传感器设计论文篇(1)

关键词：测力传感器，应力集中，精度，灵敏度

一、概述

对于电阻应变片式测力传感器（以下简称“测力传感器”）来说，弹性体的结构形状与相关尺寸对测力传感器性能的影响极大。可以说，测力传感器的性能主要取决于其弹性体的形状及相关尺寸。如果测力传感器的弹性体设计不合理，无论弹性体的加工精度多高、粘贴的电阻应变片的品质多好，测力传感器都难以达到较高的测力性能。因此，在测力传感器的设计过程中，对弹性体进行合理的设计至关重要。

弹性体的设计基本属于机械结构设计的范围，但因测力性能的需要，其结构上与普通的机械零件和构件有所不同。一般说来，普通的机械零件和构件只须满足在足够大的安全系数下的强度和刚度即可，对在受力条件下零件或构件上的应力分布情况不必严格要求。然而，对于弹性体来说，除了需要满足机械强度和刚度要求以外，必须保证弹性体上粘贴电阻应变片部位（以下简称“贴片部位”）的应力（应变）与弹性体承受的载荷（被测力）保持严格的对应关系；同时，为了提高测力传感器测力的灵敏度，还应使贴片部位达到较高的应力（应变）水平。

由此可见，在弹性体的设计过程中必须满足以下两项要求：

（1）贴片部位的应力（应变）应与被测力保持严格的对应关系；

（2）贴片部位应具有较高的应力（应变）水平。

为了满足上述两项要求，在测力传感器的弹性体设计方面，经常应用“应力集中”的设计原则，确保贴片部位的应力（应变）水平较高，并与被测力保持严格的对应关系，以提高所设计测力传感器的测力灵敏度和测力精度。

二、改善应力（应变）不规则分布的“应力集中”原则

在机械零件或构件的设计过程中，通常认为应力（应变）在零件或构件上是规则分布的，如果零件或构件的截面形状不发生变化，不必考虑应力（应变）分布不规则的问题。其实，在机械零件或构件的设计中，对于应力（应变）不规则分布的问题并非不予考虑，而是通过强度计算中的安全系数将其包容在内了。

对于测力传感器来说，它是通过电阻应变片测量弹性体上贴片部位的应变来测量被测力的大小。若要保证贴片部位的应力（应变）与被测力保持严格的对应关系，实际上就是保证在测力传感器受力时，弹性体上贴片部位的应力（应变）要按照某一规律分布。在实际应用中，对于弹性体贴片部位应力（应变）分布影响较大的因素主要是弹性体受力条件的变化。

弹性体受力条件的变化是指当弹性体受力的大小不变时，力的作用点发生变化或弹性体与其相邻的加载构件和承载构件的接触条件发生变化。如果在弹性体结构设计时，未能考虑这一情况，就可能造成弹性体上应力（应变）分布的不规则变化。这方面最典型的实例是筒式测力传感器（见图1）。

当筒式测力传感器上、下端面均匀受力时，在弹性体贴片部位的整个圆周上应力（应变）的分布是均匀的。当上、下两个端面上受力情况发生变化后，力在两个端面的作用情况不再是均匀分布的，这时弹性体贴片部位圆周上应力（应变）的分布情况就难以预料了。如果筒式测力传感器弹性体的高度与直径之比足够大，弹性体贴片部位圆周上的应力（应变）基本上还是均匀分布。但是，在实际应用中，通常很少能为测力传感器提供较大的安装空间位置，因而筒式测力传感器弹性体的高度与直径之比很难做到足够大，弹性体贴片部位圆周上应力（应变）将不均匀分布，而且不均匀分布的情况随弹性体受力情况的变化而改变。在这样的条件下，弹性体贴片部位的应力（应变）与被测力不能保持严格的对应关系，将造成明显的测力误差。

为了减小由于弹性体受力条件的变化引起的测力误差，有些传感器设计者采取在筒式测力传感器弹性体上增加贴片数量的方法，尽可能将弹性体上贴片部位圆周上应力（应变）分布不均匀的情况测量出来。这样的处理方法有一定的效果，可以减小弹性体受力条件的变化引起的测力误差。但这种方法毕竟是一种被动的方法，增加的贴片数量总是有限的，还是很难把弹性体上贴片部位圆周上应力（应变）分布不均匀的情况全部测量出来，测力误差减小的程度不够显著。

由于弹性体受力条件的变化引起的测力误差的实质是弹性体贴片部位圆周上的应力（应变）的不规则分布，如果能使弹性体贴片部位圆周上的应力（应变）分布受到一定条件的约束，迫使贴片部位的应力（应变）按照某一规律分布，因而使得弹性体贴片部位的应力（应变）与被测力基本保持严格的对应关系，由此来减小因弹性体受力条件的变化引起的测力误差。

对于筒式测力传感器来说，在承载强度足够的条件下，如果将弹性体贴片部位圆周上不贴片的部位挖空（见图2），使得应力只能在未挖空的部位分布，大大改善了应力（应变）不规则分布的情况。或者说，应力（应变）的不规则分布仅仅限于未挖空的部位，并且其不规则分布的程度不会很大。因此，在未挖空的部位粘贴电阻应变片，就能使测得的应力（应变）与被测力基本保持严格的对应关系。

上述处理方法实际上出于这样一个原理：通过某种措施，使弹性体上的应力（应变）集中分布在便于贴片检测的部位，实现测得的应力（应变）与被测力基本保持严格的对应关系，以保证传感器的测力精度。

作者曾用上述方法对筒式测力传感器进行改进。改进前的普通筒式传感器测力误差大于1%F.S.，改进后（局部挖空）的筒式传感器测力误差为0.1~0.3%F.S.，测力精度明显提高。

三、提高应力（应变）水平的应力集中原则

若要测力传感器达到较高的灵敏度，通常应该使电阻应变片有较高的应变水平，即在弹性体上贴片部位应该有较高的应力（应变）水平。

实现弹性体上贴片部位达到较高应力（应变）水平有两种常用的方法：

（1）整体减小弹性体的尺寸，全面提高弹性体上的应力（应变）水平；

（2）在贴片部位附近对弹性体进行局部削弱，使贴片部位局部应力（应变）水平提高，而弹性体其它部位的应力（应变）水平基本不变。

以上两种方法都可以提高贴片部位的应力（应变）水平，但对弹性体整体性能而言，局部削弱弹性体的效果要远好于整体减小弹性体尺寸。因为局部削弱弹性体既能提高贴片部位的应力（应变）水平，又使得弹性体整体保持较高的强度和刚度，有利于提高传感器的性能和使用效果。

