本書(shū)立足于對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)全面培養(yǎng)的要求,充分考慮經(jīng)典傳感測(cè)試?yán)碚撆c現(xiàn)代測(cè)試方法的融合、測(cè)試技術(shù)與信息科學(xué)技術(shù)的融合,以測(cè)試流程為主線,圍繞工程測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì),著重介紹測(cè)試與傳感系統(tǒng)的基本知識(shí),內(nèi)容主要包括: 測(cè)試系統(tǒng)的組成及基本特性、常用傳感器以及一些新型傳感器的原理及應(yīng)用、信號(hào)變換與調(diào)理、信號(hào)分析與處理、現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)。
本書(shū)注重體系結(jié)構(gòu)的完整性和科學(xué)性,內(nèi)容的先進(jìn)性和新穎性,文字簡(jiǎn)練,內(nèi)容充實(shí),條理清晰,深淺適當(dāng),列舉大量的工程案例,突出工程應(yīng)用,避免了繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo),便于教學(xué)和自學(xué)。
本書(shū)可作為儀器儀表類(lèi)、機(jī)械類(lèi)、自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)、電子工程等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教材,亦可供高等學(xué)校相關(guān)教師和從事測(cè)試技術(shù)工作的工程技術(shù)人員參考。
叢 書(shū) 序 言
PREFACE
我曾提出過(guò)高等工程教育邊界再設(shè)計(jì)的想法,這個(gè)想法源于社會(huì)的反應(yīng)。常聽(tīng)到工業(yè)界人士提出這樣的話題: 大學(xué)能否為他們進(jìn)行人才的訂單式培養(yǎng)。這種要求看似簡(jiǎn)單、直白,卻反映了當(dāng)前學(xué)校人才培養(yǎng)工作的一種尷尬: 大學(xué)培養(yǎng)的人才還不是很適應(yīng)企業(yè)的需求,或者說(shuō)畢業(yè)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)還難以很快適應(yīng)企業(yè)的工作。
當(dāng)今世界,科技發(fā)展日新月異,業(yè)界需求千變?nèi)f化。為了適應(yīng)工業(yè)界和人才市場(chǎng)的這種需求,也即是適應(yīng)科技發(fā)展的需求,工程教學(xué)應(yīng)該適時(shí)地進(jìn)行某些調(diào)整或變化。一個(gè)專(zhuān)業(yè)的知識(shí)體系、一門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容都需要不斷變化,此乃客觀規(guī)律。我所主張的邊界再設(shè)計(jì)即是這種調(diào)整或變化的體現(xiàn)。邊界再設(shè)計(jì)的內(nèi)涵之一即是課程體系及課程內(nèi)容邊界的再設(shè)計(jì)。
技術(shù)的快速進(jìn)步,使得企業(yè)的工作內(nèi)容有了很大變化。如從20世紀(jì)90年代以來(lái),信息技術(shù)相繼成為很多企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸,因此不少企業(yè)紛紛把信息化作為一項(xiàng)具有戰(zhàn)略意義的工作。但是業(yè)界人士很快發(fā)現(xiàn),在畢業(yè)生中很難找到這樣的專(zhuān)門(mén)人才。計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生并不熟悉企業(yè)信息化的內(nèi)容、流程等,管理專(zhuān)業(yè)的學(xué)生不熟悉信息技術(shù),工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生可能既不熟悉管理,也不熟悉信息技術(shù)。我們不難發(fā)現(xiàn),制造業(yè)信息化其實(shí)就處在某些專(zhuān)業(yè)的邊緣地帶。那么對(duì)那些專(zhuān)業(yè)而言,其課程體系的邊界是否要變?某些課程內(nèi)容的邊界是否有可能變?目前不少課程的內(nèi)容不僅未跟上科學(xué)研究的發(fā)展,也未跟上技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。極端情況甚至存在有些地方個(gè)別課程還在講授已多年棄之不用的技術(shù)。若課程內(nèi)容滯后于新技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用好多年,則是高等工程教育的落后甚至是悲哀。
