测试与控制是一门集测量、试验、控制及计算机技术于一体的综合技术，广泛地用于工业、农业、交通运输、国防、科研以及医疗等领域，已成为这些领域必不可少的技术手段。 本书以机械工程测试系统设计与应用为主线，介绍了常用的机械工程检测传感器原理与应用、测试信号处理技术、测试系统分析与设计方法。以应变片测试系统为例，介绍测试系统硬件设计、软件开发、系统调试和标定方法，以及典型工程参数的测试方法；以虚拟仪器技术为代表，介绍了计算机控制测试技术。
孙裕晶，农业机械学会 青年委员会委员。近5年来，主持国家“十一五”支撑计划项目2项、吉林省科技计划项目1项、长春市科技攻关项目2项。参加的国家科技进步二等奖获奖项目“高速精密播种及播前土壤处理的成套技术与装备”攻克了3项关键技术，获“大豆垅上双条精密播种单体（ZL99 1 01980.6）”和“玉米精密排种器（ZL97 1 22327.0）”发明专利。获国家科技进步二等奖1项、机械部科学技术一等奖1项、教育部科学技术二等奖1项和吉林省科技进步二等奖1项。获得国家发明专利4项、实用新型专利5项，出版教材2部。研究领域包括机械传统设计、测试技术、农产品质量安全检测和机械系统虚拟样机技术。
第1章 工程测试概述1
1.1 工程测试的重要性2
1.2 测试方法和测试系统结构2
1.2.1 测试方法2
1.2.2 测试系统的功能结构3
1.3 测试信号6
1.3.1 信号类型6
1.3.2 测试信号分析方法8
1.4 测试与试验设计11
1.5 测试系统标定12
1.5.1 静态标定13
1.5.2 动态标定14
1.6 测试系统的不确定性与测量误差14
1.6.1 误差类型14
1.6.2 测试误差常用概念15
1.7 小结16
习题与思考题16
第2章 常用机械工程检测传感器17
2.1 电位器式电阻传感器18
2.1.1 线绕电位器式电阻传感器18
2.1.3 电位器式位移传感器的负载特性及非线性误差21
2.2 电阻应变式传感器23
2.2.1 金属电阻应变片24
2.2.2 半导体应变片26
2.2.3 应变片参数和工作特性27
2.2.4 电阻应变片应用30
2.2.5 电阻应变式位移传感器30
2.3 电感式传感器32
2.3.1 自感式传感器32
2.3.2 差动变压器式传感器34
2.3.3 电涡流式传感器39
2.3.4 感应同步器系统43
2.4 电容式传感器48
2.4.1 工作原理49
2.4.2 电容式位移传感器52
2.4.3 测量电路54
2.5 压电式传感器59
2.5.1 压电材料60
2.5.3 等效电路63
2.5.4 测量电路64
2.5.5 压电变换器66
2.6 磁敏传感器66
2.6.1 霍尔元件66
2.6.2 磁敏电阻68
2.6.3 磁敏管69
2.6.4 霍尔微量位移传感器70
2.6.5 振弦式位移传感器71
2.6.6 磁阻式位移传感器71
2.6.7 磁栅式位移测量系统72
2.7 光电式传感器74
2.7.1 光敏电阻75
2.7.2 光电池75
2.7.3 光敏晶体管76
2.7.4 固体图像传感器76
2.8 光栅位移测量系统79
2.8.1 光栅的结构和分类79
2.8.2 莫尔条纹79
2.8.3 辨向电路81
2.9 光纤位移测量系统83
2.9.1 功能型光纤传感器84
2.9.2 反射式光纤位移传感器85
2.9.3 光电转换及放大电路86
2.10 轴角编码器87
2.10.1 **式编码器87
2.10.2 增量式编码器89
2.11 集成传感器90
2.11.1 传感器集成方法90
2.11.2 超声波测距系统91
习题与思考题91
第3章 模拟信号变换与处理93
3.1 分压测量电路93
3.1.1 分压电路94
3.1.2 电位计式测量电路95
3.2 电桥测量电路96
3.2.1 直流电桥96
3.2.2 交流电桥101
3.2.3 电桥的平衡103
3.3 测量放大电路105
3.3.1 运算放大器105
3.3.2 专用测试放大电路107
3.4 滤波器111
3.4.1 滤波器分类及基本参数111
3.4.2 RC滤波器112
3.4.3 有源滤波器114
3.5 调制与解调117
3.5.1 调幅及其解调118
3.5.2 调频及其解调120
3.6 测试系统信号屏蔽与线路连接121
3.6.1 屏蔽121
3.6.2 接地121
3.6.3 测试系统信号线122
习题与思考题123
第4章 测试系统特性124
4.1 测试仪器与线性系统125
4.1.1 线性系统125
4.1.2 非线性系统126
4.2 测试系统的静态特性127
4.2.1 常用静态特性指标127
4.2.2 其他指标130
4.3 测试系统的动态特性131
4.3.1 描述测试系统动态特性的数学模型132
4.3.2 典型测试系统及其动态特性134
4.3.3 复杂测试系统的动态特性141
4.4 测试系统的标定143
4.4.1 静态参数标定方法143
