28440测试与传感检测技术自考大纲.docx

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28440测试与传感检测技术自考大纲

高纲1352

江苏省高等教育自学考试大纲

28440测试技术

南京理工大学编

江苏省高等教育自学考试委员会办公室

Ⅰ课程性质与课程目标

一、课程性质和特点

《测试技术》课程是江苏省高等教育自学考试机电一体化工程专业的必修课，是为培养自学应考者了解和掌握现代测试和传感器技术的基本知识、理论和应用而设置的一门重要的专业基础课。

测试技术是利用传感器将机电一体化系统的被测物理量转换为与之相对应的容易检测、传输和处理的信号，并通过计算机处理从而得知被测系统状态的一门综合性技术，也是机电一体化系统设计和应用的关键技术之一。

社会的发展是基于人类客观世界的不断认识，测试则是人类认识客观世界的主要方法，是进行各种科学实验研究和生产过程参数检测等必不可少的手段，是实验应用科学的一部分。

通过测试，可以揭示事物的内在联系和发展规律，并利用和改造客观世界，从而推动科学技术的进步和发展。

著名科学家钱学森曾经指出：

“信息技术包括测试技术、计算机技术和通信技术。

测试技术对信息进行采集和处理，是信息技术的源头，是关键中的关键。

”

本课程的特点是实践性、应用性和综合性较强。

通过本课程的学习，使考生了解和掌握机电一体化系统中常用传感器的基本工作原理与特征，以及对获取的信号进行加工、处理、记录显示和分析的过程，了解动态测试的一般内容和方法，为测试技术在机电一体化系统中的应用打下坚实的基础。

二、课程目标

通过本课程的学习，要求考生应具有以下的理论知识和技能：

1．较系统地理解和掌握测试技术的基本理论知识、基本概念和基本原理。

2．掌握测试系统的静态、动态特性的评价方法及分析方法，并能正确地加以应用。

3．掌握常用传感器、信号变换及调理电路的工作原理和性能，并能根据测试要求进行较合理地选用。

4．了解信号时域和频域的描述方法，了解频谱分析的基本原理和方法，建立明确的信号频谱结构的概念；了解相关分析、功率谱分析和数字信号分析的基本概念和方法。

5．通过完成本课程安排的实验，培养实践技能，掌握测试技术的基本应用方法，加深对本课程知识和概念的理解。

在自学过程中，要求考生在通读教材，理解和掌握所学基本原理知识及基本方法的基础上，结合习题与思考题的练习，提高分析问题和解决问题的能力。

三、与相关课程的联系与区别

学习本课程前，考生应具备的知识基础有：

电工、电子学、力学、工程数学控制工程基础等基础知识，以便使考生顺利地理解和掌握测试技术的基本知识。

在自学中要注意本课程与《互换性与测量技术》、《现代测试技术》、《信号分析与处理》等课程的区别。

本课程为考生学习“机电一体化技术基础”课程打下基础。

四、课程的重点和难点

本课程的重点为测试系统的基本特性和传感器及其应用等；次重点为信号变换及调理和信号的分类与描述等；一般知识点为测试的含义与基本原理、随机信号、现代测试技术和测试技术在工程中的应用等。

其中信号变换及调理、信号的分类与描述为难点。

教材中有关Matlab软件编程实验和数字信号处理的内容，本大纲不作考核要求。

考生要注意把握重点和次重点知识点内容，用考核目标和各章的考核要求检验学习的效果，也要了解一般内容的知识点。

Ⅱ考核目标

本课程自学考试大纲在考核目标中，按照识记、领会、简单应用和综合应用四个层次规定其应达到的能力层次要求。

四个能力层次是递升的关系，后者必须建立在前者的基础上。

各能力层次的含义是：

识记（Ⅰ）：

要求考生能够识别和记忆本大纲中规定的有关知识点的主要内容（如定义、定理、表达式、公式、原理、重要结论、方法及特征、特点等），并能够根据考核的不同要求，做正确的表述、选择和判断。

