《传感器与测试技术》教学大纲课程代码：092019课程名称：传感器与测试技术英文名称：SensorandTestTechnology课程学时（周数）：一32学时12 学时实践学时（周数）：五开设时间：课程学分：2适用专业：：（2020）机械设计制造及其自动化一、课程说明1.课程性质传感器与测试技术是一门技术基础课。近年来，随着传感技术、电子技术、信号处理与计算机技术的突破性进展，本课程的特点是涉及知识面广、实践性强，知识更新快。本课程主要学习在机械领域里所需测试技术的基本知识与方法。通过本课程学习，使学生对信号的概念、分类、描述有较深入的了解。掌握信号频域描述的方法及从中能够获得的信息。了解测试装置动态特性对测试结果的影响，掌握频率响应函数中的幅频特性、相频特性的物理涵义，掌握波型不失真条件下测试装置的动态参数的选择原则，掌握测试装置动态参数的测试方法。了解常用传感器的基本工作原理：掌握它们特点及使用方法。掌握信号分析的基本方法，并能运用。在本课程中，培养学生正确分析、选用测试系统及装置，使学生初步掌握进行动态测试所需要的基本知识和技能，并能了解掌握新时期测试技术的更新内容及发展动向。通过本课程学习，培养学生测量与试验的能力。2.课程目标（一个课程目标对应一个毕业要求，一个毕业要求可由多个课程目标对应）1）解释测量技术中传感、信号获取、处理、虚拟仪器等各关键测量技术环节的基本概念和方法：2）阐明测试系统组成及工作过程、测试系统动静态特性和系统实现不失真测量条件；3）辨析各类传感器工作原理及特点。4）运用正确的信号分析方法获取信息：5）根据不同的测试对象和测试要求，合理地设计和选用测试方法和测试系统。6）融合课程思政，在测试系统搭建、测试信号分析中强调求实创新的职业品质。7）在技术发展的对比中，开阔国际视野、培养家国情怀。课程目标毕业要求指标点1课程目标12课程目标2毕业要求指标点2课程目标3与课程目标的对3课程目标4应关系3课程目标58课程目标612课程目标73．教学要求
《传感器与测试技术》教学大纲 课程代码： 092019 课程名称： 传感器与测试技术 英文名称：Sensor and Test Technology 课程学时（周数）： 32 学时 实践学时（周数）： 12 学时 开设时间： 五 课程学分： 2 适用专业： （2020）机械设计制造及其自动化 一、课程说明 1． 课程性质 传感器与测试技术是一门技术基础课。近年来，随着传感技术、电子技术、信号处理与计算机 技术的突破性进展，本课程的特点是涉及知识面广、实践性强，知识更新快。本课程主要学习在机 械领域里所需测试技术的基本知识与方法。通过本课程学习，使学生对信号的概念、分类、描述有 较深入的了解。掌握信号频域描述的方法及从中能够获得的信息。了解测试装置动态特性对测试结 果的影响，掌握频率响应函数中的幅频特性、相频特性的物理涵义，掌握波型不失真条件下测试装 置的动态参数的选择原则，掌握测试装置动态参数的测试方法。了解常用传感器的基本工作原理， 掌握它们特点及使用方法。掌握信号分析的基本方法，并能运用。在本课程中，培养学生正确分析、 选用测试系统及装置，使学生初步掌握进行动态测试所需要的基本知识和技能，并能了解掌握新时 期测试技术的更新内容及发展动向。通过本课程学习，培养学生测量与试验的能力。 2． 课程目标（一个课程目标对应一个毕业要求，一个毕业要求可由多个课程目标对应） 1）解释测量技术中传感、信号获取、处理、虚拟仪器等各关键测量技术环节的基本概念和方法； 2）阐明测试系统组成及工作过程、测试系统动静态特性和系统实现不失真测量条件； 3）辨析各类传感器工作原理及特点。 4）运用正确的信号分析方法获取信息； 5）根据不同的测试对象和测试要求，合理地设计和选用测试方法和测试系统。 6）融合课程思政，在测试系统搭建、测试信号分析中强调求实创新的职业品质。 7）在技术发展的对比中，开阔国际视野、培养家国情怀。 毕业要求指标点 与课程目标的对 应关系 课程目标 毕业要求指标点 课程目标 1 1 课程目标 2 2 课程目标 3 2 课程目标 4 3 课程目标 5 3 课程目标 6 8 课程目标 7 12 3． 教学要求
