课程代码

01022014

课程名称

测试技术与信号处理

Measuring   Technology and Signal Processing

课程性质

本课程是机械类各专业的一门重要的专业基础课，是机械类专业学生必修的主干课程。主要介绍测试系统的组成原理与应用。

学分/学时

3学分 / 48学时，其中：实验学时6

开课学期

第五学期

开课单位

机械工程学院

适用专业

机械类各专业

先修课程

高等数学、大学物理、理论力学、材料力学、电工电子学

后续课程

数控技术及应用、机械制造技术

教材及参考书

[1]吴祥．测试技术. 南京：东南大学出版社，2014

[2]贾民平等．测试技术（第二版）．北京：高等教育出版社，2009

[3]黄长艺等．机械工程测试技术基础．北京：机械工业出版社，1995

[4]张洪亭等．测试技术．沈阳：东北大学出版社，2005

1课程简介

本课程主要介绍机械工程动态测试中常用的传感器、中间变换器及记录仪器的工作原理，测量装置基本特性的评价方法，测试信号的分析和处理方法以及常见物理量的测量方法。通过本课程的学习，培养学生合理地选用测试装置的能力并初步掌握进行动态测试所需的基础知识和技能，为学生进一步学习、研究和处理机械工程技术问题打下基础。

2课程所支撑的毕业要求

本课程支撑毕业要求1、毕业要求4的如下指标点。

1毕业要求1：掌握机械工程相关知识，能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂机械工程问题。

指标点1.3：具有机械设计制造专业基础知识及其应用能力，并了解机械行业的前沿发展现状和趋势。

2 毕业要求4：具有基于科学原理并采用科学方法对复杂机械工程问题进行研究的初步能力，包括能设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。

指标点4.2:   能够基于科学原理并采用科学方法对机械零件、结构、装置、系统制定实验方案并实施。

指标点4.3：能够对实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。

3 教学目标

1. 熟悉信号的分类方法和分类结果；掌握信号的特点和分析方法。

2. 掌握测试系统静动态特性的概念和描述方法；掌握并能应用实现不失真测试的条件。

3. 掌握各种常用传感器的类型、工作原理、主要特性、优缺点、适用范围和使用中的注意点。

4. 掌握各类信号调理与记录仪器的工作原理、特点和选用原则。

5. 掌握各种信号分析与处理方法的概念、特点及工程应用

6. 了解测试科学与技术的发展趋势

7. 能够根据需求选择合适的测试系统并进行分析。

8. 具有能够依据已有的测试系统进行测试工作的能力。

9. 具有选择合适的传感器等器件和装置的能力，能够根据具体需求合理的设计出测试系统的能力。

10. 具有信号分析处理的能力，能够针对被测对象给出测试的结果，并且能够针对结果给出相应的解释，应用于工程实践的能力。

4教学目标与毕业要求指标点的对应关系

教学目标与毕业要求指标点的对应关系表

5教学基本内容

根据工科类专业人才对现代机械系统综合设计与研究能力的要求以及现代测试技术发展趋势，依据工业系统信息流的传递过程授课，教学内容包含机械工程动态测试中常用的传感器、中间变换器及记录仪器的工作原理，测量装置基本特性的评价方法，测试信号的分析和处理方法以及常见物理量的测量方法。

本课程按照：基本概念、测试分析方法、工程应用的体系组织教学。理论教学课时42学时，实验6学时，其中：

1、绪论（1学时）（支撑教学目标1、6）

测试的基本概念；测试技术的地位与作用；测试技术的内容和任务；测试过程和测试系统的组成；测试技术的发展；本课程的特点、教学内容和学习要求。

2、信号及其描述（8学时）（支撑教学目标1）

信号的分类与描述：信号的分类；信号的描述方法。周期信号的描述：周周期信号的频域描述；周期信号的特征参数描述。非周期信号的描述：傅里叶变换；傅里叶变换的主要性质；几种典型信号的频谱。随机信号的描述：随机信号的概念及分类；随机信号的主要特征参数。

3、测试系统的基本特性（7学时）（支撑教学目标2、7）

概述：测试系统与线性系统；线性系统及其主要性质；测试系统的特性。测试系统的静态特性：非线性度；灵敏度；分辨力；回程误差；漂移。测试系统的动态特性：传递函数；频响函数；脉冲响应函数；环节的串联和并联；一阶、二阶系统的动态特性。测试系统在典型输入下的响应：测试系统在任意输入下的响应；测试系统在单位阶跃输入下的响应；测试系统在单位正弦输入下的响应。实现不失真测试的条件：不失真测试的概念；实现不失真测试的条件；装置特性对测试的影响。

