汽車試驗(yàn)學(xué)大綱

PAGEPAGE24《汽車試驗(yàn)學(xué)》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱汽車試驗(yàn)學(xué)課程編號(hào)課程性質(zhì)必修課課程類別專業(yè)課開課單位機(jī)電工程學(xué)院授課學(xué)期第6學(xué)期學(xué)分/學(xué)時(shí)2.5/40課內(nèi)學(xué)時(shí)40理論授課24上機(jī)學(xué)時(shí)課內(nèi)實(shí)踐16實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)課外學(xué)時(shí)0適用專業(yè)車輛工程是否雙語否先修課程《汽車構(gòu)造》《熱工基礎(chǔ)與發(fā)動(dòng)機(jī)原理》《汽車?yán)碚摗泛罄m(xù)課程《汽車動(dòng)力學(xué)》《汽車運(yùn)用工程》二、課程簡(jiǎn)介《汽車試驗(yàn)學(xué)》是車輛工程專業(yè)必修的核心專業(yè)課，為理論性較強(qiáng)的一門課程。本課程對(duì)汽車試驗(yàn)方面知識(shí)進(jìn)行理論講授及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，培養(yǎng)學(xué)生掌握汽車試驗(yàn)方面的基本概念、基本理論，具備設(shè)計(jì)和分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力，全面考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握、運(yùn)用、分析問題、解決問題能力,使學(xué)生具備實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)能力。三、課程目標(biāo)及對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐（一）課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到以下目標(biāo)：課程目標(biāo)1.通過課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解汽車試驗(yàn)的基本理論和基本技術(shù)。（知識(shí)目標(biāo)）課程目標(biāo)2.掌握汽車試驗(yàn)及測(cè)試的基本理論和基本方法、試驗(yàn)設(shè)備的特性和使用方法，具備汽車試驗(yàn)方案制定和測(cè)試數(shù)據(jù)的分析和處理的能力。（能力目標(biāo)）課程目標(biāo)3.培養(yǎng)學(xué)生追求真理的理想和獻(xiàn)身科學(xué)的精神，了解汽車試驗(yàn)學(xué)重要性和發(fā)展現(xiàn)狀，立足專業(yè)，為我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。通過實(shí)踐性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課程，激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)深層次的求知熱情、探索和創(chuàng)新精神，使學(xué)生善于思考，勇于實(shí)踐。（素質(zhì)目標(biāo)）（二）課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求課程目標(biāo)1對(duì)“畢業(yè)要求”（二）指標(biāo)點(diǎn)1-3：1-工程知識(shí)課程目標(biāo)2對(duì)“畢業(yè)要求”（二）指標(biāo)點(diǎn)2-4：對(duì)“畢業(yè)要求”（二）指標(biāo)點(diǎn)5-1：對(duì)“畢業(yè)要求”（二）指標(biāo)點(diǎn)5-22-問題分析5-使用現(xiàn)代工具課程目標(biāo)3對(duì)“畢業(yè)要求”（二）指標(biāo)點(diǎn)5-1對(duì)“畢業(yè)要求”（二）指標(biāo)點(diǎn)5-25-使用現(xiàn)代工具四、課程基本教學(xué)內(nèi)容及對(duì)課程目標(biāo)的支撐（一）課程基本教學(xué)內(nèi)容第一單元測(cè)量誤差分析及數(shù)據(jù)處理（學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)）理論課程模板1.課程主要內(nèi)容了解誤差的概念與分類，掌握誤差的分析與處理方法。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)3類誤差之間的聯(lián)系，隨機(jī)誤差的處理教學(xué)方法通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，闡明課程與教學(xué)基本原理，豐富學(xué)生課程與教學(xué)的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)規(guī)范；4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果對(duì)誤差分類與分析有了基本認(rèn)知和理解，并會(huì)對(duì)隨機(jī)誤差進(jìn)行基本的分析5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、3第二單元測(cè)量?jī)x表的技術(shù)特性（學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)）理論課程模板1.課程主要內(nèi)容了解測(cè)量?jī)x表的系統(tǒng)組成和靜動(dòng)態(tài)特性2.