工程测试技术基础大纲.doc

工程测试技术基础教学大纲适用专业： 机械设计制造及自动化 课程学时：40（ 理论学时：34，实验学时：6 ）一、课程性质、目的与任务机械工程测试技术是机械工程类本科生的一门重要专业基础课。本课程主要教学内容有：机械工程测试中常用的传感器和相应的调理电路的工作原理；测量装置(仪器及系统)静态、动态特性的评价方法；动态信号的描述、分析处理；常见机械制造工程领域中各类静态、动态物理信号的测试分析方法。通过本课程的学习，使学生了解信号的特征；能较正确地选用传感器等测试元件构成测试仪器及系统；掌握测试的基本理论、基本方法及基本试验技能，为进一步学习和研究测试领域的实际问题打下基础，为机械制造自动化工程服务。二、课程教学内容（有 号者为选讲）(一)理论教学第一部分 绪论（2学时）介绍测试技术在工业自动化、环境监测、楼宇控制、医疗、家庭和办公室自动化等领域的应用情况和测试技术的发展趋势。第二部分 信号分析基础（4学时） 介绍信号的分类，信号时域分析、幅值域分析、频谱分析、相关分析原理及应用。包括：1. 基本概念：信号的分类、信号的描述方法、信号分析的内容2. 周期信号与离散频谱：正弦信号表示法、复杂周期信号的分解、周期信号的强度分析、周期信号的频谱分析3. 非周期信号与连续频谱：傅里叶变换简述、非周期信号的频谱分析、几种典型非周期信号的频谱4. 相关分析第三部分 传感器及应用原理（8学时） 介绍电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、热电式传感器、半导体传感器等常用传感器的工作原理、测量电路和传感器的特性以及在制造业中的应用。 1.概述：传感器的作用及组成、传感器的分类、对传感器性能的要求简介2.电阻式传感器：电位器式电阻传感器、电阻应变式电阻传感器。3.电感式传感器：自感型电感传感器、变压器式电感传感器、涡流式传感器4.电容式传感器：电容式传感器的类型及变换原理、实际测量电路5.压电式传感器：压电效应、压电式传感器及其等效电路、测量电路6.磁电式传感器：动圈式磁电传感器、磁阻式磁电传感器7.热电式传感器：热电偶、热电阻传感器8.半导体传感器：磁电转换元件、光电转换元件9.其它新型传感器简介第四部分 测试系统特性（4学时） 介绍测试系统基本组成，测试系统的静态、动态特性，不失真测量条件，滤波器及应用，测试系统特性的评定方法。 1.概述：测试装置及其分类、对测试装置的基本要求、线性系统及其主要性质2.测试装置的静态特性：灵敏度、线性度、回程误差3.测试装置的动态特性：传递函数与频率响应函数、一、二阶系统对典型输入的响应、常见测试装置的频率响应特性、实现不失真测试的条件4.测试装置动态特性的测试：用频率响应法、阶跃响应法求测试装置的动态特性5.测试数据及系统误差分析第五部分 基于计算机的测试系统原理（6学时） 介绍传感器信号的放大、滤波、调制与解调等常用信号调理方法、A/D、D/A转换原理和采样定理，数字信号处理算法，虚拟仪器技术。 1. 电桥：直流电桥及其平衡条件、交流电桥及其平衡条件2. 调制与解调：调幅及其解调、调频及其解调3. 滤波器：滤波器的分类、理想滤波器与实际滤波器、调谐式滤波器、恒带宽比滤波器和恒带宽滤波器、跟踪滤波器4. 模拟/数字转换器：量化、AD转换器、D/A转换器5. 信号输出技术：信号输出形式与分类、显示性信号输出、记录性信号输出6. 虚拟仪器技术：虚拟仪器的概念、虚拟仪器图形化语言LabVIEW第六部分 典型物理量测量方案设计（8学时） 介绍位移、速度、加速度、压力、力、振动、温度等常用机械量、物理量测量方案设计。 1. 位移测量：位移测量概述、位移传感器选用，测量方案设计2. 