摘 要：聚焦機(jī)械測(cè)試技術(shù)教學(xué)方法與內(nèi)容的探索與實(shí)踐，提出一種基于油液磨粒檢測(cè)的創(chuàng)新教學(xué)方法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。以實(shí)際科研案例為基礎(chǔ)，建立實(shí)踐指導(dǎo)理論學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，充分培養(yǎng)學(xué)生的工程思維與實(shí)踐能力。利用系統(tǒng)化、模塊化思路構(gòu)建教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與科研接軌。具體內(nèi)容兼顧知識(shí)基礎(chǔ)性與測(cè)量系統(tǒng)整體性，將涉及的抽象理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為直觀的感性認(rèn)知，促進(jìn)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解與掌握，激發(fā)學(xué)生探究具體科學(xué)問題的主動(dòng)性，助力高水平復(fù)合型工程創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械測(cè)試技術(shù)；磨粒檢測(cè)；傳感器；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；教學(xué)探索

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2024）21-0125-05

Abstract： This paper focuses on the innovation of teaching methods and content in the Mechanical Testing Technology and sensor courses. A comprehensive teaching plan and experimental platform for oil debris detection were constructed， along with the design of integrated experimental cases. Based on the actual process of oil debris detection， a systematic and modular approach was used to construct a multi-module collaborative experimental teaching platform， promoting innovation in teaching content and methods. The designed comprehensive experiments are aligned with scientific research， balancing fundamental knowledge and the overall measurement system. They transform abstract theoretical knowledge into intuitive perceptual understanding， facilitating students' comprehension and mastery of relevant knowledge points. At the same time， it cultivates students' engineering practical abilities， stimulates their initiative in exploring specific scientific problems， and contributes to the cultivation of high-level innovative engineering talents.

Keywords： Mechanical Testing Technology; debris detection; sensors; experimental platforms; teaching explorations

伴隨新一輪信息革命的快速推進(jìn)，以多學(xué)科交叉融合為基礎(chǔ)的工程應(yīng)用技術(shù)已成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要引擎[1-3]。培養(yǎng)具備新素養(yǎng)、新視角、新能力與新思維的復(fù)合型工程創(chuàng)新人才對(duì)推動(dòng)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)變革具有重要意義[2-5]。在此背景下，各院校結(jié)合自身特色學(xué)科與未來發(fā)展趨勢(shì)，從學(xué)科交叉性與實(shí)踐能力角度出發(fā)不斷推進(jìn)適應(yīng)創(chuàng)新型人才的教學(xué)方法與教學(xué)內(nèi)容改革，探索拔尖人才培養(yǎng)的新模式與新方向[6-7]。其中，建立理論教學(xué)與課程實(shí)踐系統(tǒng)性結(jié)合的創(chuàng)新教學(xué)模式是提升工科人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵[4]。

機(jī)械測(cè)試技術(shù)作為一門強(qiáng)調(diào)實(shí)踐應(yīng)用的機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課程，是提高學(xué)生科學(xué)研究與工程實(shí)踐能力的重要支撐[8-9]。但傳統(tǒng)的機(jī)械測(cè)試技術(shù)課程教學(xué)模式相對(duì)單一，部分教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用割裂，實(shí)驗(yàn)過程過于模板化且學(xué)生整體參與度較低，在實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)與工程應(yīng)用的有效轉(zhuǎn)換和培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性等方面存在明顯不足[9]。因此，以鍛煉學(xué)生處理復(fù)雜工程問題的能力為目標(biāo)，探索機(jī)械測(cè)試教學(xué)新模式，打造兼具理論創(chuàng)新與工程實(shí)踐的綜合課程教學(xué)方案已成為教學(xué)改革的重點(diǎn)內(nèi)容[4，9-10]。

磨粒檢測(cè)是摩擦學(xué)、電磁學(xué)、傳感技術(shù)與信號(hào)處理等知識(shí)點(diǎn)多維度融合的典型機(jī)械測(cè)試技術(shù)綜合實(shí)踐案例[11-14]，具有突出的教學(xué)潛力。本文提出基于油液磨粒檢測(cè)的機(jī)械測(cè)試技術(shù)綜合教學(xué)方案，開發(fā)多模塊融合的便攜式教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，解決機(jī)械測(cè)試技術(shù)在教學(xué)方面存在的理論與實(shí)際脫節(jié)、內(nèi)容復(fù)雜和知識(shí)點(diǎn)間未有效建立聯(lián)系等問題，助力工科拔尖人才培養(yǎng)。

