检测传感技术

检测传感技术（共12篇）

检测传感技术 篇1

机电一体化是高科技发展过程的产物和需要, 然而传感检测技术又是机电一体化技术中的重要组成部分, 发挥着至关重要的作用, 不仅关系到对整个机电系统的统一有效控制, 而且还发挥着重要的调节作用, 而该调节作用又是传感检测技术中的核心激技术之一, 从而可以看出, 传感检测技术关系到机电自动化系统质量的提升。传感检测技术对机电一体化系统中的各项数据进行有效的控制分析和检查。

1 传感器与机电一体化的介绍及联系

(一) 传感器

传感器是机器在工作中, 通过按照固定规律将一种量转换成同种或者不同种量值并且传输出去的工具。传感器就如同人体器官, 当然其作用的发挥远远比人体器官的作用要大的多。传感器在当今科技发展中的作用发挥越来越广, 不仅运用于传统的压力、温度、湿度的数据检测, 而且还用于流量、速度以及生物量等数据的检测中。

(二) 机电一体化

机电一体化定义经历了较为复杂的历程, 我们目前公认的定义来自日本国内:"机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术, 并将机械装置与电子装置用相关软件有机融合而成的系统总称"。

(三) 传感器与机电一体化之间的关系

传感检测技术是机电一体化技术中的重要组成部分, 发挥着至关重要的作用, 不仅关系到对整个机电系统的统一有效控制, 而且还对相关信息的传输运行有着一定的影响作用。传感器在现实的工作中不仅对机电一体化的系统本身和操作对象进行有效的检测, 而且还对机电一体化作业环境进行着控制和监测。因此可以得知, 机电一体化系统的运行效率需要对系统本身与作业环境以及操作对象的信息数据进行有效的控制和检测。从一定程度上讲, 传感器技术关系着整个机电一体化工作效率和速度, 传感器在机电一体化技术中发挥中最为核心的作用。换言之, 自动化技术水平的发展是由机电一体化水平推动的, 而机电一体化水平又由传感检测技术保障和推动, 因此, 传感器检测技术在整个自动化技术发展过程中发挥中关键作用, 关系着自动化水平的发展方向。

2 机电传感检测技术的应用

(一) 传感检测技术在机器人中的应用

机器人作为当今高端技术产物, 其关键技术即自动化控制, 将更加精确和敏感的传感检测技术融入到机器人制作过程中, 在很大程度上又提升了其自动化水平。传感器技术使得机器人功能有了重大突破, 不仅增强了远程控制的准确度, 而且还提升了对机器人控制和操作速度, 提高了机器人工作效率。传感器对机器人工作过程状态和相关数据进行及时统计和分析, 迅速作出处理, 指引机器人下一部工作。

(二) 传感检测技术在工件加工中的应用

现代化技术高速发展, 自动化技术已经运用到生产过程的各个领域中, 现代型工厂加工基本都已经实现了自动化控制和操作, 传感器的引进和运用相对比较晚, 在引进初期也仅仅用于对工件加工过程的检测, 而这种检测的主要目标是对工件质量的一种检测, 根本没有发挥出传感器特有的优势。直到上世纪八十年代, 传感器技术的运用有了较大突破, 运用于工件的安装位置与识别。也就是说, 从那时起, 传感检测技术用来检测工件与被加工工件是否属于同一种类, 检测工件的安装位置与实际要求是否一致。当然了, 传感检测技术在该领域的运用与实践还存在很大问题, 并未完全发挥出技术的所有的特点, 还需继续加大研究。

3 传感检测技术的发展方向

(一) 研究新型传感器

(1) 引进新型传感材料。现有的传感材料在具体实践过程中仍然存在某些不足之处, 需要在接下来的研究中引入新型材料, 可以尝试进行人工皮肤传感器以及压电传感器的运用。将来还可能对陶瓷、非晶半导体以及形状记忆合金等技术发挥促进作用。

(2) 研究新的加工技术。现代技术的发展趋势是小又精, 传感器的体积也越来越小, 这就需要对加工技术进行革新和创新, 如光刻、扩散以及异性腐蚀等新技术。

(二) 研究传感器的复合功能

当前的传感器功能之间还缺少一定的关联性和有机统一性, 在现实操作中某些环节还有待提升, 其中之一就是传感器复合功能有待进一步的研究。传感器的复合功能需要能在同一时间对多种物理数据进行有效检测。像力、力矩复合传感器、视听复合传感器等, 这类复合传感器将多种信息融合, 对机电一体化系统起到了巨大的推进作用。

现代技术突飞猛进, 社会变革也在逐步进行, 任何一项技术都不能局限于一定时期的稳定, 而需要不断地进行创新和发展, 对于电子技术更是如此。放眼电子技术发展趋势和前景, 智能化和系统化必定是传感器未来的发展方向。从目前国内研究来看, 传感检测技术与机电一体化技术已经有了较大突破, 基本能够适应我国当前国内生产市场的需求, 但与国外先进技术还有很多需要学习和改进之处。所以, 我们有必要加大对传感技术的研究力度, 掌握高端技术, 把握竞争的主动性。

摘要：科技是第一生产力, 科技技术日新月异, 机电一体化是高科技发展过程的产物和需要, 然而传感检测技术又是机电一体化技术中的重要组成部分, 发挥着至关重要的作用。本文对机电一体化和传感检测技术二者的关系及生产实践中的具体作用体现进行了有效论证分析, 对传感检测技术的改进和发展提出了一定的借鉴意见。

关键词：传感器,机电一体化,传感检测技术

参考文献

[1]刘峥.关于机电一体化系统中的传感器与检测技术探究[J].信息系统工程, 2013 (02) .

检测传感技术 篇2

姓名：王婷婷 学号：14032329 班级：14-1

1传感器与检测技术

这学期通过学习《传感器与检测技术》，懂得了很多，以下是我对这本书的总结。第一章 概 述

传感器的作用是：传感器是各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件，具有不可替代的重要作用。

传感器的定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。

传感器的组成：被测量量---敏感元件---转换元件----基本转换电路----电量输出

传感器的分类：按被测量对象分类（内部系统状态的内部信息传感器{位置、速度、力、力矩、温度、导演变化}、外部环境状态的外部信息传感器{接触式[触觉、滑动觉、压觉]、非接触式[视觉、超声测距、激光测距）；按工作机理分类（结构型{电容式、电感式}、物性型{霍尔式、压电式}）；按是否有能量转换分类（能量控制型[有源型]、能量转换型[无源型]）；按输出信号的性质分类（开关型[二值型]{接触型[微动、行程、接触开关]、非接触式[光电、接近开关]}、模拟型{电阻型[电位器、电阻应变片]，电压、电流型[热电偶、光电电池]，电感、电容型[电感、电容式位置传感器]}、数字型{计数型[脉冲或方波信号+计数器]、代码型[回转编码器、磁尺]}）。

传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系。当输入量为常量，或变化极慢时，称为静态特性；输出量对于随时间变化的输入量的响应特性，这一关系称为动态特性，这一特性取决于传感器本身及输入信号的形式。可以分为接触式环节（以刚性接触形式传递信息）、模拟环节（多数是非刚性传递信息）、数字环节。动态测量输入信号的形式通常采用正弦周期（在频域内）信号和阶跃信号(在时域内)。

传感器的静态特性：线性度（以一定的拟合直线作基准与校准曲线比较LLmaxY100%）、迟滞、重复性、灵敏度（K0=△Y/△X=输出变化量/输入变化量=k1k2···kn）和灵敏度误差（rs=△K0/K0×100%、稳定性、静态测量不确定性、其他性能参数：温度稳定性、抗干扰稳定性。

传感器的动态特性：传递函数、频率特性（幅频特性、相频特性）、过渡函数。

0阶系统：静态灵敏度；一阶系统：静态灵敏度，时间常数；二阶系统：静态灵敏度，时间常数，阻尼比。

传感器的标定：通过各种试验建立传感器的输入量与输出量之间的关系，确定传感器在不同使用条件下的误差关系。国家标准测力机允许误差±0.001%，省、部一级计量站允许误差±0.01%，市、企业计量站允许误差±0.1%，三等标准测力机、传感器允许误差±（0.3～0.5）%，工程测试、试验装置、测试用力传感器允许误差±1%。分为静态标定和动态标定。

第二章 位 移 检 测 传 感 器

测量位移常用的传感器有电阻式、电容式、涡流式、压电式、感应同步器式、磁栅式、光电式。参量位移传感器是将被测物理量转化为电参数，即电阻、电容或电感等。发电型位移传感器是将被测物理量转换为电源性参量，如电动势、电荷等。属于能量转换型传感器，这类传感器有磁电型、压电型等。

电位计的电阻元件通常有线绕电阻、薄膜电阻、导塑料（即有机实心电位计）等。电位计结构简单，输出信号大，性能稳定，并容易实现任意函数关系。其缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之间有干摩擦，容易磨损，产生噪声干扰。

Rx线性电位计的空载特性：

RxKRxl，KR----电位计的电阻灵敏度（Ω/m）。电位计输出空载电压为U0UixKuxl，Ku------电位计的电压灵敏度（V/m）。

C电容式传感器的基本原理：

SroSδ、S和εr中的某一项或几项有变化时，就改变了电容C0，δ或S的变化可以反映线位移或角位移的变化，也可以间接反映压力、加速度等的变化；εr的变化则可反映液面高度、材料厚度等的变化。ε0=8.85×10-12F/m。

Ka.变极距型电容位移传感器的灵敏度为

CSC00，C00；b.变极板面积型电C容位移传感器2(lx)xCxC0C0lnRB/RAl, C0l ； c.变介质型电容式位移传感器

C0Sd/r，其中ε0为真空介电常数（空气介电常数ε1=ε0）εr为介质的相对介电常数，r/0，ε为介质的介电常数； d.容栅式电容位移传感器

Cmaxnab(RRrr)n2，其中n为可动容栅的栅极数，a、b分别为栅极的宽度宽度和长度，α为每条栅极所对应的圆心角，R、r分别为栅极外半径和内半径。特点分辨力高、精度高、量程大，刻划精度和安装精度要求有所降低。

电容式传感器的转换电路：电桥电路、二极管双T形电路、差动脉冲调宽电路、运算放大器式电路、调频电路。

电容式传感器的特点：优点：温度特性好，结构简单、适应性强，动态响应好，可以实现非接触测量、具有平均效应。缺点：输出阻抗高、负载能力差，寄生电容影响大。

电感式位移传感器：是一种利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的装置。感测量：位移、振动、压力、应变、流量、比重。种类有：根据转换原理：分自感式和互感式两种；根据结构型式，分气隙型、面积型和螺管型。

电感式传感器的转换电路：调幅电路；调频电路；调相电路。

自感式电感受位移传感器：NmLi ；

mNiNNLRm ；Rm ；Rml2S0S0；其中l----铁心与衔铁中的导磁长度；μ---铁心与衔铁的磁导率（H/m）；S---铁心与衔铁中的导磁面积；δ---气隙厚度；μ0---真空磁导率；S0---气隙导磁横截面积。互感式位移传感器：将被测物理量的变化转换成互感系数的变化。常接成差动形式，故也称差动变压器式位移传感器，属于螺管型。则总输出电动势E0E1E2(M2M1)di1dt

互感式位移传感器的误差因素：零点残余电压（当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其输出电压为零。但实际上，当使用桥式电路时，在零点仍有一个微小的电压值（从零点几mV到数十mV）存在，称为零点残余电压。电涡流式传感器：电感线圈产生的磁力线经过金属导体时，金属导体就会产生感应电流，该电流的流线呈闭合回线，类似水涡形状，称之为电涡流。电涡流式传感器是以电涡流效应为基础，由一个线圈和与线圈邻近的金属体组成，当线圈通入交变电流I时，在线圈的周围产生一交变磁场H1，处于该磁场中的金属体上产生感应电动势，并形成涡流。金属体上流动的电涡流也将产生相应的磁场H2，H2与H1方向相反，对线圈磁场H1起抵消作用，从而引起线圈等效阻抗Z或等效电感L或品质因素相应变化。金属体上的电涡流越大，这些参数的变化亦越大。如图如式：

涡流位移传感器主要分为高频反射和低频透射两类。电涡流式传感器的转换电路：电桥电路法、谐振电路法、正反馈法。其特点是涡流式传感器结构简单，易于进行非接触测量，灵敏度高，应用广泛，可测位移、厚度、振动等。

霍尔效应的定义：磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势，霍尔效应的大小：UHBI/nedUHkHBI

霍尔式传感器的误差因素：元件几何误差以及电极焊点的大小造成的影响；不等位电势的影响；寄生直流电势的影响；感应电势的影响；温度误差的影响（恒流源供电和输入回路并联电阻；合理选取负载电阻；恒压源和输入回路串联电阻；采用温度裣元件。）

光栅式位移传感器：长光栅（测量线位移）、圆光栅（测量角位移）。长光栅：是根据

BH莫尔条纹效应设计的。两个莫尔条纹的间距

WW2sin/2。光栅条纹密度有25条/mm，50条/mm，100条/mm或更密，栅线长度一般为6～12mm。其测长精度可达0.5～3μm(3000mm范围内），分辨力可达0.1μm。圆光栅：圆光栅同心放置时，条纹间距BHWRWRBHr1r2；偏心放置时，e，测量精度可达到0.15“，分辨力可达0.1”。W：光栅栅距。R：圆的半径。R1、R2:分别为切线圆半径。e :偏心量。

光栅可以制成透射光栅和反射光栅,透射光栅的栅线刻制在透明村料上,要求较高时,可以采用光学玻璃；而指示光栅最好采用光学玻璃，反射光栅的栅线刻制在具有反射率很高的金属或镀以金属膜的玻璃上。

