电气测量原理与应用

译者序

前言

第1章测量简介

参考文献

第2章电气测量基础

2.1主要术语及定义

2.1.1测量技术的基本术语

2.1.2测量的主要方法

2.2测量的不确定度

2.2.1误差、不确定度和信号处理的可靠性

2.2.2统计学的基本词汇和概念

2.2.3与测量设备有限准确度有关的不确定度的评估和校正方法

2.2.4测量不确定度的估计

2.3电气量的标准

2.3.1标准、标准器具、校准和验证

2.3.2由物理现象和定律描述的电气量标准

2.3.3电气量的实物标准

2.3.4参考万用表和校准器具

参考文献

第3章经典电气测量

3.1指示式测量仪器仪表

3.1.1机电式仪器仪表与数字测量系统

3.1.2动圈系仪表

3.1.3动铁系仪表

3.1.4电动系仪表瓦特表

3.1.5感应系电能表

3.2记录与显示测量仪器

3.2.1示波器的基本原理

3.2.2记录与数据存储装置

3.3电桥

3.3.1平衡式与不平衡式电桥

3.3.2零输出型直流电桥

3.3.3交流电桥

3.3.4变压器电桥

3.3.5不平衡式电桥

3.3.6电桥的替代电路安德森回路

3.4电位计与比较器

参考文献

第4章模拟测量信号处理

4.1信号调理

4.1.1模拟测量信号

4.1.2电阻、电容及电感参数的调整

4.1.3交流/直流转换

4.1.4电压/频率转换

4.2信号放大

4.2.1差分、运算和测量放大器

4.2.2隔离放大器

4.2.3微直流信号放大器

4.2.4微交流信号放大器

4.2.5极大输入电阻放大器

4.2.6函数放大器

4.3测量技术中的负反馈

4.4模拟信号质量的改善

4.4.1模拟信号的噪声和干扰

4.4.2测量信号与放大器的连接

4.4.3信号的模拟滤波

参考文献

第5章测量信号的数字化处理

5.1模/数转换器

5.1.1信号取样、量化和编码

5.1.2模/数转换器

5.1.3模/数转换器的主要规格

5.2数/模转换器

5.2.1模拟信号的重构

5.2.2数/模转换器

5.2.3数/模转换器主要技术规格

5.3数字信号处理方法和工具

5.3.1数字信号处理主要术语

5.3.2离散傅里叶变换和快速傅里叶变换

5.3.3短时傅里叶变换和小波变换

5.3.4数字滤波器

5.4数字信号处理技术在测量中的应用实例

5.4.1频谱分析

5.4.2数字信号合成

5.4.3信号质量的提高和信号恢复

5.5数字化测量仪器

5.5.1数字万用表和频率表

5.5.2数字示波器

5.5.3功率和能量的数字化测量

5.6智能化数据分析

5.6.1人工智能在测量中的应用

5.6.2自适应滤波器

5.6.3人工神经网络

5.6.4模糊逻辑

参考文献

第6章计算机测量系统

6.1引言

6.2测量系统输入电路

6.2.1数据调理和采集电路

6.2.2含内置接口的传感器智能传感器

6.2.3模拟和数字的传送器

6.2.4数据记录仪

6.2.5IEEE：P1451标准灵巧传感器

6.3数据采集

6.3.1插件式数据采集卡

6.3.2外置式数据采集卡

6.4计算机测量系统中的数据通信

6.4.1接口、总线和连接器

6.4.2串行接口RS-232C和RS-485

6.4.3串行接口：USB接口和火线接口

6.4.4并行GPIB接口(IEEE488/IEC60625)

6.4.5无线接口：红外线、蓝牙和WUSB

6.4.6移动电话的GSM和UMTS用于数据传输

6.4.7无线数据采集和传输

6.4.8使用以太网和因特网的计算机系统

6.4.9专用网络接口：CAN、I2C、MicroLAN、SDI-12

6.4.10HART接口和4～20mA标准

6.4.11工业通信标准现场总线、Profibus、SCADA

6.4.12模块化系统VXI、PXI

6.4.13测量设备标准指令SCPI

6.5基于数字信号处理器的测量系统

6.5.1测量技术中的微控制器和数字信号处理器

6.5.2微型接口SPI和UART

6.6虚拟测量系统

6.6.1虚拟测量设备概念

6.6.2TestPoint软件

6.6.3AgilentVEEPro软件

6.6.4国家仪器公司的IabVIEW软件

6.7计算机测量系统实例

6.7.1测试磁性材料的测量系统

6.7.2任意波形励磁系统

6.7.3磁场扫描成像设备

参考文献

附录

附录A本书所用的一些符号

附录B本书所用的缩略语

　　随着新技术的不断涌现，电气测量领域得到了持续发展。从基本的热电偶到迅速发展的处在尖峰位置的虚拟仪器，同时也呈现出了一个不断增长的“数字化”的趋势。但是试图捕捉住电气测量方面的当前发展水平的书很快可能就会过时，因此人们需要一本像本书这样的涵盖现代电气测量主要领域内容的专著。　　本书对于研发和使用现代电气仪表所必需的背景概念和基本原理，建立了一个坚实的基础。首先介绍了基本原理(包括主要术语和定义、估计准确度和不确定度的方法，以及电气量的标准)和经典测量方法，然后深入研究了数据采集、信号调理，以及模拟和数字信号的信号处理：最后分析了计算机测量系统和虚拟测量技术。本书聚焦于所有类型电气测量的共性方面知识，从而确保对其有一个坚实的理解，并且能够很方便地应用到实践中去。　　本书介绍了电气测量基础知识和经典电气测量方法，着重讲述了经典测量仪表和手段的基本原理，包括指示式、机电式、动圈系、动铁系、电动系、感应系仪表以及示波器和电桥的基本原理等；研究了模拟测量信号处理的基本方法，包括信号调理、交流直流转换、电压一频率转换、信号放大、信号的模拟滤波等；研究了测量信号的数字化处理，包括模/数转换、离散傅里叶变换、短时傅里叶变换和小波变换、数字滤波等数字信号处理方法，以及人工智能、自适应滤波器、人工神经网络、模糊逻辑在测量中的应用等；最后分析了计算机测量系统和虚拟测量技术，包括智能传感器、灵巧传感器、数据通信接口和总线、虚拟测量系统等。　　本书内容广博，包含了经典的电气量标准、仪器仪表、电桥、热电偶等知识，又结合了测量学科的最新的进展，包含了到目前为止最为精确的铯原子钟、智能传感器、虚拟测量技术和LabVIEW软件等内容。本书着重研究基本原理，内容详细全面新颖，结合有大量的插图和示例，易于学习和理解。　　本书可以作为理工科相关学科的高年级本科生、研究生的教学用书，也适合于从事电气工程、自动控制、信息工程和检测技术等领域的科研工作者和工程技术人员阅读或作为参考书使用。