《机械工程测试技术-2024年修订（机械类）》课程教学大纲

PAGEPAGE8《机械工程测试技术》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称机械工程测试技术课程编号310050027课程性质必修课课程类别专业基础课开课单位测控教研室授课学期第5学期学分/学时2/32课内学时32理论授课28上机学时0课内实践0实验学时4课外学时32适用专业机械类是否双语否先修课程大学物理、高等数学、电工电子学后续课程机电传动与PLC、智能机械设计二、课程简介《机械工程测试技术》是机械类专业的核心课程，为理论性、实践性较强的一门课程。本课程任务是阐述测试技术的研究对象、基本的测试原理、信号的分析与处理方法、测试系统的特性以及测试技术的发展趋势等。通过本课程的学习，使学生掌握测试系统的设计和分析方法，能够根据工程需要选用合适的传感器，并能够对测试系统的性能及测量数据进行分析和处理，从而培养学生从事科学研究的初步能力。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标课程目标1：知识目标能理解测试技术的基本概念；能对信号进行时域或频域描述；能理解信号时域分析参数和频域分析参数的概念；能理解测试系统的静态特性与动态特性指标以及不失真测试条件的含义；能理解传感器常用类型传感器的工作原理、测量电路及其应用等。课程目标2：能力目标能分析鉴别信号类型；能对信号进行时域或频域分析，提取有用信息；会简单分析测试系统的静态或动态特性；具备常用传感器的识别与测量能力；能够识别电路图原理，并能在实验台上正确连接电路；能够利用相关理论知识分析并解决复杂工程问题。课程目标3：素质目标能够识别工程问题的综合特征，综合运用信号分析与处理、测试系统等专业知识，在测控系统的设计环节中考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素的基础上，提出可行性研究；体现严谨求实的工作态度和精益求精的研究精神。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标11.3学习专业基础知识，掌握解决复杂测控系统工程问题的基本思路和方法。1-工程知识课程目标22.2能够将相关基础理论和基本原理综合应用于复杂工程问题的表述，对复杂工程问题的解决途径进行分析、对比并试图改进；2-问题分析课程目标31.3学习专业基础知识，掌握解决复杂测控系统工程问题的基本思路和方法；3.2能够在测控系统的设计环节中考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素的基础上，提出可行性研究。1-工程知识3-设计/开发解决方案四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元绪论（学时数：2学时）1.课程主要内容理解测试及测试技术的基本概念；掌握测试系统的组成；理解测试技术的特点及研究方法。2.重点和难点重点：测试的概念；测试系统的组成。难点：测试系统的组成。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、随堂测验。4.学生学习预期成果能够识记测试的概念；能够理解测试系统的组成。5.支撑课程目标课程目标1。第二单元信号及其描述（学时数：6学时）1.课程主要内容掌握测试信号的分类与特征，理解确定性信号、随机信号、连续信号、离散信号、能量信号、功率信号的概念，能够按数学关系、取值特征、能量功率等给信号分类；掌握周期信号频谱与非周期信号频谱的计算方法，了解周期信号频谱特点，了解非周期信号频谱的特点，能通过傅立叶变换绘制信号频谱图；了解随机信号的分类，理解稳态随机过程和各态历经随机过程，掌握随机信号的均值、方差、均方值、概率密度函数等主要统计参数；了解单位脉冲函数的筛选性和卷积性质，了解脉冲函数的频谱，了解指数函数频谱，掌握谐波函数频谱，掌握矩形窗函数的频谱。2.重点和难点重点：利用傅里叶级数展开计算周期信号频谱的方法及频谱特点；利用傅里叶级数展开计算瞬变信号的频谱；矩形窗函数、脉冲信号等典型信号频谱的特点。难点：频谱及频谱密度的概念。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、随堂测验。4.学生学习预期成果能够识别信号类别；能够利用傅里叶级数展开以及典型信号频谱知识计算周期信号及瞬变信号的频谱；能够理解随机信号及其参数的概念。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第三单元信号的分析与处理（学时数：6学时）1.课程主要内容理解离散信号时域信号特征量分析，理解概率密度函数分析，理解概率分布函数分析，了解常见信号的概率密度函数的特点，能根据概率密度函数图识别信号的类型；掌握信号自相关分析与互相关分析的概念，掌握相关分析的性质，了解相关分析的工程应用，能根据自相关函数图识别信号类型，能应用相关分析解决工程实际问题；了解频域分析中的功率谱分析的方法及应用，理解自相关函数与自功率谱的关系，理解互相关函数与互功率谱的关系；掌握数字信号处理的基本步骤以及采样定理、截断、泄露等概念，了解窗函数对信号处理的影响，能将采样定理应用到工程实际中去。2.重点和难点重点：特征值分析、概率密度函数的定义及应用；信号的自相关分析与互相关分析的概念、方法及应用；帕斯瓦尔定理、功率谱分析及应用；采样定理、截断与泄漏的定义及应用。难点：帕斯瓦尔定理、功率谱分析。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、随堂测验。4.学生学习预期成果能够理解时域分析参数的概念及用途；能够理解相关分析概念，并能够对信号进行相关分析；能够理解功率谱的概念；能够理解数字信号处理的基础理论。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第四单元测试系统的特性（学时数：4学时）1.