传感与检测技术

传感与检测技术（精选十篇）

传感与检测技术 篇1

传感器网络是和应用相关的网络, 其产生和发展一直都与应用相联系。多年来经过不同领域研究人员的演绎, 传感器网络技术在环境监测、医疗监护、工业监控、智能家居等领域的应用得到了充分的肯定和展示。随着应用的推广, 不同厂商的设备需要实现互联互通, 且要避免与现行系统的相互干扰, 因此要求不同的芯片厂商、方案提供商、产品提供商及关联设备提供商达成一定的默契, 齐心协力实现目标, 这就是传感器网络标准化工作的背景。

目前, 传感器网络的标准化工作受到许多国家及国际标准化组织的普遍关注, ISO/IEC JTCl、IEEE、ITU和I E T F等组织都在开展传感器网络标准化研究工作。我国抓住时机, 积极参与, 2009年9月全国信息技术标准化技术委员会在北京成立了传感器网络标准工作组, 包含了国内传感器网络研发领域最具实力和影响力的5 0多家产学研单位, 共同开展通信与信息交互、接口、标识、安全等八项标准的研究和标准制定工作。

通信与信息交互涵盖了传感器网络的核心技术和协议, 其标准体系的制定对于整个传感器网络有着重要意义。制定传感器网络通信与信息交互标准体系需要从系统的角度, 按照一定的指导思想建立传感器网络通信与信息交互标准化框架。从物理层、M A C层、网络层和网关等多个方面考虑, 保证传感网络协议具有自组织、自配置、鲁棒性和可扩展性。

2 标准现状

传感器网络现有标准可以分为底层 (物理层及M A C层) 标准和高层 (网络层及其高层) 标准两部分。底层标准一般参考采用无线个域网相关标准, 例如IEEE 802.15.4;高层标准主要包括Z i g B e e、6 L o w P A N等。另外, Z-W a v e联盟也推出了类似的标准。在真正的传感器网络标准推出之前, IEEE 802.15.4/ZigBee无疑是最受推崇的, 甚至被一些业内人士视为传感器网络的事实标准。而Z-W a v e协议可以说是最富争议的, 因为它没有依靠国际标准, 重新定义了符合自身特点的协议规范。下面重点介绍I E E E8 0 2.1 5.4、Z i g B e e和Z-W a v e这三个协议规范。

(1) IEEE 802.15.4协议规范

IEEE 802.15.4标准主要针对低速无线个域网 (LR-W P A N) 制定。该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标 (这和无线传感器网络一致) , 旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间低速互联提供统一接口。由于I E E E 8 0 2.1 5.4定义的L R-W P A N网络的特性和无线传感器网络的通信有众多相似之处, 很多研究机构把它作为传感器网络节点的物理及链路层通信标准。

IEEE 802.15.4标准定义了物理层和媒体访问控制子层, 符合开放系统互连模型 (OSI) 。物理层包括射频收发器和底层控制模块, 媒体访问控制子层为高层提供了访问物理信道的服务接口。

IEEE 802.15.4在物理层设计中面向低成本和更高层次的集成需求, 最初的Revision 2003采用的工作频率分为868 M H z、915 M H z和2.4 G H z三种, 各频段可使用的信道分别有1个、10个、16个, 各自提供20 kb/s、40 kb/s和250 kb/s的传输速率, 其传输范围介于10～1 0 0 m之间。为减少系统间干扰, 协议规定在各个频段采用直接序列扩频编码技术。Revision 2006在Revision2 0 0 3的基础上将8 6 8/9 1 5 M H z的信道个数分别扩展到3个和30个, 将868/915 MHz的最大数据传输速率提高到100 kb/s、250 kb/s, 并且根据所使用的调制方式定义了四种物理层。这其中有三种支持D S S S, 它们分别是工作在8 6 8/9 1 5 M H z使用B P S K或O-Q P S K调制和工作在2.4 G H z使用O-Q P S K调制。另一种支持并行序列扩频 (P S S S) 工作在8 6 8/9 1 5 M H z使用B P S K和A S K调制。

IEEE 802.15.4在媒体访问控制层方面, 定义了两种访问机制:基于时隙的C S M A/C A信道访问机制和非时隙的C S M A/C A信道访问机制。在信标使能网络中, 设备之间通信使用基于时隙的C S M A信道访问机制, P A N网中的设备都通过协调器发送的信标帧进行同步。在时隙C S M A机制下, 每当设备需要发送数据帧或命令帧时, 它首先定位下一个时隙的边界, 然后等待随机数目个时隙。等待完毕后, 设备开始检测信道状态:如果信道忙, 设备需要重新等待随机数目个时隙, 再检查信道状态, 直到出现空闲信道。在信标不使能网络中, P A N网络协调器不发送信标, 各设备之间使用非时隙的C S M A信道访问机制。即每当设备需要发送数据帧或命令帧, 它先等待一段随机时间, 然后开始检查信道状态:如果信道空闲, 立即发送数据;如果信道忙, 设备需要重新等待一段随机时间, 再检查信道状态, 直到出现空闲信道。

I E E E 8 0 2.1 5.4标准定义了两种设备:全功能设备 (F u l l-F u n c t i o n D e v i c e, F F D) 和简化功能设备 (R e d u c e d-f u n c t i o n D e v i c e, R F D) 。FFD设备支持所有的4 9个基本参数, 而R F D设备在最小配置时只要求它支持3 8个基本参数。F F D设备作为协调器控制所有关联的R F D设备的同步、数据收发过程, 可以与网络内任何一种设备进行通信。而R F D设备只能和与其关联的F F D设备互通。一个IEEE 802.15.4网络中至少存在一个FFD设备作为网络协调器, 起着网络主控制器的作用, 担负簇间和簇内同步、分组转发、网络建立、成员管理等任务。

IEEE 802.15.4标准支持星型和点对点两种网络拓扑结构, 有16位和64位两种地址格式。其中64位地址是全球唯一的扩展地址, 16位段地址用于小型网络构建, 或者作为簇内设备的识别地址。IEEE 802.15.4b标准拥有多个变种, 包括了低速超宽带的IEEE 802.15.4a, 以及由中国着力推进的IEEE 802.15.4c和IEEE 802.15.4e, 以及日本主要推动的IEEE 802.15.4d, 在这里暂不深入讨论。

(2) ZigBee协议规范

ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术, 目前有三个版本:ZigBee 1.0 (Revision7) 、ZigBee 2006 (Revision 13) 即1.1版和ZigBee 2007 Pro。由于ZigBee技术具有功耗低、成本低、网络容量大、时延短、安全可靠、工作频段灵活等诸多优点, 目前被很多人视为传感器网络的事实标准。

ZigBee联盟在IEEE 802.15.4的基础上对数据链路层、网络层和应用程序接口进行了标准化, 并负责高层应用、测试和市场推广等方面的工作。Z i g B e e所制定的网络层规范主要负责网络拓扑的搭建和维护, 以及设备寻址、路由等, 属于通用的网络层功能范畴, 应用层包括应用支持子层 (Application Support Sub-layer, APS) 、ZigBee设备对象 (ZigBee Device Object, ZDO) 以及设备商自定义的应用组件, 负责业务数据流的汇聚、设备发现、服务发现、安全与鉴权等。

(3) Z-Wave协议规范

Z-W a v e作为另一种新兴的短距离无线通信技术是2005年1月由Z-Wave联盟专门为低速率应用而推出的, 主要用于家居、商场里的照明控制、身份识别和小型的工业控制。与ZigBee相比, 由于没有国际标准作为依靠, 应用也仅止于家庭自动化, 因此Z-W a v e并不被大多数人看好。

Z-W a v e协议栈包括四层:媒介访问控制层 (M A C) 、传输层、路由层和应用层, 协议栈参考模型如图1所示。M A C层主要用于控制射频媒介, 数据流采用曼彻斯特编码模式, 主要包括前导符、起始帧、数据帧和结束帧。在传送时只有数据帧传送给传输层, 并且是以低字节在前的格式 (或称反字节格式) 进行传送。另外, 为了提高数据传输的可靠性, 当有节点进行数据传送时, M A C层采用了冲突避免机制防止其他节点开始传送。传输层主要用于提供节点之间可靠的、透明的数据传输, 主要功能包括重新传输、帧校验和帧确认等。路由层的主要功能包括:控制节点间数据帧的路由、确保数据帧在不同节点间能够多次重复传输、扫描网络拓扑和维持路由表等。应用层负责Z-W a v e网络中的译码和指令的执行。

3 关键技术

传感器网络的关键技术有很多, 主要分为核心关键技术和应用支撑技术两大类。核心关键技术包括组网模式、拓扑控制、网络协议等;应用支撑技术包括时间同步、安全认证、信息融合等。这里主要介绍涉及通信与信息交互的核心关键技术。

(1) 组网模式

组网模式主要解决网络的总体拓扑问题, 这是设计一个传感器网络系统首先面临的问题。采用何种组网模式取决于是否有基础设施支持、是否有移动终端参与、汇报频度和延迟等应用需求。目前主要的组网模式有:扁平组网、基于分簇的层次型组网、网状网模式和移动汇聚模式。

(2) 拓扑控制

传感器网络的拓扑控制技术主要研究的问题是:在满足网络覆盖度和连通度的前提下, 通过功率控制和骨干网节点选择, 剔除节点之间不必要的通信链路, 形成一个数据转发的优化网络结构。目前主要的拓扑控制技术分为时间控制、空间控制和逻辑控制三种。

(3) MAC协议

在无线传感器网络中, 媒体访问控制协议决定无线信道的使用方式, 在传感器节点之间分配有限的无线通信资源, 用来构建传感器网络系统的底层基础结构。M A C协议处于传感器网络协议的底层部分, 对传感器网络的性能有较大影响, 是保证无线传感器网络高效通信的关键网络协议之一。

(4) 路由协议

路由协议的主要任务是在传感器节点和汇聚 (sink) 节点间建立路由, 可靠地传递数据。其首要设计原则是节省能量, 延长网络系统的生存期。协议不能太复杂、不能在节点保存太多的状态信息、节点间不能交换太多的路由信息;同时应尽量避免发送冗余信息, 减少能量的浪费。常见的路由协议有能量感知路由协议、基于地理位置的路由协议、以数据为中心的路由协议等。

(5) 传输协议

在传感器网络协议研究的早期, 并没有对传输协议加以重视, 而是将应用层直接放在网络层之上。随着网络规模的不断扩大和应用类型的不断增加, 网络中的节点层次关系日益复杂, 对于图像、视频等传输需求逐渐增多, 如何有效地管理数据流的传输并尽可能地避免拥塞, 已经成为传感器网络当前面对的问题。这些问题不能简单依靠路由协议和M A C协议来解决, 更不能交给应用程序, 只能交给传输层。研究表明, 由于传感器网络自身的一些特点, 传统的传输协议 (T C P/U D P) 不能完全适用于传感器网络。虽然近些年也提出了一些针对传感器网络的传输协议:E S R T、R M S T、S T C P等, 但是如何设计真正适合传感器网络的传输协议仍是一个值得研究的问题。

(6) 节能和QoS保障

传感器网络节点分布众多、覆盖范围大, 工作环境复杂, 通过更换电池维持网络寿命是不现实的。因此, 在设计整个网络时要充分考虑节能问题, 以尽可能少的能量完成尽可能多的工作, 使得网络寿命得以延长。另外, Q o S保障也是传感器网络走向可用的关键技术之一。特别是随着多媒体传感器网络的发展, Q o S保障就显得尤为重要。

(7) 跨层设计

传感器网络的设计大多是分层进行的, 各层的设计相对独立且有一定的局限性, 有时并不能使整个网络的性能达到最优。跨层设计就是针对这一问题所提出的。跨层设计的核心思想就是实现两层或更多协议层之间的优化和控制, 以及相互间信息的交换, 从而达到显著改善网络系统性能的目的, 比如减小能耗、提高Q o S保障等。

4 传感器网络面临的主要技术挑战

传感器网络不同于传统网络, 其设计面临许多新的技术挑战。就通信与信息交互而言, 主要挑战体现在低能耗、低复杂度、自适应和鲁棒性四个方面。首先, 传感器节点主要依靠电池供电, 电池不方便替换或者重复充电, 且大多数情形下不可能替换或者重复充电, 而且目前的电池供电能力也非常有限, 因此, 能量问题是传感器网络设计首要考虑的问题。其次, 由于节能非常关键, 所以一般情况下不会给传感器节点配置功能强大的微型处理器, 而是采用低功耗、计算能力有限的微型处理器, 因而不能运行复杂的网络协议。再次, 传感器网络是和应用相关的网络, 其网络协议、算法的设计与实现都与具体的应用场景密切相关。而不同的应用场景对路由协议、数据传输模式、实时性、可靠性的等方面的要求又不同。因此传感器网络的设计要满足自适应。最后, 传感器网络通常是动态网络, 其拓扑结构常常因为节点失效或无线通信链路带宽变化而发生动态变化, 因此传感器网络的设计还要具有鲁棒性。

参考文献

[1]徐全平, 张晖.无线传感器网络标准化综述[J].信息技术与标准化, 2009 (3) :4-7.

