测试技术_江征风_教学大纲

一、基本信息
课程名称：测试技术
英文名称：Testing Techniques
课程类别：学科基础课
适合专业：机械、仪器仪表、过程控制、包装工程、物流工程类等工科专业
学时/学分：40+1周/4学分（理论教学34学时，基础实验6学时，综合实验1周）
课程要求：必修课
先修课程：电子技术基础、微机原理、概率论与随机过程、机械控制工程基础等课程
二、课程的性质、目的和任务
本课程是工科类各相关专业的一门重要学科基础课，是综合应用相关课程知识和内容，解决科研、生产、国防建设所面临的工程测试问题的课程。

主要研究机械工程动态测试中常用的传感器、信号调理电路及记录仪器等的工作原理，测试系统基本特性的评价方法，测试信号的分析和处理，以及机械工程中常见物理量的测试方法等内容。

通过本课程的学习，使学生掌握进行工程测试所需要的基本知识和技能，了解掌握最新测试技术的发展动态，培养学生合理选用测试仪器、配置测试系统和从事基本工程实验的能力。

三、教学内容及学时分配
1、教学内容
测试技术的基础知识，包括信号基础知识：信号的分类和描述、周期信号和非周期信号的频谱；测试系统特性的基本特性：静态特性、动态特性、系统实现动态测试不失真的条件、一阶和二阶系统的频率响应特性、系统动态特性的测试；常用传感器：电阻、电感、磁电、压电传感器以及几种新型传感器的原理及应用；信号变换和调理：电桥电路、调制与解调、滤波器以及信号调理中的抗干扰方法；记录及显示仪器：光线示波器、笔式记录仪、磁记录仪、数字式记录仪；信号分析与处理：数字信号处理的基本步骤、采样混叠和采样定理、截断泄露和窗函数、相关分析及其应用、功率谱分析及其应用、机械振动测试；微机在测试技术中的应用等；测试技术的其它工程应用。

基础实验在相应授课内容完成后进行，由7个实验即典型信号分析、测力仪制作与标定、金属箔式应变片构成电桥电路特性比较、调幅与相敏检波解调和、机械振动测试、相关分析和记录仪动态特性测定组成，其中前5个为必做实验，在学时内进行，后2个为选做实验，在课外进行。

综合实验在授课内容和基础实验完成后进行，包括机床主轴的回转误差运动测试、多维切削力的测试、机械结构的功率和效率测试、机械阻抗的测量、回转窑模型中心线的测量和机械工程中的温度测量共6个实验，其中前4个为必做实验，在课时内完成，后2个为选做实验，在课外进行。

本课程还设有开放性自主学习的虚拟实验，旨在鼓励和倡导自主学习和个性化学习，巩固课堂知识，培养实践能力。

虚拟实验在课外进行，不在本课程规定学时之内。

2、学时分配
本课程学时总数为40学时＋1周，其中授课教学为34学时，基础实验教学为6学时，综合实验教学1周，共4个学分。

详细分配如下表1和表2：
表1 授课内容与基础实验及其学时安排
基础实验在相应的课堂教学内容完成后进行，如在表1中，在第二章课
堂教学之后，可进行“典型信号分析”基础实验，1学时，其余类似。

表1
中“选做”表示学时可以在课外自由选做，不计教学学时。

综合实验在课堂
教学和基础实验完成后集中进行，共做4个实验，为期1周。

其中学时预习
时间1天，每个实验个1天。

3、课程内容的重点、难点
(1) 授课内容
第一章绪论
重点：测试的含义；非电量电测法测试系统的组成。

难点：非电量电测法测试系统的组成。

第二章信号及其描述方法
重点：信号频谱的概念；周期信号与离散频谱，瞬态信号与连续频谱；概率密度函数的定义。

难点：傅立叶变换，瞬态信号频谱概念。

第三章信号分析与处理
重点：采样定理；相关分析；功率谱分析
难点：采样定理；混叠；泄露；窗函数；相关分析及应用
第四章测试系统的基本特性
重点：系统动态特性的数学描述及其物理意义；动态测试不失真频率响应特性；常见测试系统对瞬态信号的响应。

