Mechanical EngineeringTesting Technology

一、课程的性质和目的

本门课程属于机械电子工程、机械设计制造及其自动化专业的一门专业课程。

通过本课程的学习，使学生达到以下目的：

（1）使学生掌握机械工程测试基本概念，测试信号的描述、分析和处理方法，测试装置的静、动态特性评价方法；

（2）掌握常用传感器、中间转换电路及记录仪器的工作原理和特性，并能够针对测试对象的特点选择合适的传感器；

（3）熟悉典型机械工程测试场景，能够针对具体需求选择合适的测试系统和测试方法，掌握常用测试仪器的操作，为从事技术研发、设备改造、组建基本的测试装置和测试系统等方面的工作提供一定的基本知识。

二、课程的教学内容和学时分配

第0章  绪论   (1学时)

教学内容：

测试技术的任务和重要性；测试过程和测试系统的组成；课程的特点和要求，学完本课程应具备的能力；测量的基础知识：量与量纲，说明其在测试中重要地位；法定计量单位，说明统一标准的重要性；计量器具的检定，检定的必要性，检测机构介绍；误差分析；测量精度和不确定度；测量器具的误差；测量结果的表达方式。

教学要求：

了解测试的任务和重要性；了解测量的基础知识，量与量纲，计量单位的统一，误差分析；掌握测量装置的组成。

重点：测试系统的组成

难点：误差分析

第一章  信号及其描述  (7学时)

教学内容：

信号的分类及其描述：信号分类，确定信号和随机信号，连续信号和离散信号，能量信号和功率信号；信号的时域描述和频域描述，傅里叶变换在信号频域描述中的重要作用；周期信号及其频谱：傅里叶变换，周期信号的频谱特点；瞬变非周期信号及其频谱：傅里叶变换及其性质，几种典型信号的频谱。

教学要求：

理解信号分类；掌握信号的时域和频域描述；掌握周期信号、非周期信号的时域—频域转换方法与其频谱性质；掌握几种典型信号的频谱。

重点：信号频域描述；傅里叶变换方法；周期信号的频谱特点；几种典型信号的频谱。

难点：信号的频域描述；傅里叶变换方法；几种典型信号的频谱。

第二章  测试装置的基本特性 (6学时)

教学内容：

线性系统及其微分方程描述，线性系统的特性；测试系统的静态传递特性;测试系统的动态传递特性：数学描述，一阶、二阶线性系统的特性；测试装置对任意输入的响应：输入为单位脉冲信号的响应，输入为单位阶跃信号的时域响应；实现不失真测试的条件；测试装置动态特性的测试：频率响应法，阶跃响应法。

教学要求：

理解线性系统及其微分方程描述方法；掌握线性系统的特性；理解测试系统静态传递特性的定度曲线含义，掌握灵敏度、线性度、回程误差、稳定度的概念及其计算；掌握测试系统的动态传递特性的时域、频域描述与传递特性参数对测试的影响，一阶、二阶系统的特性；掌握测试系统对脉冲信号的响应、单位阶跃信号的响应的特性。掌握实现不失真测试的条件；理解一、二阶系统传递特性参数的测定方法。

重点：测试系统静态传递特性灵敏度、线性度、回程误差、稳定度等的概念；线性系统特性；测试系统的动态传递特性的时域、频域描述与传递特性参数对测试的影响；一阶、二阶系统的特性；实现不失真测试的条件。

难点：一、二阶系统传递特性参数的测定。

第三章  常用传感器与测量电路 (6学时)

教学内容：

常用传感器分类；电阻器式、电阻应变片式、电感式、电容式、压电式、磁电式、半导体式传感器的变换原理及其后接测量电路；传感器选用原则。

教学要求：

了解传感器的分类方法；掌握测量常见物理参数的常用电阻器式、电阻应变片式、电感式、电容式、压电式、磁电式、半导体式传感器的工作原理；理解用来测量常见物理参数的常用电阻器式、电阻应变片式、电感式、电容式、压电式、磁电式、半导体式传感器的后接测量电路；掌握传感器选用原则。

重点：电阻器式、电阻应变片式、电感式、电容式、压电式、磁电式、半导体式传感器的工作原理及其后接测量电路；传感器选用原则。

难点：传感器的工作原理及其后接测量电路。

第四章  信号的调理与记录  (4学时)

教学内容：

电桥：交、直流电桥平衡条件；调制与解调：幅值调制与解调、频率调制与解调；滤波器：性能的基本参数及其计算、实际滤波电路、带通滤波器在信号分析中的应用；

教学要求：

掌握直流电桥、交流电桥平衡条件；掌握信号的调制与解调的基本概念，调幅、调频与解调原理及其在测试系统中的应用；了解滤波器的分类；掌握低通、高通、带通、带阻滤波器含义，上、下截止频率、中心频率、恒带宽、恒带宽滤波器的概念；掌握描述滤波器性能的基本参数及其计算；理解带通滤波器在信号分析中的应用。

