本书立足于对学生知识、能力、素质全面培养的要求，充分考虑经典传感测试理论与现代测试方法的融合、测试技术与信息科学技术的融合，以测试流程为主线，围绕工程测试系统的设计，着重介绍测试与传感系统的基本知识，内容主要包括： 测试系统的组成及基本特性、常用传感器以及一些新型传感器的原理及应用、信号变换与调理、信号分析与处理、现代测试技术。
本书注重体系结构的完整性和科学性，内容的先进性和新颖性，文字简练，内容充实，条理清晰，深浅适当，列举大量的工程案例，突出工程应用，避免了繁杂的数学推导，便于教学和自学。
本书可作为仪器仪表类、机械类、自动化、物联网、电子工程等相关专业的教材，亦可供高等学校相关教师和从事测试技术工作的工程技术人员参考。
丛 书 序 言
PREFACE
我曾提出过高等工程教育边界再设计的想法，这个想法源于社会的反应。常听到工业界人士提出这样的话题： 大学能否为他们进行人才的订单式培养。这种要求看似简单、直白，却反映了当前学校人才培养工作的一种尴尬： 大学培养的人才还不是很适应企业的需求，或者说毕业生的知识结构还难以很快适应企业的工作。
当今世界，科技发展日新月异，业界需求千变万化。为了适应工业界和人才市场的这种需求，也即是适应科技发展的需求，工程教学应该适时地进行某些调整或变化。一个专业的知识体系、一门课程的教学内容都需要不断变化，此乃客观规律。我所主张的边界再设计即是这种调整或变化的体现。边界再设计的内涵之一即是课程体系及课程内容边界的再设计。
技术的快速进步，使得企业的工作内容有了很大变化。如从20世纪90年代以来，信息技术相继成为很多企业进一步发展的瓶颈，因此不少企业纷纷把信息化作为一项具有战略意义的工作。但是业界人士很快发现，在毕业生中很难找到这样的专门人才。计算机专业的学生并不熟悉企业信息化的内容、流程等，管理专业的学生不熟悉信息技术，工程专业的学生可能既不熟悉管理，也不熟悉信息技术。我们不难发现，制造业信息化其实就处在某些专业的边缘地带。那么对那些专业而言，其课程体系的边界是否要变？某些课程内容的边界是否有可能变？目前不少课程的内容不仅未跟上科学研究的发展，也未跟上技术的实际应用。极端情况甚至存在有些地方个别课程还在讲授已多年弃之不用的技术。若课程内容滞后于新技术的实际应用好多年，则是高等工程教育的落后甚至是悲哀。
课程体系的边界在哪里？某一门课程内容的边界又在哪里？这些实际上是业界或人才市场对高等工程教育提出的我们必须面对的问题。因此可以说，真正驱动工程教育边界再设计的是业界或人才市场，当然更重要的是大学如何主动响应业界的驱动。
当然，教育理想和社会需求是有矛盾的，对通才和专才的需求是有矛盾的。高等学校既不能丧失教育理想、丧失自己应有的价值观，又不能无视社会需求。明智的学校或教师都应该而且能够通过合适的边界再设计找到适合自己的平衡点。
我认为，长期以来，我们的高等教育其实是“以教师为中心”的。几乎所有的教育活动都是由教师设计或制定的。然而，更好的教育应该是“以学生为中心”的，即充分挖掘、启发学生的潜能。尽管教材的编写完全是由教师完成的，但是真正好的教材需要教师在编写时常怀“以学生为中心”的教育理念。如此，方得以产生真正的“精品教材”。
教育部高等学校机械设计制造及其自动化专业教学指导分委员会、中国机械工程学会与清华大学出版社合作编写、出版了《中国机械工程学科教程》，规划机械专业乃至相关课程的内容。但是“教程”绝不应该成为教师们编写教材的束缚。从适应科技和教育发展的需求而言，这项工作应该不是一时的，而是长期的，不是静止的，而是动态的。《中国机械工程学科教程》只是提供一个平台。我很高兴地看到，已经有多位教授努力地进行了探索，推出了新的、有创新思维的教材。希望有志于此的人们更多地利用这个平台，持续、有效地展开专业的、课程的边界再设计，使得我们的教学内容总能跟上技术的发展，使得我们培养的人才更能为社会所认可，为业界所欢迎。