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[8]余向阳.无线传感器网络综述[J].单片机与嵌入式系统应用, 2008 (8) :8-12.

传感器与自动检测技术 篇2

2.直流测量电桥和交流测量电桥有什么区别? 答：它们的区别主要是直流电桥用直流电源，只适用于直流元件，交流电桥用交流电源，适用于所有电路元件。

1.影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？ 答：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是：传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等。

2.电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响？它的主要优点是什么？

答：电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响。电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强，特别是有非接触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。

1.什么是霍尔效应？

答：在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。产生的电势差称为霍尔电压。

2.为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？ 答：因为导体材料的μ虽然很大，但ρ很小，故不宜做成元件，而绝缘材料的ρ虽然很大，但μ很小，故也不宜做成元件。3.为什么霍尔元件一般采用N型半导体材料？

答：因为在N型半导体材料中，电子的迁移率比空穴的大，且μn>μp，所以霍尔元件一般采用N型半导体材料。

电阻式传感器是一种把被测量转换为电阻变化的传感器，分为电位器式，电阻应变式，热敏效应式等类型，金属电阻应变片工作原理是金属材料的电阻定律，材料电阻的变化时应力引起的变化和电阻率变化的综合结果

电阻应变片有两类，一是将应变片粘贴在弹性敏感原件上，二是直接将应变片粘贴在被测构件上

电容式传感器分为变极距型，变极板面积型，变介质型三种类型

电感式传感器是利用电磁感应原理经被测非电量的变化转换为线圈的自感系数L或互感系数m的变化的装置

压电效应：当某些物质沿其一定方向施加压力或拉力时，会产生变形，此时这种材料的两个表面将产生符号相反的电荷。当去掉外力后，它又重新回到不带电状态，这种现象被称为压电

效应。又称为正压电效应。反之，在某些物质的极化方向上施加电场，它会产生机械变形，当去掉电场后，该物质的变形随之消失，这种电能转变为机械能的现象称为逆压电效应 磁电是传感器是利用电磁感应原理将被测量（如震动，位移，速度）转换成电信号的一种传感器，也称为电磁感应传感器，通常分为动圈式和磁阻式，动圈式可分为线速度型和角速度型，磁阻式磁电传感器常用于测量转速，偏心，震动等，热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置

当两种不同材料的金属导体A和B组成闭合电路，且两个结点温度不同时，回路中将产生电动势，这种现行称为热电效应和塞贝克效应。有接触电动势和温差电动式两部分组成 中间导体定律：若在热回路中插入中间导体，无论插入导体的温度分布如何，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶回路的总电动势无影响。

热电阻传感器 利用电阻随温度变化的特性制成的传感器叫热电阻传感器。

外光电效应：在光线照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，也叫光电发射效应。

内光电效应：在光线照射下，物体内的电子不能溢出物体表面，而使物体的电导率发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。内光电效应又可分为光电导效应和光生福特效应。

光电倍增管由阴极，次阴极，以及阳极三部分组成。光敏电阻的工作原理是基于光电导效应。

基于光生福特效应工作原理制成的光电器件有光电二极管，光电三极管和光电池。

光电开关以其结构和工作方式的不同，可分为沟式，对射式，反光板反射式，扩散反射式，聚焦式，光纤式

传感器与自动检测技术教学改革 篇3

【关键词】传感器与自动检测技术；教学模式；教学内容；工程思维

【中图分类号】TP274-4 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0313-01

“传感器与自动检测技术”不仅仅在电气信息类专业的课程中占主干地位，而且还是一项涉及多方面的技术和基础理论的综合性强的技术，比如数据处理技术、计算机技术、电工电子技术、传感器技术、光电检测技术等多方面的技术和基础理论的综合性技术之必修课。如今现代检测系统一般集电、光、机于一身的软硬件结合的技术。

在20世纪80年代里，我国刚刚开设“传感器与自动检测技术”这门课程，并且只有在普通高校的本科时期与研究生时期开设。可是，在这方面的教学效果不佳，极为不理想，主要原因有两个：其一是由于该课程主要偏重其理论知识的讲解，难以提起学生对此的兴趣；其二在于师生之间沟通交流机会较少，使得教学资源难以充分发挥作用。同时由于重视理论知识而忽略技术实践，导致学生动手能力不强，没有创造力。

一、分析教学过程中易出现的问题

过去四年，笔者在对各个院校的“传感器与自动检测技术”同类专业的学生的调查中得知，刚开始时采纳研究性高等学府的各类教案计划于教学大纲，但是研究型学院是以培养研究型人才为目的，可是独立学院却是以培养应用型人才为主，此时才发现传统的教学方案和独立学院的教学目的相差太远。以下是主要存在的问题：

1.重理论轻实践

本课程为应用类课程，但依旧有众多理论知识、数学导论，因此数学功底需要相当扎实。即使本课程存在很多理论知识等，但它依旧是以应用型为主，不可以采用传统的方式进行理论灌输，仅仅只是在黑板上进行数学演算。如果长期这样教学，学生都不知道传感器的作用和用法，而只是相当初略的了解个别示例，使得最后很多学生都只是对于传感器的结构泛泛而知，却不知道怎样用，用在那里。【2】

2.单调的教学方式

目前的教学模式即为教师把一堆来历不明的公式定理或者已经是现成的理论全部塞给学生，从来不试图让学生自己思考与探索，在学习的过程中缺乏动手实践环节，或者理论与实践关联不大，使得学生对此感到厌倦，毫无兴趣学习，最终导致教学效果不尽人意。

3.教学实验设计欠佳

调查显示，传统的实验课程安排中，验证性实验所占比例为80%，然而却严重缺少综合设计性的实验，缺乏实践、实训的环节，这种安排使得学生难以获得其应有的发展空间。学生缺少实践训练，使得其难以熟练掌握动手要领。较高的技术水平能力是应用型人才最需要的，所以在独立学院里，应该把实践教学作为其教学核心，着重注意培养其实践动手能力与工程思维，以便他们在以后能较快的适应岗位，如鱼得水。因此我们应该注重形成以实践教学为主的教学模式，努力提高学生的实践能力。【3】

二.教学改革方案

在传统的“传感器与自动检测技术”课程中重理论，轻实践现象严重，而且具有单一的教学模式，同时教学实验里面，验证性实验占主大多数，较少有创造性的开发创造，这种教学模式适合培养研究型人才，却难以培养出社会所需的应用型人才，因此该方式难以满足应用型人才培养的需求，容易让学生产生依赖心理，使其创造力退化。对此总结出以下几处需要改革的。

1.教学内容需更丰富，工程思维需提高

举例说明，传感器原理在本课程中是重要的知识内容。传统教学方式只是将所有的系列都清清楚楚的教给学生，而就我个人而言，我认为培养合格的应用型人才，将其基本原理以及基础方法仔细的讲解给学生就好，可以有选择性的将那些复杂的公式定理进行详细解析，同时一些简单易懂的知识也可以让学生采取自学的方式学习。在讲解中采用大量的应用实例，同时有足够的发挥空间留给学生，不仅有利于激发学生对此的学习兴趣，而且也能提高他们的工程思维，提升他们的创造能力和开发能力，只有这样他们才能满足社会的需要，使其更能在将来的工作中如鱼得水。

2.改进教学模式，发挥教学资源的最大限度

由于忽略学生的感受，不理学生是否能够接受，只是将所有的内容都一股脑的灌输给学，使得传统的教学模式达不到所想的效率。这种教学模式不仅仅完全没有考虑其自主分析能力和解决问题能力，也严重忽略了其动手和创新能力。就我个人觉得在改革之后的教学应把学生放在主导地位，采用已有的实际应用工程案例来多元化教学，比如能够通过探讨、研究、小组共同学习等方法进行教学，这样不仅仅能让学生充分展示其能力，也激发其学习本专业的兴趣。

3.与实际紧密联系，结合其他课程

改革之后的教学中，需要将原本那些已经仔细分析了，且来自不一样的行业的典型实例拿出来，加深学生的印象。与此同时，要与自动控制原理、智能控制理论等其他课程完美结合，帮助学生建立系统观，更能帮助学生对待每门功课采取正确态度，将每科相互结合，达到融会贯通的程度。

4.改革实验安排

培养学生的动手实践能力和对于问题分析解决能力是实验教学的目的，同时也能帮助学生更好的理解理论知识。然而传统的实验安排都不利于学生的独立思考能力的培养，使其易养成被动学习，同时学生的操作能力也得不到良好培养，会降低学生对该课程的兴趣。要想改变现状，就需改革实验安排内容，添加实际开发性实验，减少验证性、原理性实验，在现有条件下逐步增加具有开拓性和综合性实验，这才能够治其根本。

5.加强教学评价，提高课堂效率

如何检验改革之后的教学方案是否有效呢？就需要有高效的学习成果反映机制。需要改变目前这种笼统、不细化的课程作业的传统检测方法，我们可以将作业分开，一章节一道题目，同时给充足的时间去翻阅相关的资料，同时视其情况调整其难度，让每个学生都去剖析，给其足够的自由发挥空间。

三、结束语

在对于“传感器与自动检测技术”的传统教学方式进行调查之后，对其进行全面的分析，总结了三方面问题，同时基于各个专业的教师四年的教学经验，在对教学模式、教学内容、实验安排、教学评估等多个方面进行研讨后，总结出了一套相对完整的改革方法及措施。

综上述，重理论轻实验、单一教学方式、不合理的实验设计是传统教学方案的不足之处。根据各个院校的学生建议和反馈，总结出一套操作性较强的方法和措施，其中包括有对教学方式、教学内容、实验设计及教学评估上的改革建议。该方案主要侧重方向在工程应用实践，目的在于培养合格的应用型人才，注重对传感器应用方面的教学，突出学生的实践能力，分析、解决能力，最大程度的激发学生的兴趣，以及注重学生自身发展空间，使其能够开拓创新。

参考文献：

[1]徐志成；传感器与自动检测技术课程实践教学改革研究[J]科技创新导报；2011年 第 01期

[2]乔峥；《自动检测与转换技术》课程改革初探[J]科技资讯；2011年 第01期

传感器与检测技术课程教学探讨 篇4

一、优化课程体系内容

目前,我校传感器与检测技术课程的主要参考教材严重滞后于快速发展的科学技术:有的教材侧重于通过数学分析讲解检测原理和信息处理,然而对于相应的传感器的结构和运用却介绍较少,从而缺少感性认识,导致学习枯燥,不利于学生对实际检测系统的组建能力和工作分析能力的培养;有的教材以基本传感器工作原理分类编排章节,内容重复不够精炼,而且没有涉及新型传感器和新型检测技术的理论知识及其应用,不利于学生拓宽知识面,不符合宽口径人才培养模式。因此,为了能反映科学技术的发展,适应社会对检测技术人才的要求,有必要对传感器与检测技术课程内容进行优化和整合。经过调整,本课程教学内容主要分为3个模块,其内容层次清晰,重点突出,并且有机的结合在一起,形成了一个完整的体系。

1. 传统传感器模块,包括典型传感器的工作原理、特性分析和测量电路及其信息处理。

在实际的教学过程中,夯实基础理论的教育和基本技能的培养,以掌握理论,强调应用为教学重点,不再重复讲解各种传感器的工作原理及其内部结构,而是选择典型传感器,重点讲述其检测原理和特点,而后展开自主类比学习和课堂讨论,达到掌握和理解其它同类传感器的检测原理和特点。同时也适当的增加一定的数学分析推导,以增强学生的拓展能力。例如,对于压电传感器的测量电路,可以结合电子技术,从数学的角度定性分析压电传感器采用不同的等效形式时其测量电路的工作原理及其优劣,这样可以清晰学生的学习思路,从而使学生能根据不同的工作条件和测量要求选择不同的测量电路。

2. 新型传感器模块,包括数字化传感器、固态图像传感器、典型的导航系统简介等内容。

为了培养学生对实际工程测试的方案设计和创新思维能力,在课堂教学过程中,要注重各个模块知识点之间的交叉与比较。新型传感器模块较之传统传感器模块,理论深度和难度进一步增加,因此,这部分内容的讲授旨在学生了解新型传感器在各个领域中的典型应用以及传感器技术的最新发展和应用进展,从而丰富学生的知识面,为将来进一步的发展打下基础。