課程體系的邊界在哪里?某一門(mén)課程內(nèi)容的邊界又在哪里?這些實(shí)際上是業(yè)界或人才市場(chǎng)對(duì)高等工程教育提出的我們必須面對(duì)的問(wèn)題。因此可以說(shuō),真正驅(qū)動(dòng)工程教育邊界再設(shè)計(jì)的是業(yè)界或人才市場(chǎng),當(dāng)然更重要的是大學(xué)如何主動(dòng)響應(yīng)業(yè)界的驅(qū)動(dòng)。
當(dāng)然,教育理想和社會(huì)需求是有矛盾的,對(duì)通才和專(zhuān)才的需求是有矛盾的。高等學(xué)校既不能喪失教育理想、喪失自己應(yīng)有的價(jià)值觀,又不能無(wú)視社會(huì)需求。明智的學(xué)校或教師都應(yīng)該而且能夠通過(guò)合適的邊界再設(shè)計(jì)找到適合自己的平衡點(diǎn)。
我認(rèn)為,長(zhǎng)期以來(lái),我們的高等教育其實(shí)是“以教師為中心”的。幾乎所有的教育活動(dòng)都是由教師設(shè)計(jì)或制定的。然而,更好的教育應(yīng)該是“以學(xué)生為中心”的,即充分挖掘、啟發(fā)學(xué)生的潛能。盡管教材的編寫(xiě)完全是由教師完成的,但是真正好的教材需要教師在編寫(xiě)時(shí)常懷“以學(xué)生為中心”的教育理念。如此,方得以產(chǎn)生真正的“精品教材”。
教育部高等學(xué)校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)與清華大學(xué)出版社合作編寫(xiě)、出版了《中國(guó)機(jī)械工程學(xué)科教程》,規(guī)劃?rùn)C(jī)械專(zhuān)業(yè)乃至相關(guān)課程的內(nèi)容。但是“教程”絕不應(yīng)該成為教師們編寫(xiě)教材的束縛。從適應(yīng)科技和教育發(fā)展的需求而言,這項(xiàng)工作應(yīng)該不是一時(shí)的,而是長(zhǎng)期的,不是靜止的,而是動(dòng)態(tài)的!吨袊(guó)機(jī)械工程學(xué)科教程》只是提供一個(gè)平臺(tái)。我很高興地看到,已經(jīng)有多位教授努力地進(jìn)行了探索,推出了新的、有創(chuàng)新思維的教材。希望有志于此的人們更多地利用這個(gè)平臺(tái),持續(xù)、有效地展開(kāi)專(zhuān)業(yè)的、課程的邊界再設(shè)計(jì),使得我們的教學(xué)內(nèi)容總能跟上技術(shù)的發(fā)展,使得我們培養(yǎng)的人才更能為社會(huì)所認(rèn)可,為業(yè)界所歡迎。
測(cè)試與傳感技術(shù)(第3版)
是以為序。
2009年7月
前言
FOREWORD
2016年,中國(guó)成為《華盛頓協(xié)議》第18個(gè)正式成員,這標(biāo)志著中國(guó)高等教育邁入新的臺(tái)階。隨著教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的升級(jí)、工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的發(fā)展以及新工科的提出,將進(jìn)一步推進(jìn)中國(guó)工程教育改革,提高工程教育質(zhì)量,培養(yǎng)具有思想政治過(guò)硬、理論基礎(chǔ)扎實(shí)和工程實(shí)踐能力強(qiáng)的創(chuàng)新型應(yīng)用人才,為建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略服務(wù)。
本教材貫徹“拓寬學(xué)科基礎(chǔ)”“夯實(shí)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)”以及“理論與實(shí)踐緊密結(jié)合”的原則,立足于學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)全面培養(yǎng)的要求,以實(shí)際工程為背景,突出工程應(yīng)用,注重體系結(jié)構(gòu)的完整性和科學(xué)性,內(nèi)容的先進(jìn)性和新穎性,強(qiáng)化理論與實(shí)際融合、經(jīng)典與現(xiàn)代融合、測(cè)試技術(shù)與信息技術(shù)融合。編者總結(jié)了多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研成果,充分借鑒國(guó)內(nèi)外同類(lèi)優(yōu)秀教材以及相關(guān)文獻(xiàn),編寫(xiě)了體現(xiàn)工程教育特色的教材。該教材具有以下特點(diǎn):
