机械工程测试技术基础技术实验大纲-2017

机械工程测试技术基础课程实验教学大纲
大纲制定（修订）时间：2017年7月
课程名称：机械工程测试技术基础课程编号：010131029
课程类别：专业基础课课程性质：必修
适用专业：机械设计制造及自动化专业
课程总学时：40
实验（上机）计划学时：8
开课单位：机械工程学院
一、大纲编写依据
1、机械设计制造及自动化专业本科生培养2017版教学计划。

2、机械设计制造及自动化专业《机械工程测试技术基础》教学大纲对学生能力的培养要求制定和对实验环节的要求。

3、近年来《机械工程测试技术基础》实验教学经验。

二、实验课程地位及相关课程的联系
《机械工程测试技术基础》课程是高等工科院校机械类各个专业的专业基础必修课，是一门综合性的技术基础学科。

在机械制造领域，无论是在机械系统研究过程分析还是机械自动加工控制系统中，工程测试技术应用极其普遍，所以掌握必要的测试技术基础知识和技术基础，对做好机械制造专业的工作尤为重要。

而《机械工程测试技术基础》实验课是本门课程的重要教学环节，旨在以实验课的形式进一步加强学生对各类传感器与典型量检测技术的原理与应用的深入了解，使学生能够更深刻的理解测试技术的基本概念、基本理论、基本原理、实验仪器和实验方法及数据处理方法等等。

将课堂教学与实验教学有机的结合起来，提高学生的综合素质和能力。

更好的掌握机械工程测试中的各种技术手段，为将来从事技术工作和科学研究奠定扎实的基础，更好的培养学生创新精神和实践能力。

三、实验目的、性质和任务
1、通过本门课实验教学，要求学生掌握信号分析与处理的基本理论，基本方法；测试技术的基本概念、理论；测试装置基本特性的分析评价方法；常用传感器的原理和应用；工程测试中常用实验仪器原理、实验方法以及数据处理方法等等。

2、对学生能力方面的培养：具有使用通用测试仪器和装置组成测试系统、以及使用专用测量仪器对典型量测量的能力。

了解数据采集与处理系统一般构成与使用。

通过实验项目的基本训练，使学生在有关传感器与检测技术实验技能方面达到下列要求：
（1）能够自行或在教师指导下正确完成实验和实验报告等主要实验程序。

（2）能够掌握常用传感器的性能、调试和使用方法。

（3）能够根据实验完整的掌握各类传感器的基本工作原理。

（4）能够在接受传感器与检测技术实验基本技能的训练后，进行开放性实验，以提高综合实验能力。

3、通过本门课实验教学，要求学生能正确的观察、记录并处理实验中出现的现象、有关数据，并通过分析、比较得到正确的结论；能正确的掌握常用非电量测量方法的选择原则；能阅读和分析常用传感器的结构图及转换电路的框图。

在实验的基础上，牢固、熟练地掌握各种测试仪器（信号发生器、示波器、万用表等）的使用。

学会调试测试系统的基本方法，包括传感器的使用，信号调理电路、数字化电路及显示单元的调试。

在此基础上初步学会自行组建测试系统，并能够独立调试。

四、实验基本要求
1、实验项目和实验内容的选定及其选定原则说明
实验教学分为课内必修验证性和综合性实验、课堂传感器演示实验和虚拟仪器仿真实验、进一步的选修开放实验等四部分。

通过实验，加深学生对重点教学内容的理解和掌握，培养学生机械量测试的方案设计、试验、分析技能。

依据教学计划对学生工程实践能力培养的要求，测试技术实验课共开设四个实验：其中，三种状态滤波器动态响应特性测试实验为必做实验；从传感器类实验中选做2个实验，从典型量测量类实验中选做1个实验。

实验项目的选定依据教学计划对学生工程实践能力培养的要求而选定。

2、每个实验项目应达到的教学要求和具体规定
（1）金属箔式应变片－电桥的性能及应用
开设金属箔式应变片－电桥的性能及应用实验，使学生能够认识电阻应变片的结构、规格、及变换原理、熟练掌握电阻应变片的粘贴方法以及组桥和筛选的方法。

通过本实验完成下列任务：初步掌握动态应变测试系统的使用、调试以及应变测量电路如电桥电路的工作原理和性能；比较半桥单臂、半桥、全桥输出的灵敏度和线性度；了解温度对动态应变测试系统的影响；能够利用电阻应变片这种最便宜的传感器组建动态应变测试系统完成实际物理量如应力、应变、位移、扭矩等等的测试；具备初步进行机械工程测试技术的能力。