3. 检测技术模块,包括检测技术的基础知识,

智能检测技术和多传感器的信息融合技术等内容。为了突出现代传感器向集成化、网络化和智能化的方向发展,结合传感器的工作原理和特性分析,从测量精度、抗干扰能力和故障容错能力等多个角度将传统检测技术和现代检测技术相比较,从而拓宽学生的视野,有助于学生创新能力和科学研究能力的培养。

二、更新课程教学方法

1. 互动式教学

传统的“以教师为中心”的教学模式很容易打击学生的主动学习性,抑制了创新型应用人才的成长,所以教师在课程教学中要转变角色,努力提升学生学习的主体地位,充分采用课堂讲授、课堂讨论和自主学习的教学模式。例如,在压力类传感器的课堂教学过程中,首先以典型的“压电传感器”为例,讲解其测量原理和特点,重点突出其能量转换过程,然后指出测量压力信号还有其它传感器,但是这些传感器是将压力信号转换成什么信号?它们各有什么特点?适合于什么场所?怎么样根据工作要求进行选择传感器?在学生利用课余时间自主学习后,在课堂上分成若干小组进行讨论,最后提交相应的工作报告。这样在教师的引导下充分发挥了学生的主观能动性,提高了学生的学习积极性,使课堂教学活跃起来,从而取得良好的教学效果。

2. 启发式教学

在教学过程中,教师以问题为导向,采用启发式教学方法,即在每次课程开始时,结合本次课程的教学目标、教学重点和难点,联系工程实际,把教学内容设计成一个或多个具体的问题,同时要因势利导,引导学生探究怎样解决这些问题,最后是为什么采用这种方法以及如何才能掌握好这一技术方法,这一系列问题有利于学生开动大脑、启迪思维,从而掌握本次课程目的及方法。

3. 立体式教学

培养学生的学习兴趣是教师取得良好教学效果的重要条件之一,但在实际的工作中,学生会因为理论知识的难度化和抽象化以及学习过程的不连续而失去兴趣。因此,基于现代教育技术,采用黑板、多媒体课件与网络学习相结合的立体化教学体系。教学课件以教材内容为基础,引入动画、图片、视频等多媒体素材,增加多种有助于讲解理论和工程实际的表现手段。此外,教师还可利用网络进行辅助教学,学生可以根据自身的需求和能力利用课程网站进行自学、预习、复习、答疑、自测等。已建立的教学网站内容包括:教学和实验教学大纲、实验教学内容、部分网络实验、电子课件、网上教学环境、网上课程介绍、相关参考文献和资料,供学生上网浏览,从而为学生自主学习和个性化教学提供保障。

三、强化实践教学环节

传感器与检测技术是一门应用技术学科,具有很强的实践性,因此本课程实践教学环节建设的主导思想如下:第一,减少验证性实验,增加设计性、综合性实验,培养创新型人才。第二,增加学生自主设计实验部分,开设课程设计部分,给学生一个展示自己能力的空间和舞台。第三,开放实验室,建立培养学生学习的长效机制,学生学完课程后仍然可以充分利用实验室的平台,独立从事科学研究,增强学生勇于攀登科学高峰的意识。第四,引入虚拟测量仪器,开阔学生知识面,提高实验教学质量。第五,利用网络资源进行辅助教学,学生可以在进行实验前了解本课程的实验教学环境、实验教学大纲、所开设的实验项目、基本仪器使用说明等,为实验作好准备,同时也提供一个相互交流的平台。

目前,我校传感器与检测技术课程实验教学内容主要分为:基础性实验、设计性实验和综合性实验三个层次。其中基础性实验以验证性实验为主,依附于课堂理论教学,侧重于加强学生对基本传感器元件的工作原理和性能的理解,从而掌握基本的实验技能和实验方法;设计性实验主要面向工程实际应用的设计和研究,培养学生能有效运用所学的知识进行简单的检测系统的设计与应用;综合性实验着重于培养学生的分析和处理实际问题的能力,即以电子技术和自动控制原理等课程为理论基础,基于单片机技术和传感器技术,由学生通过查阅文献资料自主设计具有一定功能的自动控制系统,包括信号的检测、信号处理及转换、信号显示、信号控制等。实验教学项目内容层次分明,目的明确,由简入难,循序渐进。学生必须完成规定的基础性实验项目,再根据自身的情况,选择设计性实验项目,自主选择实验时间进行实验,并提交实验报告。此外,由于实验地点和实验资金的限制,综合性实验主要采取课程设计模式进行。

在实验过程中,还开展了相似比较教学和故障分析教学。针对同一被检测量,当采用不同的测量传感器时,由于它们的结构不同,工作原理不同,因而测量的方法也不同,测量精度也有所不同。通过比较和分析测量数据误差的产生及其解决方法,从而达到对整个理论知识体系的融会贯通。同时,对于实验中出现的线路或仪器故障,鼓励学生自己动手分析故障原因并加以排除,并基于此,对生产、生活实际中可能出现的各种检测故障进行分析,这样可以帮助学生消化和理解理论知识,引导学生认识和积累专业事实,激发学生学习和思考的兴趣。

四、改革教学评价体系

传感器与检测技术课程的教学目标是在掌握基本检测技术理论知识的基础上,注重对学生基本技能的培养和训练,提高学生创新意识和科研能力,因此必须要有较为完备的综合评价考核体系。学生的成绩不能以一次考试的成绩而定,而要贯穿于整个教学过程,即在完成每一模块课程内容的讲授后,进行相应的考试,并把每次成绩进行加权平均后以阶段成绩的形式作为最后总分成绩的一部分。这样不仅可以检验学生对基础理论知识的实时掌握情况,而且还避免了学生平时不努力学习,到期末考试前才临时突击学习的情况发生。基于此,本课程采用多元化考核方法,主要以平时成绩(10%)、实验成绩(30%)、阶段成绩(30%)、笔试成绩(30%)等作为课程的最终考核成绩,其中平时成绩包括学生的出勤率、课堂问答以及作业情况3个方面的考核,实验成绩从实验预习报告、实验操作、现场问答和实验报告的质量4个方面进行考核,笔试成绩则注重于考核学生对基础理论知识的综合运用。此外,为了能衡量学生在平时体现的创新性思维,例如针对在实验教学中能对实验中出现的仪器故障进行分析和解决;在课堂讨论教学中能提出自己的分析思路和见解等情况,可以考虑给予一定的创新加分,具体原则是在成绩总分不超过100分的情况下最多加10分。只有采取系统的、严格的考核办法,才能使学生真正重视课程教学环节,才能提高学生勤于思考、勇于探索的能力。

五、结束语

总之,教师在实际教学过程中,要重视理论联系实际,并且通过指导学生自主开展各种实践活动,促使学生把动手与动脑结合起来,独立思考,学会学习、学会动手、学会分析问题和解决问题。虽然目前教学改革工作取得了一定的成绩,但所做的只是改革的初步,今后还要继续努力,不断的调整教学内容,改革教学方法,加大立体化教学体系的建设,争取使整个课程教学水平更上一个新的台阶。

参考文献

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[3]潘雪涛.基于CSY型传感器实验台的位移测量特性分析与研究[J].自动化与仪器仪表,2005,4:64～68

[4]王东霞,温秀兰.传感器与检测技术课程教学改革探索[J].中国现代教育装备,2008,7:92～93

[5]孙晓荣,刘翠玲,苏维均.自动检测技术课程教学改革与实践[J].中国现代教育装备,2008,12:99～100

传感器与测试技术 篇5

一、判断题

1、传感器是与人感觉器官相对应的原件。B 错误

2、敏感元件，是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。A 正确

3、信息革命的两大重要支柱是信息的采集和处理。A 正确

4、传感元件把各种被测非电量转换为R,L,C的变化后，必须进一步转换为电流或电压的变化，才能进行处理，记录和显示。A 正确

5、弹性敏感元件在传感器技术中有极重要的地位。A 正确

6、敏感元件加工新技术有薄膜技术和真空镀膜技术。B 错误

2、传感器动态特性可用瞬态响应法和频率相应法分析。A 正确

4、传感器的输出--输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比，称为该传感器的“非线性误差”。A 正确

5、选择传感器时，相对灵敏度必须大于零。B 错误

6、用一阶系统描述的传感器，其动态响应特征的优劣也主要取决于时间常数τ，τ越大越好。B 错误

7、一阶装置动态特性的主要参数是时间常数，一般希望它越大越好。B 错误

8、LTI系统的灵敏度是时间的线性函数。B 错误

9、一个复杂的高阶系统总是可以看成是由若干个零阶、一阶和二阶系统并联而成的。B 错误

10、无论何种传感器，若要提高灵敏度，必然会增加非线性误差。B 错误

11、幅频特性优良的传感器，其动态范围大，故可以用于高精度测量。B 错误

12、传感器的阈值，实际上就是传感器在零点附近的分辨力。B 错误

13、非线性误差的大小是以一拟合直线作为基准直线计算出来的，基准直线不同，所得出的线性度就不一样。A 正确

14、外差检测的优点是对光强波动和低频噪声不敏感。A 正确

15、传感器在稳态信号作用下，输入和输出的对应关系称为静态特性；在动态的信号作用下，输入和输出的关系称为动态特性。A 正确

16、传感器动态特性的传递函数中，两个各有G1(s）和G2(s)传递函数的系统串联后，如果他们的阻抗匹配合适，相互之间仍会影响彼此的工作状态。B 错误

17、对比波长大得多的长度变化，物理扰动P随时间变化的速率与振荡频率f成正比。A 正确

18、灵敏度是描述传感器的输出量（一般为非电学量）对输入量（一般为电学量）敏感程度的特性参数B 错误

19、传递函数表示系统本身的传输、转换特性，与激励及系统的初始状态无关。A 正确 20、应变计的灵敏度k恒大金属线材的灵敏度系数ko。A 正确

21、对应变式传感器来说，敏感栅愈窄，基长愈长的应变计，其横向效应引起的误差越大。A 正确

22、零值法的优点是，测量精度主要取决于读数桥的精度，而不受电桥供电电压波动以及放大器放大系数波动等的影响，因此测量精度较高。但由于需要进行手调平衡，故一般用于静态测量。A 正确

23、传感器的灵敏度是指输出量与相应的被测量（输入量）之比。B 错误

24、金属材料灵敏度比半导体大50～100倍。B 错误

25、一个复杂的高阶系统可以看成是由若干个一阶和二阶系统串联而成的。B 错误

26、传感器的灵敏度定义为传感器输入量变化值与相对应的输出量变化值之比。B 错误

41、应变式传感器的温度误差主要是应变式温度传感器件的测量部分引起的。B 错误

43、固有频率属于传感器的动态特性指标。A 正确

1、应变计的非线性度一般要求在0.05％或1％以内。A 正确

2、电阻丝式应变传感计的横向效应可以用H=ky/kx=(n-1)ls/[2nl1+(n-1)ls]表示，可见ls（r）愈小，l1愈大，H愈小。即敏感栅愈窄，基长愈长的应变计，其横向效应引起的误差越小。A 正确

3、等臂电桥当电源电压及电阻相对变化一定时，电桥的输出电压及其电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。A 正确

4、应变计粘合剂不但要求粘接力强，而且要求粘合层的剪切弹性模量大，能真实地传递试件的应变。另外，粘合层应有高的绝缘电阻、良好的防潮性防油性能以及使用简便等特点。A 正确

5、热敏电阻的温度系数随温度减小而减小，所以低温时热敏电阻温度系数小，灵敏度高，故热敏电阻常用于低温（-100~300）测量。B 错误

6、因环境温度改变而引起的附加电阻变化或者造成的视应变，除与环境温度变化有关外，还与应变计本身的性能参数k、α。βs以及被测构件的线膨胀系数βg有关。A 正确

7、应变计的灵敏度K恒小于金属材料的灵敏度系数K0。A 正确

8、电阻应变仪的差值法一般用于动态测量，零值法一般用于静态测量。A 正确

9、应变计灵敏度k横小于金属线材的灵敏度系数k。A 正确

10、想要提高电桥的电压灵敏度Ku，必须提高电源电压，但不受应变计允许功耗的限制。B 错误

11、等臂电桥，电桥的输出电压及其电压灵敏度与各桥臂阻值总是成正比关系。B 错误

12、电阻应变片是一种能将机械构件上的应变的变化转化为电阻变化的传感器。A 正确

13、等臂电桥，当电源电压及电阻相对变化一定时，电桥的输出电压及其电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。A 正确

