感測器測試技術論文

　　當今，所有以微處理器為基礎的測控系統都需要感測器來提供作出實時決策的資料。這是小編為大家整理的，僅供參考!

　　篇一

　　基於建構主義學習理論的感測器與測試技術課程研究型教學實踐

　　摘要：建構主義學習理論強調學習是主動的知識建構過程。結合感測器與測試技術課程特點，從設計教學流程、規範教學六大要素、構建“點、線、面”相結合的教學模式、實施多種教學方法和手段以及多元化、全過程的綜合評價體系等方面，詳細介紹了用建構主義學習理論指導課程研究型教學的實踐活動。

　　關鍵詞：建構主義學習理論研究型教學教學模式評價體系

　　研究型教學是與創新性教育相適應、以“學生為中心”的教學模式，是教師以課程內容和學生的學識積累為基礎，引導學生創造性地運用知識和能力，自主發現問題、研究問題和解決問題，在研討中積累知識、培養能力和鍛鍊思維的新型教學模式[1]。而建構主義學習理論提出學習是一個積極主動的建構過程，強調學生對知識的主動探求、主動發現和對所學知識的主動建構[2]。教學過程則是充分利用情境、協作、交流會話等環境要素，調動學生的主動性、積極性和創新精神，提高教學質量和效率。可見將建構主義學習理論運用到研究型教學實踐中，會起到事半功倍的效果。感測器與測試技術課程具有以下的特點：工程實踐性強;涉及的專業知識面廣、知識點多、綜合性強;感測器和測試技術本身發展迅速。結合課程特點，深入闡述建構主義學習理論指導下的感測器與測試技術課程的研究型教學實踐。

　　1 建構主義學習理論的知識觀和學習觀

　　建構主義學習理論最早是由認知發展領域最有影響力的瑞士著名心理學家皮亞傑在20世紀60年代提出的，他認為兒童是在與周圍環境相互作用的過程中，逐步建構起關於外部世界的認識，從而使自身的認知結構得到發展。後來又有許多心理學家和教育學家，如維果茨基、奧蘇貝爾、布魯諾等發展了建構主義學習理論，從而形成較完整的理論，它對學生的學習方式、教師的教學方式以及師生間的關係都產生了重要的影響，並逐漸成為研究與實施素質教育的重要理論依據[2]。

　　1.1　知識觀

　　建構主義學習理論認為世界是客觀存在的，但每個人是以自己的經驗為基礎來建構現實[2]。知識不是從外部輸入人內心的，而是在與外部作用的過程中在人的心靈內部建立起來的[3]。知識並不是對現實的準確表徵，它是一種解釋、一種假設，而不是問題的最終答案，會隨著人類的進步而出現新的假設。另外，知識不可能以實體的形式存在於具體個體之外，儘管我們通過語言符號賦予知識一定的外在形式，甚至這些命題還得到了較普遍的認可，但這並不意味著學習者會對這些命題有同樣的理解。因為這些理解只能由個體學習者基於自己的經驗背景建構起來，這取決於特定情境下的學習歷程。

　　1.2　學習觀

　　學習過程是學習者從外界選擇性地知覺新資訊，然後進行主動構建並生成意義的過程[4]。學習者通過對外部資訊的選擇和加工，通過新舊經驗之間的相互作用，構建自己知識，為“理解而學習”是建構性學習的核心目標。學習者通過構建自己對各種問題的理解形成自己的觀點，而不僅僅是記住別人已經研究出來的結論[5]。學習者的知識構建過程受到教師指導、學生參與、周圍環境等因素的影響。教師與學生之間以教學內容為中介形成雙向互動關係，可以更好地激發學生主體作用的發揮，促進學生積極構建知識。學習活動要發生則必須滿足兩個條件：學生的背景知識與新知識有一定的相關度、新知識的潛在意義能引起學生情感的變化。學習活動發生後，通過與其他學生和教師的不斷交流和溝通，在自己原有知識的基礎上完成新知識的建構。

　　2 建構主義學習理論指導下的感測器與測試技術研究型教學實踐

　　2.1　設計課程教學流程，規範課程教學六大要素

　　建構主義學習理論強調“教學情境”“協作”以及“知識主動建構”，基於該理論指導，根據“科學引領工程、工程引入教堂、教員在研究中教、學員在實踐中學”的教學理念，以“知識、素質、能力綜合培養”為課程目標，設計了感測器與測試技術課程教學流程***如圖1所示***。規範了課程的講授、教材、作業、討論、實踐訓練、考核等課程教學六大要素，使每個環節都有實施依據和具體實施方法。

