機(jī)電一體化技術(shù)課程教案

1、 教 案20102011學(xué)年第一學(xué)期主 講 教 師梁杰課 程 名 稱機(jī)電一體化技術(shù)課程類別專業(yè)必修課學(xué)時(shí)及學(xué)分48學(xué)時(shí) 3學(xué)分授 課 班 級(jí)機(jī)械07 機(jī)電方向使 用 教 材姜培剛機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)2003年9月第一版系(院、部)工程機(jī)械系教研室(實(shí)驗(yàn)室)機(jī)械電子技術(shù)1 / 19課時(shí)授課計(jì)劃課次序號(hào)： 5 一、課題：3 傳感器檢測(cè)及其接口技術(shù)3.1傳感器概述  3.2工程機(jī)械常用傳感器 一、車速（轉(zhuǎn)速）傳感器二、課型：課堂講授三、目的要求：使學(xué)生了解傳感器的組成、分類、常用性能指標(biāo)；熟悉工程機(jī)械常用車速（轉(zhuǎn)速）傳感器的組成、原理、特點(diǎn)和使用；了解測(cè)速電子電路的組成、計(jì)數(shù)測(cè)頻和測(cè)周期原理

2、。四、重點(diǎn)、難點(diǎn)：接近開關(guān)、集成霍爾開關(guān)的組成、原理和使用方法。 五、教學(xué)方法及手段：（1）結(jié)合實(shí)物，采用啟發(fā)式教學(xué)，講授中注意理論結(jié)合實(shí)際。（2） 在講授接近開關(guān)的驅(qū)動(dòng)形式時(shí)，可適當(dāng)擴(kuò)展，如通過(guò)接近開關(guān)控制三相交流電機(jī)，介紹一下相應(yīng)的電路，包括電機(jī)的保護(hù)電路。（3）測(cè)頻方法在中的測(cè)周期法，可不畫組成框圖，而只介紹與計(jì)數(shù)測(cè)頻法的主要區(qū)別：即用傳感器的信號(hào)脈沖去控制門電路的開閉。 六、參考資料：1、張建民等編著的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，高等教育出版社。2、梁景凱主編的機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社。3、傳感器方面的參考書。七、作業(yè)：3-1，3-2八、授課記錄：授課日期班次九、授課效果分析：教學(xué)

3、效果較好。 十、教學(xué)進(jìn)程（教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)及時(shí)間分配等）1、復(fù)習(xí)：摩擦對(duì)系統(tǒng)性能的影響：動(dòng)態(tài)滯后、穩(wěn)態(tài)誤差和低速抖動(dòng)。阻尼對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響較大。傳動(dòng)間隙：位置不同，影響不同；對(duì)于伺服系統(tǒng)，希望慣量小一些；系統(tǒng)工作過(guò)程中，應(yīng)限制彈性變形。各級(jí)傳動(dòng)比的最佳分配原則有三個(gè)。 2、導(dǎo)入課題： 機(jī)電一體化系統(tǒng)一般為閉環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)工作中需要不斷檢測(cè)系統(tǒng)的輸出，然后反饋到輸入端，傳感器的精度和性能直接影響了系統(tǒng)的精度的性能，是一個(gè)關(guān)鍵部件。轉(zhuǎn)速和車速是工程機(jī)械控制系統(tǒng)經(jīng)常需要檢測(cè)的一個(gè)物理量，車速通常是通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)檢測(cè)的。3、教學(xué)內(nèi)容：（1）傳感器概述傳感器的組成，分類，主要性能指標(biāo)（2）磁電式轉(zhuǎn)

4、速傳感器（3）測(cè)速發(fā)電機(jī)（4）舌簧開關(guān)（5）接近開關(guān)（6）霍爾開關(guān)（7）測(cè)速系統(tǒng)組成、計(jì)數(shù)測(cè)頻和測(cè)周期原理。 4、課堂總結(jié)： 傳感器是機(jī)電一體化系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部件，傳感器的精度和性能直接影響了系統(tǒng)的精度的性能。轉(zhuǎn)速和車速是工程機(jī)械控制系統(tǒng)經(jīng)常需要檢測(cè)的一個(gè)物理量，車速通常是通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)檢測(cè)的。常用的轉(zhuǎn)速傳感器：磁電式、測(cè)速發(fā)電機(jī)、舌簧開關(guān)、接近開關(guān)、霍爾開關(guān)，測(cè)速系統(tǒng)的測(cè)頻方法：計(jì)數(shù)測(cè)頻和測(cè)周期。 5、布置作業(yè)3-1，3-2課時(shí)授課計(jì)劃課次序號(hào)： 6 一、課題：3.2工程機(jī)械常用傳感器  二、常用稱重傳感器三、常用溫度傳感器 二、課型：課堂講授三、目的要求：通過(guò)該次課的學(xué)習(xí)，使學(xué)