14、应变计的测量范围很大。A 正确

15、半导体应变计具有较小的非线性，输出信号较强，故抗干扰能力较好。B 错误

16、绝缘电阻是指应变计的引线与被测试件之间的电阻值，一般以兆欧计。A 正确

17、自补偿应变计是一种特殊的应变计，当温度变化时产生的附加应变为零或抵消。A 正确

18、热敏电阻的温度随温度减小而增大，所以低温时热敏电阻温度系数大，灵敏度高，故热敏电阻常用于高温测量。B 错误

19、应变计的动态特性测量按正弦规律变化的应变波形时，应变计反应的波幅将高于真实应变波。B 错误

20、电阻应变效应包括横向效应。

B 错误

21、应变计按照半导体式可分为体型和薄膜型。B 错误

22、热敏电阻主要有正温度系数型、负温度系数型、临界温度系数型三种类型。A 正确

23、热敏电阻只有正温度系数型、负温度系数型两种。B 错误

24、根据敏感元件材料的不同，应变计可分为金属式和半导体式两大类。A 正确

25、热敏电阻的电阻温度系数大，电阻与温度的关系近似于线性或为平滑曲线。

A 正确

26、实验表明，应变计的灵敏度K恒小于金属线材的灵敏度系数ko。A 正确

27、敏感栅愈窄，基长愈长的应变计，其横向效应引起的误差越小。A 正确

28、电阻应变计的第一对称形式的直流电桥的电压灵敏度不但与供电电压U有关而且与电桥电阻有关B 错误

29、半导体温度传感器中热敏电阻都有色环，负温度系数型热敏电阻其标记为红色。B 错误

30、热敏电阻的温度系数随温度减小而增大，低温时热敏电阻温度系数大，灵敏度高，高温时温度系数小，灵敏度低。A 正确

31、热敏电阻的温度系数随温度的增大而增大，所以高温时热敏电阻的温度系数大，灵敏度高。B 错误

32、应变器的核心元件是电阻应变计。A 正确

33、扩散性半导体应变计是将N型咋杂质扩散到高阻的P型硅基片上,形成一层极薄的敏感层制成的。B 错误

41、压缩式压电加速度传感器属于压电加速度传感器的一种。A 正确

49、试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一，使得应变丝产生附加变形而造成的电阻变化导致应变式传感器的温度产生误差。A 正确

53、应变计的测量范围很小。B 错误

5、组合式压力传感器是用于测量大压力的。B 错误

1、APD在使用时，须在元件两端加上近于击穿的反偏压。A 正确

2、压电谐振式感器可以不利用压电晶体谐振器的共振频率随被测物理量变化进行测量的。B 错误

3、应变式测力传感器中应变计是传感器的基础，弹力体是传感器的核心。B 错误

4、感湿特征量随环境温度的变化越大,环境温度变化所引起的相对湿度的误差就越小。B 错误

5、半导体湿度传感器的响应时间分为吸湿响应时间和脱湿响应时间，大多数湿度传感器都是脱湿响应时间大于吸湿响应时间。A 正确

6、湿度传感器在升湿和降湿往返变化时的吸湿特性曲线不重合，所构成的曲线叫湿滞回线。A 正确

7、压缩式压电加速度传感器中为便于装配和增大电容量常用两片极化方向相同的晶片，电学上串联输出。B 错误

8、SAW气敏传感器中，吸附膜吸收了环境中的某种特定气体，使基片表面性质发生变化，导致SAW振荡器振荡频率发生变化，通过测量频率的变化就可检测特定气体成分的含量。A 正确

9、感湿特征量变化越大，环境温度变化所引起的相对湿度的误差就越小。B 错误

10、压电传感器的系统功耗小，抗干扰能力强，稳定性好，是传感技术重点发展的方向之一。（A 正确）

11、磁电感应式感器是利用压电晶体谐振器的共振频率随被测物理量得变化而变化进行测量的。B 错误

12、某些晶体沿一定方向伸长或压缩时，在其表面会产生电荷（束缚电荷），这种效应称为压电效应。（A 正确）

13、热释电效应也是晶体的一种自然物理效应。A 正确

14、热电偶产生的热电动势是由两种导体的接触电动势和单一导体的温差电动势组成的。A 正确

15、一般压电材料都有一定的温度系数，温度变化引起的频偏往往超过压力变化引起的频偏，不必对温度变化引起的频偏进行补偿。B 错误

16、SAW压力传感器可用以监视心脏病人的心跳，用射频振荡器把信息发射出去实现遥测。A 正确

17、在环境湿度保持恒定的情况下，湿度传感器特征量的相对变化量与对应的温度变化量之比，称为特征量温度系数。A 正确

18、压电式传感器的测量线路中，电荷放大器的低频特性要比电压放大器好的多。A 正确

19、一般压电材料都有一定的温度系数，但不必对温度变化引起的。B 错误 20、晶体的压电效应是一种机电耦合效应。A 正确

21、压电谐振式传感器是利用压电晶体谐振器的共振频率随被测物理量变化而变化进行测量的。A 正确

28、石英晶体测量加速度基于压电效应。A 正确

1、光生伏特效应就是半导体材料吸收光能后,在PN结上产生电动势的效应。A 正确

2、半导体色敏传感器件利用了半导体特有的特性，构成彩色识别元件。A 正确

3、半导体色敏传感器可以用来直接测量从可见光到红外波段内各类辐射光的波长。B 错误

4、光电二极管的光谱特性与PN结的结深有关。A 正确

5、CCD图像传感器是按一定规律排列的MOS电容器组成的阵列。A 正确

7、数值孔径是反映纤芯接收光量的多少,标志光纤接收性能的一个重要参数。A 正确

8、在阶跃型光纤中，数值孔径越大光信号越易畸变。A 正确

9、光纤传感器中的弯曲损耗是有害的，必须消除。B 错误

10、光纤纤芯折射率高于包层的折射率。A 正确

11、根据全内反射原理，设计光纤纤芯的折射率要小于包层的折射率。B 错误

12、在光纤纤维传中传播模式很多对信息传输是不利的，因为同一光信号采取很多模式传播，就会使这一光信号分为不同时间到达接收端的多个小信号，从而导致合成信号的畸变。A 正确

13、暗市场传感器与亮市场传感器的不同之处在于:它使用从包层进入纤芯的光产生输出信号。B 错误

14、光电效应能否产生，取决于光子的能量是否大于该物质表面的溢出功。A 正确

15、为了使电子从价带激发到导带，入射光子的能量E0应该大于禁带宽度Eg。A 正确

16、光谱灵敏度为光电器件对单色辐射通量的反应与入射的单色辐射通量之比。A 正确

17、外光电效应分为光电导效应和光生伏特效应。B 错误

18、热释电效应是介质的固有电极化强度发生变化，使屏蔽电荷失去平衡，多余的屏蔽电荷被释放出来的现象。A 正确

19、入射光强改变物质导电率的物理现象,叫光电导效应，也称内光电导效应。A 正确 20、光电效应分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应。A 正确

21、光敏电阻的工作原理是基于光电导效应。A 正确

22、内光电效应分为两类，光电导效应和光生伏特效应。B 错误

23、光在半导体材料传播是不会产生衰减。B 错误

24、在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，入射光强改变物质导电率的物理现象称为内光电效应。A 正确

25、基于光生伏特效应的光电器件有光电二极管、光电三极管和光电池。A 正确

26、本征半导体（纯半导体）的Eg小于掺杂质半导体。B 错误

27、光敏电阻具有灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小，重量轻机械强度高，耐冲击，抗过载能力强，耗散功率小等特点。B 错误

28、当光电池密封良好、电极引线可靠、应用合理时，光电池的性能是相当稳定的，寿命也很长。A 正确

29、采用硅和锗材料的雪崩光电二极管的响应波长范围分别为0.5~1.5μm和1~1.5μm。B 错误 30、光纤集光能力的大小与入射到光纤端面的光线是否都能进入光纤息息相关。A 正确

31、光敏二极管是利用光生伏特效应制成的。A 正确

32、光敏电阻的暗电阻大。A 正确

33、入射光强改变物质导电率的物理现象叫光生伏特效应。

B 错误

34、当温度升高时，光敏电阻的暗电阻和灵敏度都下降，因此光电流随温度升高而减小。A 正确

35、光电池作为测量元件使用时，应利用短路电流与照度有较好线性关系的特点，可当做光电检测使用。A 正确

36、光电管属于外光电传感器。A 正确

37、在阶跃折射率光纤的纤芯-包层界面折射率突然从n1减小到n2，而在整个包层中折射率保持恒定。A 正确

38、渐变折射率光纤的折射率从纤芯中央开始向外随径向距离增加而逐渐增大，而包层中折射率保持不变。B 错误

39、光电器件有一定的惰性，在一定幅度的正弦调制光照射下，当频率较高时，灵敏度与频率无关；若频率降低，灵敏度就会逐渐降低。B 错误

40、光纤耦合器是使光信号能量实现分路/合路的器件。A 正确

41、在阶跃型光纤中，数值孔径越大光纤性能越好。B 错误

43、湿度传感器感湿特征量之值与外加交流电压的关系称为电压特性。A 正确

44、外光电效应制成的光电器有真空光电管、半导体光敏电阻。B 错误

45、位移光纤传感器中的两个光栅，适当的减小其中一个光栅栅元宽度可使灵敏度提高，动态范围也将大大的提高。B 错误

46、半导体色敏传感器可以用来直接测量从可见光到红外波段内单色的波长。A 正确

47、光电池研制的最主要问题是提高光电池的光电转换效率。A 正确

48、硅光电池的光谱响应波长范围比锗光的光谱响应波长范围广。B 错误

49、光电器件的灵敏度、暗电流或光电流与温度的关系称为温度特性，通常由曲线表示或温度特性给出。A 正确

50、当光通量一定时，阳极电流与阳（阴）电压的关系，叫光电管的伏安特性曲线。B 错误

51、硒光电池比硅光电池更稳定。B 错误

52、有机粘合剂通常用于低温、常温和中温，无机粘合剂用于高温。A 正确

53、半导体色敏传感器可用来直接测量从可见光到红外波段内的单设辐射的波长。A 正确

54、光电倍增管具有灵敏度高，谱响应范围宽，体积小，重量轻，机械强度高，耗散功率大，以及寿命长的等特点。B 错误

55、按传播模式多少可以将光纤分为单模和多模。A 正确

56、光纤耦合器又称分歧机，在电信网路、有线电视网络、用户回路系统。A 正确

57、当电源电压及电阻相对变化一定时，等臂电桥的输出电压及其电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。A 正确

58、只有当入射光频率高于红限频率时，光电效应才能够产生。A 正确

59、光敏电阻的亮电阻和暗电阻之差越大，说明性能越好，灵敏度越高。A 正确 60、在阶跃型光纤中，数值孔径越大“V值”越大。A 正确 61、半导体色敏传感器可以用来直接测量从可见光到红外波段内单色的波长，它有两个深度相同的PN结构成。B 错误

62、光纤的纤芯强度取决于纤芯和包层的光学性能。B 错误

63、通常外光电效应有红限频率，而内光电效应无红限频率。B 错误 64、金膜能吸收汞生成汞齐,是良好的检测汞的涂层材料。A 正确

65、入射光强改变物质导电率的物理现象,叫光电导效应。为使电子从价带激发到导带,入射光子的能量E0应大于禁带宽度Eg,即光的波长应小于某一临界波长λ0。A 正确

66、若光电倍增管用来监控连续光源,电容可以省去。使用中往往将电源负极接地,正极直接接到放大器的输入端。若将稳定的光源加以调制,则需要电容器耦合。在脉冲应用时,最好把电源正极接地利于降低噪声，输出可通过电容和下一级放大器耦合。B 错误 77、光敏电阻的工作原理是基于光生伏特效应的。B 错误

1、弹性敏感元件的弹性储能高，具有较强的抗压强度，受温度影响大，具有良好的重复性和稳定性等。B 错误

2、法布利干涉仪一种极灵敏的位置和长度测量装置，它是能用于现代科学的最灵敏的位移测量装置之一。A 正确

1、最适合做开关型温度传感器的是负温度传感器。B 错误

1、最适合做开关型温度传感器的是负温度传感器。B 错误

44、传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的分辨力就越低。B 错误

二、单选题

3、一个复杂的高阶系统总是可以看成是由若干个零阶、一阶和二阶系统（B 串联）而成的。

34、下列哪一项是金属式应变计的主要缺点。A 非线性明显

14、传感器的输出量通常为（B 电量信号）。

27、不属于传感器静态特性指标的是（D 固有频率）。

28、应变式传感器的温度误差产生的主要原因：（D 试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一, 使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。）

