第一篇：機械工程測試技術復習指南總結11版

機械工程測試技術復習指南

覆蓋知識點（以PPT為主，但原則上書中的提法與PPT略有區(qū)別時，兩種提法都有效）

隨機誤差、絕對誤差的概念以及與準確度、精密度的關系，常用的誤差分類方式（判選填）精度等級的計算

傳感器的概念，各組成部分的作用（簡）

金屬熱電阻的分度值的含義、測溫范圍（判選）

熱敏電阻的分類、測溫范圍（選填）

熱電偶的冷端補償、基本定律的應用（簡計）

電容式傳感器的形式及各自特點（判選）

增量式和絕對式角編碼器各自的特點、分辨率（判選），利用角編碼器進行測速的分類及原理（簡）光柵的分類、光柵中莫爾條紋的作用、條紋與柵距的關系等（判選填）

電渦流傳感器的特點及應用（選判）

霍爾效應的原理

光電效應的分類及典型器件、光敏二極管與三極管的對比（判選填）

ADC的分辨率的計算、過程通道的概念及構成（簡）

名詞解釋

傳感器、系統(tǒng)誤差、集膚效應、電渦流效應、熱電效應、莫爾條紋、光電效應

論述題與某系統(tǒng)設計相關，要求畫出該控制系統(tǒng)硬件的系統(tǒng)框圖（示意圖），并描述各組成部分的功能。

關于知識點的詳細內容 兩位學習委員正在整理。老師說，15周或15周以后考試傳感器。詳細時間未定。

第二篇：機械工程測試技術總結

測試技術與信號處理課程小結

測試是人們認識客觀事物的方法，測試過程是從客觀事物中提取有關信息的認識過程。測試包括測量和實驗，在測試過程中，需要借助專門設備，通過合適的實驗和必要的數(shù)據(jù)處理，求得所研究對象的有關的信息量值。信息，一般可理解為消息、情報或知識。信息本身不是物質，不具有能量，但信息的傳輸卻依靠物質和能量，一般說，傳輸信息的載體成為信號，信息蘊含在信號之中。例如，古代烽火，人們觀察到的事光信號，它所蘊含的信息是“敵人來進攻了”。信號具有能量，它描述了物理量的變化過程，在數(shù)學上可以表示為一個或幾個獨立變量的函數(shù)，可以取為隨時間或空間變化之圖形。例如，噪聲信號可以表示為一個時間函數(shù)；機械零件的表面粗糙度，則可表示為一個二元空間變量的高度函數(shù)。信息·信號的轉換、傳輸與處理過程

按照信號變化的物理性質，可分為非電信號和電信號。例如隨時間變化的力、位移、加速度等，可稱為非電信號，而隨時間變化的電壓、電流、電荷、磁通等，則成為電信號。信號的分析處理，是指從傳感器等一次敏感原件獲得初始信息，用一定的設備和手段進行分析處理我們就所得的信號往往要經(jīng)過加工變換，例如，濾波、調制、變換、增強、估值等，其目的是改變信號的形式，便于分析和識別：濾除干擾噪聲，提取有用的信息。信號分析的經(jīng)典方法有時域分析法與頻域分析法，其中時域分析法是用信號的幅值隨時間變化的圖形或表達式來分析的，頻域分析法是把信號的幅值、相位或能量變換為以頻率坐標軸表示，進而分析其頻率特性的一種方法。

測試工作的全過程包含著許多環(huán)節(jié)

信號可分為確定性信號和非確定性信號，確定性信號是指可以用明確數(shù)學關系式描述的信號；非確定性信號是指不能用數(shù)學關系式描述的信號。其中確定性信號又分為周期信號和非周期信號。在所分析的區(qū)間（-∞，∞），能量為有限值的信號為能量信號，能量不是有限值，此時研究該信號的平均功率更為合適。對周期信號，時域到頻域的變換工具是三角傅里葉級數(shù)或復數(shù)傅里葉級數(shù)。前者得到的是單邊譜，后者得到的是雙邊譜。當用Fourier級數(shù)的諧波分量之和來表達具有間斷點的波形時可以看到吉布斯現(xiàn)象，它是由于展開式在間斷點領域不能均勻收斂引起的。對于非周期信號，其頻域分析的數(shù)學手段是傅里葉變換。信號的分類

周期信號：經(jīng)過一定時間可以重復出現(xiàn)的信號

x(t)

=

x(t + nT)簡單周期信號非周期信號：不會重復出現(xiàn)的信號

信號分析中常用的函數(shù)

δ函數(shù)的含義是指在?時間內激發(fā)一個矩形脈沖Sg(t)(或三角形脈沖、雙邊指數(shù)脈沖、鐘形脈沖等)，其面積為1。當ε→0時，Sg(t)的極限就稱為δ函數(shù)，記作δ(t)。δ函數(shù)也稱為單位脈沖函數(shù)。

δ函數(shù)的性質

采樣特性：如果δ函數(shù)與某一連續(xù)函數(shù)f(t)相乘，顯然其乘積僅在t=0處為f(0)δ(t)，其余各點(t≠0)之乘積均為零。其中f(0)δ(t)是一個強度為f(0)的δ函數(shù)。

f?t???t??f?0???t?

f?t???t?t0??f?t0???t?t0? 篩選(積分)特性

?????f?t???t?dt?f?0?00

?f?t???t?t?dt?f?t???卷積特性：任何函數(shù)和δ函數(shù)卷積是一種最簡單的卷積積分

?? x?t?*??t??x?????t???dt?x???????t?dt?x?t????? ??sinc 函數(shù)

sinc（t）函數(shù)又稱為抽樣函數(shù)、濾波函數(shù)或內插函數(shù)，在許多場合下頻繁出現(xiàn)，其定義為

sintsin?t sinc(t)?,or，(???t??)復指數(shù)函數(shù)

t?test?e?t?ej?t

???t??

?e?tcos?t?e?tsin?t

s???j?