　　2.2　採取以點、線、面相結合的方式構建新的教學模式

　　解決感測器與測試技術課程中理論與實踐相結合及學時少、內容多、要求高的問題。突出專業基礎教學的綜合性、系統性，體現現代儀器及測試科學和技術的相互關聯和完整性。

　　“點”指以課程教學六大要素為單元，課程重點講授核心知識點，重點引導學生把握科學的思維方式和研究方法;講授內容寬而新，以儀器學科的應用為大背景，引導學生了解感測器基本原理、在工程中的應用。“線”指以理論課程體系、實踐課程體系、科研訓練體系為三條主線，探索研究型教學體系。理論課程體系由理論型課程教學單元構成，強調對感測器基本原理的掌握;實踐課程體系由基礎型、綜合與研究型實驗構成，強調通過基本技能訓練、綜合能力培養、開放研究實驗的鍛鍊，培養創新意識;科研訓練體系由課程設計、學科競賽、課題研究等構成，鍛鍊工程實踐能力，提高創新能力。“面”指以教學科研結合型的教師隊伍和學科的整體實力來鉸鏈點與線，建設立體化的應用型教學模式。課程內容注重先進性和科學性，將最新軍事應用科研成果轉化為教學資源，使學生儘早參與科學研究訓練，接觸科學前沿。同時讓學生接受教師研究和教學文化的薰陶及嚴謹的學術作風的浸潤。這是培養學生自主研究性學習能力的一個重要環節，也是培養學生創新思維的主渠道，同時對教學隊伍的建設提出了更高的要求。

　　2.3　實施“從單元構建系統，從系統細化到單元”的教學手段和方法

　　貫穿感測器原理、結構及應用這一主線，設計了一套適合本課程的教學程序，對不同的教學內容方法不同，在不同的教學階段方法不同，對不同感測器的特點，具體的教學手段也不同。

　　2.3.1　按不同課程內容實施不同教學模式

　　該課程內容分為三大塊：基礎理論、典型感測器原理與應用以及典型參量的測試。在學期開始的基礎理論部分，採取“以興趣為核心”的方式，讓學生在感興趣和親身感知的事件中由實踐到理論、從工程實際到科學理論認識感測器;再分門別類講述感測器原理及應用，採取“以問題為核心”的方式，從科學到工程，引導學生對感測器工作原理進行探究，根據工程需要對科學問題進行提煉;課程後期，典型參量測試部分，採取“以案例或課題為核心”的方式，從科學到工程，從單元構建系統，進行設計學習。教學程序表和教學模式如圖2所示。　　2.3.2　針對不同感測器設計不同的教學手段

　　不同感測器具有不同的特性，在教學中設計了不同的教學手段。如電感式感測器部分，差動變壓器靈敏度特性是教學難點，教學思路是“先做實驗，主動探究”。先講授差動變壓器的工作原理，而對特性部分不予講解，接著佈置實驗內容，學生通過實驗得出“電壓頻率在一定範圍內時靈敏度不變”這一規律。學生在自問為什麼時，會主動根據差動變壓器的工作原理和公式作進一步推導。壓電式感測器的教學思路是“搭建支架，分析比較”。兩種典型的壓電材料石英晶體和壓電陶瓷，由於其具有不同的結構和特性，所以兩種壓電式感測器在穩定性、靈敏度、價格和抗干擾性方面有很大區別，學生只要掌握了壓電材料的基本特性，即可自己分析得出兩種壓電感測器的特性。如計量光柵，教學思路是“創造情境，絲絲入扣”，包括以下幾步：***1***以學生熟悉的測量轉速光電感測器為例，提出是否可以用光電感測器來測量位移。***2***大家分組討論，提出設計方案。這時有學生提出，可以把光電感測器中的開孔圓盤拉直變成開槽板，並拿出事先準備的一張均勻刻槽的紙，現場演示了學生的思想—這是光柵的雛形。***3***分析方案的可行性。即測量的精度、實際系統中光電接收元件的安裝等問題。***4***討論並改進方案。學生的方案提高精度可以通過減小槽的距離，進一步讓學生分析這種思路的技術可行性和難點。於是引出用2塊光柵交疊，並請大家伸出雙手演示著名的“莫爾條紋效應”。至此，學生已經基本明白了光柵數字位移感測器測量位移的基本原理。***5***配合演示動畫，讓大家分析光柵的特點。