重点：直流电桥、交流电桥平衡条件；调幅、调频与解调原理及其在测试系统中的应用；滤波器性能的基本参数及其计算。

难点：调幅、调频与解调的方法。

第五章  信号处理初步  (4学时自修2学时)

教学内容：

数字信号分析的步骤；信号数字化：时域采样、混叠和采样定理，量化和量化误差，截断、泄漏和窗函数，频域采样、时域周期延拓和栅栏效应，频率分辨率、整周期截断；相关分析及其应用：信号的自相关函数，信号的互相关函数以及性质；功率谱分析及其应用：自功率谱密度函数，互功率谱密度函数；

教学要求：

掌握数字信号分析的基本步骤；理解模拟—数字转换原理；掌握采样定原理；理解信号的离散采样、量化与量化误差，混叠现象，时域截断与泄漏，频域采样、时域周期延拓与栅栏效应；掌握自相关函数、互相关函数的定义及其性质；理解功率谱分析及应用。

重点：信号的离散采样、采样定原理、量化与量化误差，混叠现象，时域截断与泄漏，栅栏效应；相关分析及其应用。

难点：信号的离散采样、采样定理、量化与量化误差，混叠现象，时域截断与泄漏，栅栏效应；功率谱分析及应用。

第六章  振动测试 (2学时自修2学时)

教学内容：

惯性式传感器的力学模型；典型测振传感器；

教学要求：

掌握惯性式传感器的力学模型；掌握典型测振传感器；

重点：典型测振传感器。

难点：惯性式传感器的力学模型。

第七章  应变、应力测试(2学时)

教学内容：

应变、应力测量；应变测量电路；布片与组桥；保证应变测试精度的措施。

教学要求：

理解应变、应力的测量方法；掌握应变片的布片与组桥；理解保证应变测试精度的措施。

重点：布片与组桥；保证应变测试精度的措施。

难点：保证应变测试精度的措施。

三、课程教学环节的基本要求

课堂讲授：

本门课程以课堂讲授为主，坚持“教师为主导，学生为主体”的思想，教师的精讲与学生的自学相结合，教师主要起启发和引导的作用，贯彻少而精的原则，以点带面去激发学生获得更多知识的欲望，调动学生的学习自觉性；采用现代化、多媒体教学手段，课堂教学与和实验教学相结合，理论联系实际，以增加课堂教学信息量和感性认识，培养学生的动手能力。

实践教学部分(8学时)

序号	实验项目名称	项目学时	每组人数	内容提要	实验项目类型	实验项目要求
1	1.涡流式传感器的转速测量实验 2.压电加速度式传感器的特性实验	2	4	1.利用涡流式传感器探头对旋转体材质的明显变化产生脉冲信号，经电路处理测量转速。 2.利用压电式加速度传感器的输出信号与传感器移动的加速度成正比的原理来测振动。	综合型	必修
2	电阻式传感器的单臂、半桥和全桥的比较实验	2	4	利用电阻丝在外力作用下发生机械变形时其阻值发生变化的原理，把原应变片连接到电桥中将电阻变化转换成电压变化，从而测量悬臂梁的受力或应变。通过在电桥中接入一个应变片、二个应变片、四个应变片分别组成单臂、半桥、全桥，测量电桥输出结果，并进行分析比较。	综合型	必修
3	1、差动变压器的特性实验 2、超声波传感器的位移特性实验	2	4	1、通过改变差动变压器式传感器铁芯位移来改变输出电势大小，输出电势既反映铁芯位移量同时还反映移动方向。 2、应用超声波测距原理，利用超声波发射器和超声波接收器来测量距离	验证型	必修
4	1.移相器实验 2.相敏检波器实验	2	4	通过对移相器、相敏检波器原理的了解后，做以下内容：移相器的功能检测；移相器的频率特性检测；移相器的李沙育图形观测；相敏检波器的直流控制功能检测；相敏检波器的交流控制功能检测；相敏检波器检幅特性测量；相敏检波器的鉴相特性测量	综合型	必修

作业方面：

每次课后要求布置作业和思考题，并适当地增加一些实用的检测问题，以培养学生的测试系统设计能力，增强学生的学习兴趣。习题的类型一般应包括计算题、概念题和应用题等。课外习题内容以设计计算为主，也可以布置有利于培养的分析能力和加强重要概念理解的思考题。