测试与传感技术（第3版）
是以为序。
2009年7月
前言
FOREWORD
2016年，中国成为《华盛顿协议》第18个正式成员，这标志着中国高等教育迈入新的台阶。随着教育部“卓越工程师教育培养计划”的升级、工程教育专业认证的发展以及新工科的提出，将进一步推进中国工程教育改革，提高工程教育质量，培养具有思想政治过硬、理论基础扎实和工程实践能力强的创新型应用人才，为建设创新型国家和人才强国战略服务。
本教材贯彻“拓宽学科基础”“夯实专业基础”以及“理论与实践紧密结合”的原则，立足于学生知识、能力、素质全面培养的要求，以实际工程为背景，突出工程应用，注重体系结构的完整性和科学性，内容的先进性和新颖性，强化理论与实际融合、经典与现代融合、测试技术与信息技术融合。编者总结了多年的教学经验和科研成果，充分借鉴国内外同类优秀教材以及相关文献，编写了体现工程教育特色的教材。该教材具有以下特点：
（1） 工程应用特色鲜明。本书在考虑了学生的学习认知过程的基础上，贯彻机电结合、测控结合、理论与实践结合及少而精的原则，加强工程背景，通过收录大量的工程案例或者示例，将抽象的理论和分析方法融入实践工程案例，力求抓住学生专业学习的动力点，培养学生获取知识的能力。
（2） 注重知识技能的实用性和有效性。紧跟测试与感知技术领域的新理论、新技术和新方法，在理论知识够用的前提下，反映测试技术的最新发展趋势和水平，使读者能够全面学习和掌握信号感知、采集、处理及信号传输的整个过程，培养学生运用知识点解决实际工程问题的能力和创新能力。
（3） 可读性强。在内容编排上力求精炼严谨，深浅适当，循序渐进，突出重点，避免了繁杂的数学推导，突出趣味性、可读性，拓宽读者的眼界，便于读者理解、掌握和自学。
本书按照典型的测试系统所完成的测试过程安排内容。全书共6章，第1章简要介绍测试技术与传感器技术的适用范围及发展趋势； 第2章讨论测试系统的基本特性； 第3章介绍常用传感器以及一些新型传感器的原理及应用； 第4章介绍信号的变换及调理； 第5章介绍信号的分析与处理； 第6章针对现代测试技术进行了介绍。每个章节基本都配有实际的工程案例分析。
本书由沈艳编写第1章1.1、1.4~1.5节、第2章、第5章5.2~5.3节，陈亮编写第3章、第1章1.2~1.3节，杨平编写第1章1.6~1.7节、第5章5.1节及附录，章洁编写第4章、第5章5.4节，郭兵编写第6章，全书由沈艳统稿。
本书由电子科技大学古天祥教授主审，他仔细审阅了书稿，提出了许多建设性意见和宝贵的建议。本教材在编写过程中，得到电子科技大学习友宝教授、詹惠琴教授、李迅波教授的指导和帮助。同时，本书吸取了许多兄弟院校测试与传感技术教材的优点，得到了许多老师的帮助，在此致以衷心的感谢！
限于编者水平，书中难免存在错误与不妥之处，殷切希望广大读者及同行批评指正。
编者
2019年9月
目录
CONTENTS
第1章绪论
1.1测试的含义
1.2测量方法的分类及选择
1.2.1计量单位
1.2.2测量方法的分类
1.2.3测量方法的选择
1.3测量误差
1.3.1测量误差的基本概念
1.3.2测量误差的分类
1.3.3测量误差减小的方法
1.4测试基本原理及过程
1.5测试技术的典型应用
1.5.1产品质量测试
1.5.2设备运行状态监控系统
1.5.3工业机器人
1.5.4智能建筑
1.6测试技术的发展趋势
1.6.1传感器技术的发展
1.6.2多功能化、网络化仪器系统
1.6.3新型信息处理方法
1.7课程的性质和任务
小结
习题
第2章测试系统的基本特性
