《测试技术》教学大纲

《测试技术》教学大纲大纲说明课程代码：3325001总学时：48学时（讲课38学时，实验10学时）总学分：3学分课程类别：学科基础课，必修适用专业：机械设计制造及其自动化专业预修要求：本课程宜在《控制工程基础》课程之后开设。

一、课程的性质、目的、任务：测试技术是进行科学研究、验证科学理论必本可少的技术。

本课程是对理论知识的深化和补充，广博的理论性和丰富的实践性是本课程的特点。

本课程是机械工程类专业必修的技术基础课之一。

本课程的教学目的是培养学生能合理地选用测试装置并初步掌握静、动态测量和常用工程试验所需的基本知识和技能，为学生进一步学习、研究和处理机械工程技术问题打下基础。

本课程的基本任务是获取有用的信息，然后将其结果提供给观察者或输入给其他信息处理装置、控制系统。

二、课程教学的基本要求：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，掌握数字信号分析中的一些基本概念。

2、掌握测试装置基本特性的评价方法和不失真测试的条件，并能正确地运用于测试装置的分析和选择。

掌握一阶、二阶线性系统特性及其测定方法。

3、了解常用传感器、常用信号调理电路和显示、记录仪器的工作原理和性能，并能够较正确地选用。

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某些参量的测量和产品的试验。

三、教学方法和教学手段的建议：1、本课程的学习中，特别要注意物理概念，建立关于动态测试工作的比较完整的概念。

2、本课程教学中应突出理论内容的物理意义和工程应用，可将机械设备的状态监测和故障诊断技术融合在课堂教学中。

在主要内容讲解结束后，可考虑安排一次测试技术最新发展趋势（如转子系统运行状态监测及故障诊断技术）的课堂讨论，讨论内容涉及测试技术的基本理论和基本方法的应用。

3、本课程具有较强的实践性。

学生必须参加必要的实验,从而受到应有的实验能力的训练,获得关于动态测试工作的完整概念，并初步具备处理实际测试工作的能力。

实验学时应不少于8学时。

实验大纲见附录。

4、建议本课程采用多媒体教学，并将内容尽可能利用Matlab进行演示。

四、大纲的使用说明：本课程是一门机、电结合较紧密的课程，需要的知识面较广，涉及数学中的“积分变换”、“概率统计”知识；涉及物理中的电、磁、声及振动内容；涉及电工学中的“谐振”、“相敏检波”等典型电路。

本课程宜在《控制工程基础》课程之后开设。

大纲正文第一章绪论学时：2学时（讲课2学时）本章讲授要点：１、理解测试技术的作用、任务、内容和特点２、了解测试技术的发展概况３、了解本课程的性质和学习要求重点：测试系统的一般组成难点：信号与信息、测量与测试的关系及区别１、测试技术的作用和任务２、测试系统的一般组成３、测试技术的发展概况４、课程的性质和学习要求第二章测量的基础知识学时：2学时（讲课2学时）本章讲授要点：1、理解直接测量法与间接测量法、接触测量与非接触测量、直接比较测量法与替代测量法2、掌握误差的定义、分类及表示方法，了解精度与不确定度间的关系3、掌握测量结果的表达方式重点：接触测量与非接触测量；误差分类及表示方法难点：概率统计知识的运用第一节测量方法和测量装置1、测量方法分类2、测量装置及有关的术语第二节测量误差1、定义2、分类3、表示方法4、测量精度和不确定度第三节测量数据处理及测量结果的表达方式1、某些概率统计学的概念2、测量数据的概率分布3、测量结果的表达方式第三章信号及其描述学时：6学时（讲课6学时）本章讲授要点：1、理解信号的类型及其产生2、理解周期信号、非周期信号及随机信号在时域、频域和幅值域中的描述及其特点3、理解傅立叶变换的基本原理和主要性质重点：信号的类型；频谱的概念难点：傅立叶变换的基本原理第一节数据的分类1、分类2、时域与频域描述第二节周期信号与离散频谱1、傅立叶级数的三角函数展开式2、傅立叶级数的复指数函数展开式3、周期信号的强度表述第三节瞬变非周期信号与连续频谱1、傅立叶变换2、傅立叶变换的主要性质3、几种典型信号的频谱第四节随机信号1、概述2、随机信号的主要特征参数3、样本参数、参数估计和统计采样误差第四章测试装置的基本特性学时：6学时（讲课6学时）本章讲授要点：1、理解描述测试系统的灵敏度、线性度和滞后度等三个特性2、掌握测试系统的幅频特性、相频特性和常见系统的频率响应特性3、掌握理想测试系统的含义和条件4、了解测试装置动态特性的测试方法重点：掌握系统的频率响应特性和理想测试系统的含义和条件。

难点：理想测试系统条件的应用。

第一节概述1、对测试装置的基本要求2、线性系统的主要性质第二节测试装置的静态特性1、灵敏度2、线性度3、滞后度4、稳定度和漂移第三节测试装置动态特性的描述1、传递函数2、频率响应函数3、脉冲响应函数4、一、二节系统的特性第四节测试装置对任意输入的响应1、系统对任意输入的响应2、系统对单位阶跃输入的响应第五节实现不失真测试的条件1、不失真测试的含义2、实现不失真测试的条件第六节测试装置动态特性的测试1、频率响应法2、阶跃响应法第七节负载效应1、负载效应2、减轻负载效应的措施第五章常用传感器学时：6学时（讲课4学时，实验2学时）本章讲授要点：１、理解传感器的转换原理及结构特点２、掌握传感器的工作情况、性能指标和分类３、掌握传感器的选择原则、应用场合，并能根据测试要求，正确选择传感器重点：掌握传感器的类型和基本原理。

