职称：教师
机械工程测试技术
浙江农林大学
主讲教师：彭何欢
教师团队：共3位
- 倪忠进
- 胡栋
- 彭何欢
机械工程测试技术是机械大类专业的平台课程和专业方向选修课，研究对象是机械工程中的静态与动态物理量的测量与试验。课程内容包括测试系统基本概念，常用传感器测量原理，测量信号分析基本方法，测试系统特性和计算机虚拟测量系统等方面的基础知识，培养学生独立工作能力和分析测试能力，为今后的机械研究工作打下基础。
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《机械工程测试技术》课程教学大纲
一、课程基本信息
二、课程教学目标
课程目标1：运用测试技术的专业知识来分析机械工程领域内温度、力、压力、噪声等常见物理量复杂的信号如何来进行测量和处理的问题，并能对上述信号进行调理和记录。（支撑指标点1.3）
课程目标2：运用测试技术的信号处理原理，借助于参考文献，分析信号的不失真的基本条件，并获得完整信号的过程和结果。（支撑指标点2.4）
课程目标3：运用测试技术的科学原理，对常用传感器、信号及阻抗应变信号和虚拟仪器等机械工程问题进行研究，实现机械工程信号的采集、传输与变换，按照合理步骤进行实验获取数据，实现机械工程问题的解决方案。（支撑指标点4.2）
课程目标4：利用机械工程测试技术软件LABVIEW对测试信号进行调制、放大、滤波和解调等模拟信号的处理。（支撑指标点5.2）
三、教学章节与学时安排
类别 | 教学内容与章节 | 学时数 |
理论教学 部分 | 第1章绪论 | 4 |
第2章测试信号的描述 | 6 | |
第3章测试信号的分析与处理 | 8 | |
第4章测试系统的基本特性 | 6 | |
第5章常用机械量测量的传感器 | 8 | |
第6章测试信号的调理及其记录 | 8 | |
第7章计算机虚拟仪器技术 | 4 | |
合计 | 44 | |
实验教学 部分 | 1.传感器性能实验 | 2 |
2.信号及阻抗应变测试实验 | 2 | |
3.虚拟仪器综合实验 | 4 | |
合计 | 8 | |
四、教学内容与教学方法
（一）理论教学
第1章绪论（支撑课程目标1）
教学内容：1.测试系统概述；2.测试系统的组成；3.测试技术的工程应用；4.测试技术的发展趋势；5.测量的基础知识。
教学设计：课堂上使用多媒体教室进行讲授，通过生活中常见的测试仪器进行测试系统和测试技术机电系统常见的闭环控制系统进行讲解，并通过观看短视频加深印象。
学习目标：1.理解课程的任务、性质；测试技术在机械工业改造、产品开发及科学研究中的作用； 2.了解测试技术的发展过程； 3.掌握测试工作的基本内容和基本步骤；测试系统的基本组成；课程内容、范畴和它在教学计划中的地位以及课程的学习方法。
学习评价：布置课堂小测验或课后作业，通过测验、作业正确性和期末考试进行学习效果评价。
第2章测试信号的描述（支撑课程目标1）
教学内容：1.信号、分类及其描述方法；2.周期信号的频域描述；3.非周期信号的频域描述；4.随机信号的描述。
教学设计：课堂上在多媒体教室进行讲授，分别阐述周期信号、非周期信号及随机信号的频谱特点、特征参数及描述的方法。
学习目标：1.掌握信号分类；时域描述与频域描述；周期信号与傅氏级数；周期信号的离散频谱；周期信号的强度表达：峰值、平均值、有效值、平均功率。 2.了解非周期信号与傅氏变换；非周期信号的连续频谱。随机信号；随机信号的主要特征参数：均值、均方根值、概率密度函数；宽带随机信号；窄带随机信号。 3.理解傅氏变换的几个主要性质；几个典型信号的函数，如脉冲、脉冲序列、矩形窗函数、三角窗函数。
学习评价：布置课堂小测验或课后作业，通过测验、作业正确性和期末考试进行学习效果评价。
第3章测试信号的分析与处理（支撑课程目标2）
教学内容：1.相关分析及应用；2.功率谱分析及应用；3.数字信号的分析与处理基础。