感应同步器：利用电磁感应原理将线位移和角位移转换成电信号的一种装置。根据用途可将感应同步器分为直线式和旋转式两种，分别用于测量线位移和角位移。

激光式位移传感器：由激光器、光学元件、光电转换元件构成的将测位移量转换成电信号。常用的激光干涉测长传感器分为单频激光干涉传感器和双频激光干涉传感器。

第三章 力、扭矩和压力传感器 测力传感器：用于测力的传感器多为电气式。电气式测力传感器根据转换方式不同又分为参量型和发电型。参量型测力传感器有电阻应变式、电容式、电感式等。发电测力传感器有压电式、压磁式等。

电阻应变式测力传感器:将力作用在弹性元件上,弹性元件在力作用下产生应变,利用贴在弹性元件上的应变片将应变转换成电阻的变化。然后利用电桥将电阻变化转换成电压（或电流）的变化，再送入测量放大电路测量。最后利用标定的电压（或电流）和力之间的对应关系，可测出力的大小或经换算得到被测力。

dRdLdSd2LE(12)LELS应变片：R；其中μ：电阻丝的泊松系数；ζ：电阻丝受到的应力（Pa)；E：电阻丝的弹性模量；πL：电阻丝材料的dR(12)K纵向压阻系数。对于金属丝，（1+2μ）ε»πLEε，则R；其中K：金属电阻丝灵敏系数，K约在1.7～3.6之间。常用金属丝材料在200℃～300℃以下工作可选用康铜丝应变丝，在300℃以上工作可选用镍铬合金应变片、铂铱合金应变片等。

半导体应变片：其工作原理是基于压阻效应。压阻效应：是指当半导体受到应力作用时，由于截流子迁移率的变化，使其电阻率发生变化的现象。表达电阻丝电阻应变效应的公

K式也适用于半导体电阻材料。其应变灵敏系数为：

dR/RLE，半导体应变片的缺点是应变灵敏系数的离散性大，机械强度低，非线性误差大，温度系数大。

应变片的布置和接桥方式：则电桥的输出U0电压为：

R1R3R2R4Ui(R1R2)(R3R4)，当R1=R2=R3=R4=R，U0UiR1R2R3R4()4RRRR，应变仪电桥式作方式有：单臂、双臂、四臂。应变片在弹性元件上典型的布片和接桥方式有：柱型、环形、悬臂梁式、两端固定梁、轴。压电式力传感器：是基于压电元件的压电效应而工作的。正压电效应：当某些晶体沿一定方向受到外力作用而变形时，在其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷，当外力去掉后，又恢复到不带电状态。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比，电荷的极性取决于变形的形式。逆压电效应：在某些晶体的极化方向（受力能产生电荷的方向）施加外电场，晶体本身将产生机械变形，当外电场撤去后，变形也随之消失。

压电元件及其晶片连接方式有：单片式、两片串联式、两片并联式、剪切式、扭转式。压磁式力传感器：在机械力作用下，铁磁材料内部产生应力或应力变化，使磁导率发生变化，磁阻相应也发生变化的现象。外力是拉力时，在作用方向铁磁材料磁导率提高，垂直作用力方向磁导率降低；作用力为压力时，则反之。常用的铁磁材料有硅钢片和坡莫合金。

第四章 速度、加速度传感器

直流测速发电机：按定子磁极的励磁方式不同，可分为电磁式、永磁式两类；若按电枢的结构形式不同，可分为无槽电枢、有槽电枢、空心杯电枢、圆盘印刷绕组等。电枢感应电动势为EsKenCen，其中Ke：感应系数；Φ：磁通；n：转速；Ce:感应电动势与转速的比例系数。空载时：Is=0 ,则有直流测速发电机的输出电压和电枢感应电动势相等，因而输出电压与转速成正比。有负载时，直流测速发电机的输出电压为VCFEsIsrs，rS：电枢回路的总电阻。电枢电流为

ISVCFRL，RL：测速发电机的负载电阻。则可得VCFCenCn1rs/RL

直流测速发电机在工作中，其输出电压与转速之间不能保持比例关系，原因和改进方法：一是有负载时，电枢反映去磁作用的影响，使输出电压不再与转速成正比（在定子磁极上安装补偿绕组，或使负载电阻大于规定值）。二是电刷接触压降的影响（应采用接触压降较小的铜-石墨电极或铜电极，并在它与换向器相接触的表面上镀银）。三是温度的影响（在直流测速发电机的绕组回路中串联一个电阻值较大的附加电阻，再接到励磁电源上）。

交流测速发电机：可分为永磁式、感应式、脉冲式三种。永磁式并流测速发电机实质上是单向永磁转子同步发电机,定子绕组感应的交变电动势的大小和频率都随输入信号而变f化:

ppnE4.44fNKwm44.4NKwmnKn6060 ；

；其中K：常系数，K4.44pNKwm60 ；p：电机极对数；N：定子绕组每相匝数；KW：定子绕组基波绕组系数；Φm：电机每极基波磁通的幅值。通常此电机只做指示式转速计使用。感应式测速发电机与脉冲式测速发电机的工作原理基本相同，都是利用定子、转子齿槽相互位置的变化，使输出绕组中的磁通产生脉动，从而感应出电动势，也称为感应子式发电机原理。输出电动f势的频率为ZrnHz60，其中Zr：转子齿数；n：电动机转速（r/min)线振动速度传感器：当一个绕有N匝的线圈作垂直于磁场方向相对运动时，线圈切割磁力线，由法拉第电磁感应定律可知，线圈产生感应电动势ENBlv，其中B：线圈所在磁场的磁感应强度（T）；l：每匝线圈的平均长度；v：线圈磁场的运动速度。

变磁通式：开磁路式：测量时，齿轮随被测旋转体一起转动，每转过一个齿，传感器磁路磁阻变化一次，磁通亦变化一次，因此线圈产生感应电动势的变化频率等于齿轮的齿数与转速的乘积。闭磁路式：测量转速时，磁能周期变化，线圈产生感应电动势的频率与转速成正比。n60f/z ； w(2/z)f(rad/s)

陀螺式角速度传感器：包括转子陀螺、压电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺。半导体硅流速传感器是一种可测流速、流动方向的传感器。其工作原理是依据发热体与放置发热体的流体介质的热导率λ与流体流速相关原理制成的。Q(T1T2)(ABvt)(T1T2)，Q：流体介质从温度T1流向温度T2的热量；λ：热导率；vt:流体介质流速；B：常数，A为vt=0时的热导率，A与B均由由流体介质性质和发热体性质决定。

加速度传感器：常用的有压电式、应变式、磁致伸缩式等。

压电式加速度传感器包括：压缩型(为了区分异常振动与其它噪声振动，传感器的固有频率设计成与异常振动频率相同，从而提高了信噪比）、剪切型（可忽略横向加速度的影响，还能在高温环境中使用）、弯曲型（结构简单、体积小、重量轻、灵敏度高，但压电材料有阻抗高、脆性大、难于与金属粘结）。因为其本身内阻抗很高，输出微弱，则必须接高输入阻抗的前置放大器。这类放大器有电压放大器（第一级采用场效应管构成源极输出器，第二级晶体管构成对输入端的负反馈，以提高输入阻抗）和电荷放大器（输出电压u0Q/Cf，Q：传感器输出电荷，Cf:反馈电容，即输出电压与电缆分布、长短无关）。压电加速度传感器属发电型传感器，可把它看成电压源或电荷源，故灵敏度有电压灵敏度{输出电压（mV）与所承受加速度之比}、电荷灵敏度{输出电荷（Q）与所承受加速度之比）。对给定的压电材料，灵敏度随质量的增大或压电片的增多而增大。一般加速度传感器尺寸越大，其固有频率越低。因此在选用加速度传感器时应当权衡灵敏度和结构尺寸、附加质量影响和频率响应特性之间的利弊。

第五章 视觉、触觉传感器

视觉传感器：以光电变换为基础，由四个部分组成，照明部（钨丝灯、闪光灯等）、接收部（由透镜和滤光片组成，具有聚成光学图像或抽出有效信息的功能）、光电转换部（将光学图像信息转换成电信号）、扫描部（将二维图像的电信号转换成时间序列的一维信号）。在机电一体化系统中的作用有三：进行位置检测；进行图像识别；进行物体形状、尺寸缺陷的检测。

视觉传感器分为:光电式摄像机（即工业电视摄像机）{其光导摄像管是一种兼有光电转换功能和扫描功能的真空管}、固体半导体摄像机{由许多光电二极管组成阵列代替光导摄像管。其摄像元件为CCD即电荷耦合器件,它是一种MOS型晶体管开关集成电路，它的构成主要有隔行传送方式、帧传送方式}、激光式视觉传感器{利用激光作为定向性高密度光源，由光电转换及放大元件、高速回转多面棱镜、激光器组成}、红外图像传感器{由红外敏感元件、电子扫描电路组成}。

人工视觉系统的硬件构成：图像输入、图像处理、图像存储、图像输出四个子系统组成。图像输出装置分为两类：一类是只要求瞬时知道处理结果，以及计算机用对话形式进行处理的显示终端，称为软拷贝；另一类可长时间保存结果，如宽行打印机、绘图机、X-Y绘图仪以及显示器图面照像装置等，称为硬拷贝。图像信息的处理技术中，区域法与微分法不同，它不直接检测灰度的变化点，而是以灰度大致相同的像素集合作为区域而汇集的方法。

触觉传感器：接触觉、压觉的阈值单位为104Pa，人的压觉阈值约为1.28×104Pa，人的手指接触觉阈值约为3×104Pa。接触觉传感器的代表是用硅橡胶制成的矩阵式触觉传感器。硅橡胶与金属电极对置、接触。由于硅橡胶受压其电阻值就改变，所以输出电压相应变化。滑动觉传感器：被用于工业机器人手指把持面与操作对象之间的相对运动，以实现实时控制指部的夹紧力。它是检测指部与操作物体在切向的相对位移。

第六章 温度传感器

热电偶式温度传感器：属于接触式热电动势型传感器，基于热电效应（当两种不同金属导体两端相互紧密地连接在一起组成一个闭合电路时，由于两个端点温度不同，回路中将产生热电动势，并有电流通过，即将热能转换成电能。）它由热电偶（闭合回路）、热电极（两导体）、热端、冷端组成。热电动势由接触电动势、温差电动势两部分组成。

热电偶的分类:普通热电偶(主要用于测量液体和气体的温度)、铠装热电偶（也称缆式热电偶，可分为有碰底型、不碰底型、露头型、帽型。特点是测量结热容量小、热惯性小、动态响应快、挠性好、强度高、抗震性好，适用于普通热电偶不能测量的空间温度）、薄膜热电偶（可分为片状、针状，主要用于测量固体表面小面积瞬时变化的温度。特点是热容量小、时间常数小、反应速度快）、并联热电偶（它是把几个同一型号的热电偶的同性电极参考端并联在一起，而各个热电偶的测量结处于不同温度下，其输出电动势为各热电偶热电动势的平均值，所以这种热电偶可用于测量平均温度）、串联热电偶（又称热电堆，它是把若干个同一型号的热电偶串联在一起，所有测量端处于同一温度T之下，所有连接点处于另一温度TO之下，则输出电动势是每个热电动势之和。为保证测量值的真实性，常用的方法有恒温法、温度修正法、电桥补偿法、冷端补偿法、电位补偿法。）

电阻式温度传感器：分为金属热电阻式、热敏电阻式两大类。金属热电阻式温度传感器：其基理是在金属导体两端加电压后，使其内部杂乱无章运动的自由电子形成有规律的定向运动，而使导体导电。对于大多数金属导体而言RtRo(11t2t2ntn)；铂电阻物理化学性能稳定，搞氧化能力强，测温精度

23RtRo[11t2t3(t100C)t]，在高，在（-200～0）℃范围内的阻温特性是：（0～850）℃内的阻温特性是：RtRo(11t2t)，一般在RO=100Ω或RO=50Ω时，α1=3.96847×10-3/℃,α2=-5.847×10-7/℃2，α3=-4.22×10-12/℃4。铜价格低，在（-50～150）℃，23RtRo(11t2t3t)其电化学性和物理性能稳定，则有。为了避免通过交流电时产

2生感抗，或有交变磁场时产生感应电动势，在绕制时要采用双线无感绕制法。

热敏电阻式温度传感器：所用材料是陶瓷半导体，其导电性取决于电子-空穴的浓度。其阻温特性为RT=ROeB(1/T-1/TO)；正温度系数热敏电阻，随温度增加而增加，高温不得超过140℃，临界温度系数热敏电阻，不适于较宽温度范围内的测量；负温度系数热敏电阻，其阻值随温度增加而下降，一般用于（-50～300）℃之间的温度测量。硅热敏电阻即可具有正温度系数也可具有负温度系数，采用线性化措施后，可在（-30～150）℃内实现近似线性化。锗热敏电阻广泛应用于低温测量；硼热敏电阻在工作中700℃高温时仍能满足要求。

非接触式温度传感器：可分为全辐射式温度传感器、亮度式温度传感器、比色式温度传感器。

全辐射式温度传感器：利用物体在全光谱范围内总辐射能量与温度的关系测量温度。

4全辐射式温度传感器测得的温度总是低于物体的真实温度。测量温度：TTr1/T ；Tr:辐射温度；εT：温度T时物体的全辐射发射系数。这种传感器适用于远距离、不能直接接触的高温物体，其测量范围为（100～2000）℃。