根據(jù)s取值不同，復指數(shù)函可以概括信號分析中所遇到的多種波形。虛軸代表振蕩頻率，實軸代表振幅變化。時域中遇到的任何時間函數(shù)，總可以表示成復指數(shù)函數(shù)的離散和與連續(xù)和。

系統(tǒng)是由若干個相互作用、相互依賴的事物組合而成的具有特定功能的整體。如計算機系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。構成測試系統(tǒng)的每一個單元，也可以看成是一個基本系統(tǒng)（或元系統(tǒng)）。按系統(tǒng)的輸入輸出分，系統(tǒng)可分為連續(xù)時間系統(tǒng)與離散時間系統(tǒng)；系統(tǒng)也可分為即時系統(tǒng)與動態(tài)系統(tǒng)。即時系統(tǒng)，也稱為無記憶系統(tǒng)：其輸出信號只決定于同時刻的激勵信號，與它過去的工作狀態(tài)無關，可用代數(shù)方程描述。動態(tài)系統(tǒng)，也稱有記憶系統(tǒng)：其輸出與它過去的工作狀態(tài)有關，可用微分或差分方程描述。

信息就是事物運動的狀態(tài)和方式。它具有可以識別、轉換、存儲和傳輸?shù)男再|。凡是可以擴展人的信息功能的技術，都是信息技術。信息技術的主體內容包括傳感技術、通信技術和計算機技術。

傳感技術：主要包括信息的識別、檢測、提取、變換以及某些信息處理技術，它是人的感官功能的擴展和延伸。

通信技術：包含信息的變換、傳遞存貯、處理以及某些控制與調節(jié)技術，它是人的信息傳輸系統(tǒng)(神經(jīng)系統(tǒng))功能的擴展和延長。

計算機技術：主要包括信息的存貯、檢索、處理、分析、產生(決策或稱指令信息)、以及控制等，它是人的信息處理器官(大腦)功能的延長。

信息論可分為廣義信息論、俠義信息論和一般信息論。狹義信息論，主要研究信息的測度、信道容量以及信源和信道編碼理論等，這一部分即山農信息基本理論；一般信息論，也主要是研究通信問題，但包括噪聲理論，信號濾波與預測，信號調制與信號處理等。廣義信息論，不僅包括上述內容，而且包括與信息有關的領域，如心理學、遺傳學、神經(jīng)生理學、語言學甚至包括社會學中有關信息的問題。

事件發(fā)生的不確定性和事件發(fā)生的概率有關。當一個小概率的事件發(fā)生了，它所涵蓋的信息就很大。自信息函數(shù)是一個單調遞減的函數(shù)，發(fā)生的概率越大，它所涵蓋的自信息就越小。例如，一臺機器，具有正常工作和發(fā)生事故兩種可能狀態(tài)，如果正常工作的概率為P(x1)＝0.99；發(fā)生故障的概率P(x2)＝0.Ol，則可認為這臺機器一般處于正常工作狀態(tài)。但是，一旦發(fā)生故障，則是一件引人注目的事件。因此，某事件發(fā)生所含有的信息量，應該是該事件發(fā)生的先驗概率的函數(shù)，即：

I?xi??f?P?xi??式中，P(xi)是事件xi發(fā)生的先驗概率，I(xi)表示事件xi發(fā)生所含有的信息量。根據(jù)客觀事實和人們的習慣概念，函數(shù)I(xi)應滿足以下條件:(1)I(xi)是先驗概率P(xi)的單調遞減函數(shù)，P(xi)越大，I(xi)越?。?2)當P(xi)＝1時，I(xi)＝0，必然事件信息量為零；

(3)當P(xi)=O時，I(xi)＝∞，不可能發(fā)生的事件發(fā)生了，其信息量為無窮大；(4)兩個獨立事件的聯(lián)合信息量，等于它們各自信息量之和

顯然，滿足條件(1)、(2)、(3)時，應取信息量I(xi)為先驗概率P(xi)的倒數(shù)；滿足條件(4)時，最好的方法是用對數(shù)來定義信息量。I?xi??log??logP?xi? P?xi?山農定義自信息的數(shù)學期望為信息熵，即信源的平均信息量

N

H?X??E??logP?xi????P?xi?logP?xi? i?1?熵的單位是[bit／事件]或[bit／符號]。

信息熵表征了信源整體的統(tǒng)計特性，是總體的平均不確定性的量度。對某一特定的信源，其信息熵只有一個；不同的信源，因統(tǒng)計特性不同，其熵也不同。

信息熵表征了信源整體的統(tǒng)計特性，是總體的平均不確定性的量度。對某一特定的信源，其信息熵只有一個，不同的信源，因統(tǒng)計特性不同，其熵也不同。信息熵具有的性質是對稱性、確定性、可加性和極值性。在離散信源中，當信源的輸出狀態(tài)是等概率分布時信源的熵取最大值，在連續(xù)信源中，情況有所不同，當各約束條件不同時，信源的最大相對熵值不同，有兩種情況。其中有峰值功率受限條件下的信源最大熵和平均功率受限條件下的信源最大熵。熵與信息通過一個簡單的守恒定律相聯(lián)系，即一個體系的信息與熵的和保持恒定，這就是信息與熵的守恒定律。

人類感官獲取信息具有局限性，隨著傳感器技術的發(fā)展，人類獲取信息的范圍變的更大。傳感技術的發(fā)展表現(xiàn)為兩個基本的方向，一是擴展感測信息的譜域，二是提高識別信息的智能。其中擴展譜域有視覺與光傳感器、聽覺與聲壓傳感器、觸覺與溫度傳感器和嗅覺傳感器。智能化包括動態(tài)測量、遠距離非接觸測量、特殊環(huán)境測量和微觀測量。在工程中涌現(xiàn)了許多新型的傳感器，在核輻射檢測、超聲波檢測和聲發(fā)射檢測等運用廣泛。在選用傳感器時應該考慮的基本原則有靈敏度、響應特性、線性、穩(wěn)定性、精確性和測量范圍等。信道是構成一般信息傳輸系統(tǒng)的重要組成部分，是載荷著信息的信號所通過的通道，它承擔了信息傳輸和存儲的任務。信息傳輸需要借助物質和能量。Shannon信道容量關系式表明，一個信道可靠傳輸?shù)淖畲笮畔⒘客耆蓭扚、時間T和信噪比Ps/Pn所決定。Shannon信道容量關系式：Ct = F log(1+Ps / Pn)

