《测试技术》课程教学大纲(本科)

本科课程教学大纲

《测试技术》课程教学大纲

课程编号：08079111课程名称：测试技术

英文名称：Measuring Technology

课程类型：学科基础课程要求：必修

学时/学分：40/2.5（讲课学时：32 实验学时：8 上机学时：0）适用专业：机械设计制造及其自动化

一、课程性质、目的和任务

《测试技术》是机械设计制造及其自动化专业的一门学科基础课程。本课程从系统的观点出发，讲述机械工程中基本的测试理论、测试技术、试验方法和数据分析方法。主要讲解：测试系统的构成及基本测试理论；试验数据的时域分析、幅值域分析、时差域分析和频域分析；传感器；典型机械参数测试方法，包括应力应变测试、力测试、位移/速度/加速度测试、转速/扭矩/功率测试和流体参数测试。培养学生能正确地选用测试装置和传感器组建测试系统进行机械工程常见参量电测的基本知识和技能，并能使用数学工具进行数据处理。并为进一步学习、研究和处理机械工程技术问题打下坚实基础。

二、课程与其他课程的联系

测试技术讲授的主要内容是测试理论、测试试验、试验方法和数据处理方法基础，要求学生应该具备高等数学、复变函数、物理学、电子学、理论力学、单片机技术、材料力学、材料学、量子理论、机械零件、光学和光电子学等的基础知识，同时，对机械系统设计、机床设计、数控技术、车辆设计等学科具有很强的支承作用。

三、课程的教学目标

1. 了解测试技术的发展历程和趋势，掌握测试系统的基本构成和方法，并能够使用数学知识描述测试系统；（支撑毕业要求 1.3）

2. 掌握机械系统测试信号的时域和频域描述方法和意义，了解信号的时差域描述和幅值域描述方法和意义，使用适当的、简捷的曲线参数来描述信号；（支撑毕业要求 4.1 和 3.1）

3. 掌握测试装置的静态特性、动态特性、评价方法和不失真测试条件，正确选用测试装置，掌握一、二阶系统动态特性和测试方法；（支撑毕业要求 5.2 和 5.3）

4. 掌握各种常用传感器的基本工作原理和结构特点，能够机械系统的特点，正确地选用传感器解决测控问题；（支撑毕业要求 3.1, 4.1、5.2 和 5.3）

5. 掌握各种常见的机械参量测量系统组成、测试方法的特点和输出数据的特点，能够正确地组配测试系统，正确地选择数学方法处理试验数据；（支撑毕业要求 4.1）

6. 掌握试验数据的相关分析和频谱分析的基础知识，学会通过曲线特征点提取机械模型运行状态的方法；(支撑毕业要求 5.2 和 5.3）

7. 掌握信号调理的基本方法，理解模拟信号调制、滤波和解调的基本方法和意义，熟悉滤波器曲线的特征点和曲线各个段的意义。掌握模数转换的基本过程、数模转换的意义和重要性，以及数模转换可能对机械系统带来的影响；（支撑毕业设计 1.3 和 4.1） 本科课程教学大纲

8. 了解机械工程测试中经常使用的试验方法和测试技术，了解使用新的技术手段进行机械工程测试的现代测试技术和测试方法，了解虚拟试验技术所涉及的基本内容及其不足和前提。（支撑毕业设计 3.1）

