西交大机械工程测试技术教学大纲

机械工程测试技术教学大纲英文名称：MeasuringTechnologyinMechanicalEngineering课程编号：MACH3002课程类型：本科生必修总学时：48讲课学时：40实验课时：8学分：2.5适用对象:机械工程及自动化专业、机械类测控技术及仪器专业本科生（含机械工程本硕连读班参照使用）先修课程:电工学工程数学微机原理与接口技术使用教材:陈花玲主编«机械工程测试技术»，机械工业出版社，2002.2；陈花玲主编«机械工程测试技术»第二版，机械工业出版社，2009.1。参考书目:1.王光铨等编，机械工程测量系统原理与装置，机械工业出版社，1998.6；2.刘君华主编，现代检测技术与测试系统设计，西安交通大学出版社，1999.4；3.王子延主编，热能与动力工程测试技术，西安交通大学出版社，1998.10；4.黄长艺等编，机械工程测量与试验技术，机械工业出版社，2000.4；5.颜景平主编，精密检测技术，东南大学出版社，1994.5；6.王建民等编，机电工程测试技术，中国计量出版社，1995.1;7.夏士智主编，测量系统设计与应用，机械工业出版社，1994.6。一、课程性质、目的和任务“机械工程测试技术”课程，是面向机械工程及自动化专业、机械类测控技术及仪器专业（含机械工程本硕连读班）四年制本科生开设的工程技术课。通过讲授测试技术的基础知识、实用测量装置的工作原理与使用，以及测试系统的设计与评估，培养学生掌握本学科领域内常见测试系统的组成与设计，以及进行重要机械工程参数测量与试验技术的基本技能；并为学生学习“自动化元件”、“现代信号分析方法”、“机械故障诊断”、“振动、噪声测量与控制技术”、“微机自动检测与控制”和“机电一体化”等专业课程打下良好的基础。本课程的主要任务是：1．论述测试技术基础问题，主要包括：①被测信号的时域、频域特性和测量装置的静、动态特性及其它们对动态测量的影响；②测试系统的误差理论及其各类误差的消除方法。2．阐述测试技术中的信号的获取与调理技术、以计算机为核心的现代测试技术，以及测试系统的设计。3．阐述常规机械量测量技术，掌握常见机械参数的各种常规测量原理与方法，学会根据不同应用背景设计不同测量系统。4．阐述其它实用测试技术，掌握实用的光测技术，无损检测技术，及其在机械量测量中的应用。二、教学基本要求上篇：测试基础该篇为本科生教学必讲内容，讲课需要约28个学时（含2学时的习题课，其中第2章1次1学时；第3和4章1次1学时），主要包括：（1）详细讲述测试技术三大基础知识，即信号的时域和频域特性、测试装置的基本特性与测试误差理论。从理论上掌握实现动态测量时，必须使待测信号与测量装置之间量程和频率结构两个方面相匹配，以保证系统所规定的测量误差要求；掌握误差分析及误差消除理论及方法。（2）详细讲述测试信号的获取与调理技术、以计算机为核心的现代测试技术，以及测试系统的设计。从理论上掌握现代测试系统的组成原理与设计，以及相应的实用技术；认识和掌握先进的智能仪表、虚拟测试理论与实用技术。下篇：实用测试技术该篇为本科生教学选讲内容，教师可根据课程的学时数或其它的具体情况选讲其中的一部分章节内容（其他部分自学），讲课需要12个学时。它主要包括：（1）常规机械量测量技术主要讲述力和压力、位移、温度、振动与噪声、功率与转速、流速与流量等重要工程参数的各种常规测量原理和方法，以及相应的测量系统的构成和使用情况。培养学生掌握基本的工程量测量原理和方法，具有基本的解决机械工程测量问题的能力。（2）其它测试技术主要讲述其它新型或特种的测试技术，主要包括激光、CCD、光纤等典型的光测技术和红外、超声等无损检测技术。帮助学生认识和掌握机械工程领域内比较先进的测试技术理论和实用的测量技术。三、教学内容及要求（讲课总学时：40）上篇：测试基础（计28课时，14讲）第一讲：绪论+机械测试信号分析与处理（1）**1学时，讲解内容主要包括：1.1本课程的意义；1.2测试方法的分类及测试系统的组成；1.3测试技术的发展；1.4本课程的研究内容。要求学生重点掌握测试系统的组成与测试技术的发展。**1学时，讲解内容主要包括：2.1信号的分类；2.2信号的描述与分析。要求学生重点掌握信号的分类与时域分析方法。第二讲：机械测试信号分析与处理（2）讲解内容主要包括：2.3.1周期信号的频谱分析；2.3.2非周期信号的频谱分析（1）。要求学生重点掌握周期信号的傅氏展开式分析方法，频谱的概念，傅氏变换的概念、性质及其在频谱分析中的应用，非周期信号和周期信号的频谱特征的区别和联系。第三讲：机械测试信号分析与处理（3）讲解内容主要包括：2.3.2非周期信号频谱分析（2）；2.3.3随机信号的频谱分析；2.4数字信号处理。要求学生重点掌握特殊函数—单位脉冲函数和闸门函数的频谱特性及工程意义，自、互功率谱密度函数的概念和工程意义，以及数字信号处理中一些重要的概念和结论，如采样定理，窗函数，DFT等。第四讲：习题课一+测量装置的基本特性（1）**1学时，第一次习题课，辅导教师集中辅导第2章的教学难点，重点讲解如何计算非周期信号频谱的常见方法等。**1学时，讲解内容主要包括：3.1线性定常系统及其性质；3.2测量装置的静态特性。要求学生重点掌握线性定常系统的概念和三大性质，以及测量装置的静态特性指标。