考试环节：

课程成绩采用百分制，由三部分组成：平时成绩（教学活动过程）占20%，实验成绩（技能成绩）占20%；期末考试成绩占60%。期末考试采取笔试、闭卷形式。

教学活动过程考核包括：考勤50%，作业50%。

四、本课程与其它课程的联系与分工

本课程的前修课：《高等数学》、《概率与数理统计》、《电工技术基础》、《电路原理》、《工程力学》、《大学物理》、《机械工程控制基础》，该课程为《单片机原理与接口技术》、《机电传动与控制》、《数控技术与应用》、《机电系统设计》、《工业机器人技术与应用》、《汽车电子控制技术》等后续专业课程打基础。

五、教材及主要参考书

建议使用教材：

[1] 熊诗波主编.《机械工程测试技术基础》（第四版）,机械工业出版社,2018.7

教学参考书：

[1] 秦树人主编，《机械工程测试原理与技术》（第二版），重庆大学出版社2011.3

[2] 谢里阳，孙红春，林贵瑜.《机械工程测试技术》，机械工业出版社，2012.9

[3] 杨叔子等，《机械工程控制基础》，华中科技大学出版社，第六版 2011.5

机械工程测试技术   实验教学大纲

一、实验课程的目的与任务

机械工程测试技术课程实验的目的在于使学生掌握基本的实验方法及实验技能，学习科学研究的方法，帮助学生学习和运用理论处理实际问题，验证消化和巩固理论知识的重要环节。通过实验及实训，培养学生认识机械测试的能力，通过观察、分析、测试、记录、实验结果分析等实践活动真正了解机械测试的具体过程和数据分析方法；达到理论和实际相结合的能力，从而提高学生的综合素质。

二、实验教学基本要求

1、通过运用传感器对物理量的测量实验，让学生具备测试的基本逻辑，实验结果的分析能力，把书本所学的理论和实际充分结合起来。

2、学会测试系统的基本组成，能根据所测的物理量连接相应的设备。

3、学会分析测试过程中出现的现象的原因，并能对其解释，并能通过改变输入，从而预测出输出的能力。

4、具备独立或协作操作完成实验，做好实验记录，并学会按要求撰写实验报告的能力。

三、实验项目与内容提要

序号	实验项目名称	项目学时	每组人数	内容提要	实验项目类型	实验项目要求
1	1.涡流式传感器的转速测量实验 2.压电加速度式传感器的特性实验	2	4	1.利用涡流式传感器探头对旋转体材质的明显变化产生脉冲信号，经电路处理测量转速。 2.利用压电式加速度传感器的输出信号与传感器移动的加速度成正比的原理来测振动。	综合型	必修
2	电阻式传感器的单臂、半桥和全桥的比较实验	2	4	利用电阻丝在外力作用下发生机械变形时其阻值发生变化的原理，把原应变片连接到电桥中将电阻变化转换成电压变化，从而测量悬臂梁的受力或应变。通过在电桥中接入一个应变片、二个应变片、四个应变片分别组成单臂、半桥、全桥，测量电桥输出结果，并进行分析比较。	综合型	必修
3	1、差动变压器的特性实验 2、超声波传感器的位移特性实验	2	4	1、通过改变差动变压器式传感器铁芯位移来改变输出电势大小，输出电势既反映铁芯位移量同时还反映移动方向。 2、应用超声波测距原理，利用超声波发射器和超声波接收器来测量距离	验证型	必修
4	1.移相器实验 2.相敏检波器实验	2	4	通过对移相器、相敏检波器原理的了解后，做以下内容：移相器的功能检测；移相器的频率特性检测；移相器的李沙育图形观测；相敏检波器的直流控制功能检测；相敏检波器的交流控制功能检测；相敏检波器检幅特性测量；相敏检波器的鉴相特性测量	综合型	必修

四、实验报告格式及要求

完成机械工程测试技术实验报告中各项目的填写、实验图表绘制、实验数据的记录等内容。完成各实验后的思考题。

五、考核方式及成绩评定方法

1、考核方式：考查

2、成绩评定方法：

a)实验出勤10%

b)实验过程表现（实验态度和积极性、实验操作的熟练程度）20%。

c)实验结果30%

d)实验报告的完成情况40%

根据课前点名、实验结果检查、现场回答问题以及实验过程操作的规范性、积极性和实验报告的完成情况，按以上各项综合给出每名学生的实验总评成绩。

六、实验仪器设备配置

检测与转换（传感器）技术实训综合试验台，配备了相应的传感器、示波器等。

七、实验教材（指导书）及参考书

[1] 《检测与转换（传感器）技术实训装置》使用说明书

[2] 熊诗波,黄长艺.《机械工程测试技术基础》,机械工业出版社,第三版2011.6

[3] 刘笃仁.传感器原理及应用技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009.4