机械工程测试技术教案
第一章 绪论
一、教学目的及要求 使学生掌握测试系统的基本概念。学生应了解测试系统的功能结构，静、动态测试的概念等。
二、主要内容
测试技术的在机械工程中的意义；测试系统的组成；课程性质；基本内容及学习方法
四、教学重点：
静态测试与动态测试的概念。测试系统的组成。
五、教学难点：
动态测试概念的建立
六、教学过程：(见讲义)
八、思考题：根据日常观察，是建立一套结构应力测试系统，要求画出框图即可。
九、作业：静态测试与动态测试系统的构成有何不同 十、教学参考书：黄长艺，严普强. 机械工程测试技术基础. 机械工业出版社. 1994年11
第二章 信号分析
一、教学目的及要求
使学生掌握确定性信号分析的基本理论和方法；
二、主要内容
信号的分类；信号的时域和频域描述；周期信号与离散频谱；瞬变非周期信号与连续频谱；脉冲信号及其频谱；正弦函数和余弦函数的频谱
四、教学重点：
周期信号的时域定义、傅立叶级数表达及其离散频谱
瞬变非周期信号的傅立叶变换及其连续频谱
傅里叶变换的主要性质
五、教学难点：
信号时域分析与频域表达的概念、方法及其相互关系
六、教学过程：(见讲义) 八、思考题与作业：
1、什么是信号的频域描述
2、周期信号的时域定义及其判断方法
3、确定任意一个谐波的三个要素是什么
4、周期信号频谱特点是什么
5、周期信号双边频谱与单边频谱间的幅值、相位关系
6、傅立叶变换的六个主要性质
7、单位脉冲函数的描述（函数值、强度）；
t0)，及A，t0的意义(t8、一般脉冲函数的表示方法，即A
9、叙述脉冲函数的采样性质、卷积性质、频谱
10、 写出正弦函数、余弦函数的傅立叶变换
习题2-1~2-4
第三章 测量系统分析
一、教学目的及要求
使学生们掌握测试系统的静、动态特性分析基本概念、表达方法。 二、主要内容
测试系统的误差表达方式，静态特性曲线与静态特性参数
第三章 常用传感器与敏感元件
3-1 在机械式传感器中，影响线性度的主要因素是什么？可举例说明。
解答：主要因素是弹性敏感元件的蠕变、弹性后效等。
3-2 试举出你所熟悉的五种机械式传感器，并说明它们的变换原理。
解答：气压表、弹簧秤、双金属片温度传感器、液体温度传感器、毛发湿度计等。
3-3 电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？应如何针对具体情况来选用？
解答：电阻丝应变片主要利用形变效应，而半导体应变片主要利用压阻效应。
电阻丝应变片主要优点是性能稳定，现行较好；主要缺点是灵敏度低，横向效应大。
半导体应变片主要优点是灵敏度高、机械滞后小、横向效应小；主要缺点是温度稳定性差、灵敏度离散度大、非线性大。
选用时要根据测量精度要求、现场条件、灵敏度要求等来选择。
3-4 有一电阻应变片（见图3-84），其灵敏度Sg＝2，R＝120。设工作时其应变为1000，问R＝？设将此应变片接成如图所示的电路，试求：1）无应变时电流表示值；2）有应变时电流表示值；3）电流表指示值相对变化量；4）试分析这个变量能否从表中读出？
解：根据应变效应表达式R/R=Sg得 R=Sg R=2100010-6120=
1）I1=R=120=0.0125A=
2）I2=(R+R)=(120+0.012475A=
3）=(I2-I1)/I1100%=%
4）电流变化量太小，很难从电流表中读出。如果采用高灵敏度小量程的微安表，则量程不够，无法测量的电流；如果采用毫安表，无法分辨的电流变化。一般需要电桥来测量，将无应变时的灵位电流平衡掉，只取有应变时的微小输出量，并可根据需要采用放大器放大。
3-5 电感传感器（自感型）的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度可采取哪些措施？采取这些措施会带来什么样后果？
解答：以气隙变化式为例进行分析。
20022NAdLSd
又因为线圈阻抗Z=L，所以灵敏度又可写成
思考题与习题
0-1 举例说明什么是测试？
答：⑴测试的例子:为了确定一端固定的悬臂梁的的固有频率，可以采用锤击法对梁尽享激振，在利用压力传感器、电荷放大器、波形记录器记录信号波形，由衰减的振荡波形便可以计算出悬臂梁的固有频率。
⑵结论：由本例可知，测试是指确定被测对象悬臂梁固有频率的全部操作，是通过一定的技术手段—激振。拾振、记录、数据处理等，获取悬臂梁固有频率的信息过程。
0-2 以方框图的形式说明测试系统的组成，简述主要组成部分的作用。
答:⑴:测试系统的方框图如图0—1所示。
⑵：各部分的作用如下.
传感器是将被测信息转换成某种电信号的器件;信号调理是把来自传感器的信号转换成适合传输和处理的形式;信号处理环节可对来自信号调理环节的信号,进行各种运算.滤波和分析；信号显示、记录环节将来至信号处理环节的信号显示或存储；模数转换和数模转换是进行模拟信号与数字信号的相互转换,以便于用计算机处理。
0—3 针对工程测试技术课程的特点，思考如何学习该门课程？
答:本课程具有很强的实践性，只有在学习过程中密切联系实际，加强实验，注意物理概念，才能真正掌握有关知识。
在教学环节中安排与本课程相关的必要的实验及习题,学习中学生必须主动积极的参加实验及完成相应的习题才能受到应有的实验能力的训练，才能在潜移默化中获得关于动态测试工作的比较完整的概念，也只有这样，才能初步具有处理实际测试工作的能力。
思考题与习题
1-1 信号的分哪几类以及特点是什么?
⑴、 按信号随时间的变化规律分为确定性信号和分确定性信号，确定信号分为周期信号（包括谐波信号和一般周期信号）和非周期信号（准周期信号和以便非周期信号）；非确定性信号包括平稳随机信号（包括各态历经信号和非各态历经信号）和非平稳随机信号.
⑵、 按信号幅值随时间变化的连续性分类，信号包括连续信号和离散信号，其中连续信号包括模拟信号和一般模拟信号，离散信号包括一般离散信号和数字信号.
第一章 信号的分类与描述
1-1 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出|cn|–ω和φn–ω图，并与表1-1对比。
解答：在一个周期的表达式为
00 (0)2() (0)2TAtxtTAt
积分区间取（-T/2，T/2）
0000000022020002111()d=d+d =(cos-1) (=0, 1, 2, 3, )TTjntjntjntTTncxtetAetAetTTTAjnnn
所以复指数函数形式的傅里叶级数为
001()(1cos)jntjntnnnAxtcejnen，=0, 1, 2, 3, n。
(1cos) (=0, 1, 2, 3, )0nInRAcnnnc
2221,3,,(1cos)00,2,4,6, nnRnIA n Acccn nn n
1,3,5,2arctan1,3,5,200,2,4,6,nInnRπncπφncn
没有偶次谐波。其频谱图如下图所示。 图1-4 周期方波信号波形图 0 t x(t)
T02 T02
0T … … A
-A T0
1-2 求正弦信号0()sinxtxωt的绝对均值xμ和均方根值rmsx。
解答：00002200000224211()dsindsindcosTTTTxxxxxμxttxωttωttωtTTTTωTωπ
222200rms0000111cos2()dsindd22TTTxxωtxxttxωtttTTT
