《機械工程測試技術(shù)》教學大綱-中外-32學時

PAGEPAGE8《機械工程測試技術(shù)》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱機械工程測試技術(shù)課程編號課程性質(zhì)選修課課程類別專業(yè)方向課開課單位測控教研室授課學期第5學期學分/學時2/32課內(nèi)學時32理論授課28上機學時0課內(nèi)實踐0實驗學時4課外學時32適用專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化（中外合作辦學）是否雙語否先修課程大學物理、高等數(shù)學、電工電子學后續(xù)課程機電傳動與PLC、智能機械設(shè)計二、課程簡介《機械工程測試技術(shù)》是機械類專業(yè)的核心課程，為理論性、實踐性較強的一門課程。本課程任務(wù)是闡述測試技術(shù)的研究對象、基本的測試原理、信號的分析與處理方法、測試系統(tǒng)的特性以及測試技術(shù)的發(fā)展趨勢等。通過本課程的學習，使學生掌握測試系統(tǒng)的設(shè)計和分析方法，能夠根據(jù)工程需要選用合適的傳感器，并能夠?qū)y試系統(tǒng)的性能及測量數(shù)據(jù)進行分析和處理，從而培養(yǎng)學生從事科學研究的初步能力。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標課程目標1：知識目標能理解測試技術(shù)的基本概念；能對信號進行時域或頻域描述；能理解信號時域分析參數(shù)和頻域分析參數(shù)的概念；能理解測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性與動態(tài)特性指標以及不失真測試條件的含義；能理解傳感器常用類型傳感器的工作原理、測量電路及其應(yīng)用等。課程目標2：能力目標能分析鑒別信號類型；能對信號進行時域或頻域分析，提取有用信息；會簡單分析測試系統(tǒng)的靜態(tài)或動態(tài)特性；具備常用傳感器的識別與測量能力；能夠識別電路圖原理，并能在實驗臺上正確連接電路；能夠利用相關(guān)理論知識分析并解決復(fù)雜工程問題。課程目標3：素質(zhì)目標能夠識別工程問題的綜合特征，綜合運用信號分析與處理、測試系統(tǒng)等專業(yè)知識，在測控系統(tǒng)的設(shè)計環(huán)節(jié)中考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上，提出可行性研究；體現(xiàn)嚴謹求實的工作態(tài)度和精益求精的研究精神。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標11.3學習專業(yè)基礎(chǔ)知識，掌握解決復(fù)雜測控系統(tǒng)工程問題的基本思路和方法。1-工程知識課程目標23.3能夠設(shè)計滿足特定需求的機械系統(tǒng)或制造工藝，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識。3-設(shè)計/開發(fā)解決方案課程目標33.2能夠在測控系統(tǒng)的設(shè)計環(huán)節(jié)中考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上，提出可行性研究。3-設(shè)計/開發(fā)解決方案四、課程基本教學內(nèi)容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內(nèi)容第一單元緒論（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內(nèi)容理解測試及測試技術(shù)的基本概念；掌握測試系統(tǒng)的組成；理解測試技術(shù)的特點及研究方法。2.重點和難點重點：測試的概念；測試系統(tǒng)的組成。難點：測試系統(tǒng)的組成。3.教學方法課堂講授、巡回指導、隨堂測驗。4.學生學習預(yù)期成果能夠識記測試的概念；能夠理解測試系統(tǒng)的組成。5.支撐課程目標課程目標1。第二單元信號及其描述（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容掌握測試信號的分類與特征，理解確定性信號、隨機信號、連續(xù)信號、離散信號、能量信號、功率信號的概念，能夠按數(shù)學關(guān)系、取值特征、能量功率等給信號分類；掌握周期信號頻譜與非周期信號頻譜的計算方法，了解周期信號頻譜特點，了解非周期信號頻譜的特點，能通過傅立葉變換繪制信號頻譜圖；了解隨機信號的分類，理解穩(wěn)態(tài)隨機過程和各態(tài)歷經(jīng)隨機過程，掌握隨機信號的均值、方差、均方值、概率密度函數(shù)等主要統(tǒng)計參數(shù)；了解單位脈沖函數(shù)的篩選性和卷積性質(zhì)，了解脈沖函數(shù)的頻譜，了解指數(shù)函數(shù)頻譜，掌握諧波函數(shù)頻譜，掌握矩形窗函數(shù)的頻譜。2.重點和難點重點：利用傅里葉級數(shù)展開計算周期信號頻譜的方法及頻譜特點；利用傅里葉級數(shù)展開計算瞬變信號的頻譜；矩形窗函數(shù)、脈沖信號等典型信號頻譜的特點。難點：頻譜及頻譜密度的概念。3.教學方法課堂講授、巡回指導、隨堂測驗。4.