《机械工程测试技术A》教学大纲

《机械工程测试技术A》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：01140421课程性质：专业必修课程学分：2学分学时：32学时（理论28学时，实验4学时）先修课程：大学物理、理论力学、材料力学、电工与电子技术、C程序设计等后续课程：机电传动控制与PLC、企业技术改造创新、机械创新综合能力训练适用专业：机械设计制造及其自动化开课单位：机械工程学院一、课程说明《机械工程测试技术A》是机械设计制造及其自动化专业的一门专业必修课程。该课程围绕机械工程领域中常见物理量的测试问题，讲述工程测试的基本理论、方法和实施过程，使学生初步具备搭建与分析测试系统的能力，为学习其他有关课程及以后从事技术工作打下必要的基础。本课程既注重基本理论知识的学习，还注重对学生动手能力和工程实践能力的培养，兼顾新技术及其发展方向的介绍，培养“厚基础、宽口径、高素质、强能力”的人才。二、课程目标通过本课程的学习，学生达到如下目标：课程目标1：掌握工程测试技术的基本理论（传感器原理、信号分析与调理、测试系统特性），能对机械工程中的测试问题进行参数分析和评价，具备自主学习和工程应用能力。课程目标2：针对具体的机械工程测试应用任务，能够合理选择传感器、信号分析方法，分析影响测试稳定性、响应时间和精度的因素，构建测试系统。课程目标3：能够运用机械工程测试理论，对常见物理量进行测试，制定合理的试验方案，运用相关软件对数据进行采集、分析与处理。三、课程目标与毕业要求《机械工程测试技术A》课程教学目标对机械设计制造及其自动化专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.3掌握专业基础知识，能够将机械工程领域的相关知识和数学模型用于推演和分析，并将该能力用于解决机械工程中的复杂问题课程目标1：握工程测试技术的基本理论（传感器原理、信号分析与调理、测试系统特性），能对机械工程中的测试问题进行参数分析和评价，具备自主学习和工程应用能力。M3.设计/开发解决方案3.1能够针对具备不同特点机械工程中的复杂工程问题进行分析和提炼，设计解决方案课程目标2：针对具体的机械工程测试应用任务，能够合理选择传感器、信号分析方法，分析影响测试稳定性、响应时间和精度的因素，构建测试系统。H4.研究4.2能够基于科学原理并采用科学方法对具体机械工程中的复杂工程问题设计实验，并对实验数据进行采集、分析与处理课程目标3：能够运用机械工程测试理论，对常见物理量进行测试，制定合理的试验方案，运用相关软件对数据进行采集、分析与处理。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.测试系统的构成1.1测试系统的构成1.2虚拟仪器技术教学要求：（1）理解测试技术的基本概念、原理和应用范围，掌握测试系统的基本组成；（2）了解虚拟仪器在机械工程测试领域的应用。掌握虚拟仪器的概念、原理和实现方法；重点：理解测试技术的系统性和整体性。难点：从测试技术的角度解释、分析机械工程问题。22.信号的描述2.1信号分类及描述2.2周期信号频谱2.3非周期信号的频谱教学要求：（1）了解测试技术的现状和发展趋势；（2）了解信号的分类，理解信号的频域描述；（3）掌握周期信号与非周期信号频谱分析的方法和傅里叶变换的基本性质；（4）初步具备分析和处理信号的能力。重点：频域概念的建立与理解。难点：确定性信号的频谱分析方法。413.信号分析与处理3.1模拟信号的采集3.2随机信号3.3信号的相关分析及应用3.4信号的功率谱分析及应用教学要求：（1）了解数字信号处理的基本方法。（2）掌握信号数字化处理中的基本概念、步骤和问题；（3）掌握相关分析和功率谱分析中有关函数的含义及其应用；重点：相关分析、功率谱分析的概念和性质。难点:信号数字化处理的变换过程。414.常用传感器4.1传感器的基本概念4.2电阻式传感器4.3电容式传感器4.5压电式传感器4.6磁电与热电式传感器4.7光纤传感器4.8传感器的选用原则教学要求：（1）掌握常用传感器的工作原理及特性；（2）掌握常用传感器的典型应用；（3）初步具备合理选用传感器的能力。重点：传感器的工作原理。难点：传感器的输入输出特性及典型应用。621、25.信号的调理5.1电桥电路5.2调制与解调5.3信号的放大5.4滤波器教学要求：（1）能够掌握信号调理的基本方法、原理与特点；（2）理解信号调理环节在测试系统设计与应用中的作用。重点：电桥输出电压与非线性误差，电桥和差特性及应用。难点:调制与解调原理及应用，实际滤波器特征参数及应用。41、26.测量系统的基本特性6.1测量系统的静态特性6.2测量系统的动态特性6.3测量系统实现不失真测量的条件6.4常见测量系统的频率响应特性6.5测量系统动态特性的测量教学要求：（1）能够从静态和动态两方面对测量装置基本特性进行分析；（2）能够求得测量装置的频率响应函数；（3）掌握描述线性系统动态特性的基本方法。重点：测量装置的动态特性。难点：测量装置的频率响应。41、27.测试技术的工程应用7.1位移的测量7.2振动的测量7.3应变、力与力矩的测量教学要求：（1）了解位移和振动的测量方法，理解其测量原理；（2）掌握常用的位移和振动测量传感器的工作原理和应用；（3）基本具备测量位移和振动的能力。重点:位移和振动测量传感器的工作原理，布置方式。难点:位移和振动的测量方法。421、2、3合计2842.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.常用传感器的应用实验内容：光电传感器、磁电传感器、振动速度和加速度传感器、噪声传感器、热电偶等传感器的应用。实验要求：理解和掌握实验中各类传感器的工作原理和测量方法，了解传感器、放大器、数据采集等过程的原理及连接形式，掌握测试技术的原理和方法。222.综合测量系统的设计与实践实验内容：基于Labview等虚拟仪器软件和测试技术，利用光电传感器、磁电传感器、振动速度和加速度传感器、噪声传感器、热电偶等传感器，设计测量系统，搭建测试系统。