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。
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 绝对式编码器 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 351
9．7．2 IEEE488（GPIB） 353
9．7．3 VISA编程 356
9．7．4 用LabVIEW编写仪器驱动程序 358
9．8 LABVIEW信号分析程序设计 362
9．8．1 信号产生 362
9．8．2 信号处理 364
9．8．3 数字滤波器 365
9．8．4 曲线拟合 367
习题与思考题 370
主要参考文献 371