第五讲：测量装置的基本特性（2）讲解内容主要包括：3.3.1频率响应函数；3.3.2理想测量装置的特性；3.3.3一阶测量装置的特性。要求学生重点掌握理想测量装置的频率特性规律和一阶测量装置的频率特性规律。第六讲：测量装置的基本特性（3）+测量误差分析（1）**1学时，讲解内容主要包括：3.3.4二阶测量装置的特性；3.4测量装置的选用原则。要求学生重点掌握二阶测量装置的频率特性规律，明确如何选择或设计一个测量装置以保证测量精度。**1学时，讲解内容主要包括：4.1测量误差；4.2系统误差的消除。要求学生重点掌握系统误差的概念与典型消除方法。第七讲：测量误差分析（2）讲解内容主要包括：4.3随机误差分析；4.4测量结果误差的估计。要求学生重点掌握随机误差分析方法，A类和B类不确定度的评定方法与不同测量方案的误差估计方法。第八讲：测量误差分析（3）+习题课二**1学时，讲解内容主要包括：4.5粗大误差的判定与剔除。要求学生重点掌握粗大误差的判定与剔除方法。**1学时，第二次习题课，辅导教师集中辅导第3、4章的教学难点，重点讲解如何计算测量装置的动态响应、可用频率范围，以及不确定度评定的常见方法等。第九讲：信号的获取与调理（1）讲解内容主要包括：5.1传感器；5.2.1电阻式传感器及调理电路；5.2.2电容式和电感式传感器及调理电路。要求学生重点掌握传感器的分类，各种典型电阻传感器的工作原理与后续直流电桥的调理原理，以及电容式和电感式传感器的工作原理及其后续交流电桥的调理原理。第十讲：信号的获取与调理（2）讲解内容主要包括：5.2.3信号的调制与解调；5.3.1压电式传感器及调理电路；5.3.2磁电式传感器及调理电路。要求学生重点掌握两种调幅原理，压电式传感器的工作原理与电荷放大器的调理作用，以及磁电式传感器的工作原理与调理电路。第十一讲：信号的获取与调理（3）讲解内容主要包括：5.3.3光电式传感器；5.3.4霍尔传感器；5.3.5热电式传感器；5.4其他典型的光学传感器；5.5放大与滤波；5.6智能传感器。要求学生重点掌握各种典型传感器的工作原理、特点及应用场合，以及常见放大器与滤波器的工作原理。第十二讲：计算机测试技术（1）讲解内容主要包括：6.1概述；6.2.1数据的采集与保持；6.2.2数模及模数转换技术；6.2.3A/D通道方案的确定。要求学生重点掌握数据的采集与保持的工作原理，数模及模数转换的原理与技术指标，以及常见的A/D通道方式。第十三讲：计算机测试技术（2）讲解内容主要包括：6.3智能仪表；6.4虚拟仪器（1）。要求学生重点掌握智能仪表的概念与组成，以及虚拟仪器的概念和组成。第十四讲：计算机测试技术（3）讲解内容主要包括：6.4虚拟仪器（2）；6.5测试系统设计。要求学生重点掌握虚拟仪器的基本设计方法，以及测试系统设计的一般步骤与抗干扰设计方法。下篇实用测试技术（计12课时，6讲）第十五讲：力、压力和位移测量讲解内容主要包括：7.1力传感器及其测量技术；7.2压力传感器及其测量技术；7.3位移传感器及其测量技术。要求学生重点掌握各种常见的力、压力和位移测量方法。第十六讲：温度测量讲解内容主要包括：8.1温度测量基础；8.2热电偶测温技术；8.3电阻法测温技术；8.4温度仪表的标定。要求学生重点掌握热电偶、热电阻测温方法的原理、特点及应用场合。第十七讲：振动与噪声测量讲解内容主要包括：9.1振动测量传感器；9.2常用振动测量仪器；9.3动态特性测量系统；9.4噪声测量基础；9.5噪声测量仪器；9.6声功率与声强测量技术。要求学生重点掌握振动的典型测量方法。第十八讲：转速与功率测量讲解内容主要包括：10.1转速测量；10.2功率测量；10.3测功器在发电机功率测量中的应用。要求学生重点掌握各种转速与功率测量方法的原理、特点及应用场合。第十九讲：流速与流量测量讲解内容主要包括：11.1流速测量方法；11.2流量测量方法；11.3测量装置标定。要求学生重点掌握各种流速与流量测量方法的原理、特点及应用场合。第二十讲：其它测试技术讲解内容主要包括：12.1激光测量技术；12.2光纤式传感器测量技术；12.3固态图象传感器测量技术；12.4红外线检测技术；12.5超声波检测技术。要求学生重点掌握各种测量方法的原理与应用场合。四、实践环节（实验总学时：8）序号 实验名称 学时或机时 实验周次1 信号分析+测量装置设计虚拟实验 2 132 虚拟仪器设计实验 2 163 传感器性能实验 2 174 信号调理特性实验 2 18五、作业1-3，1-5，1-6，1-7；2-4，2-7(1)，2-8，2-9；3-1，3-2，3-4，3-6，3-10；4-1，4-4，4-7，4-9；5-1，5-5，5-7，5-11，5-12，5-13；6-1，6-5，6-8，6-10，6-12，6-13。六、考评终考（70%）：采用全年级统一命题，流水线阅卷考核的闭卷考试形式。平时（课后作业、考勤和测试系统设计大作业，共占20%）：辅导教师在任课教师的指导下对每位同学的各章作业都要进行批阅，并分别记为A、B、C、D，最后的成绩是6次作业成绩的平均分，同时再根据上课到课情况略做修正。另外，学生在后六章学习的基础上，结合工程实际或生活所见必须独立完成一个工程测试系统的自主设计，