实验要求：选择2-3个测试对象和相应传感器，搭建实验台、连接硬件，设计软件界面和程序，准确完成测试工作。23合计4五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，遵循理论、分析和应用相结合的原则，结合工程案例、视频资源、课程实验、实践任务等教学手段分章节、分步骤循序渐、融入思政元素进行授课环节，完成课程教学任务。促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。在实验教学环节中，增加设计性创新性实验项目，采用教师讲授和学生动手实践的方法。在实验前学生复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实验中要严格遵守实验纪律，按操作规程使用仪器；实验结束后，按规定对仪器进行维护保养；每完成一项实验，学生完成一份实验报告。六、课程资源1.推荐教材：（1）许同乐.机械工程测试技术(第3版)[M],北京：机械工业出版社，2023.2.参考书：熊诗波.机械工程测试技术基础（第4版）[M]北京：机械工业出版社，2023.廖广兰.工程测试技术基础[M],武汉：华中科技大学出版社，2021.李玮华.机械工程测试技术基础学习指导[M],北京：机械工业出版社，2023.李佳.机械工程测试技术习题与题解[M],北京：机械工业出版社，2022.3.期刊：《振动、测试与诊断》（中文核心）南京航空航天大学和全国高校机械工程测试技术研究会《机械工程学报》（EI）中国机械工程学会《振动与冲击》（EI）中国振动工程学会、上海交通大学、上海市振动工程学会《振动工程学报》（EI）中国振动工程学会《SHOCKANDVIBRATION》（SCI）HindawiLimited《JOURNALOFSOUNDANDVIBRATION》（SCI）Elsevier4.网络资源：孙涌，《机械工程测试技术基础（第4版）》32学时合集.天津：天津科技大学，2022./video/BV1KP411H7XE/?p=2&spm_id_from=pageDriver&vd_source=46b4832bd1919e9acf4ba6db704dd1c7贾平民，《机械工程测试技术》.南京：中国大学MOOC开放课程，2020.\t"/learn/WHUT-1001587001?tid=1003051003"王三武，\t"/learn/WHUT-1001587001?tid=1003051003"丁毓峰，\t"/learn/WHUT-1001587001?tid=1003051003"宋春生.《测试技术》.武汉：中国大学MOOC开放课程，https://www..公众号：模态空间七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123课后作业20（1）主要考核学生对各知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分。（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√1010实践任务20（1）主要考核学生对理论知识的理解、灵活运用及解决实际问题的能力，满分100分。（2）实践任务以小组形式开展，依据作品演示效果评分：作品可以是新技术调研报告、传感器结构设计、测试应用程序开发等；评价指标包括但不限于内容新颖性、功能完善性、小组成员的参与度和活跃度等。（3）小组成员共享该环节成绩，乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√5510课程实验10（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分。（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√55期末考核50（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核信号的分类及其频域特征、测量系统的基本性质、常用传感器的特点、信号调理分析与处理，机械工程领域常见参量的测试等内容。（3）考试题型：选择题、填空题、判断题、名词解释题、简答题和分析计算题等。√√√152015合计：100分304030八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课程实验、课后作业、实践任务和期末考试等方式进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷成绩为100分（权重50%），试题类型为选择题、填空题、判断题、名词解释题、简答题和分析计算题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合应用题、分析题不低于50%；考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例；课程实验、课后作业、实践任务等过程性考核成绩为100分（权重50%）。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(100%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课后作业20作业完整，思路清晰，准确率大于90%，字迹工整。作业完整，准确率大于80%，字迹工整。不交作业2次以内，准确率大于70%。不交作业4次以内，准确率大于60%。不交作业5次以上，准确率小于60%。实践任务20圆满完成实践任务，作品新颖性突出，分工明确，团结协作，作品演示效果好。按要求完成实践任务，作品比较新颖，分工明确，团结协作，作品演示效果好。基本完成实践任务，分工明确，作品新颖性尚可，团结协作，作品演示效果较好。基本完成实践任务，作品新颖性欠佳，分工明确，团结协作，作品演示效果