[bit/s] F — 信道帶寬

Ps — 輸入信號的平均功率

Pn — 引入信道的干擾噪聲的平均功率 Ct — 單位時間內的信道容量

Shannon信道容量關系式表明，一個信道可靠傳輸?shù)淖畲笮畔⒘客耆蓭扚、時間T和信噪比Ps/Pn所決定。

上圖表示信道容量Ct 與信道帶寬F 的關系。當F 較小時，Ct 隨F 增加較快，且當F = Ps/N0 時，Ct =Ps / N0，即此時信道容量等于信號功率與噪聲功率譜密度的比值；當F 較大時，Ct 趨向于一極限值(Ps / N0)loge。

根據(jù)Shannon信道容量關系式，若保持信噪比，那么設計原則應該是環(huán)節(jié)數(shù)目盡可能少以及建立傳輸環(huán)節(jié)間的耦合關系。

在測試技術中，許多情況下需要對信號進行調制，信號的調制類型有幅值調制、頻率調制和相位調制三種。調幅是將一個高頻正（余）弦信號與測試信號相乘，使高頻信號的幅值隨測試信號的變化而變化。在調幅過程中要保證不出現(xiàn)過調失真和重疊失真。調頻是利用信號x（t）的幅值調制載波的頻率，或者說調頻波是一種隨信號x（t）的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波。頻率調制較之幅度調制的一個重要優(yōu)點是改善了信噪比。濾波器是一種選頻裝置，能夠使特殊頻率的成分通過，濾波器可分為四類，其中包括低通、高通、帶通和帶阻。

A/D轉換是把連續(xù)時間信號轉換為離散數(shù)字信號的過程，反之稱為D/A轉換。A/D轉換包括了采樣、量化和編碼。采樣是對時間坐標的離散化，是連續(xù)的模擬信號變成了離散信號。采樣定理

為保證采樣后信號能真實地保留原始模擬信號信息，信號采樣頻率必須至少為原信號中最高頻率成分的2倍。這是采樣的基本法則，稱為采樣定理。

fs ＞fh

滿足采樣定理，只保證不發(fā)生頻率混疊，而不能保證此時的采樣信號能真實地反映原信號x(t)。工程實際中采樣頻率通常大于信號中最高頻率成分的3到5倍。

量化則是對幅值坐標的離散化，使離散信號變成了數(shù)字信號。信號的加窗截斷會引起能量的泄漏，采用傍瓣小的窗函數(shù)以及加大窗寬能有效的減少能量的泄漏。離散傅里葉變換并非泛指對任意離散信號取傅里葉積分或傅里葉級數(shù)，而是為了適應計算機計算傅里葉變換而引出的一個專用名詞。若在計算機上實現(xiàn)這一運算，則必須做到:（1）把連續(xù)信號改造為離散數(shù)據(jù)；（2）把計算范圍收縮到一個有限區(qū)間；（3）實現(xiàn)正、逆傅里葉變換運算。在這種條件下所構成的變換對稱為離散傅里葉變換對。其特點是，在時域和頻域中都只取有限個離散數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分別構成周期性的離散時間函數(shù)和頻率函數(shù)。

數(shù)字濾波器是利用離散時間系統(tǒng)的特性對輸入信號波形進行加工處理，或者說利用數(shù)字方法按預定要求對信號進行變換，把輸入序列x（n）變換成一定的輸出序列y（n），從而達到改變信號頻譜的目的。數(shù)字濾波器的濾波系統(tǒng)一般包括了采樣、數(shù)字濾波、數(shù)模轉換以及模擬濾波等。

維納濾波是利用最小平方濾波原理實現(xiàn)剔除噪聲的一種濾波方法。設濾波器輸入為x(n)=s(n)+n(n)，其中s(n)為源信號，n(n)為干擾噪聲，且s(n)與n(n)不相關，維納濾波器的期望輸出為源信號本身，即z(n)=s(n)。

若以濾波器實際輸出y(n)與理想輸出z(n)的均方誤差Q最小為原則，則可推導出維納濾波器的頻率響應函數(shù)為：

Rs(ej?)j?H(e)? Rs(ej?)?Rn(ej?)

其中Rs、Rn分別表示源信號s(n)和干擾噪聲n(n)的自功率譜。具有這一頻率響應函數(shù)的濾波器稱為維納濾波器或最小平方濾波器。

第三篇：機械工程測試技術重點總結

1交流電橋與直流電橋的主要區(qū)別在哪些方面？

（1）橋臂源一個用交流，一個用直流（2）直流電橋用來測量電阻，直流電壓，直流電流 交流電橋可測量電阻，電容，電感，交流電壓，交流電流，還可以測量材料的介電常數(shù),電容器的介質損耗,線圈間的互感系數(shù)和耗合系數(shù),磁性材料的磁導率和液體的電導率。2什么是幅頻特性曲線，他是誰對誰的函數(shù)？

在放大器中,放大倍數(shù)隨頻率變化的關系為Au(jω)=V0Vi=V0Viejφ=Au(ω)ejφ(ω)式中Au(ω)表示電壓放大倍數(shù)的大小和頻率之間的關系,稱為幅頻特性放大電路的電壓放大倍數(shù)與頻率的關系稱為幅頻特性。x軸是頻率f，y軸是信號頻率響應的幅度|S(f)|

3.周期信號與非周期信號的頻譜圖有什么差別？

周期信號的頻譜是離散譜，最低的那條表示基波；非周期信號的頻譜是連續(xù)譜。離散，諧波，收斂

周期信號頻譜的物理含義是什么?