(1) 工程應(yīng)用特色鮮明。本書(shū)在考慮了學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)知過(guò)程的基礎(chǔ)上,貫徹機(jī)電結(jié)合、測(cè)控結(jié)合、理論與實(shí)踐結(jié)合及少而精的原則,加強(qiáng)工程背景,通過(guò)收錄大量的工程案例或者示例,將抽象的理論和分析方法融入實(shí)踐工程案例,力求抓住學(xué)生專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的動(dòng)力點(diǎn),培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)的能力。
(2) 注重知識(shí)技能的實(shí)用性和有效性。緊跟測(cè)試與感知技術(shù)領(lǐng)域的新理論、新技術(shù)和新方法,在理論知識(shí)夠用的前提下,反映測(cè)試技術(shù)的最新發(fā)展趨勢(shì)和水平,使讀者能夠全面學(xué)習(xí)和掌握信號(hào)感知、采集、處理及信號(hào)傳輸?shù)恼麄(gè)過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力。
(3) 可讀性強(qiáng)。在內(nèi)容編排上力求精煉嚴(yán)謹(jǐn),深淺適當(dāng),循序漸進(jìn),突出重點(diǎn),避免了繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo),突出趣味性、可讀性,拓寬讀者的眼界,便于讀者理解、掌握和自學(xué)。
本書(shū)按照典型的測(cè)試系統(tǒng)所完成的測(cè)試過(guò)程安排內(nèi)容。全書(shū)共6章,第1章簡(jiǎn)要介紹測(cè)試技術(shù)與傳感器技術(shù)的適用范圍及發(fā)展趨勢(shì); 第2章討論測(cè)試系統(tǒng)的基本特性; 第3章介紹常用傳感器以及一些新型傳感器的原理及應(yīng)用; 第4章介紹信號(hào)的變換及調(diào)理; 第5章介紹信號(hào)的分析與處理; 第6章針對(duì)現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了介紹。每個(gè)章節(jié)基本都配有實(shí)際的工程案例分析。
本書(shū)由沈艷編寫(xiě)第1章1.1、1.4~1.5節(jié)、第2章、第5章5.2~5.3節(jié),陳亮編寫(xiě)第3章、第1章1.2~1.3節(jié),楊平編寫(xiě)第1章1.6~1.7節(jié)、第5章5.1節(jié)及附錄,章潔編寫(xiě)第4章、第5章5.4節(jié),郭兵編寫(xiě)第6章,全書(shū)由沈艷統(tǒng)稿。
本書(shū)由電子科技大學(xué)古天祥教授主審,他仔細(xì)審閱了書(shū)稿,提出了許多建設(shè)性意見(jiàn)和寶貴的建議。本教材在編寫(xiě)過(guò)程中,得到電子科技大學(xué)習(xí)友寶教授、詹惠琴教授、李迅波教授的指導(dǎo)和幫助。同時(shí),本書(shū)吸取了許多兄弟院校測(cè)試與傳感技術(shù)教材的優(yōu)點(diǎn),得到了許多老師的幫助,在此致以衷心的感謝!
限于編者水平,書(shū)中難免存在錯(cuò)誤與不妥之處,殷切希望廣大讀者及同行批評(píng)指正。
編者
2019年9月
目錄
CONTENTS
第1章緒論
1.1測(cè)試的含義
1.2測(cè)量方法的分類(lèi)及選擇
1.2.1計(jì)量單位
1.2.2測(cè)量方法的分類(lèi)
1.2.3測(cè)量方法的選擇
1.3測(cè)量誤差
1.3.1測(cè)量誤差的基本概念
1.3.2測(cè)量誤差的分類(lèi)
1.3.3測(cè)量誤差減小的方法
1.4測(cè)試基本原理及過(guò)程
1.5測(cè)試技術(shù)的典型應(yīng)用
1.5.1產(chǎn)品質(zhì)量測(cè)試
1.5.2設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)
1.5.3工業(yè)機(jī)器人
1.5.4智能建筑
1.6測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
1.6.1傳感器技術(shù)的發(fā)展
1.6.2多功能化、網(wǎng)絡(luò)化儀器系統(tǒng)
1.6.3新型信息處理方法
1.7課程的性質(zhì)和任務(wù)
小結(jié)
習(xí)題
第2章測(cè)試系統(tǒng)的基本特性
2.1測(cè)試系統(tǒng)概述
2.1.1測(cè)試系統(tǒng)基本概念
2.1.2理想測(cè)試系統(tǒng)——線性時(shí)不變系統(tǒng)
2.2測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性
2.2.1靜態(tài)傳遞方程
2.2.2測(cè)試系統(tǒng)靜態(tài)特性參數(shù)
2.3測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性
2.3.1系統(tǒng)描述方法
2.3.2測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測(cè)試
2.4測(cè)試系統(tǒng)不失真測(cè)試條件及分析
