《機械工程測試技術A》教學大綱

《機械工程測試技術A》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：01140421課程性質：專業(yè)必修課程學分：2學分學時：32學時（理論28學時，實驗4學時）先修課程：大學物理、理論力學、材料力學、電工與電子技術、C程序設計等后續(xù)課程：機電傳動控制與PLC、企業(yè)技術改造創(chuàng)新、機械創(chuàng)新綜合能力訓練適用專業(yè)：機械設計制造及其自動化開課單位：機械工程學院一、課程說明《機械工程測試技術A》是機械設計制造及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)必修課程。該課程圍繞機械工程領域中常見物理量的測試問題，講述工程測試的基本理論、方法和實施過程，使學生初步具備搭建與分析測試系統(tǒng)的能力，為學習其他有關課程及以后從事技術工作打下必要的基礎。本課程既注重基本理論知識的學習，還注重對學生動手能力和工程實踐能力的培養(yǎng)，兼顧新技術及其發(fā)展方向的介紹，培養(yǎng)“厚基礎、寬口徑、高素質、強能力”的人才。二、課程目標通過本課程的學習，學生達到如下目標：課程目標1：掌握工程測試技術的基本理論（傳感器原理、信號分析與調理、測試系統(tǒng)特性），能對機械工程中的測試問題進行參數分析和評價，具備自主學習和工程應用能力。課程目標2：針對具體的機械工程測試應用任務，能夠合理選擇傳感器、信號分析方法，分析影響測試穩(wěn)定性、響應時間和精度的因素，構建測試系統(tǒng)。課程目標3：能夠運用機械工程測試理論，對常見物理量進行測試，制定合理的試驗方案，運用相關軟件對數據進行采集、分析與處理。三、課程目標與畢業(yè)要求《機械工程測試技術A》課程教學目標對機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度1.工程知識1.3掌握專業(yè)基礎知識，能夠將機械工程領域的相關知識和數學模型用于推演和分析，并將該能力用于解決機械工程中的復雜問題課程目標1：握工程測試技術的基本理論（傳感器原理、信號分析與調理、測試系統(tǒng)特性），能對機械工程中的測試問題進行參數分析和評價，具備自主學習和工程應用能力。M3.設計/開發(fā)解決方案3.1能夠針對具備不同特點機械工程中的復雜工程問題進行分析和提煉，設計解決方案課程目標2：針對具體的機械工程測試應用任務，能夠合理選擇傳感器、信號分析方法，分析影響測試穩(wěn)定性、響應時間和精度的因素，構建測試系統(tǒng)。H4.研究4.2能夠基于科學原理并采用科學方法對具體機械工程中的復雜工程問題設計實驗，并對實驗數據進行采集、分析與處理課程目標3：能夠運用機械工程測試理論，對常見物理量進行測試，制定合理的試驗方案，運用相關軟件對數據進行采集、分析與處理。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關畢業(yè)要求的關聯度。四、教學內容、基本要求與學時分配1.理論部分理論部分的教學內容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內容、基本要求與學時分配教學內容教學要求，教學重點難點理論學時實驗學時對應的課程目標1.測試系統(tǒng)的構成1.1測試系統(tǒng)的構成1.2虛擬儀器技術教學要求：（1）理解測試技術的基本概念、原理和應用范圍，掌握測試系統(tǒng)的基本組成；（2）了解虛擬儀器在機械工程測試領域的應用。掌握虛擬儀器的概念、原理和實現方法；重點：理解測試技術的系統(tǒng)性和整體性。難點：從測試技術的角度解釋、分析機械工程問題。22.信號的描述2.1信號分類及描述2.2周期信號頻譜2.3非周期信號的頻譜教學要求：（1）了解測試技術的現狀和發(fā)展趨勢；（2）了解信號的分類，理解信號的頻域描述；（3）掌握周期信號與非周期信號頻譜分析的方法和傅里葉變換的基本性質；（4）初步具備分析和處理信號的能力。重點：頻域概念的建立與理解。難點：確定性信號的頻譜分析方法。413.信號分析與處理3.1模擬信號的采集3.2隨機信號3.3信號的相關分析及應用3.4信號的功率譜分析及應用教學要求：（1）了解數字信號處理的基本方法。（2）掌握信號數字化處理中的基本概念、步驟和問題；（3）掌握相關分析和功率譜分析中有關函數的含義及其應用；重點：相關分析、功率譜分析的概念和性質。