周期信號的頻譜反映了信號中各個頻譜分量的相對大小

周期信號和非周期信號的頻譜圖各有什么特點?他們的物理意義有和不同

周期信號的頻譜是離散的，而非周期信號的頻譜是連續(xù)的，兩者的數(shù)學推導方法不同，物理意義自然不同，周期信號表示成傅里葉級數(shù)形式，對應的頻率分量的系數(shù)就是該頻率分量的具體幅值，非周期信號借鑒了傅里葉級數(shù)的推導方式，將周期推廣到了無窮大，得到了傅里葉變換，傅里葉變換得到的是頻譜密度函數(shù)，每個頻率點對應的數(shù)值并不是信號在該頻率上分量的實際幅值，必須要除以信號的周期（即無窮大）才是實際幅值，所以可以說非周期信號在任意頻率分量上的幅值都是零

4.傳遞函數(shù)和頻率響應函數(shù)的區(qū)別？

傳遞函數(shù)是系統(tǒng)的物理參數(shù)，也就是它受硬件決定，不會隨著輸入變化而變化，是分析系統(tǒng)的一個數(shù)學公式，而頻率響應函數(shù)是輸出函數(shù)，也就是說系統(tǒng)的傳遞函數(shù)乘上輸入的信號，而得到的頻率響應函數(shù)（當然是在頻域中分析）。

傳遞函數(shù)H(s)與頻率響應函數(shù)的關系:在系統(tǒng)傳遞函數(shù)H(s)已經(jīng)知道的情況下，令H(s)中s的實部為零，即s=jω便可以求得頻率響應函數(shù)H(ω)。

頻率響應函數(shù)的物理意義:頻率響應也就是當頻率為的正弦信號作為某一線性系統(tǒng)的激勵(輸入)時，該系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出和輸入之比(不需要進行拉普拉斯變換)。因此，頻率響應函數(shù)可以視為測試系統(tǒng)對諧波信號的傳輸特性。

5.理想測量系統(tǒng)，不是真條件，物理意義

理想的測量系統(tǒng)在每次使用時，應只產生“正確”的測量結果。每次測量結果總應該與一個標準值相符。一個能產生理想測量結果的測量系統(tǒng)，應具有零方差、零偏倚和所測的任何產品錯誤分類為零概率的統(tǒng)計特性。

系統(tǒng)要實現(xiàn)動態(tài)測試不失真，其幅頻特性和相頻特性應滿足下列條件：

A(w)=A0(A0為常數(shù))

Φ(w)=-t0w(為常數(shù))

6測試裝置的靜態(tài)特征有哪些？（線性度、靈敏度、回程誤差、分辨力、零點漂移、靈敏度飄移）

7.線性定常系統(tǒng)的物理特征,有何價值

特性不隨時間改變的線性系統(tǒng)。它是定常系統(tǒng)的特例，但只要在所考察的范圍內定常系統(tǒng)的非線性對系統(tǒng)運動的變化過程影響不大，那么這個定常系統(tǒng)就可看作是線性定常系統(tǒng)。對于線性定常系統(tǒng)，不管輸入在那一時刻加入，只要輸入的波形是一樣的，則系統(tǒng)輸出響應的波形也總是同樣的。線性定常系統(tǒng)的分析和設計均比時變系統(tǒng)或非線性系統(tǒng)容易得多，是自動控制理論中最成熟的部分。

8傳感器的種類有哪些？

（1）根據(jù)輸入物理量可分為：位移傳感器、壓力傳感器、速度傳感器、溫度傳感器及氣敏傳感器等。

（2）根據(jù)工作原理可分為：電阻式、電感式、電容式及電勢式等。

電阻式：把位移、力、壓力、加速度、扭矩等非電物理量轉換為電阻值變化的傳感器。它主要包括電阻應變式傳感器、電位器式傳感器(見位移傳感器)和錳銅壓阻傳感器等

（3）根據(jù)輸出信號的性質可分為：模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。即模擬式傳感器輸出模擬信號，數(shù)字式傳感器輸出數(shù)字信號.（4）根據(jù)能量轉換原理可分為：有源傳感器和無源傳感器。有源傳感器將非電量轉換為電能量，如電動勢、電荷式傳感器等；無源程序傳感器不起能量轉換作用，只是將被測非電量轉換為電參數(shù)的量，如電阻式、電感式及電容光煥發(fā)式傳感器等。

9.接地方式有幾種，分別用在什么場合？

答:有四種1單點接地2串聯(lián)接地3多點接地4模擬地和數(shù)字地工作接地按工作頻率而采用以下幾種接地方式：

（1）單點接地

工作頻率低（<1MHz）的采用單點接地式

（2）多點接地

工作頻率高（>30MHz）的采用多點接地式

（3）混合接地

工作頻率介于1～30MHz的電路采用混合接地式。當接地線的長度小于工作信號波長的1/20時，采用單點接地式，否則采用多點接地式。

（4）浮地

浮地式即該電路的地與大地無導體連接。其優(yōu)點是該電路不受大地電性能的影響； 10濾波器的種類，參數(shù)，理想濾波器，理想濾波器與實際的差別？

根據(jù)要濾除的干擾信號的頻率與工作頻率的相對關系，干擾濾波器有低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等種類。

主要參數(shù)：中心頻率，截止頻率，通帶帶寬，插入損耗紋波，帶內波動

理想濾波器是指能使通頻帶內信號的幅值和相位都不失真，阻帶內的頻率成分都衰減為零的濾波器，其通帶和阻帶之間有明顯的分界線。也就是說，理想濾波器在通帶內的幅頻特性應為常數(shù)，相頻特性的斜率為常值；在通帶外的幅頻特性應為零

實際濾波器的頻域 圖形不會在某個頻率上完全截止，而會逐漸衰減并延伸到∞。理想濾波器是不存在的，在實際濾波器的幅頻特性圖中，通帶和阻帶之間應沒有嚴格的界限。在通帶和阻帶之間存在一個過渡帶。在過渡帶內的頻率成分不會被完全抑制，只會受到不同程度的衰減。