《传感器与测试技术》教学大纲从进行传感器与测试技术测试工作所必备的基本知识出发，学生学完本课程后应具备下列几方面的知识：（1）了解信号时域和频域的描述方法，着重建立明确的信号和频谱概念，了解信号频谱分析的基本原理和方法，了解相关分析的基本概念和应用，对数字信号分析作一般了解。（2）测试装置的静、动态特性部分：掌握一、二阶系统的静动态特性的描述及测定方法：按不失真测量的条件，正确选用测试装置。（3）了解常用传感器、中间交换电路的基本结构、工作原理及性能，能根据测试要求进行比较合理的选用。（4）通过对实际工程案例和实验环节把所学的部分或大部分基础知识联系起来，使学生对测试工作的有关基本问题有一个较完整的概念，初步掌握传感器与测试技术中某些参数的测试方法。本大纲是教师教学、学生学习和课程考查的依据。以课堂教学为主，学生自学和讨论为辅，教学必须完成大纲所规定的内容。对教学内容的安排顺序、重点难点，教师可根据自己的教学经验、科研成果和学生的实际情况作适当的安排调整。本课程结束后，及时巩固并运用所学的知识。本课程考核方式为考查，成绩为100分制。二、学时分配本课程学分为2学分，总学时32学时，其中理论课20学时，实验12学时。《传感器与测试技术》学时分配表学时分配内容实验讲授总学时绪言1第一章信号及其描述44第二章测试装置的基本特性124第三章常用的传感器324第四章信号调理3第五章信号处理初步及虚拟仪器合计20三、课程内容绪言（1学时）【教学目标及要求】介绍测试技术在生产、生活、军事等领域的广泛应用，使学生了解测试技术的重要性。了解测试技术、传感器技术的发展状态。明确本课程的研究对象和性质。掌握测试过程和测试系统的一般组成。【教学重点难点】测试过程和测试系统的一般组成【考核要求】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：了解标准化的意义与基本原理，理解互换性与标准化的关系3了解测试技术在各行业中的应用，了解测试技术的发展【教学基本内容】1测试系统的组成及部分功能2静态测量与动态测量概念2
《传感器与测试技术》教学大纲 2 从进行传感器与测试技术测试工作所必备的基本知识出发，学生学完本课程后应具备下列几方 面的知识： （1）了解信号时域和频域的描述方法，着重建立明确的信号和频谱概念，了解信号频谱分析的 基本原理和方法，了解相关分析的基本概念和应用，对数字信号分析作一般了解。 （2）测试装置的静、动态特性部分：掌握一、二阶系统的静动态特性的描述及测定方法；按不 失真测量的条件，正确选用测试装置。 （3）了解常用传感器、中间交换电路的基本结构、工作原理及性能，能根据测试要求进行比较 合理的选用。 （4）通过对实际工程案例和实验环节把所学的部分或大部分基础知识联系起来，使学生对测试 工作的有关基本问题有一个较完整的概念，初步掌握传感器与测试技术中某些参数的测试方法。 本大纲是教师教学、学生学习和课程考查的依据。以课堂教学为主，学生自学和讨论为辅，教 学必须完成大纲所规定的内容。对教学内容的安排顺序、重点难点，教师可根据自己的教学经验、 科研成果和学生的实际情况作适当的安排调整。本课程结束后，及时巩固并运用所学的知识。本课 程考核方式为考查，成绩为 100 分制。 二、学时分配 本课程学分为 2 学分，总学时 32 学时，其中理论课 20 学时，实验 12 学时。 《传感器与测试技术》学时分配表 内容 学时分配 讲授 实验 总学时 绪言 1 第一章 信号及其描述 4 12 32 第二章 测试装置的基本特性 4 第三章 常用的传感器 4 第四章 信号调理 4 第五章 信号处理初步及虚拟仪器 3 合计 20 三、课程内容 绪言（1 学时） 【教学目标及要求】 介绍测试技术在生产、生活、军事等领域的广泛应用，使学生了解测试技术的重要性。了解测 试技术、传感器技术的发展状态。明确本课程的研究对象和性质。掌握测试过程和测试系统的一般 组成。 【教学重点难点】 测试过程和测试系统的一般组成 【考核要求】 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；了解标准化的意义与基本原理，理解互换性与标准化的关系 3 了解测试技术在各行业中的应用，了解测试技术的发展 【教学基本内容】 1 测试系统的组成及部分功能 2 静态测量与动态测量概念
