《工程测试与信号处理》教学大纲
工程测试与信号处理第二版教学设计
工程测试与信号处理第二版教学设计一、课程背景和概述《工程测试与信号处理》是研究生阶段的专业课，学习本课程的学生需要具备一定的电子、信号与计算机等相关专业的基础知识。
本课程将从工程测量和信号处理两个方面出发，介绍各种测量方法和信号处理技术，帮助学生理解和掌握工程实际问题的解决方法。
本教学设计基于第二版的教材，旨在提高学生在工程实践中的能力和研究水平，培养学生的工程思维和实验能力。
通过本门课程的学习，学生将深入了解工程测试领域的基本知识和各种测量方法，同时学习信号处理的理论与应用，在实际工程中能够有效地处理和分析信号，为工程设计提供可靠数据和方法支持。
二、课程目标1.掌握工程测试与信号处理的基本概念和方法；2.理解不同类型的测量技术及其适用范围；3.熟练掌握信号处理和数据分析方法，如滤波、采样、傅里叶变换等；4.能够应用所学理论和技术解决工程实际问题；5.培养学生的实验能力和工程思维。
三、课程内容和安排1. 工程测试基础1.工程测试简介2.测试结果的表示和分析3.测量误差分析4.测试数据处理2. 测量技术与方法1.电学量测技术2.光学量测技术3.机械量测技术4.热学量测技术3. 信号处理基础1.信号处理概述2.信号采样与重构3.信号平滑与滤波4.快速傅里叶变换4. 信号分析和应用1.时域和频域分析2.信号数字滤波方法3.信号处理与识别4.声音信号分析5. 实验1.计算机仿真实验2.实际操作实验3.实际工程应用案例四、教学方法本课程教学方法主要包括讲授法、实验法和案例分析法。
其中，讲授法是主要的教学方法，通过讲解基本概念和方法，帮助学生建立有效的学习框架，把握本门课程的重点和难点。
实验法是通过计算机仿真和实际操作等方式，提高学生的实验水平和操作能力，加深对知识的理解和掌握。
案例分析法是通过实际工程案例的分析和解决，提高学生的实际应用能力和解决问题的能力，培养工程思维。
五、教学评价与考核1.平时成绩：包括上课积极参与、作业完成情况等；2.实验成绩：以实验报告为主要考核标准；3.期末考试：总体考核学生对学习内容的掌握程度、分析解决问题的能力、工程应用能力等。
工程测试与信号处理
1．测试的基本概念测试是具有试验性质的测量，或者可以理解为测量和试验的综合。
2．测试技术的内容主要内容包括四个方面，即：测量原理.测量方法,测量系统,数据处理3. 测试技术的任务1)新产品设计；2)设备改造；3)工作和生活环境的净化及监测；4)工业自动化生产；5)科学规律的发现和新的定律、公式的诞生。
4. 测试方法的分类1) 按是否直接测定被测量的原则分类分为直接测量法和间接测量法。
2)按传感器是否与被测物接触的原则分类分为接触测量法与非接触测量法。
优缺点。
3) 按被测量是否随时间变化分类静态测量和动态测量5.信号是载有信息的物理变量，是传输信息的载体。
信息是事物存在状态或属性的反映。
区别与联系：信息蕴含于信号之中，信号中携带着人们所需要的有用信息。
6.信号的分类一、按所传递的信息的物理属性分类：机械量(如位移、速度、加速度、力、温度、流量等)、电学量(如电流、电压等)、声学量(如声乐、声强等)、光学量等等。
二、按照时间函数取值的连续性和离散性分类：分为连续时间信号和离散时间信号。
三、按照信号随时间变化变化的特点来分类：可分为确定性信号和非确定性信号两大类。
四、按照信号能否重复来分类：确定性信号（周期信号和非周期信号）和非确定性信号（平稳随机信号和非平稳随机信号）。
7.信号的描述与分类通常以四种变量域来描述信号，即时间域、幅值域、频率域、时频域对应的信号分析有时域分析、幅域分析、频域分析、时频分析。