领会（Ⅱ）：

要求考生能够领悟和理解本大纲中规定的有关知识点的内涵及外延，理解物理概念的确切含义，理解和熟悉内容要点及相关知识点之间的区别和联系，并能根据考核的不同要求对有关问题进行逻辑推理和论证，做出正确的解释、叙述和说明。

简单应用（Ⅲ）：

要求考生能够运用本大纲中规定的少量知识点，利用简单的数学方法分析和逻辑推理及论证，得出正确的结论，并能把推理过程正确地表达出来，分析和解决简单的应用问题，如简单的计算，设计简单实验系统，并能绘制出测试系统框图，分析和说明系统中各环节的功能。

综合应用（Ⅳ）：

要求考生能够运用本大纲中规定的多个知识点，面对较复杂的测试系统，建立合理的物理模型，分析和解决一般应用问题，如较复杂的计算，根据实验要求，设计较复杂的测试系统，绘制出测试系统框图，分析和说明系统中各环节的功能。

Ⅲ课程内容与考核要求

第1章绪论

一、学习目的与要求

通过本章的学习，了解测试的含义、基本原理、典型应用和发展动向。

明确学习内容和目的，以及本课程的性质和任务。

二、课程内容

第一节测试的含义

第二节测试基本原理及过程

第三节测试技术的典型应用

1．产品质量测量

2．设备运行状态监控系统

3．家电产品中的传感器

4．楼宇自动化

第四节测试技术的发展动向

1．传感器技术的发展

2．多功能化、网络化仪器系统

3．新型信息处理技术

第五节课程的性质和任务

习题一

三、考核知识点与考核要求

1.测试的含义

识记：

测试的基本概念；

测量的定义；

试验的含义。

领会：

直接比较法和间接比较法的基本概念；

测量和测试的概念及区别。

2.测试基本原理及过程

识记：

电测法的基本概念；

电测法的优点。

领会：

典型非电量电测法测量的工作过程；

信号检测与信号处理的相互关系。

3.测试技术的典型应用

领会：

测试技术在工程技术领域的典型应用。

4．测试技术的发展动态

识记：

物理性（物性型）传感器的基本概念；

智能化传感器的组成。

领会：

计算机技术对测试技术发展的作用。

四、本章重点、难点

典型非电量电测法测量的工作过程；

信号检测与信号处理的作用。

第2章测试系统的基本特性

一、学习目的与要求

通过本章的学习，掌握建立测试系统的基本概念，掌握测试系统基本特征的评价指标，掌握测试系统的静态、动态特性，以及了解不失真测试条件。

本章是本课程的重点，是理解、掌握和学好本课程的基础。

二、课程内容

第一节测试系统概述

1．测试系统基本概念

2．理想测试系统——线性时不变系统

第二节测试系统的静态特性

1．精确度

2．灵敏度

3．非线性度

4．回程误差

5．重复性

6．分辨率

7．漂移

8．死区

第三节测试系统的动态特性

1．传递函数

2．频率响应函数

3．脉冲响应函数

4．动态特性参数的测定

第四节测试系统不失真测试条件及分析

1．不失真测试条件

2．不失真测试分析

第五节Matlab编程实验注明：

不作考核要求

习题二

三、考核知识点与考核要求

1.测试系统基本概念

识记：

测试系统的概念；

理想测试系统的特性：

迭加性、比例特性、微分特性、积分特性和频率不变性。

领会：

测试系统组成的基本概念；

测试系统的输入、输出与测试系统的特性关系。

2.测试系统的静态特性

识记：

测试系统静态特性的定义；

测试系统的静态传递方程；

测试系统静态特性的主要定量指标：

精确度、灵敏度、非线性度、回程误差、重复性、分辨率、漂移、死区；

