傳感器技術學習指南

傳感器技術學習指南傳感器技術課程的特點：課程的重要性：傳感器與檢測技術是自動化專業(yè)、電氣工程及其自動化專業(yè)及過程裝備與控制專業(yè)的技術基礎課程，主要研究自動檢測系統(tǒng)中的信息提取、信息轉換及信息處理的理論與技術為主要內容的一門應用技術課程。傳感技術是自動檢測系統(tǒng)，更是控制系統(tǒng)的前哨，它廣泛的應用于各個領域，在在促進生產發(fā)展和現代科技進步方面發(fā)揮著重要作用。學生學好這門課程不僅能為后續(xù)課程打下好的基礎，也對學生綜合運用所專業(yè)學知識有著關鍵的作用。學科邊緣性與課程內容的分散性：傳感器技術是在物理、化學、生物等基本原理、現象基礎上，用數字化的眼光觀察世界的方法。有兩點對學習傳感器技術很重要，一是原理性，物理化學等學科的理論和現象很多，基本上都可以用來構造成傳感器，因此，傳感器技術涉獵的理論基礎很廣泛；二是方法論，傳感器技術是適應現代控制技術發(fā)展的產物，是人類從不同視角、更定量地觀察世界的方法和技術，強調定量性是本門學科的一個特點，并適應于信號的后處理技術，如AD轉換技術，動態(tài)測量技術。一方面由于世界的多樣性，一方面也由于定量描述的“點視覺”特性，使人們只能從不同角度觀察世界，因此，傳感器技術缺乏系統(tǒng)性和連續(xù)性，并且很多情況下也表現出技巧性與創(chuàng)新性。在實際應用中，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）轉化成電信號。而這些轉化是利用物理學、化學、生物學現象和效應來進行的，被測量轉化成電信號的方式是各種各樣，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)教學內容相對獨立，缺乏連續(xù)性和系統(tǒng)性。課程的實踐性；傳感器的實踐性對于大學生學習傳感器技術有不同的影響，簡單來講，傳感器技術深入現代生活，家庭生活中的灶具、冰箱、空調、電視、電話、熱水器、汽車等日常生活離不開的物品中，與傳感器習習相關，這些日常生活中的傳感器便于學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領域，如飛機、艦船、遙感等眾多的領域，僅從物理不現象來講，涉及光、電、力、磁等從微觀到宏觀幾乎所有的現象，本課程僅學習常見傳感器的構成原理，但這并不妨礙學生有更廣泛領域的研究與創(chuàng)新。做為學生來講，學習本課程時也應當特別注重實踐和實驗，親自動手使用傳感器，才能知道傳感器的應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，千變萬化，本課程并不能包絡萬象，學生與教師都應當不斷從傳感器產業(yè)發(fā)展、個人生活和興趣、個人的科研項目中總結出有利于教和學的素材來。最后，也由于傳感器的實中實踐性，也決定了傳感器的技巧性，學習和掌握通用傳感器的原理、方法，并習慣于觀察生活，從生活中汲取營養(yǎng)，在此基礎上有所創(chuàng)新，是學習研究本課程的最高目標。本課程的學習方法：1、本知識點是本課程的基礎知識，檢測系統(tǒng)的組成及其相關概念這部分內容應以提高學生的學習興趣為主，宜采用互動學習方式，安排在實訓室進行。教師應事先準備好一個簡單的檢測系統(tǒng)，如用電橋來測位移，這樣從一個實際存在的檢測系統(tǒng)進行展開，介紹傳感器與檢測系統(tǒng)的組成、作用及在工業(yè)生產過程中的應用，可以邊演示邊講解有關概念邊讓學生跟著操作，以增強講課的直觀性，更好地激發(fā)學生對本課程的學習興趣和求知欲望，從而更好地培養(yǎng)學生對本課程的興趣；2、案例教學。傳感器技術問題有一定的分析和處理能力，知曉傳感器的工程設計方法和實驗研究方法。所以在教學中注意分析各類傳感器的區(qū)別與聯系，利用大量的具體案例分析傳感器的應用特點。例如，教材中在介紹電阻應變式傳感器是，主要是從傳感器的結構、工作原理及測量電路幾個方面進行分析介紹的，缺乏實際應用案例。