重點(diǎn)和難點(diǎn)靜動(dòng)態(tài)特性的理解教學(xué)方法通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，闡明課程與教學(xué)基本原理，豐富學(xué)生課程與教學(xué)的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)規(guī)范；4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果對(duì)儀表技術(shù)特性和系統(tǒng)組成有了基本認(rèn)知和理解，會(huì)對(duì)系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行判斷5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、3實(shí)驗(yàn)課程模板1.課程主要內(nèi)容1.測(cè)試兩個(gè)正弦信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)。2.測(cè)試4種典型信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)1.互相關(guān)分析原理。2.掌握自相關(guān)函數(shù)的測(cè)試方法。3.實(shí)施方式實(shí)驗(yàn)4.學(xué)習(xí)要求1.掌握互相關(guān)分析原理。2.掌握自相關(guān)分析原理。3.掌握互相關(guān)函數(shù)的測(cè)試方法。4.掌握自相關(guān)函數(shù)的測(cè)試方法。5.實(shí)驗(yàn)要求（涉及實(shí)驗(yàn)部分填寫）（1）實(shí)驗(yàn)屬性：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（2）開出要求：必做（3）分組要求：4人1組（4）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（包括①儀器設(shè)備、藥品試劑等，②預(yù)習(xí)要求，③……）使用LabVIEW提供的函數(shù)可以構(gòu)建一臺(tái)數(shù)字式的相關(guān)分析儀（5）其他要求：預(yù)習(xí)內(nèi)容如下：相關(guān)是指兩個(gè)變量之間的線性關(guān)系。相關(guān)分析是分析兩個(gè)信號(hào)之間關(guān)系或一個(gè)信號(hào)在一定時(shí)移前后之間關(guān)系的重要工具。在實(shí)際工程領(lǐng)域，相關(guān)測(cè)速、相關(guān)濾波和利用相關(guān)原理探測(cè)管道破裂點(diǎn)、識(shí)別信號(hào)類別成分等得到廣泛應(yīng)用。相關(guān)函數(shù)可以用相關(guān)分析儀測(cè)量。相關(guān)分析儀有模擬式和數(shù)字式兩種。使用LabVIEW提供的函數(shù)可以構(gòu)建一臺(tái)數(shù)字式的相關(guān)分析儀。兩模擬信號(hào)x(t)和y(t)做數(shù)字化處理以后，它們的相關(guān)函數(shù)表達(dá)形式應(yīng)為：式中N——沿時(shí)間軸的總采樣數(shù)；i——沿時(shí)間軸的采樣序數(shù)；r——間斷時(shí)移值。作為有限長(zhǎng)采樣的相關(guān)函數(shù)估計(jì)為用這一公式做離散相關(guān)的步驟是：（1）取r=0，將所有對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)的x(i)和y(i)相乘；（2）將所有乘積相加；（3）以總采樣點(diǎn)數(shù)做平均。得到相關(guān)函數(shù)的一個(gè)值Rxy(0)。（4）取r=1，將所有對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)的x(i)和y(i)相乘，然后相加、平均，得到Rxy(1)。依次取r=2，r=3，…按以上步驟重復(fù)計(jì)算得到相關(guān)函數(shù)的各個(gè)值。在x(i)和y(i)二離散序列長(zhǎng)度相等時(shí)，計(jì)算Rxy(0)可以用全部計(jì)算長(zhǎng)度數(shù)據(jù)來計(jì)算，而下一步計(jì)算時(shí)因y(i)做一步時(shí)移，使可提供計(jì)算的序列長(zhǎng)度由N變?yōu)镹－1。且隨時(shí)移增大，可提供計(jì)算的序列長(zhǎng)度越來越短，所以互相關(guān)函數(shù)的估值應(yīng)為與此類似，自相關(guān)函數(shù)的估值為L(zhǎng)abVIEW在“信號(hào)處理—>信號(hào)運(yùn)算”函數(shù)子選板中提供了求互相關(guān)的VI——CrossCorrelation，它所用的算法為求自相關(guān)的VI——AutoCorrelation——所用的算法為式（10-2-5）和式（10-2-6）的算法僅適用于確定性信號(hào)中的瞬態(tài)信號(hào)，所以在一般情況下還需要加以修正。6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果會(huì)畫出互相關(guān)函數(shù)圖形，會(huì)畫出實(shí)驗(yàn)中觀察到的四種典型信號(hào)的時(shí)域波形與自相關(guān)函數(shù)圖形。7.支撐課程目標(biāo)目標(biāo)1，2，3實(shí)驗(yàn)課程模板1.課程主要內(nèi)容1.進(jìn)行線位移測(cè)試。2.求出位移測(cè)試系統(tǒng)的線性度、滯后度和靈敏度。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)靜態(tài)特性的標(biāo)定方法。3.實(shí)施方式實(shí)驗(yàn)4.學(xué)習(xí)要求1.了解導(dǎo)電塑料位移傳感器的特性。2.掌握測(cè)試系統(tǒng)靜態(tài)特性的標(biāo)定方法。5.實(shí)驗(yàn)要求（涉及實(shí)驗(yàn)部分填寫）（1）實(shí)驗(yàn)屬性：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（2）開出要求：必做（3）分組要求：4人1組（4）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（包括①儀器設(shè)備、藥品試劑等，②預(yù)習(xí)要求，③……）位移測(cè)試的虛擬儀器（5）其他要求：預(yù)習(xí)內(nèi)容如下：位移測(cè)試在工程實(shí)踐中應(yīng)用廣泛。