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第1章 测量与测量系统的基础知识1

1.1 测量1

1.1.1 测量与测量方法1

1.1.2 测量过程1

1.1.3 测量方法2

1.2 测量单位3

1.2.1 单位及单位制3

1.3 计量器具8

1.3.1 计量器具的基本概念8

1.3.2 计量器具的主要特征9

1.3.3 电学量具10

第2章 测量误差及其分析18

2.1 测量误差基本概念18

2.1.1 测量误差的几个名词术语18

2.1.2 测量误差的表示19

2.1.3 测量误差的分类22

2.1.4 有效数字23

2.2 系统误差的消除25

2.2.1 从产生系统误差的来源上消除25

2.2.2 利用修正的方法来消除25

2.2.3 利用特殊的测量方法消除26

2.3 随机误差的处理30

2.3.1 随机误差的统计特性和概率分布30

2.3.2 随机变量的特征参数33

2.3.3 有限次测量数据的数学期望与方差的估计34

2.3.4 测量结果的置信度37

2.4 粗大误差的剔除42

2.4.1 拉依达准则42

2.4.2 格罗布斯准则43

2.5 测量结果误差的估计44

2.5.1 直接测量结果的误差估计44

2.5.2 间接测量结果的误差估计44

2.5.3 已定系统误差的合成48

2.6 测量结果的表示49

2.6.1 测量结果的表示49

2.6.2 数据处理举例50

2.7 最小二乘法原理及其应用52

2.7.1 最小二乘法原理52

2.7.2 最小二乘法在测量中的应用55

2.8 微小误差准则与比对标准的选取62

2.8.1 微小误差准则62

2.8.2 比对标准的选取63

第3章 测量系统的基本特性65

3.1 概述65

3.2 测量系统的静态特性66

3.2.1 静态特性的获得66

3.2.2 静态特性的基本参数66

3.2.3 静态特性的质量指标68

3.3 测量系统的动态特性72

3.3.1 测量系统的数学模型73

3.3.2 常见测量系统的数学模型74

3.3.3 测量系统的动态特性参数76

3.3.4 系统特性参数、动态误差与信号频率的关系83

3.4 测试系统集成设计原则与步骤86

3.4.1 单元模块的选择与优化87

3.4.2 参数的确定与预估87

第4章 现代测控系统集成基础94

4.1 现代测控系统的基本结构94

4.2 传感器概述95

4.2.1 传感器的定义95

4.2.2 传感器的组成96

4.2.3 传感器的分类96

4.3 变送器97

4.4 常用传感器98

4.4.1 温度传感器98

4.4.1.1 热电阻型温度传感器98

4.4.1.2 热电偶型温度传感器102

4.4.2 压力传感器107

4.4.2.1 应变式电阻压力传感器107

4.4.2.2 压阻式电阻压力传感器108

4.4.2.3 电阻式压力传感器的应用109

4.4.2.4 压力传感器常用调理电路111

4.5 转速测量用传感器113

4.5.1 反射式光电开关传感器113

4.5.2 脉冲盘式编码器（增量编码器）115

4.6 霍尔传感器115

4.6.1 霍尔传感器的基本原理115

4.6.2 霍尔电流传感器117

4.7 前置放大器119

4.7.1 测量放大器120

4.7.2 程控放大器122

4.7.3 隔离运算放大器123

4.8 量程变换125

4.8.1 量程变换电路——脉冲分压器125

4.8.2 量程的自动转换125

4.8.3 自动定标电路126

4.9 数据采集系统127

4.9.1 连续量的离散化127

4.9.2 连续量的量子化127

4.9.3 连续量的离散化和量子化128

4.9.4 A/D转换器128

4.9.5 D/A转换器及其主要参数130

4.9.6 采样保持电路131

4.9.7 多通道数据采集系统的几种结构形式132

第5章 虚拟仪器及开发语言134

5.1 虚拟仪器134

5.1.1 虚拟仪器的基本概念134

5.1.2 虚拟仪器的特点135

5.1.3 虚拟仪器的发展现状135

5.1.4 虚拟仪器的构成136

5.2 虚拟仪器开发语言——LabVIEW简介136

5.2.1 LabVIEW的特点136

5.2.2 使用LabVIEW开发虚拟仪器的基本方法138

5.2.3 前面板及其设计窗口138

5.2.4 流程图及其编辑窗口138