局部削弱弹性体提高贴片部位应力（应变）水平的原理是：通过局部削弱弹性体，造成局部的应力集中，使得应力集中部位的应力（应变）水平明显高于弹性体其它部位的应力水平，将电阻应变片粘贴于应力集中部位，就可以测得较高的应变水平。

局部应力（应变）集中的方法在测力传感器的设计中经常被采用，尤其在梁式测力传感器（如弯曲梁式和剪切梁式测力传感器）的弹性体设计中被广泛应用。局部应力（应变）集中方法应用较为成功的当数剪切梁式测力传感器。剪切梁式测力传感器是通过检测梁式弹性体上的剪应力（剪应变）实现测力的，其弹性体的结构如图3所示（为了便于说明问题，这里仅以一简支梁式的弹性体为例）。

由材料力学中有关梁的应力分布知识可知，当梁承受横向（弯曲）载荷时，在梁的中性层处剪应力（剪应变）最大。如果要检测梁上的剪应变，应该在梁的中性层处贴片。为了提高贴片处的剪应力（剪应变）水平，可将弹性体两侧各挖一个盲孔（见图3的2处），盲孔的中心应在中性层处。电阻应变片应该粘贴在盲孔的底面上，即图3中工字形断面（A－A剖面）的腹板上。

对于梁形构件来说，其弯曲强度是主要矛盾。在一个梁满足弯曲强度的情况下，剪切强度一般裕量较大。当在中性层附近挖盲孔后，该截面上腹板上的剪应力（剪应变）明显提高，然而该截面上的弯曲应力提高很小。因此，剪切梁式弹性体应用局部应力集中方案后，被检测的剪应变大大提高，使该测力传感器的灵敏度显著提高，而对整个梁的弯曲强度影响很小，使整个梁保持了良好的强度和刚度。

四、小结

在测力传感器的设计过程中，如能自觉地按照上述两种应力集中的原则，对弹性体进行结构设计，就能够收到提高测力传感器的测力精度和测力灵敏度的良好效果。灵活、恰当地运用应力集中的原则，对于设计和生产高性能的测力传感器具有重要的实用意义。

参考文献

[1].刘鸿文主编，《材料力学》，高等教育出版社，1979年

PrinciplesofConcentratingStressintheDesignofLoadCells

Abstract:Thispaperintroducestwoprinciplesofconcentratingstress,whichareusually

usedinthedesignofloadcells.Accordingtotheprinciplestheelasticbodiesofloadcells

传感器设计论文篇(2)

1．1传感器激励的设计硅压阻式压力传感器内部结构为惠斯通电桥结构，可在恒压或者恒流模式下工作。由于硅压阻式传感器很容易受到温度的影响产生漂移，在恒压模式下随着温度的变化，传感器本身电阻R的变化会对信号产生影响，因此，选择恒流源作为传感器的激励［6］。传感器激励源的稳定与噪声大小直接影响着压力敏感元件的输出，因此，在确保低温漂、低噪声、驱动能力强的选型原则下，选择ADR4525基准源、AD8506运放构建驱动电路以及反馈电路。图2所示为传感器激励原理框图。

1．2温度补偿电路的设计温度补偿电路用于对温度发生变化时，敏感元件和构成信号调理电路各主要元器件的输入输出特性的补偿，温度补偿电路提供两类误温度漂移补偿:零点温度漂移补偿与灵敏度温度漂移补偿［7］。理想传感器的输出量与输入量关系。补偿的原理为将b，k调整到精确的某个值，最大限度消除温漂值b(T)和k(T)以及二次以上的非线性成分。

1．2．1零点温度漂移补偿由温度引起零点变化而造成输出变化的元器件中，压力敏感元件所占比重最大，对零点补偿原理如图3所示，温度检测元件的输出作为补偿端与待补偿信号做加减运算［8］，最终输出信号即为零点补偿后输出。该部分设计中，温度检测元件选择温度传感器AD590，AD590封装下、测量范围宽、输出线性，输出信号噪声仅为40pA，补偿信号不引入更多的噪声;同时由于温度传感器的输出以电流的形式输出，因此，需要通过高精密电阻器将其转换为电压信号后，与待补偿信号做加减运算，电阻器阻值的大小根据测量的零点漂移大小计算。

1．2．2灵敏度温度漂移补偿随着温度的变化传感器的满量程输出也会随之变化(即增益发生变化)，从输出来看，该变化可归一为压力敏感元件的灵敏度发生变化，此时，需对传感器的增益特性进行温度补偿。补偿原理如图4所示，温度检测元件检测到温度变化后，及时调整激励源的基准［9］，调整策略与增益温度特性互补，即增益降低，则增强激励源的基准，由激励源输出相应的恒流;同时可在敏感头的桥臂上串、并联电阻器调整增益特性。

1．3信号调理电路的设计信号调理电路用于将压力传感器输出的差分信号进行放大、滤波，原理图如图5所示。压阻式传感器输出的电压信号大多为mV级，采用仪表放大器AD8553对传感器输出的信号进行放大，AD8553为轨到轨输出，最大失调电压仅为20μV，在频响0．01～10Hz范围内噪声峰峰值为0．7μV，其中，R应大于3．92kΩ;同时由于SM5420输出的为差分信号，在仪表放大器的输入端需要添加抗射频干扰的滤波电路，如图5所示，若仪表放大器输入前滤波电路匹配不佳，输入的某些共模信号将转换为差模信号，因此，通常情况下所选的C2至少比C1或者C3大10倍，用于抑制滤波电路不匹配带来的杂散差分信号;基准源ADR4525为仪表放大器提供2．5V的参考电压，用于调整信号的零位。仪表放大器的输出信号需要进行滤波处理，这里采用MAX295芯片进行滤波，该芯片为8阶巴特沃斯滤波器，操作简单，只需提供输入时钟CLK则可任意控制滤波器的截止频率，输入时钟频率与截止频率的关系为50︰1。

