郑州大字 机械工程专业 《机械工程测试技术》 课程教学大纲 大纲制订人：郑艳萍、张建立、闫志华、李阳 大纲审定人：郑艳萍 修订日期：2020/7/20
郑州大学 机械工程专业 《机械工程测试技术》 课程教学大纲 大纲制订人：郑艳萍、张建立、闫志华、李阳 大纲审定人：郑艳萍 修订日期：2020/7/20
《机械工程测试技术》课程教学大纲 课程编号：013208 课程名称（中/英文）：机械工程测试技术/Measurement Technology 课程类型：专业核心 总学时：34 讲课学时：28 实验学时：6 学分：2 适用对象：机械工程及相关专业 先修课程：概率与数理统计，大学物理，电工学，材料力学，机械设计，精度设计与质 量控制基础，控制工程基础，微机原理及应用 后续课程：传感检测应用技术，信号分析与数据处理，人工智能，机电一体化系统设计， 机械制造自动化技术 开课单位：机械与动力工程学院 一、课程性质和教学目标 《测试技术》课程是一门专业技术基础课，研究对象是机械工程动态测试中常用的传感 器、信号调理电路及记录仪器的工作原理及其静动态特性的评价方法和测试信号的分析、处 理，课程教学内容方面侧重于测试技术基本理论、基本方法及其应用，着重培养学生运用所 学知识解决实际测量问题的实践能力。它在机械类专业整个教学计划中起到承上启下的作 用，是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁。 本课程的教学目标为： 1.掌摒时域和频域的描述方法、常见传感器原理和信号处理等常用测试基础知识和基 本分析方法，能够将这些知识应用于测试过程中：能利用所学基础知识，发现测试系统的关 键核心问题。 2.通过综合应用所学的基本知识和技能，具有初步设计系统参数的基本方案的能力， 并具备客观测试方案的优缺点的能力：具备正确采集、处理实验数据，及对实验结果进行分 析和解释等能力：具备分析和解决工程实践问题的创新意识和创新设计能力。 3.能够应用乃至能够开发常见的传感器、测试系统及工具装置等，实现机械零部件相 关参数的有效准确测试」 本课程的散学目标与毕业要求的对应关系为： 序号毕业要求 毕业要求指标点具体内容 课程目标 毕业要求1.3掌握机械设计、制造及其自动化领域中的 课程目标1 人3 专业基础知识，能针对复杂机械工程问怒进行 分析与设计，揭示机械产品或生产系统的工作 原理，确定关键因素。 毕业要求 4.3能够正确采集、处理实验数据，对实验结 课程目标2
《机械工程测试技术》课程教学大纲 课程编号：013208 课程名称（中／英文）：机械工程测试技术/Measurement Technology 课程类型: 专业核心 总 学 时：34 讲课学时：28 实验学时：6 学 分：2 适用对象: 机械工程及相关专业 先修课程：概率与数理统计，大学物理，电工学，材料力学，机械设计，精度设计与质 量控制基础，控制工程基础，微机原理及应用 后续课程：传感检测应用技术，信号分析与数据处理，人工智能，机电一体化系统设计， 机械制造自动化技术 开课单位：机械与动力工程学院 一、课程性质和教学目标 《测试技术》课程是一门专业技术基础课，研究对象是机械工程动态测试中常用的传感 器、信号调理电路及记录仪器的工作原理及其静动态特性的评价方法和测试信号的分析、处 理，课程教学内容方面侧重于测试技术基本理论、基本方法及其应用，着重培养学生运用所 学知识解决实际测量问题的实践能力。它在机械类专业整个教学计划中起到承上启下的作 用，是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁。 本课程的教学目标为： 1．