難點:信號數字化處理的變換過程。414.常用傳感器4.1傳感器的基本概念4.2電阻式傳感器4.3電容式傳感器4.5壓電式傳感器4.6磁電與熱電式傳感器4.7光纖傳感器4.8傳感器的選用原則教學要求：（1）掌握常用傳感器的工作原理及特性；（2）掌握常用傳感器的典型應用；（3）初步具備合理選用傳感器的能力。重點：傳感器的工作原理。難點：傳感器的輸入輸出特性及典型應用。621、25.信號的調理5.1電橋電路5.2調制與解調5.3信號的放大5.4濾波器教學要求：（1）能夠掌握信號調理的基本方法、原理與特點；（2）理解信號調理環(huán)節(jié)在測試系統(tǒng)設計與應用中的作用。重點：電橋輸出電壓與非線性誤差，電橋和差特性及應用。難點:調制與解調原理及應用，實際濾波器特征參數及應用。41、26.測量系統(tǒng)的基本特性6.1測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性6.2測量系統(tǒng)的動態(tài)特性6.3測量系統(tǒng)實現不失真測量的條件6.4常見測量系統(tǒng)的頻率響應特性6.5測量系統(tǒng)動態(tài)特性的測量教學要求：（1）能夠從靜態(tài)和動態(tài)兩方面對測量裝置基本特性進行分析；（2）能夠求得測量裝置的頻率響應函數；（3）掌握描述線性系統(tǒng)動態(tài)特性的基本方法。重點：測量裝置的動態(tài)特性。難點：測量裝置的頻率響應。41、27.測試技術的工程應用7.1位移的測量7.2振動的測量7.3應變、力與力矩的測量教學要求：（1）了解位移和振動的測量方法，理解其測量原理；（2）掌握常用的位移和振動測量傳感器的工作原理和應用；（3）基本具備測量位移和振動的能力。重點:位移和振動測量傳感器的工作原理，布置方式。難點:位移和振動的測量方法。421、2、3合計2842.實驗部分實驗部分的教學內容、基本要求與學時分配見表3。表3實驗項目、實驗內容與學時實驗項目實驗內容和要求實驗學時對應的課程目標1.常用傳感器的應用實驗內容：光電傳感器、磁電傳感器、振動速度和加速度傳感器、噪聲傳感器、熱電偶等傳感器的應用。實驗要求：理解和掌握實驗中各類傳感器的工作原理和測量方法，了解傳感器、放大器、數據采集等過程的原理及連接形式，掌握測試技術的原理和方法。222.綜合測量系統(tǒng)的設計與實踐實驗內容：基于Labview等虛擬儀器軟件和測試技術，利用光電傳感器、磁電傳感器、振動速度和加速度傳感器、噪聲傳感器、熱電偶等傳感器，設計測量系統(tǒng)，搭建測試系統(tǒng)。實驗要求：選擇2-3個測試對象和相應傳感器，搭建實驗臺、連接硬件，設計軟件界面和程序，準確完成測試工作。23合計4五、教學方法及手段本課程以課堂講授為主，遵循理論、分析和應用相結合的原則，結合工程案例、視頻資源、課程實驗、實踐任務等教學手段分章節(jié)、分步驟循序漸、融入思政元素進行授課環(huán)節(jié)，完成課程教學任務。促進學生積極思考，開發(fā)學生的潛能，培養(yǎng)學生思考問題、分析問題和解決問題的能力。在實驗教學環(huán)節(jié)中，增加設計性創(chuàng)新性實驗項目，采用教師講授和學生動手實踐的方法。在實驗前學生復習和掌握與本實驗有關的教學內容、認真閱讀實驗指導書；在實驗中要嚴格遵守實驗紀律，按操作規(guī)程使用儀器；實驗結束后，按規(guī)定對儀器進行維護保養(yǎng)；每完成一項實驗，學生完成一份實驗報告。六、課程資源1.推薦教材：（1）許同樂.機械工程測試技術(第3版)[M],北京：機械工業(yè)出版社，2023.2.參考書：熊詩波.機械工程測試技術基礎（第4版）[M]北京：機械工業(yè)出版社，2023.廖廣蘭.工程測試技術基礎[M],武漢：華中科技大學出版社，2021.李瑋華.機械工程測試技術基礎學習指導[M],北京：機械工業(yè)出版社，2023.李佳.機械工程測試技術習題與題解[M],北京：機械工業(yè)出版社，2022.3.期刊：《振動、測試與診斷》（中文核心）南京航空航天大學和全國高校機械工程測試技術研究會《機械工程學報》（EI）中國機械工程學會《振動與沖擊》（EI）中國振動工程學會、上海交通大學、上海市振動工程學會《振動工程學報》（EI）中國振動工程學會《SHOCKANDVIBRATION》（SCI）HindawiLimited《JOURNALOFSOUNDANDVIBRATION》（SCI）Elsevier4.