機械工程測試技術課程科研案例的應用范文

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摘要：機械工程測試技術是一門面向工程應用、實踐性較強的課程，涉及信號處理、傳感器、控制工程、數理基礎等多門課程。為了在有限的課時內讓學生掌握更多的知識點，并初步掌握解決復雜工程問題的能力，科研案例在教學過程中的應用是一種較好的教學手段。在案例選擇和應用實踐中，本人結合已開展的科研項目，提煉出測試技術相關的知識點。讓學生在課堂學習中既對課程產生興趣，也讓學生接觸到較為前沿的科研動態。科研案例的運用，為培養學生解決復雜工程問題的能力奠定基礎。

關鍵詞：機械工程；測試技術；科研案例；工程應用

中國工程教育的目標之一是：構建中國工程教育的質量監控體系，推進中國工程教育改革，進一步提高工程教育質量。尤其要在機械工程類的課程中始終貫穿著工程教育目標的主線，緊密圍繞著如何提高學生解決復雜工程問題的能力不放松。而測試技術課程在機械類專業教學計劃中起到承上啟下的作用，是從基礎課學習過渡到專業課學習的橋梁[1]。所以，在測試技術課程教學中要時刻關注如何提高學生將數理知識和工程知識運用于分析復雜機械工程問題的能力，如何促使學生掌握正確采集、處理實驗數據的能力，如何對實驗結果有正確地分析和解釋，并最終通過綜合有效信息得到合理的測試結論。由于測試技術課程時長較短，內容覆蓋面較寬泛，因此，在教學過程中容易給學生造成課程主線不清晰，知識點散亂無關聯的印象。為了能夠提綱挈領，將課程內容清晰地在教學過程中展現出來，就需要結合一些實例，將測試技術的知識點融入進去[2]。結合自身的無損檢測專業背景，科研項目中存在的測試技術知識點，在課程教學中講解自己所搭建科研平臺的大體思路和測試原理，形象地將前沿的測試設備展現給學生。因此在測試技術課程中，選取了幾個典型的科研實例，以期達到引起學生對測試技術學習興趣的目的。

一案例的選取原則

機械工程測試技術的案例不能過多，應該基于教學時長，依據課程進度適當地選擇典型案例。機械工程測試技術課程的主要章節包含：信號分類、測試系統特性、常用傳感器、信號調理電路和信號處理初步等章節。根據實際需要，選擇的案例應能充分地反應出課程中的知識點，具有緊密的相關性。根據以上原則，本人選取以下案例，進行課程講解。

二磁巴克豪森噪聲測試滲碳層的深度

隨著滲碳層深度的增加，表面滲碳層的碳濃度隨之增加，材料的磁通密度、磁導率等磁化強度參數都會下降，而矯頑力也增加，從而導致材料微觀結構下的釘扎作用加強，磁疇的翻轉能力減弱[3]。根據巴克豪森噪聲產生的原理可知，磁疇翻轉運動減弱，會導致MBN信號值減小。利用放置在試樣表面的感應線圈，可以接收到材料在磁化過程中所產生的這種巴克豪森噪聲，通過對噪聲信號的采集與分析，分析研究滲碳層深度與巴克豪森噪聲信號特征值之間的關系。根據巴克豪森檢測原理搭建檢測系統如圖1所示檢測得到的巴克豪森噪聲信號，經過信號處理可得到均方根、均值、振鈴數、峰峰值隨著滲碳層厚度增加的變化情況。整個案例中涉及到：信號類型、信號調理、信號處理、傳感器等測試技術課程相關知識點。從本案例中學生可形象直觀地看出整個測試系統的組成，并能夠對測試信號有詳細地了解。同時，在本案例中，學生可直接參與測試信號的描述與分析中，獲得知識學習的認同感。

三蘭姆波測量激光搭接焊縫的熔寬

將單個斜探頭連接在Olympus的脈沖激勵接收儀器上，進行脈沖反射法實驗，以實現單探頭的激勵和接收蘭姆波，并將儀器的輸出端接入Tektronix數字示波器，實驗裝置如圖2所示[4]。斜探頭通過壓電晶片的逆壓電效應產生超聲波，超聲波再通過壓電效應被壓電晶片接收到。通過斜探頭激勵和接收的蘭姆波在焊縫處的反射幅度，來判斷激光搭接焊縫的熔寬。本案例中涉及到：測試裝置的基本特性、傳感器、信號處理等測試技術知識點。從本案例中，學生可對測試技術在復雜工程問題中的應用，有較為全面的認識；另外，也可對壓電傳感器有一定的感性認識，并以此為基礎舉一反三，認識其他類型的傳感器。

四激光超聲表面波測試滲氮層的深度

激光超聲設備如圖3所示。所用激光器為調Q激光器，發射激光的脈沖寬度為2ns、單脈沖輸出能量2mJ。超聲波接收器采用Quartet-FH系列激光超聲干涉儀。實驗時，由脈沖激光器產生脈沖激光，脈沖激光輻射在金屬表面后形成超聲波振動，激光干涉儀接收超聲波。根據聲波互易性原理，實現超聲波點源激勵并隨時間傳播的動態圖像[5]如圖4給出的是一個典型的激光超聲激勵出的位移-時間響應曲線。從圖4中可以看出：脈沖激光激發的超聲波模態包括掠面縱波(sP)、表面橫波(sS)及表面波(R)三種模式；聲表面波經過缺陷反射后會接收到反射表面波(RR)。從接收到的信號中，可以利用測試技術中信號的描述等知識點對信號進行描述，并可以通過互相關算法求得表面波、掠面縱波等超聲波模態的傳播速度。本案例中涉及到：傳感器、測試裝置的基本特性、信號的描述、信號處理初步等測試技術的知識點。從本案例中，學生不僅可以了解到較為前沿的激光超聲測試技術，開拓了眼界，還使學生認識到學習基礎知識的重要性。

五結語

通過在課程中運用個人的科研案例，不僅提高了學生學習的興趣，還增強了學生分析解決復雜工程測試問題的能力。課程中講解的較為前沿的科研項目，可以開拓學生視野，還闡明學習基礎知識的重要性，同時，將工程教育的理念貫穿在整個課程教學中。經過近兩年的課程改革，學生普遍反映學習興趣濃厚了，不僅掌握了測試技術的相關知識，還對測試技術課程的認識更系統了。

參考文獻

[1]張建立,李延民,劉治華.“機械工程測試技術基礎”課程內學分制研究與實踐[J].黑龍江教育,2016,(3):40-41.

[2]劉奇元,胡蓉.“機械工程測試技術”課程中的教學案例選擇[J].教育現代化,2016,(28):165-166.

[3]屈辰鳴,孫俊杰,李廷超,等.基于巴克豪森噪聲的滲碳層深度檢測方法[J].無損檢測,2018(4):36-40.

[4]李陽,蔡桂喜,董瑞琪.蘭姆波在搭接焊縫上的反射和透射[J].聲學學報,2017,42(4):495-503.

[5]劉秀梅,徐化文,賀杰.高校機械工程專業研究生國際化培養方案的研究[J].教育現代化,2017,4(50):15-16+117.

作者：李陽 鄒云 單位：鄭州大學