一 油液磨粒檢測(cè)

（一） 油液磨粒檢測(cè)概述

機(jī)械運(yùn)動(dòng)本質(zhì)上是機(jī)械元件間的力量傳遞與能量轉(zhuǎn)換。當(dāng)驅(qū)動(dòng)組件的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)移到另一零部件時(shí)，摩擦副將發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，導(dǎo)致其表面不可逆轉(zhuǎn)地受損[11]。隨著機(jī)械運(yùn)行時(shí)間的推移，摩擦表面逐漸變得粗糙，金屬性能下降，進(jìn)一步加速磨損過程[12-13]。作為摩擦磨損的關(guān)鍵產(chǎn)物，摩擦副表面產(chǎn)生的磨損顆粒將在潤滑系統(tǒng)中沉積并隨潤滑油循環(huán)運(yùn)動(dòng)[14]。油液磨粒檢測(cè)技術(shù)通過部署于潤滑油流道的磨粒傳感器及配套測(cè)量系統(tǒng)，獲取磨損顆粒的關(guān)鍵信息，以此對(duì)機(jī)械磨損程度與運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷[14]。例如，基于電磁感應(yīng)原理的磨粒傳感器通過采集磨粒產(chǎn)生的感應(yīng)電壓信號(hào)，結(jié)合信號(hào)處理方法實(shí)現(xiàn)磨粒大小、濃度與材料等特征的準(zhǔn)確提取[15]。該技術(shù)依賴于機(jī)械、電子與計(jì)算機(jī)等重要工程學(xué)科，在大型設(shè)備的健康狀態(tài)判斷與運(yùn)行壽命預(yù)測(cè)中已得到廣泛應(yīng)用[9]。其在傳感原理、硬件結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)處理算法等領(lǐng)域的研究均取得長足發(fā)展[16-18]。

（二） 磨粒檢測(cè)教學(xué)示范

作為典型的機(jī)械測(cè)試技術(shù)應(yīng)用案例，油液磨粒檢測(cè)技術(shù)囊括光學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)、摩擦學(xué)與儀器科學(xué)等學(xué)科，具有豐富的學(xué)科交叉性。針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景，磨粒檢測(cè)傳感器在傳感原理、硬件結(jié)構(gòu)、配套調(diào)理電路與數(shù)據(jù)處理方法等方面存在顯著差異[11]。以感應(yīng)式磨粒傳感器的輸出信號(hào)為例，實(shí)際檢測(cè)信號(hào)往往包含諧波、電脈沖和背景噪聲等多種干擾成分[13]，通過原理研究、結(jié)構(gòu)改進(jìn)與算法優(yōu)化可以降低干擾成分對(duì)磨粒電壓信號(hào)的影響，提升檢測(cè)準(zhǔn)確率。從人才培養(yǎng)的角度出發(fā)，上述內(nèi)容與機(jī)械測(cè)試技術(shù)課程所學(xué)知識(shí)密不可分，體現(xiàn)出多個(gè)復(fù)雜知識(shí)點(diǎn)交叉融合的系統(tǒng)性思維框架，具備教學(xué)價(jià)值與實(shí)踐指導(dǎo)意義[19]。圖1展示了油液磨粒檢測(cè)系統(tǒng)基本組成。

將油液磨粒檢測(cè)轉(zhuǎn)化為機(jī)械測(cè)試技術(shù)教學(xué)案例，可以實(shí)現(xiàn)以下培養(yǎng)目標(biāo)。

第一，處理復(fù)雜工程問題的能力。將油液磨粒檢測(cè)用作教學(xué)案例，通過實(shí)踐指導(dǎo)理論教學(xué)，可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)難點(diǎn)的掌握，幫助學(xué)生建立測(cè)量系統(tǒng)、傳感器原理與信號(hào)處理等理論知識(shí)之間的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生在面對(duì)復(fù)雜問題時(shí)應(yīng)具備的理解、分析與解決問題的能力。

第二，理論創(chuàng)新能力。在案例式教學(xué)的過程中，信號(hào)處理等內(nèi)容涉及的抽象的數(shù)學(xué)公式將被轉(zhuǎn)化為直觀的感性認(rèn)知。學(xué)生可以將數(shù)學(xué)、物理和其他專業(yè)知識(shí)與實(shí)驗(yàn)中呈現(xiàn)的物理變化相對(duì)應(yīng)，發(fā)掘其內(nèi)在聯(lián)系，結(jié)合課本知識(shí)在教師指導(dǎo)下進(jìn)行如信號(hào)處理算法設(shè)計(jì)等科學(xué)研究與探索，培養(yǎng)自身創(chuàng)新能力。

