《機械工程測試技術》課程教學大綱（本科）

1、機械工程測試技術(Measurement Technology of Mechanical Engineering)課程編號：03410090學 分：2學 時：32 （其中：講課學時：26實驗學時：6 上機學時：0）先修課程：電工學、大學物理、材料力學適用專業(yè)：機械設計制造及其自動化、模具、機械電子工程專業(yè)教 材：機械工程測試技術基礎，熊詩波、黃長藝等主編，機械工業(yè)出版社，2011年 6月第3版一、課程性質與課程目標（一）課程性質本課程是一門專業(yè)（方向）必修課，圍繞從被測對象中提取有用信息的測試目的和實現(xiàn)不失真測 試的基本要求，以學習非電量電測法技術的理論和方法為主。研究的對象是機械工程動態(tài)測

2、試中 常用的傳感器、信號變換電路的工作原理及靜、動態(tài)特性的評價方法和測試信號的分析與處理。通過本課程學習，使學生能夠掌握一、二階系統(tǒng)靜、動態(tài)特性的描述及測定方法；了解常用傳 感器的基本原理、中間變換電路基本原理，初步掌握機械工程參數(shù)的測試方法及信號處理方法，建 立與機械量相關的測試系統(tǒng)及裝置，使學生初步掌握進行測試所需要的基本知識和技能，獲得機械 參數(shù)測試的基本知識和基本技能。（二）課程目標課程目標1:能解釋相關的專業(yè)術語，可對一、二階系統(tǒng)特性進行描述，能解釋常用機械量測 量傳感器的原理及信號調理電路原理，能確定基本的機械工程參數(shù)的測定方法，建立測試系統(tǒng)和 裝置。課程目標2：能根據(jù)要求正確地進

3、行實驗，對實驗和測量結果進行正確的分析和處理，正確表 達測量結果。（三）課程目標與專業(yè)畢業(yè)要求指標點的對應關系.本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計劃中畢業(yè)要求4中的指標點3：能夠根據(jù)實驗方案構建實驗系統(tǒng), 進行實驗。占該指標點達成度的10%；.本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計劃中畢業(yè)要求4中的指標點4：能夠對實驗結果進行分析和解釋, 并通過信息綜合得到合理有效的結論。占該指標點達成度的40%o程目標 畢業(yè)要求指裝課程目標1課程目標2畢業(yè)要求4-3V畢業(yè)要求4-4V三、課程內容與教學要求第0章緒論.課程內容介紹測試技術在各領域的應用。計量、測量、試驗和測試的基本概念。測試系統(tǒng)和測試信號， 測試系統(tǒng)的組成。測試技術的發(fā)展趨

4、勢。課程的任務及學習方法。.教學要求(1)理解測試的基本概念了解測試系統(tǒng)的組成及功用了解測試技術的發(fā)展趨勢.重點和難點(1)測試系統(tǒng)的組成及功用。(2)計量、測量、試驗和測試的基本概念。第1章信號及其描述.課程內容信號分類。時域描述與頻域描述。周期信號與傅氏級數(shù)。周期信號的離散頻譜。周期信號的強 度表達：峰值、平均值、有效值、平均功率。非周期信號與傅氏變換。非周期信號的連續(xù)頻譜。傅氏變換的幾個主要性質。幾個典型信號(例如脈沖、脈沖序列、矩形窗函數(shù)、三角窗函數(shù)) 的函數(shù)。隨機信號。隨機信號的主要特征參數(shù)：均值、均方根值、概率密度函數(shù)。寬帶隨機信號。窄帶 隨機信號。.教學要求(1)掌握信號頻譜的特

5、點及典型周期信號及非周期信號的頻譜。了解各態(tài)歷經(jīng)隨機過程的特點及各態(tài)歷經(jīng)隨機信號的主要特征參數(shù)：均值、均方根值、方 差、概率密度函數(shù)。(3)能對周期信號進行傅氏級數(shù)展開，對非周期信號的傅氏變換(4)周期信號包含的諧波分析，在工程中如何利用該方面的知識求周期信號的平均值及各次諧 波分量。3 .重點和難點周期信號傅氏級數(shù)展開及其物理意義；非周期信號的傅氏變換。第2章測試裝置的基本特性.課程內容線性系統(tǒng)及其主要特性。靜態(tài)特性：靈敏度、線性度、精度。動態(tài)特性。信號經(jīng)測量環(huán)節(jié)后的 輸出與測量環(huán)節(jié)特性間的關系。不失真測量的條件。一、二階系統(tǒng)對典型輸入(如脈沖、階躍、正弦)響應及其在典型測試裝置中反映的舉例

