课程中文名称：测试技术

课程英文名称：Measurement Technology

课程编号：MACH3002

实验学时：16

学分：

适用专业：机械工程及自动化专业本科生

先修课程：电工学、工程数学、微机原理与接口技术

开课学院：机械学院

开课学期: 第5学期

教材及实验指导书：

陈花玲等.机械工程测试技术.北京：机械工业出版社，2008.7

刘吉轩等.机械工程测试技术实验指导书（讲义），2008.5

“测试技术实验”是属于“测试技术”课程内实验。针对机械工程及其自动化专业的特点，配合“测试技术”课程的教学内容，开设了“信号分析及测试系统特性仿真”、“传感器及其性能标定”、“动态信号调理”和“测试虚拟仪器设计”四个基本测试技术实验，并在此基础上开设了测试技术大综合实验。学生在学习测试技术课程以及其它先修课程的基础上，通过基本测试技术实验，能够加深对测试技术基本知识的理解、掌握机械工程领域常见工程量的测试方法和技术，提高测试技术的基本技能和动手能力；通过测试技术大综合实验，使学生能够围绕测试对象综合运用所学的测试理论与技术，系统地完成一个测试任务的测试方案设计、测试系统组成（搭建）、信号采集、信号分析等各个测试环节的实验任务，培养学生系统概念、综合分析与解决问题的能力。

性质：课程内实验。

目的：测试技术实验是应用广泛而且实践性很强的技术基础课程实验，其目的是加深学生对测试技术课程有关知识的理解，培养学生实际动手能力，提高学生分析和解决测试技术问题的能力。

任务：学生完成四个测试技术基本实验，掌握信号分析和测量装置特性分析、传感器及其性能标定、动态测量信号调理的基本方法和技能，掌握机械工程领域常见工程量的测量方法和测试技术，以及测试虚拟仪器设计的基本方法；学生通过完成一个测试技术大综合实验，能够系统性地运用测试理论与技术解决一个实际测试对象的测试问题，并具备基本的问题分析及判断能力。

三、实验课教学基本要求

1. 增强学生对测试传感器和测试系统的感性认识；

2. 掌握机械测试常用传感器的性能标定方法；

3. 掌握机械测试信号的基本特征及常用分析方法；

4. 掌握机械动态信号调理方法；

5. 掌握机械测试中各类常用传感器的基本原理及选取原则；

6．掌握测试系统设计、搭建以及实现测试分析的方法；

7. 能够写出完整地测试技术实验报告。

1．信号分析与测量装置特性仿真实验：（2学时）

实验目的：（1）理解周期信号可以分解成简谐信号，反之简谐信号也可以合成周期性信号；（2）加深理解几种典型周期信号频谱特点；（3）通过对几种典型的非周期信号的频谱分析加深了解非周期信号的频谱特点；（4）加深对一阶测量装置和二阶测量装置的动态特性的理解。

教学基本要求：学生在实验教师指导下能独立操作实验系统软件，能根据信号合成与分解原理对几种典型的周期信号进行合成与分解，并分析周期信号的频谱特征；能对几种典型的非周期信号进行频谱分析；能够对一阶测量装置和二阶测量装置的动态特性进行仿真分析。

实验内容提要：（1）主要学习矩形波和三角波等周期信号的合成与分解方法和技术；（2）主要学习几种典型非周期信号的频谱分析方法；（3）主要学习一阶测量系统和二阶测量系统的动态特性仿真方法和技术。

实验类型：综合性

必修或选修： 必修

使用的主要仪器：微型计算机、周期信号分析仿真软件、非周期信号分析软件、测量系统特性仿真软件。

2．传感器及其性能标定实验：（2学时）

实验目的：（1）熟悉常用的振动测量、转速测量、力和压力测量、位移测量传感器；（2）熟悉应变测力传感器性能标定方法和技术；（3）熟悉压电加速度传感器性能标定方法和技术；（4）熟悉电涡流位移传感器性能标定方法和技术。

教学基本要求：学生在实验教师指导下，能够熟知常用的力和压力、振动、位移测量传感器，能够组成基本的传感器性能标定实验系统，能够完成包括传感器灵敏度和线性度等性能的标定。

实验内容提要：（1）熟悉和认知常用的力和压力测量、振动测量、位移测量传感器；（2）针对应变测力传感器、压电加速度传感器和电涡流位移传感器，构建性能标定系统；（3）熟悉传感器性能标定系统软硬件的使用方法；（4）完成所选传感器灵敏度和线性度等性能的标定。