第三，工程實(shí)踐能力。油液磨粒檢測(cè)涉及測(cè)量系統(tǒng)搭建、傳感器設(shè)計(jì)與選型、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與軟件編程實(shí)現(xiàn)等多種工程實(shí)踐必備能力。將科研案例用作教學(xué)，通過設(shè)定任務(wù)目標(biāo)指導(dǎo)學(xué)生完成相應(yīng)內(nèi)容，充分鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化。

二 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

（一） 油液磨粒檢測(cè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)原理如圖2所示。

平臺(tái)集成實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)的主要功能模塊，采用模塊化設(shè)計(jì)，具有功能拓展性。在進(jìn)行信號(hào)采集與處理實(shí)驗(yàn)、參數(shù)估計(jì)實(shí)驗(yàn)、測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與傳感性能測(cè)試等基本實(shí)驗(yàn)之余，教師與學(xué)生可依托本平臺(tái)自主進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與科學(xué)探究，為相關(guān)專業(yè)課程學(xué)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

油液磨粒檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖3所示。實(shí)驗(yàn)基臺(tái)部分由底板、油箱、支架、油液流道、傳感器支架及磨粒接收裝置等組成。油液流道包含硬質(zhì)流道與柔性流道兩部分，其中柔性流道用于實(shí)現(xiàn)流向變換并與大功率蠕動(dòng)泵串聯(lián)形成驅(qū)動(dòng)裝置。內(nèi)置銅金屬濾芯的磨粒接收器出入口兩端內(nèi)外徑參數(shù)相同，其中出油口通過短柔性流道與油箱油液回流口相連，最終形成閉合油液流道。實(shí)驗(yàn)中選用的磨粒傳感器通過可調(diào)節(jié)鎖緊裝置固定于基臺(tái)前端，其油液進(jìn)口被硬質(zhì)流道貫穿并在內(nèi)部形成有效檢測(cè)區(qū)域。傳感器內(nèi)置電控單元與信號(hào)調(diào)理單元，其輸出與供電被集成于外殼出線口，并分別與信號(hào)采集卡和傳感器供電模塊相連。傳感器供電模塊選用直流電源，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用NI-9185數(shù)據(jù)采集卡，使用配有LabVIEW和Matlab等軟件的PC機(jī)作為采集終端。

在實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)入油箱投放口的磨粒將隨潤滑油在流道內(nèi)發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)，并通過接收裝置回收。在磨粒穿過傳感器時(shí)將產(chǎn)生感應(yīng)電壓，通過信號(hào)調(diào)理電路與信號(hào)采集模塊輸入采集終端，最終由軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理。

（二） 油液磨粒檢測(cè)教學(xué)設(shè)計(jì)

基于油液磨粒檢測(cè)的教學(xué)內(nèi)容與機(jī)械測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)課程理論知識(shí)的關(guān)聯(lián)如圖4所示，具體分為五大學(xué)習(xí)模塊加綜合測(cè)量實(shí)驗(yàn)。教師以教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為基礎(chǔ)，通過理論講授加實(shí)操演示的形式引導(dǎo)學(xué)生掌握油液磨粒檢測(cè)涉及的機(jī)械測(cè)試相關(guān)知識(shí)與具體實(shí)驗(yàn)操作方法，使學(xué)生初步具備理論分析與動(dòng)手能力，再通過分組實(shí)驗(yàn)、報(bào)告撰寫與實(shí)踐匯報(bào)的形式提升學(xué)生工程實(shí)踐能力并完成教學(xué)成效評(píng)價(jià)?；A(chǔ)學(xué)習(xí)模塊包括如下內(nèi)容。

第一，測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。學(xué)生首先通過課程學(xué)習(xí)了解測(cè)量系統(tǒng)的基本構(gòu)成，再根據(jù)教師指導(dǎo)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)油液磨粒檢測(cè)系統(tǒng)，完成平臺(tái)搭建與調(diào)試、信號(hào)采集卡通道選擇與連接及上位機(jī)信號(hào)采集軟件安裝與調(diào)試。