一、时域分析（1）. 峰值和峰峰值峰峰值表示信号的动态范围，即信号大小的分布区间（2）均值表示信号大小的中心位置或常值分量，也称为固定分量或直流分量。
(3)方差和均方差表示了信号的分散程度或波动程度。
(4) 均方值和均方根值表示了信号的强度。
8.传感器的静态特性：静态特性是指传感器对不随时间变化得输入量得响应特性的指标：1.线性度2.灵敏度3.回程误差4.分辨力与分辨率5.确定度6.漂移动态特性：动态特性是指传感器对随时间变化得输入量得响应特性。
《测试技术与信号处理》课程教学大纲
《测试技术与信号处理》课程教学大纲课程代码：0806315008课程名称：测试技术与信号处理英文名称：Testing Technology and Signal Processing总学时：48 讲课学时：40 实验学时：8学分：3适用专业：机械设计制造及其自动化专业（汽车、城轨）先修课程：高等数学、工程数学、工程力学、机械设计基础、电工电子技术一、课程性质、目的和任务《测试技术与信号处理》是机械类专业的专业基础课和必修课程，也是机械大类专业的平台课程。
通过本课程的学习，要求学生初步掌握动态测试与信号处理的基本知识与技能，培养正确选用和分析测试装置及系统的能力，并掌握力、压力、噪声、振动等常见物理量的测量和应用方法，为进一步学习、研究和处理车辆工程技术中的测试问题打下基础。
二、教学基本要求本课程分为概论、信号描述、测试系统特性、常见传感器、信号的调理处理和记录、信号分析基础、常见物理量测量和计算机辅助测试几部分。
学完本课程应具有下列几方面的知识：(1) 掌握测量信号分析的主要方法，明白波形图、频谱图的含义，具备从示波器、频谱分析仪中读取解读测量信息的能力。
(2) 掌握测试系统的静态特性、动态特性，不失真测量的条件，测试系统特性的评定方法，减小负载效应的措施。
(3) 掌握传感器的种类和工作原理，能针对工程问题选用合适的传感器。
(4) 掌握信号的调理、处理和记录的方法和原理。
(5) 掌握信号的相关分析、频谱分析原理与应用。
(6) 掌握温度、压力、位移等常见物理量的测量方法，了解其在工业自动化、环境监测、楼宇控制、医疗、家庭和办公室自动化等领域的应用。
(7) 了解计算机测试系统的构成，用计算机测试系统进行测量的方法、步骤和应该注意的问题。
三、教学内容及要求1. 绪论介绍测试系统的基本概念，测试系统的组成。
及测试技术的工程意义：在工业自动化、环境监测、楼宇控制、医疗、家庭和办公室自动化等领域的应用情况和测试技术的发展趋势。
工程测试与信号处理技术01
12-10-23
ù x，则归一化处理为： ¢ x¢ 2 M û
1 M 2 xm ¢ - x¢ ) ( å M m=1
12
m = 1, 2, , M
1 M ¢ s¢ = 其中： x¢ = å xm M m=1
第一章 绪论
滤波：当已知有用信号的频带范围时，对原始数据进行滤波处理，可以对无 用信号（噪声进行）抑制。 例如，在某电机产品异响检测中，工人识别故 障的声音频带为 40～50Hz、300～800Hz，为此， 对采样数据进行相应的带通滤波。
物质的量：mol / 摩尔 （以1克C12所包含的C原子个数为一个单位）
辅助量： 平面角度单位： rad / 弧度；
12-10-23
球面角单位： sr / 球面度；
第一章 绪论 6
导出量：以基本量为基础，为表示物质属性或物质运动状态而导出的量。