亮度式温度传感器：利用物体的单色辐射亮度随温度变化的原理。传感器测得的温度

11lnT值小于被测物体的真实温度T：TTLC2，ελT：单色辐射发射系数；C2：第二辐射常数，C2=0.014388(m·K）；λ：波长（m)。

比色温度传感器：通常，将波长选在光谱的红色和蓝色区域内。真实温度T：11ln(1/2)TTPC2(11)12 ；其量程（800～2000）℃，测量精度为0.5%。如果两个波长的单色发射系数相等，则真实温度与比色温度相同。一般灰体的发射系数不随波长而变，故比色温度等于真实温度。通常λ1：对应蓝色，λ2：对应为红色。对于很多金属，由于单色发射系数随波长的增加而减小，故比色温度高于真实温度。半导体温度传感器：以半导体P-N结的温度特性为理论基础，利用晶体二极管与晶体三极管作为感温元件。采用晶体二极管，测温范围在（0～50）℃；采用晶体三极管，测温范围在（-50～150）℃。

第七章 气敏、温度、水份传感器 气敏传感器（N型半导体）：是一种将检测到的气体成份和浓度转换为电信号的传感器。具有代表性的是SnO2系和ZnO系气敏元件。这些金属氧化物都是利用陶瓷工艺制成的具有半导体特性的材料，简称半导瓷。材料吸收吸附分子，为正离子吸附（O2和氮氧化合物，为氧化型气体）；材料释放电子，为负离子吸附（H2、CO碳氢化合物和酒类倾向，为还原型气体）。SnO2气敏半导瓷掺加Pd、Mo、Ga等杂质，可供制造常温工作的烟雾报警器。

湿度传感器：分为绝对温度（一定大小空间中水蒸气的绝对含量，kg/m3，又称为水气浓度或水气密度。它可以用水的蒸气压表示，空气水气密度

vpvMRT，其中M：水气摩尔质量；R：摩尔气体常数；Pv：蒸气压力；T：热力学温度）、相对温度（为某一被测蒸气压与相同温度下饱和蒸气压比值的百分数，常用%RH表示。是无量纲值。表示为潮湿程度。）

湿敏元件有：氯化锂湿敏元件、半导体陶瓷湿敏元件、热敏电阻湿敏元件、高分子膜湿敏元件。

氯化锂湿敏元件：利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变化而制成的测湿元件。是典型的离子晶体。

热敏电阻式湿敏元件：特点有灵敏度高且响应速度快；无滞后现象；不像干湿球温度计需要水和纱布及其它维修保养；可连续测量（不需要加热清洗）；抗受风、油、尘埃能力强。可制造精密的恒湿槽，精度达±0.2g/m3。

高分子膜湿敏元件：它是以随高分子膜吸收或放出水份而引起电导率或电容变化测量环境相对湿度的装置。根据电容器的容量值

CSd，再测得相对温度。电子温度计由检测部分（有携带型、墙袋型、凸缘型）、数字显示器、变换器构成。常用于工业温度监视、记录和控制，尤可用于湿度小于20%RH的测量。在超过90%RH的高湿区域会出现结露。结露时湿度传感器在沾湿间歇不能测量，一旦沾湿消失，恢复原来特性。

水份传感器：水份是存在于物质中水的数量，以百分比表示。种类有:直流电阻型、高频电阻型、电容率型、气体介质型、近红外型、中子型、核磁共振型。

第八章 传感检测系统的构成

传感检测系统的组成：传感器（信息获取）、中间转换（信号调理）电路（信号转换调理）、微机接口电路（信息传输）、分析处理及控制显示电路（信息分析处理、显示记录）等部分组成。目前常用的有模拟显示（精度受标尺最小分度限制，易引入主观误差）、数字显示（有利于消除读数主观误差）、图像显示（常用的自动记录仪器有笔式记录仪、光线示波器、磁带记录仪）三种。

电桥：是把电阻、电感、电容等元件参数转换成电压或电流的一种测量电路。

直流电桥：在电桥的输入端加入直流电源ES。当输出端与高输入阻抗装置相接时，电桥相当于工作在输出端开路状态，其输出电压UoR1R3R1R4R2R3EsEsEsR1R2R3R4(R1R2)(R3R4)。当R2R3=R1R4时，输出电压UO为0，称这种状态为平衡状态。若将电桥输出端与内阻为Rg的检流计相连接，由戴维南定

Ro理知，AB端的等效电阻

R1R2R3R4R1R2R3R4，AB端的开路电压UocR1R4R2R3RgEsUoUoc(R1R2)(R3R4)，则电桥输出端的电压为RoRg。如下图。

交流电桥：采用交流电源供电的电桥。如果交流电源是频率为f的正弦交流信号，则有Z1Z11，Z2Z22，Z3Z33，Z4Z44。当电桥输出端开路时，其输出

UsUsZ1Z4Z2Z3UoZ1Z3UsZ1Z2Z3Z4(Z1Z2)(Z3Z4)电压，当Z1Z4=Z2Z3，则有Z2Z3Z1Z4，2314。如下图

电桥的分类：按电桥采用电源的不同分为：直流电桥、交流电桥。按电桥的工作方式可分为：平衡电桥、不平衡电桥。按电桥被测电阻的接入方式：单臂电桥、差动电桥。

电桥的工作特性指标分别为：电桥的灵敏度、电桥的非线性误差。电桥的灵敏度是单

Kus位输入量时的输出变化量，对于不平衡电桥：

U/UoR/R。电桥的非线性误差：若线

f性化后的输出电压为UOS，则有

UosUoUo。

各类电桥的灵敏度与非线性误差：单臂电桥：当R2=R1、R3=R4时，R1/R1，Uo则有R1R41UsUsUosUs(R1R1R2)(R3R4)2(2)，化简可得4，非线性误差fUosUo1Uo2。可见输入变化量越大，非线性误差越大，若要求电桥的误差小于3%，KusUos/Us14。差动电桥：

时允许ε的最大值为0.06。对于单臂电桥，其输出电压灵敏度当R2=R

1，R1/R1，R2R3=R1R4Uo(R1Rx)R4(R2Rx)R3Rx1UsUsUoUs(R1RxR2Rx)(R3R4)R1R2，化简得2，得差动电桥灵

11UsUs2f20Uo/Us11KusUs2，非线性误差2敏度。如下图。有源电桥：装有一个具有高输入阻抗和低输出阻抗及高增益等特点的运算放大器A，当△R=0时，电桥平衡，当

UsUsUsRUo(RR)Uo(1)I1I2Us/(2R)22R2RR变化到R+△R时，则有，(Us/Us)Uo/Us1UoUsKus22，则输出灵敏度及非线性误差分别为2，即

f0。如下图

电桥调零：测量前电桥的输出应调为零，通常采用的有串联调零法（多用于桥参数R值较大的场合，调零电位器的阻值RW « RO）和并联调零法（并联在电桥输出端，多用于桥参数R值较大的场合，调零电位器的阻值RW » RO）。

无源滤波器：特点是电路简单，但是带负载能力差。有源滤波器：由运算放大器和RC网络组成。特点是1）有源滤波器不用电感线圈，因而在体积、重量、价格、线性度等方面具有明显的优越性，便于集成化。2）由于运算放大器输入阻抗高，输出阻抗低，可以提供良好的隔离性能，并可提供所需增益。3）可以使低频截止频率达到很低的范围。

低通滤波器：具有低频信号容易通过并抑制高频信号的作用。高通滤波器：RC电路具有高频信号容易通过并抑制低频信号的作用。带通滤波器：RLC电路用于通过某一频段

Q的信号，而将此频段外的信号加以抑制或衰减。品质因素

fo1B3RFRfRf，带阻滤波器：用于抑制某一频段的信号，而让此频段外的信号通过。品质因素Qfo1B2(2RfRF)Rf。

一阶RC低通滤波器的幅频及相频特性如图。

一阶高通滤波器的幅频及相频特性如图所示：

数字滤波：利用程序来实现，因而不需增加硬件，而且可靠性高、稳定性好、灵活方便。常用的方法有：限定最大偏差法：当

YnYn1Y，则令YnYn1。如果YnYn1Y，则YnYn。算术平均值法：

YnYn1YnYnkkk，适用于压力测量、流

i量测量等。加权平均滤波法：

YnCiYn1i0n1，其中满足i0C1n1。

数/模转换：它是把数字量转变成模拟的器件，它由四个部分组成：电阻网络、运算放大器、基准电源、模拟开关。目前用得较多的是T型电阻网络数/模转换器（D/A）。D/A集成电路芯片分为八位、十位、十二位、十六位等。DAC0832是一个具有两个输入数据缓冲器的八位D/A芯片。其分辨率是指最小输出电压与最大输出电压之比。例如八位D/A的110.00398分辨率212561。其精度的误差由参考电压的波动、运算放大器的零点漂移、模拟开关的压降以及电阻阻值的偏差。通常用非线性误差的大小表示D/A的线性度。

多路模拟开关环节：采用分时法切换信号，完成多路切换的器件称为多路模拟开关。常用的模拟开关有晶体管开关、光耦合器开关、结型场效应管开关、CMOS场效应开关。其中应用最多的是CMOS场效应开关。多路模拟开关电路由地址译码器和多路双向模拟开关组成。

采样保持环节：其作用是在采样期间，其输出能跟随输入的变化而变化，而在保持状态能使其输出值保持不变。采样理论表明，连续模拟信号可以表示为一组等间隔离散化瞬时采样序列，反之也可由这组离散采样脉冲序列恢复为原连续信号。但其中必有采样频率fs2fH采样信号频谱中的最高频率分量，如不满足，将会出现信息丢失或信号失真。LF398采样保持器具有采样速度高、保持电压下降速率慢、精度高等特点。

传感检测信号的细分：为了提高检测系统的分辨力，需要对传感检测信号进行细分。如几何量测量中采用机械式细分（如游标卡尺）、光学式细分和电子式细分等。四倍细分原理：莫尔条纹的间距为BHW/[2sin(/2)]W/。

传感检测系统中的抗干扰问题：产生内部干扰的因素有：信号通过公共电源、地线和传输线的阻抗相互耦合形成的干扰；元件之间、导线之间通过寄生电容或互感耦合造成的干扰；大功率和高压元件产生的电场；电子开关元件的电压或电流急剧变化而产生的干扰源；工作电源，交叉走线等。外部干扰的因素有：外部高压电源因绝缘不良形成的漏电；广播电视、高频感应加热等；空间电磁波的辐射；周围机械振动和冲击的影响。信噪比是指信号通

SPS10lgPN。形成干扰路中，有用信号功率Ps与噪声功率PN之比，通常用S/N表示，N的三个条件有：干扰源、干扰的耦合通道[电容性耦合，互感性耦合，公共地线的耦合，漏电耦合，辐射电磁场耦合]、干扰的接收电路。

抑制干扰的方法：主要是采取单点接地、屏蔽隔离（静电屏蔽、低频磁感应屏蔽、高频磁感应屏蔽）、滤波（电源滤波、退耦滤波器、有源滤波、数字滤波）等。接地在测量系统中有四种接地系统：安全地（强电应用设备）、信号源地、数字信号地、模拟信号地（此三地是为了防止电路有公共阻抗而引起信号交叉耦合）。

典型噪声干扰的抑制：设备启、停时产生的电火花干扰：消除这种干扰的方法通常是RC吸收电路，即将电阻R和电容C串联后再并联到继电器触点或电源开关两端。共模噪声：抑制这种干扰可采用差分放大器，差分放大器的输入阻抗越高，抑制作用越强。串扰：克服串扰的有效方法是将不同信号线分开，并且留有最大可能的空间隔离。

ADC与CPU的时间协调：其控制方式有延时等待、中断式、查询式。

数据转换接口的典型结构有：高电平单路信号调理单ADC系统（性能一般，成本低，全部输入通道共用一路信号调理电路）、低电平多路信号调理单ADC系统（最常见的数据采集系统，性能较高，每个通道均有各自的信号调理电路）、多路信号调理多ADC系统（通过多路ADC转换的数字信号由一个多路数字开关送入微机，其成本虽高，但性能较高）。

A/D转换器与CPU的接口示例：8位8通道A/D转换电路：由模拟多路转换开关（LF13508）、采样/保持器（LF398）、A/D转换（ADC0804：逐次逼近式8位转换芯片，属于脉冲启动转换芯片）和并行接口PIO组成。ADC574是12位逐次比较式A/D转换芯片，很容易与8031单片机的接口相连。

传感器信号的温度补偿：在计算机能力允许时，可采用计算机软件（常用公式法、表格法）进行，也可采用硬件电路实现。温度补偿公式法的步骤：1。给定m+1个温度值，测出每一个温度下传感器静态特性曲线在y轴上的截距；2。将Y表示成以温度T为自变量的n次代数多项式Ya0a1Ta2TanT，用最小二乘曲线拟合法确定a0„，在测得

2nx每一个y值对应的T值，计算出Y，再求传感器的输入值

yYk。温度补偿表格法的步YYi(TTi)骤：Yi1YiTi1Ti，若TTm，则做线性外推，再按以上公司计算x。

线性化处理方法：可以用硬件实现，也可以用软件实现线性化处理。常用的方法有公式法、表格法。公式法也称曲线拟合法，（求完）

第九章 信号分析及其在测试中的应用

信号的分类：信号有静态信号、动态信号。按能否用明确的时间函数关系描述，可将信号分为确定性信号与非确定性信号。确定信号是指能用明确的数学解析关系式或图表描述的信号，如简谐波、方波、矩形波等信号。确定性信号又可分为周期信号和非周期信号。非确定性信号也称随机信号，是指时域波形不确定，无法用确切的数学关系式描述，也不能准确预测未来的结果。只能用概率统计方法描述它的规律。