《传感器与测试技术》教学大纲3信号测量过程4测量结果数据分析与评价5误差概念等第一章信号及其描述（4学时）【教学目标及要求】通过本章的学习，明确信号分类、信号描述分析方法，理解信号频谱分析的必要性和重要性，掌握信号时域分析、频域分析在测试中的应用。【教学重点难点】1信号的分类及其判别方法：周期信号傅里叶级数及频谱2非周期信号傅里叶变换及频谱3傅里叶变换性质的应用、脉冲函数及其频谱【考核要求】了解：各态历经随机过程的特点及各态历经随机信号的主要特征参数：均值、均方根值、方差、概率密度函数。理解：对不同信号分类，采用的合适频谱分析方法、傅里叶变换性质。掌握：信号频谱的特点：典型周期信号及非周期信号的频谱的求取。【教学基本内容】1信号的分类与描述2周期信号与离散频谱3瞬变非周期信号与连续频谱4随机信号第二章测试装置的基本特性（4学时）【教学目标及要求】建立测试系统的概念，了解测试系统特性对测试结果的影响，针对一二阶系统了解确定系统特性方法。掌握描述系统动态特性和静态特性的指标。【教学重点难点】1测试系统的静态特性、意义及其描述2测试系统的动特性描述、频率响应函数的获得方法3测试系统实现不失真测试的条件【考核要求】了解：系统抗于扰特性、负载特性。理解：一二阶系统的幅频特性、相频特性：测试装置动态特性的测量掌握：测试装置静态特性动态特性定义：线性系统的性质；一、二阶测试装置动态特性参数：测试装置的不失真测试条件：系统在任意输入下响应。【教学基本内容】1概述2测试装置的静态特性3测试装置的动态特性4测试装置对任意输入的响应、5实现不失真测试的条件6测试装置动态特性的测量7负载效应3
《传感器与测试技术》教学大纲 3 3 信号测量过程 4 测量结果数据分析与评价 5 误差概念等 第一章 信号及其描述（4 学时） 【教学目标及要求】 通过本章的学习，明确信号分类、信号描述分析方法，理解信号频谱分析的必要性和重要性， 掌握信号时域分析、频域分析在测试中的应用。 【教学重点难点】 1 信号的分类及其判别方法；周期信号傅里叶级数及频谱 2 非周期信号傅里叶变换及频谱 3 傅里叶变换性质的应用、脉冲函数及其频谱 【考核要求】 了解：各态历经随机过程的特点及各态历经随机信号的主要特征参数：均值、均方根值、方差、概 率密度函数。 理解：对不同信号分类，采用的合适频谱分析方法、傅里叶变换性质。 掌握：信号频谱的特点；典型周期信号及非周期信号的频谱的求取。 【教学基本内容】 1 信号的分类与描述 2 周期信号与离散频谱 3 瞬变非周期信号与连续频谱 4 随机信号 第二章 测试装置的基本特性（4 学时） 【教学目标及要求】 建立测试系统的概念，了解测试系统特性对测试结果的影响，针对一二阶系统了解确定系统特 性方法。掌握描述系统动态特性和静态特性的指标。 【教学重点难点】 1 测试系统的静态特性、意义及其描述 2 测试系统的动特性描述、频率响应函数的获得方法 3 测试系统实现不失真测试的条件 【考核要求】 了解：系统抗干扰特性、负载特性。 理解：一二阶系统的幅频特性、相频特性； 测试装置动态特性的测量 掌握：测试装置静态特性动态特性定义；线性系统的性质；一、二阶测试装置动态特性参数；测试 装置的不失真测试条件；系统在任意输入下响应。 【教学基本内容】 1 概述 2 测试装置的静态特性 3 测试装置的动态特性 4 测试装置对任意输入的响应、 5 实现不失真测试的条件 6 测试装置动态特性的测量 7 负载效应
《传感器与测试技术》教学大纲8测量装置的抗干扰性第三章常用的传感器（4学时）【教学目标及要求】在本章的学习中，通过各种传感器的应用举例，电路分析，掌握传感器的分类，明确传感器在测试系统中的作用，理解各类传感器的选用和工作原理。【教学重点难点】1电阻式、电感式、电容式传感器的基本原理及应用2压电传感器、光电传感器的基本概念及应用3光栅传感器、编码器、光纤传感器、超声波传感器等测量原理及应用【考核要求】了解：了解常用传感器的主要特点及应用理解：传感的选用原则掌握：掌握常用传感器的变换原理、类型【教学基本内容】1常用传感器分类2电阻、电容与电感式传感器3磁电、压电与热电式传感器4光电式传感器5光纤式传感器6半导体式传感器7传感器的选用原则第四章信号调理（4学时）【教学目标及要求】通过本章的学习，了解信号调理的作用：掌握调制与解调、滤波概念：掌握电桥、调制与解调的工作原理与用途，建立完整测试系统的概念。【教学重点难点】1电桥概念2滤波器的分类及概念【考核要求】了解：常用中间变换电路的特点、应用：跟踪滤波器技术，相敏检波原理。理解：实际滤波器的特性参数，低通、高通、带阻滤波器的幅频特性，有源无源滤波特点。掌握：电桥分类：电桥电路的输出特性：调制器与解调器的功用和类型：调幅与同步解调、调频与鉴频的原理：理想滤波器及其实现的限制。【教学基本内容】1电桥2调制与解调3滤波器第五章信号处理初步及虚拟仪器（3学时）【教学目标及要求】本章通过对相关系数、相关函数（自相关函数、互相关函数）的分析，掌握周期信号的相关函数、随机信号的相关函数特点。结合案例介绍相关滤波技术及其在工程测试中的应用。了解数字信号处理的目的及步骤：了解计算机测试系统与传统测试系统的区别：计算机测试系统的组成、功能4