學生學習預(yù)期成果能夠識別信號類別；能夠利用傅里葉級數(shù)展開以及典型信號頻譜知識計算周期信號及瞬變信號的頻譜；能夠理解隨機信號及其參數(shù)的概念。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第三單元信號的分析與處理（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容理解離散信號時域信號特征量分析，理解概率密度函數(shù)分析，理解概率分布函數(shù)分析，了解常見信號的概率密度函數(shù)的特點，能根據(jù)概率密度函數(shù)圖識別信號的類型；掌握信號自相關(guān)分析與互相關(guān)分析的概念，掌握相關(guān)分析的性質(zhì)，了解相關(guān)分析的工程應(yīng)用，能根據(jù)自相關(guān)函數(shù)圖識別信號類型，能應(yīng)用相關(guān)分析解決工程實際問題；了解頻域分析中的功率譜分析的方法及應(yīng)用，理解自相關(guān)函數(shù)與自功率譜的關(guān)系，理解互相關(guān)函數(shù)與互功率譜的關(guān)系；掌握數(shù)字信號處理的基本步驟以及采樣定理、截斷、泄露等概念，了解窗函數(shù)對信號處理的影響，能將采樣定理應(yīng)用到工程實際中去。2.重點和難點重點：特征值分析、概率密度函數(shù)的定義及應(yīng)用；信號的自相關(guān)分析與互相關(guān)分析的概念、方法及應(yīng)用；帕斯瓦爾定理、功率譜分析及應(yīng)用；采樣定理、截斷與泄漏的定義及應(yīng)用。難點：帕斯瓦爾定理、功率譜分析。3.教學方法課堂講授、巡回指導、隨堂測驗。4.學生學習預(yù)期成果能夠理解時域分析參數(shù)的概念及用途；能夠理解相關(guān)分析概念，并能夠?qū)π盘栠M行相關(guān)分析；能夠理解功率譜的概念；能夠理解數(shù)字信號處理的基礎(chǔ)理論。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第四單元測試系統(tǒng)的特性（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內(nèi)容了解線性系統(tǒng)的概念，掌握線性系統(tǒng)具有的主要性質(zhì)，了解頻率保持性在測試工作中的重要作用；了解測試裝置的主要靜態(tài)特性組成，掌握線性度、靈敏度、回程誤差的定義和計算；了解傳遞函數(shù)的概念和特點，掌握頻率響應(yīng)函數(shù)的定義及組成，掌握一階系統(tǒng)和頻率響應(yīng)函數(shù)、幅頻特性和相頻特性，掌握二階系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學描述的方法；掌握理想測試系統(tǒng)的條件，掌握一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)滿足不失真測試的條件，能計算系統(tǒng)的幅值誤差和相位差，能在工程實際中實現(xiàn)不失真測試。2.重點和難點重點：靜態(tài)特性非線性度、靈敏度、回程誤差的概念及計算方法；傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)及脈沖響應(yīng)函數(shù)的定義及其關(guān)系；一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)的特性；實現(xiàn)不失真測試的條件及應(yīng)用。難點：測試裝置不失真測試條件；測試系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的分析；階躍響應(yīng)法、頻率響應(yīng)法測定動態(tài)特性的方法。3.教學方法課堂講授、巡回指導、隨堂測驗。4.學生學習預(yù)期成果能夠理解測試裝置靜態(tài)特性指標含義并進行簡單地計算；能夠理解動態(tài)特性及其表示；能理解不失真測試條件，并根據(jù)不失真測試條件求得測試裝置理想的動態(tài)特性。。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第五單元常用傳感器（學時數(shù)：10學時）1.課程主要內(nèi)容理解傳感器的定義，了解傳感器的組成和分類，了解傳感器的主要應(yīng)用于發(fā)展趨勢，了解傳感器的選用原則；掌握電阻式傳感器基本工作原理、分類及用途，了解電阻應(yīng)變式傳感器與壓阻式傳感器的區(qū)別；掌握電感式傳感器基本工作原理、分類及用途，掌握低頻透射式渦流傳感器與高頻反射式渦流傳感器的區(qū)別；掌握電容式傳感器基本工作原理、分類及用途，了解電纜分布電容對電容式傳感器的影響，掌握消除電纜分布電容影響的措施；掌握壓電式傳感器基本工作原理、分類及用途，掌握壓電效應(yīng)的定義，了解常見的壓電材料及其特點；能夠應(yīng)用所學知識在工程實踐中正確選擇和應(yīng)用傳感器。2.重點和難點重點：傳感器的定義、分類；電阻式、電容式、電感式、壓電式傳感器的分類、原理及特點。難點：與傳感器相關(guān)學科知識及不同種類傳感器的測量電路。3.教學方法課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、實驗。4.