掌握时域和频域的描述方法、常见传感器原理和信号处理等常用测试基础知识和基 本分析方法，能够将这些知识应用于测试过程中；能利用所学基础知识，发现测试系统的关 键核心问题。 2．通过综合应用所学的基本知识和技能，具有初步设计系统参数的基本方案的能力， 并具备客观测试方案的优缺点的能力；具备正确采集、处理实验数据，及对实验结果进行分 析和解释等能力；具备分析和解决工程实践问题的创新意识和创新设计能力。 3．能够应用乃至能够开发常见的传感器、测试系统及工具装置等，实现机械零部件相 关参数的有效准确测试。 本课程的教学目标与毕业要求的对应关系为：: 序号 毕业要求 毕业要求指标点具体内容 课程目标 1 毕业要求 1.3 1.3 掌握机械设计、制造及其自动化领域中的 专业基础知识，能针对复杂机械工程问题进行 分析与设计，揭示机械产品或生产系统的工作 原理，确定关键因素。 课程目标 1 2 毕业要求 4.3 能够正确采集、处理实验数据，对实验结 课程目标 2
4.3 果进行分析和解释，并通过信息综合，给出关 于描述与解决复杂工程问题的有效结论。 毕业要求 5.3能够针对具体的对象，开发或选用满足特 课程目标3 5.3 定需求的现代工具，并能够分析其局限性。 二、教学的基本要求 本课程教学的基本要求是：掌握测试技术基本知识、基本技能，具备检测技术工程师的 基本素质与能力，能应对生产和科研中遇到的测试系统设计以及传感器的选型、调试、数据 处理等方面的问题，初步形成解决科研、生产实际问题的能力。 三、课堂教学内容及目标 本课程采用模块化教学，教学内容共有八个横块。 棋块一：测试基础知识1学时（反映教学目标1） 要求： (1)掌握测试的基本概念，掌握测试的基本内容及任务： (2)掌握测试系统的组成： (3)了解测试技术在各行业中的应用，了解测试技术的发展。 模块二：信号及其描述7学时（反映教学目标1） 要求： (1)掌握信号分类的基本知识及信号时域和频域的描述方法： (2)掌握周期信号及其频谱、准周期信号及其频谱、瞬变非周期信号及其频谱的特点 和获取方法，能够对一个信号的频谱进行分析： (3)掌握理解傅里叶变换的性质及其应用： (4)工程中常用几种典型信号的特点及其频谱： (5)了解随机信号的主要特征参数表达。 模块三：测试装置的基本特性6学时（反映教学目标2） 要求： (1)掌握测试装置的基本要求及描述方法、线性系统及其主要性质， (2)掌握测试装置的静态特性、静态特性的数学描述： (3)掌握一阶系统和二阶系统的动态特性及其对典型输入的响应。 (4)掌握测试系统实现不失真测试的条件，明确一阶系统和二阶系统特性参数的选择。 (5)能够分析测试装置组合后构成测试系统的特性，可以进行信号和装置的适配。 棋块四：常用传感器5学时（反映教学目标1） 要求： (1)掌握传感器的定义、作用、分类、组成及其主要技术要求：
4.3 果进行分析和解释，并通过信息综合,给出关 于描述与解决复杂工程问题的有效结论。 3 毕业要求 5.3 5.3 能够针对具体的对象，开发或选用满足特 定需求的现代工具，并能够分析其局限性。 课程目标 3 二、教学的基本要求 本课程教学的基本要求是：掌握测试技术基本知识、基本技能，具备检测技术工程师的 基本素质与能力，能应对生产和科研中遇到的测试系统设计以及传感器的选型、调试、数据 处理等方面的问题，初步形成解决科研、生产实际问题的能力。 三、课堂教学内容及目标 本课程采用模块化教学，教学内容共有八个模块。 模块一：测试基础知识 1 学时（反映教学目标 1） 要求： （1）掌握测试的基本概念，掌握测试的基本内容及任务； （2）掌握测试系统的组成； （3）了解测试技术在各行业中的应用，了解测试技术的发展。 