教学设计：课堂上采用多媒体讲授，在讲授相关函数和功率谱密度函数时要注意推导的步骤。
学习目标：1.理解相关分析，相关系数和相关函数（自相关函数、互相关函数）；周期信号的相关函数，随机信号的相关函数；相关函数的估计及其在工程测试中的应用。2.了解功率谱密度函数（自功率谱密度函数、互功率谱密度函数）；功率谱估计及其应用；时域采样及采样定理；量化及量化误差；数字信号处理的概念介绍；信号的截断、泄漏和窗函数；频率采样及栅栏效应；数字信号处理的应用举例。
学习评价：布置课堂小测验或课后作业，通过测验、作业正确性和期末考试进行学习效果评价。
第4章测试系统的基本特性（支撑课程目标2）
教学内容：1.概述；2.测试系统的静态特性；3.测试系统的动态特性；4.测试系统的动态响应；5.不失真测试的条件。
教学设计：课堂上在多媒体教室进行讲授，特别在讲解测试系统的动态特性时二阶系统动态特征的重要参数系统阻尼比系数对系统的影响。
学习目标： 1.掌握线性系统及其主要特性；静态特性：灵敏度、线性度、精度；系统的动态特性； 2.理解传递函数、频率响应函数和脉冲响应函数；不失真测量的条件；一、二阶系统对典型输入（如脉冲、阶跃、正弦）响应及其在典型测试装置中反映的举例；测试装置动态特性的测定； 3.了解信号经测量环节后的输出与测量环节特性间的关系。
学习评价：布置课堂小测验或课后作业，通过测验、作业正确性和期末考试进行学习效果评价。
第5章常用机械量测量的传感器（支撑课程目标3）
教学内容：1.概述；2.机械振动传感器；3.温度信号传感器；4.力信号传感器；5.光信号传感器；6.图像传感器。
教学设计：课堂上在多媒体教室进行讲授，机械系统不同的装置采用不用传感器，以及根据不同的条件传感器的分类也不同。
学习目标：1.了解传感器的分类及其主要技术要求； 2.理解机械敏感元件；传感器的选用原则及应用举例；3.掌握常用的传感器的变换原理、性能、应用特点和典型结构。包括：电阻传感器、电感传感器、电容传感器、磁电式传感器、压电传感器及其并联电路。
学习评价：布置课堂小测验或课后作业，通过测验、作业正确性和期末考试进行学习效果评价。
6.测试信号的调理及其记录（支撑课程目标4）
教学内容：1.概述；2.电桥；3.滤波器；4.调制与解调。
教学设计：课堂上在多媒体教室进行讲授，运用实际的例子来说明信号的调幅，调频及其解调的整个过程。
学习目标：1.理解测试信号的中间变换处理；2.掌握电桥电路（直流电桥、交流电桥）的作用；滤波器的分类和特性；调制与解调的过程；了解信号的显示、记录和存储。
学习评价：布置课堂小测验或课后作业，通过测验、作业正确性和期末考试进行学习效果评价。
7. 计算机虚拟仪器技术（支撑课程目标4）
教学内容：1.虚拟仪器的构成和工作原理；2.常用的虚拟仪器开发平台。
教学设计：课堂上在多媒体教室进行讲授，并通过演示LABVIEW仿真软件，展示虚拟仿真技术的作用和意义。
学习目标：1.了解计算机化检测系统的组成、基本设计方法； 2.掌握虚拟仪器基本原理和应用。
学习评价：布置课堂小测验或课后作业，通过测验、作业正确性和期末考试进行学习效果评价。
（二）实验教学（支撑课程目标3）
序号 | 实验项目 | 实验内容 | 必做 | 实验项目类型 | 教学方式 | 学时分配 |
1 | 传感器性能实验 | 熟悉各类型传感器组成和工作原理，掌握传感器数据采集，放大等实验操作方法。培养学生自主决策能力、表达能力、社交能力、组织管理能力，提高实践能力和动手操作能力。 | √ | 验证性 | 教师讲解程序代码的含义并演示，指出在试验中可能出现的错误及原因，学生自己完成实验。 | 2 |
2 | 信号及阻抗应变测试实验 | 掌握电阻应变片粘贴技术，绝缘处理、防潮、接线和粘贴质量检查等基本技术，掌握电测应力、应变实验原理与电桥接线方法。培养学生自主决策能力、表达能力、社交能力、组织管理能力，提高实践能力和动手操作能力。 | √ | 验证性 | 教师讲解程序代码的含义并演示，指出在试验中可能出现的错误及原因，学生自己完成实验。 | 2 |