模拟信号：在某一自变量连续变化的间隔内，信号的数值连续。离散信号：自变量在某些不连续数值时，输出信号才具有确定值。如果将其各离散点的幅值也作离散化，以二进制编码表示，则称为数字信号。

xlim信号的均值

1TTT0x(t)dt，它表示信号中常值分量或直流分量。信号的方差1limTT2xT0[x(t)x]2dt，它描述信号的波动范围，其正平方根为信号的标准差。信号的均方值x2lim1TTT0x2(t)dt，它描述信号的强度，表示信号的平均功率。则有2x2x2x。信号的概率密度函数

pxlimTxT0T0x，它描述了信号x(t)对指定幅值的取值机会。

信号的相关描述：它又称为信号的时差描述。信号的自相关函数Rx()lim1TTT0x(t)x(t)dt，其中η---时延量，自相关函数的性质：1）当时延0，1Rx(0)limTT信号的自相关函数就是信号的均方值

T0x2(t)dt2,2）当Rx(0)Rx()时，即在η=0处取峰值；3）Rx()Rx()；4）周期信号的自相关函数必呈周期性，这是因为有x(t)x(tnT)，故

Rx(nT)lim1Tx(tnT)x(tnT)dtRx()0TT。信号的Rxy()lim互相关函数

1TTT0x(t)y(t)dt，互相关函数的性质有：1）Rxy(η)通常不在η=0处取峰值，其峰值偏离原点的位置为ηd，图反映两信号相互有ηd时移时，相关程度

1Rxy()limTT最高；2）Rxy(η)与Ryx(η)是两个不同的函数。根据定义Ryx()lim1TTT0x(t)y(t)dt；T0y(t)x(t)dt，不难证明Rxy()Ryx()；3）均值为零的两个统计独y(t)，其中Rxy()0。信号的互相关系数立的随机信号x(t)和xy()Rxy()Rxy()Rx(0)Ry(0)xrmsyrms，由于Rxy()Rx(0)Ry(0),故xy()1，一般有：xy()1说明x(t)和y(t)完全相关；xy()0说明x(t)和y(t)完全不相关；0xy()0，x()说明x(t)和y(t)部分相关。自相关系数

Rx()Rx(0)。

周期信号与离散频谱：傅里叶级数

x(t)a0(ancosnw0tbnsinnw0t)n1，其中w02/T，a01TT0x(t)dt,an2T2Tx(t)cosnw0tdt,bnx(t)sinnw0tdt,T0T0如果周期信号x(t)为奇函数时，an0,a00，此时

x(t)bnsinnw0tn1；如果周期信号x(t)为偶函数时，bn0，此时x(t)a0ancosnw0tn1。周期信号频谱特点：离散性、收敛性、谐波性。瞬态信号的频谱连续。傅里叶变换的主要性质有：（如图所示

非确定性信号的功率谱密度函数：自功率谱密度函数：若自相关函数满足绝对可积条件，即Rx()d，则定义

Sx(f)Rx()ej2fd，为x(t)的自功率谱密度函数，称自谱或自功率谱。频域上Sx(f)曲线下的总面积代表信号x(t)的总功率。互功率谱密度函数：如果互相关函数Rxy(η)满足傅里叶变换的条件Rxy()d，则定义

称Sxy(f)为信号x(t)和y(t)的互谱密度函数，简称互谱。互相干函数：有一种方法能评价测试系统输入信号和输出信号之间的因果性，即输出信号的功率谱中有多少是所测输入信号引起的响应，这个指标常用相干函数γxy(f)表示，其定义为Sxy(f)Rxy()ej2fd2xy(f)Sxy(f)22(0xy1)Sx(f)Sy(f)。当

2xy(f)0，表示输出信号y(t)与输入信号x(t)不相干；当2xy(f)1，表示输出信号y(t)与输入信号x(t)完全相干，系统无干扰输入；若

2xy(f)在0~1之间，则表示下述可能性：测试中有外界噪声干扰输入；联系x(t)和y(t)的系统非线性；输出y(t)和x(t)和其它输入的综合。

第十章 传感器在机电一体化系统中的应用

零位和极限位置的检测：零位的检测精度直接影响工业机器人的重复定位精度和轨迹精度；极限位置的检测则起保护机器人和安全动作的作用。工业机器人常用的位置传感器有：接触式微动开关、精密电位计，非接触式光电开关、电涡流传感器。

位移量的检测：机器人上常用的位移传感器有：旋转变压器、差动变压器、感应同步器、电位计、光栅、磁栅、光电编码器等。例如关节型机器人大多采用光电编码器，由于刚性原因，位移传感器多与驱动元件同轴，以提高分辨力。直角坐标机器人中的直线关节或气动、液压驱动的某些关节采用线位移传感器。

速度、加速度的检测：速度传感器是为实现机器人各关节的速度闭环控制。加速度传感器被用于机器人中关节的加速度控制。

在大位移量中，常用位移传感器有感应同步器、光栅、磁尺、容栅等。传感器在位置反馈系统中，在传感器安装位置的不同有半闭环控制和全闭环控制；按反馈信号的检测和比较方式不同有脉冲比较伺服系统、相伴比较伺服系统、幅值比较伺服系统。光电编码器PE同时进行速度反馈和位置反馈的半闭环控制系统中，光电编码器将电动机转角变换成数字脉冲信号，反馈到CNC装置进行位置伺服控制。又由于电动机转速与编码器反馈的脉冲频率成比例，因此采用F/V（频率/电压）变换器将其变换为速度电压信号就可以进行速度反馈。

“测量中心”是指三坐标测量与机械加工中心相配合。测量系统按其性质可以分为机械式测量系统、光学式测量系统、电气式测量系统。三坐标测量机的测量头按测量方法分为接触式{ 应用广泛，它可分为硬测头[多为机械测头，使用较少]、软测头[可分为触发式测头、三维测微测头（可分为模拟测头、数字测头）}，、非接触式{常用激光测头、光学测头、电视扫描测头等} 汽车机电一体化的中心内容是以微机为中心的自动控制系统取代原有纯机械式控制部件，从而改善汽车的性能，增加汽车的功能，实现汽车降低油耗，减少排气污染，提高汽车行驶的安全性、可靠性、操作方便和合适性。汽车行驶控制的重点是：1）汽车发动机的正时点火、燃油喷射、空燃比和废气再循环的控制，使燃烧充分、减少污染、节省能源；2）汽车行驶中的自动变速和排气净化控制，以使其行驶状态最佳化；3）汽车的防滑制动、防碰撞，以提高行驶的安全性；4）汽车的自动空调、自动调整车高控制，以提高舒适性。

传感技术在环境检测中的应用 篇3

关键词：传感技术；环境检测；电化学；生物；光纤

1 概述

环境问题是当今国际社会普遍关注的问题，为保护生态环境，实现经济的可持续发展，环境检测和治理成为当前的重要任务。随着工业的不断发展，环境问题日益恶化，水质污染、酸雨形成、雾霾等恶性事件不断发生，极大的影响着人们的生存和生活。如何加强环境检测，恢复生态平衡，为经济稳步增长提供有利条件成为社会各界广泛关注的问题。本文将以传感技术为例，对其电化学、生物和光纤三种类型的传感器特点、原理及应用进行分析。

2 传感技术在环境检测中的应用

随着科学技术的不断发展，对环境实施快速、实时检测的需求日益紧迫，传感技术由此得到广泛发展和应用。依据检测原理的不同，传感技术可分为电化学传感、生物传感和光纤传感。

2.1 电化学传感应用

2.1.1 特点分析。电化学传感器受压力变化影响较小，但传感器内的压力差可能会损坏传感器，因此保持压力均衡是传感器正常工作的前提；电化学传感器对温度较为敏感，温度高于25℃时，读数较高，而低于25℃时，读数较低。电化学传感器对待测样品选择性较强，传感器类型、待测样品浓度和目标气体都会影响选择程度，选择性高、可靠性好的检测氧气的传感器，其他类型的则容易受到干扰。

2.1.2 测定原理。电化学传感器是利用与待测气体发生反应，然后根据电信号与气体浓度的比值关系测定气体含量。典型的电化学传感器主要元件包括透气膜、电极、电解质和过滤器。

2.1.3 电化学传感器的应用。较为常见的有湿度传感器、氧化氮传感器、硫化物气体传感器等。传统测定空气湿度的仪器为湿球式温度计、手摇式温度计以及通风式温度计等，电化学传感器测定湿度则更加灵敏。涂覆压电石英晶体用传感器是较为常用的湿度测定仪器，该仪器通过光合化学技术制成小型石英夺电晶体，然后将4种湿度敏感性较高的物质涂在石英晶体上；晶体是振荡电路中的共振器，其振动频率随质量的变化而改变，选择不同的涂层，即可测定不同气体的相对湿度。

二氧化硫是酸雨形成的主要原因，也是造成空气污染的主要原因之一。因此，利用传感器检测二氧化硫，可降低检测时间，提高检测精度。检测时，离子交换膜为固体聚合物，膜的一边含对电极和参比电极的内部电解液，另一边插入铂电极，组成二氧化硫传感器。

2.2 生物传感应用

2.2.1 特点分析。随着生物技术和电子技术的不断发展，生物传感技术也逐渐兴起并得到了广泛应用。生物传感器具有集成化、微型化和高度自动化特点，能快速有效地对待测样品进行检测，因此已经在生物制药、环境检测、食品工业等领域得到广泛应用。

2.2.2 检测原理。生物传感器是由分子识别单元和转换器两个部分组成，利用生物分子识别待测样品，然后通过信号系统将生物分子所发生的物理或者化学变化转化为相应的电信号，再利用分析系统对检测结果进行分析展示。

2.2.3 生物传感器的应用。根据国外相关报道，生物传感器相对于传统的电化学传感器来说具有一定优势，以有机磷和氨基甲酸酯农药的检测为例，传统检测方法最小检出量为400ng/kg，而利用固化了醛脱氢酶的酶传感器可大大提高检测精度，检出量最小值为9ng/kg。

将荧光细胞与中国大颊鼠的卵细胞重组的细胞序列可用于检测环境中的有毒物质，另外，科技的不断发展，也推动了生物传感器的改进，基于PCR技术和芯片技术的生物传感芯片、各种生化分析仪器不断被研发，方便携带、分析准确快速已经变为现实，生物传感技术在环境检测中的应用将越加广泛。

2.3 光纤传感应用

2.3.1 特点分析。光纤传感是基于光纤盒光纤通信技术发展起来的一门传感技术，可用于大气、水质、生态保护中的检测。该技术具有体积小、灵敏度高、抗干扰能力强、耐腐蚀等优点，因此可在有毒、有害、易燃、易爆环境中应用。光纤传感器具有实时在线、分布式遥测使用的优点，可满足当前环保市场对环境指标快速、高效检测的需求。

2.3.2 检测原理。光纤传感器是利用待检污染物与光相互作用，使光纤中光信号发生变化（或污染物与其他物质作用，间接改变光纤信号特性），然后通过光信号检测系统实现对其检测，从而得到污染物的相关信息值。光纤传感器一般由光源、光纤引线、敏感元件和信号检测分析设备几部分组成。

2.3.3 光纤传感器应用。光纤pH传感器可检测水体pH值，其检测原理是根据特定染色材料的pH值固定比色指示剂原理，将染色材料制成透光或反光薄膜，用光谱分析法即可测定水中的pH值。光纤离子传感器将流动注射分析法、激光激发荧光谱技术、光纤传导技术以及CCD摄影技术等相结合，可对铜离子、锌离子、镉离子和镍离子进行快速检测。光学浊度传感器是利用激光在待测水样中反射光强度与入射光强度的变化情况而测定水样透明度下降状况。我国在光纤传感方面的研究相对较晚，不过数十年的发展，已经在这一领域取得了较为显著的成果。如中科院山东分院研发的光纤瓦斯气体传感器及其在线检测系统，可利用红外吸收光谱法和光线技术对甲烷等易燃易爆气体进行准确检测。

3 结语

随着经济的不断发展和人们生活水平的不断提升，环境问题已经引起了全社会人们的广泛关注。环境问题不仅关系到人类的健康生存，还会对经济发展产生影响。环境检测不仅可帮助我们了解现在的环境现状，还能为我们治理环境问题，改善生存条件提供可靠的技术指导。在科学技术不断发展的推动下，环境检测技术和检测设备也将不断优化，以实现快速、高效、环保、准确的环境指标检测。

参考文献：

[1]梁巧桥.光纤传感技术在环境监测中的应用[J].环境工程，2009，S1：451-452+464.

[2]邵红艳，张义浜.传感器技术在环境检测中的应用研究进展[J].化学分析计量，2009，06：86-88.

[3]邵敏.基于光纤传感的森林资源环境检测关键技术研究[D].西北工业大学，2014.