第二，傳感器設(shè)計(jì)與選型。學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)與教師相關(guān)科研指導(dǎo)，掌握各類傳感器檢測(cè)原理與適用場(chǎng)景，根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)完成傳感器設(shè)計(jì)與選型，確定必要參數(shù)。在此過程中，熟悉傳感器使用方法，了解傳感器各物理量轉(zhuǎn)換過程，鞏固相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

第三，信號(hào)調(diào)理與數(shù)據(jù)采集。學(xué)生基于所學(xué)信號(hào)調(diào)理基本知識(shí)與教師實(shí)操教學(xué)理解并掌握調(diào)理電路組成與數(shù)據(jù)采集基本流程，完成電路功能設(shè)計(jì)。穩(wěn)定接通設(shè)備各端輸入輸出并設(shè)計(jì)校驗(yàn)方法完成測(cè)試，確保傳感器、調(diào)理電路與數(shù)據(jù)采集模塊均處于正常作業(yè)狀態(tài)。

第四，檢測(cè)信號(hào)處理算法設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容從信號(hào)處理的基本知識(shí)點(diǎn)出發(fā)，涉及傳感器輸出信號(hào)建模、時(shí)頻域分析與信號(hào)濾波等基礎(chǔ)內(nèi)容。學(xué)生在課上學(xué)習(xí)案例涉及的信號(hào)處理基本知識(shí)，根據(jù)相關(guān)參考文獻(xiàn)與教師指導(dǎo)搭建采集信號(hào)數(shù)學(xué)模型，估計(jì)必要參數(shù)，并設(shè)計(jì)算法在不破壞磨粒特征的前提下有效抑制檢測(cè)樣本內(nèi)的噪聲與干擾成分，完成磨粒特征提取，得到識(shí)別結(jié)果。

第五，軟件編程與功能實(shí)現(xiàn)。學(xué)生根據(jù)教師與使用教程掌握相關(guān)軟件的基礎(chǔ)功能與編程方法，設(shè)計(jì)交互式信號(hào)采集模塊并實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理算法編程。其中，交互式信號(hào)采集模塊應(yīng)包含實(shí)驗(yàn)所需主要功能對(duì)話框與按鈕。完成信號(hào)處理算法編程后，通過數(shù)值仿真對(duì)算法程序進(jìn)行驗(yàn)證。

（三） 重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容示范

信號(hào)處理算法設(shè)計(jì)與軟件編程實(shí)現(xiàn)是體現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力的兩大重要內(nèi)容。為引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論強(qiáng)化與實(shí)踐能力培養(yǎng)，設(shè)計(jì)了信號(hào)處理算法和軟件實(shí)現(xiàn)的示范性框架，具體內(nèi)容如下。

第一，信號(hào)處理算法設(shè)計(jì)。信號(hào)處理方法整體框架與知識(shí)點(diǎn)相關(guān)性如圖5所示。首先使用低通濾波去除高頻信號(hào)，保留低于截止頻率的低頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的平滑處理并初步降低干擾成分對(duì)磨粒識(shí)別的影響。通過對(duì)信號(hào)中諧波分量的參數(shù)估計(jì)，以反相疊加的形式抑制信號(hào)中的周期信號(hào)。隨后，進(jìn)一步根據(jù)課程所學(xué)的數(shù)字信號(hào)處理知識(shí)設(shè)計(jì)濾波算法與磨粒信號(hào)提取算法，實(shí)現(xiàn)磨粒特征識(shí)別。

第二，人機(jī)交互平臺(tái)與算法軟件實(shí)現(xiàn)。軟件實(shí)現(xiàn)部分被分為信號(hào)采集模塊與信號(hào)處理模塊。人機(jī)交互界面包含啟停、通道選擇、采樣參數(shù)配置、采樣模式選擇、波形顯示界面及數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等模塊，可實(shí)現(xiàn)直觀的信號(hào)采集、數(shù)據(jù)可視化與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。信號(hào)處理軟件部分使用Matlab進(jìn)行編寫，具體包括算法程序編寫、參量設(shè)置與結(jié)果可視化三部分，實(shí)現(xiàn)輸入轉(zhuǎn)碼數(shù)據(jù)—代碼運(yùn)行—得到識(shí)別結(jié)果的端對(duì)端處理。

三 教學(xué)評(píng)價(jià)方法設(shè)計(jì)與實(shí)踐

（一） 教學(xué)評(píng)價(jià)方法設(shè)計(jì)

