国家开放大学-传感器与测试技术课程设计(实验成绩)

传感器与测试技术课程设计随着计算机技术、信息技术的发展，信息资源的获取与信息的转换愈来愈引起人们的高度重视。传感器与测试技术作为信息科学的一个重要的分支，与计算机技术、自动控制技术和通信技术一起构成了完整的信息技术学科，在信息技术领域具有不可替代的作用，以传感器为核心的测试系统已广泛地应用于工业、农业、国防和科学研究等领域。在军事上，传感器与测试技术已经成为高技术武器装备发展的关键。在装备性能检测、控制、故障诊断维修，以及战场目标探测、战场生化、环境探测等方面得到广泛应用，因此，许多高校都将《传感器与测试技术＞作为工科专业学生的必修课程，也有多个专业开设了该门课程。上课学生数量多，教学时数在36学时左右。如何进一步完善基础教学内容、改革教学方法，增加装备应用特色，提高学生的实践与创新能力，已成为任课教师考虑的主要问题。十分有必要根据学生的培养目标，以及传感器与测试技术的发展趋势，从教学理念、教学目的、课程和实验内容等方面进行优化设计。一、课程教学理念与目标在工程技术领域，传感与测试过程是利用物质的物理、化学和生物效应，从客观事物对象中提取有关信息的感知和认识过程，属于信息科学中信息获取的范畴。“工欲善其事，必先利其器”，传感器与测试技术作为人类认识客观事物特性、掌握其内在规律的主要手段，在认识世界、改造世界的过程中具有重要的作用，已成为信息时代的关键技术之一。所以应能从哲学高度认识传感器与测试在信息获取和预处理过程中作用地位，树立“广义测试”的理念。在教学内容的组织上，首先从了解传感器与测试技术在现代工业领域的作用地位为出发点，掌握传感器与测试过程的基本静动态特性和技术指标。然后以实现位移、振动力、温度、流量等常见物理量的测量为目标，深入介绍电阻、电容、电感、热电、光电等传感器的工作原理和测量方法。并结合武器装备中常用的微光、红外探测器件，详细介绍其构成原理，以突出本课程的军事应用特色。通过开设验证型、设计型实验，提高学生对本课程的学习兴趣，激发他们的实践和创新意识。通过课程学习，应使学生掌握测试系统的基本构成、原理和主要特性，掌握常用传感器的测量原理、基本技术特性和使用方法，了解传感器及测试技术在工程技术领域的应用特点，重点使学生牢固建立对武器装备技术特性的测量和分析意识，使其能主动关注传感器与测试技术的军事应用以及发展动态。二、教学内容设计（一）重视基础从了解传感器与测试技术在现代工业领域的作用地位为出发点，以实现常见物理量的测量为目标，深入介绍机械、热电、光电等传感器的工作原理和测量方法，打牢学生本课程学习的理论基础。将课程基础内容的设计围绕传感器与测试的基本特性、常用物理量（力、位移、温度、流量等）传感器原理。（二）传感器与测试系统的基本特性一个高精度测试系统，必须有良好的基本特性，这样它才能完成信号的不失真转换。学习传感器与测试系统的基本特性，要从基础理论、实际测试两方面进行。传感器与测试系统的基本特性，是评价测试系统精确度和快速性的主要性能指标（性能品质的指标），是正确描述或反映被测的物理量，实现“不失真测试”的基本保证，直接影响到测试结果的正确性。深人了解测试系统的基本特性，对于测试系统的设计与应用，提高测试质量具有重要的意义。测试系统的基本特性是指静态特性和动态特性。静态特性主要由静态特性参数（如线性度、灵敏度、重复性等）来衡量；动态特性由动态响应指标（如上升时间、固有频率、阻尼系数等）来衡量。在教学内容安排上，要熟悉理想测试的模型，掌握性能指标的定义，基本特性的测试方法。重点研究测试系统的动态特性，在实际测试过程中，大量的被测信号是动态信号，测试系统对动态信号的测试任务不仅需要精确地测试出信号幅值的大小，而且需要测试记录动态信号变化过程的波形，这就要求测试系统具有良好的动态特性，这也是动态测量中对测试系统提出的新要求。理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入和输出关系，其中以输出和输入成线性关系为最佳。但在动态测量中，对测量装置或系统的线性关系的要求是必须的。实际的测试系统往往不是一种完全的线性关系，或者说不可能在全部的测量范围上保持一种线性的输入一输出关系，输出量与输入量之间总存在差异即动态误差，因此，只能在一定的工作频率范围和在一定的误差允许范围内作为线性处理。我们研究测试系统的动态特性，是从测量误差的角度来分析产生动态误差的原因以及改善测试系统动态特性的措施，在研究方法上，从时域和频域两个方面采用瞬态响应法和频率响应法来分析。在时域内研究测试系统的响应特性时，研究几种特定的输入时间函数，如阶跃函数、脉冲函数和斜坡函数等的响应特性；在频域内研究动态特性，研究了正弦输入得到频率响应特性。通过研究了解了一个动态特性好的测试系统具有暂态响应时间很短，频率响应范围很宽。为了掌握动态特性的测试方法，进行了二阶系统动态参数的测试实验，实验以悬壁梁为被测对象，利用所设计的测试系统对悬壁梁动态特性参数进行测试。实验采用阶跃响应法，测出悬壁梁动态特性参数阻尼比和固有频率。三、常用物理量力、位移、温度、流量等传感器原理。传感器是实现测试的首要环节，是感知、获取信息的窗口，没有精确的传感器，就没有精确的测试。常用物理量传感器在工业设备或过程控制中得到广泛应用，工程研究、产品开发、质量控制、性能实验等都离不开传感器，掌握这些传感器的原理，能提高工程应用、解决实际问题的能力。传感器基本原理包括：传感器结构形式、等效电路、信号调理电路以及测量误差的影响因素等内容。把握传感器设计思想、学习各种新型传感器的原理，必须打牢在这方面的基础。因此，常用物理量传感器原理，要作为课程的重点讲细、讲深，促使学生对常用传感器构成、典型性能参数和测试应用知识的掌握。在学生掌握以上传感器的设计思想和基本