位移測(cè)試分線位移和角位移測(cè)試。1.位移測(cè)試的虛擬儀器硬件結(jié)構(gòu)位移傳感器信號(hào)調(diào)理卡計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡位移傳感器信號(hào)調(diào)理卡計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡圖1位移測(cè)試虛擬儀器硬件結(jié)構(gòu)圖中位移傳感器采用導(dǎo)電塑料電位計(jì)。導(dǎo)電塑料電位計(jì)因?yàn)闆]有線繞而使特性變化是連續(xù)的。而且能夠通過修磨邊緣的方法提高線性度。位移傳感器的后接電路采用電阻分壓電路，如圖2所示。圖中U0是信號(hào)調(diào)理卡提供的2.5伏激勵(lì)電壓；S是電刷的位移；Rs是S段電位計(jì)及導(dǎo)線電阻；RL是測(cè)試電路的電阻；R＇是為了減小RL的負(fù)載效應(yīng)而串聯(lián)在負(fù)荷電路中的可變電阻器，它的電刷與電位計(jì)電刷連動(dòng)，構(gòu)成雙電刷電位計(jì)，可以進(jìn)一步消除非線性誤差。U是傳感器輸出的電壓信號(hào)，接入信號(hào)調(diào)理卡。圖2位移傳感器電路信號(hào)調(diào)理卡為美國(guó)NI公司SC-2043-SG信號(hào)調(diào)理卡。SC-2043-SG主要為應(yīng)變調(diào)理設(shè)計(jì)，本次實(shí)驗(yàn)用它為傳感器提供激勵(lì)電壓和進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)接。位移傳感器安裝在傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，信號(hào)調(diào)理卡安裝在信號(hào)調(diào)理箱內(nèi)。2．測(cè)試系統(tǒng)靜態(tài)特性描述測(cè)試系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有線性度、滯后度、靈敏度和分辨率等。線性度線性度是測(cè)試裝置輸出、輸入之間保持常值比例關(guān)系的程度。在靜態(tài)測(cè)試情況下，通過實(shí)驗(yàn)來確定的被測(cè)試實(shí)際值x與測(cè)試裝置示值y之間函數(shù)關(guān)系的曲線稱為校準(zhǔn)曲線。為了使用簡(jiǎn)便而替代校準(zhǔn)曲線的直線稱為擬合直線。線性度可以用校準(zhǔn)曲線與擬合直線的最大偏差Ｂ來表示。也可以用相對(duì)誤差來表示，即式中Ａ為測(cè)試系統(tǒng)滿量程輸出范圍。確定擬合直線的方法有多種。其中最小二乘法擬合直線精度最高，它的基本含義是校準(zhǔn)直線上各數(shù)據(jù)點(diǎn)與擬合直線間的殘差平方和最小。（２）回程誤差回程誤差也稱為滯后度。它反映實(shí)際測(cè)試系統(tǒng)當(dāng)輸入量由小增大和由大減小時(shí)，對(duì)于同一個(gè)輸入值，將得到不同大小的輸出。式中H為前進(jìn)和回程最大偏差。（3）靈敏度靈敏度是測(cè)試系統(tǒng)輸出的變化量Δy對(duì)輸入的變化量Δx的比值。一般用擬合直線的斜率作為該裝置的靈敏度。(a)校準(zhǔn)曲線與非線性度(b)滯后度圖3系統(tǒng)靜態(tài)特性指標(biāo)6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果繪出線性度曲線和滯后度曲線7.支撐課程目標(biāo)目標(biāo)1，2，3第三單元傳感器（學(xué)時(shí)數(shù)：4學(xué)時(shí)）理論課程模板1.課程主要內(nèi)容了解測(cè)量?jī)x表的系統(tǒng)組成和靜動(dòng)態(tài)特性2.重點(diǎn)和難點(diǎn)靜動(dòng)態(tài)特性的理解教學(xué)方法通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，闡明課程與教學(xué)基本原理，豐富學(xué)生課程與教學(xué)的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)規(guī)范；4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果對(duì)儀表技術(shù)特性和系統(tǒng)組成有了基本認(rèn)知和理解，會(huì)對(duì)系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行判斷5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、2、3實(shí)驗(yàn)課程模板1.課程主要內(nèi)容1.測(cè)試懸臂梁的振動(dòng)加速度、速度和位移振幅。2.測(cè)試懸臂梁的振動(dòng)頻率。3.測(cè)試懸臂梁的固有頻率。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)虛擬儀器的振動(dòng)測(cè)試方法；測(cè)試信號(hào)的頻率域分析方法。3.實(shí)施方式實(shí)驗(yàn)4.學(xué)習(xí)要求1.了解壓電晶體加速度傳感器原理及性能。2.掌握虛擬儀器的振動(dòng)測(cè)試方法。3.掌握測(cè)試信號(hào)的頻率域分析方法。4.了解網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試功能。5.實(shí)驗(yàn)要求（涉及實(shí)驗(yàn)部分填寫）（1）實(shí)驗(yàn)屬性：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（2）開出要求：必做（3）分組要求：4人1組（4）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（包括①儀器設(shè)備、藥品試劑等，②預(yù)習(xí)要求，③……）振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)（5）其他要求：預(yù)習(xí)內(nèi)容如下：1．