29、构件作纯弯曲形变时，构件面上部的应变为拉应变，下部为压应变，且两者是什么关系？（C 绝对值相同符号相反）

30、下面的哪个温度补偿方法是不存在的（C 电阻补偿法）

31、传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（D 分辨力越高）

32、按照依据的基准线不同，下面那种线性度是最常用的（D 最小二乘法线性度）

33、输入逐渐增加到某一值，与输入逐渐减小刀同一输入值时的输出值不相等是属于传感器静态特性的哪一种（D 迟滞性）。

34、符合对粘合剂的要求是：（A 机械滞后小）。

35、下列哪种温度补偿方法是常用和效果较好的补偿方法：（电桥补偿法）。

36、下面哪一个不是相位检测方法（B 内差检测）。

37、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括（D 差动放大法）。

38、电阻应变片的线路温度补偿方法不包括(C 补偿线圈补偿法)。

39、属于传感器动态特性指标的是（D 固有频率）。40、电阻应变计的电阻相对变化ΔR/R与应变ΔL/L=ε之间在很大范围内是线性的则k=（A ΔR/R/ε）。

35、下列哪一项不是半导体应变计的主要优点（C 准确度高）。

36、下列哪一项是半导体式应变计的主要优点（B 灵敏度高）。

37、电桥测量电路的作用是把传感器的参数转换为（B 电压）的输出。

38、下面那一项不是半导体应变计的优点（C 横向效应小）。

39、以下属于应变计温度误差产生的原因是：（D 敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化）。40、下列哪一项不是金属式应变计的主要缺点（D 响应时间慢）。

42、应变式传感器的温度误差产生的主要原因：（D 应变丝产生附加变形而造成的电阻变化）。

43、不能用应变式传感器测量的是（A 温度）。

1、螺管型差动变压器的衔铁和铁芯用同种材料制成，通常选（A 电阻率大，导磁率高，饱和磁感应大的材料）。

2、组合式压力传感器用于测量（B 小压力）。

3、下列哪一项属于相位型传感器的缺点（C 结构较复杂，检测也需要复杂的手段）。

22、薄膜湿度传感器的响应时间为：（A 1～3s）。

23、下列对于压缩式电加速度传感器的描述正确的是：（D 按照压电式传感器的工作原理及其等效电路，传感器可看成电压发生器，也可看成电荷发生器）。

25、下列哪一项不是热释电材料的来源：（B 金属）。

26、下面哪项不是SAW传感器的优点：（A 分辨率低）。

27、压电式加速度传感器是（D 适于测量动态信号的）传感器。

31、下面哪个不是压电加速度传感器：（B 压电谐振式传感器）。

32、在强声场中测振，要选用灵敏度低的（A 压电式加速度）传感器。

33、石英晶体测量加速度基于哪个物理效应（B 压电效应）。

6、光生伏特效应就是半导体材料吸收光能后，在PN结上产生（B 电动势）的效应。

42、光纤纤芯折射率要（A 高于）包层的折射率。

67、下面的哪些传感器不属于内光电传感器（A 光电管）。68、对光纤传感器的特点叙述错误的是：（C 频带宽动态范围小）。

69、下列关于光电管哪一项是正确的（B 当光通量一定时，阳极电压与阳极电流的关系，叫光电管的伏安特性曲线）。

70、下面的哪些传感器属于外光电传感器（A 光电管）。71、下面的哪些传感器不属于内光电传感器（A 光电管）。72、下列哪个是APD的优点：（B 灵敏度高）。

73、下面哪个不是光敏电阻的优点（D 耗散功率小）。

74、采用硅材料的雪崩式光电二极管的响应波长范围(B 0.4-1.0μm)。75、下面哪个不是反射式光纤位移传感器的特点：（D 精度高）。76、半导体色敏传感器又称为（A 双结光电二极管）。78、反射式光纤位移传感器属于振幅型光纤传感器的一种，其测量位移与输出有如下关系（B 在一定范围内位移与输出信号成线性关系）。

79、下面哪个属于强度型光纤传感器（C 光纤测压传感器）。80、目前光纤传感器通常采用四种不同的干涉测量结构，以下哪一种不属于上述四种结构的是（D 伽利略）。

81、光电池种类很多，其中（D 硅光电池）的光电转换效率高，寿命长，价格便宜。82、数值孔径NA是光纤的一个重要参数，以下说法不正确的是（B 光纤的数值孔径与其几何尺寸有关）。

83、下面哪个不是光纤传感器具有的优点（B 频带宽动态范围小）。92、光敏电阻的工作原理基于（B 光电导效应）。

3、表明声波传感器可以通过测量频率的变化就可检测特定气体成分的含量，其选择性的吸附膜的选择非常重要，常用三乙醇胺薄膜选择性测量(D SO2)。

2、下列选择性吸附膜所对应的敏感气体正确的是（D 酞箐膜（敏感NO2））。

3、下列哪一项是非电阻型半导体气敏器件（A Ag2O）。

4、下列哪一项金属是最良好的检测汞的涂层材料（D 铁）。

5、对于我们日常生活中，所谓湿度的定义说法正确的是（D 气体的绝对湿度与同一温度下饱和水汽压Ps的百分比）。

2、下列选择性吸附膜所对应的敏感气体正确的是（D 酞箐膜（敏感NO2））。

3、下列哪一项是非电阻型半导体气敏器件（A Ag2O）。

4、下列哪一项金属是最良好的检测汞的涂层材料（D 铁）。

5、对于我们日常生活中，所谓湿度的定义说法正确的是（D 气体的绝对湿度与同一温度下饱和水汽压Ps的百分比）。

8、以下那个质量是直接影响传感器的性能和精度（B 弹性敏感元件）。

9、传感器一般包括敏感元件，还包括（A 转换元件）。

10、下列传感器不属于按基本效应分类的是（D 真空传感器）。

三、多选题

7、传感器按照工作原理通常分为（）。B 结构型；D 物理型

54电阻应变片的线路温度补偿方法有（）。

A 差动电桥补偿法；B 补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法；D 恒流源温度补偿电路法

11、下列属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（）。A 应变式传感器；C 压电式传感器；D 热电式传感器

12、传感器一般由（）组成。

A 敏感元件；B 转换元件；C 转换电路

13、传感技术的研究内容主要包括（）。A 信息获取；B 信息转换；C 信息处理

1、一个复杂的高阶系统总是可以看成是由（）串联而成的。A 零阶；B 一阶；C 二阶

42、存在灵敏度界限的原因是（）。

A 输入的变化量通过传感器内部被吸收，因而反映不到输出端上；C 传感器输出存在噪声

44、下列哪些是半导体应变计的优点（）。

A 灵敏度高；B 体积小、耗电省；D 机械滞后小，可测量静态应变、低频应变等。

45、因环境温度改变而引起的附加电阻变化或者造成的视应变，与下列哪些因素有关（）。A 环境温度变化；B 应变计本身的性能参数κ、α、β；C 被测构件的线膨胀系数βg

46、在应变式传感器应用中，温度的补偿方法主要有（）。

A 应变计自补偿法；B 电桥补偿法；C 辅助测温元件微型计算机补偿法；D 热敏电阻补偿法

47、半导体式应变计的主要特征有哪些（）。

A 测量应变的灵敏度和精度高；B 测量范围大；D 能适应各种环境

48、金属式应变计的主要缺点有哪些（）。A 非线性明显；D 抗干扰能力差

50、制作应变计敏感元件的金属材料应有如下要求（）。A k0大，并在尽可能大的范围内保持常数。；D 电阻率ρ大；E 电阻温度系数小

51、应变式传感器与其他类型传感器相比有以下特点（）。B 测量范围广、精度高。；C 频率响应特性较好。；E 能在恶劣的环境条件下工作。

52、通常用应变式传感器测量（）。B 速度；C 加速度；D 压力

4、电感式传感器可以对（）等物理量进行测量。A 位移；B 振动；C 压力；D 流量

24、下面哪项是SAW传感器的优点：（）。B 灵敏度高；D 可靠

29、下列关于热释电效应说法正确的是（）。

A 利用热释电效应的光电传感器包含光-热、热-电，两个阶段的信息变换过程。B 热-电阶段是利用某种效应将热转变为电信号。；C 光-热阶段是吸收了光以后温度升高。30、在光线作用下,半导体的电导率增加的现象属于（）。B 内光电效应；D 光导效应

84、光电器件的温度特性可以是下列哪些元素与温度的关系（）。B 灵敏度；C 暗电流； D 光电流

85、设计光纤微弯传感器时，下面说法正确的是（）。A 在光纤微变传感器中的变形器前后一定要有模式除去器。；D 暗视场信号放大倍数比亮视场的放大倍数大。

86、下面的哪些传感器属于内光电传感器（）。C 光敏电阻； D 光电二/三极管； E 光电池

87、光纤传感器中常用的光探测器有以下哪几种（）。A 光敏二极管； B 光电倍增管；C 光敏晶体管 88、下面基于外光电效应的光电器件有（）。A 光电管； B 光电倍增管

89、对于光电管的基本特性，下面说法正确的是（）。A 当入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降。；

D 温度变化对光电管的光电流影响很小，而对暗电流影响很大。90、发射光纤和传送光纤的分布有哪几种（）。

传感与检测技术 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.

传感器与检测技术教学改革探索 篇7

感测技术以信息的获取、转换和处理为主要内容与计算机技术、通信技术等一起,成为信息技术的支柱学科,为生产发展和科技进步做出了重要贡献。这门课程是对已学课程知识的综合应用,也为后续课程夯实了基础。

1 感测技术教学现状以及存在的问题

感测技术课程教学一些问题不容忽视,存在学校传授的相关知识体系与社会要求不符的矛盾,课本内容陈旧与新技术、新应用发展速度快的矛盾,内容多与学时少的矛盾,理论多与实践少的矛盾等。

1.1 传统教学内容

目前感测技术课程内容包括传感器和检测技术两部分,主要内容是传感器部分,检测技术内容较少。

教材传感器部分主要内容是介绍传感器的工作原理、内部结构、转换电路,甚至是敏感元件的制作材料和工作原理等,内容多而繁杂,不仅涉及电学、磁学、力学、光学、声学、化学、生物学、数学、材料、机械原理、计算机技术等多门学科,还涉及工业现场的一些实际情况及制作工艺学等。其中很多内容学生都不甚了解,过多篇幅阐述这部分内容容易增加学生的畏难情绪,降低学生学习的积极性。

现行教材传感器部分没有涉及新型传感器技术的理论知识及其应用,不利于学生拓宽知识面,不符合宽口径人才培养模式。

课程中,检测技术内容仅限于检测的基本概念,检测的一般方法。

1.2 传统教学手段

传统教学手段是理论教学加实验,而且以理论教学为主。以我校为例,大纲规定总课时为44学时,其中,理论教学36学时,实验8学时。理论教学,教师讲得费力,学生听得茫然,学生积极性不高。实验也基本是对着实验报告验证数据,收效甚微。

1.3 传统考核方法

课程考核方法一般是以考试为主,辅以作业、考勤评价学生学习状况,这种考核方法无法激发学生学习的积极性和主动性,不能真实反映学生的学习能力、对知识的掌握程度及其专业应用能力。

2 教学改革的思路及实现

2.1 优化教学内容体系

2.1.1 归纳整理,淡化理论

目前,本科毕业生中从事理论研究和传感器设计的比较少,只需要他们粗线条地掌握常用传感器的工作原理以满足后续课程需求,并能依据有关产品手册选用传感器以适应未来工作的要求。因此,只需概略性地介绍传感器的基本理论和基本结构,而不必深究其内部的结构和原理。

2.1.2 增加新型传感器和传感器的新应用

针对教材中新传感器、传感器新应用内容少这一问题,我们在教学过程中增加了许多新型传感器,如:智能传感器、网络传感器、无线传感器、虚拟仪器等。结合中国和世界重大科技活动,引导学生关注传感器新的应用领域,如:传感器在嫦娥探月、神舟飞船等工程中的应用,在物联网、智能电网中的应用等。

2.1.3 增加新的检测技术和分析、处理技术

在传统的检测技术基础之上,我们增加了多传感器融合技术、数据驱动技术等较为前沿的数据分析和处理技术,测量不确定度与回归分析。增加了感测数据的传输,传感器网络等内容。

2.2 多样化教学手段

理念决定方法。教师是主导,学生是主体,在教学中,学生作为学习和吸收知识的主体,教师要引导学生去学习,激发学生的学习兴趣,发挥学生的学习主动性提高学生的学习能力。教学手段的改进也是基于这样的理念。

对于整合后的教学内容,根据不同内容的特点,相应地我们也采取了多样化的教学手段。

2.2.1“模块化”教学模式

传感器这部分内容中各种传感器除了工作原理不同外,其知识结构基本相同。根据其特点,我们采用了“模块式”的教学模式,将学生根据其兴趣分成若干小组,每小组负责一类他们感兴趣的传感器,让他们自己以教材为基础,参考、查阅相关资料,做出所负责部分内容的PPT课件,在课前给学生20分钟时间让他们自己讲解,然后其他组点评。课堂上教师只要做一些补充就行了。刚开始我们担心的问题很多,如学生的自学能力等。实际教学效果远比我们设想的要好。每组同学都很认真,查阅的资料也很丰富,PPT做得也十分漂亮。由于增加了点评这一环节,同学们除了关注本组内容,也很热心其他组的内容,竞争氛围浓厚。

