傳感器技術(shù)學(xué)習(xí)指南

傳感器技術(shù)學(xué)習(xí)指南傳感器技術(shù)課程的特點(diǎn)：課程的重要性：傳感器與檢測技術(shù)是自動(dòng)化專業(yè)、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)及過程裝備與控制專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，主要研究自動(dòng)檢測系統(tǒng)中的信息提取、信息轉(zhuǎn)換及信息處理的理論與技術(shù)為主要內(nèi)容的一門應(yīng)用技術(shù)課程。傳感技術(shù)是自動(dòng)檢測系統(tǒng)，更是控制系統(tǒng)的前哨，它廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在在促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展和現(xiàn)代科技進(jìn)步方面發(fā)揮著重要作用。學(xué)生學(xué)好這門課程不僅能為后續(xù)課程打下好的基礎(chǔ)，也對學(xué)生綜合運(yùn)用所專業(yè)學(xué)知識(shí)有著關(guān)鍵的作用。學(xué)科邊緣性與課程內(nèi)容的分散性：傳感器技術(shù)是在物理、化學(xué)、生物等基本原理、現(xiàn)象基礎(chǔ)上，用數(shù)字化的眼光觀察世界的方法。有兩點(diǎn)對學(xué)習(xí)傳感器技術(shù)很重要，一是原理性，物理化學(xué)等學(xué)科的理論和現(xiàn)象很多，基本上都可以用來構(gòu)造成傳感器，因此，傳感器技術(shù)涉獵的理論基礎(chǔ)很廣泛；二是方法論，傳感器技術(shù)是適應(yīng)現(xiàn)代控制技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，是人類從不同視角、更定量地觀察世界的方法和技術(shù)，強(qiáng)調(diào)定量性是本門學(xué)科的一個(gè)特點(diǎn)，并適應(yīng)于信號(hào)的后處理技術(shù)，如AD轉(zhuǎn)換技術(shù)，動(dòng)態(tài)測量技術(shù)。一方面由于世界的多樣性，一方面也由于定量描述的“點(diǎn)視覺”特性，使人們只能從不同角度觀察世界，因此，傳感器技術(shù)缺乏系統(tǒng)性和連續(xù)性，并且很多情況下也表現(xiàn)出技巧性與創(chuàng)新性。在實(shí)際應(yīng)用中，傳感器作為“感覺器官”，是將壓力、溫度、位移量等信息（或者被測量）轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。而這些轉(zhuǎn)化是利用物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)現(xiàn)象和效應(yīng)來進(jìn)行的，被測量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的方式是各種各樣，也就是說各類傳感器的工作原理不同。因此本課程信息量大，涉及的范圍較廣，且各章節(jié)教學(xué)內(nèi)容相對獨(dú)立，缺乏連續(xù)性和系統(tǒng)性。課程的實(shí)踐性；傳感器的實(shí)踐性對于大學(xué)生學(xué)習(xí)傳感器技術(shù)有不同的影響，簡單來講，傳感器技術(shù)深入現(xiàn)代生活，家庭生活中的灶具、冰箱、空調(diào)、電視、電話、熱水器、汽車等日常生活離不開的物品中，與傳感器習(xí)習(xí)相關(guān)，這些日常生活中的傳感器便于學(xué)生很快理解傳感器的適用性、作用；另一方面，傳感器又深入人類生活中的各個(gè)領(lǐng)域，如飛機(jī)、艦船、遙感等眾多的領(lǐng)域，僅從物理不現(xiàn)象來講，涉及光、電、力、磁等從微觀到宏觀幾乎所有的現(xiàn)象，本課程僅學(xué)習(xí)常見傳感器的構(gòu)成原理，但這并不妨礙學(xué)生有更廣泛領(lǐng)域的研究與創(chuàng)新。做為學(xué)生來講，學(xué)習(xí)本課程時(shí)也應(yīng)當(dāng)特別注重實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)，親自動(dòng)手使用傳感器，才能知道傳感器的應(yīng)該與其他電路如何連接，怎樣才能正常工作；另一方面，由于傳感器門類繁雜，千變?nèi)f化，本課程并不能包絡(luò)萬象，學(xué)生與教師都應(yīng)當(dāng)不斷從傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展、個(gè)人生活和興趣、個(gè)人的科研項(xiàng)目中總結(jié)出有利于教和學(xué)的素材來。