模块二：信号及其描述 7 学时（反映教学目标 1） 要求： （1）掌握信号分类的基本知识及信号时域和频域的描述方法； （2）掌握周期信号及其频谱、准周期信号及其频谱、瞬变非周期信号及其频谱的特点 和获取方法，能够对一个信号的频谱进行分析； （3）掌握理解傅里叶变换的性质及其应用； （4）工程中常用几种典型信号的特点及其频谱； （5）了解随机信号的主要特征参数表达。 模块三：测试装置的基本特性 6 学时（反映教学目标 2） 要求： （1）掌握测试装置的基本要求及描述方法、线性系统及其主要性质。 （2）掌握测试装置的静态特性、静态特性的数学描述； （3）掌握一阶系统和二阶系统的动态特性及其对典型输入的响应。 （4）掌握测试系统实现不失真测试的条件，明确一阶系统和二阶系统特性参数的选择。 （5）能够分析测试装置组合后构成测试系统的特性，可以进行信号和装置的适配。 模块四：常用传感器 5 学时（反映教学目标 1） 要求： （1）掌握传感器的定义、作用、分类、组成及其主要技术要求；
(2)掌握常见传感器的典型结构、变换原理、性能及应用。包括：电阻传感器、电感 传感器、电容传感器、磁电式传感器、压电传感器等及其关联电路。 (3)掌握传感署的选用原则，能够针对某一参数选择合适的传感器进行测试。 棋块五：信号的调理与记录5学时（反映教学目标2、反映教学目标3） 要求： (1)掌握电桥的类型、和差特性及其用途： (2)掌握调制与解调的定义、类型及其工作原理： (3)掌握滤波器的定义、作用、分类及其特性参数，能在使用中正确选用滤波器。 棋块六：信号处理初步4学时（反映教学目标3） 要求： (1)了解信号分析及信号处理类型： (2)了解数字信号处理的过程，掌握该过程中采样、截断及周期信号处理时易出现的 间题及其解决办法： (3)了解相关系数的定义，掌握相关函数（自相关函数、互相关函数）的性质及其应 用，能够针对某信号的相关函数进行信号的特性分析。 四、实验教学内容及要求 1.谐波分析实验2学时（反映敕学目标2） (1)了解分解合成非正弦周期信号的物理过程： (2)观察合成某一确定的周期信号时，所必须保持的合理的频率结构、正确的幅值比 例和初始相位关系。 2.梁的围有颍率和阻尼比2学时（反映教学目标3） (1)用振动测试的方法，识别悬臂梁的固有频率和阻尼比： (2)了解小阻尼结构的衰减自由振动形式。 (3)选择传感器，设计测试方案和数据处理方案，根据测试曲线，读取数据，识别悬 臂梁的固有频率和阻尼比。 3.相关分析实验2学时（反映敕学目标3） (1)观察并掌握几种典型随机信号的功率谱及自相关图形： (2)观察并掌握正弦加白噪声或阶跃加白噪声信号，在不同时差下的互相关函数的形 态。 五、课程教学思想、教学方法、教学手段 本课程是机械类专业的核心课程，经过了多年的课程建设与改革。 1.教学思想：本课程是一门理论性和实践性均较强的课程，它既强调知识的综合性、 实用性，又强调创新能力、综合分析和解决生产实践问题的能力。在教学过程中，采用启发
（2）掌握常见传感器的典型结构、变换原理、性能及应用。包括：电阻传感器、电感 传感器、电容传感器、磁电式传感器、压电传感器等及其关联电路。 （3）掌握传感器的选用原则，能够针对某一参数选择合适的传感器进行测试。 模块五：信号的调理与记录 5 学时（反映教学目标 2、反映教学目标 3） 要求： （1）掌握电桥的类型、和差特性及其用途； （2）掌握调制与解调的定义、类型及其工作原理； （3）掌握滤波器的定义、作用、分类及其特性参数，能在使用中正确选用滤波器。 模块六：信号处理初步 4 学时（反映教学目标 3） 要求： （1）了解信号分析及信号处理类型； （2）了解数字信号处理的过程，掌握该过程中采样、截断及周期信号处理时易出现的 问题及其解决办法； （3）了解相关系数的定义，掌握相关函数（自相关函数、互相关函数）的性质及其应 用，能够针对某信号的相关函数进行信号的特性分析。 