苑惠娟,秦 勇,周 真,王 雁

(哈爾濱理工大學(xué)測(cè)控技術(shù)與通信工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱150080)

“傳感技術(shù)”課程是測(cè)控技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程,該課程以“物理學(xué)”、“電工學(xué)”、“電子學(xué)”、“數(shù)字脈沖電路”、“工程光學(xué)基礎(chǔ)”、“誤差理論”、“精密機(jī)械零件”和“工程控制理論”等課程為基礎(chǔ),又是后續(xù)專業(yè)課程“測(cè)試技術(shù)原理及應(yīng)用”、“控制技術(shù)與系統(tǒng)”、“智能儀器”、“測(cè)控電路”和“無損檢測(cè)”等的先修課程。在測(cè)控技術(shù)專業(yè),“傳感技術(shù)”課程起到一個(gè)承上啟下的作用。“傳感技術(shù)”課程設(shè)計(jì)是在學(xué)生學(xué)習(xí)了“傳感技術(shù)”理論之后開設(shè)的實(shí)踐性教學(xué)課程,其目的是通過對(duì)傳感器的設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試以及應(yīng)用,進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力以及理論聯(lián)系實(shí)際的能力,培養(yǎng)學(xué)生成為社會(huì)需要的實(shí)用性人才。

1 課程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀與改革

多年來,我?！皞鞲屑夹g(shù)”課程設(shè)計(jì)的選題目“應(yīng)變式測(cè)力傳感器設(shè)計(jì)”,要求是設(shè)計(jì)一個(gè)電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器,包括彈性元件、殼體的設(shè)計(jì),應(yīng)變片的選擇和粘貼,測(cè)量轉(zhuǎn)換與放大電路的設(shè)計(jì)。由于條件限制,只是要求學(xué)生書面上進(jìn)行理論設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等,缺少實(shí)際操作,如應(yīng)變片的實(shí)際粘貼,對(duì)所設(shè)計(jì)傳感器的實(shí)際標(biāo)定等。這樣做無法充分發(fā)揮課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力方面的作用。

近年來,各個(gè)院校都在積極進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的改革[1,2],其趨勢(shì)就是將理論設(shè)計(jì)與實(shí)際動(dòng)手制作實(shí)踐聯(lián)系起來,真正實(shí)現(xiàn)全面系統(tǒng)的訓(xùn)練。本文結(jié)合我校測(cè)控專業(yè)特點(diǎn),配合“傳感技術(shù)”課程教學(xué)的改革[3,4],對(duì)“傳感技術(shù)”課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)從設(shè)計(jì)內(nèi)容、完成形式和教學(xué)方法諸方面進(jìn)行了改革和實(shí)踐的探索,收到了良好的效果。

2 課程設(shè)計(jì)改革方案

“傳感技術(shù)”課程和“測(cè)控電路”課程是兩門不同的專業(yè)課,然而講授的內(nèi)容又是密不可分的。兩門理論課程結(jié)束后各自有一周的課程設(shè)計(jì),過去兩門課程設(shè)計(jì)分別進(jìn)行,互不聯(lián)系[5]。我們進(jìn)行的課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革,就是將兩門課程設(shè)計(jì)融合起來,使之成為一個(gè)綜合性的課程設(shè)計(jì),時(shí)間為兩周。課程設(shè)計(jì)過程安排如下:

(1)教師結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用,擬定綜合性的課程設(shè)計(jì)題目,給出設(shè)計(jì)任務(wù)書;

(2)學(xué)生根據(jù)任務(wù)書要求,設(shè)計(jì)傳感器后,確定傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù);

(3)學(xué)生完成理論設(shè)計(jì)后,購置并組裝調(diào)試傳感器,確定傳感器的標(biāo)定方案,對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定;

(4)學(xué)生設(shè)計(jì)傳感器放大調(diào)理電路,繪出電路原理圖和印刷電路板圖,焊接電子元器件,并對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試、分析、性能測(cè)試和故障排除等;

(5)學(xué)生對(duì)傳感器和放大調(diào)理電路聯(lián)調(diào),得到標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào);