实验类型：综合性

必修或选修： 必修

使用的主要仪器：几种常用的振动测量传感器、力和压力测量传感器、位移测量传感器；传感器性能标定实验系统，计算机等。

3. 动态信号调理实验：（2学时）

实验目的：（1）掌握信号调理的放大与滤波原理；（2）熟悉动态信号调理系统的软件和硬件仪器使用方法；（3）掌握动态测量信号的放大和滤波方法与技术。

教学基本要求：学生在实验教师指导下能够组成基本的信号调理实验系统，能够实现振动加速度信号或电涡流位移信号的放大与滤波，并对信号调理实验数据进行处理和分析。

实验内容提要：（1）正确组成压电加速度传感器测振或电涡流位移传感器测振信号的放大与滤波实验系统；（2）熟悉压电加速度传感器测振或电涡流位移传感器测振信号的放大与滤波调理方法和技术；（3）完成压电加速度传感器测振或电涡流位移传感器测振信号的放大与滤波实验；（4）了解转速测量的光电传感器及其信号调理方法和技术。

实验类型：综合性

必修或选修： 必修

使用的主要仪器：压电加速度传感器测振信号调理系统，电涡流位移传感器测振信号调理系统，光电传感器及其信号调理系统，信号采集分析系统及计算机等。

4. 虚拟仪器设计基础实验：（2学时）

实验目的：（1）了解LabVIEW软件的特点和用途，掌握LabVIEW编程的基本方法；（2）加深理解虚拟仪器的基本概念，采用LabVIEW图形化编程语言创建/设计基本的虚拟仪器；（3）通过虚拟仪器应用实例，学习虚拟仪器设计的基本方法。

教学基本要求：学生在实验教师指导下能独立进行LabVIEW软件的操作，学会LabVIEW图形化语言编程的基本方法，能够设计出具有阶乘(n!)运算功能的虚拟计算器、正弦信号波形虚拟示波器、温度测量和监视虚拟报警仪。

实验内容提要：学习LabVIEW图形化编程软件的编程基本方法，学习设计阶乘(n!)运算虚拟计算器、正弦信号波形虚拟示波器和温度测量与监视虚拟报警仪。

实验类型：设计性

必做或选做：必做

使用的主要仪器：微型计算机、LabVIEW图形化编程软件平台。

实验室可提供以下4个大综合实验条件，要求学生五人一组，每组选作其中之一。鉴于实验条件限制，希望3/4的学生选做第（1）个综合实验，其余1/4的学生可根据自己的专业兴趣选择其它3个综合实验中的任意一个。

对于每个大综合实验，8学时的具体安排为：测试系统设计（2学时）、测试系统搭建（2学时）、数据采集分析（2学时），以及信号处理与分析（2学时）。

实验目的：针对机械转子实验台，能够较熟练地掌握机械动态信号（振动、噪声等）测试系统设计、测试系统搭建、数据采集及信号处理的方法和技术。

教学基本要求：要求学生自行设计和构建机械转子实验台在工作条件下的动态信号（振动、噪声等）测试方法，利用计算机测试系统采集实验台的振动和噪声动态信号，并且通过对测量的动态信号处理，分析转子实验台在工作中的动态特性。

实验内容提要：a.针对转子实验台对象，按照机械动态特性测试要求，完成机械振动和噪声的计算机测试系统设计；b.选用合适的振动和噪声测试传感器及其信号调理装置；c.构建计算机测试系统，掌握振动和噪声信号分析软件使用方法；d.自主完成转子实验台振动和噪声的测量、信号采集；e.通过信号分析，得出转子实验台在不同转速下的振动和噪声的时域波形、频谱；并对转子实验台的动态特性进行分析评价。

实验类型：综合性

必做或选做： 选做

使用的主要仪器：机械转子实验台，机械动态信号测量与信号采集分析系统，几种典型的振动和噪声测量传感器及信号调理仪器，计算机等。

实验目的：针对机械结构（简支梁或悬臂梁）的固有模态进行分析，了解几种常用的结构动态特性激励方法，掌握脉冲激振下机械结构固有模态的测试系统设计、测试系统搭建、数据采集及信号分析方法和技术。

教学基本要求：要求学生自行设计和构成机械结构固有模态的测试与分析实验系统，选用脉冲激振法实现机械结构的固有模态测试与分析实验；采集在脉冲激振力作用下的机械振动信号和激振力信号，并且通过对测量的动态信号处理，分析简支梁或悬臂梁结构的模态参数和模态振型；能够较系统地总结所做的实验，并能够科学地分析实验结果。

