國家開放大學(xué)-傳感器與測試技術(shù)課程設(shè)計(實驗成績)

傳感器與測試技術(shù)課程設(shè)計隨著計算機技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，信息資源的獲取與信息的轉(zhuǎn)換愈來愈引起人們的高度重視。傳感器與測試技術(shù)作為信息科學(xué)的一個重要的分支，與計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)一起構(gòu)成了完整的信息技術(shù)學(xué)科，在信息技術(shù)領(lǐng)域具有不可替代的作用，以傳感器為核心的測試系統(tǒng)已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)研究等領(lǐng)域。在軍事上，傳感器與測試技術(shù)已經(jīng)成為高技術(shù)武器裝備發(fā)展的關(guān)鍵。在裝備性能檢測、控制、故障診斷維修，以及戰(zhàn)場目標探測、戰(zhàn)場生化、環(huán)境探測等方面得到廣泛應(yīng)用，因此，許多高校都將《傳感器與測試技術(shù)＞作為工科專業(yè)學(xué)生的必修課程，也有多個專業(yè)開設(shè)了該門課程。上課學(xué)生數(shù)量多，教學(xué)時數(shù)在36學(xué)時左右。如何進一步完善基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法，增加裝備應(yīng)用特色，提高學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力，已成為任課教師考慮的主要問題。十分有必要根據(jù)學(xué)生的培養(yǎng)目標，以及傳感器與測試技術(shù)的發(fā)展趨勢，從教學(xué)理念、教學(xué)目的、課程和實驗內(nèi)容等方面進行優(yōu)化設(shè)計。一、課程教學(xué)理念與目標在工程技術(shù)領(lǐng)域，傳感與測試過程是利用物質(zhì)的物理、化學(xué)和生物效應(yīng)，從客觀事物對象中提取有關(guān)信息的感知和認識過程，屬于信息科學(xué)中信息獲取的范疇?！肮び破涫拢叵壤淦鳌?，傳感器與測試技術(shù)作為人類認識客觀事物特性、掌握其內(nèi)在規(guī)律的主要手段，在認識世界、改造世界的過程中具有重要的作用，已成為信息時代的關(guān)鍵技術(shù)之一。所以應(yīng)能從哲學(xué)高度認識傳感器與測試在信息獲取和預(yù)處理過程中作用地位，樹立“廣義測試”的理念。在教學(xué)內(nèi)容的組織上，首先從了解傳感器與測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的作用地位為出發(fā)點，掌握傳感器與測試過程的基本靜動態(tài)特性和技術(shù)指標。然后以實現(xiàn)位移、振動力、溫度、流量等常見物理量的測量為目標，深入介紹電阻、電容、電感、熱電、光電等傳感器的工作原理和測量方法。并結(jié)合武器裝備中常用的微光、紅外探測器件，詳細介紹其構(gòu)成原理，以突出本課程的軍事應(yīng)用特色。通過開設(shè)驗證型、設(shè)計型實驗，提高學(xué)生對本課程的學(xué)習興趣，激發(fā)他們的實踐和創(chuàng)新意識。通過課程學(xué)習，應(yīng)使學(xué)生掌握測試系統(tǒng)的基本構(gòu)成、原理和主要特性，掌握常用傳感器的測量原理、基本技術(shù)特性和使用方法，了解傳感器及測試技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用特點，重點使學(xué)生牢固建立對武器裝備技術(shù)特性的測量和分析意識，使其能主動關(guān)注傳感器與測試技術(shù)的軍事應(yīng)用以及發(fā)展動態(tài)。二、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計（一）重視基礎(chǔ)從了解傳感器與測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的作用地位為出發(fā)點，以實現(xiàn)常見物理量的測量為目標，深入介紹機械、熱電、光電等傳感器的工作原理和測量方法，打牢學(xué)生本課程學(xué)習的理論基礎(chǔ)。將課程基礎(chǔ)內(nèi)容的設(shè)計圍繞傳感器與測試的基本特性、常用物理量（力、位移、溫度、流量等）傳感器原理。