4.4.2 动态特性参数标定144
4.5 不失真测试准则147
习题与思考题149
第5章 测试信号数字化处理技术150
5.1 模拟信号采样与离散化151
5.1.1 采样与采样定理151
5.1.2 频率混叠153
5.1.3 离散傅立叶变换（DFT）154
5.1.4 采样长度与频率分辨率155
5.1.5 泄漏及窗函数156
5.1.6 信号保真度157
5.2 测试信号数字化转换技术158
5.2.1 模数转换器（A/D）158
5.2.2 数模转换器（D/A）160
5.2.3 逐次逼近转换器161
5.2.4 斜坡（积分）A/D转换器163
5.2.5 并行转换器（Parallel Converters）165
5.2.6 数字电压表166
5.3 常用数字滤波算法166
5.3.1 克服大脉冲干扰的数字滤波法167
5.3.2 抑制小幅度高频噪声的平均滤波法169
5.3.3 复合滤波法170
5.3.4 现代数字滤波算法171
5.4 测试系统数字通信接口171
5.4.1 模拟通信接口171
5.4.2 数字通信接口175
习题与思考题180
第6章 应变测试系统设计181
6.1 应变测试系统181
6.1.1 应变片测试系统类型182
6.1.2 电阻应变仪184
6.1.3 信号记录仪器188
6.2 典型载荷的布片和接桥191
6.2.1 单向拉伸（压缩）载荷测量191
6.2.2 弯曲载荷的测量192
6.2.3 试件同时受拉伸（压缩）及弯曲载荷的测量方法193
6.2.4 剪力测量194
6.2.5 扭矩的测量196
6.2.6 平面应力测量197
6.3 应变传感器设计197
6.3.1 传感器设计198
6.3.2 应变传感器工艺设计204
6.4 扭矩测试系统207
6.4.1 扭矩传感器208
6.4.2 集流环212
6.5 应变测试系统标定217
6.5.1 机械标定和电标定217
6.5.2 扭矩标定方法221
6.5.3 振动传感器标定225
6.6 农业机械悬挂机组工作阻力测试方法226
6.6.1 悬挂杆测力法226
6.6.2 悬挂销测力法230
6.6.3 框架式悬挂测力装置232
6.6.4 犁体六分力测量234
习题与思考题238
第7章 振动测试技术240
7.1 机械振动测试系统概述241
7.1.1 振动测量系统基本组成241
7.1.2 部件动态特性测试系统结构242
7.1.3 激振方式243
7.1.4 常用激振器246
7.2 振动传感器248
7.2.1 惯性式测振传感器原理249
7.2.3 磁电式速度传感器253
7.2.4 压电式传感器253
7.2.5 应变式加速度传感器256
7.3 振动测试系统设计256
7.3.1 压电传感器测试系统258
7.3.2 YE5858双积分电荷放大器260
7.3.3 压电传感器测试系统调试和应用262
7.4 机械系统操作平顺性测量与评价262
7.4.1 手把振动测试及评价方法263
7.4.2 座椅振动测量及评价方法265
习题与思考题266
第8章 过程参量测试268
8.1 温度测试268
8.1.1 基本概念269
8.1.2 热电阻270
8.1.3 热电偶274
8.1.4 辐射温度传感器280
8.2 压力测量281
8.2.1 压力检测方法282
8.2.2 基于弹性元件的压力计283
8.2.3 力平衡式压力传感器286
8.2.4 常用电测压力传感器287
8.3 流体运动检测290
8.3.1 概述290
8.3.2 差压式流量计292
8.3.3 电磁流量计295
8.3.4 转子流量计296
8.3.5 椭圆齿轮流量计297
习题与思考题298
第9章 现代测试技术299
9.1 数据采集系统概述299
9.1.1 数据采集系统的基本组成300
9.1.2 数据采集系统的主要性能指标302
9.2 数据采集系统设计303
9.2.1 数据采集系统设计的一般程序304
9.2.2 系统A/D通道设计306
9.3 干扰及抑制方法312
9.3.1 干扰源313
9.3.2 干扰的作用方式314
9.3.3 抑制干扰的措施314
9.4 虚拟仪器技术316
9.4.1 测试仪器的发展317
9.4.2 虚拟仪器的分类318
9.4.3 虚拟仪器体系319
9.5 LABVIEW应用软件开发321
9.5.1 VI软件基本结构321
9.5.2 LabVIEW操作模板323
9.5.3 实用工具软件包326
9.5.3 创建一个VI程序329
9.5.4 程序调试332
9.5.5 子VI程序调用335
9.6 LABVIEW数据采集程序设计342
9.6.1 DAQ卡选择343
9.6.2 数据采集VI程序设计344
9.7 LABVIEW仪器控制程序设计351
9.7.1 串行通信
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