例如：速度，物体在单位时间运动的距离，m / s，或， km / h 等； 压强，单位面积上的压力，Pa = N/m2，帕斯卡。 国际制中的倍数单位和分数单位： 倍数单位：k (103) / M (106) / G (109) / T (1012)； 分数单位：d (10-1) / c (10-2) / m (10-3) / m (10-6) / n (10-9) / p (10-12) ； 例如：压力（压强）1000Pa ＝ 1 kPa，1000 kPa = 1 MPa 长度 1 m ＝ 10 dm = 100 cm = 1000 mm , 1 mm = 1000 mm 电容 1 F ＝ 106 mF， 1 mF = 1000 nF ＝ 1000, 000 pF，
74.9986 / 0.0394
工程测试与信息处理
第1章 绪论
科 研 训练
第1章 绪论
光电弹丸速度测量仪的设计 应变式高压传感器设计 基于声传感器的弹丸定位系统设计
组织团队进行 分工协作。
培养学生在实践中对知识融会贯通，独立学习 和解决问题的能力 。
第1章 绪论 教学ห้องสมุดไป่ตู้法
以兵器测试的案例为主线：
解决教学中易出现的问题： 1.测试技术应用、发展部分空洞； 2.传感器部分没有实物对象、枯燥 无味； 3.信号分析理论部分深奥、难懂。
第1章 绪论
1.2 测试技术的发展趋势
（1）高灵敏度、高精度、宽量程和多功能测量仪器。 测量仪器及整个测量系统精度的提高，使测得数据的可信
度也相应提高。仪器精度的提高，可减少试验次数，从而减少 试验经费，降低产品成本。在火炮膛压测试技术中，对常规火 炮膛压小于600Mpa的测试，采用铜柱（或铜球）测压器或压 电传感器均可满足要求。为提高火炮射程和射击精度，在高膛 压火炮的研究中，膛压可达到800Mpa～1000Mpa，甚至 1000Mpa以上，并伴随着 的高冲击加速度，这就促使膛压测试 技术要相应的发展，研制测压范围更宽的压力传感器以及配套 的压力动态标定装置。
应用： 根据被测对象自行确定测试方法, 设计或选用测试系统，并 能对测量结果正确地进行数据处理。
提升： 动态误差的基本概念及常用动态误差的修正方法。
第1章 绪论
学习 方 法
测试技术是一门与材料科学、微电子 技术、信息技术密切相关的快速发展 的学科。为弥补书本教材内容滞后于 学科发展的问题，在教学内容上采编 了很多多媒体素材和案例。
第1章 绪论
（4）多系统的信息融合技术
多系统的信息融合是指对来自多个测量系统 的数据进行多级别、多方面、多层次的处理，从 而产生新的有意义的信息，而这种新信息是任何 单一测量系统或传感器所无法获得的。除军事应 用外，多系统信息融合在工业、交通和金融领域 进有十分好的应用前景。
工程测试与信号处理第二章信号分析基础1
(a) 拉氏变换:
(s) (t)est dt 1
(b) 傅氏变换:
( f ) (t )e j2ft dt 1
第二章 信号分析的基础
中原工学院 机电学院
2.sinc函数
sinc(t)函数又称为抽样函数、滤波函数或内插函数，在许多场合
下频繁出现.其定义为
sin c(t) sin t , or, sin t , ( t )
离散时间信号:在若干时间点上有定义
采样信号
第二章 信号分析的基础
中原工学院 机电学院
离散时间信号可以从试验中直接得到，也可能从连续时间信 号中经采样而得到。
典型离散时间信号有单位采样序列、阶跃序列、指数序列等.
单位采样序列用δ(n)表示，定义为:
(n)
0, n 0 1, n 0
此序列在n=0处取单位值1，其余点上都为零(图2-3 (a ) ).单位采样序
物理信号具有如下性质: (1)必然是能量信号.即时域内有限或满足可积收敛条件; (2)叠加、乘积、卷积运算以后仍为物理信号.
