机械工程测试技术基础教学大纲

1《机械工程测试技术基础》教学大纲课程类别：必修课(技术基础课)适用专业；机械设计制造及其自动化执行学时：42学时一、本课程在培养计划中的作用（一）本课程是一门技术基础课，研究的对象是机械工程动态测试中常用的传感器、中间变换电路及记录仪器的工作原理及其静、动态特性的评价方法和测试信号的分析、处理。在本课程中，培养学生正确分析、选用测试系统及装置，使学生初步掌握进行动态测试所需要的基本知识和技能，并能了解掌握新时期测试技术的更新内容及发展动向。（二）基本要求1、从进行动态测试工作所必备的基本知识出发，学生学完本课程后应具备下列几方面的知识：（1）测试信号的基本特性和分析方法部分，着重建立频谱的概念：掌握信号的强度表述、频谱分析和相关分析的基本原理和方法，了解功率谱密度函数及其应用；对数字信号分析作一般了解。（2）测试装置的静动态特性部分：掌握一、二阶系统的静动态特性的描述及测定方法；按不失真测量的条件，正确选用测试装置。（3）常用传感器、中间交换电路、记录仪器部分：了解常用传感器、中间交换电路、记录仪器的基本结构、工作原理及性能，能正确进行选择。（4）测试技术在机械工程中的应用部分；通过对几个实际动态物理量的测试，把所学的部分或大部分基础知识联系起来，使学生对动态测试工作的有关基本问题有一个较完整的概念；初步掌握机械工程中某些参数的测试方法。2、本课程实践性很强，所以实验课是达到本课程教学要求和使学生经受工程技术训练必不可少的环节。必须开设一定数量的教学实验才能确保本课程的教学质量。为此，在44学时中实验2课不宜少于6学时。如果条件允许，可以减少讲课学时，多开设一些实验与演示性实验。实验课以培养学生实验技能为主。因此，分组人数不宜过多。原理性验证的只限于难点。（三）与其它课程的联系在学习本课程之前应具有“积分变换”和“线性系统分析”方面的知识，因此本课程应安排在《控制工程基础》课之后。静态的“误差分析”和“最小二乘法”应在前置课《互换性与技术测量》或《概率论与数理统计》中讲授。讲课学时的分配：绪论1学时信号及其描述5学时测试装置的基本特性5学时常用的传感器5学时中间变换电路6学时记录仪器2学时信号分析6学时测试技术应用5学时计算机辅助设计5学时总讲课学时40学时考试2学时二、课程内容的重点、先进性、实用性和特点本课程属技术基础课，与前设课程衔接紧密，主要讲授有关动态测试与信号分析处理的基本理论方法；测试装置的工作原理、选择、与使用。为后续专业课、选修课有关动态参量的实验研究打基础，并直接应用于生产实践、科学研究与日常生活有关振动噪声、力、温度等参量的测试中。近年来，随着传感技术、电子技术、信号处理与计算机技术的突破性进展，使得综合运用这诸多学科的“测试技术”发生了深远的变革，推动着测试仪器、测试方法不断更新换代。本课程的特点是涉及知识面广、实践性强，实验教学是个重要的环节，知识更新快和测试装置更新换代快。3三、授课大纲绪论课程的任务、性质。测试技术在机械工业改造、技术开发及科学研究中的作用。测试技术的发展过程。测试工作的基本内容和基本步骤。测试系统的基本组成。课程内容、范畴和它在教学计划中的地位。学习方法。第一章信号及其描述（一）基本内容信号分类。时域描述与频域描述。周期信号与傅氏级数。周期信号的离散频谱。周期信号的强度表达：峰值、平均值、有效值、平均功率。非周期信号与傅氏变换。非周期信号的连续频谱。*傅氏变换的几个主要性质。几个典型信号（例如脉冲、脉冲序列、矩形窗函数、三角窗函数）的函数。随机信号。随机信号的主要特征参数：均值、均方根值、概率密度函数。宽带随机信号。窄带随机信号。（二）重点要求及习题1、掌握信号频谱的特点及典型周期信号及非周期信号的频谱。2、了解各态历经随机过程的特点及各态历经随机信号的主要特征参数：均值、均方根值、方差、概率密度函数。