振動(dòng)測(cè)試簡(jiǎn)介機(jī)械振動(dòng)是各種機(jī)器工作過程中經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象，振動(dòng)問題是工程測(cè)試領(lǐng)域一個(gè)十分重要的研究課題。但工程實(shí)踐中復(fù)雜的振動(dòng)現(xiàn)象并非都能通過理論分析得出可靠結(jié)果，此時(shí)往往需要求助于實(shí)驗(yàn)手段；而且理論分析結(jié)果的正確性也需要通過實(shí)踐來驗(yàn)證，這就使振動(dòng)測(cè)試在振動(dòng)研究中占有重要地位。根據(jù)被測(cè)試對(duì)象狀態(tài)可以將振動(dòng)測(cè)試分為兩類。一類是測(cè)試存在振動(dòng)的對(duì)象某些點(diǎn)的位移、速度和加速度，在時(shí)域中得出振動(dòng)的強(qiáng)度；通過頻譜分析估計(jì)振動(dòng)的根源，用于故障診斷與分析。這類測(cè)試本身相對(duì)并不復(fù)雜，但后續(xù)的處理涉及到更多的理論問題，不屬于本次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。另一類是對(duì)結(jié)構(gòu)施加激勵(lì)使其振動(dòng)，通過振動(dòng)測(cè)試研究結(jié)構(gòu)的力學(xué)動(dòng)態(tài)特性。本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行這一類測(cè)試2.振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖1振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一個(gè)頻率連續(xù)變化的正弦激勵(lì)信號(hào)，通過數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換后輸出，經(jīng)功率放大器送到激振器，使被測(cè)懸臂梁產(chǎn)生受迫振動(dòng)。用壓電晶體加速度傳感器拾取被測(cè)梁的振動(dòng)信號(hào)。采用內(nèi)置電荷轉(zhuǎn)換電路的傳感器，將對(duì)應(yīng)振動(dòng)加速度的電荷量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)并放大后傳遞到數(shù)據(jù)采集卡。這種傳感器需要恒流源激勵(lì)。為了增加學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)而不過多增加設(shè)備投資，這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行振動(dòng)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以是校園網(wǎng)的一部分，要求它在邏輯上是一種總線型結(jié)構(gòu)，采用廣播網(wǎng)傳輸技術(shù)。實(shí)驗(yàn)室中任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)出的消息都能被所有計(jì)算機(jī)接收到。這樣當(dāng)教師機(jī)運(yùn)行振動(dòng)測(cè)試服務(wù)器程序，采集被測(cè)對(duì)象加速度信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以后，同學(xué)只要在自己的振動(dòng)測(cè)試程序中準(zhǔn)確填寫教師機(jī)的IP地址或網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)名，就可以象自己的機(jī)器采集數(shù)據(jù)一樣完成振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)如圖2所示，這個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)還可以進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試、壓力測(cè)試、線位移測(cè)試、角位移測(cè)試、溫度測(cè)試等實(shí)驗(yàn)。6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果學(xué)會(huì)繪制梁的幅頻特性曲線，計(jì)算梁的固有頻率。7.支撐課程目標(biāo)目標(biāo)1，2，3第四單元信號(hào)的中間變換與傳輸（學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)）理論課程模板1.課程主要內(nèi)容電橋的分類與計(jì)算，濾波器的認(rèn)知2.重點(diǎn)和難點(diǎn)直流電橋與交流電橋的特性分析3.教學(xué)方法通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，闡明課程與教學(xué)基本原理，豐富學(xué)生課程與教學(xué)的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)規(guī)范；4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果對(duì)信號(hào)的電橋?qū)傩阅軌蛘_認(rèn)識(shí)和區(qū)分，對(duì)其特性能夠分析應(yīng)用5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、3實(shí)驗(yàn)課程模板1.課程主要內(nèi)容1.進(jìn)行懸臂梁應(yīng)變測(cè)試。2.進(jìn)行壓力測(cè)試。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)應(yīng)變測(cè)試方法3.