第二章 信号分析的基础
中原工学院 机电学院
六、信号分析中常用的函数
1. 脉冲函数—函数
函数表示一瞬间的脉冲. 狄拉克(Dirac)于1930年在量子力学中
引入了脉冲函数.从数学意义上讲，脉冲函数完全不同于普通函数，
第二章 信号分析的基础
二、能量信号与功率信号 1.能量信号
中原工学院 机电学院
在所分析的区间（-∞，∞），能量为有限值的信号称为 能量信号，满足条件：
x 2 (t )dt
一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。
第二章 信号分析的基础
中原工学院 机电学院
2. 功率信号
《工程测试与信号处理》教学大纲
《工程测试与信号处理》课程大纲一. 适用对象适用于网络教育、成人教育学生二. 课程性质测试技术是一门专业基础课。
通过本课程的学习，使学生掌握测试技术的基本原理，以解决工程测试的具体问题。
前序课程：信号与系统、传感器三. 教学目的学生应了解测试技术研究的对象和任务、测量在工程中的作用，了解信号的输出基本知识，了解测试新技术的发展概况；理解信号的分类、周期信号与非周期信号的频域描述方法、随机信号的描述方法；掌握信号分析与处理的基本方法、测试系统分析的基本方法、测试系统实现精确测量的条件、信号转换与调理的基本知识。
掌握传感器的基本知识和工程测试的典型应用。
四. 教材及学时安排蔡共宣林富生主编，《工程测试与信号处理》，华中科技大学出版社，2006学时安排：五. 教学要求（按章节详细阐述）；第一章信号描述及分析基础教学要求：了解：信号的定义和分类。
掌握：确定性信号的时域与频域描述。
应用：能运用周期信号和非周期信号的频谱分析方法。
内容要点：1.1：概述1.2：周期信号及其频谱1.3：非周期信号及其频谱1.4：随机信号第二章测试系统特性分析教学要求：了解：测试和测试系统的基本概念。
掌握：测试系统静态和动态特性及描述方法，典型测试系统动态特性分析。
应用：学会用不失真测试的方法分析相关的问题。
内容要点：2.1：概述2.2：测试系统的静态特性测量误差2.3：测试系统的动态特性2.4：典型测试系统动态特性分析2.5：实现不失真测试的条件2.6：测试系统动态特性参数的测试第三章常用传感器工作原理与测量电路教学要求：了解：常用传感器的分类。
掌握：传感器的工作原理、结构特点、输入输出特性。
应用：运用传感器进行典型的工程测试。
内容要点：3.1：传感器概述3.2：应变式电阻传感器3.3：电容式传感器3.4：电感式传感器3.5：压电式传感器3.6：磁电式传感器3.7：光电式传感器3.8：其他常用传感器3.9：传感器的选用第四章信号的调理与显示记录教学要求：了解：显示记录的分类及特点。
《工程测试技术》教学大纲.doc
3.8.7旋转变压器
2
3.11其他类型传感
器：
3.11.1热电偶
3.11.3光纤传感器
3.11.4 IP传感器
3.12.1传感器的特性指标：
1.静态特性
2.动态特性
1.5
3.12.2传感器的选用
3.12.3传感器的新发 展
第4章 模拟信 号处理
4hours
模拟信号处理的系统构成
4
6.8.1虚拟仪器的概念；
6.8.2虚拟仪器的构成；
6.8.3虚拟仪器典型
单元模块；
6.8.4常用的虚拟仪 器开发系统介绍。
2
6.2轴心轨迹测量
2
6.7气体温度测量
成绩总分分配:
平时实验成绩：
期终考试成绩：
实验指导教师：
黄铁工程师
地址：东三楼
电话：87557415(O),62574427(M)
(1)正余弦信号的
FT：
⑵一般周期信号的
FTo
1
卷积定理及应用
帕什瓦尔理
2.4.5采样信号的FT和采样 定理
采样周期；采样频率：