11.信號調制與解調的種類

從大類上分：

1、模擬調制

（1）模擬調制：調幅AM、DSB、SSB、，調頻FM，調相PM

（2）脈沖調制：脈沖幅度PAM，脈沖相位PWM，脈沖編碼PCM；

（3）復合調制：正交幅度調制QAM；

2、數(shù)字調制

通斷鍵控ASK，頻移鍵控FSK，相移鍵控PSK

解調方式：（1）檢波法，適合AM；（2）同步解調，適合大部分調制。12.什么是信號調理電路 信號調理電路，把模擬信號變換為用于數(shù)據(jù)采集、控制過程、執(zhí)行計算顯示讀出或其他目的的數(shù)字信號 1.放大2.衰減3.隔離4.多路復用5.過濾6.激勵，7.冷端補償 這個電流源將電阻的變化轉換成一個可測量的電壓。應變計，一個超低電阻的設備，通常利用一個電壓激勵源來用于惠斯登（Wheatstone）電橋配置。12.超聲波的概念及特征： 超聲波是頻率高于20000赫茲的機械波，它方向性好，穿透能力強，在介質中傳播能量大，易于獲得較集中的聲能

第四篇：機械工程測試技術有效課堂教學研究

機械工程測試技術有效課堂教學研究

[摘 要] 機械工程測試技術課程是機械工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎課程，教學目的是使學生較全面地掌握測試技術基本原理和方法，了解測試技術在機械測試、機械控制、故障診斷、生產控制等領域的應用。機械工程測試技術課堂教學研究與實踐是通過研究有效課堂教學的基本要素，分析機械工程測試技術實現(xiàn)有效課堂教學的可行性，完成了在機械工程測試技術有效課堂教學的方法研究。研究具有很強實用性和針對性，對機械工程測試技術課程教與學中的創(chuàng)新研究具有重要的意義。

[關鍵詞] 機械工程；測試技術；有效課堂教學

doi ： 10.3969 / j.issn.16730194（2015）17-0212-02 機械工程測試技術課堂教學的主要內容及意義

機械工程測試技術是機械工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)基礎課。教師以學生所學前序課程為基礎，培養(yǎng)學生掌握測試技術的基本理論、基本知識、基本能力和技能，為學生進一步學習、研究和處理機械工程技術打下基礎。

機械工程測試技術課程具有很強的實踐性。學生加強物理概念的理解，同時完成足夠和必要的實驗，一般安排課時40或48學時，其中課堂教學32或40學時，實驗教學8學時。

通過課堂教學，使學生掌握測試信號基礎理論、測量裝置基本特性及不失真測量條件，了解測試系統(tǒng)的基本組成，熟悉常用傳感器的基本原理、優(yōu)缺點和應用，了解常用信號調理電路，了解記錄顯示儀器基本工作原理和性能。課堂教學32或40學時，完成如上教學內容，要求高質量、高效率地教與學，因此教師與學生的有效課堂教學非常重要。有效課堂教學的基本要素

有效課堂教學的基本要素分別是情境與問題、閱讀與思維、互動與引導、練習與反饋。

2.1 情境與問題

知識本身具有豐富生動的內容，表征它的語言文字（包括符號圖表）則是抽象和簡約的，學生所學的正是由語言文字所匯集成的書本知識，即教材。這就要學生透過語言文字、符號圖表把它們所代表的實際事物聯(lián)系起來去思考。

2.2 閱讀與思維

教學的重要目的之一，就是使學生理解和掌握正確的結論，學生通過閱讀，經(jīng)過一系列的思考、質疑、判斷、比較、選擇，以及相應的分析、綜合、概括等認識活動，使結論真正理解和鞏固。

2.3 互動與引導

教學是教與學的交往、互動，在這個過程中教師與學生分享彼此的思考、經(jīng)驗和知識，交流彼此的情感、體驗與觀念，豐富教學內容，求得新的發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)教學相長和共同發(fā)展。教師的正確引領是保證學生學習方向性和有效性的重要前提。

2.4 練習與反饋

學生在課堂上的學習既包括學也包括習。課堂練習是學生課堂獨立活動中的一項重要活動，它一方面能使學生將剛剛理解的知識加以應用，在應用中加深對新知識的理解；另一方面，能即時暴露學生對新知識理解應用上的不足，以使師生雙方及時訂正、改正錯誤和不足。練習與反饋是課堂教學的重要環(huán)節(jié)，是提高課堂教學質量的重要保證。

顯然，上述4個要素是相互聯(lián)系、相互滲透的，深刻地領會和把握各個要素的精神實質和有機聯(lián)系，并加以認真貫徹和創(chuàng)造性落實，唯其如此，才能全面地提升課堂教學的有效性。機械工程測試技術實現(xiàn)有效課堂教學的可行性

3.1 優(yōu)秀教材

教材是教學內容的載體，對提高教學質量具有不可或缺的重要作用?！皺C械工程測試技術”課程所使用的教材是中國礦業(yè)大學出版社出版的《測試技術與實驗方法》（第3版）。這部教材是經(jīng)過多年教學實踐，結合了課程課時、教學重點難點、教學系統(tǒng)完整、課堂教學效果以及作業(yè)考核等因素確定的。參考教材有《機械工程測試技術基礎》（第3版）熊詩波和黃長藝主編，普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材，由機械工業(yè)出版社出版；《測試技術基礎》王伯雄主編，清華大學出版社出版。應用教材，測試技術基礎知識和基礎技能的教學系統(tǒng)深入，學生依據(jù)教材，基礎知識的學習會簡明深刻。

3.2 高素質師資隊伍

師資隊伍建設是精品課程建設的根本保證?！皺C械工程測試技術”課程組共有成員4人，其中50～60歲2人、35～45歲2人，均有博士學位；教授2人、副教授2人。主講教師均具有20年以上的教齡，授課經(jīng)驗豐富，而且主持過多項國家級、省部級科研課題的研究工作，獲多項國家級和省部級科研教學獎。教學和科研水平高，教學效果好。

3.3 課程建設

學校對建設立項，對教學大綱和知識點重新梳理；找出教學中的難點和重點；總結學生對難點和重點知識學習中出現(xiàn)問題的原因；嘗試利用新的教學實驗手段講授課程中難點和重點知識。通過一年對機械工程測試技術課程的分析、研究和總結，教學水平得到明顯提高。

3.4 課程評價體系

學校開展了機械工程測試技術課程課堂教學評價體系及評價方法的實踐。主要有：①明確課堂教學評價目的，準確把握、全面了解實際課堂教學運行狀態(tài)，使教學質量穩(wěn)步提高；②構建科學的課堂教學評價體系，促使教師具備全局性、前瞻性的戰(zhàn)略眼光和服務意識，激發(fā)教師從事教學工作的積極性；③科學的課堂教學評價指標和有效的課堂教學評價方法，注意評價過程的連貫性和承接式，運用網(wǎng)絡技術手段組織課堂教學評價活動。機械工程測試技術實現(xiàn)有效課堂教學的方法研究

