传感器与测试技术

1 测量系统的基础知识

1.1 概述

1.1.1 工程测试技术的基本任务

1.1.2 测量系统的组成

1.2 信号的描述和变换

1.2.1 信号的分类和描述

1.2.2 周期信号的频谱

1.2.3 非周期信号的频谱

1.2.4 傅里叶变换的常用性质

1.2.5 几种典型信号的频谱

1.3 测量误差和准确度

1.3.1 误差的分类及其定义

1.3.2 测量准确度

1.4 传感器的分类和命名法

1.4.1 传感器的分类

1.4.2 传感器命名法

习题

2 测量系统的特性

2.1 测量系统的静态特性

2.1.1 系统性特性

2.1.2 统计性特性

2.1.3 静态校准

2.2 测量系统的动态特性

2.2.1 线性系统传输特性的数学描述

2.2.2 一阶系统和二阶系统的动态特性

2.2.3 测量系统对典型输入的响应

2.2.4 测量系统动态特性参数的测定

2.3 实现不失真测试的条件

2.4 传感器的负载效应和二端口网络

2.4.1 传感器的等效电路和负载误差

2.4.2 二端口网络

2.5 测量仪器的选择

2.5.1 传感器的选择和安装

2.5.2 放大器、电源和其他装置的选择

习题

3 测量误差的分析与处理

3.1 系统误差

3.1.1 系统误差的分类

3.1.2 系统误差的修正

3.2 随机误差

3.2.1 随机误差的分布规律

3.2.2 随机误差的统计分析

3.3 测试数据的处理

3.3.1 可疑数据的取舍

3.3.2 最小二乘线性拟合

3.3.3 用数据变换做线性回归

3.4 测量结果的不确定度分析

3.4.1 间接测量不确定度的传递

3.4.2 不确定度中的系统不确定度和随机不确定度处理

3.4.3 测量实验最终结果的不确定度

习题

4 信号的调理与显示记录装置

4.1 电桥

4.1.1 概述

4.1.2 直流电桥

4.1.3 交流电桥

4.2 信号的放大与衰减

4.2.1 信号放大器的主要特性

4.2.2 使用运算放大器的放大器

4.2.3 信号衰减

4.3 调制与解调

4.3.1 幅值调制与解调

4.3.2 频率调制与解调

4.4 滤波器

4.4.1 滤波器的分类

4.4.2 恒带宽比和恒带宽滤波器

4.5 信号的显示记录装置

4.5.1 指针式记录仪

4.5.2 数字显示原理

4.5.3 图像显示装置

4.5.4 数据采集系统

4.6 模拟信号的传输

4.6.1 低电平电压信号的传输

4.6.2 电流信号的传输

习题

5 计算机数据采集与分析系统

5.1 数据采集与分析系统的构成

5.1.1 数据采集与分析系统的基本构成

5.1.2 虚拟仪器

5.2 信号数字化的基本原理

5.2.1 采样和采样定理

5.2.2 量化及量化误差

5.2.3 窗函数的选择

5.2.4 频域采样和栅栏效应

5.3 快速傅里叶变换原理

5.3.1 离散的傅里叶变换

5.3.2 傅里叶变换的快速算法（FFT）

5.3.3 FFT的逆变换（IFFT）

5.4 数据采集器件

5.4.1 数模（D/A）转换器A/D）

5.4.2 模数（A/D）转换器

习题

6 信号的分析与处理

6.1 信号的时域分析

6.1.1 信号的时域统计参数

6.1.2 概率密度函数的应用

6.2 信号的相关分析

6.2.1 相关系数

6.2.2 自相关函数分析

6.2.3 互相关函数分析

6.2.4 互相关函数的工程应用

6.3 信号的频域分析

6.3.1 功率谱密度函数

6.3.2 功率谱的应用

6.3.3 相干函数

6.3.4 倒频谱分析及其应用

习题

7 常用位移传感器的变换原理

7.1 电位器式位移传感器

7.2 电感式位移传感器

7.2.1 可变磁阻式位移传感器

7.2.2 LVDT位移传感器

7.3 电容式位移传感器

7.3.1 电容式位移传感器的工作原理

7.3.2 电容传感器的特点

7.4 霍尔式位移传感器

7.4.1 霍尔效应

7.4.2 霍尔元件及其位移传感器

7.5 光栅式位移传感器

7.5.1 光栅式位移传感器的基本原理

7.5.2 光栅的光学系统

7.6 磁栅式位移传感器

7.6.1 磁尺和磁头

7.6.2 测量电路

7.7 激光干涉仪

7.7.1 激光干涉法测距原理

7.7.2 双频激光干涉仪

7.8 轴角编码器

7.8.1 光电轴角编码器的工作原理

7.8.2 循环码盘

7.9 厚度测量仪表

7.9.1 非接触式测厚仪

7.9.2 接触式测厚仪

习题

8 应变和力传感器的原理与应用

8.1 电阻应变式传感器的工作原理

8.1.1 金属粘贴式电阻应变计

8.1.2 压阻式传感器

8.2 电阻应变计的应用

8.2.1 电阻应变计的工作特性及选择

8.2.2 电阻应变计的安装

8.3 应力测量

8.3.1 电阻应变仪

8.3.2 单向应力测量

8.3.3 平面应力状态下主应力的测量

8.4 常用力传感器

8.4.1 电阻应变式力传感器

8.4.2 压电式力传感器

8.4.3 压磁式力传感器

8.5 传动轴扭矩的测量

8.5.1 应变式扭矩测量

8.5.2 扭矩信号的传输

8.5.3 扭矩的校准

习题

……

9 机械振动传感器及其应用

10 噪声的测量

11 温度传感器

12 流体参数的测量

13 光学量传感器

部分习题参考答案

主要参考文献

《传感器与测试技术/远程教育“十二五”规划教材》较系统地介绍了传感器与测试技术的基本理论与方法。基础部分包括传感器与测试技术的基础知识、测试系统基本特性、测量误差的分析与处理，信号的调理与显示记录装置、计算机数据采集与分析系统，信号的分析和处理；传感器部分包括位移、应变和力、机械振动、噪声、温度和压力、流量、流速和液位等流体参数测试的传感器。为了帮助读者掌握所学内容，各章均设有一定数量的习题。

《传感器与测试技术/远程教育“十二五”规划教材》可作为高等学校本科机械类各专业传感器与测试技术课程的教材，也可作为自动控制、仪器仪表类专业有关传感器与测试技术课程的教材。同时，对于工厂、研究院以及其他从事机械工程性能试验和机电一体化产品设计、开发的工程技术人员，也具有参考价值。