最后，也由于傳感器的實(shí)中實(shí)踐性，也決定了傳感器的技巧性，學(xué)習(xí)和掌握通用傳感器的原理、方法，并習(xí)慣于觀察生活，從生活中汲取營養(yǎng)，在此基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新，是學(xué)習(xí)研究本課程的最高目標(biāo)。本課程的學(xué)習(xí)方法：1、本知識(shí)點(diǎn)是本課程的基礎(chǔ)知識(shí)，檢測系統(tǒng)的組成及其相關(guān)概念這部分內(nèi)容應(yīng)以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為主，宜采用互動(dòng)學(xué)習(xí)方式，安排在實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行。教師應(yīng)事先準(zhǔn)備好一個(gè)簡單的檢測系統(tǒng)，如用電橋來測位移，這樣從一個(gè)實(shí)際存在的檢測系統(tǒng)進(jìn)行展開，介紹傳感器與檢測系統(tǒng)的組成、作用及在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，可以邊演示邊講解有關(guān)概念邊讓學(xué)生跟著操作，以增強(qiáng)講課的直觀性，更好地激發(fā)學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生對本課程的興趣；2、案例教學(xué)。傳感器技術(shù)問題有一定的分析和處理能力，知曉傳感器的工程設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)研究方法。所以在教學(xué)中注意分析各類傳感器的區(qū)別與聯(lián)系，利用大量的具體案例分析傳感器的應(yīng)用特點(diǎn)。例如，教材中在介紹電阻應(yīng)變式傳感器是，主要是從傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理及測量電路幾個(gè)方面進(jìn)行分析介紹的，缺乏實(shí)際應(yīng)用案例。在教學(xué)中用幻燈片展示不同應(yīng)用的實(shí)物圖，譬如輪輻式的地中衡的稱重傳感器，日常生活中常見的懸臂梁式的電子秤、人體稱、扭力扳手等。用生動(dòng)的動(dòng)畫顯示不同應(yīng)用下的傳感器的反應(yīng)，例如，進(jìn)行常用傳感器熱電偶的學(xué)習(xí)時(shí)，展示各種類型熱電偶的實(shí)物照片，補(bǔ)充熱電偶安裝的方式，以換熱站控制系統(tǒng)為案例，分析熱電偶在溫度測量上的應(yīng)用，重點(diǎn)講解傳感器的輸出信號(hào)及與控制系統(tǒng)互連問題。在介紹光電池傳感器時(shí)補(bǔ)充用于控制的干手器、用于檢測的光電式數(shù)字轉(zhuǎn)速表及照度表的應(yīng)用案例，通過案例是同學(xué)們對傳感器應(yīng)用的認(rèn)識(shí)更加深入。3、了解現(xiàn)有成熟產(chǎn)品。根據(jù)培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才的目標(biāo)，本課程教學(xué)的首要目的是使學(xué)生能夠合理選擇傳感器，結(jié)合相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源，如中國檢測技術(shù)網(wǎng)、各傳感器生產(chǎn)企業(yè)官網(wǎng)、淘寶網(wǎng)，讓學(xué)生從網(wǎng)上獲取傳感器產(chǎn)品的原理知識(shí)、價(jià)格、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等更為豐富的相關(guān)知識(shí)，以取得良好的教學(xué)效果，為今后的學(xué)習(xí)、應(yīng)用、工作和創(chuàng)新開辟廣泛的知識(shí)來源和思維方法。4、結(jié)合電路、信號(hào)與系統(tǒng)、誤差原理等課程，通過實(shí)驗(yàn)過程的實(shí)際操作，使學(xué)生基本掌握電橋模塊、電壓表、直流電源等測量儀表的使用方法和操作技能。5、利用學(xué)校的科研實(shí)力、學(xué)生SRTP項(xiàng)目，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。學(xué)生可在學(xué)習(xí)本課程的同時(shí)申請科研實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，由指導(dǎo)老師指導(dǎo)，學(xué)生負(fù)責(zé)完成。