學生學習預(yù)期成果會根據(jù)測試需求選用合適的傳感器；能夠掌握傳感器的工作原理、主要結(jié)構(gòu)形式、匹配電路、外特性、主要應(yīng)用等共同要點。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第六單元信號的調(diào)理與記錄（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內(nèi)容理解電橋的概念及分類，掌握電橋的平衡條件，掌握直流電橋電路與交流電橋電路的原理及應(yīng)用，能夠進行電橋輸出信號的計算，能根據(jù)測量要求正確進行布片和組橋；掌握調(diào)制與解調(diào)的基本概念，了解調(diào)制電路的分類與原理，了解常見解調(diào)電路的工作原理，掌握動態(tài)電阻分析儀的電路組成及工作原理；掌握濾波器的分類及各種常見濾波器的基本原理與應(yīng)用，能根據(jù)工程實際選擇合適的濾波器。2.重點和難點重點：電橋的原理與應(yīng)用；調(diào)幅、調(diào)頻電路的原理及應(yīng)用；高通、低通、帶通與帶阻濾波器的頻率特性；理想濾波器與實際濾波器的區(qū)別。難點：電橋的平衡條件及輸出特性分析計算；各種調(diào)制方法及解調(diào)的原理；實際濾波器的特性分析。3.教學方法課堂講授、巡回指導、隨堂測驗。4.學生學習預(yù)期成果能夠理解電橋的概念；會利用和差特性設(shè)計平衡電橋，對平衡電橋的輸出特性進行分析計算；能夠理解不同調(diào)制方法的特點以及在應(yīng)用中的優(yōu)缺點；能夠根據(jù)工程實際選用合適濾波器。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。（二）課程基本教學內(nèi)容對課程目標的支撐課程教學內(nèi)容教學方法支撐的課程目標學時安排課內(nèi)課外學時比例第一單元緒論課堂講授、巡回指導、隨堂測驗課程目標121:1第二單元信號及其描述課堂講授、巡回指導、隨堂測驗課程目標1、2、361:1第三單元信號的分析與處理課堂講授、巡回指導、隨堂測驗課程目標1、2、361:1第四單元測試系統(tǒng)的特性課堂講授、巡回指導、隨堂測驗課程目標1、2、341:1第五單元常用傳感器課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、實驗課程目標1、2、3101:1第六單元信號的調(diào)理與記錄課堂講授、巡回指導、隨堂測驗課程目標1、2、341:1合計321:1五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構(gòu)成（百分制）課程成績構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績20%課后作業(yè)50共計安排5次作業(yè)，主要考核各重點章節(jié)知識點。目標分值=0.5×作業(yè)平均值。隨堂測驗30課堂根據(jù)需要隨時安排測驗，客觀題為主，主要考核基礎(chǔ)知識，每次答題時間控制在15分鐘之內(nèi)。目標分值=0.3×測驗平均值出勤和綜合表現(xiàn)20按出勤、聽課狀態(tài)、回答問題積極程度、使用手機做與學習無關(guān)事情的次數(shù)等課堂表現(xiàn)酌情加減分，最終以滿分10分折算。實踐成績10%實驗100安排2次實驗，需提交實驗報告，根據(jù)數(shù)據(jù)和報告內(nèi)容的準確性、詳實度按比例折算，滿分10分。期末測驗70%知識401.考核范圍：所有教學內(nèi)容2.測驗題型：客觀題（選擇、判斷、填空）、主觀題（簡答、分析計算）3.評價細則：客觀題占約50分，主觀題約占50分。能力40綜合應(yīng)用20（二）課程考核對課程目標的支撐教學內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標第一單元緒論1-1測試的基本概念1-2測試技術(shù)的內(nèi)容和任務(wù)1-3測試系統(tǒng)的組成1-4測試技術(shù)的發(fā)展動向隨堂測驗課后作業(yè)期末測驗課程目標1第二單元信號及其描述2-1信號的分類與描述2-2周期信號2-3瞬變信號2-4幾種典型信號的頻譜2-5隨機信號隨堂測驗課后作業(yè)期末測驗課程目標1、2、3第三單元信號的分析與處理3-1信號的時域分析3-2信號的相關(guān)分析3-3信號的頻域分析3-4數(shù)字信號處理基礎(chǔ)隨堂測驗課后作業(yè)期末測驗課程目標1、2、3第四單元測試系統(tǒng)的特性4-1線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)4-2測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性4-3測試系統(tǒng)的動態(tài)特性4-4測試系統(tǒng)在典型輸入下的響應(yīng)4-5實現(xiàn)不失真測試的條件隨堂測驗課后作業(yè)期末測驗課程目標1、2、3第五單元常用傳感器5-1傳感器概述5-2傳感器的選用5-3電阻式傳感器5-4電感傳感器5-5電容傳感器5-6壓電式傳感器隨堂測驗課后作業(yè)實驗期末測驗課程目標1、2、3第六單元信號的調(diào)理與記錄6-1電橋6-2信號的放大與隔離6-3調(diào)制與解調(diào)6-4濾波器隨堂測驗課后作業(yè)期末測驗課程目標1、2、3六、使用教材、相關(guān)推薦書目及課程資源（一）使用教材賈