（2）三种状态滤波器动态响应特性测试实验
开设三种状态滤波器动态响应特性测试实验，主要目的是使学生学会利用经典控制理论进行实际测试系统基本特性的分析和测试方法；了解其时域与频域特性指标的求解方法。

要求学生能够利用实验方法对本实验室自制的三种状态滤波器动态响应特性进行测试并求出时域及频域特性指标。

利用示波器定性观察典型信号通过各种状态滤波器后的响应情况；利用示波器定性观察典型二阶系统的固有频率、阻尼率改变时，典型信号通过各种状态滤波器后的响应变化情况；阶跃输入法测试二阶低通滤波器频响特性；正弦响应法测试二阶低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器的频响曲线。

（3）PSD测距、光栅传感器测距实验
利用传感器与检测技术实验台开设PSD测距、光栅传感器测距实验，使学生能够深入理解PSD、光栅传感器的工作原理、基本结构、使用性能、测量范围以及其典型测量电路基本构成与特点；了解检测系统的构成、测量原理、各环节的功能、作用；要求学生能够自己动手搭建距离测量系统并进行实际物理量的测量；同时掌握传感器技术指标的标定方法。

（4）电机动平衡测试实验
开设电机动平衡测试实验是以动平衡测试为例使同学们对一个完整的机械量测试系统的各个环节有一个清晰的认识。

要求学生能够自己动手利用拾振器测振、进行电机的振动量测试、利用动平衡仪测试不平衡量、配重同时利用测振表和数字示波器监控振动量和振动波形直至电机动平衡。

（5）传感器课堂演示实验和虚拟仪器仿真实验
开设多种传感器综合实验演示和工程信号频谱分析实验是通过教师在授课过程中，利用自制的便携式《多种传感器综合教学演示系统》进行课堂演示传感器特性且可让学生自己动手做实验，增加学生的感性认识，加强教学效果；利用自编的虚拟信号分析与处理仪课堂演示信号分析、数字滤波，自谱与自相关分析，互相关分析，FFT分析等理论。

（6）典型机械量测量实验
可多选传感器原理实验和机械量测试及分析实验。

包括典型振动量检测系统设计实验、热电偶测温及冷端温度补偿实验、霍尔转速传感器测速实验、小位移传感器测量实验、压力和流量测
量实验等等。

主要目的是培养学生在了解典型机械量和被测对象特性的基础上，选择合适的传感器并对所选择的传感器输入与输出关系特性标定后，组建合适的测试系统完成工程机械中常见的物理量如温度、压力、转速、振动量、位移等的检测，以便进一步培养学生机械量测试和分析技能。

（7）基于Nextboard工作台实验
包括基于Nextboard的温度测试实验和基于Nextboard的应变实验。

开设基于Nextboard 工作台实验主要目的是使学生初步掌握NI数据采集卡的工作原理和参数配置；初步了解虚拟仪器的基本构成和虚拟测试软件LabVIEW的基本功能；掌握信号采集的方法及步骤以便对计算机测试系统有一个完整的认识。

六、教材（讲义、指导书）
《机械工程测试技术基础实验》讲义，慕丽、王欣威编。

七、考核方法和评分标准
1、按照实验指导书的具体要求，根据每个学生实验前的预习准备，实验过程的考查，实验操作情况及实验报告的质量，综合给出实验成绩。

2、根据学生的实验报告、实验操作能力和实验结果，进行综合评定，评出分值，实验评分应包括三个方面：
（1）实验预习回答提问占10%。

（2）实验操作能力及实验纪律占40%。

（3）实验报告50%。

评分等级：评定成绩分优、良、中、及格和不及格五个等级。

优：90分以上。

良：80-89分。

中：70-79分。

及格：60-69分。

不及格：59分以下。

具体评定标准如下：
优：能够独立完成实验，实验纪律、预习、操作技能、实验报告均好。

良：能够独立完成实验，实验中纪律、预习、操作技能、实验报告比较好。

中：能够独立完成实验，实验中纪律、预习、操作技能、实验报告一般。

及格：能够独立完成实验，实验中纪律、预习、操作技能、实验报告较差。

不及格：实验中严重违章违纪，如不能独立完成实验，不参加实验就写报告或参加实验不写实验报告。

八、使用说明
1、本实验教学大纲一般随课程进度进行安排，也可集中安排。

2、实验过程中，指导教师应讲述实验原理、方法、仪器的使用原则和方法等，并且根据具体实际情况进行指导。

使用操作过程、结果分析和数据处理由学生独立完成，并提交相应实验报告。

3、本大纲是针对本实验室现有实验设备而编制的，随着实验室仪器的不断更新和改造、实验教学条件的改善以及教学改革的不断深入，必须根据具体条件适当的调整实验内容和学时，实验讲义应及时更新或采用公开出版的实践教程。