测试系统绝对误差、相对误差和引用误差的定义。

领会：

测试系统的静态特性中误差的概念；

按不同分类方法对误差进行分类；

表述系统误差、随机误差和粗大误差的概念和区别；

表述精确度、精密度、准确度的概念和区别；

表述灵敏度和灵敏度漂移的概念；

表述系统灵敏度与系统的量程及固有频率的关系。

3.测试系统的动态特性

识记：

测试系统动态特性的定义；

系统传递函数的定义；

系统频率特性的概念；

系统幅频特性的概念；

系统相频特性的概念；

一阶、二阶测试系统频率特性的表达式；

动态特性参数：

系统无阻尼固有频率

、系统阻尼率

、系统的响应振荡频率

、最大超调量

。

领会：

表述系统传递函数的主要特点；

表述系统传递函数的初始条件及适用范围；

表述频率特性函数的物理意义；

脉冲响应函数的概念；

动态特性参数的测定；

不失真测试；

不失真测试分析。

简单应用：

一阶、二阶测试系统频率特性的计算。

四、本章重点、难点

重点：

测试系统的概念；

测试系统的组成；

测试系统静态特性的定义；

测试系统静态特性的主要定量指标：

精确度、灵敏度、非线性度、分辨率；

系统传递函数的定义；

系统频率特性的概念；

系统传递函数的主要特点；

一阶、二阶测试系统频率特性的表达式；

动态特性参数：

系统无阻尼固有频率

、系统阻尼率

。

次重点：

理想测试系统的特性；

测试系统的输入、输出与测试系统的特性关系；

测试系统静态特性的主要定量指标：

回程误差、重复性、漂移、死区；

测试系统绝对误差、相对误差和引用误差的定义；

表述频率特性函数的物理意义

系统幅频特性的概念；

系统相频特性的概念；

动态特性参数：

系统的响应振荡频率

、最大超调量

；

一阶、二阶测试系统频率特性的计算。

难点：

测试系统静态特性的主要定量指标：

精确度、灵敏度、非线性度、分辨率；

系统传递函数的定义；

系统频率特性的概念；

动态特性参数：

系统无阻尼固有频率

、系统阻尼率

；

系统幅频特性的概念；

系统相频特性的概念；

动态特性参数：

系统的响应振荡频率

、最大超调量

；

一阶、二阶测试系统频率特性的计算。

第3章传感器及其应用

一、学习目的与要求

通过本章的学习，了解各种常用传感器的类型、结构、静动态特性、测量范围、使用条件等，掌握常用传感器的工作原理及其应用。

二、课程内容

第一节概述

1．传感器的定义

2．传感器的组成

3．传感器的分类

第二节电阻传感器

1．电位器

2．电阻应变式传感器

3．热电阻式传感器

4．光敏电阻传感器

5．湿敏电阻传感器

6．气敏电阻传感器

第三节电容传感器

1．电容传感器的工作原理和分类

2．变极距型电容传感器

3．变面积型电容传感器

4．变介电常数型电容传感器

5．电容传感器应用实例

第四节电感传感器

1．自感式传感器

2．差动变压器式电感传感器

3．涡流式电感传感器

4．电感传感器应用实例

第五节磁电传感器

1．动圈式磁电传感器

2．磁阻式磁电传感器

3．磁电传感器应用实例

第六节压电传感器

1．压电效应

2．压电元件及其等效电路

3．压电传感器应用实例

第七节光电传感器

1．光电效应

2．光电池

3．光敏二极管和光敏三极管

4．光电传感器应用实例

第八节热电传感器

1．工作原理

2．基本定律

3．热电偶的冷端温度处理

4．热电偶应用实例

第九节磁敏传感器

1．霍尔传感器

2．磁敏电阻传感器

3．磁敏传感器应用实例