實(shí)施方式實(shí)驗(yàn)4.學(xué)習(xí)要求1.掌握虛擬儀器的應(yīng)變測(cè)試方法。2.了解電阻應(yīng)變片和壓力傳感器特性。3.了解全橋與半橋測(cè)試電路電壓輸出的特點(diǎn)。4.了解等強(qiáng)度梁的特點(diǎn)。5.實(shí)驗(yàn)要求（涉及實(shí)驗(yàn)部分填寫）（1）實(shí)驗(yàn)屬性：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（2）開出要求：必做（3）分組要求：4人1組（4）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（包括①儀器設(shè)備、藥品試劑等，②預(yù)習(xí)要求，③……）應(yīng)變測(cè)試的虛擬儀器，傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)（5）其他要求：預(yù)習(xí)內(nèi)容如下：應(yīng)變測(cè)試是研究構(gòu)件應(yīng)力狀態(tài)的重要手段，通過應(yīng)變測(cè)試還可以了解構(gòu)件的變形；應(yīng)變測(cè)試的方法也可以推廣到與應(yīng)變有密切關(guān)系的其它機(jī)械量測(cè)試。本次實(shí)驗(yàn)用的應(yīng)變測(cè)試虛擬儀器硬件組成如圖1所示。應(yīng)變應(yīng)變片信號(hào)調(diào)理卡計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡電阻應(yīng)變片將被測(cè)對(duì)象的變形轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，根據(jù)測(cè)試的具體要求可以選擇不同種類的電阻應(yīng)變片和不同的布置與組橋方式。本次實(shí)驗(yàn)用BF120-5AA型電阻應(yīng)變片，平行粘貼在傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)的等強(qiáng)度懸臂梁上距中性層距離相等的上下兩面，如圖所示。圖2應(yīng)變測(cè)試懸臂梁結(jié)構(gòu)根據(jù)材料力學(xué)理論，應(yīng)變值式中P——載荷（N）；X——載荷作用點(diǎn)到應(yīng)變測(cè)量點(diǎn)的距離(m)；Y——力的作用點(diǎn)到構(gòu)件中性層的距離(m)；E——材料的彈性模量（109Pa）；b——應(yīng)變測(cè)量點(diǎn)的構(gòu)件寬度(m)；h——應(yīng)變測(cè)量點(diǎn)的構(gòu)件厚度(m)。(a)全橋(b)半橋圖3應(yīng)變測(cè)試電路全橋測(cè)試電路如圖3(a)所示，圖中“EX”是信號(hào)調(diào)理卡提供的2.5V激勵(lì)電壓，信號(hào)分別連接到信號(hào)調(diào)理卡0通道“CH(0)+”和“CH(0)-”輸入端。半橋測(cè)試時(shí)用圖中應(yīng)變片R5和R6接入電橋相鄰兩臂組成應(yīng)變測(cè)試電路，如圖3(b)所示。圖中VEX是信號(hào)調(diào)理器提供的2.5V激勵(lì)電壓；Rc是信號(hào)調(diào)理器提供的組橋電阻?！癈H(1)+”是信號(hào)正極，接信號(hào)調(diào)理器1通道正極；“CH(1)-”是信號(hào)負(fù)極，在信號(hào)調(diào)理器內(nèi)部引到信號(hào)調(diào)理器1通道負(fù)極。當(dāng)變形構(gòu)件變形產(chǎn)生應(yīng)變?chǔ)艜r(shí)，應(yīng)變片的電阻變化率為式中K為應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)。全橋測(cè)試的電壓信號(hào)為半橋測(cè)試的電壓信號(hào)為實(shí)際測(cè)試時(shí)由于構(gòu)件變形前各種原因造成的電橋不平衡，使得Vsg0≠0，因此實(shí)際的應(yīng)變計(jì)算公式要比式（3）和式（4）復(fù)雜一些。LabVIEW軟件開發(fā)環(huán)境提供的應(yīng)變轉(zhuǎn)換子程序ConvertStrainGaugeReading可以根據(jù)初始電壓、組橋方式、激勵(lì)電壓、應(yīng)變片靈敏度系數(shù)等參數(shù)將信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為應(yīng)變值。求出構(gòu)件應(yīng)變后，根據(jù)它的幾何尺寸和材料力學(xué)公式，很容易得到它的撓曲軸表達(dá)式和撓度值。壓力傳感器安裝在壓力信號(hào)發(fā)生器上，壓力信號(hào)發(fā)生器內(nèi)部裝有壓力可調(diào)的液體，同時(shí)有指針式壓力表便于觀察對(duì)照。計(jì)算機(jī)軟件根據(jù)采集的電信號(hào)和傳感器出廠標(biāo)定數(shù)據(jù)計(jì)算得到壓力值。6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果掌握全橋測(cè)試與半橋測(cè)試的信號(hào)電壓變化規(guī)律和應(yīng)變值特征7.支撐課程目標(biāo)目標(biāo)1，2，3第五單元信號(hào)的中間變換與傳輸（學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)）理論課程模板1.課程主要內(nèi)容數(shù)據(jù)采集技術(shù)基礎(chǔ)和采集系統(tǒng)認(rèn)知2.重點(diǎn)和難點(diǎn)采樣定理和采樣方式區(qū)分3.教學(xué)方法通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，闡明課程與教學(xué)基本原理，豐富學(xué)生課程與教學(xué)的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)規(guī)范；4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果對(duì)數(shù)據(jù)采集技術(shù)理解和應(yīng)用，達(dá)到數(shù)學(xué)和技術(shù)的綜合5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、2、3第六單元溫度測(cè)量（學(xué)時(shí)數(shù)：4學(xué)時(shí)）理論課程模板1.