1．4数据采集电路设计该部分电路主要是将补偿后的模拟信号通过A/D转换器AD8330将其转换成数字信号，AD8330为16位采样精度，采样率最高可达1MHz;采用已经使用成熟的微型处理器C8051F410进行数据采集和处理，微控制器通过SPI接口采集到量化后信号，同时通过RS—485总线转USB适配器与计算机进行通信。

2传感器标定与测试结果

压力传感器的标定主要是对零点和灵敏度的标定。将压力传感器安装到压力腔体内，共同放入高低温试验箱，打开高低温试验室箱并设置11个间隔均匀的温度值，在不同的温度梯度下使用压力泵对压力腔体打压，并记录压力传感器在零位和满量程时的输出值，采用最小二乘法对记录的值进行拟合［12］，得到传感器的零点温度漂移值和灵敏度温度漂移值。根据得到的值调整补偿电路使传感器的输出满足要求。将经过补偿后的压力传感器放入高低温试验箱，高低温试验室箱内温度设置为25℃，在量程范围内设置10个均匀的压力测试点，将测试结果记录到表1中，采用最小二乘法拟合数据得到补偿后的传感器静态特性。通过Matlab拟合后得到传感器输入与输出的线性关系式为y=0．020x+2．454，如图6(a)所示;经过计算传感器的静态特性为非线性误差为0．043%，迟滞为0．062%，重复性为0．027%，精度为0．085%，如图6(b)所示，最大误差位于点0kPa处，偏差为0．00154V，故非线性度小于1．54/(20．29×175)=0．043%，满足设计的要求。在测试的过程中，由于一天当中大气压强的变化测试结果会受到影响。

3结束语

传感器设计论文篇(3)

关键词：产教融合；传感器；实践教学；创新设计

1引言

高校的传感器课程改革已推进很多年，实际上一些高校在传感器教学改革上做了很多细致的工作，笔者也在传感器课程改革中做了相关工作[1-3]。传感器课程经过这些年的教学改革和发展，教学改革取得了长足的进步，但也存在很多问题，如教学内容没有本质改变、教学形式披着项目式教学的外衣等问题，使得教学改革浮于表面。尽管如此，传感器课程改革的核心即如何实现基于产教融合的实践教学过程，尚未有相关过程的描述文献，也就是说，传感器课程的改革尚未取得相关课题组的认可或值得推广的进展。传感器种类繁多，工作原理各式各样，其课程属于交叉学科。现在发展正热的人工智能对传感器的发展有着重要的促进作用。因此，传感器的课程改革是一个比较复杂的系统工程[4]。学校的需求是如何把传感器最新的研究成果通过简单、直观和有效的方法传授给学生，学生通过课程学习后能快速地上手关于传感器的相关工作，因此，传感器的实践教学过程设计显得尤为重要。基于此，本文主要研究如何设计出符合产教融合形式的传感器课程实践教学过程。

2问题分析

自国家开始推广产教融合以来，校企合作就作为高校推进教学改革的主要方向。同时，企业相关负责人也认识到企业和高校之间需要密切合作，通过高校人才资源优势来推进企业产品的升级。事实上，高校和企业的想法都很好，但在实际执行过程中存在很多问题：首先，企业有自己的一套对外交流合作的规章流程，而高校提供的技术支持和人力资源并不是针对企业某类产品开发、设计和制作等相关工作的；其次，企业的产品研发、设计、生产及推广在未推向市场之前都是保密的，由于牵涉企业保密协议，高校师生想深入地参与不太现实。由于涉及企业的切身利益，考虑到社会现状，企业和高校无法进行深入且密切的合作，大都停留在合作的表面层次，这样双方都无法获取有用的信息。传感器课程的改革进行了很多年，特别是针对实践教学改革做了很多相关工作[5-7]，如调整理论和实践操作的时间比例，突出实践操作的课时比例；学生通过项目任务引导和驱动完成教学任务；通过完成课外项目任务来提升动手能力；等等。这些方式确实能提升学生的动手能力，也提高了教学质量，但无法直接与企业岗位对接，还需要企业对学生进行专门的培训，然后才能让学生真正进入传感器工程师岗位，这也是企业对现在毕业生能力感到比较苦恼的地方，也是高校培养学生需要改进的方面。实际上，学校在课程教学改革过程中，不论从专家论证还是调研需求方面，都没有真正地深入企业，没有搞清楚企业的真正需求，因此，在培养人才目标上出现偏差。现在科技的发展日新月异，课程内容的调整要做到与时俱进。结合传感器技术发展趋势分析，传感器课程改革的最佳思路是采取产教融合形式来进行改革，这符合目前社会企业的实际需求，也符合高校课程的改革方向。本文针对上述两个方面的问题，提出基于产教融合的传感器实践教学过程创新设计理念，解决目前困扰传感器教学的实质性问题，为高职院校的传感器课程教学改革提供一种全新的解决方案和思路。

3实践教学过程设计

本小节首先分析了基于产教融合的传感器课程目标，然后描述课程教学形式，最后给出了基于产教融合形式的传感器课程实践教学过程设计。

3.1基于产教融合的教学目标

产教融合的实质是企业和高校对相互间的需求和目标都很了解，高校能真正培养出企业所需的人才，而企业的人才需求是高校人才培养方案的目标[8-10]。从社会层面来讲，高校前沿技术应该走在企业技术的前面，企业应该向高校进行学习和讨教，但现实情况是，目前高校的人才培养和课程改革都需要对企业人才需求进行调研，刚好与欧美社会的情况相反。针对目前我国社会的实际情况，本研究从实际出发，对传感器课程的目标进行重新定义，主要有以下内容：（1）基于典型传感器企业工作岗位构建能力提升框架。根据企业典型岗位来设计传感器能力训练和提升体系，该操作也是由来已久，但实际效果并不好。虽然教育专家给出这方面的指引，但为什么没有取得良好的效果？主要是在实际企业调研这一环没有做好，每个地方的社会经济情况不同，得出的传感器课程能力培养方向的侧重点就不同，或者这一环没有进行深入而翔实的讨论，使得结论不符合当地企业的实际需求。结合武汉地区传感器企业的情况，传感器课程能力提升分为培训基础任务、完成项目模块和开发产品三个层次。（2）设计合理适用的任务项目模块，达到企业岗位各级能力水平。如何实现三个能力层次的递进？设计的项目很重要，较好的项目任务能有效地夯实学生的基础，进而达到完成整个项目的能力，最后通过相关强度训练和努力，使得部分优秀学生具备传感器产品开发的能力。设计的项目在教学过程中覆盖各层级的学生，能有效地满足各类企业的传感器人才需求。以力传感器为例进行说明，这个项目包含4个，分别为力传感器基础、电阻应变式传感器的认识和使用、电容式压力传感器的认识和使用、力敏集成传感器的认识和使用，这四个模块包含了上述三个能力层级。传感器课程被重新定义的目标是区别于以往课程目标，其根本不同之处在于自然地融合企业产品生产属性，使之重新定义的课程目标既能巧妙地糅合企业产品生产属性，又能很好地实施教学过程，当然要实现新课程目标还要靠合适、恰当的教学内容。