第十节其他新型传感器

1．光栅传感器

2．编码式传感器

3．CCD传感器

4．光纤传感器

5．超声传感器

6．集成传感器及智能传感器

习题三

三、考核知识点与考核要求

1.传感器的概念

识记：

传感器的定义。

领会：

表述传感器定义的4层含义；

简述传感器的组成；

表述传感器的分类方法。

2.电阻传感器

识记：

电阻传感器的定义；

电阻传感器的种类；

应变效应及压阻效应概念；

应变片灵敏度的定义；

应变片的种类；

金属电阻应变片的

半导体应变片的种类；

电阻应变式传感器的应用；

热敏电阻的种类；

正温度系数、负温度系数、突变型负温度系数的含义；

光敏电阻的主要参数。

领会：

变阻器式传感器的优缺点；

金属电阻应变片的工作原理；

半导体应变片的工作原理；

半导体应变片的优缺点；

电阻应变式传感器的应用实例；

应变片的测量电路；

应变片的应用方式；

电阻应变片在柱式、梁式、环式等弹性体上贴片的方式；

热电阻式传感器的工作原理和种类；

金属丝热电阻的种类和应用；

铂电阻和铜电阻的优缺点；

热敏电阻的优缺点及应用；

光敏电阻传感器的工作原理；

光敏电阻传感器的优缺点及应用；

湿敏电阻传感器的工作原理及种类；

气敏电阻传感器的工作原理及应用。

简单应用：

变阻器式传感器输出电压与位移的关系；

应变片的灵敏度计算。

3.电容传感器

识记：

电容传感器的定义；

电容传感器的种类。

领会：

电容传感器的工作原理；

变极距型电容传感器的工作原理及应用；

变面积型电容传感器的种类、输出特性及应用；

变介电常数型电容传感器的工作原理及应用；

电容式压差传感器的结构原理；

差动电容加速度传感器的结构原理；

电容式位移传感器的结构原理。

简单应用：

变极距型电容传感器的灵敏度计算；

差动结构变极距型电容传感器的电容量差值计算；

变面积型电容传感器灵敏度和输出特性的计算；

电容式转速传感器的工作原理及计算。

4.电感传感器

识记：

电感传感器的工作原理及种类；

自感式传感器的分类；

涡流效应。

领会：

自感式传感器的工作原理；

自感式传感器的结构、输出特性及灵敏度；

差动变压器式电感传感器的结构及工作原理；

涡流式电感传感器的结构、工作原理及应用；

高频反射式涡流传感器的工作原理；

低频透射式涡流传感器的工作原理；

涡流传感器的工程应用。

简单应用：

自感式位移传感器的自感系数L的计算；

自感式传感器灵敏度的计算；

涡流传感器转速测量的结构、工作原理及计算。

5.磁电传感器

识记：

磁电式传感器的种类及工作原理；

动圈式磁电传感器分类及结构。

领会：

线速度型动圈式磁电传感器的原理及结构；

角速度型动圈式磁电传感器的原理及结构；

磁阻式磁电传感器的工作原理及结构；

磁阻式磁电传感器的应用。

简单应用：

线速度型传感器感应电势与运动速度的计算；

角速度型传感器感应电势与角速度的计算。

6.压电传感器

识记：

正压电效应及逆压电效应的概念。

领会：

石英晶体的压电效应及种类；

压电陶瓷的压电效应；

压电元件的等效电路及后接放大器的形式；

电荷放大器与电压放大器的优缺点；

压电式加速度传感器的类型及工作原理。

简单应用：

压电传感器配接电压放大器的输出电压计算；

压电传感器配接电荷放大器的输出电压计算。

7.光电传感器

识记：

光电传感器的概念；

外光电效应的概念。

领会：

内光电效应的类型及工作原理；

光电池的结构与等效电路；