從課堂教學活動的要素和課堂教學運行的環(huán)節(jié)兩個方面，依據(jù)提升課堂教學有效性的原理和機制，結合筆者多年機械工程測試技術的教學經(jīng)驗，提出機械工程測試技術實現(xiàn)有效課堂教學的方法，具體如下：

4.1 應用多媒體技術實現(xiàn)情景教學

教學情境就是以直觀方式再現(xiàn)書本知識所表征的實際事物及其相關背景，在可能的范圍內，一切事物應盡量地放在感官的面前。在機械工程測試技術教學中，采用多媒體情境教學的知識點主要有周期信號時頻域轉化、測量裝置數(shù)學模型建立及動靜態(tài)特性、常用傳感器結構原理及應用、典型測試系統(tǒng)的視頻演示。

4.2 基礎理論學習加強閱讀和思維

課堂教學應重在揭示隱含在其中的精彩而又獨特的思維過程，并引導學生的思維深入到知識的發(fā)現(xiàn)或再發(fā)現(xiàn)的過程中去，學生把教材上的知識轉化為自己的智慧。在機械工程測試技術中，基礎理論學習加強閱讀和思維，主要有信號變換、測試裝置動靜態(tài)特性。

4.3 以交往與互動為特征的教學實現(xiàn)新技術的學習

以交往與互動為特征的教學，常常要借助“對話”來實現(xiàn)。就是教師與學生以教材內容為“話題”，共同去生成和創(chuàng)造“文本”、去構造“意義”的過程。它既是一種精神，又可以成為一種方法。在機械工程測試技術中，采用以交往與互動為特征的教學實現(xiàn)新技術的學習主要有：①霍爾傳感器中，霍爾效應的機理學習，學生查資料調研學習量子反常霍爾效應，并在課堂交流討論；②光纖傳感器學習中，依據(jù)光纖結構原理，要求學生閱讀科學家高錕資料，并在課堂交流討論。

4.4 課堂提問練習及時反饋學習狀態(tài)

在機械工程測試技術中，采用課堂提問練習及時反饋教學的知識點主要有：①連貫性考察，公式推導，例如傅立葉變換公式的推導；②獨自做例題，信號變換中，周期方波信號的頻譜；③基礎理論考察，動靜態(tài)特性，傳感器原理等；④解決方法即重復講解，放慢講課速度，單獨答疑。

通過課堂練習的即時反饋，學生本人可以及時了解到自己在課堂上的學習進展情況、存在問題，起到強化、督促、糾正學生學習的作用。這種即時反饋也讓教師及時了解學生對知識和技能的掌握程度，檢驗自己的教學方法和教學效果，對于還存在某些問題或學習有困難的學生及時給予指導，對于過易或過難的題目適當?shù)剡M行修正，根據(jù)收集到的結果調整自己的教學方案，使課堂教學成為一個具有自我反饋糾正功能的系統(tǒng)，成為一個流程通暢的回路。結 論

大學工科專業(yè)基礎課教學，通過有效課堂教學研究，為提高本科教學質量和教學水平提供有益參考。機械工程測試技術課程是機械工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎課程，在大學三年級上學期開設。教學目的是使學生較全面地掌握測試技術基本原理和方法，了解測試技術在機械測試、機械控制、故障診斷、生產控制等領域的應用。測試技術課程教與學中的創(chuàng)新研究具有重要的意義。

機械工程測試技術課堂教學研究與實踐是從多年教學經(jīng)驗和發(fā)現(xiàn)問題出發(fā)，具有很強的實用性和針對性，課堂教學效果很好、教學環(huán)節(jié)愈加通暢，使師生學習真正感到身心愉悅。

主要參考文獻

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第五篇：淺談新形勢下機械工程測試技術教學改革的論文

機械工程測試技術是機械類專業(yè)學生必修的一門專業(yè)技術基礎課，它主要研究機械工程領域與設計相關的試驗、控制和運行監(jiān)測中所涉及到的物理量及其它工程量的測量和測量裝置的性能，主要包括物理量和其他工程量的測量方法、測試中常用的傳感器、信號的調理電路及記錄、顯示儀器的工作原理、測量裝置基本特性的評價方法、測試信號的分析和處理等內容。它是一門綜合應用相關課程的知識和內容來解決機械行業(yè)設計和生產中所面臨的測試問題的課程，基本理論較多，同時所研究的內容都直接面向工程應用中的測試問題，與工程應用緊密結合。由于各種基于新的測試原理和測試方法的新型傳感器不斷出現(xiàn)，課程的教學內容也處于不斷更新的變化之中。

隨著高校專業(yè)改革的發(fā)展，一方面測試技術課程的學時數(shù)逐漸減少，教學時數(shù)(包括理論教學和實驗教學)已縮減為32學時，而另一方面為了適應現(xiàn)代工程測試技術發(fā)展的需要，對于機械工程測試技術課程的教學要求卻又有所提高。因此，為了在減少學時的情況下達到相同的教學效果，機械工程測試技術的教學內容和教學模式也需要與時俱進。本文依照課程教學內容服從專業(yè)培養(yǎng)目標、課程教學方法服務于課程教學內容、素質教育貫穿于整個教學過程的原則，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和分析解決工程實際問題的能力為目的，針對新形勢下機械工程測試技術課程的教學內容和教學模式進行了一些研究與探索。

1以面向工程應用為主的教學內容體系的改革

按照教學內容服務于專業(yè)培養(yǎng)目標的原則，以面向工程應用為主要目的，將課程內容進行模塊化整合，在教學過程中應以應用模塊的教學為重點，以適應培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的工程應用型人才的需要。