奈奎斯特率；奈奎斯
特间隔
1
2.4.6离散傅里叶变换及 其快速算法：
1.离散傅里叶变换(DFT)的推导
3.快速傅里叶变换
FFT；
FFT分析、时间序列 分析、小波分析
(何)
第3章 传感器 原理及 应用
10hours
3.1.1传感器的定义和组成
3.1.2传感器的分类
0.5
3.2电阻式传感器：
3.2.1变阻器式传感器基 本原理及应用；
322应变式传感器。
325热电阻式传感器
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《工程测试与信号处理》课程大纲
一. 适用对象
适用于网络教育、成人教育学生
二. 课程性质
测试技术是一门专业基础课。
通过本课程的学习，使学生掌握测试技术的基本原理，以解决工程测试的具体问题。
前序课程：信号与系统、传感器
三. 教学目的
学生应了解测试技术研究的对象和任务、测量在工程中的作用，了解信号的输出基本知识，了解测试新技术的发展概况；理解信号的分类、周期信号与非周期信号的频域描述方法、随机信号的描述方法；掌握信号分析与处理的基本方法、测试系统分析的基本方法、测试系统实现精确测量的条件、信号转换与调理的基本知识。
掌握传感器的基本知识和工程测试的典型应用。
四. 教材及学时安排
蔡共宣林富生主编，《工程测试与信号处理》，华中科技大学出版社，2006
学时安排：
五. 教学要求（按章节详细阐述）；
第一章信号描述及分析基础
教学要求：
了解：信号的定义和分类。
掌握：确定性信号的时域与频域描述。
应用：能运用周期信号和非周期信号的频谱分析方法。
内容要点：
1.1：概述
1.2：周期信号及其频谱
1.3：非周期信号及其频谱
1.4：随机信号
第二章测试系统特性分析
教学要求：
了解：测试和测试系统的基本概念。
掌握：测试系统静态和动态特性及描述方法，典型测试系统动态特性分析。
应用：学会用不失真测试的方法分析相关的问题。
内容要点：
2.1：概述
2.2：测试系统的静态特性测量误差
2.3：测试系统的动态特性
2.4：典型测试系统动态特性分析
2.5：实现不失真测试的条件
2.6：测试系统动态特性参数的测试
第三章常用传感器工作原理与测量电路
教学要求：
了解：常用传感器的分类。
掌握：传感器的工作原理、结构特点、输入输出特性。
应用：运用传感器进行典型的工程测试。
内容要点：
3.1：传感器概述
3.2：应变式电阻传感器
3.3：电容式传感器
3.4：电感式传感器
3.5：压电式传感器
3.6：磁电式传感器
3.7：光电式传感器
3.8：其他常用传感器
3.9：传感器的选用
第四章信号的调理与显示记录
教学要求：
了解：显示记录的分类及特点。
掌握：幅值调制与解调，频率调制与解调。
应用：运用滤波器特性进行信号调理。
内容要点：
4.1：电桥
4.2：信号的调制与解调
4.3：滤波器
4.4：信号的显示与记录
第五章信号的分析与处理
教学要求：
了解：随机信号的分类、统计特征参数、相关分析和谱分析中有关函数的定义。
掌握：计算方法与提取信息的分析方法。
应用：应用数字信号处理的基本理论与方法解决问题。
内容要点：
5.1：概述
5.2：相关分析及应用
5.3：功率谱分析及应用
5.4：相干函数分析与应用
5.5：倒频谱分析与应用
5.6：数字信号处理
第六章工程测试的典型应用
教学要求：
了解：测试的分类。
掌握：振动的测试，位移的测试，应变和力的测试，温度的测试，位移的测试和噪声的测试。
应用：初步能建立测试系统。
内容要点：
6.1：振动测试
6.2：位移的测试
6.3：应变和力的测试
6.4：温度的测试
6.5：位移的测试
6.6：噪声的测试
6. 编制说明。