难点：如何根据测试要求正确选择传感器。

第一节传感器的构成和分类1、传感器的构成2、传感器的分类第二节电阻式传感器1、构成与工作原理2、电阻应变片主要特性及其质量等级指标3、应变式传感器的用途第三节电感式传感器1、构成与工作原理2、特点与用途第四节电容式传感器1、构成与工作原理2、特点与用途第五节压电式传感器1、构成与工作原理2、特点与用途第六节磁电式传感器1、构成与工作原理2、特点与用途第七节半导体传感器第八节传感器的选用原则第六章信号的中间转换、显示和记录学时：8学时（讲课6学时，实验2学时）本章讲授要点：1、理解信号调制和调解的作用、原理及输出2、掌握滤波电路的分类、原理及特性3、了解A/D转换、D/A转换的原理4、了解磁带记录、光盘式记录的工作原理重点：掌握各中间电路的作用和工作原理难点：调制调解电路及信号变化的理解；磁带记录仪的频响互补原理及交流偏置技术第一节调制与解调1、电桥调幅与相敏检波2、调频及其解调第二节滤波电路1、滤波电路的分类2、理想滤波器3、ＲＣ滤波电路原理及特性4、恒带宽比和恒带宽滤波器第三节 A/D转换1、D/A转换2、A/D转换第四节数据的显示、记录与存储1、模拟、数字显示2、磁记录3、光盘式记录第七章信号处理初步学时：8学时（讲课6学时，实验2学时）本章讲授要点：１、了解数字信号处理的基本步骤２、理解测试信号在时域、频域的描述和处理方法３、了解测试信号的采样、量化、截断带来的问题重点：信号分析的目的及方法难点：较多数学公式的理解和记忆，含义及实质；分析方法的应用第一节数字信号处理的基本步骤第二节信号数字化出现的问题1、时域采样、混叠和采样定理2、量化和量化误差3、截断、泄露和窗函数第三节相关分析及应用1、相关系数2、自相关函数3、互相关函数第四节功率谱分析及其应用1、自功率谱密度函数2、互功率谱密度函数3、相干函数第八章几何量及位移的测量学时：6学时（讲课4学时，实验2学时）本章讲授要点：１、理解表面粗糙度的基本概念，了解其测量方法２、理解形位误差的基本概念、测量原则，了解其测量方法３、了解回转轴运动误差的测量方法重点：几何量及位移测量的基本方法难点：几何量及位移的测量原理第一节阿贝原理第二节表面粗糙度测量第三节形位误差的测量第四节回转轴径向运动误差的测量1、回转轴的运动误差2、回转轴运动误差的测量方法第九章振动测试学时：4学时（讲课2学时，实验2学时）本章讲授要点：１、了解振动测试的重要性及主要测试内容２、掌握测振传感器的工作原理、频响特性及工作范围，以便正确选择测振传感器３、掌握测振系统的仪器组成和配置，能正确选择仪器进行测量４、了解机械动态特性测试方法及作用重点：测振系统的组成；测振传感器原理及选择难点：测振系统的构建及振动分析第一节振动测试的力学原理1、质量块受力所引起的受迫振动2、由基础运动引起的受迫振动第二节振动测量传感器1、涡流位移传感器2、磁电式速度计3、压电式加速度计4、测振传感器的合理选择第三节基本振动参量的测量1、振动量的峰值、有效值和平均值2、总振级的测量与频谱分析本课程对学生自学的要求：常见参量的测量除讲授的位移测量、振动测量外，还有声测量、应变和力的测量、温度测量、流体参量的测量等，受学时限制，可将其它某个量的测量如声测量作为学生自学内容。

考核方式与要求：期终闭卷考核。

成绩评定采用考试与平时成绩、实验成绩相结合的办法，考试成绩占70％，实验考核占10％，平时作业成绩占20％。

推荐教材与参考书目：推荐教材：《机械工程测量与试验技术》黄长艺等主编，机械工业出版社，2000年5月第1版参考书目：《机械工程测试技术基础》（第2版）黄长艺、严普强主编，机械工业出版社《机械精度设计与检测基础》刘品、徐晓希主编，哈尔滨工业大学出版社《信号与系统》郑君里等编，人民教育出版社《传感器原理及应用》王化祥等编，天津大学出版社《机械工程测试、信息、信号分析》卢文祥等编，华中理工大学出版社《数字信号处理及其MATLAB实现》[美]Vinay K.Ingle等著，电子工业出版社《测试技术》实验大纲一、总则1、本大纲的适用范围1）本大纲相关的课程名称及课程属性课程名称：测试技术课程属性：学科基础课程2）本大纲的适用范围机械设计制造及其自动化专业（本科）3）实验总时数10学时2、本大纲的实验目的和要求了解常用测量与测试系统及其构件的基本原理、结构及使用方法；实验数据及信号处理分析方法。

完成各实验项目的实验报告；实验项目四和实验项目五选做其中一个。

3、本实验课程的重点和内容1）常用传感器的结构、工作原理，重点是电涡流传感器的结构、工作原理、测量电路、特性和特点；2）信号的中间变换电路，重点是箔式应变片三种桥路性能比较；3）测试信号分析与处理的初步认识，重点是信号合成与分解、采样与窗函数、谱分析；4）测试系统的综合应用，重点是差动变压器的振动测量或电涡流式传感器的振幅测量；5）几何量测量，重点是粗糙度和导轨平直度测量。

4、本大纲的所需实验设备传感器实验台、示波器、计算机、频谱分析仪（或具有类似功能的虚拟仪器）、表面粗糙度测量仪、光学平直仪等。

二、实验项目及学时安排1、实验项目一电涡流传感器的静态标定1）实验类型验证性实验2）实验开设属性必开实验3）学时数 2学时4）实验目的了解电涡流传感器的结构、原理、工作特性。