學(xué)生在完成模塊化學(xué)習(xí)之后，根據(jù)教師指導(dǎo)分組進(jìn)行綜合測(cè)量實(shí)驗(yàn)。綜合實(shí)驗(yàn)涉及基礎(chǔ)學(xué)習(xí)模塊所有知識(shí)內(nèi)容，具體包括測(cè)量系統(tǒng)搭建與調(diào)試、數(shù)據(jù)采集與記錄、信號(hào)處理與磨粒識(shí)別、結(jié)果分析與討論及實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫。實(shí)驗(yàn)分為3人一組，學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)計(jì)劃與分工，確定測(cè)量系統(tǒng)涉及參數(shù)，完成數(shù)據(jù)采集。設(shè)計(jì)指標(biāo)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過組內(nèi)討論得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告并在課堂上以組為單位進(jìn)行匯報(bào)，最終由教師進(jìn)行教學(xué)成效評(píng)價(jià)。

（二） 教學(xué)評(píng)價(jià)方法實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

綜合實(shí)驗(yàn)選用感應(yīng)式磨粒檢測(cè)傳感器作為研究對(duì)象，利用鐵金屬顆粒模擬鐵磁性磨粒，測(cè)量其經(jīng)過傳感器有效檢測(cè)區(qū)域產(chǎn)生的感應(yīng)電壓信號(hào)。直流電源輸出電流為0.5 A，蠕動(dòng)泵流通量設(shè)定為1 100 mL/min，調(diào)理電路信號(hào)放大系數(shù)設(shè)置為2 200倍。在信號(hào)采集軟件中設(shè)置采樣頻率為5 000 Hz，設(shè)置定時(shí)采樣。假定磨粒運(yùn)動(dòng)速度等于流速，此時(shí)磨粒的中心頻率可以被估計(jì)為72 Hz。本次實(shí)驗(yàn)中，選擇的4顆鐵磁顆粒大小分別為1 000、500、200和100 μm。綜合實(shí)驗(yàn)具體過程及結(jié)果如下。

第一，測(cè)量系統(tǒng)搭建與調(diào)試。接通傳感器電源，開啟蠕動(dòng)泵并調(diào)速至實(shí)驗(yàn)設(shè)定值，觀察油液流動(dòng)情況。當(dāng)油液循環(huán)穩(wěn)定后，啟動(dòng)信號(hào)采集卡與采集終端，觀察波形顯示頁面。確認(rèn)信號(hào)被穩(wěn)定接收后，開啟終端交互頁面的信號(hào)采集模塊，在10 s內(nèi)向油箱中投入 1 000 μm的磨粒，觀察波形輸出并完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。油液磨粒實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)測(cè)試信號(hào)如圖6所示，其中磨粒信號(hào)可觀察，測(cè)量系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。

第二，數(shù)據(jù)采集與記錄。切換定時(shí)采樣時(shí)間至20 s，保持其余參數(shù)不變，啟動(dòng)信號(hào)采集功能后以相等間隔向油箱中投入500、100和200 μm三顆磨粒，其中時(shí)間間隔為4 s。圖7所示為油液磨粒傳感器實(shí)驗(yàn)采集信號(hào)，其中500 μm磨粒信號(hào)可以直接觀察，其余磨粒均淹沒于背景噪聲與諧波干擾之中。

第三，信號(hào)處理與磨粒識(shí)別。將保存的數(shù)據(jù)寫入txt格式文件中，導(dǎo)入Matlab信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理流程及結(jié)果如圖8所示。對(duì)原始數(shù)據(jù)首先進(jìn)行包括多尺度低通濾波[13]與諧波消除在內(nèi)的信號(hào)預(yù)處理，多尺度濾波結(jié)果如圖8（a）所p9ttxv3HBFST039UfgqLGfIb7zstqrPSptWZy6daRas=示?？梢钥闯?，預(yù)處理信號(hào)的信噪比雖有所提高，較弱的磨粒信號(hào)仍然受到殘余噪聲的干擾。使用基于信號(hào)穩(wěn)定性度量[13]的濾波算法以對(duì)殘余噪聲片段進(jìn)行排除，得到的濾波后的信號(hào)，相似度權(quán)重域及設(shè)定閾值曲線和相似度濾波結(jié)果如圖8（b）、8（c）所示。從圖中可以看出，該算法有效提高了信噪比，降低了非磨粒信號(hào)片段對(duì)磨粒特征識(shí)別的干擾。最后，使用特征辨識(shí)指標(biāo)[20]進(jìn)一步去除濾波結(jié)果中的脈沖信號(hào)片段，得到磨粒識(shí)別結(jié)果，其中，三類指標(biāo)的閾值分別確定為1、0.85和0.9。磨損顆粒信號(hào)辨識(shí)結(jié)果如圖8（d）所示，可以看出非磨粒片段被有效排除，且通過合適的指標(biāo)閾值設(shè)定實(shí)現(xiàn)了磨粒特征的完整保留。

