工程测试技术

作者简介

《清华大学机械工程基础系列教材:工程测试技术(第2版)》是是根据清华大学机械工程学院平台课“测试与检测技术基础”的教学大纲编写的一本有关测试技术理论与应用的教材。《清华大学机械工程基础系列教材:工程测试技术(第2版)》分两大部分，共12章。第一部分共7章，主要介绍测试技术的理论基础，内容包括：绪论，测试信号分析与处理，测试系统特性分析，被测量的获取，测试信号的转换与调理，信号的输出，虚拟测试系统。第二部分共5章，主要介绍力及其导出量、振动、温度、流量和声学的测量。每章后附有习题。

书籍目录

目录

第一部分 测试技术的理论基础

1 绪论

1.1 测试技术的发展与研究的内容

1.2测量的本质和基本前提

1.3标准及其单位

1.3.1 国际单位制及其基本单位

1.3.2 国际单位制的导出单位

1.3.3单位的十进制倍数和小数

习题

2测试信号分析与处理

2.1信号与测试系统

2.2信号描述

2.2.1信号的定义

2.2.2信号的分类

2.2.3信号的时域和频域描述方法

2.2.4周期信号的频域描述

2.2.5周期信号的功率

2.2.6非周期信号的频域描述

2.2.7随机信号描述

2.3数字信号处理

2.3.1 离散傅里叶变换

2.3.2 离散傅里叶变换的性质

2.3.3采样定理

2.3.4泄漏与加窗处理

2.3.5栅栏效应

2.3.6快速傅里叶变换

习题

3测试系统特性分析

3.1概述

3.2测量误差

3.3测试系统的静态特性

3.4测试系统的动态特性

3.4.1 线性系统的数学描述

3.4.2 用传递函数或频率响应函数描述系统的传递特性

3.5 测试系统实现精确测量的条件

3.6测试系统的负载效应

3.6.1 负载效应

3.6.2一阶系统的互联

3.6.3二阶系统的互联

习题

4被测量的获取

4.1被测量获取的基本概念

4.2传感器的分类

4.3电阻式传感器

4.3.1 工作原理

4.3.2 滑动触点式变阻器

4.3.3应变式传感器

4.4电阻式温度计

4.5热敏电阻

4.6 电感式传感器

4.6.1 自感式传感器

4.6.2互感式传感器

4.6.3磁弹性测力传感器

4.6.4压磁式互感传感器

4.7 电容式传感器

4.7.1 间隙变化型电容传感器

4.7.2 面积变化型电容传感器

4.7.3介质变化型电容传感器

4.8压电传感器

4.8.1 压电效应

4.8.2压电传感器工作原理及测量电路

4.8.3压电传感器的应用

4.9磁电式传感器

4.9.1 动圈式和动铁式传感器

4.9.2磁阻式传感器

4.9.3涡流一磁电式相对加速度传感器

4.10光电传感器

4.10.1外光电效应

4.10.2 内光电效应

4.10.3光生伏打效应

4.10.4 光电器件的应用

4.11 气敏传感器

4.12 固态图像传感器

4.13霍尔传感器

4.13.1 作用原理

4.13.2 霍尔效应的应用

4.14光纤传感器

4.14.1光纤基本原理

4.14.2光纤传感器的结构及特性

4.15微型传感器

4.15.1 MEMS技术与微型传感器

4.15.2压阻式微型传感器

4.15.3 电容式微型传感器

4.15.4 电感式微型传感器

4.15.5 热敏电阻式微型传感器

4.15.6 隧道效应式传感器

习题

3测试信号的转换与调理

5.1 电桥

5.1.1 直流电桥

5.1.2交流电桥

5.1.3 变压器式电桥

5.1.4 电桥使用中应注意的问题

5.2调制与解调

5.2.1幅值调制与解调

5.2.2频率调制与解调

5.3 滤波

5.3.1概述

5.3.2滤波器的一般特性

5.3.3滤波器娄型

5.3.4 滤波器的综合运用

5.3.5其他种类的滤波

5.4模拟／数字转换器

5.4.1 量化

5.4.2 A／D转换器

5.4.3抗混滤波器

习题

6信号的输出

6.1概述

6.2信号输出的形式及分类

6.3显示和指示类信号输出

6.3.1模拟指示

6.3.2数码显示

6.3.3 图视显示

6.4记录类信号输出

6.4.1硬拷贝记录

6.4.2模拟记录

6.4.3数字记录

习题

7虚拟测试系统

7.1概述

7.2虚拟仪器的概念

7.3虚拟仪器的演变与发展

7.3.1计算机是动力

7.3.2软件是关键

7.4 V1的构成

7.5虚拟仪器图形化语言LabVIEW

7.5.1 LabVIEW应用程序

7.5.2 LabVIEW操作模板

7.6基于Web的虚拟仪器

7.6.1 基于Web的Vl概述

7.6.2主要软件技术

7.6.3 Web服务器

7.6.4 实例

习题

第二部分 典型物理量的测试技术和应用

8 力及其导出量的测量

8.1概述

8.2基本测力方法

8.3测力传感器

8.3.1弹性力传感器

8.3.2 应变片力传感器

8.3.3 电感式力传感器

8.3.4 电容式力传感器

8.3.5磁弹性力传感器

8.3.6压电力传感器

8.3.7振弦式力传感器

8.4转矩测量

8.4.1 应变片转矩传感器

8.4.2 电感式转矩传感器

8.4.3振弦式转矩传感器

习题

9振动测量

9.1概述

9.2 机械振动的电测法及测试系统的构成

9.3 单自由度系统的受迫振动