2.2.2“开放型”教学模式

讲完每一类传感器理论内容后,我们在原来的实验内容基础上,设计了拓展实训。在规定课外时间内,开放学校的实验室,让学生在实验室平台上做些修改去完成实训任务。由于实验室开放时间和实验仪器的限制刚开始时,实训任务完成得并不理想。后来我们借助虚拟仪器和Matlab仿真,设计了一些拓展实训任务,效果很好,也符合学生的口味。

由于采用了“模块化”“开放型”教学模式,传感器这部分内容所用时间相对以前大大减少,而且教学效果尤为突出。

2.2.3“启发式”教学模式

新型传感器、传感器的新应用和新的检测技术也基本上以学生为主体,限于学生的知识面,一般都是教师给出范围,在课堂上针对不同问题,给学生一定的信息,启发学生。由学生小组去查找资料,以小论文的形式上交,详细摘要做成PPT在课堂上讲解。当然也有不少同学有自己的新发现。

以上模式中,都是以学生小组为一个学习单位,而且每一次小组成员都不同,这样既加强了学生的团队观念,又激发了他们的竞争意识。

2.3 改革考核方法

针对上述整合后的内容和多样化的教学手段,我们改革了考核方法,制订了相应的考核评价体系。其主要内容由4部分组成:传感器部分的资料查阅和PPT的制作;拓展实训部分的完成情况;新知识的资料查阅情况和PPT的制作;期末考试,当然还要考虑出勤等因素。考试已经不是我们考核的唯一方式了。

3 结束语

教学内容、教学手段和考核方法是一体的,它们之间相辅相成,相互促进。整合后的教学内容需要与之相应的教学手段和考核方式来实现,多样化的教学手段能使教学任务事半功倍,设置合理的考核评价体系不仅考核学生的学习内容,也应该能评价学生的学习能力。通过传感器与检测技术课程教学的改进,激发了学生学习的积极性和主动性,加深了学生对这门课程的理解,提高了学生的学习能力,融知识传授、能力培养、素质教育为一体。

参考文献

[1]胡向东,刘京诚,余成波.传感器与检测技术[M].北京:机械工业出版社,2009

[2]朱成杰,欧阳名三,陈静.感测技术课程教学方法的探讨与改革[J].中国科技信息,2009,5

光纤传感技术的发展与应用 篇8

作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤,具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点,例如:具有抗电磁和原子辐射干扰的性能;径细、质软、质量轻的机械性能;绝缘、无感应的电气性能;耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等,它能够在人达不到的地方(如高温区)或者对人有害的地区(如核辐射区),起到人的耳目的作用,而且还能超越人的生理界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。因此,光纤传感技术一问世就受到极大重视,几乎在各个领域得到研究与应用,成为传感技术的先导,推动着传感技术蓬勃发展[2]。光纤传感技术是以光电子学器件为基础、以光纤通讯和集成光学的技术为前提创造性地发展起来的。光通讯技术的发展也促进了光纤传感器的发展[3]。

1 光纤的结构及其分类

1.1 光纤的结构

光纤是光导纤维的简称。目前最主要的通信光纤的材质是高纯度的石英玻璃为主,掺少量杂质锗、硼、磷等。光纤的典型结构是一种细长多层同轴圆柱形实体复合纤维。自内向外为:纤芯、包层、涂覆层、护套。一般纤芯采用石英纤维,包层采用玻璃,涂覆层采用聚氨基甲酸乙酯或硅酮树脂,护套采用尼龙或聚乙烯等塑料[4]。核心部分为纤芯和包层,二者共同构成介质光波导,形成对光信号的传导和约束,实现光的传输,所以又将二者构成的光纤称为裸光纤。涂覆层又称被覆层,是一层高分子涂层,主要对裸光纤提供机械保护,因裸光纤的主要成分为二氧化硅,它是一种脆性易碎材料,抗弯曲性能差、韧性差。为提高光纤的抗微弯性能,涂覆一层高分子涂层。另外,如将若干根裸光纤集束成一捆,相互间极易产生磨损,导致光纤表面损伤而影响光纤的传输性能,为防止这种损伤,采取的有效措施就是在裸光纤表面涂一层高分子材料。

光纤是用光透射率高的电介质(如石英、玻璃、塑料等)构成的光通路,纤芯的折射率比包层的折射率稍大,这样利用全反射的原理把光约束在纤芯内并沿着光纤轴线传播。当入射光线在纤芯和包层界面满足全反射条件时,光波就能沿着纤芯向前传播[5]。

1.2光纤的分类

1.2.1按光纤的材料分类

(1)高纯度石英(Si O2)玻璃纤维:这种材料的光损耗比较小,在适当波长时,最低损耗约为0.47 d B/km。锗硅光纤,包层用硼硅材料,其损耗约为0.5 d B/km。

(2)多组分玻璃光纤:用常规玻璃制成,损耗也很低。如硼硅酸钠玻璃光纤,在适当波长时,最低损耗为3.4 d B/km。

(3)塑料光纤:用人工合成导光塑料制成,其损耗较大,可达到100~200 d B/km。但其质量轻,成本低,柔软性好,适用于短距离导光。

1.2.2 按光纤的折射率分类

根据光纤纤芯与包层折射率的分布情况,可把光纤分为阶跃型光纤和渐变折光纤两类[4]。

(1)阶跃型光纤:这种光纤的纤芯和包层的折射率都是一个常数,纤芯的折射率高于包层的折射率,折射率在纤芯与包层的界面处有一个突变。进入这种光纤的光线只要满足全反射原理,就会在纤芯中沿折线路径向前传播。(2)渐变型光纤:这种光纤包层的折射率为一常数,纤芯的折射率从中心开始随其半径的增加而逐渐变小,到包层与纤芯的界面处折射率下降到包层的折射率。进入这种光纤的光线因入射角不同将沿着波浪形曲线路径向前传播。

1.2.3 按光纤的传输模式分类

根据光纤的传输模式,可把光纤分为单模和多模两种[4]。光纤的传输模式是指光进入光纤的入射角度。当光在直径为几十倍光波长的纤芯中传播时,以各种不同角度进入光纤的光线,从一端传至另一端时,其折射或弯曲的次数不尽相同,这种以不同角度进入纤芯的光线的传输方式称为多模式传输。可传输多模式光波的光纤称为多模光纤。如果光纤的纤芯直径为5~10μm,只有所传光波波长的几倍,则只能有一种传输模式,即沿着纤芯直线传播,这类光纤称为单模光纤。多模光纤可以是阶跃型,也可以是渐变型,而单模光纤大多为阶跃型。

2 光纤传感器的工作原理

2.1 光纤的传光原理

光的全反射现象是研究光纤传光原理的基础。根据几何光学原理,当光线以较小的入射角θ1由光密介质1射向光疏介质2(即n1>n2)时(见图1),则一部分入射光将以折射角θ2折射入介质2,其余部分仍以θ1反射回介质1。

依据光折射和反射的斯涅尔(Snell)定律,当θ1逐渐增大,直至θ1=θc时,透射入介质2的折射光也逐渐折向界面,直至沿界面传播。对应于折射角θ2=90°时的入射角θ1称为临界角θc;当θ1>θc时,光线将不再折射入介质2,而在介质1(纤芯)内产生连续向前的全反射,直至由终端面射出。这就是光纤传光的工作原理。

光在纤芯和包层的界面处的全反射是光在光纤中传播的必要条件。在全反射情况下,光在光纤中的传输功率可达99.9%。如果光纤制造不理想,在纤芯与包层界面处有缺陷,就会导致有折射光进入包层,从而造成光的功率损耗[4]。

2.2 光纤传感器基本构成及原理

光纤传感器是利用光导纤维的传光特性,把被测量转换为光特性(强度、相位、偏振态、频率、波长)改变的传感器。光纤传感器一般由光源、入射光纤、出射光纤、光调制器、光探测器及解调器等组成(如图2所示)。其基本工作原理是将来自光源的光经过入射光纤送入调制区,光在调制区内与外界被测量相互作用,使光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化而成为被调制的信号光,再经出射光纤送入光探测器、解调器而获得被测参数[6]。

3 光纤传感器的分类

3.1 按传感原理分类

光纤传感器按传感原理可分为两类:一类是传光型(或称非功能型)传感器;另一类是传感型(或称功能型)传感器[6]。

3.1.1 非功能型传感器

非功能型传感器是利用其他敏感元件感受被测量的变化,光纤仅作为信息的传输介质,常采用单模光纤。光纤在其中仅起导光作用,光照在光敏感元件上受被测量调制[7]。其优点是无需特殊光纤及其他特殊技术,比较容易实现,成本低。缺点是灵敏度较低。因此,常用于灵敏度要求不太高的场合。目前实际应用的光纤传感器大多是非功能型的。

3.1.2 功能型传感器

功能型传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件,被测量对光纤内传输的光进行调制,使传输光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化,再通过对被调制过的信号进行解调,从而得出被测信号。光纤在其中不仅是导光媒质,而且也是敏感元件,光纤同时具有“传”和“感”的功能,光在光纤内受被测量调制,多采用多模光纤[7]。其优点是结构紧凑,灵敏度高。缺点是须用特殊光纤,成本高。典型例子,如光纤陀螺等。

3.2 其他分类方法

光纤传感器按被调制的光波参数不同可以分为强度调制光纤传感器、相位调制光纤传感器、频率调制光纤传感器、偏振调制光纤传感器和波长(颜色)调制光纤传感器。光纤传感器按被测对象的不同可以分为光纤温度传感器、光纤压力传感器、光纤位移传感器、光纤浓度传感器、光纤电流传感器、光纤流速传感器等[8]。

4 光纤传感器的特点

光纤传感器用光纤作为传递信息的媒介,具有光纤和光学测量的一些特点[9]:(1)抗电磁干扰。光纤传感器应用光纤的光学特性,因此可以抵抗电磁干扰,特别适用于大电流、强磁场、强辐射等环境,能够解决很多传统传感器无法解决的问题;(2)电绝缘。光纤传感器中的光纤是电介质,敏感元件也可用电介质制作,因此具有良好的电绝缘性,特别适合高压供电系统的测量;(3)高灵敏度。利用光作为信息载体,具有光学测量高灵敏度的特点,可以实现某些精密测量;(4)低损耗。由于光纤的传输损耗很小,因此利用光纤传感器技术可实现对被测量的远距离监控。

例如光纤温度传感器,与传统的温度传感器相比,它具有许多优点:电绝缘、抗电磁干扰、非侵入性和高灵敏度,容易实现对被测信号的远距离监控。其几何形状有多方面的适应性,传输频带宽,可以是一个电气无源系统。因此还具有耐水性好、抗腐蚀性强、可高密度传输数据等特点[10]。

5 光纤弯曲损耗

在实际使用光纤的过程中不可避免地存在弯曲,此外为了获取具有某些特殊性质的器件,也需要将光纤弯曲(如光纤偏振器)。因此,研究光纤弯曲对其特征参量的影响非常重要[11]。当光纤弯曲曲率大到一定程度后,光的传输途径会改变,一部分光渗透到包层中或者穿过包层成为辐射模向外泄漏损失掉,从而产生弯曲损耗[12]。光纤弯曲损耗分为微弯损耗和宏弯损耗两种。

5.1 微弯损耗

微弯损耗是光纤的曲率半径比光纤直径小,通常是光纤轴产生微米级的弯曲(微弯)引起的附加损耗。光纤微弯传感器是利用光纤的微弯损耗效应来探测外界物理量的变化,是典型的强度调制型光纤传感器。目前,光纤微弯传感已是较成熟的传感手段。但是光纤微弯传感系统需要外加变形器来形成有效的传感部位,要求变形器具有很高的精度;同时在一些特殊场合,例如智能结构中的应用就受到了限制;而且微弯光纤弯曲部分的尺寸只在微米级,这使微弯传感器只能在很小的位移范围内操作,所能感测的外界变化量较小[12]。

5.2 宏弯损耗

当光纤弯曲时,光在弯曲部分中进行传输,要想保持同相位的电磁场在一个平面里,则传导模的平面波前必须以弯曲光纤的曲率中心为中心旋转,故越靠近外侧,其沿光纤轴的纵向速度必须越大,当超过某个临界曲率时,相速度就会大于包层平面波的相速度,传导模就会变成辐射模,从而引起光束功率的损耗,这就是宏弯损耗[13]。宏弯损耗是光纤的曲率半径比光纤直径大的多的弯曲(宏弯)引起的附加损耗。相比之下,光纤宏弯传感器具有使用时不需要外加变形器、结构简单、易操作、灵敏度高、稳定性好等优点,因此,应用范围更加广泛[12]。