機械工程中一個完整的測試系統(tǒng)一般包括：被測對象(通常是各類信號)、傳感器、調理電路、信號采集與數(shù)字信號處理及反饋控制等，與此相應的理論內容主要有：信號及其描述方法、測試裝置性能的靜動態(tài)分析、各種常用傳感器的原理及后接電路、信號調理、信號的顯示與記錄、信號處理等，這些內容構成了機械工程測試技術課程的基本理論部分，涉及知識面較廣，知識點多而繁瑣。同時課程也包括了常見物理量如位移、力、應力和應變、振動測試、溫度及流體參量中的壓力和流量等常見物理量的測試方法，還包括現(xiàn)代計算機測試系統(tǒng)等內容，這一部分屬于應用性內容。

針對課程內容的特點，將教學內容劃分為信號及其描述模塊、信號傳輸系統(tǒng)性能模塊、傳感器模塊、信號調理模塊、信號處理模塊及應用實例模塊這六大模塊。其中前五個模塊屬于該課程的理論部分，它們間的關系也非常明確，即按照信號的運行路徑為主線組織知識點，此部分內容中傳感器模塊為重點內容，主要講授常用傳感器的工作原理及后接電路，該部分內容與工程應用緊密結合，其余內容如信號傳輸系統(tǒng)性能及信號調理等與學生學習過的自動控制原理及電工學等課程有重合，在教學過程中可以做簡單回顧即可。最后的應用實例模塊既是前面各模塊的有機結合，又是該課程的目的所在，該模塊含幾個典型物理量的測試實例，每個實例應有具體的系統(tǒng)組成及適當?shù)睦碚摲治?。這樣組織教學內容，學生在學習時能清晰地理解各個知識模塊的作用及在測試系統(tǒng)中的地位，對于測試系統(tǒng)的完整組成及性能分析有比較完整的概念，另外也可以學習到各種物理量測試技術的具體工程應用方法。

2教學方法與手段的改革

2.1工程實例教學法

按照教學方法服務于教學內容的原則，由于機械工程測試技術這門課程與工程實踐聯(lián)系緊密，直接面向工程應用，因此在教學過程中，應將適當?shù)墓こ虒嵗虢虒W，這對于提高教學效果具有重要作用。

如在講述傳感器的原理時，除講清楚各種傳感器的原理之外，還需要通過大量的工程實例來使學生認識所學習的傳感器是如何應用于實際工程量的測量。例如，筆者在講述壓電傳感器時，給學生舉了一個壓電傳感器應用于懸臂梁振動測試的例子。壓電加速度計由慣性質量塊和受壓的壓電陶瓷晶體等組成，固定安裝在懸臂梁上，當給懸臂梁施加一定頻率的激振信號時，壓電加速度計感受與懸臂梁相同頻率的振動，若振動頻率遠小于壓電加速度計的固有頻率，質量塊便有正比于加速度的交變力作用在壓電陶瓷晶體上，由于壓電效應，壓電陶瓷晶體上產生正比于運動加速度的表面電荷，通過電荷放大器等后接電路，便可以得到懸臂梁振動的加速度信號，再通過雙重積分器即可得到懸臂梁的振動位移信號。

例如，在講述關于濾波器的問題時，筆者通過LABVIEW給學生演示了一個濾波器應用程序，頻率為10Hz、幅值為1的正弦波與頻率為60Hz、幅值為0.1混疊有幅值為0.1的白噪聲的正弦信號疊加的合成信號，通過無限長沖擊響應(IIR)3階低通濾波器進行濾波處理，當濾波器的截止頻率分別為20Hz和65Hz時，通過觀察濾波后信號的波形圖，來了解濾波器的截止頻率對于濾波效果的影響。

這些工程實例的引入，一方面能夠激發(fā)學生學習相關知識的興趣，了解相關知識的工程應用，同時又能提高學生應用所學內容分析和解決工程實際問題的能力。

2.2啟發(fā)式教學法

啟發(fā)式教學，就是根據(jù)教學目的、內容、學生的知識水平和知識規(guī)律，運用各種教學手段，采用啟發(fā)誘導辦法傳授知識，使學生積極主動地學習，以促進能力培養(yǎng)。在課堂教學中，應盡量避免填鴨式教育，盡量啟發(fā)學生利用已有知識去主動分析和解決理論推導和實際問題。在具體實施中，針對部分教學內容，以學生理解并掌握該部分內容為目標，可以先列出研究思路和步驟，然后在講解過程依步驟逐步提示學生利用現(xiàn)有知識去進行思考，并嘗試自己獨立推理，然后再由教師進行詳細講解。

例如，在講述關于非周期信號的傅立葉變換時，先列出學生已經(jīng)學習過的周期信號的復指數(shù)展開式，提示他們可以將非周期信號看成是周期為無限長的周期信號，從而引導他們借用周期信號的復指數(shù)展開式去自己推導出傅立葉變換式。在講述了傅立葉變換的基本概念之后，提示他們結合數(shù)學中的坐標變換去理解傅立葉變換實質上是一種積分變換，將一個信號通過積分變換變成另一個信號，兩個信號相互之間有聯(lián)系，傅立葉變換后得到的信號自變量已經(jīng)變?yōu)轭l率而非時間，通過分析一個信號的傅立葉變換可以得到信號的頻譜密度函數(shù)，從而了解了信號包含的各頻率成份及特征。通過啟發(fā)式教學，學生深刻地理解了傅立葉變換的意義，同時也加深了對信號時域分析和頻域分析的理解。

實踐證明，學生對于啟發(fā)式教學方法比較感興趣，他們也樂于在教師的啟發(fā)下通過自己的思考去一步步解決實際問題，而非被動的接受教師的講解，而經(jīng)過對具體知識求解過程的鍛煉，他們的自學能力及分析和解決實際問題的能力都得到較大程度的提高。

2.3將MATLAB及LabVIEW軟件應用于課堂教學

機械工程測試技術作為一門與工程應用聯(lián)系緊密的課程，其內容隨著現(xiàn)代計算機技術的發(fā)展而不斷完善，尤其是MATLAB軟件及虛擬儀器技術等已成為測試系統(tǒng)分析與設計的重要工具。從工程實際需要出發(fā)，筆者在課堂教學中，將工程中廣泛應用的MATLAB軟件及虛擬儀器技術引入課堂教學，引導學生去了解這些軟件在測試系統(tǒng)分析與設計中的作用。