检测传感技术 篇4

一、把握理论知识教学的程度

我国高等教育法第五条规定:“高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才。”高职教育作为高等教育的一个分支, 是培养“高素质技能型专门人才”的。我认为高职教育相比于普通高等教育, 在教学中并非是以“实践为主, 理论为辅”, 实践能力的强弱、职业技能水平的高低也是需要系统的理论知识来支撑的。

我们的高职学生是在专科二批录取的, 所以他们的高考分数普遍偏低, 文化课基础较差, 究其原因, 大多数学生在中小学没有养成良好的学习习惯, 缺乏责任感, 自律意识差, 注意力易分散, 容易被外界事物吸引。进入高职院校后, 教师由于课程和课时的限制, 不可能每项教学内容都从最基础的开始, 如果理论知识过于深入, 学生就是想学, 也会因为学习难度较大, 毅力不够而放弃;理论知识过少, 过简, 学生即使能熟练的操作, 也是只知其然, 不知其所以然, 影响解决实践问题的能力。所以高职教育在理论知识的教学上不同于普通高等教育也不能等同于中职教育, 理论不能不讲, 也不必深入, 但必须够用, 把握好理论知识教学的程度是提高高职教育教学质量必要措施。

在《检测与传感技术》这门课程的教学中, 传感器的种类多, 工作原理、测量电路及测量系统也各不相同, 涉及的知识面非常广, 有的还很复杂。所以, 在理论知识的教学上, 采取工作原理部分定性, 测量电路及简单测量系统的组建与调试上则定性定量。例如:在热电偶传感器, 热电动势产生的机理上, 让学生明白自由电子浓度不同、温度不同、自由电子扩散的不同情况、在哪端出现正负极即可, 不必进行诸如:

等公式的理解和推导。而在测量线路如冷端温度补偿的桥路补偿上, 补偿的方法、元件选用、桥路调试、补偿误差估算等有关实际问题的解决则让学生知理论、会推导、会计算。

二、在实践任务驱动中用好启发教学法

高职教育的培养目标及特点决定了实践性教学的重要性, 要培养高等技术应用性人才就必须强调实践性, 这既是高职教育的教学特色所在, 也是培养技术技能性人才的基本保证。

但是, 目前很多高职院校仍然存在着办学资金短缺、办学场地不够、教学设备和配套设施不足或落后等问题。为了更好培养适合企业岗位需求的技术技能型人才, 很多高职院校实行校企合作, 共同培养。但是企业在高职院校专业设置、课程设置、学生实习的过程中, 缺乏深入参与的经济动力。学校尽管与企业签订校外实习基地的协议, 但企业因经营的原因, 几乎不可能融入到学校的日常教学中去, 也不愿接纳毕业生进行常规实习或最后的毕业实习, 原因是企业没有经济上的动力, 所以, 很多高职院校产学结合仍是十分薄弱, 实践教学大多还是依赖于学校的实践设施和实践条件。

对于《检测与传感技术》这门课程, 学校大多采用实验平台供学生实践, 这是教学仪器厂家专门为此课程教学而设计的, 如杭州赛特公司的CSY系列, 上海博硕公司的SB-811系列等, 其转换电路模块化, 实验接线方便, 板面上印有电路原理图, 传感器外壳采用进口有机玻璃制作, 便于学生直观的感性的认识和理解。只是, 厂家给这些实验设备的实践指导书上罗列出的实验内容, 多归属于验证性实验。有不少教师认为, 采用这些设备不利于实践教学效果的提高。其实, 这些实验设备是很好的, 就看你怎么用, 照着指导书一步一步做就是验证性实验, 再抄下实验数据, 就算完成实验, 学生当然没多少兴趣。我们把这些实验改变一下, 并不照搬指导书的步骤, 给出各个操作任务, 在任务驱动中, 启发学生运用已有的知识解决问题, 变被动为主动。例如:在差动变压器的动 (静态) 态试验中, 按次序给出操作任务:1、调整铁芯至中段位置;学生通过观察传感器会发现这是螺线管式差动变压器, 铁芯看不见, 肉眼无法判断铁芯是否在中段位置, 必须借助示波器来调整。学生要解决并完成这个任务就得理解差动变压器的工作原理, 会螺旋测微器的读数, 会使用示波器, 会连接差动变压器的输出线路等操作。2、减小和消除零点残余电压;在上一个任务完成的基础上, 学生需理解减小和消除零残电压的基本电路, 熟练使用电桥网络, 会连接和调试电路和进行波形判断等操作;3、使用移相器和相敏检波器进行相位调整;让学生通过波形判断传感器的输出信号与参考信号的相位关系对测量系统灵敏度的影响, 学生做好并完成该任务, 会理解移相器和相敏检波器的功能, 会连接测试线路和进行调试;4、测试系统的灵敏度和线性误差;学生要完成该项任务, 就需运用传感器基本理论进行数据处理, 具备一定的计算能力, 和严谨细致的工作素质等。如此, 把任务分解下来, 教师可作部分提示, 让学生自己思考和解决实际问题, 完成一项任务则给出相应成绩, 也有利于提高学生学习兴趣。

三、教学做中适当运用强制手段

高职学生大多属于学习被动型或学习抗拒型, 被迫到职业技术学院来混文凭, 课程的学习只求通过, 不求甚解, 因此适当采取强制学习手段有利于提高教学质量。例如:抓住学生要完成学分不想补考和重修的心理, 严格考勤、课堂随机提问、作业完成情况点评并当场记分以及完成额外任务的加分等形式激励学生学习。

摘要：《检测与传感技术》是一门综合性、实践性较强的应用型课程, 本文针对我高职院校中《检测与传感技术》课程的教学方法进行了探讨, 并在实践中取得了良好的教学效果。

关键词：检测与传感技术,高职教育,实践

参考文献

[1]刘慧.高职学生特点分析及对策浅探.山东商业职业技术学院学报, 2010.04

传感器原理与检测技术考试题 篇5

一、单项选择题(每小题2分，共40分)

1.属于传感器动态特性指标的是( )

A.迟滞 B.过冲量 C.稳定性 D.线性度

2.传感器能感知的输入变化量越小， 表示传感器的( )

A.线性度越好 B.迟滞越小

C.重复性越好 D.分辨力越高

3.下列测力传感器中，属于发电型测力传感器的是( )

A.自感式传感器 B.磁电感应式传感器

C.电容式传感器 D.应变式传感器

4.下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是( )

A.压力 B.力矩 C.温度 D.厚度

5.属于传感器动态特性指标的是( )

A.重复性 B.线性度 C.灵敏度 D.固有频率

6.按照工作原理分类，固体图象式传感器属于( )

A.光电式传感器 B.电容式传感器

C.压电式传感器 D.磁电式传感器

7.测量范围大的电容式位移传感器的类型为( )

A.变极板面积型 B.变极距型

C.变介质型 D.容栅型

8.利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小(

A.两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片

B.两个桥臂都应当用两个工作应变片串联

C.两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片

D.两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片

9.影响压电式加速度传感器低频响应能力的是( )

A.电缆的安装与固定方式 B.电缆的长度

C.前置放大器的输出阻抗 D.前置放大器的输入阻抗

10.固体半导体摄像元件CCD是一种( )

A.PN结光电二极管电路 B.PNP型晶体管集成电路

C.MOS型晶体管开关集成电路 D.NPN型晶体管集成电路

11.差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有( )。

A.直流电桥 B.变压器式交流电桥

C.差动相敏检波电路 D.运算放大电路

12、在以下几种传感器当中( )属于自发电型传感器。

A、电容式 B、电阻式 C、热电偶 D、电感式

13、( )的数值越大,热电偶的输出热电势就越大。

A、热端直径 B、热电极的电导率

C、热端和冷端的温度 D、热端和冷端的`温差

14、热电阻测量转换电路采用三线制是为了( )

A、提高测量灵敏度 B、减小引线电阻的影响

C、减小非线性误差 D、提高电磁兼容性

15、汽车衡所用的测力弹性敏感元件是( )。

A、实心轴 B、弹簧管 C、悬臂梁 D、圆环

16、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是( ) ) 。

A、补偿热电偶冷端热电势的损失 B、起冷端温度补偿作用

C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D、提高灵敏度

17、以下四种传感器中，属于四端元件的是 )。

A、霍尔元件 B、压电晶体 C、应变片 D、热敏电阻

18、下列( )不能用做加速度检测传感器。

A、电容式 B、压电式 C、电感式 D、热电偶

19、将超声波(机械振动波)转换成电信号是利用压电材料的( )。

A、应变效应 B、电涡流效应 C、压电效应 D、逆压电效应

20、在实验室中测量金属的熔点时,冷端温度补偿采用( )。

A、冰浴法 B、仪表机械零点调整法 C、计算修正法 D、电桥法

二、填空(每题2分，共20分)

1.传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出 的变化量 与输入 的变化量 的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是 输出比输入 。

2.用弹性元件和电阻应变片及一些附件可以组成应变片传感器，按用途划分用应变式 测力 传感器、应变式 加速度 传感器等(任填两个)。

3.采用热电阻作为测量温度的元件是将 温度 的测量转换为 电阻 的测量。

4、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为5 0Ω，则其分度号是 CU50 ，对于镍铬-镍硅热电偶其正极是 镍铬 。

5.空气介质变隙式电容传感器中，提高灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用 差动 式电容传感器

6.由光电管的光谱特性看出，检测不同颜色的光需要选用 阴极材料 不同的光电管，以便利用光谱特性 的灵敏 的区段。

7.电容式压力传感器是变 极板间距离 型的。

8、传感器由 敏感元件 、 转换元件 、 测量电路 三部分组成。

9、在压电晶片的机械轴上施加力,其电荷产生在 电轴 。

10、霍尔元件采用恒流源激励是为了 克服霍尔片输入电阻随温度的变化 。

三、问答题(本大题共4小题，每小题2.5分，共10分)

1. 简述传感器定义。

2. 色谱分析仪由那几部分够成?

3. 简述电磁流量仪组成及特点?

4. 测量误差按规律可分为那三种误差?

四、已知对某一温度的10次测量值分别为(单位℃):

75.01 75.04 75.07 75.00 75.03

75.09 75.06 75.06 75.02 75.08

求测量列的算术平均值、均方根误差及算术平均值的标准偏差。(10分)

五、根据你所学的传感器相关知识，请分别列出下列物理量可以使用什么传感器来测量?(本题10分)

1、加速度;2、温度; 3、工件尺寸;4、压力;5、流量

检测传感技术 篇6

关键词：传感器与自动检测技术；理论教学；实践教学；改革；优化

《传感器与自动检测技术》是一门随着现代科学技术发展而迅猛发展的综合性学科，已广泛应用于人类的社会生产和科学研究，起着越来越重要的作用，成为国民经济发展和社会进步的一项必不可少的重要技术。但学生学习本课程时通常感觉很抽象、不适应，容易出现枯燥、难以学好的感觉。为了提高教学水平，保证教学质量，对《传感器与自动检测技术》进行课程教学改革是有必要的。本文分别从理论教学和实践教学两方面改革进行探讨。

一、理论教学的改革

1.教学内容的优化

由于各种传感器的工作原理不同，我们对课程结构进行调

整，采用模块化结构，一种传感器就是一个模块。我们可以根据学生的专业特点选择其中几个模块进行组合，进行一至两周的教学，这样教学实施比较紧凑也比较灵活。例如：对于机电一体化专业的学生，就可以把工业上常用的电容式传感器、电感式传感器、光电式传感器、磁式传感器等几个模块组合起来进行教学。

每个模块的教学内容采用课题的形式，让学生以小组为单位通过完成课题的方式，学习传感器的相关知识。在开始课题之前，我们先介绍传感器的结构与工作原理，采用框图形式将传感器各部分以及前后联系表示出来，形象直观，一目了然，再对传感器的工作原理作简单的定性分析，让学生掌握传感器的工作原理。

2.教学方法的优化

传统课堂以传感器原理讲授为主，传感器应用场合、测量范围稍带而过，造成老师教学困难、学生学习痛苦的不良状态。要想改变这种状态，就必须在教学方法上做出大胆的尝试和改革。

（1）采用任务驱动教学法组织课堂教学

所谓任务驱动教学法，是通过任务来实现教学目标的一种教学方法，即老师安排一些任务让学生来完成，学生通过小组讨论、查找资料和各种活动来完成任务。教师只在必要时对学生进行指导和帮助，起导游和导演的作用。学生在完成任务的过程中发挥了自主性和主动性，体验到了成功的喜悦，满足了表现自我的愿望，学到了原以为神秘高深的知识。

（2）采用多媒体课件辅助教学

为了提高教学效果，教师可将先进的现代化教学手段用于课堂教学。在课堂上可以通过多媒体等现代教学手段进行教学，将现代的计算机工具与实际的操作相结合，不断完善理论思维，拓展多项思维的思路，启发学生从不同的角度，用不同的手段去解决问题，才能真正地让学生掌握传感器与自动检测技术的内涵。在教学过程中利用多种手段，例如，创设视频、声音、动画等不同的学习环境，利用丰富生动的教学内容来代替枯燥的概念、理论原理的讲述，激发学生对知识的兴趣，进而能够感受到当前社会对传感器和检测技术的迫切需要，让学生了解所学知识如何利用，用到何处。

二、实践教学内容的改革

在教学中，我院将实践教学内容由传统的实验调整为实训和课程设计。在实训教学过程中，由2～5个学生组成一个小组，以小组为单位组织实训。教学采用循序渐进的方式，由简单到复杂逐步加大难度。因此，我们在实训时，对于后面的三个部分不要求学生去做，用数字电压表来代替，学生只需要做前面两个任务，即传感器的选择和信号处理电路，学生的主要精力转移到传感器的选择与信号处理电路的设计、制作、调试上来，难度降低很多。而接下来的实训则逐步要求部分学生做出全部电路，并能正确调试电路，直到完成相应物理量的测量。

通过实训内容的锻炼，大部分学生已能够基本掌握传感器测量电路的设计、制作与调试工作，也为课程设计的完成打下了坚实的理论、技能基础。经过两轮课程设计的验证，每个小组都能按时完成任务，使学生分析与解决工程实际问题的能力得到提高，既锻炼了学生的动手能力，也培养了学生的合作能力。

实践证明，《传感器技术与自动检测技术》课程的教学改革充分调动了学生的学习积极性，提高了该课程的教学质量，学生的综合素质得到了提高，也为其他课程的改革提供了借鉴。随着科学技术的不断发展，该课程的教学内容和方式还需不断改革和完善，我们将继续进行探索，以进一步提高教学质量。

参考文献：

［1］李晓莹，张新荣，任海果.传感器与测试技术［M］.高等教育出版社，2004.

［2］周继明.传感技术与应用［M］.长沙：中南大学出版社，2005.

［3］沙占友.集成传感器应用［M］.北京：中国电力出版社，2005.

［4］孟洁，曹洪军，富爽.传感器与检测技术课程“教”改与“学”改探索［J］.黑龙江科技信息，2009.