3.2实践教学过程设计

根据前面设定的传感器课程目标和教学内容，开始实施整个教学过程。基于产教融合的思想，整个教学过程既要保持一定的教学形式，又要有传感器制作过程，将产品设计与制作和教学有效地结合起来。实践教学过程如何能较好地融合教学规律和产品生产过程呢？重新设计的项目内容是关键，很明显，开发的全新教学内容是决定教学采用何种形式的基础。项目内容的开发主要来源于目前企业传感器岗位所需具备的能力要求，因此，项目开发的研究是核心。这里以超声波传感器项目为例进行说明，超声波传感器项目主要分为四个任务：认识超声波传感器、超声波发送电路设计与调试、超声波接收电路设计与调试、超声波测量系统设计与制作。由于现在的教学过程基本上都是理实一体化模式，因此，专业课教学过程都是实践教学过程。整个教学过程设计如下：（1）超声波项目文本制作。涉及的超声波文本主要包括项目教学设计、教案、项目教师工作页、学生工作页，这些资料都是建立在重新设计项目内容基础上的。这些项目文本都需要在项目实施前完成，并把学生工作页提前发给学生。学生工作页描述了该项目的目标、能力训练要求、所需知识点、任务安排以及项目实施过程等相关内容。这部分内容需要专业教师根据课程标准来进行撰写和安排，对任课教师的要求比较高，需要有教学改革经验才行。（2）项目元器件的准备。为提高学生的参与性和积极性，这个工作主要由学生提前准备，根据学生工作页中提供的原理图、元器件清单等信息来完成。学校提供一些基础的设备如电源、示波器、万用表、电烙铁、钳子和镊子等工具，学生购买元器件所需费用由学校承担一部分。这样可以调动学生的积极性，形成的传感器作品由学生自己管理。这种做法同企业员工的技术能力及出勤情况和薪酬挂钩一样，只有涉及自身利益，才能调动学生学习的主观能动性。实践证明，这种类比企业员工的做法能有效地调动学生的积极性，能有效提升教学质量、促进教学改革。（3）项目任务的推进。这个项目规划8个课时，任务1、2分配4个课时，任务3、4占用4个课时。任务推进大致步骤为：首先，给学生介绍超声波项目的目标和要求以及学完这个项目后所具备的能力；其次，将项目分解成认识超声波传感器、超声波发送电路设计与调试、超声波接收电路设计与调试、超声波测量系统设计与制作四个任务，并说明这四个任务之间的相互联系和作用；再次，推进各个任务的完成，在此过程中，教师协助学生完成任务的分析和指导；最后，教师针对学生完成的项目情况进行点评，并指导学生撰写项目报告。（4）项目总结报告的撰写。项目报告的撰写是对前期工作的总结和整理，超声波项目涉及四个任务，完成这四个任务的过程中肯定会遇到很多问题，特别是超声波发送电路设计与调试、超声波接收电路设计与调试这两个任务，针对电路设计与调试过程中存在的信号不稳定、信号接收不到等问题，需要学生仔细检查电路板找到问题所在进而解决。因此，在撰写报告时，要将这些问题总结并记录下来，避免后修的任务遇到类似的问题。总结报告需要学生按照规定的格式完成，这样才能保证总结报告的质量。当然，教师会根据总结报告对学生进行指导，使学生撰写的报告内涵丰富、数据翔实、描述清楚。整个实践教学过程始终让学生处于主动地位，即让学生站在公司员工的角度，教师在整个教学过程中是一位导演，协助并指导学生完成作品，这样的过程能有效地调动学生的积极性，显著提升教学效果。

3.3课程考核形式

传感器课程的改革是基于产教融合的形式，其课程考核形式需要具备企业产品属性和教学考核的双重属性，因此，需要对原有的考核形式进行重新设计和规划，同时，考核方式应该能对教学过程和结果进行有效的监控。为了提高学生的学习积极性，使学生的成绩与能力挂钩，将考试与实际的应用开发相结合，设计的考核方案如下：在每个项目的实施过程中，涉及使用单片机进行控制传感器的操作，团队协作，沟通交流，文档撰写的职业素养，教师全程跟踪学生的制作过程，记录学生的平时表现。在项目完成阶段，对学生的作品进行检查、验收，配合答辩结果确定学生成绩，课程成绩包括职业素养考核+平时作品考核+期末理论考核，具体分值分别为：（1）职业素养考核。根据平时表现来判定，考核内容包括学习态度、团队合作、操作规范、分析问题、解决问题的能力等方面，分值为20分。（2）平时过程考核。从项目报告、提问答辩、操作情况和产品设计制作四个方面来考核：①项目报告，要求结构完整、条理清晰、文字流畅、观点正确；②提问答辩，包括对理论知识的理解、分析问题解决问题的能力；③操作情况，即根据项目的功能对各类传感器进行操作的情况；④产品设计制作，包括调试工具软件、仪器、仪表使用的能力以及硬件电路、控制程序的设计调试能力。分值为40分。（3）期末理论考核。主要是对理论知识要点的考查，分值为40分。上述考核形式，能有效地检验学生在课程学习上的不同层次的能力，反映在技能操作、理论水平以及企业级产品开发上。因此，经过重新设计的考核形式是比较合适的，能有效地适配新的教学内容。

4结论

本文分析了现有传感器课程教学过程中存在的问题，提出了基于产教融合的传感器实践教学过程创新设计理念。该思想分别从基于产教融合的传感器课程的目标、实践教学过程设计、课程考核形式等三个方面进行分析和阐述，说明了重新构建设计的项目内容是实现该教学过程的重要基础，并以此为基础，采用与之相对应的教学形式，从而提升教学质量。该教学设计已在我校电子信息工程技术和智能产品开发两个专业2020级学生的传感器课程教学中成功得到实施和应用，教学效果良好，学生对教学的评教也很好。

参考文献

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[3]蔡振.基于单片机应用的传感器课程教学改革[J].现代职业教育,2016(4):73.