6 光纤传感技术的发展现状与应用

6.1 光纤传感技术的发展现状

近年来,随着研究的深入和技术的创新,光纤传感技术取得了较快的发展,其中比较突出地体现在以下四个方面[14]。

(1)光纤光栅传感器[2,15]。光纤光栅传感器是最近几年国内外传感器领域的研究热点之一。常见的光纤光栅传感器通过测量布喇格波长的漂移实现对被测量的检测。光纤光栅传感器具有灵敏度高,易构成分布式结构,在一根光纤内可以实现多点测量,可对大型构件进行实时安全监测,也可以代替其他类型结构的光纤传感器,用于化学、压力、加速度传感中。光纤光栅传感器由于其独特的优势,适用于多种场合测量。国内外对其进行了大量的研究,主要集中在以下几个方面:对具有高灵敏度、高分辨率,且能同时感测应变和温度变化的传感器研究;开发低成本、小型化、可靠且灵敏的探测技术系统的研究;实际应用研究,包括封装技术、温度补偿技术、传感网络技术。目前,随着实用、廉价的波长解调技术进一步发展完善,光纤光栅传感技术已经向成熟阶段接近,部分也已经商用化。但在性能和功能方面需要提高。

(2)阵列复用传感系统[16,17]。阵列式光纤传感系统即采用波分复用、空分复用、时分复用等方式,将单点光纤传感器阵列化,实现空间多点的同时或者分时传感,也称为准分布式系统。目前应用最为广泛的是光纤光栅阵列传感和基于干涉结构的阵列光纤传感系统。阵列化光纤传感的优点是可以实现大范围、长距离多点传感,是大规模光纤传感发展的一个重要趋势。今后,阵列式光纤传感系统的研究方向是综合复用方式的应用,如相干光纤光栅组结构,将光纤光栅高波长选择性能、易与光纤耦合、插入损耗低的优点与干涉型结构灵敏度高、检测速度快的优点相结合,非常适合大规模组网传感。而阵列化的发展方向也对各个传感元的灵敏度、稳定性、批量制作可重复性、解调的快捷准确等提出新的要求。

(3)分布式光纤传感系统[17,18]。分布式光纤传感系统是根据沿线光波分布参量,同时获取在传感光纤区域内随时间和空间变化的被测量的分布信息,可以实现长距离、大范围的连续、长期传感,也是当今光纤传感发展的一个重要趋势。目前,基于各种散射机理的分布式传感系统是光纤传感领域的一个研究热点,包括后向瑞利散射分布式光纤传感技术、基于自发及受激拉曼散射的分布式传感技术、基于自发及受激布里渊散射的分布式光纤传感技术、前向传输模耦合技术等。不同技术具有自身的特点,在具体应用中应该根据需要恰当选择。分布式光纤传感系统在空间上具备测量的连续性,避免使用大量分立的传感元件,降低了传感部分的系统成本。

(4)智能化光纤传感系统[17,19]。目前光纤传感的智能化主要体现在光纤传感与通信技术及计算机技术的融合,实现各种功能的智能化,实现信号获取、存储、传输、处理于一体。智能化光纤传感系统在许多新型应用领域受到广泛关注,如智能材料、环境感知、声发射检测、石油测井等。基于光纤传感的智能材料可以实现对周围环境变化的自判断性、自适应性、自诊断性、自修复性等诸多性能,在汽车工业、航空航天、医疗、安防、体育及土木工程等领域有着广泛的应用。

6.2 光纤传感技术的应用[6,9,20]

光纤传感器的应用范围很广,几乎涉及国民经济和国防上所有重要领域和人们的日常生活,尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用,解决了许多行业多年来一直存在的技术难题,具有很大的市场需求。主要表现在以下几个方面。

(1)建筑工程。在建筑工程中,可以利用光纤传感器实时监测桥梁、大坝、重要建筑物等的温度、应力、压力、振动、倾角等物理量,以评估其短期及长期的结构安全性能。例如桥梁、大坝、油田等的干涉陀螺仪和光栅压力传感器可预埋在混凝土、碳纤维增强塑料及各种复合材料中,用于测试应力松弛、施工应力和动荷载应力,从而评估桥梁短期施工阶段和长期营运状态的结构性能。目前,光纤传感技术主要为“点式”。对大型工程来说,点式光纤传感技术感应分布分散,若问题部位不分布在布有传感器的点上,则不敏感甚至不感应,极易造成疏漏。南京大学工程管理学院张旭苹教授提出的“基于布里渊效应的连续分布式光纤传感技术”添补了这项技术在国内的空白。连续分布式光纤传感器可以将任何一项大型建筑工程与互联网连接起来,通过温度和应力的检测,24小时监测工程的“健康状况”。例如在温度检测方面的应用。常用的温度检测方法很多,如热敏电阻式、热电偶式等,它们都是基于温度变化引起其物理参数(电阻值、电势等)的变化原理实现温度的检测。若在微波能应用、电力机械设备等高温、强腐蚀、强电磁干扰等恶劣环境中实现温度检测,传统的温度检测方法不再适用,而光纤温度传感器解决了这一困难,且温度检测分辨率高、灵敏度高、测温范围宽[21]。线型光纤温度传感系统是一种用于实时测量空间温度场分布的传感系统,可对光纤所敷设部位的温度分布进行不间断的监测,遇异常的温度变化则锁定事故部位并立即报警,特别适用于要在大范围内进行多点温度测量的场合。应用这种新型的在线监测传感技术构建的新型感温探测系统,提高了消防自动报警的可靠性、灵敏度、准确度[22]。

(2)电力系统。在电力系统中,需要测定温度、电流等参数,如对高压变压器和大型电机的定子、转子内的温度检测等,由于电类传感器易受强电磁场的干扰,无法在这些场合中使用,只能用光纤传感器。例如电厂的电流电压光纤传感器;用布拉格光栅传感器网络对发电机、转换器进行温度、振动监测;用复合光纤对高压体进行分布式拉曼温度“热点”探测及Brillouin压力监测。

光纤传感器以其特有的抗电磁干扰能力在电力系统中可用于测量电流、电压、温度等参数。基于光时域反射OTDR(optical time-domain reflectometry)的布里渊分布式光纤传感器通过测量背向瑞利散射光得到沿光纤的衰减分布,对光缆衰减特性和断点的测量性能良好,但是由于瑞利散射光基本不受温度和应力等外界条件的影响,所以这种测量方式不能用于检测环境温度和应力对光纤性能的影响,其应用受到了一定的限制。基于布里渊光时域反射(BOTDR,Brillouin optical time-domain reflectometry)的分布式光纤传感系统与在光纤测量中广泛应用的OTDR相似。BOTDR光纤传感系统测量的是光纤的自发布里渊散射信号,其信号强度非常微弱,但可以采用相干检测技术提高系统信噪比。这种方案可单光源、单端工作,系统简单,实现方便,而且可同时监测光纤断点、损耗、温度和应变。目前已经报道了测量距离30 km以上、温度分辨率4℃、空间分辨率20m的温度和应变同时测量的系统,该系统在只测量温度时,测量距离可达150 km。

(3)石油化工系统。在石油化工系统、矿井、大型电厂等,需要检测氧气、碳氢化合物、CO等气体,采用电类传感器不但达不到要求的精度,更严重的是会引起安全事故。因此,研究和开发高性能的光纤气敏传感器,可以安全有效地实现上述检测。光纤传感器可以克服恶劣的井下环境取代传统的电子传感器,实现油井的持气率、含水率、压力、温度、多相流和声波的测量。目前在石油测井系统中主要应用的是非本征光纤F-P腔传感器。非本征光纤F-P腔传感器主要是基于光的多光束干涉原理,利用温度、压力变化与光纤F-P腔之间的对应关系,实现温度和压力的测量。

(4)环境监测、食品安全。在环境监测、临床医学检测、食品安全检测等方面,由于其环境复杂,影响因素多,使用其他传感器达不到所需要的精度,并且易受外界因素的干扰,采用光纤传感器可以具有很强的抗干扰能力和较高的精度,可实现对上述各领域的生物量的快速、方便、准确地检测。目前,我国水源的污染情况严重,临床检测、食品安全检测手段比较落后,光纤传感器在这些领域具有良好的市场前景。

石油污染已经成为我国水域环境的主要问题之一,为了掌握石油污染的动态变化趋势,需实时在线测量水中石油浓度。燕京大学的王书涛、崔彦彦等从荧光测量的基本原理出发,研究了水中矿物油荧光检测机理、用荧光法和全光纤传感技术实现石油浓度测量的可行性,建立了水中油浓度的测算模型,确定了其荧光检测的最佳激发波长和荧光波长范围,根据得到的荧光特性设计了荧光激发、吸收和传输的光学系统。该方法可广泛应用于水中油检测方面[23]。

(5)医学及生物传感器。医学临床应用光纤辐射剂量计、呼吸系统气流传感系统;圆锥形微型FOS测量氧气浓度及其他生物参数;用FOS探测氢氧化物及其他化学污染物;光纤表面细胞质粒基因组共振生物传感器;生物适应FOS系统应用于海水监测、生化技术和医药。在临床医学上,由于光纤传感器柔软、小巧、自由度大、绝缘、不受射频和微波干扰、测量精度高,常用于对人体血管等的探测,人体外科校正和超声波场测量等。光纤内窥镜使得检查人体的各个部位几乎都是可行的,且操作中不会引起病人的痛苦与不适,其中光纤血管镜已应用于人类的心导管检查中。光纤内窥镜不仅用于诊断,目前也正 进入治疗 领域中 ,例如息肉 切除手术等。光纤温度传感器在癌症治疗方面的研究和应用正日益兴起。目前在临床医学中应用最多的仍然是分布式光纤传感器。

(6)军事安防。光纤传感器可用于水声探潜(光纤水听器)、光纤铡导、姿态控制(光纤陀螺)、航天航空器的结构损伤探测(智能蒙皮)以及战场环境的探测等方面。在航空航天领域中,战术导弹用光纤陀螺测量导弹运动过程中的俯仰角、偏航角和横滚角,以引导导弹准确命中目标。美国首先采用光纤陀螺精确制导炸弹,在伊拉克等战场上已取得了较好的效果。光纤陀螺还应用于雷达无人控制直升机的姿态控制。目前能广泛应用于海防领域的光纤传感器是研发最早、发展最快的光纤水声传感器(光纤水听器),由光纤水听器构成的海防传感网络系统,是目前正在开发的新型防卫系统,该系统已开始用于海上边防和重要军事地区的海防警戒。近几年发展起来的基于光纤传感技术的光纤网络安全警戒系统也开始在边防及重点区域防卫中得到推广应用。目前,世界上发达国家使用的安全防卫系统就是基于分布式光纤传感网络系统的安全防卫技术。

7 光纤传感技术发展的主要方向

光纤传感技术及其相关技术的迅速发展,满足了各类控制装置及系统对信息的获取与传输提出的更高要求,使得各领域的自动化程度越来越高,作为系统信息获取与传输核心器件的光纤传感器的研究非常重要[6]。目前,光纤传感器技术发展的主要方向是[20]:(1)多用途。即一种光纤传感器不仅只针对一种物理量,更要能够对各种物理量进行同时测量;(2)提高分布式传感器的空间分辨率、灵敏度,降低其成本,设计复杂的传感器网络工程。注意分布式传感器的参数,即压力、温度,特别是化学参数(碳氢化合物、一些污染物、湿度、PH值等)对光纤的影响;(3)新型传感材料、传感技术等的开发;(4)在恶劣条件下(高温、高压、化学腐蚀)低成本传感器(支架、连接、安装)的开发和应用;(5)光纤连接器及其他微技术(微机械、微流态学、喷镀薄膜等)结合的微光学技术。

8 展 望

传感与检测技术 篇9

传感器是信息采集的主要手段和途径,是自动化测控系统的首要环节。一方面,随着科技的不断进步以及新能源和新材料不断的被开拓,各种新型传感器不断涌现。另一方面,近年来各个院校尤其是高职院校高度重视对学生实践动手能力的培养,逐步压缩理论课时、并加大实践课程课时。面对这些新情况,《传感器与检测技术》这门课程非常有必要进行教学改革,调整其教学内容,改进其教学方法。根据我校的实际情况,结合学生的特点,我们进行了一系列教学改革。

