傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程改革

唐琳 陳超 陳勇

摘? 要 傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)是為了讓學(xué)生理論融于實(shí)踐，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)使用實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可能會(huì)讓學(xué)生對(duì)傳感器與檢測(cè)技術(shù)的學(xué)習(xí)只是一知半解。通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程改革，讓學(xué)生透徹了解傳感器與檢測(cè)技術(shù)。

關(guān)鍵詞 傳感器與檢測(cè)技術(shù)；實(shí)驗(yàn)箱；光電式傳感器實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.423? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）14-0117-03

0? 引言

傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程是電子信息工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)的一門(mén)重要專業(yè)核心課。本課程通過(guò)對(duì)常用的各類傳感器的基本原理、測(cè)量電路和應(yīng)用特點(diǎn)等進(jìn)行介紹和分析，培養(yǎng)學(xué)生具備對(duì)各類常用傳感器的選型和應(yīng)用能力[1]，開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)主要包括電阻式、電感式、電磁式、熱電偶式、壓電式、光電式傳感器實(shí)驗(yàn)。本文以光電式傳感器實(shí)驗(yàn)為例，開(kāi)展傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程改革探索。

1? 傳統(tǒng)的教學(xué)模式

1.1? 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的集成化

傳感器實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備都是以實(shí)驗(yàn)箱的形式呈現(xiàn)給學(xué)生的，如圖1所示，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)法觀察到內(nèi)部的電路，做完實(shí)驗(yàn)后不能分辨出傳感器器件，對(duì)于傳感器的認(rèn)識(shí)只能是從書(shū)本或圖片上獲得。每個(gè)實(shí)驗(yàn)箱又包含幾個(gè)功能實(shí)驗(yàn)?zāi)K，但是功能模塊只有一個(gè)整體的講解，或者是用某個(gè)圖標(biāo)表示，學(xué)生使用過(guò)程中較難理解。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，若實(shí)驗(yàn)箱上某個(gè)元器件已損壞，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果錯(cuò)誤，由于實(shí)驗(yàn)箱是封閉的，無(wú)法逐一檢測(cè)實(shí)驗(yàn)電路，就無(wú)法判斷到底是傳感器的損壞，還是某一個(gè)電子元器件損壞，或者是控制臺(tái)的損壞。即使能明確地判斷出某一個(gè)電子元器件已損壞，由于實(shí)驗(yàn)箱是封閉的，也無(wú)法更換該元器件。

1.2? 接線孔少，連線多，接線亂

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于實(shí)驗(yàn)板只留下少許的接線孔，學(xué)生只能按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的步驟和連線才能完成該實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的依賴性強(qiáng)。由于實(shí)驗(yàn)電路已經(jīng)確定，就只能按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的要求連線，才能確保完成該實(shí)驗(yàn)。有時(shí)實(shí)驗(yàn)箱上的連線孔需要同時(shí)連接很多條線，這時(shí)會(huì)使實(shí)驗(yàn)箱的連線雜亂，不方便檢查，學(xué)生常常出現(xiàn)漏接、多接、錯(cuò)接的現(xiàn)象。

1.3? 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都是基于傳感器的基本特性原理，學(xué)生對(duì)于傳感器在實(shí)際生產(chǎn)上的應(yīng)用能力差。如光電式傳感器，光電實(shí)驗(yàn)?zāi)K用來(lái)驗(yàn)證光敏電阻阻值隨光照強(qiáng)度的變化。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)過(guò)程中必須先把實(shí)驗(yàn)箱上的電路理解透徹，才能正確地做出實(shí)驗(yàn)。同樣以光電實(shí)驗(yàn)?zāi)K為例，實(shí)驗(yàn)箱只給出連線孔和部分電路，學(xué)生不知道內(nèi)部總的電路圖，雖然有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，但是很難理解整個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理。

2? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革后不再基于實(shí)驗(yàn)?zāi)K箱，而是將實(shí)驗(yàn)的元器件（光電元件、電子元件等）分發(fā)個(gè)學(xué)生，學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，并將元器件焊接在電路板上，完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

2.1? 基礎(chǔ)性能實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)性能實(shí)驗(yàn)的目的就是讓學(xué)生知道本傳感器的基本性能。光電式傳感器的基本性能實(shí)驗(yàn)選用的元器件是光敏電阻，根據(jù)光敏電阻的原理，驗(yàn)證光敏電阻的性能。

學(xué)生自己搭建實(shí)驗(yàn)電路，自己焊接連線，并且每個(gè)組拿到的光敏電阻型號(hào)不同。該電路由發(fā)光元件和光電元件構(gòu)成，發(fā)光元件為發(fā)光二極管，光電元件為光敏電阻，二極管的亮度的控制可以由恒流源實(shí)現(xiàn)，也可以自己設(shè)計(jì)控制電路[2]。學(xué)生設(shè)計(jì)電路時(shí)可以參考圖2。

2.2? 綜合應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)