2.1测试系统概述
2.1.1测试系统基本概念
2.1.2理想测试系统——线性时不变系统
2.2测试系统的静态特性
2.2.1静态传递方程
2.2.2测试系统静态特性参数
2.3测试系统的动态特性
2.3.1系统描述方法
2.3.2测试系统动态特性参数测试
2.4测试系统不失真测试条件及分析
2.4.1不失真测试条件
2.4.2不失真测试分析
2.5测试系统的选择与调试
2.5.1测试系统选择原则
2.5.2测试系统设计考虑的几个问题
2.5.3测试系统的调试
2.5.4测试系统的标定
2.6工程案例分析
小结
习题
测试与传感技术（第3版）
目录
第3章传感器及其应用
3.1概述
3.1.1传感器的定义
3.1.2传感器的组成
3.1.3传感器的分类
3.1.4传感器的选用原则
3.2电阻传感器
3.2.1电位器式传感器
3.2.2电阻应变式传感器
3.2.3应用实例
3.3电容传感器
3.3.1工作原理
3.3.2电容传感器分类
3.3.3应用实例
3.4电感传感器
3.4.1自感式传感器
3.4.2差动变压器式电感传感器
3.4.3涡流式电感传感器
3.4.4应用实例
3.5磁电传感器
3.5.1磁电感应传感器
3.5.2霍尔传感器
3.5.3磁敏电阻传感器
3.5.4应用实例
3.6压电传感器
3.6.1压电效应
3.6.2压电元件及其等效电路
3.6.3应用实例
3.7热电传感器
3.7.1热电偶传感器
3.7.2热电阻传感器
3.7.3应用实例
3.8光电传感器
3.8.1光电效应与光电元件
3.8.2光栅传感器
3.8.3编码式传感器
3.8.4固态图像传感器
3.8.5光纤传感器
3.8.6红外传感器
3.8.7应用实例
3.9环境传感器
3.9.1湿敏传感器
3.9.2气敏传感器
3.9.3应用实例
3.10智能传感器
3.10.1概述
3.10.2实现方式
3.10.3应用实例
3.11微传感器
3.11.1概述
3.11.2应用实例
3.12工程案例分析
小结
习题
第4章信号变换及调理
4.1电桥
4.1.1直流电桥
4.1.2交流电桥
4.1.3变压器式电桥
4.2电压/电流/频率转换
4.2.1电压频率转换
4.2.2电压电流转换
4.3调制与解调
4.3.1调幅与解调
4.3.2调频与解调
4.4滤波器
4.4.1滤波器的分类
4.4.2滤波器参数
4.4.3滤波器的应用
4.5工程案例分析
小结
习题
第5章信号分析与处理
5.1信号的分类与描述
5.1.1信号的分类
5.1.2信号的描述
5.2测试信号时域分析
5.2.1均值
5.2.2均方值
5.2.3方差
5.2.4峰值
5.2.5概率密度函数
5.2.6概率分布函数
5.2.7联合概率密度函数
5.2.8相关函数
5.3测试信号频域分析
5.3.1周期信号的频域描述
5.3.2非周期信号的频域描述
5.3.3随机信号的频域描述
5.4数字信号处理基础
5.4.1离散傅里叶变换
5.4.2快速傅里叶变换
5.4.3数字化步骤
5.5工程案例分析
小结
习题
第6章现代测试技术
6.1现代测试系统概述
6.1.1基本概念
6.1.2现代测试系统组成
6.1.3现代测试系统特点
6.2测试总线与接口技术
6.2.1总线分类
6.2.2总线规范
6.2.3总线性能指标
6.3虚拟仪器
6.3.1虚拟仪器特点
6.3.2虚拟仪器组成
6.4无线传感器网络
6.4.1基本概念及结构
6.4.2应用实例
6.5工程案例分析
小结
习题
附录
附录Ⅰ常见信号分析
附录ⅡPt100分度表
附录Ⅲ热电偶K分度表
参考文献
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