第四，結(jié)果分析與討論。表1為提取的三顆鐵磁磨粒的數(shù)值特征[20]。

通過對(duì)比可以看出，三顆鐵磁性磨粒產(chǎn)生的特征信號(hào)的幅值與其對(duì)應(yīng)的顆粒大小呈現(xiàn)正相關(guān)，同時(shí)在同一流速下其對(duì)應(yīng)的中心頻率近似相等，這與傳感器輸出信號(hào)理論模型分析結(jié)果保持一致[12-13]。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與結(jié)果的可視化展示了實(shí)驗(yàn)中各物理現(xiàn)象的產(chǎn)生與變化過程，通過結(jié)果分析充分驗(yàn)證了在基礎(chǔ)學(xué)習(xí)模塊中掌握的理論的正確性。

第五，實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫。實(shí)驗(yàn)操作與結(jié)果記錄完成后，針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及組員各自在科研實(shí)踐中遇到的問題進(jìn)行探討與記錄，思考并提出硬件部分與算法等核心內(nèi)容的改進(jìn)方案，擬定后續(xù)科學(xué)研究目標(biāo)并制定技術(shù)路線。梳理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與過程，完成報(bào)告撰寫并設(shè)計(jì)課件完成小組匯報(bào)。

（三） 教學(xué)成效分析

通過綜合教學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生從被動(dòng)接受實(shí)驗(yàn)過程向主動(dòng)探索實(shí)驗(yàn)內(nèi)容轉(zhuǎn)化，積極分組并制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，完成了數(shù)據(jù)采集與報(bào)告撰寫等內(nèi)容，在培養(yǎng)自身實(shí)踐能力的同時(shí)加深了對(duì)科學(xué)的信仰。各組上交報(bào)告，絕大部分撰寫格式規(guī)范、邏輯清晰、內(nèi)容夯實(shí)且結(jié)構(gòu)完整，學(xué)生初步具備了一定的科研計(jì)劃能力、任務(wù)執(zhí)行能力、數(shù)據(jù)分析能力和科學(xué)論證能力，加強(qiáng)了自身的學(xué)術(shù)行為規(guī)范。各組學(xué)生在進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)與匯報(bào)中積極配合，完成各自任務(wù)，培養(yǎng)了相互溝通、協(xié)調(diào)合作、結(jié)果分析與討論等能力。此教學(xué)模式得到學(xué)生的廣泛認(rèn)可，實(shí)驗(yàn)報(bào)告平均分達(dá)成預(yù)期，對(duì)學(xué)生自身綜合能力提高與教師教學(xué)成效提升有明顯幫助。

四 結(jié)束語

本文針對(duì)機(jī)械測(cè)試技術(shù)教學(xué)提出的基于油液磨粒檢測(cè)的綜合教學(xué)方案打造了以科研任務(wù)指導(dǎo)理論學(xué)習(xí)的教學(xué)新模式。將科研案例引入課程理論教學(xué)，直觀體現(xiàn)該課程知識(shí)點(diǎn)的交叉性、復(fù)雜性、系統(tǒng)性和層次性。所設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還原實(shí)際油液檢測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景，測(cè)量結(jié)果與理論分析保持一致，符合科學(xué)研究的嚴(yán)格要求。作為教學(xué)工具，其模塊化與便攜式設(shè)計(jì)可方便教師將科研成果轉(zhuǎn)化到教學(xué)實(shí)踐之中，打通實(shí)驗(yàn)室與課堂的壁壘。提出的教學(xué)內(nèi)容幫助學(xué)生建立機(jī)械測(cè)試系統(tǒng)性思維框架，強(qiáng)化其對(duì)傳感器與信號(hào)處理等機(jī)械測(cè)試重要知識(shí)模塊的理解與掌握。通過綜合測(cè)量實(shí)驗(yàn)，有望提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力、科研創(chuàng)新能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，最終實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生綜合能力與素質(zhì)的目標(biāo)。

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