检测传感技术 篇7

关键词：单片机,PWM,光电传感,检测系统

光电传感器一般由光发射、接收和检测电路3部分组成。光发射部分可以是特定波长的发光器或普通发光二极管;接收部分是光传感技术的中间环节, 主要负责光电转换, 将光信号转换为电信号以便进一步处理;检测电路则主要是进行电信号的处理, 最终分析出有用信号[1,2]。

在控制和检测系统中, 光电传感技术被大量的用于检测物体有无或物体定位, 例如自动化设备中机械运动的位置检测, 流水线上的物体通过检测等[3]。针对物体检测这一问题, 较流行的解决方案有3种:最普遍的方法是设计光电发射管和接收管硬件电路, 结合实际应用环境, 设计不同的电路方案, 达到不同的检测需求, 其设计灵活, 成本低, 但性能一般;第二种是使用具有一定集成度的传感器部件, 此类部件主要有对射式和反射式两种, 且集成了驱动电路与检测电路, 只需提供合适的电源, 便可获得检测结果, 其成本较低使用方便, 但性能一般;另一类是在发射部分或接收部分引入光栅、光纤或激光等技术, 达到特定效果的光学传感器, 该类传感器通常在检测精度、检测距离、检测速度或检测范围等方面均具有较高水平, 但由于其成本过高, 仅被应用于对检测有特殊要求的环境下。

本文基于第一种方案, 采用红外发光二极管和红外光电三极管相结合的方式, 并在发射部分设计了特殊的控制电路, 提高了检测性能。此物体检测系统使用的检测方案灵活易用, 制作成本低, 配合现有的单片机技术, 适合于小体积物体检测且对检测性能有较高要求的应用场合, 其均具有较高地实用价值。

1 系统整体设计

设计的物体检测系统用于进行小型物体检测, 所需完成的功能为:外界给检测系统一个特定信号, 检测系统开始工作, 最终检测是否有物体通过检测区域。其检测流程如图1所示。

单片机在获得外界的一个“开始检测”信号后, 首先针对工作环境调整发光管的发光强度, 将发光强度调整到能使接收管接收到光信号的最小强度, 若调整成功, 记录此时的发光强度, 并开始检测。若调整失败, 返回“异常”信号。出现“异常”情况, 需对检测部位进行查看, 若引起异常的原因是粉尘或异物遮挡, 进行擦除后便可重新检测, 若擦除无效则需更换传感部件。

开始检测后, 根据具体检测结果, 可能返回两种信号, 一种是“未检测到”信号, 另一种是“检测到”信号。在设定时间内若有物体经过该区域, 则返回“检测到”信号, 否则返回“未检测到”信号。根据该检测系统返回的两种信号, 检测结果将用不同的LED灯进行指示。

2 电路设计与分析

硬件电路主要包括发射部分和接收部分, 如图2所示。发射部分主要由5个元件组成, 其中的红外发光二极管D1中心波长约为900 nm, 其主要由PNP型三极管的集电极电流驱动。单片机控制的PWM波输入到R1的一侧, 经电容C1稳压滤波后, 在三极管基极上形成与占空比有关的直流电压。三极管基极电流同样随占空比变化而变化, 且成正比关系

其中, Ic为集电极电流;Ib为基极电流;d为占空比。

R1为22 kΩ, 其作用是限制三极管基极电流不至于过大, 保证三极管工作在放大状态。三极管在放大状态下集电极电流与基极电流成比例, 从而可通过改变占空比来调节发光二极管的电流。

接收部分使用的是光电三极管, 波长与发射管相匹配。光电三极管接收的光越强, 基极的光生电流越大。由图2可知, 三极管集电极接5 V电压, 当基极的光生电流增大时, 集电极电流也随之增大, 集电极电压越高, 输入到芯片引脚PA.15上的电压则越高。根据文献[4], 当NUC130LE3CN芯片IO口输入电压为TTL电平输入时, 低电平输入范围在-0.3~0.8 V, 高电平输入范围在2 V~Vdd+0.2 V。发射管在不同的发光强度下, 芯片IO口会有不同的输入电平, 或当有物体遮挡发射管时, IO口输入为低电平。

3 软件设计

系统中, NUC130LE3CN单片机使用的开发环境为MDK集成开发环境, 编程语言为C语言。单片机软件主要包括初始化、电平检测、传感器测试、物体检测等多个部分[5,6,7,8,9,10]。

在接收到外界的一个“开始检测”信号后, 单片机首先进行传感器初始化, 主要是PWM模块的初始化, 函数名为ini_sensor () , 无参数无返回值。将电平检测打包为函数result () , 返回值为int型, 根据光电三极管输入到单片机IO口上的状态, 可能检测返回的结果为“0”或“1”, 分别代表低电平和高电平。传感器测试函数为sensor_test () 。

根据该函数可测试传感器是否正常, 若函数最终返回值为0, 则代表传感器异常, 单片机发出对应信号。否则, 返回当前环境下, 接收管能输出高电平的最小占空比。

若传感器测试函数返回正常, 则开始执行检测函数detect () , 检测函数流程如下:

在执行检测函数前, 打开计时器, 当计时器到时后, 全局变量time清零, 若在time清零之前函数未检测到低电平, 则认为超时, 返回“0”, 否则检测到, 将返回“1”。最终通过检测函数返回值, 确定返回“超时”信号或“检测到”信号。

4 性能测试

针对本次设计的检测系统, 将设备中光电检测部分与传统光电检测方式进行对比试验, 分为测试组和对比组。测试在不同条件下, 两组检测设备的物体检测准确度的优劣, 测试方法与过程如下:

实际检测区域为10 mm×10 mm大小的平面, 物体会从距离该平面垂直高度30 cm的上空落下并通过该检测平面, 定义“每次物体通过并检测”为一次实验, 每次实验的测试结果会出现正确和错误两种结果。一组试验包括1 000次连续实验, 将测试组和对比组在4种环境光强下进行多组对比试验, 测试过程为:测试人员按下“开始检测”按钮, 检测系统开始检测且物体落下, 检测结果若返回检测到, 则记一次正确;若返回超时, 则记一次错误。最终的测试结果如表1~表3所示。

针对3种不同环境光强下, 测试组和对比组各做3组 (3 000次) 测试, 测试结果如表中所示。3种环境下, 测试组的性能均高于对比组, 且在强光下, 由于传统光电检测方式无法进行光强调整, 导致光强过强, 灵敏度下降, 并多次出现漏检。

由实验数据可得出, 使用本次设计的物体检测系统, 针对直径为5 mm的不透明小球, 可得到较好地检测效果, 并在不同环境光下, 检测的正确率远高于传统光电开关方式的检测性能。

5 结束语

所设计的系统通过简单的外围电路, 在软件上使用PWM波形的占空比控制发射管发光强度, 利用这种方式, 使系统每次检测前均可获得最佳的发光强度, 保证了灵敏度, 且加上传感器错误检测, 从而提高了系统可靠性。实际使用中, 与传统光电开关相比, 其可靠性与灵敏度均大幅提高, 在恶劣的照度环境下, 对于直径5 mm的小球体, 传统光电开关漏检率接近10%, 而使用所涉及的系统则≤1%。该系统最大的优点是使用低成本实现高性能的物体通过检测, 且具有较高地实用性。此外, 系统还可进行扩展延伸, 因此适应更多的实际应用场合。

所长徐建平中国电子科技集团公司第十研究所 (以下简称十所) 1955年成立于北京, 1957年迀址成都, 是新中国成立后组建的第一个综合性电子技术研究所、国家一类科研事业单位, 具备武器装备生产一级保密资格。全所占地面积1000余亩, 员工2300余人, 年产值20多亿元。十所共获得国家、省、部级科技成果奖287‘责, 其中:国家发明奖1项;国家科技进步特等奖8项, 一等奖4项:项, 学大会重大成果奖9项。获翻家质量金jj纖十所还荣获"全国五-劳动

参考文献

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[3]王庆有.光电传感器应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2007.

[4]新塘科技.NuMicro Family NUC130规格书[M].台湾:新塘科技股份有限公司, 2011.

[5]颜晓河, 董玲娇, 苏绍兴.光电传感器的发展及其应用[J].电子工业专用设备, 2006 (1) :59-62.

[6]翁卓, 熊承义, 李丹婷.基于光电传感器的智能车控制系统设计[J].计算机测量与控制, 2010, 18 (8) :1789-1791.

[7]谢望.光电传感器技术的新发展及应用[J].仪器仪表用户, 2005, 12 (5) :1-2.

[8]葛鹏飞, 郑建立, 柳翔飞.基于光电传感器的智能车寻迹方法研究[J].国外电子测量技术, 2007, 26 (8) :40-42.

[9]张先富, 苏丽秋, 赵明富.智能光电传感器的原理与应用[J].磁性材料及器件, 2009, 40 (2) :54-56.

检测传感技术 篇8

水资源的日益缺乏, 给人们的生产生活带来了严重的影响。污水处理是解决水资源共给不足的有效途径, 但是长期以来, 由于经费和技术的原因, 我国污水处理的自动化程度偏低, 随之带来的是处理效率低下和维护成本较高的后果。目前广泛采用的人工插杆目测误差大、不便于连续监测且不利于自动化测量程度的提高。因此, 研究出一种准确快捷的智能化泥水界面检测系统有巨大的意义。

2 超声波回波检测的系统原理

由于超声波的束射和反射特性, 它能够在污水里很好的传播, 在模糊的界面形成反射, 因此可以通过度越时间法检测出界面的位置。其基本原理可以简述为:由发射传感器发出超声波脉冲, 在媒质中传到介质界面, 经反射后再通过媒质返回到接收传感器, 测出超声波脉冲从发射到接收到所需的时间, 即往返时间。往返时间与媒质中的声速相乘, 就是声波传输的距离。而所测传感器到界面之间的距离是声波传输距离的一半, 从而确定界面位置。如图1所示。

探头到池底的位置H是已知的, 则污泥的厚度L:

对时间的测量, 用高频脉冲计数的方法, 把时间转化为对计数脉冲个数N的测量。

3 系统硬件组成

系统硬件主要由超声波发射电路、回波接收电路、信号采集电路、中央处理单图1渡越时间法原理图图2硬件原理框图元以及通信接口电路等部分组成, 其接口原理框图如图2所示。由中央处理器触发超声波发射电路产生高功率超声波, 经界面反射后由回波接收电路接收放大, 并由信号采集电路进行A/D转换后经串口送至上位机进行计算处理。

发射与接收电路完成对脉冲信号的放大, 以驱动发射发射传感器振荡产生超声波;接收电路完成回波的接收, 放大, 滤波。考虑到污水的散射衰减和界面模糊的低反射率, 发射功率要足够高, 接收电路有足够的增益。本设计选用了美国国家半导体公司的LM1812通用型超声波收发芯片为核心, 完成发射和接收如图3所示。

单片机产生的脉冲信号拉高8脚, 使得LC切换到振荡模式, 触发1us单脉冲振荡器并以此驱动三个驱动功率放大器, 振荡信号经功率放大后由6和13脚输出以驱动超声波传感器。回波信号由4脚进入第一级接收放大器3脚输出, 2脚进入第二级接收放大器由3脚输出。经过放大的回波信号经过包络检测后送入A/D转换器、经串口送入上位机处理。

4 系统软件设计

在超声波界面检测的实际应用中, 回波信号处理是系统能否完成测试目标的关键。一方面, 悬浮颗粒的散射衰减和界面较弱的反射率使得回波信号较弱, 给信号采集带来难度;另一方面, 为了提高回波强度, 使得噪声干扰同步加强, 极易使有用信号湮没在噪声中。本次设计采用小波分析对信号进行了处理, 通过仿真结果验证了其有效性和实用性, 如图4和图5。

5 结语

本次设计, 以超声波回波信号检测为基础, 以MSP430单片机为控制核心, 通过集成芯片LM1812控制超声波的发射和接收, 通过上位机的信号计算处理, 获得测试的结果。系统达到了设计要求, 能够完成对泥水界面检测的自动化操作。通过更高性能的传感器应用和信号处理方法的优化, 能进一步提高测试的精度, 扩大系统的应用范围。

参考文献

[1]张敬东, 张家华.污水处理技术的新发展.环境技术, 1997 (6) :28-33.

[2]周杏鹏, 仇国富.现代检测技术.高等教育出版社, 2004, 1.

[3]刘伯胜.水声学原理[M].哈尔滨船舶工程学院出版社, 1993.