应变及应力、扭矩及压力测量：力测量概述、传感器选用、测量方案设计3. 速度、加速度测量：速度、加速度测量，速度、加速度传感器选用、测量方案设计4. 温度测量：温度测量分析、传感器选用、测量方案设计5. 振动测试：振动分析概述、振动测量方法简介、测振传感器、阻抗头、振动分析处理测试技术新发展及应用专题（2学时） 介绍测试技术的最新发展，及其典型应用。 (二)实验项目实验1传感器原理及静态特性实验2 光线示波器振动子幅频特性实验实验3几何尺寸静态测量及数据分析实验4 动态电阻应变仪原理实验实验5 信号分析实验实验6 振动测试实验三、学时分配表内容讲课实验备注第一部分 绪论2学时第二部分 信号分析基础4学时2学时第三部分 传感器及应用原理8学时2学时第四部分 测试系统特性4学时第五部分 基于计算机的测试系统原理6学时第六部分 典型物理量测量方案设计8学时2学时测试技术新发展及应用专题2学时总计34学时6学时四、教材及参考书1.教材： 曾光奇、胡均安，工程测试技术基础，华中科技大学出版社2.参考书：王伯雄，工程测试技术，清华大学出版社 孔德仁、朱蕴璞，工程测试技术，科学出版社黄长艺、严普强，机械工程测试技术基础，机械工业出版社黄长艺、卢文祥机械制造中的测试技术，机械工业出版社卢文样，杜润生机械工程测试信息信号分析，华中理工大学出版社五、课程基本要求按照从事机械工程测试工作的基本要求，学生在学完本课程后应掌握以下几方面的知识：1. 掌握信号的时域和频域描述方法，建立明确的信号频谱概念；掌握频谱分析和相关分析的基本原理和方法；了解功率谱分析的原理及应用；了解数字信号分析的基本概念。2. 掌握一、二阶系统的动态特性及其测定方法。掌握测试装置静、动态特性的评价方法和不失真测试条件，并能正确地运用于测试装置的分析和选择。3. 了解常用传感器、调理电路和记录仪器的工作原理和性能，并能较正确地选用。4. 通过对机械工程中典型物理量测试方法的介绍，对机械工程测试工作的基本问题应有一个完整的概念，并能将所学的知识串联起来。六、教学大纲执行说明1. 本课程的前序课程为：复变函数、概率与数理统计、电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、机械控制工程基础。2. 本课程要求学生做一定数量的习题。习题布置时间一般在各章讲授之后，共约6次。也可以每6-8学时布置一次，约4-5次。每次习题份量按完成时间不超过小时布置。3. 课程内容讲授说明：(1) 绪论部分应重点介绍工业生产中物理量测试的实例， 使学生初步了解测试技术在机械工程领域中的应用和测试系统的概貌，从而对本课程产生兴趣。(2) 信号分析基础的讲述应使学生建立信号在时域和频域内描述和转换的概念。对理论公式不必进行严格的数学推导。对于已掌握积分变换知识的学生，有些内容可以删减。(3) 对学过控制理论的学生，有关传递函数和频率特性的内容可以从简。(4) 常用传感器中介绍的传感器种类多，有些内容可适当安排学生自学。课堂讲授主要通过几种常用传感器进行深入和全面剖析，并注意介绍传感器在工程应用中应注意的一些问题。(5) 基于计算机的测试系统原理中着重讲清对信号进行各种调理的目的、思路和方法， 具体电路的计算和设计不作要求。 对模/数转换方法以及数字信号处理中出现的一些问题和现象， 如采样和频率混叠、截断与能量泄漏等，只要求作一般了解。信号的输出形式及虚拟仪器技术只作一般要求。(6) 对具体物理量测试方法的介绍， 可以根据具体需要讲授不同的内容，如讲授位移测量、应变及力的测量、温度测量、振动测量等。4. 测试技术发展日新月异，本大纲安排了测试技术新发展及应用专题，以鼓励将新技术、新方法系统介绍给