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传感器设计论文篇(4)

关键词：传感器；检测技术；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0067-02

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.

传感器设计论文篇(5)

关键词：无线传感器网；理论课程教学；自制实验平台；实验项目

Discussion on education of the postgraduate course: wireless sensor networks

Zhang Jianhui, Zeng Hong

Hangzhou dianzi university, Hangzhou, 310018, China

Abstract: This paper analyzed some appearing problems in teaching this course among postgraduate students, and designed a new way in theory teaching by designing and constructing test-bed, by designing and developing experiment items. Our new teaching way could change the unsmooth and bald status quo in unidirectionally teaching theoretical courses, and was a reference to promote the teaching development of postgraduate courses.

Key words: wireless wensor networks; teaching of theoretical course; self-developed test-bed; experiment item

无线传感器网近年来成为IT领域的研究热点[1]。2009年8月，总理提出尽快建立“感知中国”中心，促进我国无线传感器网技术与产业的发展。无线传感器网是物联网的技术核心，2010年7月20日，教育部向社会公布了2011年全国各高校140个本科新专业详细名单，其中“物联网工程”专业占据30个，高居榜首。无线传感器网是物联网专业骨干课程之一，也是一门新课程。我们对该课程的教学方法作了些探索性的改革。

1 目前存在的问题

物联网作为新专业有新的建设和教学思想[2]。而无线传感器网作为新兴行业的新课程，其理论基础要求高，应用性也要强，因而给教学带来新的挑战。存在的主要问题有：

(1)教学内容涉及广与系统性教学的矛盾。无线传感器网是一门应用性和理论基础要求都很强的课程。该课程所讲述的网络是一种集成创新型技术，同时理解和运用好该技术需要一定理论基础。它所涉及的内容广泛，需要多方面计算机基础理论知识，且涵盖面广，包括概率论、图论、高等数学、随机过程等。同时，它涉及单片机编程、电子线路、无线电发射等多方面硬件知识。而这门课程的传授对象是研究生，研究生班的学生往往来自不同专业，读研期间的主修专业也各不相同，而其导师所指导的研究方向更是千差万别。因而，如何系统地讲授这门课，同时又能满足学生不同需求，将成为面临的难题。

(2)理论教学与实验教学的脱节。无线传感器网是门全新课程，问题(1)中所述特点使得在理论与实验教学两个方面的任务既各有特色又繁重，造成这两方面的教学任务难以平衡。由于它是一门新课程，可以借鉴的教学经验并不多。而从横向比较来看，类似应用性很强的课程，其教学方法一般单一地偏向理论教学或实验教学。

(3)传统单向性教学模式的不良影响。多年来，研究生教学模式一般都是单向性的，即教师教、学生学，缺乏真正的互动，难以培养学生的独立思维，更难以激发其主动性和创造性。从学生角度来看，这种教学模式从中学一直延续到研究生阶段，没有让学生充分参与到教学中来，使得学生的学习效果无法保证，学习的兴趣也不高。这种长期的被动式参与教学，使得学生失去了主动性、独立性和主导性，形成了不良的学习和科研习惯，最终导致研究生创造性的缺失[5]。

2 改革方法

我们在Seminar[4]教学方法的基础上，让学生充分参与教学，体会完成科研任务的独立性和自主性。总体改革方法是教师导引，学生参与学、教、实验设计与实现全过程，形成单向教学向理论教学与实验互动、学生参与转变。在设计该方法时，要充分考虑到所在高校的历史与优势，发挥其在电子电路设计、嵌入式编程等方面的坚实基础与专业特色，观察学院近几年在无线传感器网方面的发展速度，针对前一小节所提出的问题，给出相应的教学改革方法。

夯实基础知识，划分学习小组。本课程选择的教材清华大学出版社出版、孙利民等编著的《无线传感器网络》为主教材，以剑桥大学出版社出版的Xiangyang Li的专著"Wireless Ad Hoc and Sensor Networks: Theory and Applications"为辅助教材。在掌握无线传感器网络这门课程的基础知识的同时，根据学生所学专业和研究方向，将他们分为两大组：理论组和应用组(如图1所示)。对于理论组和应用组分别布置不同的课外作业。为此，笔者从计算机网络、体系结构和应用技术领域的一些最新国际顶级会议上，如SigComm，MobiCom，SenSys，InfoCom等，选择理论和应用两类论文。其中，根据每名学生的指导教师对研究方向的要求，对所选论文进行较细致的筛选。在所选出的论文中，学生可以根据自己的兴趣进行再选择。当然，学生也可以从指定的学术会议论文集中选择论文。这是一个有限定的双向选择过程，所选论文包含诸多无线传感器网络应用案例和科研实例。这些论文作为课外作业让学生自己去研读，而教师会从两个组中分别随机抽取部分学生，分两个阶段，即理论阶段和应用阶段，让其上讲台宣讲其所读的论文。在宣讲过程中，大家可以自由提问和讨论，学生由此可以充分参与到教和学的两个环节。课堂的自由讨论，使得学生从传统课程授课模式中的被动听课变为主动参与，提高了学生对该课程的学习和参与兴趣。为保证效率，教师对宣讲和讨论的时间做了限定，在讨论的过程中也会做一些导引。

在两个阶段(理论阶段和应用阶段)开始之前，教师分别讲授两个阶段的基础知识，即理论基础知识和应用基础知识。由于所涉及的内容非常广泛，讲授一些入门知识，而对学生所要宣讲论文的相关基础知识要深入地讲解。另外一个重要的组成部分是给学生讲授获取相关知识的技巧与途径，例如如何使用图书馆资源及学术网站，如Google scholar，Citeseer等。