5.2.5 各种模板（tools palette）的功能139

5.3 虚拟仪器开发语言——LabWindows/CVI简介140

5.3.1 LabWindows/CVI的特点140

5.3.2 使用LabWindows/CVI开发虚拟仪器的基本步骤141

5.4 基于LabView的虚拟双踪示波器的设计实例143

第6章 信号分析与处理148

6.1 信号频谱分析的概念148

6.2 傅里叶级数与周期信号的频谱149

6.2.1 傅里叶级数149

6.2.2 周期信号的频谱150

6.3 傅里叶变换与非周期信号频谱152

6.4 离散傅里叶变换（DFT）152

6.5 频谱混叠与采样定理153

6.5.1 频谱混叠153

6.5.2 采样定理155

6.6 频谱泄漏及其抑制措施155

6.6.1 时域有限化与频谱泄漏155

6.6.2 泄漏的抑制措施157

6.7 栅栏效应159

6.8 DFT参数的选择159

第7章 电参量的传统测量162

7.1 直读式电气测量仪表162

7.1.1 直读式电气测量指示仪表的主要技术特性162

7.1.2 磁电系仪表163

7.1.3 电磁系电流表和电压表167

7.1.4 电动系仪表167

7.1.5 感应系仪表169

7.2 电位差计170

7.2.1 直流电位差计170

7.2.2 交流电位差计172

7.3 测量用互感器173

7.4 电压、电流的测量175

7.5 功率、电能测量177

第8章 电参量的数字化测量181

8.1 电阻的测量181

8.1.1 比例运算器法181

8.1.2 积分运算器法182

8.2 电容的测量184

8.2.1 恒流法184

8.2.2 比较法185

8.3 电感的测量186

8.3.1 时间常数法186

8.3.2 同步分离法188

8.4 频率、周期和时间间隔的测量189

8.4.1 频率的计数法测量189

8.4.2 周期的计数法测量191

8.4.3 中介频率193

8.4.4 时间间隔的计数测量194

8.5 相位的测量194

8.5.1 相位—频率转换器原理194

8.5.2 相位测量的误差195

8.6 电压、功率和电能等的测量197

8.6.1 交流电压的测量197

8.6.2 功率和电能的数字化测量202

8.7 基于LabWindows/CVI的多功能电量测试仪的设计举例203

8.7.1 多功能电量测试仪的硬件平台203

8.7.2 软件设计207

8.7.3 谐波分析中的高准确度FFT算法208

8.7.4 实验测试结果与误差分析210

8.7.5 使用步骤213

第9章 磁测量217

9.1 概述217

9.1.1 磁测量的任务217

9.1.2 磁量具217

9.2 基本磁规律和磁单位218

9.2.1 基本磁学量218

9.2.2 磁场的基本定律220

9.2.3 磁路定律221

9.2.4 磁单位223

9.3 物质的磁性及分类224

9.3.1 物质按磁性分类224

9.3.2 铁磁物质的磁化225

9.3.3 铁磁物质的分类228

9.4 磁场的基本测量方法229

9.4.1 冲击法229

9.4.2 磁通计法230

9.4.3 霍尔效应法230

9.5 静态磁特性的测量231

9.5.1 磁性材料试样的准备232

9.5.2 样品的退磁232

9.5.3 用冲击法测量基本磁化曲线和磁滞回线233

9.5.4 基于虚拟仪器的静态特性自动测量236

9.6 动态磁特性的测量239

9.6.1 用指示仪表测量动态磁化曲线239

9.6.2 用瓦特表测量铁心损耗240

9.6.3 基于虚拟仪器的动态磁特性自动测量242

第10章 干扰与抑制246

10.1 电磁干扰246

10.1.1 干扰与噪声的来源246

10.1.2 干扰与噪声的耦合方式247

10.2 干扰的表示方法248

10.2.1 串模干扰248

10.2.2 共模干扰249

10.3 干扰的抑制251

10.3.1 接地251

10.3.2 屏蔽254

10.3.3 隔离255

10.3.4 其它抗干扰措施255

10.3.5 灭弧256

10.4 电源干扰的抑制257

附录 实验指导书—基础训练模块261

实验1 熟悉LabWindows/CVI集成软件开发环境261

实验2 虚拟面板设计与波形显示283

实验3 虚拟频谱分析演示仪304

实验4 PCI9111数采卡的驱动312

实验5 频率测量与虚拟频率计322

参考文献326