《传感器与测试技术》教学大纲 4 8 测量装置的抗干扰性 第三章 常用的传感器（4 学时） 【教学目标及要求】 在本章的学习中，通过各种传感器的应用举例，电路分析，掌握传感器的分类，明确传感器在 测试系统中的作用，理解各类传感器的选用和工作原理。 【教学重点难点】 1 电阻式、电感式、电容式传感器的基本原理及应用 2 压电传感器、光电传感器的基本概念及应用 3 光栅传感器、编码器、光纤传感器、超声波传感器等测量原理及应用 【考核要求】 了解：了解常用传感器的主要特点及应用 理解：传感的选用原则 掌握：掌握常用传感器的变换原理、类型 【教学基本内容】 1 常用传感器分类 2 电阻、电容与电感式传感器 3 磁电、压电与热电式传感器 4 光电式传感器 5 光纤式传感器 6 半导体式传感器 7 传感器的选用原则 第四章 信号调理（4 学时） 【教学目标及要求】 通过本章的学习，了解信号调理的作用；掌握调制与解调、滤波概念；掌握电桥、调制与解调的 工作原理与用途，建立完整测试系统的概念。 【教学重点难点】 1 电桥概念 2 滤波器的分类及概念 【考核要求】 了解：常用中间变换电路的特点、应用；跟踪滤波器技术，相敏检波原理。 理解：实际滤波器的特性参数，低通、高通、带阻滤波器的幅频特性，有源无源滤波特点。 掌握：电桥分类；电桥电路的输出特性；调制器与解调器的功用和类型；调幅与同步解调、调频与 鉴频的原理；理想滤波器及其实现的限制。 【教学基本内容】 1 电桥 2 调制与解调 3 滤波器 第五章 信号处理初步及虚拟仪器（3 学时） 【教学目标及要求】 本章通过对相关系数、相关函数（自相关函数、互相关函数）的分析，掌握周期信号的相关函 数、随机信号的相关函数特点。结合案例介绍相关滤波技术及其在工程测试中的应用。了解数字信 号处理的目的及步骤；了解计算机测试系统与传统测试系统的区别；计算机测试系统的组成、功能
《传感器与测试技术》教学大纲和形式；了解智能仪器和虚拟仪器的特点、组成和应用。【教学重点难点】1常用的数据记录方式及处理方法2认识虚拟仪器基本原理与组成、信号的产生及测量显示【考核要求】了解：数字信号处理的概念，信号的载流与泄漏、窗函数、采样与频率混叠、量化。理解：自相关、互相关分析的物理意义、及性质在信号分析中的应用。掌握：周期信号自相关和互相关的特点，相关系数概念。【教学基本内容】1相关分析及其应用2数字信号处理的基本步骤3信号数字化出现的问题四、教材和参考书教材1.《测试技术》朱先勇等编，科学出版社2019参考书《机械工程测试技术基础》第三版熊诗波等编机械工业出版社2006，1.《机械工程测量与试验技术》黄长艺卢文祥主编机械工业出版社20172.3.《机械工程测试技术基础》黄长艺严普强主编机械工业出版社2004五、实验部分详见传感器与测试技术实验教学大纲。执笔人：朱先勇审核人：董克权日期：2021年3月25日
《传感器与测试技术》教学大纲 5 和形式；了解智能仪器和虚拟仪器的特点、组成和应用。 【教学重点难点】 1 常用的数据记录方式及处理方法 2 认识虚拟仪器基本原理与组成、信号的产生及测量显示 【考核要求】 了解：数字信号处理的概念，信号的载流与泄漏、窗函数、采样与频率混叠、量化。 理解：自相关、互相关分析的物理意义、及性质在信号分析中的应用。 掌握：周期信号自相关和互相关的特点，相关系数概念。 【教学基本内容】 1 相关分析及其应用 2 数字信号处理的基本步骤 3 信号数字化出现的问题 四、教材和参考书 教材 1. 《测试技术》 朱先勇等编，科学出版社 2019 参考书 1. 《机械工程测试技术基础》第三版 熊诗波等编 机械工业出版社 2006， 2. 《机械工程测量与试验技术》 黄长艺 卢文祥 主编 机械工业出版社 2017 3. 《机械工程测试技术基础》 黄长艺 严普强 主编 机械工业出版社 2004 五、实验部分 详见传感器与测试技术实验教学大纲。 执笔人： 朱先勇 审核人： 董克权 日 期： 2021 年 3 月 25 日