在這些項(xiàng)目中，譬如智能車項(xiàng)目、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等項(xiàng)目中都包含傳感器與檢測技術(shù)的應(yīng)用，學(xué)生在完成項(xiàng)目的同時(shí)可集思廣益，有所創(chuàng)新，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，同時(shí)也為今后的教學(xué)提供很好的實(shí)例素材。三、傳感器技術(shù)分類指導(dǎo)1．電阻式傳感器的應(yīng)用十分廣泛，涉及溫度、力、壓力、氣體成分、加速度、位移等物理量的檢測，為增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，教師應(yīng)準(zhǔn)備好各種類型的電阻式傳感器，如電阻應(yīng)變片、壓阻式、氣敏電阻等等，通過某一具體的電阻傳感器測量電路(如電阻應(yīng)變片測量應(yīng)變)的演示使同學(xué)們在操作中學(xué)習(xí)，在不知不覺中學(xué)會(huì)電橋的調(diào)零技巧及電壓表、頻率計(jì)的使用等基本操作技能，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)十分重要。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)可能會(huì)遇到如測量信號(hào)找不到、不會(huì)調(diào)節(jié)電橋零點(diǎn)等各種問題，這時(shí)教師一方面要耐心地講解，仔細(xì)示范；另一方面，也要注意培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度，培養(yǎng)他們的耐心。在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)講授壓力、溫度、氣敏傳感器的工作原理及其應(yīng)用，尤其是介紹各種新型敏感材料對檢測技術(shù)的影響(如氣敏、濕敏等新材料新工藝)，并將教學(xué)重點(diǎn)與能力培養(yǎng)相結(jié)合，向各種傳感器的測量電路傾斜，以培養(yǎng)學(xué)生查閱器件手冊、了解查找器件的常用途徑、器件的使用方法等實(shí)際操作技能和設(shè)計(jì)應(yīng)用能力。2．電容式和電感式傳感器也是常用檢測元件，與檢測實(shí)踐聯(lián)系密切，學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)從某個(gè)電容式或電感式檢測電路出發(fā)，進(jìn)行同步操作并講解其結(jié)構(gòu)原理，然后重點(diǎn)介紹各種電容式和電感式傳感器的類型與特性，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)講解通過傳感器獲取信息與進(jìn)行信號(hào)提取的常用電路，讓學(xué)生了解其應(yīng)用方法，最后再各安排一個(gè)實(shí)訓(xùn)來進(jìn)一步提高學(xué)生應(yīng)用這兩種傳感器設(shè)計(jì)檢測裝置的能力。3．熱電偶廣泛應(yīng)用于溫度信號(hào)的拾取，由于溫度是工業(yè)生產(chǎn)過程中一個(gè)很重要的參數(shù)，因此，它在工業(yè)過程的自動(dòng)控制中應(yīng)用十分廣泛，它主要用于對高溫超高溫或低溫的測量。擬將理論教學(xué)中有關(guān)熱電偶結(jié)構(gòu)及實(shí)用測量電路部分安排在實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行，結(jié)合操作把它的幾種結(jié)構(gòu)形式及其性能特點(diǎn)講透。使學(xué)生較好地掌握不同結(jié)構(gòu)形式的熱電偶在使用性能上的差異，會(huì)正確合理地選用；學(xué)會(huì)熱電偶在使用時(shí)的連接方法，掌握不同接法的區(qū)別，能根據(jù)測量要求正確選擇。至于它的幾個(gè)常用定理及冷端補(bǔ)償部分可在教室進(jìn)行。為了進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的操作技能和實(shí)際應(yīng)用能力，安排兩個(gè)有關(guān)熱電偶應(yīng)用的實(shí)訓(xùn)。通過實(shí)訓(xùn)使學(xué)生掌握熱電偶的安裝、使用及校驗(yàn)方法；掌握熱電偶并聯(lián)和串聯(lián)時(shí)的不同測量特性并會(huì)正確選用。4．現(xiàn)代傳感器層出不窮，且仍在不斷發(fā)展，限于實(shí)訓(xùn)室條件，本模塊安排部分理論課在實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行，結(jié)合實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)有的光電式、紅外式和霍爾式傳感器講解它們的結(jié)構(gòu)原理和性能