课程主要内容了解线性系统的概念，掌握线性系统具有的主要性质，了解频率保持性在测试工作中的重要作用；了解测试装置的主要静态特性组成，掌握线性度、灵敏度、回程误差的定义和计算；了解传递函数的概念和特点，掌握频率响应函数的定义及组成，掌握一阶系统和频率响应函数、幅频特性和相频特性，掌握二阶系统动态特性的数学描述的方法；掌握理想测试系统的条件，掌握一阶系统和二阶系统满足不失真测试的条件，能计算系统的幅值误差和相位差，能在工程实际中实现不失真测试。2.重点和难点重点：静态特性非线性度、灵敏度、回程误差的概念及计算方法；传递函数、频率响应函数及脉冲响应函数的定义及其关系；一阶系统、二阶系统的特性；实现不失真测试的条件及应用。难点：测试装置不失真测试条件；测试系统频率响应特性的分析；阶跃响应法、频率响应法测定动态特性的方法。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、随堂测验。4.学生学习预期成果能够理解测试装置静态特性指标含义并进行简单地计算；能够理解动态特性及其表示；能理解不失真测试条件，并根据不失真测试条件求得测试装置理想的动态特性。。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第五单元常用传感器（学时数：10学时）1.课程主要内容理解传感器的定义，了解传感器的组成和分类，了解传感器的主要应用于发展趋势，了解传感器的选用原则；掌握电阻式传感器基本工作原理、分类及用途，了解电阻应变式传感器与压阻式传感器的区别；掌握电感式传感器基本工作原理、分类及用途，掌握低频透射式涡流传感器与高频反射式涡流传感器的区别；掌握电容式传感器基本工作原理、分类及用途，了解电缆分布电容对电容式传感器的影响，掌握消除电缆分布电容影响的措施；掌握压电式传感器基本工作原理、分类及用途，掌握压电效应的定义，了解常见的压电材料及其特点；能够应用所学知识在工程实践中正确选择和应用传感器。2.重点和难点重点：传感器的定义、分类；电阻式、电容式、电感式、压电式传感器的分类、原理及特点。难点：与传感器相关学科知识及不同种类传感器的测量电路。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、实验。4.学生学习预期成果会根据测试需求选用合适的传感器；能够掌握传感器的工作原理、主要结构形式、匹配电路、外特性、主要应用等共同要点。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第六单元信号的调理与记录（学时数：4学时）1.课程主要内容理解电桥的概念及分类，掌握电桥的平衡条件，掌握直流电桥电路与交流电桥电路的原理及应用，能够进行电桥输出信号的计算，能根据测量要求正确进行布片和组桥；掌握调制与解调的基本概念，了解调制电路的分类与原理，了解常见解调电路的工作原理，掌握动态电阻分析仪的电路组成及工作原理；掌握滤波器的分类及各种常见滤波器的基本原理与应用，能根据工程实际选择合适的滤波器。2.重点和难点重点：电桥的原理与应用；调幅、调频电路的原理及应用；高通、低通、带通与带阻滤波器的频率特性；理想滤波器与实际滤波器的区别。难点：电桥的平衡条件及输出特性分析计算；各种调制方法及解调的原理；实际滤波器的特性分析。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、随堂测验。4.学生学习预期成果能够理解电桥的概念；会利用和差特性设计平衡电桥，对平衡电桥的输出特性进行分析计算；能够理解不同调制方法的特点以及在应用中的优缺点；能够根据工程实际选用合适滤波器。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元绪论课堂讲授、巡回指导、随堂测验课程目标121:1第二单元信号及其描述课堂讲授、巡回指导、随堂测验课程目标1、2、361:1第三单元信号的分析与处理课堂讲授、巡回指导、随堂测验课程目标1、2、361:1第四单元测试系统的特性课堂讲授、巡回指导、随堂测验课程目标1、2、341:1第五单元常用传感器课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、实验课程目标1、2、3101:1第六单元信号的调理与记录课堂讲授、巡回指导、随堂测验课程目标1、2、341:1合计321:1五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩20%课后作业50共计安排5次作业，主要考核各重点章节知识点。目标分值=0.5×作业平均值。随堂测验30课堂根据需要随时安排测验，客观题为主，主要考核基础知识，每次答题时间控制在15分钟之内。目标分值=0.3×测验平均值出勤和综合表现20按出勤、听课状态、回答问题积极程度、使用手机做与学习无关事情的次数等课堂表现酌情加减分，最终以满分10分折算。实践成绩10%实验100安排2次实验，需提交实验报告，根据数据和报告内容的准确性、详实度按比例折算，满分10分。期末测验70%知识401.考核范围：所有教学内容2.测验题型：客观题（选择、判断、填空）、主观题（简答、分析计算）3.评价细则：客观题占约50分，主观题约占50分。能力40综合应用20（二）课程考核对课程目标的支撑教学内容考核内容考核方式支撑的课程目标第一单元绪论1-1测试的基本概念1-2测试技术的内容和任务1-3测试系统的组成1-4测试技术的发展动向随堂测验课后作业期末测验课程目标1第二单元信号及其描述2-1信号的分类与描述2-2周期信号2-3瞬变信号2-4几种典型信号的频谱2-5随机信号随堂测验课后作业期末测验课程目标1、2、3第三单元信号的分析与处理3-1信号的时域分析3-2信号的相关分析3-3信号的频域分析3-4数字信号处理基础随堂测验课后作业期末测验课程目标1、2、3第四单元测试系统的特性4-1线性系统及其主要性质4-2测试系统的静态特性4-3测试系统的动态特性4-4测试系统在典型输入下的响应4-5实现不失真测试的条件随堂测验课后作业期末测验课程目标1、2、3第五单元常用传感器5-1传感器概述5-2传感器的选用5-3电阻式传感器5-4电感传感器5-5电容传感器5-6压电式传感器随堂测验课后作业实验期末测验课程目标1、2、3第六单元信号的调理与记录6-1电桥6-2信号的放大与隔离6-3调制与解调6-4滤波器随堂测验课后作业期末测验课程目标1、2、3六、使用教材、相关推荐书目及课程资源（一）使用