5、生熟悉工程機(jī)械常用溫度傳感器和稱重傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法。四、重點(diǎn)、難點(diǎn)：本次課的重點(diǎn)是熱電偶和半導(dǎo)體溫度傳感器以及應(yīng)變片式力傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及使用。 五、教學(xué)方法及手段：結(jié)合實(shí)物，采用啟發(fā)式教學(xué)，講授中注意理論結(jié)合實(shí)際。 六、參考資料：1、張建民等編著的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，高等教育出版社。2、梁景凱主編的機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社。3、傳感器方面的參考書。七、作業(yè)：3-3，3-4八、授課記錄：授課日期班次九、授課效果分析：教學(xué)效果較好。 十、教學(xué)進(jìn)程（教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)及時(shí)間分配等）1、復(fù)習(xí)：車速通常是通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)檢測(cè)的。常用的轉(zhuǎn)速傳感器：磁電式、測(cè)速發(fā)電機(jī)、舌簧開關(guān)、

6、接近開關(guān)、霍爾開關(guān)，測(cè)速系統(tǒng)的測(cè)頻方法：計(jì)數(shù)測(cè)頻和測(cè)周期。 2、導(dǎo)入課題：工程機(jī)械中溫度的測(cè)量實(shí)例：發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫、機(jī)油溫度、液壓油溫度；拌和設(shè)備中的瀝青溫度、骨料溫度和成品料溫度。 稱重計(jì)量實(shí)例：瀝青拌和設(shè)備中的骨料計(jì)量，穩(wěn)定土拌和設(shè)備中的冷料計(jì)量。其它應(yīng)用：測(cè)溫：空調(diào)，冰箱；稱重：載重汽車的軸載稱重，地磅等。3、教學(xué)內(nèi)容：（1）稱重傳感器應(yīng)變片式傳感器的特點(diǎn)，應(yīng)變片式稱重傳感器的結(jié)構(gòu)和原理，電橋轉(zhuǎn)換電路，多個(gè)傳感器的連接方法。（2）鉑電阻（3）熱敏電阻（4）熱電偶（5）模擬集成溫度傳感器（6）智能溫度傳感器4、課堂總結(jié)： 稱重傳感器和溫度在工程機(jī)械中應(yīng)用廣泛，常用稱重傳感器：應(yīng)變片式。常用

7、溫度傳感器：鉑電阻、熱敏電阻、熱電偶、模擬集成溫度傳感器、智能溫度傳感器。5、布置作業(yè)3-3，3-4課時(shí)授課計(jì)劃課次序號(hào)： 7 一、課題：3.3傳感器接口技術(shù) 二、課型：課堂講授三、目的要求：通過(guò)該次課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉在傳感器輸出不同形式和大小的信號(hào)情況下，傳感器與計(jì)算機(jī)之間的接口電路的組成、原理、特點(diǎn)。四、重點(diǎn)、難點(diǎn)：本次課的重點(diǎn)是接口電路的組成、特點(diǎn)以及抗干擾措施。 五、教學(xué)方法及手段：采用啟發(fā)式教學(xué)，講授中注意理論結(jié)合實(shí)際。 六、參考資料：1、張建民等編著的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，高等教育出版社。2、梁景凱主編的機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社。3、計(jì)算機(jī)接口方面的參考書。

8、七、作業(yè)： 3-5，3-6八、授課記錄：授課日期班次九、授課效果分析：教學(xué)效果較好。 十、教學(xué)進(jìn)程（教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)及時(shí)間分配等）1、復(fù)習(xí)：稱重傳感器和溫度在工程機(jī)械中應(yīng)用廣泛，常用稱重傳感器：應(yīng)變片式。常用溫度傳感器：鉑電阻、熱敏電阻、熱電偶、模擬集成溫度傳感器、智能溫度傳感器。 2、導(dǎo)入課題：目前以計(jì)算機(jī)（如單片機(jī)、PLC等）為核心的測(cè)控系統(tǒng)在工程機(jī)械中應(yīng)用廣泛，而傳感器輸出的模擬量或脈沖量信號(hào)不能被CPU 所識(shí)別，為此必須在傳感器和CPU之間增加一連接電路，用來(lái)將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字量的電路，該連接電路就是接口電路。3、教學(xué)內(nèi)容：傳感器在以下不同輸出情況下的與計(jì)算