四、实验教学内容及要求 1.谐波分析实验 2 学时（反映教学目标 2） （1）了解分解合成非正弦周期信号的物理过程； （2）观察合成某一确定的周期信号时，所必须保持的合理的频率结构、正确的幅值比 例和初始相位关系。 2.梁的固有频率和阻尼比 2 学时（反映教学目标 3） （1）用振动测试的方法，识别悬臂梁的固有频率和阻尼比； （2）了解小阻尼结构的衰减自由振动形式。 （3）选择传感器，设计测试方案和数据处理方案，根据测试曲线，读取数据，识别悬 臂梁的固有频率和阻尼比。 3.相关分析实验 2 学时（反映教学目标 3） （1）观察并掌握几种典型随机信号的功率谱及自相关图形； （2）观察并掌握正弦加白噪声或阶跃加白噪声信号，在不同时差下的互相关函数的形 态。 五、课程教学思想、教学方法、教学手段 本课程是机械类专业的核心课程，经过了多年的课程建设与改革。 1. 教学思想：本课程是一门理论性和实践性均较强的课程，它既强调知识的综合性、 实用性，又强调创新能力、综合分析和解决生产实践问题的能力。在教学过程中，采用启发
式教学，以激发学生主动学习的兴趣，并培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力 最终引导学生主动通过实践和自学环节掌握本门课程相关知识。 2.教学内容：课程内容涵盖传感、信号传输、信号处理及测试系统特性等基础理论、 应用和结合前沿工程应用的具体实例，通过课程讲授、课外资料的提供与实验案例相结合 使学生能够系统掌握用于解决机械类专业相关复杂工程问题的专业基础知识。 3.教学方法：针对目前本课程的学时少、内容多的现状，采用的教学方法主要是讲重 点、讲难点、讲思路、讲方法，突出测试技术主线、强化理论联系实际，既注意严格的逻辑 推理又进行渗透式、归纳式、讨论式教学以培养学生的创新精神和自主学习的能力。 4.。教学手段：将课堂理论教学与实验教学相结合，课内讨论和课外答疑相结合，引导 学生应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，采用现代测试方法和手段，进行各类机械 量的测试和分析，培养其识别、表达和解决机械类专业相关工程问题的思维方法和实践能力。 大、各教学环节学时分配 教学内容 讲授讨论课 实验（学时） 课程项目 模块一：测试基础知识 澳块二：信号及其描述 谐波分析实验，2学时 模块三：测试装置的基本特性 梁的固有率和阻尼比。 学时 模块四：常用传感器 模块五：信号的调理与记录 模块六：信号处理初步 三、相关分析实验，2学时 合计 28 七、考核及成续评定方式 本课程的成绩评定方式为：期末考试成绩70%+作业及平时表现10%+实验成绩20%=100%。 1.综合评分法 课程目标 目标1目标2目标3考核环节成绩 毕业要求 1.3 43 5.3 比例合计(%) 实验成绩 15 5 考核环节及成绩 20 平时表现 5 3 2 10 比例(%) 课程考试 60 20 20 70 毕业要求指标点所占比例合计(%) 100
