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关键词： 传感器与检测技术   实验教学   改革  

摘要： 近年来,随着社会发展和科学技术的进步,传感器技术得到了长足的发展以及广泛的应用,智能、多功能型传感器出现。但是,传感器与检测技术的实验教学与实际发展相差较大,大多数高校还在沿袭传统的教学方式,这在很大程度上影响了学习效果。实验教学能够进一步培养学生的实践操作能力以及理论与实践相结合的能力,必须充分发挥其自身优势。因此,实验教学改革势在必行,就实验教学中具体改革展开深入探讨,旨在不断提升实验教学质量,培养新时代高质量技术型人才。

关键词： 活塞环槽检测   平行光柱投影   激光三角测距原理   不确定度  

摘要： 活塞形位尺寸超差及表面缺陷等问题会导致发动机非正常运行,这不仅会造成汽车质量下降,还会威胁人身安全。质量检测作为活塞生产的关键步骤,其检测精度的高低决定着活塞质量的优劣,进而影响到汽车行驶安全。在目前诸多活塞形位参数检测中,接触式检测方式居多,接触式检测在检测精度、检测效率等方面无法保障,并且测量头与待测活塞表面必须有接触,长期使用可能对测量头造成磨损,进而导致活塞表面二次划伤。同时,接触式检测在活塞环槽等空间狭小条件下无法有效测量,难以实现活塞环槽角度、宽度、深度及环槽底部跳动等重要特征参数检测。本文所研究活塞检测系统,其原理为平行光柱垂直照射在活塞表面,在传感器接收光板上形成待测活塞投影图,通过设定目标检测位置来进行活塞关键几何特征量检测;在此基础上设计自动化检测装置,以实现高精度、高效率、非接触检测。同时,本文在满足检测需求的基础上,根据激光三角测距原理,探究活塞环槽局部三维形貌扫描方法,直观展现活塞环槽局部特征量。论文的研究内容可分为以下几个方面:首先,在平行光柱投影原理基础上,搭建了活塞环槽检测平台,并相应设计了硬件、软件功能模块。其中,硬件基于运动控制卡实现运动控制系统,软件采用MFC进行操作界面的编程。通过硬件模块和软件模块配合工作实现活塞环槽角度、深度、宽度及底部跳动量等参数检测。其次,通过数据滤波窗口对比实验,筛选最优检测条件。设置光照、滤波窗口等限制条件确定数据采集方式进行活塞环槽角度、宽度、深度及跳动量等数据采集,并利用MATLAB进行数据处理及分析,同时针对活塞良品、次品检测结果开展对比实验验证。然后,对系统精确性进行验证。根据最终活塞检测实验结果,利用极差法和贝塞尔法进行不确定度分析,进一步论证活塞环槽检测系统精度。最后,在活塞环槽检测基础上,根据激光三角测距原理提出一种活塞环槽三维形貌扫描方法,更直观呈现活塞环槽参数图像,并针对活塞良品、次品开展扫描实验论证。

关键词： 教学改革   传感器   检测技术  

摘要： 传感器作为智能化时代的一个重要元器件,随着科技的发展,其重要性越来越明显。为了提高传感器与检测技术教学时效性,需要高校进行教学改革。通过阐述传统教学的特点,提出传感器与检测技术课程教学改革的具体措施,为高校组织开展传感器与检测技术教学活动提供参考。

关键词： 新工科   课程目标   教学改革   考核方式  

摘要： 针对新工科建设背景,文章对《传感器与检测技术》课程目标、教学方法和内容、实验教学以及考核内容和方式的改革进行了探讨和研究。以OBE工程教育理念为主线,结合课程特点,充分考虑学科建设与专业发展的需要,通过课程改革,加强学生创新意识、实践能力的培养。

关键词： 《传感器与检测技术》   课程   教学改革  

摘要： 随着工业自动化的迅猛发展,传感器与检测技术得到了广泛应用。《传感器与检测技术》课程逐渐成了高职院校自动化类、制造类、电子信息类等专业的核心课程。该文针对由于种种原因导致课程教学效果偏低、学生学习积极性不高的现状,对课程教学进行一系列改革,在实践中取得了良好的效果,也对相关课程教学改革提供了一定的借鉴意义。