图1 教学步骤图

在上述过程中，理论组的学生偏重理解算法的原理，应用组的学生偏重算法实现所需的硬件运行原理和编程实现。笔者所在实验室的主要研究方向之一是无线传感器网络，依托这个实验室特点，在指导学生时采用TelosB传感器节点，在TinyOS平台上开发算法实现程序。

统分兼顾，学生自主。如图1所示，在“理论(应用)基础知识”阶段中，通过让学生自己阅读学术论文，让两个组的学生分别对某一方面的理论知识有了具体了解，对无线传感器网络中的硬件原理也有了初步认识。在紧接着的“理论(应用)案例”阶段中，从学生宣读过的学术论文中挑选出几篇经典的论文，它们有算法设计及其性能的理论分析，又有实验设计与验证。为此，根据先前的理论组和应用组划分，以及所选经典论文，进一步将学生交叉分队。一个分队一般由5名学生组成：一名学生负责算法原理的解释，两名负责TinyOS编程和调试，一名负责数据采集与硬件平台搭建，最后一名负责协调分队整体工作并撰写最终实验报告。实际教学过程中，每队学生人数和任务分配可以视情况做适当调整，例如，当理论组学生人数较多时，在每队中负责算法原理解释的学生可以适当增多。当分队组建好以后，分给每名学生的任务以课外作业的形式完成。每个分队的进度情况由该队负责人以实验报告的形式按阶段提交给教师。同时，在协调学生完成作业的过程中，教师应逐个分析案例，这些案例中有涉及路由设计的，有涉及面向实际应用数据采集的，也有涉及网络时延分析的，案例涵盖面广，以解决课程内容涉及广的问题。

案例分析结束以后，进入实验验证或者仿真分析。在这个过程中，主要分以下几个阶段：实验平台的构建、实验设计、实验验证及其实验报告的撰写。在这些过程中，学生不仅充分参与，而且在有些过程中，学生还起到主导的作用。实验平台的构建需要一定的科研经费支持，制作过程复杂，将在下文中阐述。在无线传感器网络的教学中，由于实验条件限制，不一定都能搭建硬件平台。另外，在教学中还发现，一个实验平台不能同时满足多个分队使用，而有些分队的任务也不一定要在实验平台上进行。为此，让部分有一定C/C++语言编程基础的学生使用一个专门的网络仿真平台―OMNeT++[3]。

OMNeT++是一个面向对象的离散时间模拟器，由土耳其布达佩斯技术大学的Andras Varga等人设计。其内核源代码完全开放，采用标准C++语言编写，可以运行于Linux，Windows等几乎所有支持标准C++的系统平台上。它采用了一种搭积木式的建模方式，可以应用于任何离散事件系统的计算机模拟和仿真，包括模拟通信网络的业务流，模拟通信协议的模型，排队网络，模拟多处理器和其他分布式系统。对于教学比较有利的是OMNeT++完全免费，有很多现成的模块、框架和范例，相关资源可从其官方网站[3]免费下载。在教学过程中，部分学生使用该仿真软件，完成了一些无线传感器网络中的案例，如消息洪泛案例仿真(如图2所示)，目标追踪案例仿真(如图3所示)。在图2，3中，灰色点和白色点表示传感器节点，灰点表示已经接受到消息的节点；图中间较大的点表示Sink节点；图3左上角的黑色点表示目标。

图2 消息洪泛仿真截图 图3 目标追踪仿真截图

自制实验平台，自己设计完成实验，学生充分参与。需要实验平台验证的分队参与设计与构建了一个无线传感器网络平台(如图6所示)。该平台高2米，宽4米，由200个自制TelosB节点(如图4所示)、50个多接口Hub(如图5所示)和一台台式机组成。2009和2010级部分研究生参与了该实验平台的设计与搭建。在该实验平台上验证理论或应用案例的每个分队，都自行设计、开发、调试实验和相应的TinyOS程序。根据无线传感器网络这门课程教学的需要，以及学生科研和兴趣的选择，先后设计了6个实验：时间同步、路由树构建、基于非时间同步的通信时间调度、消息洪泛、主被动式追踪、人物辨别。

图4 自制TelosB传感器节点 图5 多接口Hub

图6 200个节点组成的测试平台

3 结束语

在整个教学过程中，总体教学思路是：从课程基础知识开始，将学生分成两类(理论类和应用类)；根据学生的兴趣和科研需要，有重点地讲解具体的理论和应用基础知识；而后以国际顶级会议论文为素材，从具体案例着手，通过让学生充分参与的方式诱导学生理解理论知识(如图论、概率论、随机过程等)是如何在无线传感器网络这个应用性技术中应用的，也让他们体验无线传感器网络中的算法是如何在实际实验平台上实现的。整个过程从基础理论知识细化到具体理论知识，再到具体案例分析，循序渐进，有重点、系统性地讲授了这门知识涉及面广、结构较为庞杂的应用性课程。同时，在整个教学中，学生也从逐渐参与、充分参与到教和学中，到最后甚至在某些方面起到主导作用。新教学方法使得学生在研究生阶段能够体会从被动地学到主动地、独立地完成一个完整的科研任务的转变。这种转变中蕴含着主动创新的种子，在长期的科研锻炼中将会发芽结果。

参考文献

[1] 李建中.无线传感器网络专刊前言[J].软件学报,2007,18(05):1077-1079.

[2] 吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育,2010,21:26-28.

[3] OMNeT++ [N/OL].省略/.