1 教学内容的改革

《传感器与检测技术》是一门同实践与应用紧密结合的课程,传感器技术日新月异,相应的《传感器与检测技术》的教学内容和教学重点也应及时调整。

1.1 选择合适的教材,调整理论教学内容

在选用教材时 , 我们主要遵循以下原则 : 一 , 应覆盖教学大纲规定的主要内容;二 , 结合我校学生的实际情况,教材内容不能太难,其理论分析和公式推导过程应尽量简单 ;三,侧重于传感器的具体应用 ;四,包含传感器的最新动态,具有时代性和先进性。即 :教学内容不仅要包含最基本和最核心的知识,而且要包括最新技术及发展动态。

1.2 以被测对象为主线,同时兼顾测量原理的对比

目前《传感器与检测技术》的教材,一般分为两大类 :一类按照检测对象为主线,分别介绍温度、湿度、力、位移、液位等传感器 ;另一类按照检测原理为主线,分别介绍电阻式、电容式、电感式、磁电式、光电式等传感器。

根据高职学生的特点以及课程的难度,我们选择以检测对象为主线的教材,同时课堂讲授时注意兼顾同一检测对象下各种不同测量原理的传感器之间的对比。譬如讲解接近传感器时,我们对电感、电容、霍尔、光电开关、超声波等各种接近传感器从原理、检测对象、检测距离等展开对比 ;譬如位移传感器,我们分别对电容、电感、电阻、光栅、磁栅等传感器从检测原理、检测精度、范围、输出形式等角度进行对比分析。这样便于学生的理解以及能根据实际需求选择合适的传感器。

1.3 教学中紧抓重点及实际应用

针对高职学生的特点,教学中对传感器原理部分不做过多深入的理论分析,避免一味进行数学公式的推导。另外,要充分考虑专业的需要,并结合电类专业学生的技能和素质要求,教学内容侧重于对各种检测电路以及传感器的具体应用实例的讲解,注重传感器在实际工程中的应用分析。

2 教学方式的改革

2.1 结合板书 + 多媒体 + 网络教学平台等教学手段

基本原理、基本方法的证明和推导仍然采用课堂板书 ;需要图示、举例和演示操作的内容,采用多媒体课件,并结合图像、视频、flash动画等提高师生互动效果 ;建立课程教学网站,将作业批改、课后答疑与互动、补充前沿知识等环节放在网络化教学平台上进行,为师生之间提供良好的课后交流平台。

2.2 以生活实例及实际应用展开课堂教学,提高学生的学习兴趣

在课堂教学中,我们始终将所讲授内容与生活中的应用实例紧密结合起来。譬如讲解电阻应变式传感器时,以电子秤为例 ;讲解气敏电阻,我们以家用天然气报警器、酒精测试仪、烟雾报警器等为实例 ;介绍湿敏电阻时,我们以室内湿度控制器为例 ;讲解压电传感器时,我们以家用燃气灶打火器为例。

通过这样的教学模式,让学生认识到传感器课程的重要性,同时体会到学习的乐趣,提高了他们的求知欲,加强理论与实践的联系。

2.3 实验环节采取任务驱动法

传统的实验教学侧重于验证性实验,同时实验内容与工程实践严重脱节。针对此问题,我们将实验题目分为两个部分 :一 . 经典的原理性验证题目 ;二 . 设计性综合性题目。

针对设计性题目,我们采取任务驱动法。按照分析任务、分解任务、布置任务、选择合适的传感器元器件、设计和制作相应电路、验证和调试电路、改进电路的步骤,让学生逐步掌握常见传感器的选用、调试的步骤和流程,加强学生对课程的融会贯通和综合应用能力,并初步具备根据要求设计和制作一些实用的电子产品的能力。

3 考核方法的改革

3.1 改变“一卷定成绩”的考核方式,重视学习过程的考核

传统的考核方式一般采用期末闭卷方式,考试内容侧重于大量的记忆性、原理性的知识,忽视了对学生的学习过程、学习态度、知识运用能力等的考核,导致学生“重理论、轻应用”。因此,改变“一卷定成绩”, 是《传感器与检测技术》的考核方式改革的出发点。

3.2 采取综合性评价方式,重视对学生知识运用能力和综合素质的考核

对每个学生从平时成绩、实验成绩、期末考试、课程设计等四个方面展开综合性的评价,重视学生的知识运用能力与综合素质的考核。平时成绩和实验成绩主要通过出勤、课后作业、课堂表现等进行 , 鼓励学生积极参与课堂 ;期末考试以闭卷形式进行,侧重主观题的比例,减少识记知识的考核,主要考查学生利用传感器原理知识设计和分析实际电路的能力。

3.3 引入课程设计作为辅助,加强学生的实践应用能力的培养

课程设计最能体现出学生的综合应用能力,检查学生的学习效果。根据授课内容,布置一些综合性的实践题目,让学生利用现有的元器件开发一些具体的产品,譬如热释电自动感应灯、室内有毒气体的检测报警器、防盗报警器、声光控制灯等。同时,加强学生之间的交流和合作,鼓励学生对他人的方案进行分析和改进,逐步提高他们的电路设计能力。将课程设计的成绩,记入期末成绩的一部分。

4 总结

实践证明,通过对《传感器与检测技术》进行一系列的教学改革,激发了学生的积极性和求知欲,提高了学生的实践动手技能,增强了学生的就业竞争力。因此,这些改革措施受到广大学生、学校以及用人单位的一致好评。

摘要：在理论课时不断压缩和新型的传感器不断涌现等新情况下,《传感器与检测技术》这门课传统的教学内容和教学方法面临巨大挑战。本文针对高职院校学生的特点以及该课程教学中存在的一些问题,从教学内容、教学方法、考核方法等方面提出了相应的解决对策和改革思路。经过对比,实施一系列改革后,本课程的教学效果显著提高。

传感与检测技术 篇10

关键词：传感器,检测技术,教学改革

一、概述

《传感器与检测技术》是自动化专业一门核心课。是一门涉及到电工电子技术、传感器技术、光电检测技术、控制技术、计算机技术、数据处理技术、精密机械设计技术等众多基础理论和技术的综合性技术, 现代检测系统通常集光、机、电于一体, 软硬件相结合。《传感器与检测技术》课程着重培养学生掌握传感器与检测技术基本理论、基本方法, 本课程是一门实践性很强的课程, 在理论学习的同时, 要求学生通过实验和实践熟练掌握各类典型传感器的基本原理和适用场合, 掌握常用测量仪器的基本工作原理和工作性能, 能合理选用常用电子仪器、测量电路等, 能根据测量要求设计各类测量系统, 能对测量结果进行误差分析和数据处理等, 达到理论与实践的高度统一, 突出能力的培养。目前该课程传统的教学方法是重点讲解各类传感器的原理、工作特性、测量电路和应用举例。而在传感器的应用上多是简单地举若干例子。在实验环节, 也是大量的验证性实验。这样做的结果, 不能使同学们了解和掌握传感器在实际现场条件下如何应用, 达不到《传感器与检测技术》这门重要课程的教学效果。因此, 对该课程的教学模式和教学方法研究就显得非常重要和紧迫。作者在本文中对该课程的教学模式与教学方法进行了研究和探索。提出了以下改革思路。

二、《传感器与检测技术》课程改革思路

1. 采用实物教学法。

传统的《传感器与检测技术》课堂教学主要讲授传感器工作原理、工作特性、测量电路等。可是在现实生活中, 传感器种类异常繁多, 如果学生见不到传感器的实物, 仅仅靠课件上的内容, 就会觉得学的东西没有什么意义, 造成学生的厌学心理, 觉得这门课程没意思。因此, 在《传感器与检测技术》授课过程中, 将各种传感器带到课堂上、展示给同学们会起到意想不到的作用。我们会把主要的各类传感器都带到课堂上, 结合实物进行讲解。比如:电阻应变片传感器、电容式传感器、电感式传感器、霍尔式传感器、电涡流式传感器、热电偶、热电阻等, 这样使得学生们对传感器留下深刻影, 同时, 在讲解传感器的时候, 一定要结合现实生活实际, 尽量介绍一些在现实生活中经常见到或者用到过的传感器。例如, 电饭煲、空调、冰箱中的各种温度传感器;全自动洗衣机中的重量、液位、水温等传感器。这样能使学生认识到传感器的重要性, 提高学生的学习兴趣。

2. 采用启发和互动的教学方法。

启发和互动式教学有利于培养学生的创新思维能力。创新是人才培养体制改革的核心环节。注重“学思结合”是实践创新型人才培养模式的核心与精髓。长期以来, 我国高等教育人才培养过程中存在的弊端之一就是重灌输轻启发、重理论轻实践。倡导学思结合的目的, 就是要改变长期存在的注重知识灌输的教学模式, 充分启发学生进行思考和想象, 培养他们的创新意识和创造能力, 使学生在思考中学习, 形成良好的学习方法和思维习惯, 改变注重记忆、被动接受教师灌输的课堂教学方式, 确立以学生为主体的教学观。作者认为启发式和互动式的教学方法, 能有效地培养学生的创新意识和创新能力。以光电传感器为例, 在讲完该类传感器工作原理、工作特性、测量电路后, 启发学生们思考实际生活中是否见到光电传感器, 让他们联想哪些场合可能会用光电传感器, 在印刷机印刷过程中, 某些参量的检测可否用光电传感器完成, 通过这样的启发和互动, 使同学们开阔了思路, 加深了对《传感器与检测技术》的认识。

3. 重视实践环节。

《传感器与检测技术》课程是一门理论性和实践性都很强的课程, 但长期以来, 该课程的实践环节地位太弱, 基本上处于从属于理论环节的状况, 在考核时, 实践环节 (主要是实验) 成绩仅占课程总成绩的一小部分, 这就导致许多学生忽视实践环节的教学。同时, 该课程验证性实验过多, 综合性、设计性实验少, 这些都不利于培养学生分析、解决实际问题的能力, 为了改变这种状况, 在学校教学经费的资助下, 我们对实验内容进行了大力改革, 开发出介于课程设计和实验之间的设计性实验, 每个实验6个学时, 实验主要侧重对基本知识的综合应用, 使学生们能综合运用所学知识解决实际问题。这类实验要求先做好实验前准备, 完成前期设计, 然后在实验室设计实验, 最后要求书写实验报告。比如:应变式电子称设计实验, 要求设计出的电子称, 不但完成理论设计, 同时要求能够实际应用。

4. 考核方式改革。

考核、评价学生成绩是教学过程的一个重要环节。根据大众化教育阶段学生的实际学习情况, 对考核方式进行了大力改革。总的说来, 我校该门课程的学生总成绩由考试成绩、实验成绩、平时作业和出勤情况等几个环节构成。为了体现该门课程实践环节的重要性, 实验成绩占30%、平时作业和出勤情况占20%、考试成绩占50%。实验成绩采用现场实际操作和口头答辩结合的方式给出。考试成绩由期中开卷考试成绩和期末闭卷考试成绩构成。这样可以较充分、全面地衡量学生对该课程的学习情况, 可以有效地调动学生学习的积极性和主动性。

5. 采用现代化网络教学手段。

网络化教育是目前高等教育的重要手段。运用网络化教学手段是当前课程改革的一项重要举措。网络资源是非常重要的课程资源。网络化的教学注重充分地调动学生的主动性, 将学习主动权交给学生。《传感器与检测技术》网络教学课程资源分为七大组成部分, 具体介绍如下。课程概况:包括课程简介、教学大纲、教学日历、教学团队、考核方式、课程公告。课程内容:包括以知识点∕章节为单位的课程教案、主要教材与参考书、学以致用的典型案例、教材电子稿。教学课件:包括以知识点∕章节为单位的电子教案 (课件) 、帮助学生学习的助学型课件、模拟或仿真实践教学课件等。练习作业:包括以章节为单位的习题、练习题、讨论题、思考题、测试题等。实践教学:包括阐明本课程所有实践教学的目标、内容、手段、方法、步骤和教学实践总结报告撰写要求的实践教学指导。参考资料:包括学生学习本课程相应学习指导, 比如:学习方法、可利用的学习资料∕资源、网络资料。课程互动:包括常见问题答疑、在线交流、课程论坛。以上网络教学课程资源大大提高了学生们的学习积极性。

《传感器与检测技术》是一门非常重要的课程, 本课程的任务是使学生掌握常用传感器的工作原理、特点及基本转换电路, 掌握特殊类型传感器的工作原理及应用。目的在于培养学生具有选择自动控制系统中传感器的能力;具有组建一般测试系统的能力;对一般测试系统中的技术问题具有一定的分析和处理能力。这门课程的特点是传感器种类繁多, 而且理论性和工程性都很强, 这就要求在教学中不断探索新的教学模式和采用新的教学方法, 才能使课程的教学要求得以实现。

参考文献

[1]金伟.现代检测技术[M].北京:北京邮电大学出版社, 2007.

[2]李科杰.现代传感技术[M].北京:电子工业出版社, 2005.