利用光敏電阻設(shè)計(jì)一個(gè)路燈，在白天有光照時(shí)，路燈熄滅；在夜晚無(wú)光照時(shí)，路燈亮。由于基礎(chǔ)性能實(shí)驗(yàn)中每組學(xué)生驗(yàn)證的光敏電阻阻值不同，因此，在綜合應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)組在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候，電路中選擇的其他電子元器件也會(huì)不同，需要學(xué)生自己去計(jì)算、設(shè)計(jì)。學(xué)生設(shè)計(jì)電路時(shí)可以參考圖3。

2.3? 綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選用的光電元件是光敏二極管，利用光敏二極管的特性設(shè)計(jì)一個(gè)非接觸式門(mén)鈴，當(dāng)有人“按”門(mén)鈴的時(shí)候，門(mén)鈴響并帶提示燈光；無(wú)人“按”門(mén)鈴的時(shí)候，門(mén)鈴靜音，且提示燈熄滅。

本實(shí)驗(yàn)給學(xué)生提供了一些基本電子元器件和紅外對(duì)二極管，學(xué)生根據(jù)已有的元器件設(shè)計(jì)電路并完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。學(xué)生設(shè)計(jì)電路時(shí)可以參考圖4。

3? 改革后教學(xué)效果

針對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)問(wèn)題，進(jìn)行相應(yīng)改革并實(shí)施，學(xué)生實(shí)物展示如圖5所示，實(shí)施效果如下。

3.1? 加深了學(xué)生對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)

學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作，對(duì)傳感器的原理、性能、應(yīng)用等方面有了更深刻的認(rèn)識(shí)。如在光敏電阻基礎(chǔ)性能實(shí)驗(yàn)中認(rèn)識(shí)了光敏電阻，通過(guò)控制通過(guò)發(fā)光二極管的電流來(lái)控制其亮度，其亮度又影響光敏電阻的阻值，控制電流的變化引起光敏電阻的阻值變化，而實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)成光電耦合器的電路模式，讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)電生產(chǎn)光、光影響電的這一變化過(guò)程可以通過(guò)空氣作為媒介，拓展知識(shí)面。

3.2? 增強(qiáng)了學(xué)生的設(shè)計(jì)能力

綜合應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)是一個(gè)光敏電阻的基本應(yīng)用，雖然這個(gè)設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單，但是和生活中的例子相結(jié)合，提高了學(xué)生的興趣。綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)就是一個(gè)跨學(xué)科的實(shí)驗(yàn)，需要學(xué)生利用已有的元器件來(lái)搭建電路，滿足設(shè)計(jì)要求。非接觸式門(mén)鈴這個(gè)實(shí)驗(yàn)不僅僅要求學(xué)生掌握光敏二極管的原理和應(yīng)用電路，還需要做整體設(shè)計(jì)、其他元器件的選型，這樣就會(huì)涉及電工電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)等學(xué)科的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的融合。

3.3? 增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力

基礎(chǔ)性能實(shí)驗(yàn)、綜合應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)都需要學(xué)生自己焊接電路板，不僅能讓學(xué)生認(rèn)識(shí)各種元器件，還能讓學(xué)生學(xué)會(huì)排查問(wèn)題。在進(jìn)行設(shè)計(jì)電路的理論教學(xué)時(shí)，很多學(xué)生覺(jué)得原理非常簡(jiǎn)單，但在實(shí)際操作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題。如在焊接過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)漏焊、虛焊、多焊、錯(cuò)焊等情況，但是電路板不像實(shí)驗(yàn)設(shè)備是封閉在箱子里的，這個(gè)時(shí)候?qū)W生就可以使用萬(wàn)用表來(lái)檢查電路中的一些問(wèn)題，在這個(gè)過(guò)程中對(duì)電工電子技術(shù)的相關(guān)知識(shí)認(rèn)識(shí)得更深。在檢查電路的過(guò)程中，學(xué)生也可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)元器件是否損壞，并能夠及時(shí)更換。

3.4? 提高了學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力

在實(shí)驗(yàn)電路板焊接的過(guò)程中，一些元器件的規(guī)格書(shū)需要學(xué)生自己動(dòng)手查閱，不再是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的要求，將相對(duì)應(yīng)的線連接起來(lái)就能完成實(shí)驗(yàn)。如運(yùn)算放大器，很多學(xué)生都是第一次接觸和使用該實(shí)物，就需要自己去查閱它的規(guī)格書(shū)，要弄清楚它的用法以及每個(gè)引腳的作用，再與設(shè)計(jì)的電路相對(duì)應(yīng)，找出需要使用的引腳。

4? 結(jié)論

經(jīng)過(guò)實(shí)踐，傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革效果非常明顯：通過(guò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的調(diào)整，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)；改變了教學(xué)方式，提高了學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力；通過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，提高了學(xué)生的設(shè)計(jì)能力[3]；通過(guò)增加實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，增強(qiáng)了學(xué)生的積極性，拓寬了學(xué)生的知識(shí)面。

參考文獻(xiàn)

[1]朱紅霞.傳感器實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)創(chuàng)新性改革初探[J].科技風(fēng)，2019（13）：8，12.

[2]張建忠.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2019：26-27.

[3]張錚，吳瓊水.《傳感器原理》實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探討[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2011（7）：127-128，281.