 83
4.6 热敏电阻 87
4.6.1 陶瓷热敏电阻 87
4.6.2 半导体热敏传感器 88
4.6.3 薄膜铂电阻 89
4.6.4 热敏电阻的主要应用 92
4.7 压电式传感器 92
4.7.1 压电效应 93
4.7.2 压电材料 94
4.7.3 压电式传感器及其等效电路 95
4.7.4 压电式传感器的信号调节电路 96
4.7.5 压电式传感器的应用 97
4.8 热电偶 105
4.8.1 热电偶的工作原理 105
4.8.2 常用热电偶 106
4.8.3 热电偶参考端温度补偿 107
4.9 光电传感器 109
4.9.1 光电传感器原理 109
4.9.2 外光电效应器件 110
4.9.3 内光电效应器件 112
4.9.4 常见光电传感器的应用举例 115
4.10 数字式传感器 117
4.10.1 码盘式编码器 118
4.10.2 脉冲盘式编码器 120
复习与思考 122
第 5章 测试信号调理与记录 124
5.1 电桥 124
5.1.1 直流电桥 124
5.1.2 交流电桥 127
5.1.3 变压器电桥 129
5.2 信号的调制与解调 129
5.2.1 幅值调制与解调 130
5.2.2 频率调制与解调 134
5.3 信号的放大与滤波 136
5.3.1 信号的放大 136
5.3.2 信号的滤波 139
5.4 信号的显示与记录 144
5.4.1 笔式记录仪 145
5.4.2 LED和LCD 145
5.4.3 示波器 149
复习与思考 150
第 6章 测试信号数字化处理 152
6.1 数字信号获取与处理系统简介 152
6.2 模拟信号的数字化 153
6.2.1 采样与量化 153
6.2.2 采样定理 155
6.2.3 频率混叠现象 155
6.3 数字信号的预处理 156
6.3.1 零均值化 156
6.3.2 奇异点（野点）剔除 156
6.3.3 消除趋势项 157
6.4 数字信号处理基础 158
6.4.1 信号的时域截断与泄漏 158
6.4.2 离散傅里叶变换及快速傅里叶变换 161
6.4.3 细化FFT 162
复习与思考 163
第 7章 测试信号分析与处理 164
7.1 信号的时域分析 164
7.1.1 波形分析 164
7.1.2 包络分析 165
7.1.3 统计分析 166
7.2 信号的相关分析 166
7.2.1 相关系数 166
7.2.2 信号的自相关分析 167
7.2.3 信号的互相关分析 169
7.3 信号的频域分析 173
7.3.1 自功率谱密度函数 173
7.3.2 互功率谱密度函数 175
7.3.3 功率谱的应用 175
复习与思考 177
第 8章 计算机测试系统 179
8.1 计算机测试系统的基本组成 179
8.2 计算机测试系统总线技术 181
8.2.1 总线的分类与标准化 181
8.2.2 总线的通信方式 182
8.2.3 测试系统内部总线和外部总线 183
8.2.4 现场总线 187
8.3 智能仪器技术 192
8.3.1 智能仪器概述 192
8.3.2 智能仪器组成及特点 193
8.4 虚拟仪器技术 195
8.4.1 虚拟仪器技术概述 195
8.4.2 虚拟仪器的构成 196
8.5 虚拟仪器软件简介 198
复习与思考 201
第 9章 机械工程测试综合应用实例 202
9.1 测试技术在汽车技术中的应用——发动机性能检测 202
9.1.1 发动机综合性能检测装置的基本组成 203
9.1.2 点火系统检测与波形分析 207
9.1.3 柴油机喷油压力波形检测 212
9.2 基于LabVIEW的测试系统实例——电机转矩、转速测试系统 217
9.2.1 研究背景 217
9.2.2 转矩转速测量原理 217
9.2.3 转矩转速测试系统硬件设计 219
9.2.4 转矩转速测试系统软件设计 219
9.2.5 结果及分析 220
参考文献 222