第二章测试装置的基本特性（一）基本内容线性系统及其主要特性。静态特性：灵敏度、线性度、精度。动态特性。信号经测量环节后的输出与测量环节特性间的关系。不失真测量的条件。一二阶系统对典型输入（如脉冲、阶跃、正弦）响应及其在典型测试装置中反映的举例。测试装置动态特性的测定。（二）重点内容及习题要求1、掌握测试装置静态特性及求取。2、掌握一、二阶测试装置的频率响应特性。3、掌握测试装置的不失真测试条件4第三章常用的传感器（一）基本内容传感器的分类及其主要技术要求。机械敏感元件。常用的传感器的变换原理及性能。其应用特点和典型结构。包括：电阻传感器、电感传感器、电容传感器、磁电式传感器、压电传感器及其并联电路。传感器的选用原则及举例。（二）重点内容及习题要求：1、掌握常用传感器的变换原理、类型2、了解常用传感器的主要特点及应用第四章信号调理、处理和记录（一）基本内容测试信号的中间变换处理。电桥。调制器与解调器的功用和类型。调幅与相敏检波。调频与鉴频。滤波器。理想滤波器及其实现的限制。低通、高通、带通、带阻滤波器以及跟踪滤波器技术。记录仪器的功用、性能和类别。磁电式记录仪器的原理与性能。（二）重点内容及习题要求1、掌握电桥电路的输出特性2、了解常用中间变换电路的特点、应用3、了解实际滤波器的特性参数4、了解记录仪器的功用、性能第五章信号处理初步相关分析。相关系数。相关函数（自相关函数、互相关函数）。周期信号的相关函数、随机信号的相关函数。相关滤波技术及其在工程测试中的应用。功率谱密度函数。功率谱分析及其应用。谱分析和相关分析的内涵、联系。数字信号处理的概念介绍。信号的载流与泄漏。窗函数。采样与频率混叠。量化。5数字信号处理的应用举例。第六章测试技术的应用振动测试振动测试的意义与内容。典型的机械振动测试系统的框图介绍与分析。激振方法评述：稳态正弦激振、冲击激振、瞬态激振、随机激振。在线测试。激振力的产生与测量，激振器和阻抗头。测振仪器选择。单自由度二阶系统的动态响应。加速度计、位移计、磁电式速度计。振动分析方法与仪器选用。第七章计算机辅助测试CAT介绍CAT的发展方向——虚拟仪器技术VirtualInstrument(VI)。介绍1）PC插卡式VI及应用。2）GBIP仪器标准及应用。3）VXI仪器标准及应用。4）现场总线设备简介。四、教学实验1、学时数：6学时，开出8个实验(包括教学演示实验)。2、内容针对下列内容开设教学实验：（1）传感器。可在电阻、电感、电容、电压、磁电等常用传感器或其它传感器中选择一种或数种开设实验。了解传感器的工作原理、性能、基本结构、定标方法与数据处理。（验证型）。1个实验（2）中间变换电路。在电桥、调制与解调、相敏检波、滤波等基本电路中选择一种或数种开设实验。了解其原理、电路实现与性能。（验证型）。2个实验（3）一、二阶系统的原理、特性与正确使用。（验证型）。1个实验（4）信号分析。信号的合成、分解及其频谱图。相关分析原理。数字信号处理。（验证型）。2个实验6（5）测试技术的应用。可在振动、位移、力、流体参数或其它参数的测量中选择一个开设实验以了解实际的工程测试系统的有关问题（综合型、设计型）。2个实验。五、主要参考书及建议阅读的资料1、卢文祥：机械工程计量与测试技术基础。面向二十一世纪教材2001年5月第1版机械工业出版社。2、卢文祥、杜润生：工程测试与信息处理。华中理工大学出版社。3、严普强、黄长艺：机械工程测试技术基础。机械工业出版社。1997年第2版4、马逢时：应用概率统计（上）高等教育出版社。5、黄长艺、卢文祥：机械制造中的测试技术机械工业出版社1980年第2版。6、计算机辅助测试。7、传感器技术。8、积分变换。9、数字信号处理技术程佩有清华大学出版社。10、计算机应用技术。