課程主要內(nèi)容溫度測(cè)量的基本理論；瞬態(tài)溫度和穩(wěn)態(tài)溫度的測(cè)量原理和儀器原理分析與應(yīng)用2.重點(diǎn)和難點(diǎn)熱電偶溫度計(jì)和輻射測(cè)溫的基本原理。3.教學(xué)方法通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，闡明課程與教學(xué)基本原理，豐富學(xué)生課程與教學(xué)的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)規(guī)范；4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果對(duì)溫度測(cè)量的原理能夠正確理解并對(duì)不同的測(cè)量設(shè)備能夠理解其使用原理并應(yīng)用。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、2、3實(shí)驗(yàn)課程模板1.課程主要內(nèi)容1.用熱電阻進(jìn)行溫度測(cè)量2.用熱敏電阻進(jìn)行溫度測(cè)量4.用濕敏電阻進(jìn)行濕度測(cè)量2.重點(diǎn)和難點(diǎn)溫濕度傳感器測(cè)量電路3.實(shí)施方式實(shí)驗(yàn)4.學(xué)習(xí)要求1.了解溫度傳感器原理及性能2.了解濕度傳感器原理及性能3.了解溫度傳感器的測(cè)量電路4.了解濕度傳感器的測(cè)量電路5.實(shí)驗(yàn)要求（涉及實(shí)驗(yàn)部分填寫）（1）實(shí)驗(yàn)屬性：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（2）開出要求：必做（3）分組要求：4人1組（4）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（包括①儀器設(shè)備、藥品試劑等，②預(yù)習(xí)要求，③……）傳感器實(shí)驗(yàn)箱（5）其他要求：預(yù)習(xí)內(nèi)容如下：1.溫度測(cè)量熱電阻和熱敏電阻在溫度變化時(shí)阻值都會(huì)發(fā)生變化，因此用熱電阻和熱敏電阻進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)都需要恒流源提供激勵(lì)；測(cè)出熱電阻或熱敏電阻兩端的電壓，按照公式圖1溫度傳感器測(cè)量電路換算或用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)標(biāo)定，就可以得到溫度值，最終畫出二者的溫度——電壓特性曲線。根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)751方程得到：式中t——被測(cè)溫度（℃）；R——測(cè)量得到的電阻值（Ω）。為了調(diào)節(jié)被測(cè)溫度，用數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字信號(hào)輸出通道輸出1個(gè)開關(guān)量信號(hào)，通過繼電器控制電加熱膜的電源通斷，改變溫度傳感器測(cè)量的溫度。2.濕度測(cè)量濕敏電阻的阻值隨環(huán)境濕度變化，因此濕敏電阻加恒流源后，其兩端電壓亦隨環(huán)境溫度變化。但是濕敏電阻本身阻值很大，而測(cè)試所用的數(shù)據(jù)采集卡輸入電壓范圍有一定限制，為了使用現(xiàn)有恒流源測(cè)量其電壓變化，另加了一個(gè)分壓電路。通過測(cè)量圖中1k電阻上的電壓變化，可以間接測(cè)量濕敏電阻的電壓變化。圖2濕度傳感器測(cè)量電路6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果通過實(shí)驗(yàn)畫出熱電阻和熱敏電阻溫度——電壓曲線7.支撐課程目標(biāo)目標(biāo)1，2，3第七單元壓力測(cè)量（學(xué)時(shí)數(shù)：4學(xué)時(shí)）理論課程模板1.課程主要內(nèi)容壓力測(cè)量的基本理論；不同形式壓力測(cè)量原理和儀器原理分析與應(yīng)用。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)最高壓力和動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量方法。3.教學(xué)方法通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，闡明課程與教學(xué)基本原理，豐富學(xué)生課程與教學(xué)的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)規(guī)范。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果對(duì)壓力測(cè)量的原理能夠正確理解并對(duì)不同的測(cè)量設(shè)備能夠理解其使用原理并應(yīng)用。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、2、3實(shí)驗(yàn)課程模板1.課程主要內(nèi)容1、CCD驅(qū)動(dòng)頻率觀測(cè)；2、積分時(shí)間測(cè)量；3、輸出信號(hào)觀測(cè)試驗(yàn)。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)示波器的使用3.實(shí)施方式實(shí)驗(yàn)4.學(xué)習(xí)要求1、掌握用雙蹤跡示波器觀測(cè)二相線陣CCD驅(qū)動(dòng)器各路脈沖的頻率、幅度、周期和相位關(guān)系的測(cè)量方法。2、通過測(cè)量CCD驅(qū)動(dòng)脈沖之間的相位關(guān)系，掌握二相線陣CCD的基本工作原理。