《機(jī)械工程測試技術(shù)-2024年修訂（機(jī)械類）》課程教學(xué)大綱

PAGEPAGE8《機(jī)械工程測試技術(shù)》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱機(jī)械工程測試技術(shù)課程編號310050027課程性質(zhì)必修課課程類別專業(yè)基礎(chǔ)課開課單位測控教研室授課學(xué)期第5學(xué)期學(xué)分/學(xué)時2/32課內(nèi)學(xué)時32理論授課28上機(jī)學(xué)時0課內(nèi)實(shí)踐0實(shí)驗(yàn)學(xué)時4課外學(xué)時32適用專業(yè)機(jī)械類是否雙語否先修課程大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、電工電子學(xué)后續(xù)課程機(jī)電傳動與PLC、智能機(jī)械設(shè)計(jì)二、課程簡介《機(jī)械工程測試技術(shù)》是機(jī)械類專業(yè)的核心課程，為理論性、實(shí)踐性較強(qiáng)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(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jìn)行分析和處理，從而培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)研究的初步能力。三、課程目標(biāo)及對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐（一）課程目標(biāo)課程目標(biāo)1：知識目標(biāo)能理解測試技術(shù)的基本概念；能對信號進(jìn)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(biāo)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(biāo)2：能力目標(biāo)能分析鑒別信號類型；能對信號進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(biāo)3：素質(zhì)目標(biāo)能夠識別工程問題的綜合特征，綜合運(yùn)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(jì)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(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作態(tài)度和精益求精的研究精神。（二）課程目標(biāo)對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求課程目標(biāo)11.3學(xué)習(xí)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(biāo)22.2能夠?qū)⑾嚓P(guān)基礎(chǔ)理論和基本原理綜合應(yīng)用于復(fù)雜工程問題的表述，對復(fù)雜工程問題的解決途徑進(jìn)行分析、對比并試圖改進(jìn)；2-問題分析課程目標(biāo)31.3學(xué)習(xí)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；3.2能夠在測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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。1-工程知識3-設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案四、課程基本教學(xué)內(nèi)容及對課程目標(biāo)的支撐（一）課程基本教學(xué)內(nèi)容第一單元緒論（學(xué)時數(shù)：2學(xué)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(diǎn)及研究方法。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：測試的概念；測試系統(tǒng)的組成。難點(diǎn)：測試系統(tǒng)的組成。3.教學(xué)方法課堂講授、巡回指導(dǎo)、隨堂測驗(yàn)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)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(biāo)課程目標(biāo)1。第二單元信號及其描述（學(xué)時數(shù)：6學(xué)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(jī)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(xué)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(jì)算方法，了解周期信號頻譜特點(diǎn)，了解非周期信號頻譜的特點(diǎn)，能通過傅立葉變換繪制信號頻譜圖；了解隨機(jī)信號的分類，理解穩(wěn)態(tài)隨機(jī)過程和各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過程，掌握隨機(jī)信號的均值、方差、均方值、概率密度函數(shù)等主要統(tǒng)計(jì)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(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：利用傅里葉級數(shù)展開計(jì)算周期信號頻譜的方法及頻譜特點(diǎn)；利用傅里葉級數(shù)展開計(jì)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(diǎn)。難點(diǎn)：頻譜及頻譜密度的概念。3.教學(xué)方法課堂講授、巡回指導(dǎo)、隨堂測驗(yàn)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)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(jì)算周期信號及瞬變信號的頻譜；能夠理解隨機(jī)信號及其參數(shù)的概念。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。第三單元信號的分析與處理（學(xué)時數(shù)：6學(xué)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(diǎn)，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(shí)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?cái)?、泄露等概念，了解窗函?shù)對信號處理的影響，能將采樣定理應(yīng)用到工程實(shí)際中去。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：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?cái)嗯c泄漏的定義及應(yīng)用。難點(diǎn)：帕斯瓦爾定理、功率譜分析。3.教學(xué)方法課堂講授、巡回指導(dǎo)、隨堂測驗(yàn)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)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(jìn)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(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。