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摘要：機(jī)械工程測試技術(shù)是一門面向工程應(yīng)用、實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，涉及信號處理、傳感器、控制工程、數(shù)理基礎(chǔ)等多門課程。為了在有限的課時(shí)內(nèi)讓學(xué)生掌握更多的知識點(diǎn)，并初步掌握解決復(fù)雜工程問題的能力，科研案例在教學(xué)過程中的應(yīng)用是一種較好的教學(xué)手段。在案例選擇和應(yīng)用實(shí)踐中，本人結(jié)合已開展的科研項(xiàng)目，提煉出測試技術(shù)相關(guān)的知識點(diǎn)。讓學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中既對課程產(chǎn)生興趣，也讓學(xué)生接觸到較為前沿的科研動(dòng)態(tài)。科研案例的運(yùn)用，為培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程；測試技術(shù)；科研案例；工程應(yīng)用

中國工程教育的目標(biāo)之一是：構(gòu)建中國工程教育的質(zhì)量監(jiān)控體系，推進(jìn)中國工程教育改革，進(jìn)一步提高工程教育質(zhì)量。尤其要在機(jī)械工程類的課程中始終貫穿著工程教育目標(biāo)的主線，緊密圍繞著如何提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力不放松。而測試技術(shù)課程在機(jī)械類專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中起到承上啟下的作用，是從基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)過渡到專業(yè)課學(xué)習(xí)的橋梁[1]。所以，在測試技術(shù)課程教學(xué)中要時(shí)刻關(guān)注如何提高學(xué)生將數(shù)理知識和工程知識運(yùn)用于分析復(fù)雜機(jī)械工程問題的能力，如何促使學(xué)生掌握正確采集、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力，如何對實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)論。由于測試技術(shù)課程時(shí)長較短，內(nèi)容覆蓋面較寬泛，因此，在教學(xué)過程中容易給學(xué)生造成課程主線不清晰，知識點(diǎn)散亂無關(guān)聯(lián)的印象。為了能夠提綱挈領(lǐng)，將課程內(nèi)容清晰地在教學(xué)過程中展現(xiàn)出來，就需要結(jié)合一些實(shí)例，將測試技術(shù)的知識點(diǎn)融入進(jìn)去[2]。結(jié)合自身的無損檢測專業(yè)背景，科研項(xiàng)目中存在的測試技術(shù)知識點(diǎn)，在課程教學(xué)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(shè)備展現(xiàn)給學(xué)生。因此在測試技術(shù)課程中，選取了幾個(gè)典型的科研實(shí)例，以期達(dá)到引起學(xué)生對測試技術(shù)學(xué)習(xí)興趣的目的。

一案例的選取原則

機(jī)械工程測試技術(shù)的案例不能過多，應(yīng)該基于教學(xué)時(shí)長，依據(jù)課程進(jìn)度適當(dāng)?shù)剡x擇典型案例。機(jī)械工程測試技術(shù)課程的主要章節(jié)包含：信號分類、測試系統(tǒng)特性、常用傳感器、信號調(diào)理電路和信號處理初步等章節(jié)。根據(jù)實(shí)際需要，選擇的案例應(yīng)能充分地反應(yīng)出課程中的知識點(diǎn)，具有緊密的相關(guān)性。根據(jù)以上原則，本人選取以下案例，進(jìn)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(dǎo)率等磁化強(qiáng)度參數(shù)都會(huì)下降，而矯頑力也增加，從而導(dǎo)致材料微觀結(jié)構(gòu)下的釘扎作用加強(qiáng)，磁疇的翻轉(zhuǎn)能力減弱[3]。根據(jù)巴克豪森噪聲產(chǎn)生的原理可知，磁疇翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)減弱，會(huì)導(dǎo)致MBN信號值減小。利用放置在試樣表面的感應(yīng)線圈，可以接收到材料在磁化過程中所產(chǎn)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(guān)系。根據(jù)巴克豪森檢測原理搭建檢測系統(tǒng)如圖1所示檢測得到的巴克豪森噪聲信號，經(jīng)過信號處理可得到均方根、均值、振鈴數(shù)、峰峰值隨著滲碳層厚度增加的變化情況。整個(gè)案例中涉及到：信號類型、信號調(diào)理、信號處理、傳感器等測試技術(shù)課程相關(guān)知識點(diǎn)。從本案例中學(xué)生可形象直觀地看出整個(gè)測試系統(tǒng)的組成，并能夠?qū)y試信號有詳細(xì)地了解。同時(shí)，在本案例中，學(xué)生可直接參與測試信號的描述與分析中，獲得知識學(xué)習(xí)的認(rèn)同感。

三蘭姆波測量激光搭接焊縫的熔寬

將單個(gè)斜探頭連接在Olympus的脈沖激勵(lì)接收儀器上，進(jìn)行脈沖反射法實(shí)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)單探頭的激勵(lì)和接收蘭姆波，并將儀器的輸出端接入Tektronix數(shù)字示波器，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示[4]。斜探頭通過壓電晶片的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波，超聲波再通過壓電效應(yīng)被壓電晶片接收到。通過斜探頭激勵(lì)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(shù)知識點(diǎn)。從本案例中，學(xué)生可對測試技術(shù)在復(fù)雜工程問題中的應(yīng)用，有較為全面的認(rèn)識；另外，也可對壓電傳感器有一定的感性認(rèn)識，并以此為基礎(chǔ)舉一反三，認(rèn)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(shè)備如圖3所示。所用激光器為調(diào)Q激光器，發(fā)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(shí)驗(yàn)時(shí)，由脈沖激光器產(chǎn)生脈沖激光，脈沖激光輻射在金屬表面后形成超聲波振動(dòng)，激光干涉儀接收超聲波。根據(jù)聲波互易性原理，實(shí)現(xiàn)超聲波點(diǎn)源激勵(lì)并隨時(shí)間傳播的動(dòng)態(tài)圖像[5]如圖4給出的是一個(gè)典型的激光超聲激勵(lì)出的位移-時(shí)間響應(yīng)曲線。從圖4中可以看出：脈沖激光激發(fā)的超聲波模態(tài)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(jīng)過缺陷反射后會(huì)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(shù)中信號的描述等知識點(diǎn)對信號進(jìn)行描述，并可以通過互相關(guān)算法求得表面波、掠面縱波等超聲波模態(tài)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(shù)的知識點(diǎn)。從本案例中，學(xué)生不僅可以了解到較為前沿的激光超聲測試技術(shù)，開拓了眼界，還使學(xué)生認(rèn)識到學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識的重要性。

五結(jié)語

通過在課程中運(yùn)用個(gè)人的科研案例，不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，還增強(qiáng)了學(xué)生分析解決復(fù)雜工程測試問題的能力。課程中講解的較為前沿的科研項(xiàng)目，可以開拓學(xué)生視野，還闡明學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識的重要性，同時(shí)，將工程教育的理念貫穿在整個(gè)課程教學(xué)中。經(jīng)過近兩年的課程改革，學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)興趣濃厚了，不僅掌握了測試技術(shù)的相關(guān)知識，還對測試技術(shù)課程的認(rèn)識更系統(tǒng)了。

參考文獻(xiàn)

[1]張建立,李延民,劉治華.“機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程內(nèi)學(xué)分制研究與實(shí)踐[J].黑龍江教育,2016,(3):40-41.

[2]劉奇元,胡蓉.“機(jī)械工程測試技術(shù)”課程中的教學(xué)案例選擇[J].教育現(xiàn)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(xué)學(xué)報(bào),2017,42(4):495-503.

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

作者：李陽 鄒云 單位：鄭州大學(xué)