　　2.4　多元化、全過程的綜合評價體系研究

　　該課程涉及對基本原理的掌握、對測試系統的設計，評估學生的能力需要建立更加科學合理的評估模式。教學評價系統遵循學習過程評價和教學目標管理相結合的基本原則，以研究學習過程的知識獲取***如感測器原理***、探索研究***如測試技術應用與最新發展***、思維創新***如測試系統設計***等要素為評價因子，以完成教學大綱要求的教學目標進行評價，考核重點從獲取知識量向知識、能力、綜合素質的評價轉移，形成多元化、全過程“合格+拔尖”的綜合評價系統。最後成績考核包括平時作業、卷面成績、課程設計綜合評估。作業包括課本習題/調研報告、資源檢索等，作業可以通過網路提交。第一次課的作業是請學生跟蹤調研新型感測器、測試技術或測試系統發展動態，後續的課堂中，適當安排些調研比較充分的學生做彙報、研討，教師再進行點評。課程中期佈置了課程設計、自行車測速系統的設計，不限感測器型別。每個小組上交感測器設計說明書，並根據條件實現感測器部分或全部環節的製作。各小組代表發言，時間不超過10分鐘，小組成員可隨時補充，其他組學生可隨時提問，對相互間的不同觀點可據理力爭，甚至駁斥。最後，教師再逐一點評，和學生一起評價出最佳設計獎。這種研討課的教學效果超過了預期設想。每組選用了不同的感測器進行測速，設計方案五花八門，並從感測器選型、電源、安裝、成本、誤差分析、實用性等方面全面分析，考查學生全面掌握課程核心知識點的情況以及分工、合作、溝通的能力。

　　3 結束語

　　建構主義學習理論指導下的研究型教學，迎合了創新型人才培養的大方向，不僅提高了教師教學理論水平和教學科研能力，同時也促進了學生的全面發展，參加各種科技創新的學生人數激增，並且作品質量有很大提升。但建構主義學習理論在教學實踐中的運用並不是生搬硬套，如何在感測器與測試技術迅速發展、教學理念不斷與時俱進的情況下，探索更科學的教學模式，切實提高學生的創新意識和創新能力，還需繼續實踐和探索。

　　參考文獻

　　[1]周文成.研究型本科教學探析：衍進、內涵、措施[J].南京郵電大學學報：社會科學版，2008，10***3***：64-68.

　　[2]張建偉，陳琦.從認知主義到建構主義[J].北京師範大學學報：社會科學版，1996***4***：76-80.

　　[3]王曉鑫.試論基礎教育新課改的心理學取向：建構主義心理學對新課程改革的影響[J].科教文匯，2008***1***：35-36.

　　[4]張大均.教育心理學[M].北京：人民教育出版社，1999.

　　[5]顧琳.建構主義熱的冷思考[J].當代教育科學，2007***1***：7-10.

　　篇二

　　機車轉速感測器測試系統

　　【摘要】介紹了一種基於PLC自動控制平臺，採用示波器等裝置對機車轉速感測器效能進行測試的方法，並介紹了該系統的基本原理、軟硬體設計等內容。使用表明轉速感測器測試系統是一款具有高實用性、高可靠性，操作方法簡單、精度高、穩定性好等優點的測試裝置。

　　【關鍵詞】轉速感測器測試自動控制 PLC 伺服電機

　　1 引言

　　轉速感測器為機車電氣控制提供脈衝訊號，是機車安全、正常工作的主要引數。機車速度越來越快，速度感測器測試系統必須具備更寬的測速範圍和更高的測試精度才能保證轉速感測器能夠提供準確的速度訊號。傳統的測試裝置存在精度不高和工作效率低等缺點。隨著PLC、伺服電機以及智慧儀器等裝置的廣泛應用，高效能實用的感測器測試系統勢在必行。

　　2 感測器簡介

　　2.1 感測器工作原理及結構

　　TQG15機車光電轉速感測器由支承機構、轉軸及萬向聯軸傳動機構、光電轉換電路系統三部分組成。光電轉換電路的核心是碼盤和光敏三極體組成的電路，碼盤固定在轉軸軸伸端部，通過七芯電纜連線電路，七芯電纜分為A、B兩組，每組三根引線，其中兩根引線是15V直流電源;另一根是輸出脈衝訊號。感測器上電後，利用發光二極體作為光源，碼盤在車輪轉軸的帶動下而旋轉，由於碼盤的遮擋作用，致使光斷續器巾的光敏三極體通、斷交替切換而產生脈衝訊號，經過電路的放大整形後，輸出與轉速成比例的方波脈衝列。

　　2.2 轉速感測器的主要效能引數

　　***1***電源電壓***VDC******V***12～30。***2***輸出脈衝幅值***VDC******V***高電平≥9***負載電阻3KΩ***低電平≤2。***3***相位差：1-2-3-4-5-6通道相位差為90°±15%。***4***轉速測量範圍***r/min***0～2000。***5***每轉脈衝數36，200。***6***輸出方波波形佔空比***%***50±20。

　　3 硬體設計

　　轉速感測器測試系統硬體主要包括PC機、PLC、程控電源、示波器、伺服電機、步進電機、碼盤等裝置。其功能是根據上位機指令調整程控電源為感測器提供電源，調整感測器與碼盤之間的工作間隙。根據指令任意速度旋轉碼盤模擬車輪轉動從而產生訊號用於測試。