3、通過測(cè)量典型線陣CCD的輸出脈沖信號(hào)與驅(qū)動(dòng)脈沖的相位關(guān)系，掌握CCD的基本特征。5.實(shí)驗(yàn)要求（涉及實(shí)驗(yàn)部分填寫）（1）實(shí)驗(yàn)屬性：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（2）開出要求：必做（3）分組要求：4人1組（4）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（包括①儀器設(shè)備、藥品試劑等，②預(yù)習(xí)要求，③……）1、雙蹤同步示波器（20MHz以上） 1臺(tái)2、光電子課程綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái) 1臺(tái)（5）其他要求：預(yù)習(xí)內(nèi)容如下：線陣CCD像傳感器具有結(jié)構(gòu)精細(xì)、體積小、工作電壓低、噪聲低、響應(yīng)度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于運(yùn)動(dòng)圖像傳感、機(jī)械量非接觸檢測(cè)、圖像數(shù)據(jù)自動(dòng)獲取等多領(lǐng)域。線陣CCD像傳感器是利用CCD所具有的光電轉(zhuǎn)換和移位存儲(chǔ)功能進(jìn)行圖像傳感和信息處理。利用光電轉(zhuǎn)換功能CCD將入射到CCD攝像區(qū)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的電荷包的空間分布，然后利用CCD的移位存儲(chǔ)功能將這些大小不一的電荷包“自掃描”到同一輸出端，形成幅度不等的實(shí)時(shí)脈沖序列，經(jīng)過處理便可還原成原來的光學(xué)圖像。6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果學(xué)會(huì)驅(qū)動(dòng)頻率觀測(cè)，積分時(shí)間的測(cè)量，輸出信號(hào)觀測(cè)。7.支撐課程目標(biāo)目標(biāo)1，2，3第八單元流量測(cè)量（學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)）理論課程模板1.課程主要內(nèi)容流量測(cè)量的基本理論；不同形式流量測(cè)量原理和儀器原理分析與應(yīng)用2.重點(diǎn)和難點(diǎn)空氣流量測(cè)量和燃油消耗量測(cè)量3.教學(xué)方法通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，闡明課程與教學(xué)基本原理，豐富學(xué)生課程與教學(xué)的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)規(guī)范；4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果對(duì)流量測(cè)量的原理能夠正確理解并對(duì)不同的測(cè)量設(shè)備能夠理解其使用原理并應(yīng)用5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、2、3第九單元轉(zhuǎn)速和扭矩測(cè)量（學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)）理論課程模板1.課程主要內(nèi)容轉(zhuǎn)速和扭矩測(cè)量的基本理論；測(cè)量?jī)x器原理分析與應(yīng)用2.重點(diǎn)和難點(diǎn)傳遞法測(cè)扭矩3.教學(xué)方法通過傳統(tǒng)授課和小組合作學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生的合作能力和校本課程設(shè)計(jì)能力4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果對(duì)扭矩和轉(zhuǎn)速測(cè)量的原理能夠正確理解并對(duì)不同的測(cè)量設(shè)備能夠理解其使用原理并應(yīng)用5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、2、3實(shí)驗(yàn)課程模板1.課程主要內(nèi)容1、光電倍增管暗電流測(cè)試實(shí)驗(yàn)2、光電倍增管陽極靈敏度測(cè)試實(shí)驗(yàn)3、光電倍增管陽極光電特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)4、光電倍增管陽極伏安特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)5、光電倍增管時(shí)間特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)6、光電倍增管光譜特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)2.重點(diǎn)和難點(diǎn)光電倍增管基本參數(shù)的測(cè)量方法3.實(shí)施方式實(shí)驗(yàn)4.學(xué)習(xí)要求1、掌握光電倍增管結(jié)構(gòu)以及工作原理。2、學(xué)習(xí)掌握光電倍增管基本特性。3、學(xué)習(xí)掌握光電倍增管基本參數(shù)的測(cè)量方法。4、了解光電倍增管的應(yīng)用。5.實(shí)驗(yàn)要求（涉及實(shí)驗(yàn)部分填寫）（1）實(shí)驗(yàn)屬性：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（2）開出要求：必做（3）分組要求：4人1組（4）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（包括①儀器設(shè)備、藥品試劑等，②預(yù)習(xí)要求，③……）1、光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 1臺(tái)2、光通路組件 1套3、光電倍增管及封裝組件 1套4、2#迭插頭對(duì) 若干5、示波器 1臺(tái)（5）其他要求：預(yù)習(xí)內(nèi)容如下：光電倍增管（PMT）是一種具有極高靈敏度和超快時(shí)間響應(yīng)的光探測(cè)器件。