在教學中用幻燈片展示不同應用的實物圖，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。用生動的動畫顯示不同應用下的傳感器的反應，例如，進行常用傳感器熱電偶的學習時，展示各種類型熱電偶的實物照片，補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用，重點講解傳感器的輸出信號及與控制系統(tǒng)互連問題。在介紹光電池傳感器時補充用于控制的干手器、用于檢測的光電式數字轉速表及照度表的應用案例，通過案例是同學們對傳感器應用的認識更加深入。3、了解現有成熟產品。根據培養(yǎng)工程應用型人才的目標，本課程教學的首要目的是使學生能夠合理選擇傳感器，結合相關的網絡資源，如中國檢測技術網、各傳感器生產企業(yè)官網、淘寶網，讓學生從網上獲取傳感器產品的原理知識、價格、產業(yè)發(fā)展等更為豐富的相關知識，以取得良好的教學效果，為今后的學習、應用、工作和創(chuàng)新開辟廣泛的知識來源和思維方法。4、結合電路、信號與系統(tǒng)、誤差原理等課程，通過實驗過程的實際操作，使學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、利用學校的科研實力、學生SRTP項目，加強學生的實踐能力。學生可在學習本課程的同時申請科研實訓項目，由指導老師指導，學生負責完成。在這些項目中，譬如智能車項目、數據采集系統(tǒng)實現等項目中都包含傳感器與檢測技術的應用，學生在完成項目的同時可集思廣益，有所創(chuàng)新，提高學生的實踐能力，同時也為今后的教學提供很好的實例素材。三、傳感器技術分類指導1．電阻式傳感器的應用十分廣泛，涉及溫度、力、壓力、氣體成分、加速度、位移等物理量的檢測，為增強學生的感性認識，教師應準備好各種類型的電阻式傳感器，如電阻應變片、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(如電阻應變片測量應變)的演示使同學們在操作中學習，在不知不覺中學會電橋的調零技巧及電壓表、頻率計的使用等基本操作技能，增強學生的感性認識十分重要。學生在實驗時可能會遇到如測量信號找不到、不會調節(jié)電橋零點等各種問題，這時教師一方面要耐心地講解，仔細示范；另一方面，也要注意培養(yǎng)學生嚴肅認真的學習態(tài)度，培養(yǎng)他們的耐心。在此基礎上重點講授壓力、溫度、氣敏傳感器的工作原理及其應用，尤其是介紹各種新型敏感材料對檢測技術的影響(如氣敏、濕敏等新材料新工藝)，并將教學重點與能力培養(yǎng)相結合，向各種傳感器的測量電路傾斜，以培養(yǎng)學生查閱器件手冊、了解查找器件的常用途徑、器件的使用方法等實際操作技能和設計應用能力。2．電容式和電感式傳感器也是常用檢測元件，與檢測實踐聯系密切，學習時應從某個電容式或電感式檢測電路出發(fā)，進行同步操作并講解其結構原理，然后重點介紹各種電容式和電感式傳感器的類型與特性，在此基礎上詳細講解通過傳感器獲取信息與進行信號提取的常用電路，讓學生了解其應用方法，最后再各安排一個實訓來進一步提高學生應用這兩種傳感器設計檢測裝置的能力。3．熱電偶廣泛應用于溫度信號的拾取，由于溫度是工業(yè)生產過程中一個很重要的參數，因此，它在工業(yè)過程的自動控制中應用十分廣泛，它主要用于對高溫超高溫或低溫的測量。擬將理論教學中有關熱電偶結構及實用測量電路部分安排在實訓室進行，結合操作把它的幾種結構形式及其性能特點講透。使學生較好地掌握不同結構形式的熱電偶在使用性能上的差異，會正確合理地選用；學會熱電偶在使用時的連接方法，掌握不同接法的區(qū)別，能根據測量要求正確選擇。至于它的幾個常用定理及冷端補償部分可在教室進行。為了進一步培養(yǎng)學生的操作技能和實際應用能力，安排兩個有關熱電偶應用的實訓。通過實訓使學生掌握熱電偶的安裝、使用及校驗方法；掌握熱電偶并聯和串聯時的不同測量特性并會正確選用。4．現代傳感器層出不窮，且仍在不斷發(fā)展，限于實訓室條件，本模塊安排部分理論課在實訓室進行，結合實訓室現有的光電式、紅外式和霍爾式傳感器講解它們的結構原理和性能