9、機(jī)之間接口電路的組成、原理、特點(diǎn)：（1） 大信號(hào)和小信號(hào)模擬電壓情況；（2） 大信號(hào)和小信號(hào)模擬電流情況；（3） 頻率量輸出；數(shù)字量輸出；（4） 開關(guān)量輸出。 4、課堂總結(jié)：接口電路用來(lái)將傳感器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字量。當(dāng)傳感器輸出的信號(hào)形式不同時(shí)，其與計(jì)算機(jī)之間接口電路的組成也不同。 5、布置作業(yè)3-5，3-6課時(shí)授課計(jì)劃課次序號(hào)： 8 一、課題：3.4 數(shù)據(jù)處理技術(shù)一、傳感器前期信號(hào)處理 二、課型：課堂講授三、目的要求：通過(guò)該次課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉由運(yùn)算放大器組成的各種信號(hào)放大電路的組成和原理，了解硬件濾波電路的分類、參數(shù)和原理。四、重點(diǎn)、難點(diǎn)：本次課的重點(diǎn)是運(yùn)算放

10、大器的特性、各種信號(hào)放大電路的組成和原理。 五、教學(xué)方法及手段：采用啟發(fā)式教學(xué)，講授中注意理論結(jié)合實(shí)際，復(fù)習(xí)相關(guān)的知識(shí)。 六、參考資料：1、張建民等編著的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，高等教育出版社。2、梁景凱主編的機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社。3、模擬電路方面的各種參考書。七、作業(yè)：3-7，3-8八、授課記錄：授課日期班次九、授課效果分析：教學(xué)效果較好。 十、教學(xué)進(jìn)程（教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)及時(shí)間分配等）1、復(fù)習(xí)：運(yùn)算放大器的基本知識(shí)。2、導(dǎo)入課題：對(duì)于輸出模擬量的傳感器，其輸出信號(hào)通常較弱，為了滿足后續(xù)電路對(duì)信號(hào)幅度的要求，必須對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行放大，目前常用的放大器件為運(yùn)算放大器。傳感器輸出的

11、模擬量中通常帶有干擾信號(hào)，因此必須將這些無(wú)用的信號(hào)濾掉，以避免對(duì)正常信號(hào)產(chǎn)生影響。3、教學(xué)內(nèi)容：（1）運(yùn)算放大器的特性；（2）基本同相放大器電路；（3）基本反相放大器電路；（4）測(cè)量放大器與程控增益放大器組成、原理；（5）濾波器：濾波器的分類，頻率特性，用途，各種硬件濾波電路的組成、原理。 4、課堂總結(jié)： 信號(hào)放大和濾波是傳感器數(shù)據(jù)處理的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn)以及工作環(huán)境的不同，可選用不同的運(yùn)算放大電路。濾波器應(yīng)根據(jù)干擾信號(hào)的頻率特征來(lái)設(shè)計(jì)。5、布置作業(yè)3-7，3-8課時(shí)授課計(jì)劃課次序號(hào)： 9 一、課題：3.4 數(shù)據(jù)處理技術(shù)二、傳感器非線性補(bǔ)償原理三、數(shù)字濾波四、標(biāo)度變換

12、  二、課型：課堂講授三、目的要求：通過(guò)該次課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解傳感器為什么要進(jìn)行非線性補(bǔ)償以及非線性補(bǔ)償?shù)姆椒?、工作原理、特點(diǎn)；熟悉數(shù)字濾波的特點(diǎn)、常用的數(shù)字濾波方法、適用范圍；掌握傳感器數(shù)據(jù)的標(biāo)度變換目的、方法。四、重點(diǎn)、難點(diǎn)：本次課的重點(diǎn)是數(shù)字濾波的常用方法、適用范圍以及傳感器數(shù)據(jù)的標(biāo)度變換方法。 五、教學(xué)方法及手段：采用啟發(fā)式教學(xué)，講授中注意理論結(jié)合實(shí)際。 六、參考資料：1、張建民等編著的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，高等教育出版社。2、梁景凱主編的機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社。3、計(jì)算機(jī)檢測(cè)方面的參考書。七、作業(yè)：3-9，3-10八、授課記錄：授課日期班次九、授課效果分析：教學(xué)效果較好。 十、教學(xué)進(jìn)程（教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)及時(shí)間分配等）1、復(fù)習(xí)：信號(hào)放大和濾波是傳感器數(shù)據(jù)處理的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn)以及工作環(huán)境的不同，可選用不同的運(yùn)算放大電路。濾波器應(yīng)根據(jù)干擾信號(hào)的頻率特征來(lái)設(shè)計(jì)。2、導(dǎo)入課題：傳感器以及檢測(cè)電路的輸入-輸出特性通常都帶有一定的非線性，為了使整個(gè)測(cè)量范圍的靈敏度一致，以便于讀數(shù)及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，要進(jìn)行非線性補(bǔ)償。傳感器輸出信號(hào)中的干擾信號(hào)除了可用硬件濾波外，還可用效果更好、使用更靈活的軟件濾波。 3、教學(xué)內(nèi)容：（1）傳感器進(jìn)行非線性補(bǔ)償?shù)哪康?、方法、工作原理、特點(diǎn)；（2）數(shù)字濾波的特點(diǎn)、常用的數(shù)字濾波方法、適用范