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目录1

绪论1

第一篇 工程测试技术基础5

第1章　测试的基础知识5

1.1　测试的基本概念5

1.1.1　测量、计量和测试5

1.1.2　测试方法的分类5

1.1.3　测试系统的组成6

1.2　测量误差及其不确定度7

1.2.1　真值及测量误差7

1.2.2 测量误差的分类8

1.2.3　测量不确定度8

1.3　测量数据处理14

1.3 1　测量数据的统计特性14

1.3.2　粗大误差的判别和剔除14

1.3.3　测量数据的表述方法15

1.3.4　一元线性回归17

习题与思考题19

第2章　信号分析基础20

2.1 信号的分类与描述20

2.1.1　信号的分类20

2.1.2　信号的描述25

2.2　周期信号与离散频谱26

2.2.1 傅里叶级数与周期信号的分解26

2.2.2　周期信号频域描述的物理意义29

2.2.3　周期信号的频域描述实例29

2.2.4　周期信号的强度描述34

2.3　非周期信号与连续频谱35

2.3.1 傅里叶变换36

2.3.2　傅里叶变换的基本性质38

2.3.3　典型非周期信号的频谱40

2.4.1　平均值、方差、均方值43

2.4　随机信号43

2.4.2　概率密度函数44

2.4.3　相关函数45

2.4.4　功率谱密度函数51

习题与思考题54

第3章　测试系统的特性56

3.1 测试系统与线性系统56

3.1.1　测试系统的基本要求56

3.1.2　线性系统及其主要特性57

3.1.3　测试系统的传输特性58

3.2　测试系统的静态特性59

3.2.1　静态特性指标59

3.2.2　静态特性的标定64

3.3　测试系统的动态特性64

3.3.1　动态特性的数学描述65

3.3.2　常见测试系统的频率响应69

3.3.3　常见测试系统的阶跃响应73

3.3.4　测试系统动态特性的标定77

3.4　实现系统不失真测试的条件79

习题与思考题81

第4章　传感器技术概论83

4.1　传感器的基本概念83

4.1.1　传感器的定义及组成83

4.1.2　传感器的分类84

4.1.3　常用技术性能指标85

4.2　弹性敏感元件86

4.2.1 弹性敏感元件的基本特性86

4.2.2　弹性敏感元件的材料88

4.2.3　弹性敏感元件的结构型式91

4.3　传感器的应用及发展趋势100

习题与思考题101

5.1 工作原理及结构参数103

第二篇 常用传感器的原理及应用103

第5章　电阻应变式传感器103

5.1.1 电阻应变片的工作原理104

5.1.2　电阻应变片的种类及材料107

5.1.3　电阻应变片的性能参数110

5.2　测量电路及温度补偿111

5.2.1　测量电桥111

5.2.2　温度误差及补偿114

5.2.3 电阻应变片的布置和接桥方式116

5.3 电阻应变式传感器的应用117

5.3.1　测力传感器118

5.3.2 压力传感器119

5 3.3　加速度传感器120

习题与思考题121

6.1 自感式电感传感器123

6.1.1 工作原理123

第6章 电感式传感器123

6.1.2　差动式自感传感器125

6.1.3　测量电路126

6.2　互感式电感传感器133

6.2.1　工作原理133

6.2.2　测量电路134

6.3 电涡流式传感器135

6.3.1 工作原理135

6.3.2　测量电路138

6.4 电感式传感器的应用140

6.4.1 差动式电感传感器应用实例140

6.4.2　电涡流式传感器应用实例142

习题与思考题143

第7章 电容式传感器145

7.1 工作原理与特性145

7.1.2　面积变化型146

7.1.1　极距变化型146

7.1.3　介电常数变化型147

7.2　测量电路147

7.2.1　调频电路147

7.2.2　脉冲宽度调制电路148

7.3　电容式传感器的应用150

习题与思考题152

第8章　压电式传感器153

8.1　压电效应153

8.1.1 压电效应153

8.1.2　压电材料155

8.2　测量电路157

8.2.1　等效电路157

8.2.2　测量电路159

8.3.1　加速度传感器160

8.3　压电式传感器的应用160

8.3.2　测力传感器165

8.3.3　压力传感器167

习题与思考题167

第9章　磁敏式传感器168

9.1　霍尔传感器168

9.1.1　霍尔效应与霍尔元件168

9.1.2　霍尔元件材料及主要特性参数171

9.1.3　测量误差及其补偿172

9.1.4　霍尔集成传感器174

9.1.5　霍尔传感器的应用176

9.2　磁敏电阻179

9.2.1　磁阻效应179

9.2.2　磁敏电阻的结构与特性180

9.2.3　磁敏电阻的应用182

9.3.1　磁敏二极管184

9.3　磁敏二极管和磁敏三极管184

9.3.2　磁敏三极管187

9.3.3　磁敏二极管和磁敏三极管的应用189

习题与思考题190