在真空管中，包括光電發(fā)射陰極（光陰極）和聚焦電極、電子倍增極和電子收集極（陽極）的器件。當(dāng)光照射光電倍增管的陰極k時(shí)，陰極向真空中激發(fā)出光電子（一次激發(fā)），這些光電子按聚焦極電場(chǎng)進(jìn)入倍增系統(tǒng)，由倍增電極激發(fā)的電子（二次激發(fā)）被下一倍增極的電場(chǎng)加速，飛向該極并撞擊在該極上再次激發(fā)出更多的電子，這樣通過逐級(jí)的二次電子發(fā)射得到倍增放大，放大后的電子被陽極收集作為信號(hào)輸出。因?yàn)椴捎昧硕伟l(fā)射倍增系統(tǒng)，光電倍增管在可以探測(cè)到紫外、可見和近紅外區(qū)的輻射能量的光電探測(cè)器件中具有極高的靈敏度和極低的噪聲。光電倍增管還有快速響應(yīng)、低本底、大面積陰極等特點(diǎn)。6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果學(xué)會(huì)光電倍增管的使用7.支撐課程目標(biāo)目標(biāo)1，2，3實(shí)驗(yàn)課程模板1.課程主要內(nèi)容1、光敏電阻的暗電阻、暗電流測(cè)試實(shí)驗(yàn)2、光敏電阻的亮電阻、亮電流測(cè)試實(shí)驗(yàn)3、光敏電阻光電流測(cè)試實(shí)驗(yàn)；4、光敏電阻的伏安特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)5、光敏電阻的光電特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)6、光敏電阻的光譜特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)7、光敏電阻的時(shí)間響應(yīng)特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)2.重點(diǎn)和難點(diǎn)光敏電阻特性測(cè)試的方法3.實(shí)施方式實(shí)驗(yàn)4.學(xué)習(xí)要求1、學(xué)習(xí)掌握光敏電阻工作原理2、學(xué)習(xí)掌握光敏電阻的基本特性3、掌握光敏電阻特性測(cè)試的方法4、了解光敏電阻的基本應(yīng)用5.實(shí)驗(yàn)要求（涉及實(shí)驗(yàn)部分填寫）（1）實(shí)驗(yàn)屬性：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（2）開出要求：必做（3）分組要求：4人1組（4）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（包括①儀器設(shè)備、藥品試劑等，②預(yù)習(xí)要求，③……）1、光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 1臺(tái)2、光通路組件 1套3、光敏電阻及封裝組件 1套4、2#迭插頭對(duì) 若干5、示波器 1臺(tái)（5）其他要求：預(yù)習(xí)內(nèi)容如下：光敏電阻又稱光導(dǎo)管，它幾乎都是用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也可以加交流電壓。無光照時(shí)，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍的光照時(shí)，它的阻值（亮電阻）急劇減小，電路中電流迅速增大。一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越好，此時(shí)光敏電阻的靈敏度高。實(shí)際上光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐量級(jí)，亮電阻值在幾千歐以下。光敏電阻的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，圖1-1（a）為金屬封裝的硫化鎘光敏電阻的結(jié)構(gòu)圖。在玻璃底板上均勻地涂上一層薄薄的半導(dǎo)體物質(zhì)，稱為光導(dǎo)層。半導(dǎo)體的兩端裝有金屬電極，金屬電極與引出線端相連接，光敏電阻就通過引出線端接入電路。為了防止周圍介質(zhì)的影響，在半導(dǎo)體光敏層上覆蓋了一層漆膜，漆膜的成分應(yīng)使它在光敏層最敏感的波長(zhǎng)范圍內(nèi)透射率最大。圖圖1-1光敏電阻結(jié)構(gòu)(a)光敏電阻結(jié)構(gòu)；(b)光敏電阻電極；(c)光敏電阻接線圖為了提高靈敏度，光敏電阻的電極一般采用梳狀圖案，如6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果學(xué)會(huì)光敏電阻特性測(cè)試和電路變換7.支撐課程目標(biāo)目標(biāo)1，2，3（二）課程基本教學(xué)內(nèi)容對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)學(xué)時(shí)安排課內(nèi)課外學(xué)時(shí)比例第一單元測(cè)量誤差分析與數(shù)據(jù)處理講授法課程目標(biāo)1、32第二單元測(cè)量?jī)x表的技術(shù)特性講授法課程目標(biāo)1、32第三單元傳感器講授法課程目標(biāo)1、2、34第四單元信號(hào)的中間變換與傳輸講授法課程目標(biāo)1、32第五單元實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)講授法課程目標(biāo)1、2、32第六單元溫度測(cè)量講授法課程目標(biāo)1、2、34第七單元壓力測(cè)量講授法課程目標(biāo)1、2、34第八單元流量測(cè)量講授法課程目標(biāo)1、2、32第九單元轉(zhuǎn)速和扭矩測(cè)量講授法課程目標(biāo)1、2、32合計(jì)240實(shí)驗(yàn)課程模板課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)學(xué)時(shí)安排第二