　　PLC即可程式設計控制器主要功能：邏輯控制、定時控制、計數控制、步進***順序***控制、PID控制等。該測試系統選用的是具有雙路高速計數器輸出的32點繼電器型PLC。

　　由於被測感測器與碼盤間的工作間隙調要求精度高。所以採用伺服電機拖動被測轉感器移動。伺服靠脈衝實現精確的定位，可以達到0.001mm。

　　測試速度範圍非常廣，所以低速和高速分別使用不同電機。低速轉動時系統驅動步進電機轉動通過減速機降低到指定的轉速為感測器提供低頻訊號。步進電機配減速機最低可以達到0.01轉/分，保證在極低轉速時提供穩定訊號。高速轉動時系統將驅動高速伺服轉動，高速伺服電機最高轉速可到達4000轉。伺服電機有良好的速度控制特性，在整個速度區內可實現平滑控制，高效率，不易發熱。

　　為保證測試臺工作的安全可靠，測試臺有冗餘設計。在操作檯上裝有前限位器和後限位器，防止感測器因誤動作而被撞壞。

　　測試系統的主要技術引數：***1***輸出工作電壓：10V--30V連續可調;***2***電機轉速成範圍：0.9r/min-3500r/min，低速時精度±0.5%，高速時精度±1%;***3***測試精度：電壓幅值：±0.01V，方波佔空比：±1%，通道相位差：±0.1°;***4***示波器頻寬100MHz，2 GSa/s實時取樣率及50GSa/s等效取樣率時基範圍2ns/div-50s/div邊沿、脈寬、視訊、碼型、交替觸發功能物理通道 4通道***各通道完全獨立同步採集*** ***5***間隙調節範圍及精度：0-5mm，±0.02mm

　　4 軟體設計

　　軟體設計立足於系統功能、效能和使用者的要求，採用模組化結構進行設計工作。為提高工作效率，執行時儘量減少人工干預和操作，同時，系統初始化線上可調、工作狀態直觀顯示。軟體設計內容主要包括PLC程式設計和上位機程式設計兩個基本模組。

　　4.1 PLC程式設計

　　PLC主要工作流程：PLC根據指令要求發脈衝訊號驅動伺服電機轉動從而拖動被測感測器移動，調整被測感測器與碼盤間的工作間隙。上位機實時讀取光柵尺資料當達到工作間隙時，PLC停止調整間隙。當收到上位機旋轉碼盤指令及相關引數時PLC將會根據不同速度要求驅動不同電機旋轉***高速時驅動伺服電機，低速時驅動步進電機***，在加速過程中PLC控制相應的指示燈閃爍，當達到要求PLC輸入訊號提示上位機轉速已達到標準並使相應的指示燈常亮。收到停止測試指令時PLC停止輸入脈衝輸出，當電機0速時***即碼盤停止轉動***PLC驅動間隙調整電機向後退，當退到後限位時停止。

　　4.2 上位機程式設計

　　上位機程式是利用C#語言編寫的應用程式。C#語言既具有高階語言的特點，又具有組合語言的特點，它可對位、位元組和地址進行操作而且結構化方式可使程式層次清晰，便於使用、維護以及除錯。C#引入了指標概念，可使程式效率更高。另外它還具有強大的圖形功能。

　　上位機程式主要功能是：測試試驗、查詢記錄、系統維護。

　　測試試驗：根據工藝要求傳送命令，實時讀取示波器資料並儲存，同時繪出曲線並做相關引數計算。在測試過程中需要同時處理多項任務，故採用多執行緒方式。本程式共使用了3個執行緒，一是讀取資料，二是儲存資料***由於資料量大，要求儲存速度快，故採用記錄檔案形式儲存資料***三是繪圖並計算相關引數。

　　查詢記錄：試驗的所有資料均儲存在儲存器中，可隨時調出查詢。使用者可看到整個試驗的相關資料，並可回放實時曲線並列印相關資料。

　　系統維護：包括引數設定、工藝設定、記錄資料整理等。

　　5 結語

　　本系統的設計，以PLC、伺服、示波器等裝置為硬體裝置為基礎，充分利用自動化控制技術，完成了對機車轉速感測器效能的測試，克服人工測試不準確等弊端，並降低了勞動強度的，提高了測試的準確性和可靠性，增強了測試的可操作性，和安全性。

　　參考文獻：

　　[1]陽憲惠.現場匯流排技術及其應用[M].北京：清華大學出版社，l999.

　　[2]李景學，金廣業.可程式設計控制器應用系統設計方法.電子工業出版社，1995.

　　[3]楊存祥，提高PLC控制系統的可靠性設計[J].2003.