光敏二极管和光敏三极管的结构、符号及接线；

光电传感器测量零件表面状态的工作原理；

光电传感器测量转速的工作原理。

简单应用：

光电传感器在工业上应用的4种基本形式及其原理。

8.热电传感器

识记：

温度传感器分类；

常用热电偶的主要性能和特点；

热电效应的概念；

热电势的概念；

接触电势的概念；

温差电势的概念；

热电偶的串、并联。

领会：

热电偶的工作原理；

均质导体定律；

中间导体定律；

中间温度定律；

标准电极定律；

热电偶的冷端温度处理的方法及原理；

热电偶冷端电桥补偿法原理及电路。

简单应用：

热电偶测温方法及热电势和温度的关系分析。

9.磁敏传感器

识记：

磁敏传感器的概念；

霍尔效应的概念。

领会：

霍尔传感器的原理；

霍尔元件的结构与基本测量电路；

产生磁阻效应的原理。

简单应用：

霍尔位移传感器的结构与应用；

霍尔转速传感器的结构及输出信号频率与转速的关系。

10.其他新型传感器

识记：

计量光栅的原理与作用；

计量光栅的类型；

长光栅和圆光栅的类型与作用；

莫尔条纹的概念；

编码式传感器的分类；

光电编码器的分类。

领会：

莫尔条纹的性质；

光栅传感器组成及工作原理；

光栅传感器的辨向电路及其原理；

4倍频细分技术的概念与方法；

光电增量式编码器的结构与原理；

绝对码盘的结构与原理；

CCD传感器的原理、特点与种类；

光纤传感器的原理与应用；

光纤传感器的组成与分类；

超声传感器的工作原理与检测过程；

集成传感器与智能传感器的概念；

智能传感器的特点；

典型智能传感器的结构图。

简单应用：

莫尔条纹的间距表达式与计算分析。

综合应用：

设计采用热电偶冷端电桥补偿法的测温系统，画出电路图，并说明其工作原理；

热电偶测量切削温度的方法、原理及特点，画出测量系统简图。

以框图形式设计采用位移传感器的测量位移的系统，并说明各环节的作用；

以框图形式设计采用力传感器的测量车削切削力的测力系统，并说明各环节的作用。

四、本章重点、难点

重点：

传感器的定义；

传感器的组成；

电阻传感器；

电容传感器；

电感传感器；

磁电传感器；

压电传感器；

热电传感器；

光栅传感器。

难点：

应变效应及压阻效应概念；

正温度系数、负温度系数、突变型负温度系数热敏电阻的含义；

半导体应变片的工作原理；

电阻应变片的灵敏度计算；

变阻器式传感器输出电压与位移的关系；

变极距型电容传感器的工作原理及应用；

变面积型电容传感器的种类、输出特性及应用；

变面积型电容传感器灵敏度和输出特性的计算

变极距型电容传感器的灵敏度计算；

涡流效应；

自感式位移传感器的自感系数L的计算；

自感式传感器灵敏度的计算；

线速度型传感器感应电势与运动速度的计算；

角速度型传感器感应电势与角速度的计算；

石英晶体的压电效应及种类；

正压电效应及逆压电效应的概念；

压电传感器配接电压放大器的输出电压计算；

压电传感器配接电荷放大器的输出电压计算；

均质导体定律；

中间导体定律；

中间温度定律；

标准电极定律；

热电偶的冷端温度处理的方法及原理；

光栅传感器组成及工作原理；

光栅传感器的辨向电路及其原理；

4倍频细分技术的概念与方法。

第4章信号变换及调理

一、学习目的与要求

通过本章的学习，了解各种信号中间转换装置的类型、结构及组成，掌握电桥、调制与解调、滤波和A/D转换的概念，掌握电桥、调制与解调器、器和A/D转换器的工作原理及应用。