3 | 虚拟仪器综合实验 | 用声卡作为数据采集装置的LabVIEW编程方法，理解虚拟仪器的组成，理解数据采集、数据分析的重要性，用LabVIEW实现测试系统的优点。培养学生自主决策能力、表达能力、社交能力、组织管理能力，提高实践能力和动手操作能力。 | √ | 综合性 | 教师讲解程序代码的含义并演示，指出在试验中可能出现的错误及原因，学生自己完成实验。 | 4 |
总计 | 8 | |||||
五、考核及成绩评定
（一）考核项目及比例
最终成绩＝作业或测验总评成绩×20%+实验总评成绩×10%+期中测验或专题项目20%+期末考试×50%
其中：作业或测验总评成绩为各次课堂测验或课后作业成绩的平均值；
实验总评成绩为各次实验成绩的平均值；
（二）各成绩与课程目标之间的支撑关系
课程目标 | 考核方式 | 目标达成评价方法 | ||
成绩在各课程目标占比 | 成绩在总评分点占比 | 本指标点在总评分占比 | ||
课程目标1：运用测试技术的专业知识来分析机械工程领域内温度、力、压力、噪声等常见物理量复杂的信号如何来进行测量和处理的问题，并能对上述信号进行调理和记录。 | 作业或测验 | 25% | 5% | 20% |
期中测试或专题项目 | 25% | 5% | ||
期末考试 | 20% | 10% | ||
课程目标2：运用测试技术的信号处理原理，借助于参考文献，分析信号的不失真的基本条件，并获得完整信号的过程和结果。 | 作业或测验 | 25% | 5% | 35% |
期中测验或专题项目 | 75% | 15% | ||
期末考试 | 30% | 15% | ||
课程目标3：运用测试技术的科学原理，对常用传感器、信号及阻抗应变信号和虚拟仪器等机械工程问题进行研究，实现信号的采集、传输与变换，按照合理步骤进行实验获取数据，实现机械工程问题的解决方案。 | 作业或测验 | 25% | 5% | 35% |
实验 | 100% | 10% | ||
期末试卷 | 40% | 20% | ||
课程目标4：利用机械工程测试技术软件LABVIEW对测试信号进行调制、放大、滤波和解调等模拟信号的处理。 | 作业或测验 | 25% | 5% | 10% |
期末考试 | 10% | 5% | ||
合计 | 100% | |||
（三）评定标准：
1. 作业或测验共有3-5次，主要考查课程目标1、2、3。每次按百分制给出成绩。
完成情况 | 成绩 |
严格按照作业或测验要求及时完成和提交作业或测验，基本概念清晰，作业或测验规范，设计计算结果正确或仅有极少细节错误，解决方案合理。 | A（90-100分） |
严格按照作业或测验要求及时完成和提交作业或测验，基本概念清晰，作业或测验规范，设计计算结果基本正确或有少量错误，基本能提出解决问题的合理方案。 | B（80-89分） |
基本按照作业或测验要求及时完成和提交作业或测验，基本概念基本清晰，作业或测验较规范，设计计算结果基本正确，基本能提出解决问题的合理方案。 | C（70-79分） |
尚能按照作业或测验要求完成和提交作业或测验，基本概念基本清晰，设计计算结果部分正确，能部分提出解决问题的合理方案。 | D（60-69分） |
未按照作业或测验要求完成作业或测验或不交作业或测验，基本概念不清晰，设计计算结果不正确，不能提出解决问题的合理方案。 | E（0-59分） |
2. 实验：有3次实验，实验报告描述目的，原理、设计、过程、现象、结果和分析，主要考查课程目标3，每次按百分制给出成绩后求平均值，再按权重占比求出成绩。
完成情况 | 成绩 |
能很好地使用相关实验仪器设备并进行实验，实验过程中能正确熟练操作传感实验设备，正确连线，能正确分析、设计和解释实验数据结果，得到合理有效的结论。实验报告内容完整、结果正确、表述清晰、格式工整。 | A（90-100分） |