(6)學(xué)生撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告,進(jìn)行答辯。

3 綜合課程設(shè)計(jì)內(nèi)容

傳感器的類型不同,其輸出信號(hào)要求的放大調(diào)理電路也不同。為了培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生綜合應(yīng)用能力和動(dòng)手能力,我們擬定了三個(gè)綜合課程設(shè)計(jì)題目:“電感式測(cè)微儀的設(shè)計(jì)與調(diào)試”、“氣敏傳感器的設(shè)計(jì)制作與氣體測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試”和“濕敏傳感器的設(shè)計(jì)制作與濕度測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試”。下面以其中一個(gè)題目為例,說明該綜合課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。

(1)題目:電感式測(cè)微儀的設(shè)計(jì)與調(diào)試。

(2)任務(wù):電感式傳感器及其放大電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試與標(biāo)定。

(3)要求:設(shè)計(jì)電感傳感器;利用給定的元器件安裝、調(diào)試傳感器;設(shè)計(jì)傳感器轉(zhuǎn)換電路與處理電路;完成給定電路板的安裝、調(diào)試;對(duì)電感傳感器進(jìn)行標(biāo)定。

(4)具體內(nèi)容:分析電感傳感器工作原理,設(shè)計(jì)三節(jié)螺管式電感傳感器,確定相應(yīng)的參數(shù),畫出結(jié)構(gòu)圖及零件圖;采用集成芯片AD698設(shè)計(jì)傳感器轉(zhuǎn)換電路與處理電路,要求輸出直流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào);畫出完整的電路圖;分析電路實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的故障;分析零點(diǎn)殘余電壓誤差原因,并采取相應(yīng)措施減小零殘電壓;標(biāo)定所完成的電感測(cè)微儀;完成設(shè)計(jì)報(bào)告。

(5)電路參數(shù):傳感器輸出信號(hào)經(jīng)放大后輸出信號(hào)電壓為0～5V。

(6)時(shí)間安排為兩周:其中傳感器設(shè)計(jì)1天,調(diào)試1～2天,轉(zhuǎn)換電路及放大電路設(shè)計(jì)1～2天,調(diào)試4天,總結(jié)撰寫報(bào)告1天,驗(yàn)收答辯1天。

(7)傳感器調(diào)理電路設(shè)計(jì)部分要求采用AD698集成芯片。它與電感傳感器配合,精確再現(xiàn)電感傳感器的機(jī)械位移,并轉(zhuǎn)換成單極性或雙極性的直流電壓。

4 改革后取得的實(shí)際效果

學(xué)生使用Protel軟件設(shè)計(jì)了電路原理圖和PCB排版,讓學(xué)生利用傳感器實(shí)驗(yàn)中心的有利條件,加工制作傳感器;在此過程中,學(xué)生們熟悉了加工設(shè)備的使用,掌握了傳感器的加工工藝。學(xué)生在兩周的課程設(shè)計(jì)中,通過教師的引導(dǎo)自主設(shè)計(jì)并完成任務(wù)?？梢姼母锖蟮膶?shí)踐教學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

這項(xiàng)教學(xué)改革通過對(duì)“傳感技術(shù)”課程設(shè)計(jì)內(nèi)容、形式和教學(xué)方法的改革,使“傳感技術(shù)”課程設(shè)計(jì)真正發(fā)揮出培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的作用。

[1] 劉曉燕,劉立君,宮克勤,課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式改革探討[J].哈爾濱:黑龍江教育,2007.7,94-95

[2] 梅瑛,李瑞琴,《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)教學(xué)探討[J].太原:山西科技,2008.2,56-57

[3] 郭愛芳,尚振動(dòng),張發(fā)玉等,《測(cè)控電路》課程設(shè)計(jì)模式探討[J].北京:中國現(xiàn)代教育裝備,2007.8,78-80

[4] 秦勇,周真,張曉冰,吳海濱,“傳感技術(shù)＊課程實(shí)施分層教學(xué)研究的探索”[J].北京:高校教育研究,2008.13:24-26

[5] 周真,秦勇等,“《傳感技術(shù)＊》課程教學(xué)改革探索”[J].北京:高校教育研究,2008.4:37