四、教学内容的基本要求和学时分配

序号

教学内容

教学要求 学时 教学方式 对应课程教学

目标

1 一、绪论

1. 机械工程测试技术的发展概述

2. 机械工程测试系统的基本组成和结构 1. 掌握机械工程测试系统的基本组成、工作原理、基本要求

2. 了解机械工程测试的主要任务

与研究内容 2 讲授讨论 1

3. 测量的基础知识

4. 测试误差的初步认识和处理方法 3.了解机械工程测试技术的发展历程、趋势与应用

2 二、信号及其描述

1. 信号的分类与描述

2. 周期信号与离散频谱

3. 瞬变信号与连续频谱

4. 随机信号 1. 掌握信号的分类和描述方法；

2. 掌握周期信号的频谱特征；

3. 掌握瞬变信号的频谱特征；

4. 了解随机信号的基本概念、特点和描述方法。 2 讲授讨论 1、2、6

3 三. 测试装置的基本特性

1. 概述

2. 测试装置的静态特性

3. 测试装置的动态特性

4. 测试装置对任意输入的响应

5. 实现不失真测试条件

6. 测试装置动态特性的测量

7. 负载效应** 1. 掌握测试装置的静态特性及描述方法；

2. 掌握测试装置的动态特性及描述方法；

3. 了解测试装置的基本逻辑关系；

4. 掌握一阶和二阶系统时间响应

的分析方法和性能指标； 4 讲授 2、3、8

5. 掌握不失真测试条件

6. 了解测试装置动态特性的测试

方法；

7.了解负载效应及其影响。

4 四、 常用的传感器与敏感元件

1. 常用传感器分类

2. 普通机械及仪器

3. 电阻、电容与电感式传感器

4. 磁电、压电与电热式传感器

5. 光电传感器

6. 光纤传感器

7. 半导体传感器

8. 红外线测试系统

9. 激光式测试系统

10. 传感器的选用原则 1. 了解传感器的概念和分类方法；

2. 掌握各类传感器的基本结构、工作特点、工作条件和输入/输出信号形式；

3. 掌握各类传感器的设计方法及其基本测试电路；

4. 掌握各类传感器的内部信号变换关系和传递路线；

5. 掌握传感器的选择方法。 8 讲授 4、5 本科课程教学大纲

5 五、信号的调理与记录

1. 电桥

2. 调制与解调

3. 滤波器

4. 放大器

5. 测试信号的显示与记录 1. 掌握电桥电路的特点和信号变换关系；

2. 掌握信号调制和解调的过程、基本算法和基本电路；

3. 掌握滤波器的基本数学模型和特点；

4. 掌握放大器的设计方法；

5. 了解信号记录的过程和原理。 2 讲授、讨论 5、7

6 实验 1：应变片的使用和静态应变测试实验 通过实验，加深对应变片的形

式、使用和特点的认识；通过测试静态应变值加深学生对线性

系统、测试系统构成、传感器标

定和数据处理方法的认识 2 实验 8

7 六、信号处理初步

1. 数字信号处理的基本步骤

2. 号数字化出现的问题

3. 相关分析及其应用

4. 功率谱分析及其应用

5. 现代信号分析方法简介 1. 掌握数字信号处理的基本过程；

2. 掌握相关分析的基本计算过程和意义；

3. 掌握功率谱的特点、算法和意义

4. 了解现代信号处理的基本方

法 2 讲授 7

8 七、位移测试技术（重点）

1. 概述

2. 常用的位移测试传感器

3. 位移测试的应用 1. 掌握位移测试测常用传感器和测试方法；

2. 掌握机械工程中位移参数测试的应用形式及特点；

3. 掌握位移参数测试常用电路；

4. 了解传感器中信号变换的过程。 2 讲授、讨论 3、7

9 实验 2：位移信号测试 通过实验，使学生掌握位移参数测试的基本方法和过程，了解机

械工程中位移测试系统的结构 2 实验 8

10 八. 振动测量

1. 概述

2. 惯性式传感器的力学模型

3. 振动测量传感器

4. 振动测量系统及其标定

5. 激振试验设备及振动信号简介 1. 掌握绝对式和惯性式传感器的基本数学模型；

2. 掌握传感器的结构形式和特点；

3. 学习线性系统在传感器设计中的应用；

4. 了解振动测量系统的基本组成和标定过程；

5. 了解激振器和振动信号的形

式。 4 讲授 3、7、8 本科课程教学大纲

11 九、声测量

1. 概述

2. 声测量传感器与仪器

3. 声强测量与噪声源辨识**

4. 声发射传感器与仪器** 2 讲授 3、7、8

12 十. 应变、力与扭矩测试技术

1. 应变与应力的测量

2. 力的测量

3. 扭矩的测量 1. 掌握应变测试的特点、应变传感器和基本测试电路；

2. 掌握拉压力测试传感器的设

计、电路构成和数据处理方法

3.掌握扭矩、转速和功率测试的

过程、信号特点和信号关系 2 讲授 3、7、8

13 实验 3：动态应变测试 通过实验，加深学生对动态测试系统的组成、动态信号的记录和动态信号处理方法的认识，完成由静态系统到动态系统，即静态数据到动态数据的思维模式转

变，使学生认识到动态系统是机械系统运行的常态，静态系统是

机械系统运行的暂态 2 实验

14 实验 4：转速信号测试 通过实验，使学生加深对线性系统及线性系统特性的认识，掌握转速、扭矩和功率测试的系统组成、信号变换关系、信号处理方

法和信号识别方法 2 实验

15 十一. 流体参量的测量

1. 压力的测量

2. 流量的测量

12. 计算机测试系统与虚拟仪器 1. 了解流体流动的特征；

2. 掌握压力测试的过程和常用传感器；

3. 掌握流量测试的过程和常用传感器；

4. 了解虚拟试验系统和虚拟

仪器的特点和验证方法。 2 讲授 3、7、8

五、其它教学环节

实验（8学时）：

1. 应变片的使用和静态应变测试实验（2 学时）

通过实验，加深对应变片的形式、使用和特点的认识；通过测试静态应变值加深学生对线性系统、测试系统构成、传感器标定和数据处理方法的认识。

2. 位移信号测试（2 学时）

通过实验，使学生掌握位移参数测试的基本方法和过程，了解机械工程中位移测试系统的结构。

3. 动态应变测试（2 学时）

通过实验，加深学生对动态测试系统的组成、动态信号的记录和动态信号处理方法的认识，完成由静态系统到动态系统，即静态数据到动态数据的思维模式转变，使学生认识到动态系统是机械系统运行的常态，静态系统是机械系统运行的暂态。