第10章　光电式传感器191

10.1　光电效应191

10.2　光电管及光电倍增管192

10.2.1 光电管192

10.2.2 光电倍增管195

10.3　光敏电阻197

10.3.1　结构原理197

10.3.2　基本特性197

10.4　光电池200

10.4.1　硅光电池的结构原理200

10.4.2　光电池的基本特性200

10.5.1　结构原理203

10.5　光电二极管和光电三极管203

10.5.2　基本特性204

10.5.3　结构及技术参数206

10.6　光电式传感器及其应用208

10.6.1　光电式传感器的类型208

10.6.2　应用实例208

习题与思考题212

第11章　热电式传感器213

11.1 概述213

11.2　热电阻214

11.2.1　金属热电阻214

11.2.2　热敏电阻216

11.3　热电偶218

11.3.1　热电效应218

11.3.2　热电偶的基本定律220

11.3.3　常用热电偶及热电势的测量222

11.3.4　热电偶的冷端温度补偿224

11.3.5　热电偶的校准和标定226

11.4　新型热电式传感器226

11.4.1　PN结温度传感器226

11.4.2　压电型温度传感器227

11.4.3　磁热敏传感器228

习题与思考题228

第12章　数字式传感器230

12.1　光栅数字传感器230

12.1.1　光栅的类型和结构230

12.1.2 栅数字传感器的工作原理231

12.1.3　辨向与细分电路234

12.1.4　光栅数字传感器的应用237

12.2　感应同步器237

12.2.1 感应同步器的基本结构238

12.2.2　感应同步器的工作原理239

12.2.3 感应同步器的信号处理242

12.2.4 感应同步器的应用244

12.3　光电编码器245

12.3.1 绝对编码器246

12.3.2　增量编码器247

12.3.3　光电编码器的应用248

12.4　容栅传感器249

12.4.1 容栅传感器的结构和工作原理249

12.4.2　容栅传感器的测量电路251

12.4.3　容栅传感器的应用252

习题与思考题252

第三篇 新型传感器与检测技术255

第13章　光纤传感器255

13.1 光纤的结构及传光原理255

13.1.1　光纤的结构及分类255

13.1.2　传光原理256

13.2 光纤传感器的工作原理259

13.2.1 光纤传感器的组成259

13.2 光纤传感器的分类260

13.2.3 光的调制技术260

13.3　光纤传感器的应用262

13.3.1　光纤位移传感器263

13.3.2　光纤振动传感器265

13.3.3 光纤流速及加速度传感器266

13.3.4　光纤温度传感器268

习题与思考题268

第14章 固态图像传感器270

14.1 电荷耦合器件（CCD）的工作原理270

14.2 CCD图像传感器271

14.2.1 线阵CCD图像传感器271

14.2.2 面阵CCD图像传感器272

14.3　CCD的基本特性参数274

14.4　CCD图像传感器及其应用276

习题与思考题278

第15章　辐射式传感器279

15.1　红外辐射传感器279

15.1.1　红外辐射的物理基础279

15.1.2　红外探测器（传感器）281

15.1.3 红外辐射传感器的应用284

15.2　超声波传感器286

15.2.1 超声波检测的物理基础286

15.2.2　超声波探头288

15.2.3　超声波传感器的应用289

15.3　核辐射传感器290

15.3.1　核辐射及其物理特性291

15.3.2　核辐射传感器292

15.3.3　核辐射传感器的应用294

习题与思考题296

第16章　微型传感器297

16.1 微机电系统与微型传感器297

16.1.1 微机电系统297

16.1.2　MEMS微型传感器298

16.2　微型压力传感器299

16.2.1 压阻式微型压力传感器300

16.2.2　电容式微型压力传感器301

16.2.3　谐振式微型压力传感器302

16.3　微型加速度计303

16.3.1 压阻式微型加速度计303

16.3.2 电容式微型加速度计305

习题与思考题306

第17章　计算机辅助测试技术307

17.1 计算机辅助测试系统概述307

17.1.1　基本结构307

17.1.2　接口和总线技术308

17.1.3　基于PC总线的计算机辅助测试系统310

17.2　计算机辅助测试系统的设计310

17.2.1 硬件设计311

17.2.2 抗干扰设计314

17.3　虚拟仪器316

17.3.1 概述316

17.3.2　虚拟仪器的硬件结构317

17.3.3　虚拟仪器的软件开发平台321

17.3.4 用LabVIEW设计虚拟仪器实例323

习题与思考题325

附录1 常用名词术语汉英对照326

附录2　单位冲击函数和抽样定理336

附录3 ZCY-Ⅱ型综合传感器实验仪342

附录4 常用热电偶分度表346

参考文献348