第四單元測試系統(tǒng)的特性（學(xué)時數(shù)：4學(xué)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(jì)算；了解傳遞函數(shù)的概念和特點(diǎn)，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(xué)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(jì)算系統(tǒng)的幅值誤差和相位差，能在工程實(shí)際中實(shí)現(xiàn)不失真測試。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：靜態(tài)特性非線性度、靈敏度、回程誤差的概念及計(jì)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(shí)現(xiàn)不失真測試的條件及應(yīng)用。難點(diǎn)：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(xué)方法課堂講授、巡回指導(dǎo)、隨堂測驗(yàn)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠理解測試裝置靜態(tài)特性指標(biāo)含義并進(jìn)行簡單地計(jì)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(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。第五單元常用傳感器（學(xué)時數(shù)：10學(xué)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(diǎn)；能夠應(yīng)用所學(xué)知識在工程實(shí)踐中正確選擇和應(yīng)用傳感器。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：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(diǎn)。難點(diǎn)：與傳感器相關(guān)學(xué)科知識及不同種類傳感器的測量電路。3.教學(xué)方法課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)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(diǎn)。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。第六單元信號的調(diào)理與記錄（學(xué)時數(shù)：4學(xué)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(jìn)行電橋輸出信號的計(jì)算，能根據(jù)測量要求正確進(jìn)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(shí)際選擇合適的濾波器。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：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(shí)際濾波器的區(qū)別。難點(diǎn)：電橋的平衡條件及輸出特性分析計(jì)算；各種調(diào)制方法及解調(diào)的原理；實(shí)際濾波器的特性分析。3.教學(xué)方法課堂講授、巡回指導(dǎo)、隨堂測驗(yàn)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠理解電橋的概念；會利用和差特性設(shè)計(jì)平衡電橋，對平衡電橋的輸出特性進(jìn)行分析計(jì)算；能夠理解不同調(diào)制方法的特點(diǎn)以及在應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)；能夠根據(jù)工程實(shí)際選用合適濾波器。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。（二）課程基本教學(xué)內(nèi)容對課程目標(biāo)的支撐課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)學(xué)時安排課內(nèi)課外學(xué)時比例第一單元緒論課堂講授、巡回指導(dǎo)、隨堂測驗(yàn)課程目標(biāo)121:1第二單元信號及其描述課堂講授、巡回指導(dǎo)、隨堂測驗(yàn)課程目標(biāo)1、2、361:1第三單元信號的分析與處理課堂講授、巡回指導(dǎo)、隨堂測驗(yàn)課程目標(biāo)1、2、361:1第四單元測試系統(tǒng)的特性課堂講授、巡回指導(dǎo)、隨堂測驗(yàn)課程目標(biāo)1、2、341:1第五單元常用傳感器課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)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(dǎo)、隨堂測驗(yàn)課程目標(biāo)1、2、341:1合計(jì)321:1五、課程考核及對課程目標(biāo)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(biāo)分值考核/評價細(xì)則平時成績20%課后作業(yè)50共計(jì)安排5次作業(yè)，主要考核各重點(diǎn)章節(jié)知識點(diǎn)。目標(biāo)分值=0.5×作業(yè)平均值。隨堂測驗(yàn)30課堂根據(jù)需要隨時安排測驗(yàn)，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(biāo)分值=0.3×測驗(yàn)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(jī)做與學(xué)習(xí)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(shí)踐成績10%實(shí)驗(yàn)100安排2次實(shí)驗(yàn)，需提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，根據(jù)數(shù)據(jù)和報(bào)告內(nèi)容的準(zhǔn)確性、詳實(shí)度按比例折算，滿分10分。期末測驗(yàn)70%知識401.考核范圍：所有教學(xué)內(nèi)容2.測驗(yàn)題型：客觀題（選擇、判斷、填空）、主觀題（簡答、分析計(jì)算）3.評價細(xì)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(biāo)的支撐教學(xué)內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標(biāo)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(yàn)課后作業(yè)期末測驗(yàn)課程目標(biāo)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(jī)信號隨堂測驗(yàn)課后作業(yè)期末測驗(yàn)課程目標(biāo)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(yàn)課后作業(yè)期末測驗(yàn)課程目標(biāo)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(shí)現(xiàn)不失真測試的條件隨堂測驗(yàn)課后作業(yè)期末測驗(yàn)課程目標(biāo)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(yàn)課后作業(yè)實(shí)驗(yàn)期末測驗(yàn)課程目標(biāo)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(yàn)課后作業(yè)期末測驗(yàn)課程目標(biāo)1、2、3六、使用教材、相關(guān)推薦書目及課程資源（一）使用