式教学，以激发学生主动学习的兴趣，并培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力， 最终引导学生主动通过实践和自学环节掌握本门课程相关知识。 2. 教学内容：课程内容涵盖传感、信号传输、信号处理及测试系统特性等基础理论、 应用和结合前沿工程应用的具体实例，通过课程讲授、课外资料的提供与实验案例相结合， 使学生能够系统掌握用于解决机械类专业相关复杂工程问题的专业基础知识。 3. 教学方法：针对目前本课程的学时少、内容多的现状，采用的教学方法主要是讲重 点、讲难点、讲思路、讲方法，突出测试技术主线、强化理论联系实际，既注意严格的逻辑 推理又进行渗透式、归纳式、讨论式教学以培养学生的创新精神和自主学习的能力。 4. 教学手段：将课堂理论教学与实验教学相结合，课内讨论和课外答疑相结合，引导 学生应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，采用现代测试方法和手段，进行各类机械 量的测试和分析，培养其识别、表达和解决机械类专业相关工程问题的思维方法和实践能力。 六、各教学环节学时分配 教学内容 讲授 讨论课 实验（学时） 课程项目 模块一：测试基础知识 1 模块二：信号及其描述 7 一、谐波分析实验，2 学时 模块三：测试装置的基本特性 6 二、梁的固有频率和阻尼比，2 学时 模块四：常用传感器 5 模块五：信号的调理与记录 5 模块六：信号处理初步 4 三、相关分析实验，2 学时 合计 28 6 七、考核及成绩评定方式 本课程的成绩评定方式为：期末考试成绩 70%+作业及平时表现 10%+实验成绩 20%=100%。 1.综合评分法 课程目标 目标 1 目标 2 目标 3 考核环节成绩 毕业要求 1.3 4.3 5.3 比例合计（%） 考核环节及成绩 比例（%） 实验成绩 15 5 20 平时表现 5 3 2 10 课程考试 60 20 20 70 毕业要求指标点所占比例合计（%） 100
2.评分标准 1)期末考试 按期末考试的标准答案、评分标准百分制评分，总评后折算成70分。 期末考试采用闭卷方式，题型一般采用判断正误题、选择题、填空题、计算题、分析题、 标注题等。 2)作业： 每次作业必须在规定时间上交，迟交作业或作业不满足下列要求，均以零分计，每次作 业按百分制评分，总评后折算为5分。 作业的评分标准： 完成情况 得分 严格按照作业要求并及时完成，基本概念清晰，解决问题的方案正确、合理， 80-100分 能提出不同的解决问题方案。 基本按照作业要求并及时完成，基本概念基本清晰，解决问愿的方案基本正60-79分 确、基本合理 不能按照作业要求，未及时完成，基本概念不清晰，解决问题的方案基本不 40-59分 正确、不合理， 不能按照作业要求，未及时完成，基本概念不清晰，不能制定正确和合理解0-39分 决问题的方案。 3)课堂表现： 案例分析讨论、知识点讨论、作业讨论等，按百分制评分，总评后折算为5分。 课堂表现评分标准： 完成情况 得分 资料的查阅、知识熟练运用，积极参与讨论、能阐明自己的观点和想法，能5分 与其他同学合作、交流，共同解决问题。 基本做到资料的查阅、知识的运用，能参与讨论、能阐明自己的观点和想法，34分 能与其他同学合作、交流，共同解决问题。 做到一些资料的查阅和知识的运用，参与讨论一般、不能阐明自己的观点和 2-3分 想法，与其他同学合作、交流，共同解决问题的能力态度一般。 不能做到资料的查阅和知识的运用，不积极参与讨论，不能与其他同学合作、0-2分 交流，共同解决问题。 4)实验： 按实验操作和实验报告进行评分，20分。 实验评分标准：