检测传感技术 篇9

1 入侵检测原理和技术概述

确保传感器以及由众多传感器所构成的传感网安全的众多技术中, 除了物理保护外, 更重要的是要建立传感网安全的两道防线。第一道防线是采用数据加密、身份识别认证和密钥管理协议等以阻止通信信息被非授权方获得, 保证信息在到达对方前整个过程的完整性。但这一做法属于被动防御措施, 攻击方总能找到系统的薄弱点加以攻击, 尤其对于自身就很脆弱的物联网传感器节点。第二道防线则属于主动防御性质, 即采用入侵检测系统 (IDS) 主动发现攻击者和攻击行为的存在, 通过采集入侵信息来实现对传感网更好的保护。

从入侵检测原理上看, 一般采用自动机制识别攻击源, 发现攻击行为后产生报警并自动处理或向管理员发出告警信号的方式。作为攻击方而言, 其目的在于获取信息或破坏传感网正常通信和系统资源, 其攻击方式可能使用未经授权的外部系统或绕过授权后超标访问系统资源。常见的入侵检测技术包括为监测信息的协同处理和入侵攻击的全局信息提取的分布式入侵检测;采用神经网络、遗传算法、模糊技术等的智能化入侵检测等。

2 物联网入侵检测系统的特点

物联网中每个无线传感器节点的通信量小且无线通信范围短, 每个节点都是脆弱的单元, 在这样的应用环境下, 必须构建基于节点的分布式体系结构, 同时还应具备如下特点: (1) 审计本地化:由于物联网地域分布广的特点, 除基站外没有数据中心能够处理网络收集的全部审计数据, 因此, 物联网的IDS应以本地化和部分数据审计的方式工作。 (2) 分布式和新节点加入:物联网的数据采集和分析过程分布, 入侵检测也随之分布, 既保证检测的正确性降低误报率, 也降低网络系统负荷。同时, 在节点成簇情况下支持新节点的加入并将成簇节点通信与虫洞攻击等形式区分开来。 (3) 资源最小化:由于无线网络较之有线网络可能存在更大断线的风险, 物联网IDS应尽可能少的使用网络资源, 减少网络带宽的占用。 (4) 不相信节点:由于攻击者可能有意隐瞒恶意节点的身份和行为以防被IDS侦测, 因此, 物联网IDS应本着假定没有节点是完全可信的原则来工作, 仅通过事先的协作算法和通信协议对对方节点的身份进行识别和认证。

3 物联网入侵检测系统的体系结构

配合物联网分布式的特点, 物联网IDS也必须采用分布式结构和协作的工作方式。物联网中的IDS应更多的考虑节点的合作而非特定攻击行为的发现。所有物联网传感器节点上均安装IDS代理, 代理的运行与具体应用分离, 在主节点的无线通信范围内监听通信活动, 而邻近节点则作为确认方, 对其所在区域的可疑行为做出进一步的判断。IDS代理的基本功能通常包括三方面:网络监听、集体决策和响应动作。

一般以模块化的方式来构建物联网IDS客户的体系结构, 每个模块具体负责某一特定功能。在IDS系统中, 每个节点的IDS都是平等的, 它们为邻近节点的客户广播消息供其监听使用。目前, 大多数物联网节点采用的是层次结构, 所有传感器节点安全成簇, 每个簇中的一个节点作为簇头, 负责本簇的路由和管理。对应于这种节点成簇模型的IDS策略是, 设置IDS模块到每个传感器节点中, 每个节点通过监听无线端口可以很容易发现恶意数据包。可以有四种设置IDS模块的方法:一是设置在源点和目的地点路径上的每一个传感器中;二是设置在IDS基站中;三是设置在基站的每个临站中;四是设置在节点簇的簇头中。

4 物联网入侵检测系统的构成

一个物联网入侵检测系统大致包括以下六个部分: (1) 数据包监测:负责在无线通信范围内监听邻接节点的通信活动, 获取相关审计数据并提供给本地检测模块。 (2) 边界识别:该模块初始化后, 广播节点ID和该节点相邻节点的ID, 通过维护节点1跳和2跳邻居的邻接关系表, 保证每个数据包被发送方的1跳邻居仅转发一次, 并用最新的邻接关系更新邻接表。 (3) 密钥管理:节点的密钥管理采用预先指定的唯一密钥Kn生成一个单向长度为n的密钥链。该有序列表单向密钥链通过连续使用单向哈希函数F作用于种子Kn产生, 如Kj=F (Kj+1) (j=n-1, …, 0) 。当有新节点加入或删除时, 密钥管理模块就更新密钥, 并保证只对授权节点分发密钥。 (4) 本地检测:根据事先规定的规则, 节点在检测到攻击行为后将产生报警并输出质疑的节点集合, 集合大小取决于模块质量和规则的严密程度 (可控) 。节点间通过互传报警信息并协同分析得出攻击的真实性判断和攻击者身份识别。 (5) 投票:每个报警节点向所有其他报警节点发出投票并收集其他报警节点的投票。当每个报警节点s1, s2, …, sn均收集并认证了来自所有其他报警节点的投票后, 将产生全部相应的可疑列表, 最后将本地操作应用与这些列表上, 产生最终的入侵检测结果。 (6) 本地响应:本地响应负责当确认攻击发生时采取适当的行动, 通过改变路由、更新加密密钥等方法切断可能持续的入侵者, 隔离受威胁节点, 并用分布在网络中未受威胁部分节点的冗余信息对受损节点信息进行数据恢复。

5 基于神经网络的入侵检测

物联网中的传感器节点通常都分布在无人值守的环境下, 很容易受到外部的恶意攻击, 对节点的安全性要求很高。从攻击方式和入侵行为上看, 影响节点的正常路由转发和试图消耗尽节点资源是最主要的两种方式。现有的针对无线传感网的入侵检测技术虽然能够在很大程度上抵御系统攻击, 但也存在一些不足之处, 如:入侵检测系统的误报率较高;入侵检测系统的速度不稳定;攻击特征库更新不及时;不同的入侵检测系统间无法互操作;无法与其他网络安全产品互操作等。利用神经网络原理和技术来实现入侵检测成为近年来入侵检测技术发展的新方向, 它效仿了生物信息处理模式以获得智能信息处理功能的理论和方法。基于神经网络的入侵检测系统属于异常入侵检测范畴, 包括数据采集模块、数据训练检测模块和响应模块, 其中最重要也最能体现神经网络算法特点的是数据训练检测模块。

以在簇头节点实施入侵检测机制的模型为例, 该模式下综合利用基于正常检测和基于误差检测两种检测方法, 不仅提高了发现攻击的效率也避免了不必要的浪费。节点首先采集发送到该节点的所有数据包, 使用基于正常检测的检测模型过滤大量冗余数据, 若通过了基于正常检测模型后结果为1的, 被认为是正常行为;若结果为0, 则再进行基于误差检测模型的检测, 若结果为1则判定该行为时恶意行为, 立即拦截并告警, 若结果为0则说明这是一种新的访问规则, 予以放行。模型中, 不断用预先定义好的正常数据集规则和攻击数据集规则来训练神经网络模块, 训练好的模块被装入簇头节点中作为入侵检测的检测引擎。检测后的结果则不断反补规则库, 不断更新规则库, 达到动态学习的目的。这也正是神经网络自组织、自学习能力的体现。

同时由于传统的神经网络算法是非线性优化算法, 导致其学习算法的收敛速度慢, 且收敛速度与初始权值有关, 网络在结构设计方面尤其是隐含层和节点数的选择上尚无数学理论的支撑, 新加入的样本会影响已完成学习的样本估值。在神经网络算法中, 学习速率η的选择是关键, η越大收敛速度越快, 但太大可能引起振荡, 太小则收敛速度变慢。可以通过增加动量项, 在维持算法稳定的基础上使用更高的学习速率, 如式1所示, 式中, 第一项为动量项, 第二项为常规算法的权值修正值。

当新的样本值加入样本库时, 式1可写成以t为变量的时间序列, t=0, 1, …, n, 该式即成为△ωij的一阶差分方程。对△ωij (k) 求解, 可得:

在实际应用中, 可以将动量项与可变学习速度结合起来使用获取更好的稳定效果并提高收敛速度。实验证明, 基于神经网络的入侵检测可以明显降低入侵检测的漏报率和误报率, 由于神经网络具有高度的灵活性和自适应能力, 其非线性处理方式特别适合检测网络中来自多个攻击者的攻击。基于神经网络的入侵检测还可以利用特征库对攻击行为进行预测, 跟踪事件、预判可能的攻击结果, 采取行动主动防御, 并将每次防御的结果及采用的方法以自学习的方式更新攻击行为库。

6 结语

传感器与检测技术教学改革探索 篇10

传感器是自动控制系统的首要环节。通过检测技术,可以将非电参量转换为电信号进行控制。目前,传感器广泛用于工业、农业、商业、交通、环境监测、医疗诊断、军事科研、航空航天、现代办公设备、智能建筑和家用电器等领域,是构建现代信息系统的重要组成部分。因此,“传感器与检测技术”这门自控学科的专业技术基础课,就显得尤为重要。笔者多年来一直担任“传感器与检测技术”课程的主讲教师,深感随着传感器技术突飞猛进的发展,对于面向本科生的课程讲授,急需改革。

2 教学内容的改革

传感器工作原理涉及电学、磁学、光学、化学等学科,其应用又与测量学、电子学、计算机技术及自动控制技术等相关学科紧密联系。从每一种传感器的工作原理及应用来说,内容相对独立,节与节的内容之间没有必然的联系;就学习方法来说,它是理论与实践相结合的一门课程。因此,在教学中要区别于其他课程,不能忽视它自身的特点。

目前,国内有关传感器的大中专教材越来越多,内容也越来越多,书本也越来越厚。这些教材在内容编写方面几乎大同小异,主要有两种风格:一是以传感器的工作原理分类的角度出发,讲解检测的基础知识、各种类型的传感器的工作原理、最后介绍智能型传感器和传感器网络等新知识;另一种是从以各种类型的传感器的选择和应用为主,很少进行理论研究。往往采用第一种类型的课本作为主讲教材,第二种类型作为教学的辅助教材。

在教学中,不但要让学生定性地了解传感器的工作原理,熟悉其基本特性,而且更要培养理论与实践相结合的能力。多年的实践教学使笔者体会到:不需要对教科书中的每一种传感器都从工作原理着手,逐一进行介绍,要着重讲述几种有代表性的传感器,包括其工作原理、测量转换电路。要将这几种基本传感器的知识讲全讲透,使学生能够真正理解什么是传感器、如何选择和使用传感器。对课本中的部分内容可采取学生自学、教师辅导的方式。

对于一些新型传感器,教师引导学生充分利用网络资源,了解传感器发展的最新动态。例如:在讲光电传感器中的光电池一节,引导学生通过网络查找资料,了解目前新技术“光伏发电”的发展状况,激发学生的学习兴趣。

课程伊始,给学生布置写一篇有关传感器的市场调查报告[1],学期末交作业。学生可以利用业余时间,去当地较大的电子市场进行调研,从而把课本上所学的理论知识和实际的传感器元器件相结合。学生在学校实验室中接触到的传感器类型非常有限,许多传感器学生直到毕业走上工作岗位,都没有见过。通过这个实践环节,可以弥补在这方面教学上的不足。

3 加强实验环节教学

实验环节教学分为两大部分:验证性实验和设计性实验。 验证性实验主要使学生掌握常用传感器的使用和标定方法,以及相应传感器的测量转换电路的设计。通过实验,使学生对传感器在理论学习的基础上有感性的认识,能独立进行实验的数据读取和实验结果分析,并完成相应的实验报告[1]。

在完成验证性实验的基础上,开设设计性实验。因为考虑到传感器是自动控制系统的首要环节,考虑将检测与转换技术实验室与单片机实验室相结合,设计几个典型的自动控制系统实验。例如,恒温控制系统等。让学生能在实验室环境下,将传感器技术、接口技术与单片机技术有效地结合起来。这两种实验室的有效结合,还为自动控制专业的学生做毕业设计提供了一个有效的实验平台。

4 多媒体教学与传统教学手段相结合

针对课程特点,本课程在教授时采用多媒体教学和传统教学相结合的方式。多媒体教学主要是利用多媒体计算机,综合处理和控制符号、语言、文字、声音、图形、图像、影像等多种媒体信息,把多媒体的各个要素按教学要求,进行有机组合并通过屏幕或投影机投影显示出来,同时按需要加上声音的配合,以及使用者与计算机之间的人机交互操作,完成教学或训练过程,具有交互性、集成性、可控性等特点。

在教学过程中,对于各种传统传感器的基本概念、基本原理及公式推导,仍然采用传统的教学手段,要有一定的板书,边写边讲。对于传感器的结构、外形及相应的电路原理图,以及新技术、新知识多采用多媒体的图片和动画演示,尤其是对各种类型及型号的实际传感器的介绍,弥补了学生很少有机会接触到传感器实例的不足。如对电容式、电感式传感器的各种结构形式采用动画方式演示,而对于热电偶传感器的基本定律利用板书形式讲授[2]。这两种教学手段的结合,取得了令人满意的教学效果,同时也避免了一些不必要的板书。

根据教学目标和教学对象的特点,合理选择和运用现代教学媒体,并与传统教学手段相组合,以多种媒体信息作用于学生,形成合理的教学过程结构,从而达到最优化的教学效果。

5 引入虚拟仪器技术辅助教学

虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术相结合的产物,是两门学科最新技术的结晶,融合了测试理论、仪器原理和技术、计算机接口技术、高速总线技术以及图形软件编程技术于一体。虚拟仪器技术利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助使用者创建完全自定义的用户界面,模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成,标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分,就能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少,以及出色的集成这四大优势。

虚拟仪器是由计算机硬件资源和用于数字分析与处理、过程通讯以及图形界面的软件组成的测控系统,它把仪器生产厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能,在一定的硬件基础上,用户可根据测试的需求,编写软件定义自己的仪器功能。例如“虚拟经纱张力测试仪系统”的设计[3]。虚拟经纱张力测试仪的测试系统由传感器、数据采集卡、接口总线、硬件驱动程序和开发的测试软件构成,数据采集卡采用6024E,LabWindows/CVI平台开发测试软件,在Windows98操作系统下运行。

虚拟仪器是今后仪器仪表、测试控制研究与发展的方向,它强调“软件就是仪器”,用软件代替硬件,易开发、易调试,可有效节约资金。利用虚拟仪器技术,能够设计出与实际仪器功能相同的全软件的虚拟仪器。通过这些虚拟仪器的使用,学生能较快地掌握仪器的原理和使用方法,配合一定的调理电路,完成实际测试过程,达到与实际仪器操作相同功效的目的。虚拟传感器实验,通过在计算机上即装即用,可以方便地形象地完成、了解、掌握传感器的实验内容,学生可以不受时间场地限制,进行多次反复实验[4]。

6 结论

只要有助于提高学生学习兴趣,提升学生的实践动手能力,教学改革值得我们每一位教学工作者在日常的教学工作中不断探索。根据《传感器与检测技术》课程的教学实践,对该课程的教学内容、教学方法进行了探索和改革。

参考文献

[1]王艳芳.传感器教学改革[M].2008.