4、常用传感器（6学时）（支撑教学目标3、9）

传感器概述：传感器的概念；传感器的分类；传感器的性能要求。电阻式传感器：电阻应变式传感器；压阻式传感器。电感式传感器：可变磁阻式、电涡流式、差动变压器式电感传感器。电容式传感器：工作原理及分类；特点；应用举例。压电式传感器：压电效应与压电材料；压电式传感器及其等效电路；压电元件常用的结构形式；测量电路；压电式传感器的应用。磁电式传感器：磁电感应式传感器。传感器选用原则：灵敏度、线性范围、响应特性、稳定性、精确度、其他选用原则。

5、信号的调理与记录（8学时）（支撑教学目标4、8、9）

电桥：直流电桥的工作原理、平衡条件、联接方式、和差特性及应用；电桥测量的误差及其补偿；直流电桥与干扰；交流电桥的平衡条件及常用电桥的形式。调制与解调：幅值调制与解调；频率调制与解调。滤波器：滤波器的分类；滤波器性能分析；RC调谐式滤波器。信号的显示与记录：概述；信号显示与记录的类型及特点。

6、信号的分析与处理（6学时）（支撑教学目标5、10）

概述：信号分析和处理的目的；信号分析和处理的内容；信号分析和处理的方法；数字信号处理的基本步骤；数字信号处理设备简介。信号的时域分析：特征值分析；概率密度函数分析；信号的相关分析：相关的概念；自相关分析；互相关分析；相关技术的工程应用。信号的频域分析：功率谱分析及其应用；相干函数；倒谱分析。

7、现代测试系统（6学时）（支撑教学目标6、7、10）

计算机测试系统的基本组成：概述；多路模拟开关；A/D转换与D/A转换器；采样保持（S/H）电路；多通道数据采集系统的组成方式。总线技术简介：总线的基本概念及其标准化；总线的通信方式；测控系统内部总线；测控系统外部总线。虚拟仪器：概述；虚拟仪器的硬件系统；虚拟仪器的软件系统；虚拟仪器的发展趋势。

8、实验（6学时）（支撑教学目标7、8、9、10）

（1）周期信号的合成与分解及谱分析

（2）电阻应变片及桥式测量电路的应用

(3) 典型信号的数字分析与处理

教学方法

课程教学以课堂教学、课外作业、实验教学、综合习题课、网络互动答疑等环节共同实施。

本课程以信号的流程为主线，重点讲授信号的获取、信号的变换、信号的显示和记录、信号的分析和处理等测试技术中的各个环节，并结合常用物理量的测试方法讲授测试系统的选择、组成和应用。通过授课与讨论、实验与课程设计等重点培养学生的测试系统设计能力、测试仪器设备使用能力和对测试结果进行分析处理的能力，培养学生的工程实践能力和创新能力。

本课程的教学将充分利用数字化技术、网络技术制作丰富多彩的教学和辅导材料，调动学习积极性，提高教学效率。本课程注重教与学过程，采用每周作业、实验、书面考试等多种形式综合考核。

7课程考核及成绩评定

本门课程依据全程监控的理念进行考核。

7.1 考核目标：在考核学生对测试技术的基础理论和基本方法掌握程度的基础上，重点考核学生对其中的传感器等测试系统各部分组成的应用的掌握。

7.2 考核方式：包括3个部分，分别为平时成绩、实验成绩以及期末考试。具体要求及评分方法如下：

7.2.1 平时成绩：平时成绩主要包括平时作业，占总成绩的10%。对于作业方面要求学生必须独立完成并在规定课程上课前提交，上课后不再接收作业。上课前不能提交作业者，按未按时提交作业处理。未按时提交作业或作业有抄袭（雷同）现象的，该次作业成绩按零分计。

7.2.2实验成绩：占总成绩的20%。实验不出勤，最后提交抄袭的实验报告，则实验成绩为零。根据实验过程中的认真程度以及最后实验报告的书写以及分析详尽程度来最终确定实验成绩并且汇总到总的成绩中。

7.2.3 期末考试：期末考试占总成绩的70%。