能较好地使用相关实验仪器设备并进行实验，实验过程中能正确较为熟练使用传感实验设备，较为正确连线，能正确分析、设计和解释实验数据结果，得到合理有效的结论。实验报告内容完整、结果正确、表述清晰、格式较为工整。 | B（80-89分） |
基本能使用相关实验仪器设备并进行实验，实验过程中能正确使用传感实验设备，连线基本正确，基本能正确分析、设计和解释实验数据结果，得到有效的结论。实验报告完成较好、完整、少部分结果有误、表述尚清晰、书写较工整。 | C（70-79分） |
能使用相关实验仪器设备并进行实验，实验过程中能正确使用传感实验设备，基本能正确连线，基本能分析、设计和解释实验数据结果，得到有效的结论。基本完成实验报告、少部分结果有误、表述尚清晰、书写不够工整。 | D（60-69分） |
实验过程中能正确使用传感实验设备，基本能分析、设计和解释实验数据结果，得到有效结论。实验报告完成较差、多数结果有误、表述不清晰、书写潦草。 | E（0-59分） |
3.课程试卷设计方案
课程目标 | 考察点 | 占比 | |||
期中测验 | 期末考试 | 期中 | 期末 | 备注 | |
课程目标1：运用测试技术专业知识来分析机械工程领域内温度、力、压力、噪声等常见物理量复杂的信号如何来进行测量和处理的问题，并能对上述信号进行调理和记录。 | 工程测试技术任务、性质；周期信号、非周期信号、随机信号特点、分析和选择 | 工程测试技术任务、性质；周期信号、非周期信号、随机信号的特点、分析和选择、典型信号分析及应用 | 25% | 15% | 题型：选择题、填空题、简答题、计算题；难度分：容易、中等偏易、中等偏难、难，比例构成为10：30：40：20 |
课程目标2：运用测试技术信号处理原理，借助参考文献，分析信号的不失真的基本条件，并获得完整信号的过程和结果。 | 信号的自相关函数、互相关函数性质特点，功率谱函数，数字信号的特点和分析 | 信号自相关函数、互相关函数性质特点，功率谱函数，数字信号特点和分析，信号截断、泄漏和窗函数，频率采样及栅栏效应 | 75% | 15% | 题型：选择题、填空题、简答题、计算题；难度分：容易、中等偏易、中等偏难、难，比例构成为10：30：40：20 |
课程目标3：运用测试技术的科学原理，对常用传感器、信号及阻抗应变信号和虚拟仪器等机械工程问题进行研究，实现机械工程信号的采集、传输与变换，按照合理步骤进行实验获取数据，实现机械工程问题的解决方案。 | 线性系统及其主要特性，静态特性和动态特性，不失真测量的条件，一、二阶系统对典型输入响应，传感器分类及其主要技术要求，常用传感器的特点、变换原理、性能、应用特点和典型结构 | 0 | 60% | 题型：选择题、填空题、简答题、计算题；难度分：容易、中等偏易、中等偏难、难，比例构成为10：30：40：20 | |
课程目标4：利用机械工程测试技术软件LABVIEW对测试信号进行调制、放大、滤波和解调等模拟信号的处理。 | 测试信号中间变换处理，电桥电路作用，滤波器分类和特性，调制与解调的过程，信号的显示、记录和存储 | 0 | 10% | 题型：综合分析题；难度：中等偏难 | |
六、主要教材及参考用书
教材：
《机械工程测试技术》杨将新、杨世锡编著，高等教育出版社，2008年，ISBN：9787040239294。
参考书：
1.《工程测试技术基础》，张春华编著，华中科技大学业出版社，2011年，ISBN：9787560968780。
2. 《传感器与检测技术》，胡向东编著，机械工业出版社，2011年，ISBN：9787111258087。
3.《虚拟仪器设计教程》，黄松岭,王坤,赵伟著，清华大学出版社，2015年，ISBN：9787302399155。
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