例如，在講述測試裝置的靜動態(tài)特性時，利用MATLAB的simulink仿真工具箱，建立一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)的仿真框圖模型，給系統(tǒng)以不同的輸入如單位階躍輸入、單位脈沖輸入等，再通過改變一階系統(tǒng)的時間常數(shù)及二階系統(tǒng)的阻尼率和固有頻率等參數(shù)，來模擬測試裝置在不同輸入下的響應，這些內容編寫成一個個仿真子程序，在授課的時候直接調用子程序來運行。

講述各種信號時，可以利用LABVIEW的信號仿真函數(shù)，產生不同頻率和幅值的正弦波信號、方波信號及三角波信號等，同時利用頻譜測量函數(shù)顯示相應信號的幅值譜和相位譜。在講述濾波器時，通過合并低頻信號和高頻信號或噪聲信號組成混疊信號，并利用濾波器函數(shù)來編制應用程序來仿真高通濾波器、低通濾波器及帶通濾波器等不同種類濾波器的濾波性能，從而使學生可以直觀了解各種不同種類濾波器的性能。所有演示內容都編寫成一個個應用實例，在課堂教學時直接調用。

通過將MATLAB和LabVIEW軟件引入課堂教學，即避免了書本知識過于枯燥、學生易失去學習興趣的問題，又能通過實例演示加深學生對于所學內容的直觀印象，同時引導學生自己學習相應的軟件，自己動手去處理實際問題，既提高了課堂教學效果，也培養(yǎng)了學生的應用相關軟件去分析解決工程實際問題的能力。

2.4多媒體教學

由于課程教學內容較多，同時又包含有大量工程應用內容，而教學課時數(shù)又相對較少，因此，對于大部分內容的講解宜采用多媒體教學，這有利于發(fā)揮多媒體教學信息量大，且可以對大量實際工程應用進行動畫顯示等優(yōu)點。例如，在講述測試系統(tǒng)的組成時，為了加深學生對于測試系統(tǒng)各個組成環(huán)節(jié)的印象，筆者舉了旋轉軸偏心量監(jiān)測系統(tǒng)的例子。位移傳感器獲取軸承在X、Y方向的位移信號，通過調理電路進行放大和濾波，再經(jīng)過信號數(shù)據(jù)采集送入計算機，進行處理和顯示。監(jiān)測系統(tǒng)采用動畫顯示的方式，既利于學生形象地通過測試信號的傳遞及信號的變換與處理過程，也利于加深其對測試系統(tǒng)整體組成的理解，同時也可提高學生實際應用能力。

2.5小論文式大作業(yè)

在教學過程中，針對主要內容布置一些大作業(yè)，選題范圍主要是一些相關的工程實際問題，也可以讓學生自行選題，要求他們以小組的形式，按照測試系統(tǒng)的組成，自己選擇相應的硬件去搭建能夠投入工程實際應用的測試系統(tǒng)，并分析所組成的測試系統(tǒng)的性能，最后按照一般科技論文的格式完成一篇簡單的小論文。例如，在課程學習基本完成之后，向部分學生布置了一道機床主軸轉速測試系統(tǒng)的大作業(yè)，讓學生自己選用合適的傳感器，并選用相應的測試系統(tǒng)硬件，自己搭建一個轉速測試系統(tǒng)，并應用LANVIEW軟件編制信號采集及信號處理程序。實踐表明，在教學中鼓勵、指導學生進行小論文式的大作業(yè)的訓練，可以更好地發(fā)揮其學習的主動性和創(chuàng)造性，也使得學生設計測試系統(tǒng)的能力和分析解決工程實際問題的能力得以提高，是一種非常有效的研究型教學方法。

3更新實驗內容，實施開放式實驗教學

實驗教學內容既要服務于課程教學目標，同時也要緊跟工程實踐要求，著重培養(yǎng)學生分析和解決工程實際問題的能力。為此，我們對實驗內容進行適當改進，在保留了一些驗證性的傳統(tǒng)實驗內容同時，也積極開設了一些設計性和創(chuàng)新性的實驗項目。更新后的實驗內容分為二個部分：第一部分為基本實驗，主要包括電橋性能綜合實驗、霍爾測速實驗及壓電式加速度傳感器測量振動實驗，第二部分為綜合創(chuàng)新性實驗(機床主軸振動測試、液壓系統(tǒng)流量測試及桁架應力綜合測試)。基本實驗以課程基本知識為載體，以基本知識和動手能力訓練為重點，為必開實驗。綜合創(chuàng)新性的實驗，以培養(yǎng)學生的設計能力、分析和解決工程實際問題的能力為目的，學生可以選做自己感興趣的實驗項目。

實驗教學實施開放式、自主式教學，學生可以在實驗室開放期間任何時間來做實驗，由學生根據(jù)實驗的要求自行選用相應傳感器及相關硬件和軟件搭建測試系統(tǒng)，并獨立完成整個實驗，從而使自己動手能力和實踐能力得到加強。教師在實驗結束后，對實驗結果進行總結，指出實驗過程中存在的一些不足，同學生進行討論。這樣，可以幫助學生發(fā)現(xiàn)問題，使他們掌握處理問題的技巧，從而更好地激發(fā)和培養(yǎng)他們的探索精神和創(chuàng)新能力。

4結論

機械工程測試技術教學的主要目的就是讓學生更好地掌握測試系統(tǒng)的理論和測試系統(tǒng)性能分析的方法，并學會獨立選用相應的硬件和軟件去搭建測試系統(tǒng)去分析和解決工程實際中的工程量測試問題。近幾年的教學實踐表明：本文在教學內容、教學方法與手段、實驗教學等方面進行的研究與探索，在提高教學效果方面顯示了較好的作用。模塊化且面向工程應用為主的教學內容體系更適合具有創(chuàng)新意識的應用型人才的培養(yǎng)需要，各種教學方法與手段的采用能夠提高學生的學習興趣、增強學生學習主動性和分析解決工程實際問題的能力，更新的實驗教學內容和開放式實驗教學能夠加強學生動手能力和實踐能力的培養(yǎng)。