[2]王卫东.多媒体在教学中的应用思考[J].工会论坛,2008.

检测传感技术 篇11

【关键词】学做合一 传感器与检测技术 实施策略

21世纪的大学教育已发生了重大变革，其最为显著的特征就是实践教育被广大教学者重视，日益在教学中占着重要地位。传感器作为信息科学领域的源头技术，是否获得正确的信息直接影响到测量系统的成败。而《传感器与检测技术》课程则是强调学生工程实践能力，重点培养学生的实践能力及素质。鉴于当前的教学现状，已不能适应学生发展需求，应加快教学改革步伐。为此，学做合一教学模式应用到《传感器与检测技术》教学中，可有效培养学生实践能力。

一、《传感器与检测技术》课程教学现状

近年来，我国高等教育得到较大发展，在办学机制创新及人才培养取得了较好的成绩，学校培养的技能型人才已得到社会认可。伴随着社会竞争越来越激烈，对人才的要求也越来越高，很多高校针对社会人才需求对教学体系进行改革，并处于探索阶段。尽管取得可喜的成绩，但是仍存在一些问题，制约了教学水平的提高。

《传感器与检测技术》课程与工程实际联系较紧密，涉及有光学、化学、数学及集电学等内容，大多介绍如何测量电路、敏感元件的原理及其工艺等。而发展至今，传感器更新速度较快，种类较复杂，加上抽象的理论，教师枯燥的教学方式，增加了学生的理解难度，导致教学效果不容乐观。突出表现为以下几点：课程教学可提供的验证性实验较多，关于真实或者仿真的实际操作训练较少；课程中的地位不够明确，且学生学习目标不突出；部分教师在教学过程中并没有凸显课程特点，陈述物理原理较多，而一些可操作性技能实验相对较少，不能够培养学生动手实践能力；更为重要的是教师在教学中忽视了学生职业素养的培养，导致大多数学生素养缺失，走入社会缺乏正确的价值观、择业观及人生观。

二、学做合一教学模式的具体实施

1. 设计教学项目。传感器与检测技术课程自身具有较强的理论性，且涉及内容较为广泛。因此，应根据该课程的特点及其教学目标，设计合理的教学项目，使教学过程及工作过程有效结合起来。只有设计合理的教学项目才能够使每一位学生真正地做起来，采用阶梯式的解决方式，促进其进步。如：设计教学项目为“温湿度见监控报警器”，在设计该项目前，教师应将该项目的验收要求全都传给学生，其内容包括验收的基本要求及进阶要求。在基本的项目要求中，应严格要求学生合理选择传感器型号，且温湿度应超过一定的阀值，并自主启动报警功能。此外，在设计项目时，还应根据学生自身的特点制定不同的验收要求，对于基础相对薄弱的学生应选择最为基本的要求，而对于基础较好的学生应设计相对有一定高度的题目，能够使底子深厚的学生得到全面发挥。同时，选择一些要求相对较高的内容，让学生自行设计项目要求，使学与做相结合起来。对于项目的完成教师可根据学生实际情况合理分组，并采用竞争比赛的方式实现教学目标。应明确小组内学生不同的职责，当各个小组的工作任务完成之后，学生可在小组内开展功效比赛、设计比赛等活动，使学生得到全面发展。

2. 优化教学内容。长期以来，部分教师在教学过程中忽视了学生动手实践能力的培养。随着课程的不断改革，对教学内容应进行优化，丰富一些动手实验。可将实验分为基础性实验、设计性实验及综合性实验。其教学内容应层次分明，明确目的，且由简到难，遵循循序渐进的原则。学生完成教师规定的基本实验项目，然后根据自身的实际情况，选择并自行设计实验内容，进行再实验，并提交实验报告。对实验资金及实验地点进行限制，且可采取课程设计模式对实验进行设置。由于基础性实验往往依赖于课堂理论，且侧重于学生对基本传感器元件概念的理解，应掌握最为基本的实验方法及实验技能。对于教学内容可包括热电偶原理、分度表的引用及霍尔式传感器的直流激励性等实验，可要求学生在规定的时间内提交实验预习报告，并且在实验完成后全面分析实验结果，从中总结出自己的不足，并加以改正。尤其是在实验过程中暴露出的问题，避免同类问题再次发生

3. 设计教学情境。教学情境的设计也应符合相教学特点及学生特点，因此，针对传感器与检测技术特设计以下教学情境。如：条形码扫描器的学习中，为了进一步拓展学生的视野，教师可引导学生认识莫尔条纹，并让学生熟练掌握光纤传感器的工作原理，并以光纤传感器对一氧化碳的敏感气体的监测作为实力，来了解其内容。又如：学习转速测量仪的相关内容时，教师可让学生小组合作，经过讨论来了解及掌握霍尔传感器的电路设计及其工作原理等。在学生讨论后，对其进行客观评价。且教师应列举现实生活中的例子，来帮助学生理解及记忆。教师可列举日常出租车计价器中的霍尔传感器，让学生将理论知识与实践结合起来。

三、保证学做合一教学模式实施的策略

1. 建立学做合一教学管理制度。要想顺利实施学做合一教学，首先应有完善的教学管理制度。为此，高校应完善教学质量监控机制，其制度应与企业相结合，并建立专业实践的教学监控制。如：校外顶岗实习监控制、校内生产性实训制。近几年来，信息技术发展速度较快，学校可利用校内网建立教学质量信息反馈网络，教师、学生都可将自己的教学及学习建议留在学校信息反馈网上，可为提高教学质量提供参考依据。此外，还应明确学校与实习企业间的责任，双重管理学生，并共同制定实习任务，做好相应的实习成绩考核及评价工作，可增加学生学习积极性，增强就业信心。

2. 建设一支学做合一教学团队。学做合一教学的实施除制度保障外，还应有一支专业及高素质的教学团队。可根据学做合一教学目标，根据课程特点，聘请企业兼教师的人员来授课，让学生真正接触实践知识。尤其是那些具有较高学术水平且有丰富实践经验的人员，应大力提倡来我校指导，可做教学顾问。针对学校教学现状，提出相应解决对策等。同时，学校也可派遣本校教师到外贸企业学习、培训，将实践经验带到学校中，指导学生实践。

3. 建立推动实践的考试体系。考试也是评价学生能力的基本手段之一。尽管高校教育已在进行改革，但传统考试手段评价学生能力仍不可缺少。为了适应学做合一教学模式，学校对专业课程可采用“二卷制”，即理论基础知识、多种形式的实践性考核。前者主要涉及一些基本理论知识，考查学生理论掌握情况，多以选择题、判断题为主，随机抽选题型，根据成绩，获得相应的学分。对于多种形式的实践性考核则是以课程设计、作品展示组成，重点是考查学生所学知识得以应用的能力，大多为应用题，旨在让学生学以致用，培养实践能力。

四、结束语

由于《传感器与检测技术》课程特点，已决定了教学方式不同于其他教学，重点锻炼学生动手实践能力，学会灵活运用知识，并将其运用到实践生活中。强调理论联系实践，注重学生创新能力的培养。正是自身具有的课程特点，使学做合一的教学模式在其课程中的应用具有重要意义。

【参考文献】

[1]王长荣.“任务驱动与学做合一”教学组织模式构建[J].职业教育研究，2012（12）：126-128.

[2]朱蓓蓓，龚云登.高职畜牧兽医专业《动物药理》“两结合，一互通”课程教学模式探索与实践[ J].畜牧与饲料科学，2011，32（5）：49-52.

[3]裴蓓.“传感器与检测技术”学做合一教学思路的应用探讨[J].湖南农机，2014（3）：143-143，145.

[4]刘棣中.“教学做”合一生产性实训基地建设研究[J].广西教育（职业与高等教育版），2013（5）：176-177.

检测传感技术 篇12

《传感器与检测技术》课程内容覆盖面广, 在培养学生设计、维护、管理、应用产品能力及综合素质为目标的课程体系中, 该课程所涉及的知识、所培养的能力是学生毕业后从事专业工作直接需要的。针对本课程的教学目标及岗位能力要求, 开展了基于工作过程项目化的教学活动模式研究与实践, 按照获取信息、制订计划、决策、实施、控制、评估这几个阶段来组织教学。

我们的设计思路是:以培养工程意识、实践能力和创新能力为根本目标, 突出应用能力的培养。具体做法是:以基于工作过程项目化思想为指导, 突出能力培养为重点, 将各分散的知识点模块化、项目化, 让学生通过“教、学、做”一体化的教学熟悉掌握传感器应用的设计思路, 能够灵活应用分析方法解决实用传感器应用中的具体问题, 并具备调试电子电路的能力;同时要着重培养学生独立分析、归纳问题的表达能力, 从而充分满足将来职业岗位群的能力要求, 更好的培养学生必备的职业技能与素质。

秉承“能力为本”、培养高技能人才的教学目标, 在历时半年多的时间内, 通过下相关企业调并集体研讨本课程的教学大纲, 自行设计编写了包含五个具体工作项目的授课讲义。与讲义配套下发使用的还包含相关项目的“学生工作页”和“考核评价表”, 通过此页表让学生带着要求、问题去学习知识点, 明确了学习和技能目标, 大大提高了学习效率。

1 课程内容

根据工作过程项目化教学方法和教学内容, 结合企业调研, 设计出如表1所示的教学项目内容。

通过改进过的项目化课题实践, 使学生能熟悉掌握传感器应用的设计思路, 能够灵活应用分析方法解决实用传感器应用中的具体问题, 具备调试电子电路的能力;同时要着重培养学生独立分析、归纳问题的表达能力, 从而充分满足将来职业岗位群的能力要求, 更好的培养学生必备的职业技能与素质。

2 教学组织与安排

在教学组织与安排上打破传统课程按章节讲授的束缚, 按照实际工作过程的特点和要求来设计学习情境过程。

2.1 项目序列合理可行

首先以传感器本身难易程度组织排序, 符合学生对原理技术的认知过程。其次, 在项目的要求编排上, 会让学生先进行简单的组装, 然后逐步过渡到对故障进行调试, 最后进行新扩展设计, 实现技能的逐步提升。

2.2 模拟工作报告化

为让学生提前明确学的是什么, 怎么学, 我们队每个项目都给出一份“学生工作页”, 其中列出了对原理技术和技能的要求、项目分组、方案设计, 实施记录等, 保障了项目化教学的高效实施。

2.3 竞赛化评价标准

摒弃原先的“卷试”, 采用基于竞赛考核方式进行评价。不单考查学生的理论知识, 更将重点放在对学生完成项目这一工作过程的考查, 包括学生在执行任务项目时的实物操作能力、资料搜集归纳整理能力、遇到问题时的分析能力和思考能力。通过答辩环节, 可以较为清晰的对每组学生就以上能力有一个系统全面的把握。根据推出的“考核评价表”要求考察学生在项目完成过程中对知识技能的掌握。

2.4 团队合作

考虑到学时数和能力, 让每一个学生单独完成项目不合实际, 因此我们让学生组成工作团队 (4个学生一组) , 并设组长, 按照“学生工作页”的要求, 从资料搜集分析整理到电路设计调试, 到最后的总结答辩论述, 让每个学生都有活可干, 有物可用, 最大程度上保证教学的完整实施。

2.5 网络课堂

为解决课时不足这一项目式教学的普遍问题, 我们开设了网络课堂, 便于学生课前课后随时查阅授课知识点, 节省了大量的设计调试时间。在网上我们设置了本课的教学标准 (大纲) , 便于学生明确目标, 掌握重难点;设置了教学课件, 方便学生在遗忘时可随时调阅;设置了相关知识点的动画演示, 帮助学生更好更快的吸收掌握原理;设置了配套的习题库, 便于学生自查自练, 自我评价;为在课外延续对学生专业技能的培养, 我们开设了网上创新设计室, 结合本课程知识点与电子竞赛内容, 设置了基于竞赛的项目训练栏, 给出了相关的参考设计思路方案、原理论述、可能选用器件资料等资源, 学生可根据自身兴趣, 到网上下载此类资源, 自行进行设计装调。为部分学生将参加专业竞赛做铺垫, 也为其将来继续升学深造打下扎实的知识基础、培养过硬的科研能力。

此外我们把电子设计大赛和机器人比赛作为一种标杆引导学生自主学习和创新设计。由于有了明确目标, 学生兴致较高, 投入精力很大, 效果明显。近几年在各类电子设计大赛和机器人比赛中已有20多位同学获得一、二、三等奖。指导过程中, 采用引导和启发式的指导方式。教师的主导作用应该体现在善于引导和启发学生逐步学会思考、分析问题。对于学生没有认真收集、整理、阅读资料, 没有独立思考的问题, 就引导他们去查阅相关资料和认真思考, 启发学生逐步掌握分析问题和处理问题的方法;对于那些有一定难度或超出他们的知识范围和能力的问题则通过和他们共同分析、讨论的基础上, 引导学生作进一步思考, 最后让他们自己来解决问题。

3 小结

目前, 项目式教学模式比较适用于技能型人才的养成, 但要找到符合自身实际条件、环境的且行之有效的方法还任重而道远, 不能仅停留在理论上, 需要在实践中不断试验, 改进, 完善, 从而培养出服务于社会国家的真正人才。

摘要：本文围绕项目式课改这一主题, 以《传感器与检测技术》为切入点, 阐述了基于项目化的该课程设计思路, 详细介绍其实施的项目教学内容, 分析了教学组织安排的特色及可靠性。将流于抽象的课改理论在实践中检验完善, 具有一定的思考借鉴意义。

关键词：项目化,传感器与检测技术,实践实施

参考文献

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