9.3.1 作用在系统质量块上的力引起的受迫振动

9.3.2 由系统的基础运动引起的受迫振动

9.3.3隔振

9.4测振传感器

9.4.1磁电式速度传感器

9.4.2涡流位移传感器

9.4.3 电感式振动传感器

9.4.4 电阻式振动传感器

9.4.5 电容式加速度传感器

9.4.6压电加速度传感器

9.4.7磁致伸缩式振动传感器

9.4.8激光速度传感器

9.4.9频闪测速法

9.4.10超声波传感器

9.5激振器

9.5.1 力锤

9.5.2机械惯性式激振器

9.5.3 电动力式激振器

9.5.4液压式激振台

9.6测振仪器的校准

9.6.1绝对校准法

9.6.2相对校准法

习题

10温度的测量

10.1温标的定义

10.2温标的复制

10.2.1 水的冰点

10.2.2水的三相点

10.2.3 水的沸点

10.3温度传感器

10.3.1接触式温度计

10.3.2辐射式温度计

10.3.3红外辐射检测

10.3.4红外探测器

10.3.5红外检测应用

10.3.6红外凝视显微镜

10.4温度测量装置的标定

习题

11流量的测量

11.1流体的特征

11.2 不同的流量测量方法及仪器

11.2.1 节流式流量计

11.2.2 可变面积式流量计（转子流量计）

11.2.3涡轮式流量计

11.2.4磁流量计

11.2.5椭圆轮流量计

11.2.6旋转活塞式气体流量计

11.2.7叶轮流量计

11.2.8 涡流式流量计（卡尔曼涡街，涡频流量计）

11.2.9流速的测量

11.2.10超声波流量测量

11.2.11哥氏力质量流量测量法

11.3流体可视化技术

习题

12声学的测量

12.1概述

12.2声音的特征

12.3基本声学参数

12.3.1 声压

12.3.2 声压级

12.3.3 声功率、声强和声功率级

12.3.4声压级的合成

12.4心理声学关系

12.5声音的测量

12.5.1传声器（麦克风）

12.5.2 声级计

12.5.3声音信号的频谱分析

12.6 工业和环境噪声的测量与分析

12.6.1等效声级Leq

12.6.2声强的测量

12.6.3声压的测量

12.7 声学测量中应注意的几个问题

12.8 声学测量仪器的标定

12.9结束语

习题

参考文献

编辑推荐

《清华大学机械工程基础系列教材:工程测试技术(第2版)》可作为高等院校机械、仪器、测控、自动化、信息等专业的教材，也可作为工程技术人员的专业参考书。

章节摘录

版权页：   插图：   如前所述，一个压电加速度计既可看作一个电压源，又可看作一个电荷源，因此对它的灵敏度的表示方式便有电压灵敏度和电荷灵敏度之分。前者是加速度计输出电压（mV）与所承受加速度之比；后者是加速度计的输出电荷（10—12C量级）与所受加速度之比。加速度的单位用m／s2或重力加速度单位9（g=9.807m／s2）表示。几乎所有的振动测量仪器都用g作为加速度单位。 压电晶体加速度计的横向灵敏度表示它对横向（垂直于加速度计轴向）振动的敏感程度。横向灵敏度以加速度计的电压或电荷灵敏度的百分比表示。好的加速度计的横向灵敏度越小越好，一般应低于主灵敏度的3％。 由于压电晶片受压后产生的电荷极其微弱，要测量这样的电压（或电荷）必须有很好的测量放大器，并且要求导线、放大器和加速度计本身没有电荷泄漏。由于压电加速度计的内阻很高，因此与之相连接的前置放大器亦应有很高的输入阻抗，且结构相对简单，但它的输出易受连接电缆对地形成的杂散电容的影响，因此仅适用于一般振动的测量。而电荷放大器由于引入了电容负反馈，彻底排除了电缆电容的影响，适用于高质量的振动测量。 压电加速度振动传感器的主要优点是灵敏度高、结构紧凑、坚固性好。尽管它的阻尼率较低（0.002～0.25），但由于它具有很高的固有频率（高达100 000Hz），因而仍可获得很广的线性频率范围。此外，现代信息技术的发展已经能将前置放大器与传感器本身集成在一个壳体中，从而能使这类加速度计使用更长的传输电缆而无需考虑信号的衰减，并可直接与大多数通用的输出仪表，如示波器、记录仪、数字电压表等连接。 9.4.7磁致伸缩式振动传感器 当一个铁磁材料被磁化时，元磁体（分子磁体）极化方向的改变将会引起其外部尺寸的改变，这一现象称磁致伸缩（magnetostriction）。这种长度的相对变化dl／l在饱和磁化时其值为10—6～10—5。如果施加的是一种交变的磁场，那么这种现象便会导致一种周期性的形状改变和机械振动。在变压器中这一效应会产生交流噪声，而这一效应也可被用来作为磁致伸缩转换器，用以产生超声波。 这种磁致伸缩现象的逆效应便是磁弹性效应。铁磁材料在受拉或压应力作用时会改变其磁化强度。这一现象可用来制造磁致伸缩或磁弹性振动传感器。图9.14示出了一种磁致伸缩式声传感器。其中探测器的芯是由一块铁氧体或由一叠铁磁性铁片组成。芯子中间绕制有一线圈。当芯子上作用有一交变压力时，它的磁通密度改变，从而在其周围的线圈中感应出交变电压来。 用这种传感器可测量液体中的声压或超声波声压。传感器的灵敏度取决于声音的频率，振动频率为1kHz时约为1μV／Pa。这种传感器经设计可在高温条件下工作，比如在1 000℃的高温介质中仍能可靠工作。

图书封面

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