6、。測 試裝置動態(tài)特性的測定。測試系統(tǒng)及對其基本要求、負載效應；掌握測試系統(tǒng)的靜態(tài)傳遞特性、測試系統(tǒng)的動態(tài)傳遞特 性。.教學要求(1)掌握測試裝置靜態(tài)特性及求取方法。(2)掌握一、二階測試裝置的頻率響應特性。(3)掌握測試裝置在時域及頻域下的不失真測試條件具備確定測試裝置的靜態(tài)特性的能力。.重點與難點(1)測試系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性；時、頻域不失真測試條件。(2)線性度的確定。第3章常用傳感器.課程內容傳感器的分類及其主要技術要求。機械敏感元件。常用的傳感器的變換原理及性能，其應用特點和典型結構。包括：電阻傳感器、電感傳感器、 電容傳感器、磁電式傳感器、壓電傳感器及其并聯(lián)電路。磁阻式傳感器；光學傳感

7、器、半導體傳感 器等應用。傳感器的選用原則及舉例。.教學要求(1)掌握常用傳感器的變換原理了解常用傳感器的主要特點及應用具備工程測試技術中正確選用傳感器及對簡單結構的傳感器可自行設計的能力。.重點與難點電阻、電感、電容、壓電傳感器第4章 信號的調理與記錄.課程內容測試信號的中間變換處理。電橋、調制器與解調器的功用和類型。調幅與相敏檢波、調頻與鑒 頻。濾波器：理想濾波器及其實現(xiàn)的條件。低通、高通、帶通、帶阻濾波器以及跟蹤濾波器技術。 了解基本顯示及記錄裝置的基本原理。.教學要求(1)掌握電橋電路的輸出特性了解常用變換電路的特點、應用了解實際濾波器的特性參數(shù)通過本章學習應具備機械工程測試中基本信號

8、處理能力。.重點與難點(1)電橋電路、調制與解調；(2)相敏檢波、濾波器設計。第5章信號處理初步.課程內容數(shù)字信號處理的概念介紹。信號的截斷、頻譜泄漏與柵欄效應。窗函數(shù)、采樣與頻率混疊、量 化。相關系數(shù)、相關函數(shù)(自相關函數(shù)、互相關函數(shù)及其性質)。周期信號的相關函數(shù)、隨機信號的 相關函數(shù)。相關濾波技術及其在工程測試中的應用。功率譜密度函數(shù)、功率譜分析及其應用。譜分析和相關分析的內涵、聯(lián)系。.教學要求掌握信號處理技術基礎在工程實際中的應用。.重點與難點頻譜泄漏與柵欄效應，信號的自相關與互相關。自相關與互相關計算、功率譜分析。三、本課程開設的實驗項目編號實驗項目名稱學時類型要求支撐的課程目標1箔式

9、應變片性能及測量電路2驗證性必做課程目標22位移的綜合測量I2綜合性必做課程目標23位移的綜合測量n2綜合性選做課程目標2實驗1:箔式應變片性能及測量電路本實驗為驗證實驗，主要進行橋路應變片電阻的測量，差動放大電路零點的安排，單臂橋、半 橋及全橋特性試驗。通過本實驗使學生學會使用數(shù)字萬用表測量應變片電阻，學會電橋電路的連接, 測試梁變形的應變輸出變化，并對三種橋路輸出性能進行比較。實驗2：位移的綜合測量I本實驗為綜合性實驗，主要是用電容式或差動變壓器型位移傳感器實現(xiàn)位移量的測量，通過電 路的連接及對傳感器性能進行實驗和對位移量的實際測量，使學生能了解兩類傳感器的工作原理及 其性能，并能對實際的

10、位移量進行測量。實驗3：位移的綜合測量II本實驗為綜合性實驗，主要通過渦流傳感器及霍爾傳感器對位移量的測量實驗，讓學生能了解 兩種傳感器的結構構成，所用信號處理電路的工作原理，并對位移量進行測量實驗。它是將傳感器 與測試電路結合起來的綜合性實驗。通過實驗，使學生了解渦流傳感器及霍爾傳感器的工作原理及 其性能。四、學時分配及教學方法章（按序填寫）教學形式及學時分配主要教學方法支撐的課程目標課堂 教學實 驗上 機課程 實踐小 計第0章22講授法目標1第一章44講授法目標1第二章44講授法目標1第三章8614講授法、演示法目標1、2第四章55講授法目標1第五章33講授法目標1合計26632五、課程考核考核形式考核要求考核權 重支撐的課 程目標備注課堂表現(xiàn)根據(jù)出勤率、聽課情況和回答問題情況確定該部分成 績10%目標1平時作業(yè)課后完成15-20個習題，主要考核學生對每章知識點 的復習、理解和掌握程度，計算全部作業(yè)的平均成績。10%目標1期末考試米用閉卷考試，試卷題型包括選擇題、填空題、簡答 題、計算題等。70%目標1實驗完成3個實驗，主要考核學生應用機電測控系統(tǒng)基礎 知識實施工程測試實驗，并對實驗結果進行分析與評 價的能力。10%目標2六、參考書目及學習資料（書名，主編，出版社，出版時間及版次）.測試技術基礎王伯雄主編，清華大學出版社，20