2.评分标准 1）期末考试 按期末考试的标准答案、评分标准百分制评分，总评后折算成 70 分。 期末考试采用闭卷方式，题型一般采用判断正误题、选择题、填空题、计算题、分析题、 标注题等。 2）作业： 每次作业必须在规定时间上交，迟交作业或作业不满足下列要求，均以零分计，每次作 业按百分制评分，总评后折算为 5 分。 作业的评分标准： 完成情况 得分 严格按照作业要求并及时完成，基本概念清晰，解决问题的方案正确、合理， 能提出不同的解决问题方案。 80-100 分 基本按照作业要求并及时完成，基本概念基本清晰，解决问题的方案基本正 确、基本合理 60-79 分 不能按照作业要求，未及时完成，基本概念不清晰，解决问题的方案基本不 正确、不合理， 40-59 分 不能按照作业要求，未及时完成，基本概念不清晰，不能制定正确和合理解 决问题的方案。 0-39 分 3）课堂表现： 案例分析讨论、知识点讨论、作业讨论等，按百分制评分，总评后折算为 5 分。 课堂表现评分标准： 完成情况 得分 资料的查阅、知识熟练运用，积极参与讨论、能阐明自己的观点和想法，能 与其他同学合作、交流，共同解决问题。 5 分 基本做到资料的查阅、知识的运用，能参与讨论、能阐明自己的观点和想法， 能与其他同学合作、交流，共同解决问题。 3-4 分 做到一些资料的查阅和知识的运用，参与讨论一般、不能阐明自己的观点和 想法，与其他同学合作、交流，共同解决问题的能力态度一般。 2-3 分 不能做到资料的查阅和知识的运用，不积极参与讨论，不能与其他同学合作、 交流，共同解决问题。 0-2 分 4）实验： 按实验操作和实验报告进行评分，20 分。 实验评分标准：
过程控制 关注点 优秀(20分) 良好(16分) 合格(12分) 按时参加实验 实验态度 按时参加实验 迟到早退，原始数据 原始数据记录基本完 原始数据记录完秘 录不完整 实验操作 整 (权重 实验过程操作规范 实验过程操作基本规 实验过程操作基本规 操作技的 0.5) 能较好完成相应操 范、能完成基本操作 范、能完成幕本操作 作 主动做好分配任务， 协作精神 基本完成分配的任务， 被动参与实验 并能协助同组成员 能同组成员配合 数据分析处 实验数据整理规范。 实验数据整理规范，计 实验数据和整理有明 实验报告 理能力 (权重 计算结果正确 算结果基本正确 显错误 综合应用知 能综合实验数据分 能综合实验数据分析 0.5) 结论错误 识能力 析规律，结论正确 规律，结论基本正确 八、教材和参考书目（黑体，小4号字） 教材：《机械工程测试技术基础（第4版）》，熊诗波编著，机械工业出版社，2019 年。 参考书目： 《测试技术基础（第2版）》，王伯雄编著，清华大学出版社，2012年： 《测试技术（第三版）》，贾民平编著，高等教有出版社，2016年 大纲制订人：郑艳萍、张建立、闫志华、李阳 大纲审定人：郑艳萍 制订日期：2019/07 修订日期：2020/07
过程控制 关注点 优秀（20 分） 良好（16 分） 合格（12 分） 实验操作 （权重 0.5） 实验态度 按时参加实验 原始数据记录完整 按时参加实验 原始数据记录基本完 整 迟到早退，原始数据记 录不完整 操作技能 实验过程操作规范、 能较好完成相应操 作 实验过程操作基本规 范、能完成基本操作 实验过程操作基本规 范、能完成基本操作 协作精神 主动做好分配任务， 并能协助同组成员 基本完成分配的任务， 能同组成员配合 被动参与实验 实验报告 （权重 0.5） 数据分析处 理能力 实验数据整理规范， 计算结果正确 实验数据整理规范，计 算结果基本正确 实验数据和整理有明 显错误 综合应用知 识能力 能综合实验数据分 析规律，结论正确 能综合实验数据分析 规律，结论基本正确 结论错误 八、教材和参考书目 （黑体，小 4 号字） 教 材：《机械工程测试技术基础(第 4 版)》，熊诗波 编著，机械工业出版社，2019 年。 参考书目：《测试技术基础(第 2 版)》，王伯雄编著，清华大学出版社，2012 年； 《测试技术（第三版）》，贾民平编著，高等教育出版社，2016 年 大纲制订人：郑艳萍、张建立、闫志华、李阳 大纲审定人：郑艳萍 制订日期：2019/07 修订日期：2020/07