传感器设计论文篇(6)

关键词：高职教育；传感器技术；教学改革；探索

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-0118（2012）07-0096-02

一、引言

传感器是获取自然科学领域信息的主要途径和手段。在现代测控系统中，作为关键环节的传感器处于连接被测控对象和测控系统的接口位置。目前，传感器广泛用于工业、农业、交通、军事科研、环境监测、现代办公设备和高端电子产品等领域，是构建现代信息系统的重要组成部分。没有传感器就没有现代的科学技术，传感技术在促进生产发展和现代科技进步的广阔领域内发挥着重要作用。因此，“传感器技术”这门专业技术基础课就显得尤为重要。笔者通过多年的教学实践，总结出一些经验，并在实际教学中取得了一定的成效。

二、教学内容的改革

目前，国内有关传感器的教材越来越多，主要有两种类型：一是以传感器的工作原理分类的角度出发，讲解检测的基础知识、各种类型的传感器的工作原理、最后介绍智能型传感器和传感器网络等新知识；另一种是从以各种类型的传感器的选择和应用为主，很少进行理论研究。笔者采用的是第一种类型教材。在讲授过程中，由浅入深着重介绍了目前已经发展相当成熟的电阻式、电感式、电容式、压电式、霍尔式、光电式等经典的传感器的基本原理、特性测量电路和应用。把半导体、微波、辐射式、超声波、数字式和智能式等传感器的基本原理及应用作为选讲内容。在教学中，不但要让学生定性地了解传感器的工作原理，熟悉其基本特性，还要培养理论与实践相结合的能力。多年的实践教学使笔者体会到：不需要对教科书中的每一种传感器都逐一进行介绍，要着重讲述几种有代表性的传感器，包括其工作原理、测量转换电路。要将这几种基本传感器的知识讲全讲透，使学生能够真正理解什么是传感器、如何选择和使用传感器。对于一些新型传感器，教师也可以不讲，采取引导学生充分利用网络资源的方式，来了解传感器的最新动态，激发学生的学习兴趣。

三、教学方法的改革

教学方法的改革，是提高教学品质的重要保证。改革教学方法的重点，是要以提高教学品质、提高授课效果和提高学生的学习积极性为目的。

（一）寓教于乐，提高学生学习兴趣

如何提高学生的学习兴趣，是教学过程中的重中之重。都说兴趣是最好的老师，而兴趣是可以引导和培养的。学生自己如果对某门课程很感兴趣，他们会肯钻研，勤学好问，把这门课学得很好。因此，在本课程的讲授中，非常重视培养学生的学习兴趣，将传感器的内容讲授与生活中的应用紧密联系起来，让学生知道在现实生活和未来工作时都会用到传感器，并且在课堂生结合生活实际有针对性的讲述相应传感器的原理和应用，结合教学内容中的检测技术的地位和作用，列举了大量学生认识的实例，如电饭煲、豆浆机、热水器等家用电器对温度如何检测和控制，用到了哪些温度检测传感器？火车站的安检系统是怎么工作的，为什么会检查出违禁物品？汽车里的安全气囊在什么状况下自动弹出，是怎么个工作原理？遥控器是如何实现控制电视机换台的？手机触摸屏是怎么实现的，用到了哪些传感器？等等。通过大量的应用实例吸引学生的注意力，激发学生的学习的兴趣和潜能，引导学生积极思考，主动探索。

（二）借助多样教学手段，提高教学效果

在讲授传感器技术课程时，可以借助教学课件、影像等多媒体教学手段来提高教学效果。充分发挥powerpoint的各种功能，因为减少了板书的时间，极大丰富了课堂信息量。采用了不同颜色的字体和醒目的线条，突出显示了难点和重点，使学生能够在一页幻灯片中，快速地找到关键的词语、图形。利用powerpoint的动画效果，使电子教案形象具体生动。例如，在讲解无损探伤的时候，通过flash演示，学生能清晰的看到检测的过程中如果材料中有缺陷，超声波的往返信号变化，不仅激发了学生的学习兴趣，活跃了课堂气氛，而且也加深了学生对此内容的理解。另外，还可以在课程中引入仿真技术，利用Multisim等软件进行虚拟实训和仿真，这样既降低了实训耗材成本，又可以使抽象复杂的问题变得直观简单，使教学达到事半功倍的效果。

高职学生在学习时更注重的是理论和实践相结合。通过一系列设计型综合型实验，如电子温度计制作、数字湿度仪设计与制作、防盗报警装置设计、生产流水线产品计数器设计与制作、火灾自动检测系统设计、数字电子称设计与制作、自动照明装置设计、智能小车设计、灭火机器人设计等，培养学生创新意识和设计、动手制作能力。力争让学生成为“下得去、留得住、用得上、干得好”，整体素质比较高，符合企业实际工作的需要的人才。

四、考核方式的改革

考核的目的是促进教师的教学和学生的学习，考虑本课程的应用性较强，因此，要重点考察学生对基本内容的掌握，对所学知识的灵活应用。建立品质分析制度，注重平时考核，成绩结构多样化。从2000年起，在自动化99级、电子99级等专业进行教学探索。将考试与平时考察的比例定为：课程结束考试占总评成绩的50%，课外作业占10%，课堂测验占15%，实验占25%。由于平时的训练与考察加强了，学生投入加大，掌握知识较牢固。并且要求平时成绩（包括课堂提问和出勤）不达到10分(总分15分)或实验缺席者，取消期末考试资格。这样一方面督促学生按时上课，课堂上积极回答问题；另一方面能全面地对学生理论和实践进行考核，促使学生将理论讲授与实际应用结合起来，更充分地认识到传感器基本性能和基本应用。并能缓解期末复习的压力，提高学习兴趣，加深对知识的掌握程度。建立课程考核品质分析制度，考试结束后认真进行试卷分析和成绩分析，并写出相应的分析结论。理论考试是必须进行的一项评定环节，理论考试可以采用开卷考试的形式，但是命题要以基本理论基本概念为基础，侧重于传感器在实际应用中的分析和设计，重点考察学生对传感器的真正意义上的理解和认识。要及时发现在命题或试卷批改及实验的考核中存在的一些问题，总结经验，不断完善考核办法和更新考试内容。

五、结论

通过上述对传感器技术课程的教学改革，学生对本课程的学习兴趣与日俱增，对理论知识的理解进一步深入，实践动手能力与分析问题解决问题的能力也进一步提高，得到学生的普遍好评，承认并肯定了传感器教学的效果。

参考文献：

［1］杨宝清.现代传感器技术基础［M］.中国铁道出版社，2001.

［2］牛永奎，冷芳.传感器及应用［M］.清华大学出版社,2007.

［3］杨汇军，王俊生“.传感器与检测技术”课程教学改革的探索与实践［J］.中国电力教育，2011，（9）:188.