網絡資源：孫涌，《機械工程測試技術基礎（第4版）》32學時合集.天津：天津科技大學，2022./video/BV1KP411H7XE/?p=2&spm_id_from=pageDriver&vd_source=46b4832bd1919e9acf4ba6db704dd1c7賈平民，《機械工程測試技術》.南京：中國大學MOOC開放課程，2020.\t"/learn/WHUT-1001587001?tid=1003051003"王三武，\t"/learn/WHUT-1001587001?tid=1003051003"丁毓峰，\t"/learn/WHUT-1001587001?tid=1003051003"宋春生.《測試技術》.武漢：中國大學MOOC開放課程，https://www..公眾號：模態(tài)空間七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關系見表4。表4課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標123課后作業(yè)20（1）主要考核學生對各知識點的復習、理解和掌握程度，滿分100分。（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭?010實踐任務20（1）主要考核學生對理論知識的理解、靈活運用及解決實際問題的能力，滿分100分。（2）實踐任務以小組形式開展，依據作品演示效果評分：作品可以是新技術調研報告、傳感器結構設計、測試應用程序開發(fā)等；評價指標包括但不限于內容新穎性、功能完善性、小組成員的參與度和活躍度等。（3）小組成員共享該環(huán)節(jié)成績，乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?510課程實驗10（1）根據每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質量單獨評分，滿分100分。（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭?5期末考核50（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核信號的分類及其頻域特征、測量系統(tǒng)的基本性質、常用傳感器的特點、信號調理分析與處理，機械工程領域常見參量的測試等內容。（3）考試題型：選擇題、填空題、判斷題、名詞解釋題、簡答題和分析計算題等?！獭獭?52015合計：100分304030八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課程實驗、課后作業(yè)、實踐任務和期末考試等方式進行考核評價。考核基本要求：考核總成績由期末試卷成績和過程性考核成績組成。其中：期末試卷成績?yōu)?00分（權重50%），試題類型為選擇題、填空題、判斷題、名詞解釋題、簡答題和分析計算題等類型，試卷中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應用題、分析題不低于50%；考試試題分值分配應與教學大綱各章節(jié)的學時基本成比例；課程實驗、課后作業(yè)、實踐任務等過程性考核成績?yōu)?00分（權重50%）。2.過程性考核成績的標準過程性考核方式重點考核內容、評價標準、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標準考核方式所占比重(100%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課后作業(yè)20作業(yè)完整，思路清晰，準確率大于90%，字跡工整。作業(yè)完整，準確率大于80%，字跡工整。不交作業(yè)2次以內，準確率大于70%。不交作業(yè)4次以內，準確率大于60%。不交作業(yè)5次以上，準確率小于60%。實踐任務20圓滿完成實踐任務，作品新穎性突出，分工明確，團結協作，作品演示效果好。按要求完成實踐任務，作品比較新穎，分工明確，團結協作，作品演示效果好?；就瓿蓪嵺`任務，分工明確，作品新穎性尚可，團結協作，作品演示效果較好。基本完成實踐任務，作品新穎性欠佳，分工明確，團結協作，作品演示效果