《工程测试技术》教学大纲

《工程测试技术》课程教学大纲
课程代码：MCEN1009
课程名称：工程测试技术（Engineering Testing Technology）
学分/学时：2学分/36学时
讲课学时：36；研讨学时：0；实验学时：0；上机学时：0；课外学时：0
课程性质：专业选修课程
开课学期：第7学期
适用对象：机械工程、机械电子工程、材料成型与控制工程四年级
先修课程：普通物理、计算机信息技术、理论力学、材料力学、工程材料、电工与电子技术、控制工程基础
一、课程目标
本课程针对机械类各专业特点，以信号及其描述、测试系统基本特性、传感器原理、信号处理等基础知识为主，针对机械工程所出现的以机械量为主的测试与控制等要求，以实际应用为导向，培养学生运用测试技术解决机械工程实际工程问题的能力。

通过本课程的学习，使得学生掌握测试技术的基本理论，包括信号的时域和频域的描述方法、频谱分析和相关分析的原理和方法、信号调理和信号处理基本概念和方法；熟练掌握各类典型传感器、记录仪器的基本原理和适用范围；具有测试系统的机、电、计算机方面的总体设计能力；具有实验数据处理和误差分析能力。

本课程的具体教学目标如下：
1. 掌握信号的时域和频域的描述方法，建立明确的信号的频谱结构的概念，掌握频谱分析和相关分析的基本原理和方法，掌握数字信号分析的一些基本概念。

（支撑毕业要求1-3M）
2. 掌握测试装置基本特性的评价方法和不失真测试条件，并能正确的运用于测试装置的分析和选择。

掌握一阶、二阶线性系统动态特性及其测定方法。

（支撑毕业要求4-3H）
3. 了解常用传感器、常用信号调理电路和记录仪器的工作原理和性能，并能较合理地选用。

（支撑毕业要求4-3H）
4. 对动态测试工作的基本问题有一个比较完整的概念，并能初步运用于机械工程中的某些参量测试。

（支撑毕业要求5-1M）
二、课程目标与教学内容和教学环节对应关系表
三、课程内容
3.1课堂教学
1.数学知识基础理论（支撑课程目标1）
信号基本表示法的推导；典型周期与非周期信号的定义及性质；傅里叶级数、傅里叶变换、拉普拉斯变换的定义、性质及彼此之间推导关系；信号的时域分解与变换；典型函数的定义、傅里叶级数及傅里叶变换的求解思路；
2.离散频谱与连续频谱（支撑课程目标1）
信号的分类；信号的时域描述与频域描述；典型周期与非周期信号的定义、三角函数及指数函数的傅里叶级数三角函数及复指数展开式、幅频及相位图；随机信号主要特征参数；
3.动态特性的数学描述（支撑课程目标2）
测量装置的静态特性；传递函数、频率响应函数、脉冲响应函数分别描述动态特性；一阶、二阶系统特性及频域特性曲线；一阶系统、二阶系统分别对单位阶跃输入的响应；
4.不失真测量（支撑课程目标2）
实现测试系统不失真测量的条件；测试系统的负载效应及减轻措施；
5.测量装置动态特性的测定方法（支撑课程目标2、4）
频率响应发及阶跃响应法分别对测量装置进行动态特性测量；测量装置干扰源及抗干扰措施；
6.常用传感器及其测量电路（支撑课程目标3、4）
传感器分类；机械式传感器；电阻、电容与电感式传感器的测量原理；磁电、压电与热电传感器的测量原理；热电偶效应；半导体传感器测量原理；
7.信号调理与记录（支撑课程目标3）
直流电桥及交流电桥的连接方式和工作原理、信号的调制与解调工作原理、滤波器及性能分析；
8.信号处理的相关分析（支撑课程目标1、3）
相关系数的概念；信号的自相关函数的概念及性质；信号的互相关函数的概念与性质；自功率谱密度函数的定义与物理意义；
9.信号处理相关问题（支撑课程目标1、4）
数字信号处理的基本步骤；信号数字化出现的问题；信号的时域采样、混叠与采样定理、信号功率谱分析及应用；
10.计算机测试系统（支撑课程目标4）
计算机测试系统的构成及数据总线发展历程、虚拟仪器特点及软件实现；3.2研讨环节
3.3实验环节
3.3上机环节
四、教学安排
本课程为课堂理论教学，建议学时分配如下表：
五、教学方法
在教学方式上，根据具体教学内容，综合运用课堂讲授和演示、课堂讨论、课堂练习、发现学习法和自学指导法，通过引入问题和启发式教学，使学生更加明确教学内容的知识体系，引导学生主动学习，激发内在学习动机，提高课堂的积极性。

结合具体教学内容，本课程所采用的教学方法说明如下：
1.信号及其描述模块。

教学内容的原理性比较强，所涉及频域分析等知识点较难理解。

在教学中采用讲授法、演示法和讨论法相结合，将抽象问题具体化。

在讲授原理的基础上，以信号分类为基本要点，强化对频域的理解，促进学生掌握教学内容的知识体系。

2.测试装置的基本特性模块。

教学内容涉及对系统的描述。

在教学中采用讲授法、演示法和实验练习法相结合。

由于机械类学生对系统的理解较为浅显，故重点突出机械系统与基本模块间的对应，使学生们在具体的对象基础上形成抽象总结，强化对测试系统的知识掌握。

3.信号处理模块。

教学内容所涉及的难点较大，对于缺乏信号理论的学生而言，内容比较抽象，相应教学效果也可能较差。

教学中采用讲授法和发现学习法相结合。

开始教学时，只讲授A/D采样和转换的基本原理和过程，给出与A/D 转换器相关的功能寄存器，并提出具体实现目标。

然后，引导学生在离散信号的基础上，从频域角度强化信号处理的若干理论。

4.传感器及测量系统模块。

基于对信号描述与分类、传感器基本原理、测试系统基本特征、信号处理等模块内容已经学习的基础上，结合机械工程常见机械量，适度教授、训练学生对动态测试工作的基本问题有一个比较完整的概念，并能初步运用于机械工程中的某些参量测试。

六、课程考核与成绩评定
课程考核以考核学生对课程目标的达成为主要目的，以检查学生对教学内容的掌握程度为重点。

课程成绩包括三个部分：平时成绩、期中考试成绩和期末考试成绩。

成绩的评定方式如下表所示：
五、教材及参考书目
教材：
熊诗波，黄长艺，机械工程测试基础，机械工业出版社，2007
参考书目：
[1]贾民平等，测试技术，高等教育出版社，2009
[2]王伯雄，测试技术基础，清华大学出版社，2003
[3]赵文礼，测试技术基础，高等教育出版社，2009
[4]张春华，工程测试技术基础，华中科技大学出版社，2011
附件
一、作业评分标准表
二、课程报告评分标准（无）
三、研讨环节考核方案（无）
四、实验考核方案（无）
五、上机考核方案（无）。