《工程测试与信号处理》教学大纲

《工程测试技术》课程教学大纲课程代码：MCEN1009课程名称：工程测试技术（Engineering Testing Technology）学分/学时：2学分/36学时讲课学时：36；研讨学时：0；实验学时：0；上机学时：0；课外学时：0课程性质：专业选修课程开课学期：第7学期适用对象：机械工程、机械电子工程、材料成型与控制工程四年级先修课程：普通物理、计算机信息技术、理论力学、材料力学、工程材料、电工与电子技术、控制工程基础一、课程目标本课程针对机械类各专业特点，以信号及其描述、测试系统基本特性、传感器原理、信号处理等基础知识为主，针对机械工程所出现的以机械量为主的测试与控制等要求，以实际应用为导向，培养学生运用测试技术解决机械工程实际工程问题的能力。

通过本课程的学习，使得学生掌握测试技术的基本理论，包括信号的时域和频域的描述方法、频谱分析和相关分析的原理和方法、信号调理和信号处理基本概念和方法；熟练掌握各类典型传感器、记录仪器的基本原理和适用范围；具有测试系统的机、电、计算机方面的总体设计能力；具有实验数据处理和误差分析能力。

本课程的具体教学目标如下：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，掌握数字信号分析的一些基本概念。

（支撑毕业要求1-3M）2. 掌握测试装置基本特性的评价方法和不失真测试条件，并能正确的运用于测试装置的分析和选择。

掌握一阶、二阶线性系统动态特性及其测定方法。

（支撑毕业要求4-3H）3. 了解常用传感器、常用信号调理电路和记录仪器的工作原理和性能，并能较合理地选用。

（支撑毕业要求4-3H）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的某些参量测试。

（支撑毕业要求5-1M）二、课程目标与教学内容和教学环节对应关系表三、课程内容3.1课堂教学1.数学知识基础理论（支撑课程目标1）信号基本表示法的推导；典型周期与非周期信号的定义及性质；傅里叶级数、傅里叶变换、拉普拉斯变换的定义、性质及彼此之间推导关系；信号的时域分解与变换；典型函数的定义、傅里叶级数及傅里叶变换的求解思路；2.离散频谱与连续频谱（支撑课程目标1）信号的分类；信号的时域描述与频域描述；典型周期与非周期信号的定义、三角函数及指数函数的傅里叶级数三角函数及复指数展开式、幅频及相位图；随机信号主要特征参数；3.动态特性的数学描述（支撑课程目标2）测量装置的静态特性；传递函数、频率响应函数、脉冲响应函数分别描述动态特性；一阶、二阶系统特性及频域特性曲线；一阶系统、二阶系统分别对单位阶跃输入的响应；4.不失真测量（支撑课程目标2）实现测试系统不失真测量的条件；测试系统的负载效应及减轻措施；5.测量装置动态特性的测定方法（支撑课程目标2、4）频率响应发及阶跃响应法分别对测量装置进行动态特性测量；测量装置干扰源及抗干扰措施；6.常用传感器及其测量电路（支撑课程目标3、4）传感器分类；机械式传感器；电阻、电容与电感式传感器的测量原理；磁电、压电与热电传感器的测量原理；热电偶效应；半导体传感器测量原理；7.信号调理与记录（支撑课程目标3）直流电桥及交流电桥的连接方式和工作原理、信号的调制与解调工作原理、滤波器及性能分析；8.信号处理的相关分析（支撑课程目标1、3）相关系数的概念；信号的自相关函数的概念及性质；信号的互相关函数的概念与性质；自功率谱密度函数的定义与物理意义；9.信号处理相关问题（支撑课程目标1、4）数字信号处理的基本步骤；信号数字化出现的问题；信号的时域采样、混叠与采样定理、信号功率谱分析及应用；10.计算机测试系统（支撑课程目标4）计算机测试系统的构成及数据总线发展历程、虚拟仪器特点及软件实现；3.2研讨环节3.3实验环节3.3上机环节四、教学安排本课程为课堂理论教学，建议学时分配如下表：五、教学方法在教学方式上，根据具体教学内容，综合运用课堂讲授和演示、课堂讨论、课堂练习、发现学习法和自学指导法，通过引入问题和启发式教学，使学生更加明确教学内容的知识体系，引导学生主动学习，激发内在学习动机，提高课堂的积极性。

《信号分析与处理》教学大纲适用测控专业（学期：20 -20 学年第学期48 学时）一、课程的性质和任务（200~300字）信号分析与处理理论严密、有广阔的工程背景，现在已经成为测控技术等专业的必备专业基础课，也是测控技术专业《控制工程基础》等的后续课程。