二、课程内容

第一节电桥

1．直流电桥

2．交流电桥

3．变压器式电桥

第二节调制与解调

1．调幅与解调

2．调频与解调

第三节滤波器

1．滤波器的分类

2．滤波器特性与参数

3．实际滤波器的应用

第四节A/D转换

1．采样

2．量化和量化误差

3．编码

4．常用A/D转换器转换原理

5．A/D转换器主要技术指标

第五节MATLAB编程实验注明：

不作考核要求

习题四

三、考核知识点与考核要求

1.电桥

识记：

电桥的定义；

电桥的分类；

直流电桥的基本结构与分类；

领会：

交、直流电桥的工作原理；

直流电桥的优缺点；

直流电桥的平衡条件；

交流电桥的种类与平衡条件；

变压器式电桥的结构与优点。

简单应用：

直流电桥的输出电压及灵敏度的计算；

电容电桥和电感电桥的平衡条件及计算。

2.调制与解调

识记：

调制与解调的概念。

领会：

调幅的原理及电桥幅值调制的实现过程；

常用幅值调制的解调的方法；

调频的原理及实现调频的方法；

鉴频的原理及方案。

3.滤波器

识记：

滤波器的概念；

滤波器的分类。

领会：

理想滤波器的幅频和相频特性；

实际滤波器的截止频率、带宽、品质因数、倍频程选择；

无源一阶RC低通、高通、带通滤波器的电路图及幅频、相频特性图；

有源一阶低通、高通、带通滤波器的电路图。

简单应用：

无源一阶低通、高通、带通滤波器的截止频率、带宽的计算。

4．A/D转换器

识记：

A/D转换的步骤和处理过程；

采样定理；

幅值量化的概念；

A/D转换器的类型。

领会：

采样的概念及采样器工作原理；

量化误差的概念；

编码的概念；

逐次逼近比较式A/D转换器的工作原理；

A/D转换器主要技术指标。

四、本章重点、难点

重点：

电桥的分类；

交、直流电桥的平衡条件；

直流电桥的输出电压及灵敏度的计算；

调制与解调的概念；

实际滤波器的截止频率、带宽、品质因数

无源一阶低通、高通、带通滤波器的截止频率、带宽的计算；

A/D转换的步骤和处理过程及A/D转换器主要技术指标；

采样定理。

难点：

交、直流电桥的工作原理；

直流电桥的输出电压及灵敏度的计算；

电容电桥和电感电桥的平衡条件及计算；

调制与解调的概念；

无源一阶低通、高通、带通滤波器的截止频率、带宽的计算；

逐次逼近比较式A/D转换器的工作原理。

第5章信号分析与处理

一、学习目的与要求

通过本章的学习，了解信号的分类，了解信号时域和频域的描述方法，了解频谱分析的基本原理和方法，建立明确的信号频谱结构的概念；了解相关分析、功率谱分析和数字信号分析的基本概念和方法。

二、课程内容

第一节信号的分类与描述

1．信号的分类

2．信号的描述

第二节周期信号

1．周期信号的时域描述

2．周期信号的频域描述

3．周期信号的强度表述

第三节非周期信号

1．非周期信号的时域描述

2．非周期信号的频域描述

第四节随机信号

1．随机信号的主要特征参数

2．随机信号的强度特征

3．概率密度函数

4．随机信号的相关分析

5．随机信号的功率谱分析

第五节数字信号处理基础注明：

不作考核要求

第六节MATLAB编程实验注明：

不作考核要求

习题五

三、考核知识点与考核要求

1.信号的分类与描述

识记：

信号的分类；

确定性信号和非确定性信号的概念；

周期信号和非周期信号的概念；

连续信号和离散信号的概念；

谐波信号与复杂周期信号的概念。

领会：

信号的时域描述概念；

信号的频域描述概念。

2.周期信号

领会：

傅里叶级数；

常见周期信号的时域表达式及波形；

常见周期信号的幅频谱和相频谱；

常见周期信号频谱的特点；

周期信号的强度表述的概念。

简单应用：

利用傅里叶级数求正弦、余弦、方波、三角波、锯齿波的频谱，画出频谱图。

3.非周期信号

识记：

傅里叶变换；

傅里叶变换的主要性质。

领会：

几种典型信号的频谱。

简单应用：

利用傅里叶变换求矩形窗函数、被截取后的正弦和余弦、单位脉冲函数的频谱。

4．随机信号

识记：