2.4.1不失真測(cè)試條件
2.4.2不失真測(cè)試分析
2.5測(cè)試系統(tǒng)的選擇與調(diào)試
2.5.1測(cè)試系統(tǒng)選擇原則
2.5.2測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮的幾個(gè)問(wèn)題
2.5.3測(cè)試系統(tǒng)的調(diào)試
2.5.4測(cè)試系統(tǒng)的標(biāo)定
2.6工程案例分析
小結(jié)
習(xí)題
測(cè)試與傳感技術(shù)(第3版)
目錄
第3章傳感器及其應(yīng)用
3.1概述
3.1.1傳感器的定義
3.1.2傳感器的組成
3.1.3傳感器的分類(lèi)
3.1.4傳感器的選用原則
3.2電阻傳感器
3.2.1電位器式傳感器
3.2.2電阻應(yīng)變式傳感器
3.2.3應(yīng)用實(shí)例
3.3電容傳感器
3.3.1工作原理
3.3.2電容傳感器分類(lèi)
3.3.3應(yīng)用實(shí)例
3.4電感傳感器
3.4.1自感式傳感器
3.4.2差動(dòng)變壓器式電感傳感器
3.4.3渦流式電感傳感器
3.4.4應(yīng)用實(shí)例
3.5磁電傳感器
3.5.1磁電感應(yīng)傳感器
3.5.2霍爾傳感器
3.5.3磁敏電阻傳感器
3.5.4應(yīng)用實(shí)例
3.6壓電傳感器
3.6.1壓電效應(yīng)
3.6.2壓電元件及其等效電路
3.6.3應(yīng)用實(shí)例
3.7熱電傳感器
3.7.1熱電偶傳感器
3.7.2熱電阻傳感器
3.7.3應(yīng)用實(shí)例
3.8光電傳感器
3.8.1光電效應(yīng)與光電元件
3.8.2光柵傳感器
3.8.3編碼式傳感器
3.8.4固態(tài)圖像傳感器
3.8.5光纖傳感器
3.8.6紅外傳感器
3.8.7應(yīng)用實(shí)例
3.9環(huán)境傳感器
3.9.1濕敏傳感器
3.9.2氣敏傳感器
3.9.3應(yīng)用實(shí)例
3.10智能傳感器
3.10.1概述
3.10.2實(shí)現(xiàn)方式
3.10.3應(yīng)用實(shí)例
3.11微傳感器
3.11.1概述
3.11.2應(yīng)用實(shí)例
3.12工程案例分析
小結(jié)
習(xí)題
第4章信號(hào)變換及調(diào)理
4.1電橋
4.1.1直流電橋
4.1.2交流電橋
4.1.3變壓器式電橋
4.2電壓/電流/頻率轉(zhuǎn)換
4.2.1電壓頻率轉(zhuǎn)換
4.2.2電壓電流轉(zhuǎn)換
4.3調(diào)制與解調(diào)
4.3.1調(diào)幅與解調(diào)
4.3.2調(diào)頻與解調(diào)
4.4濾波器
4.4.1濾波器的分類(lèi)
4.4.2濾波器參數(shù)
4.4.3濾波器的應(yīng)用
4.5工程案例分析
小結(jié)
習(xí)題
第5章信號(hào)分析與處理
5.1信號(hào)的分類(lèi)與描述
5.1.1信號(hào)的分類(lèi)
5.1.2信號(hào)的描述
5.2測(cè)試信號(hào)時(shí)域分析
5.2.1均值
5.2.2均方值
5.2.3方差
5.2.4峰值
5.2.5概率密度函數(shù)
5.2.6概率分布函數(shù)
5.2.7聯(lián)合概率密度函數(shù)
5.2.8相關(guān)函數(shù)
5.3測(cè)試信號(hào)頻域分析
5.3.1周期信號(hào)的頻域描述
5.3.2非周期信號(hào)的頻域描述
5.3.3隨機(jī)信號(hào)的頻域描述
5.4數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)
5.4.1離散傅里葉變換
5.4.2快速傅里葉變換
5.4.3數(shù)字化步驟
5.5工程案例分析
小結(jié)
習(xí)題
第6章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)
6.1現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)概述
6.1.1基本概念
6.1.2現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)組成
6.1.3現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)特點(diǎn)
6.2測(cè)試總線與接口技術(shù)
6.2.1總線分類(lèi)
6.2.2總線規(guī)范
6.2.3總線性能指標(biāo)
6.3虛擬儀器
6.3.1虛擬儀器特點(diǎn)
6.3.2虛擬儀器組成
6.4無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)
6.4.1基本概念及結(jié)構(gòu)
6.4.2應(yīng)用實(shí)例
6.5工程案例分析
小結(jié)
習(xí)題
附錄
附錄Ⅰ常見(jiàn)信號(hào)分析
附錄ⅡPt100分度表
附錄Ⅲ熱電偶K分度表
參考文獻(xiàn)