学习信号分析与处理课程，对培养学生的科学思维能力，提高学生分析问题和解决问题的能力都有重要的作用。

通过本课程的学习，应使学生掌握信号分析与处理的基本理论和方法。

主要任务包括理解和掌握以下内容：1．信号和系统的定义和分类；2．连续信号的时域分析方法；3．连续信号的频域分析方法；4．信号的相关分析方法；5．离散信号的时域分析方法；6．离散信号的频域分析方法；7．离散信号的Z域分析方法。

二、课程的教学内容（1500~2500字）1绪论1.1信号及其分类1.1.1信号、信息、消息及其关系，信号与噪声; 信号的描述方法1.1.2信号的分类1）确定性信号与随机信号2）能量信号与功率信号3）连续信号与离散信号（模拟信号与数字信号）4）周期信号与非周期信号1.2信号分析与处理概述1.3自动控制系统中的信号分析与处理，信号分析的基本方法信号分析处理的对象、方法，信号分析在现代测控系统中的地位和作用，与相关课程的关系4.1 系统及其性质4.1.1系统的概念：系统的概念；系统与信号的关系4.1.2系统的性质：系统的性质:稳定性、记忆性、因果性、可逆性、线性、时不变性2连续信号的分析2.1 连续信号的时域分析2.1.1信号的描述方法2.1.2信号的基本运算2.1.3信号的分解2.2连续信号的频域分析2.2.1周期信号的频谱分析2.2.2非周期信号的频谱分析2.3.3傅里叶变换的性质2.4 信号的相关分析2.4.1相关系数2.4.2相关函数2.4.3相关定理3离散信号的分析3.1离散信号的时域描述和分析3.1.1信号的采样和恢复3.1.2时域采样定理3.1.3频域采样定理3.1.4离散信号的描述3.1.5离散信号的时域运算3.2离散信号的频域分析3．2.1周期信号的频域分析3.2.2非周期信号的频域分析3.2.3离散傅里叶变换（DFT）3.3快速离散傅里叶变换（FFT）3.3.1快速傅里叶变换的思路3.3.2基2 FFT算法3.3.3 FFT的应用3.4 离散信号的Z域分析3.4.1离散信号的Z变换3.4.2Z变换于其他变换之间的关系6随机信号处理概述三、课程的教学要求（500~1500字）(1)弄清消息、信息、信号的基本概念；信号的分类。

“信号分析与处理”教学大纲课程代码：10120440课程名称（中英文）：信号分析与处理Signal Analysis and Processing学分：2.5-1周学时：5-2面向对象：电气工程类专业本科生预修课程要求：高等数学、复变函数、线性代数、电路原理一、课程介绍本课程主要讨论信号分析、线性时不变系统分析、数字信号处理、数字滤波器的基本理论和方法。

并通过实例分析，向学生介绍工程应用中的重要方法。

二、教学目标（一）学习目标通过本课程的学习，使学生系统地掌握信号分析与处理的基础知识，培养学生信号理论分析和计算的能力。

（二）可测量结果（1）熟悉傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换、离散时间傅里叶变换的定义及相互关系。

（2）能利用DFT（FFT）对信号进行频谱分析。

（3）能通过数字滤波器的系统函数评估数字滤波器的滤波性能。

（4）能根据给定设计指标设计IIR数字滤波器和FIR数字滤波器。

（5）能利用LabVIEW、Matlab等仿真工具对信号进行分析与处理。

（6）了解信号分析与处理的工程应用，初步实现对实际工程信号的分析与处理。

三、主要内容及学时分配（1）理论教学第一次：信号的定义、分类（2学时）主要内容：信号的定义，消息、信息、信号的关系。

信号的分类。

信号分析与处理的基本内容简介并举例。

系统的定义、信号与系统的关系，系统研究的内容和方法。

自动控制系统中的信号分析与处理。

第二次：系统、连续信号的时域描述和分析（3学时）主要内容：正弦信号、实指数信号、复指数信号、取样函数、单位斜坡信号、单位阶跃信号、矩形脉冲信号、单位冲激信号的定义。

连续信号的尺度变换、翻转、平移、叠加与相乘、微分与积分、卷积积分。

正交函数集、信号的正交分解、帕斯瓦尔方程。

第三次：傅里叶级数和傅里叶变换（2学时）主要内容：傅里叶级数的定义，傅里叶级数的两种表达方式。

周期矩形脉冲的傅里叶级数、正弦型信号的傅里叶级数。

周期信号的功率分配。

非周期信号的傅里叶变换对推导。