实验内容提要：a.针对机械结构（简支梁或悬臂梁）对象，按照机械结构模态测试与分析要求，完成模态测试系统设计和组成；b.选择激振力和响应信号测量传感器及其信号调理装置，选择激振和测振位置；c.构建计算机测试系统，掌握模态分析软件使用方法；d.自主完成机械振动和激振力信号测量、信号采集以及模态分析；e.通过信号分析，得出简支梁或悬臂梁结构的频响函数（传递函数）、一阶和二阶模态的固有频率、模态振型、模态阻尼等，并对其固有特性进行分析评价。

实验类型：综合性

必做或选做：选做

使用的主要仪器：简支梁和悬臂梁振动测试台架，机械动态信号测量与信号采集分析系统、压电式振动加速度传感器、脉冲锤及力传感器、信号调理仪器，计算机等。

实验目的：学习气动压力检测传感器和主要气动元件特性的标定方法；较熟练掌握气动系统压力及气体泄漏检测实验系统的设计、系统搭建、实际检测与分析的方法和技术；掌握计算机测试技术。

教学基本要求：掌握压力传感器和主要气动元件的特性标定方法；能够自主设计和实现气动装置气体泄漏检测实验系统，要求通过检测气动系统的压力来分析气体泄漏的情况；能够自主设计并组成气动压力信号计算机采集与数据拟合处理实验系统；能够较系统地总结所做的实验，并能够科学地分析实验结果。

实验内容提要：a.本实验是在分析气动压力检测传感器以及其他气动元件的工作原理和基本特性基础上，根据实验任务要求，设计出几种气动压力检测实验方案，并从中筛选一种方案；b.合理选用实验所需元器件和仪器，构建压力检测传感器及气动元件的特性标定实验测试系统；c.自主完成压力传感器等主要气动元件特性标定；d.完成气动系统气体泄漏测试与分析实验系统的设计与组成，自主完成气体泄漏检测与分析实验；e.采用计算机测试技术对所检测的实验数据进行拟合处理和结果分析。

实验类型：综合性

必做或选做： 选做

使用的主要仪器：气动检测与分析实验系统元器件、气体压力传感器、直流稳压电源，计算机等。

实验目的：熟悉几种常用测距离（大位移）传感器的测量原理及测量方法，针对距离（大位移）测量实验对象，能够熟练掌握距离（大位移）测量的系统设计、测试系统搭建、数据采集及信号处理的方法和技术。

教学基本要求：要求学生熟悉几种常用距离（大位移）传感器测量原理和方法；掌握超声波测距的原理和方法、电阻式位移传感器测量大位移的原理和方法；通过自主设计和组成超声波测距、信号采集和分析实验系统，完成实验对象的距离测量和数据采集分析实验；通过自主设计和组成电阻式位移传感器实现大位移测量、信号采集和分析实验系统，完成实验对象的大位移测量和数据采集分析实验。比较超声波传感器测距与电阻式传感器测量大位移两种方法各自的特点及应用范围。

实验内容提要：（a）了解电阻式位移测量传感器、光栅位移传感器、超声波位移传感器、激光位移传感器等大位移测量原理和方法；（b）针对实验对象，自主设计并组成采用超声波位移传感器进行距离测量、数据采集和分析的实验系统；（c）针对实验对象，自主设计并组成采用电阻式位移传感器进行大位移测量、数据采集和分析的实验系统；（d）采用所设计和组成的超声波距离测量实验系统测量和采集距离变化量，并进行数据处理和分析；（e）采用所设计和组成的电阻式大位移测量实验系统测量实验对象的大位移变化量，并进行数据处理和分析；（f）分析比较超声波测距与电阻式位移传感器测量大位移两种方法各自的特点与应用范围。

使用的主要仪器：电阻式位移传感器、光栅位移传感器、超声波位移传感器，超声波位移测量与信号采集分析系统，电阻式大位移测量与采集分析系统，计算机等。

实验1~实验4的测试基础实验：通过考察学生在实验过程中，对实验问题的理解程度、独立实验操作能力、得到实验结果的正确程度、实验考勤情况以及提交的实验报告，评定学生的实验成绩，实验成绩占测试技术课程总成绩的10%；

实验5的测试大综合实验：由学生选做其中的一个实验，通过考查学生完成测试方案设计、测试实验系统的组成/搭建情况，信号采集与信号分析情况，并以分组答辩的形式，判断学生综合运用测试技术知识分析和解决实际问题的能力，该实验成绩占测试技术课程总成绩的10%。

大纲制定者：刘吉轩（执笔）

大纲校对者：陈花玲

大纲审定者：段玉岗

大纲批准者：訾艳阳