难点：频率响应特性，常见系统的频率响应特性
第五章常用传感器
重点：所介绍的各种传感器的工作原理及其应用实例。

难点：压电式传感器的等效测量电路。

第六章信号变换和调理
重点：电桥调幅及同步解调；恒百分比带宽滤波器。

难点：恒百分比带宽滤波器。

第七章记录及显示仪
重点：光线示波器振动子特性及选用。

第八章机械振动测试与分析
重点：测振传感器的工作原理及选择；机械结构的固有频率和阻尼率的估计。

难点：机械结构的固有频率和阻尼率的估计。

第九章现代测试技术
重点：现代测试系统的基本概念、组成和特点；虚拟测试仪器技术、组成及应用实例。

难点：虚拟测试仪器技术、组成及应用实例。

(2) 基础实验
实验一、典型信号分析
重点：典型信号的波形和频谱特征，傅立叶变换的物理意义，信号的合成与分解的原理。

难点：信号频谱的含义，如何从信号频谱中读取所需的信息。

实验二、测力仪制作与标定
重点：应变式八角环测力仪原理，测力仪的标定的方法。

难点：测力仪的静态性能指标的分析。

实验三、金属箔式应变片构成电桥电路特性比较
重点：半桥单臂电路、半桥双臂电路和全桥电路灵敏度分析与电路连接。

难点：三种电桥的灵敏度、线性度分析。

实验四、调幅与相敏检波解调
重点：信号调幅与相敏检波解调的原理与注意事项。

难点：载波频率、激振器激振频率频率与幅值的调整，及应满足的关系。

实验五、机械振动测试
重点：用最大幅值法确定测试系统的固有频率和阻尼率的原理和方法。

难点：确定激振频率的频率间隔、激振的频率区间的方法。

(3) 综合实验
实验一、机床主轴的回转误差运动测试
重点：机械消偏和电气消偏原理；测量盘和补偿盘的调整；测试系统的标定；最小二乘方园法对图像的处理。

难点：机械消偏和电气消偏原理；最小二乘方园法对图像的处理。

实验二、多维切削力的测试
重点：测力仪受力特性与应变片联桥原则；静态标定确定九个灵敏度系数的方法；分析三维力互干扰原因及消除措施。

难点：九个灵敏度系数的确定；分析三维力互干扰原因及消除措施。

实验三、机械结构功率及效率测定
重点：相位差式扭矩仪测量扭矩的原理和方法；相位差式扭矩仪数字式测量电路及其测量波形分析。

难点：相位差式扭矩仪数字式测量电路及其测量波形分析。

实验四、机械阻抗的测量
重点：用正弦激励的方法测定系统固有频率和阻尼率的方法；机床磨头结构特点和功能分析；提高机床磨头的机械特性的方法分析。

难点：机床磨头结构特点和功能分析；提高机床磨头的机械特性的方法分析。

实验五、回转窑模型中心线的测量
重点：回转窑的结构、工作原理和功能；回转窑中心线的测量原理与方法；调整回转窑的中心线的基本方法。

难点：回转窑中心线的测量原理与方法；提高测量精度应采取的措施。

实验六、机械工程中的温度测量
重点：铜一康铜热电偶的结构及其原理，测量其静特性、动特性曲线；机床温度场的测量系统组建；分析机床热态特性及其意义。

难点：机床温度场的测量系统组建；分析机床热态特性及其意义。

四、基本要求
1、掌握信号的时域和频域的描述方法，明确信号的频谱结构概念；掌握谱分析和相关分析的基本原理和方法；掌握数字信号分析中一些最基本的概念和方法。

2、掌握测试系统基本特性的评价方法和不失真测试条件，并能正确地运用于测试系统的分析和选择；掌握一阶、二阶系统的动态特性及其测定方法。

3、了解常用传感器、常用信号调理电路和记录仪的工作原理和性能，能较合理地选用测试仪器和装置，并配置测试系统。

4、对动态测试工作的基本问题有比较完整的概念，并能初步掌握于机械工程中某些参数的测试方法。

5、对于基础实验，能够在老师的指导下独立完成，并结合所学理论知识，对实验结果进行分析和总结。

6、对于综合实验，能够根据提供的与实验相关的背景材料、实验指导书等资料，进行自主学习并整理预习报告，初步掌握测试的原理和方法；能够在老师的指导下，以组为单位（3～5人为一组）配合完成实验测试各项工作；能够发现实验中的某些问题，进行组织讨论和实验分析与验证，加深对基础知识、实验原理和方法的理解。

同时，根据测试结果，评价测试对象的某些性能，并根据所学知识，提出提高该性能的措施和方法。

五、教材及参考书
1、教材
(1)、《测试技术基础》，江征风主编，北京大学业出版社，2007年；
(2)、《测试技术》，贾民平主编，高等教育出版社，2004年。

2、参考书
(1)、Theory and design for mechanical measurements. Third Edition. Figliola R S. New York:John Wiley & Sons Inc,2000；
(2)、《Measurement systems : application and design》，Ernest O. Doebelin,Boston McGraw-Hill，2004；
(3)、《Signals and systems》，Simon Haykin, Barry Van Veen.New York : Wiley，2003；
(4)、《测试技术》，王隆太主编，机械工业出版社，2004年；
(5)、《工程测试与信号处理》，卢文祥主编，华中理工大学出版社出版，2000年；
(6)、《机械工程测试技术基础》, 严普强、黄长艺主编，机械工业出版社出版，1997年。