（二）傳感器與測試系統(tǒng)的基本特性一個高精度測試系統(tǒng)，必須有良好的基本特性，這樣它才能完成信號的不失真轉(zhuǎn)換。學(xué)習傳感器與測試系統(tǒng)的基本特性，要從基礎(chǔ)理論、實際測試兩方面進行。傳感器與測試系統(tǒng)的基本特性，是評價測試系統(tǒng)精確度和快速性的主要性能指標（性能品質(zhì)的指標），是正確描述或反映被測的物理量，實現(xiàn)“不失真測試”的基本保證，直接影響到測試結(jié)果的正確性。深人了解測試系統(tǒng)的基本特性，對于測試系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用，提高測試質(zhì)量具有重要的意義。測試系統(tǒng)的基本特性是指靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性主要由靜態(tài)特性參數(shù)（如線性度、靈敏度、重復(fù)性等）來衡量；動態(tài)特性由動態(tài)響應(yīng)指標（如上升時間、固有頻率、阻尼系數(shù)等）來衡量。在教學(xué)內(nèi)容安排上，要熟悉理想測試的模型，掌握性能指標的定義，基本特性的測試方法。重點研究測試系統(tǒng)的動態(tài)特性，在實際測試過程中，大量的被測信號是動態(tài)信號，測試系統(tǒng)對動態(tài)信號的測試任務(wù)不僅需要精確地測試出信號幅值的大小，而且需要測試記錄動態(tài)信號變化過程的波形，這就要求測試系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性，這也是動態(tài)測量中對測試系統(tǒng)提出的新要求。理想的測試系統(tǒng)應(yīng)該具有單值的、確定的輸入和輸出關(guān)系，其中以輸出和輸入成線性關(guān)系為最佳。但在動態(tài)測量中，對測量裝置或系統(tǒng)的線性關(guān)系的要求是必須的。實際的測試系統(tǒng)往往不是一種完全的線性關(guān)系，或者說不可能在全部的測量范圍上保持一種線性的輸入一輸出關(guān)系，輸出量與輸入量之間總存在差異即動態(tài)誤差，因此，只能在一定的工作頻率范圍和在一定的誤差允許范圍內(nèi)作為線性處理。我們研究測試系統(tǒng)的動態(tài)特性，是從測量誤差的角度來分析產(chǎn)生動態(tài)誤差的原因以及改善測試系統(tǒng)動態(tài)特性的措施，在研究方法上，從時域和頻域兩個方面采用瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法來分析。在時域內(nèi)研究測試系統(tǒng)的響應(yīng)特性時，研究幾種特定的輸入時間函數(shù)，如階躍函數(shù)、脈沖函數(shù)和斜坡函數(shù)等的響應(yīng)特性；在頻域內(nèi)研究動態(tài)特性，研究了正弦輸入得到頻率響應(yīng)特性。通過研究了解了一個動態(tài)特性好的測試系統(tǒng)具有暫態(tài)響應(yīng)時間很短，頻率響應(yīng)范圍很寬。為了掌握動態(tài)特性的測試方法，進行了二階系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)的測試實驗，實驗以懸壁梁為被測對象，利用所設(shè)計的測試系統(tǒng)對懸壁梁動態(tài)特性參數(shù)進行測試。實驗采用階躍響應(yīng)法，測出懸壁梁動態(tài)特性參數(shù)阻尼比和固有頻率。三、常用物理量力、位移、溫度、流量等傳感器原理。傳感器是實現(xiàn)測試的首要環(huán)節(jié)，是感知、獲取信息的窗口，沒有精確的傳感器，就沒有精確的測試。常用物理量傳感器在工業(yè)設(shè)備或過程控制中得到廣泛應(yīng)用，工程研究、產(chǎn)品開發(fā)、質(zhì)量控制、性能實驗等都離不開傳感器，掌握這些傳感器的原理，能提高工程應(yīng)用、解決實際問題的能力。傳感器基本原理包括：傳感器結(jié)構(gòu)形式、等效電路、信號調(diào)理電路以及測量誤差的影響因素等內(nèi)容。把握傳感器設(shè)計思想、學(xué)習各種新型傳感器的原理，必須打牢在這方面的基礎(chǔ)。因此，常用物理量傳感器原理，要作為課程的重點講細、講深，促使學(xué)生對常用傳感器構(gòu)成、典型性能參數(shù)和測試應(yīng)用知識的掌握。在學(xué)生掌握以上傳感器的設(shè)計思想和基本