传感器设计论文篇(7)

【关键词】传感器技术；案例教学；启发式教学；实践教学

随着电子计算机、互联网、机器人、自动控制以及单片机技术的迅速发展，传感器的应用也越来越广泛，“传感器技术与应用”就成为了电子技术类、自动控制技术、测量技术及计算机应用等专业的必修课程，它也是一门实践性和应用性都很强的课程。“传感器技术与应用”不仅对模拟电路、数字电路等前修课程有特别高的要求，还涉及光学、力学、声学、化学及计算机技术等多门学科的知识。因此对传感器技术及应用的教学要求就特别高，理论教学和实践教学都是尤为重要的，而很多教师授课的过程中只是生硬地将所要传授的知识灌输给学生，照本宣科，课堂气氛沉闷，教学过程枯燥乏味，严重降低了学生的学习热情。因此，针对这一现象，本着应用型、创新型、设计型人才的培养要求，对“传感器技术与应用”课程进行了以下一些思考。

1.传感器的案例教学

传感器作为一门理论性和实践性都很强的课程，最重要的特点就是学以致用，将书本内容与生活实际联系起来，不仅有益于学生理解和掌握书本知识，更能够很好地提高学生的学习兴趣，兴趣是最好的老师，从而起到事半功倍的效果。因此，在传感器的教学中引入案例教学是十分必要的。

案例教W法是一种以案例为基础的教学法。它必须在学生掌握了必要的理论知识的基础上进行，只有这样学生才能更深刻地领会案例，达到客观分析、准确判断的效果。教师在进行了一定的知识传授之后，再引用一些较为经典的案例进行分析研究，从而解释传感器工作的原理，使学生能够更好更快的吸收传感器的知识，将传感器理论与生活实际联系起来。

案例教学的实施效果好坏还取决于案例的选用，因此就要求教师要在透彻地掌握教学内容的基础上，根据以往教学经验，选取与教学内容密切相关，能够很好地实现教学目的的恰当案例。例如，在进行图像传感器教学的过程中，就可以在讲解了图像传感器的原理之后，对生活中常见的平板电脑、手机及数码相机等进行深入剖析，根据本章的知识向学生阐述这些数码产品的工作原理，为什么拍出来的相片有色差，为什么不同的数码产品拍出的相片清晰度不同，以及在数码产品的选购当中应该考虑的参数，性价比等等。当然，在案例教学过程中，教师也要适当地引导学生进行思考，多与学生互动，激发学生的学习热情，调动起课堂气氛。

2.传感器启发式教学的重要性

传感器不仅是一门实践性和应用性都很强的学科，也是一门设计性很强的学科，随着科技的发展，人们对传感器的要求也越来越高，更高的精确度，更好的线性度，更宽的测量范围等都是我们一直追求的目标，因此，对创新型人才的培养要求也就更高。所以，在对学生的传感器教学当中，不能只满足于学生能够了解传感器的基本工作原理，也要激励学生设计更新型的传感器。这就要求教师在授课过程中尽可能地对学生进行启发式教学。例如在案例教学中，教师不仅应该与学生一起对案例进行分析，还应该引导学生独立思考，独立分析问题，举一反三，将知识活学活用。鼓励学生互相讨论传感器相关案例，可使学生们的不同思维得到碰撞，从而收获更多的知识。

授之于鱼，不如授之于渔，书本中关于传感器的内容还是有限，作为教师不仅要帮助学生掌握书本知识，更要以开阔学生的思维，提高学生的学习能力为教学目标。以温度传感器为例，书本上介绍了热电偶、金属热电阻、热敏电阻、集成温度传感器等，在讲解这些传感器的工作原理之余，可以引导和鼓励学生自己设计一个具有特定量程、精度及灵敏度等的温度传感器，并根据学生的表现纳入最终的成绩考评当中。

3.传感器实践教学的改革

可以将“传感器技术与应用”课程放在实验室进行授课，在实验室配备多媒体授课系统，在授课当中引入多媒体教学，将一些元器件的封装图、参考电路图，应用实例等通过多媒体进行演示，增加理论教学的生动性和直观性。同时在实验室中配备与教学内容相符的传感器实物，将实物对应多媒体课件中的各种应用实例，结合一些简单的实验进行讲解，这样，学生很快就能接受。

此外，可以在本门课程中加入课程设计环节，结合课程内容，由老师给学生下发课程设计题目，或者由学生根据自己的兴趣选择题目。在理论教学中，让学生带着自己的课设去学习，遇到不懂得可以跟老师和同学探讨，也可以自己查阅资料或到实验室进行实验验证，自己焊接电路板并调试，做出自己的作品。这样，使实践充分地融入到理论当中，真正提高学生的学习水平和实践能力。

4.传感器教学中应注意的问题

4.1 要正确处理理论教学和实践教学的关系

“传感器技术与应用”是一门理论性和实践性都很强的学科，在教学过程中不应一味地注重理论教学，也不能一味地注重实践教学，应该把理论和实践放在同等重要的地位，通过互相配合，合理分配达到相辅相成的良好教学效果。

4.2 在教学中应根据学生个体差异进行差异化教学

术业有专攻，对那些基础较好，思维能力较强的及对传感器比较有兴趣的学生可以进行更深入的引导，鼓励他们在学习之余自己设计制作一些简单的传感器；而对于基础较弱，在传感器学科上学习比较吃力的学生可以适当放宽要求，将教学重点放在学习兴趣的培养上。

4.3 应根据传感器课程的特殊性建立创新型考评体系

在以往的考评体系中，通常将卷面成绩作为最终考评的一个重点依据，作为检验学生该门课程学习好坏的标准，这使得学生树立起一个错误的学习观，将更多的精力放在解题甚至背知识点上，而忽略了实践与应用的重要性，因此，今后在对传感器课程的考评中，教师可以将考评重点向实践与应用创新方面适当倾斜，将实验成绩、课程设计，自主创新等纳入考评范畴，增加学生的创新意识，从主观上改善教学效果。

5.结束语

总之，“传感器技术与应用”课程教学还在不断地发展与完善之中，随着广大教师在教学中的不断总结和创新，实现理论和实践的统一，帮助学生发散思维、学以致用、培养创新型、应用型人才的愿望终会达成。

参考文献：

[1]张向文.《传感器原理及应用》课程教学改革的探讨[J].科教资讯，2007（27）：150-151.