关键词： 多孔硅   微腔   传感器   透射   数字图像  

摘要： 多孔硅是一种比表面积大、生物兼容性好的纳米结构材料,易被制成多种光学结构,从而应用于各种光学生物传感器。多孔硅光学生物传感器检测方法主要分为基于生物反应前后标记物荧光强度的变化和生物反应前后所引起的折射率的变化两类。基于生物反应前后标记物荧光强度变化的生物传感器灵敏度高,但标记成本高,人工操作复杂,引入的标记物可能会改变生物分子活性从而影响检测结果的真实性,另外荧光信号的强弱也会受到激光的影响。基于生物反应前后所引起的折射率的变化的生物传感器是通过检测反射光谱或傅里叶变化光谱的移动来反映折射率的变化,这类传感器具有免标记的优点,检测极限完全取决于光谱仪的检测精度,设备价格较为昂贵。基于折射率变化检测的多孔硅微腔光学生物传感器,由上下两个完全对称的布拉格反射镜和一个中心缺陷层构成。缺陷层可在反射光谱中产生缺陷峰,反射谱中的缺陷峰透过率高,半高宽窄。该缺陷峰对应的波长对传感器折射率的变化非常敏感,因此,这种结构目前被广泛的应用于光学生物传感器中。为了实现快速的生物检测和实时分析,本文提出了一种基于多孔硅微腔红外透射光的数字图像检测新方法。主要工作如下:(1)本文设计并制备了一种12周期25层,高、低折射率分别为1.21、1.52,中心波长为1550 nm的多孔硅微腔光学器件,该光学器件的灵敏值为20,质量因数为25。(2)采用处于多孔硅低吸收波段的近红外激光作为光源,透过多孔硅微腔器件的光经过红外上转换卡转换为可见光。利用电荷耦合器记录光斑,再利用图像分析软件分析图像的灰度值。图像尺寸为860×640,进行平均灰度值计算时,选取半径为200个像素的圆形区域,求圆形区域内所有像素的平均灰度值。(3)将DNA探针分子偶联在多孔硅孔洞中,加入不同浓度的DNA目标分子,使DNA目标分子与DNA探针分子实现特异性结合。经过数字图像分析得到加入生物分子前后图像平均灰度值的变化量与互补DNA浓度的增加呈线性关系。该方法的检测限约为4 nM。实验结果表明,该方法具有自由标记和自由谱仪的特点,具有检测速度快的优点,可进一步应用于多孔硅微阵列的生物检测。

关键词： 新工科   传感器与检测技术   教学模式  

摘要： 在"新工科"背景下,教师可以从突出应用型人才和培养学生工程实践能力出发,对传感器与检测技术课程进行教学模式探索。具体而言,教师可采用信息化教学的手段,以"学生"为主体的线上线下教学活动设计,以"应用"为导向的项目式教学模式,构建闭环反馈式实验教学法,优化考核方式。实践结果表明,这种教学模式从一定程度上提高了教学质量,激发了学生学习的主观能动性,提升了学生分析问题、解决问题的能力。

ISBN: (纸本)9787568062244

关键词： 醋酸酯水刺非织造布   含水率   介电谱   叉指型平面电容传感器   Ansoft Maxwell  

摘要： 随着水刺非织造布产业的快速发展,如何在水刺非织造布的生产线上实现含水率在线检测,成为水刺非织造布行业需要解决的问题。实现水刺非织造布含水率在线测试,有利于实现对整个水刺非织造布生产的闭环控制。本文使用电容传感器对醋酸酯水刺非织造布含水率进行测试研究。本文首先使用介电谱仪对具有一定含水的醋酸酯非织造布进行测试,提出了一种非织造布-水两相集合体的数学模型,对非织造布-水两相集合体中不同组分的体积分数对集合体介电常数的影响进行了研究。引入单位质量介电常数变化率,根据分析发现其与非织造布的含水率之间存在着幂函数关系。根据平行板电容传感器的理论知识,设计出了几种使用平行板电容传感器进行非织造布含水率在线测试的实施方案。然后,通过使用Ansoft Maxwell电磁场仿真软件对平面电容传感器各参数之间与传感器输出电容之间的关系进行研究。并根据被测非织造布的规格设计出一种叉指型平面电容传感器,使用软件仿真出测试样品的介电常数与其输出电容之间的关系,根据仿真结果来看电容传感器的输出电容与其测试物体的介电常数之间存在着线性关系。最后,按照设计的传感器规格定制叉指型平面电容传感器,将叉指电极电容传感器连接到介电谱仪上,并对不同含水率的试样进行测试。试验结果显示,在电场频率为10Hz和1Hz时电容传感器输出的介电常数与输出电容之间存在着线性关系。对于不同含水率的试样,实测电容传感器的输出介电常数变化量与含水率之间存在着指数函数关系。电容传感器的输出介电常数变化量会随着试样含水率的增大而增大。本文为使用电容法检测醋酸酯非织造布含水率提供了理论和硬件设计基础。

关键词： AMR磁传感器   电流检测   磁屏蔽   Ansoft Maxwell   PI补偿器  

摘要： 工业的快速发展推动着电流检测技术日臻成熟,当前电流传感器普遍利用电磁特性设计而成,检测到磁场后,根据电与磁的联动关系得到电流大小,可以实现电气隔离。本文目的是基于此原理设计一款精度高、抗干扰能力强的电流传感器。霍尔电流传感器成本低,工业电流检测中使用广泛,但内部霍尔元件灵敏度低、噪声大、温度稳定性差,且必须搭配聚磁环进行磁场放大,存在严重的漏磁问题,导致抗干扰能力不强、可靠性差,不满足实验室电流测量的要求。针对上述问题,本文通过对电路和磁路的整体优化,设计了非接触式AMR零磁通电流检测系统。系统的敏感元件采用高灵敏度、低噪声、温度稳定性高的AMR磁传感器。同时,搭配空心铁氧体圆环磁芯作为磁屏蔽,取代传统的聚磁环,提高了抗干扰性能,实现了高精度电流检测。本文完成的主要工作如下:1.设计了基于AMR的磁传感器。本着芯片级尺寸、高灵敏度、低噪声、低功耗的设计要求,选用KMZ51芯片作为磁传感器探头,将感应到的磁场转化为电压信号。围绕KMZ51搭建了信号调理电路,主要包括磁化翻转单元和电磁反馈单元:通过设计脉冲翻转电路,对KMZ51内部磁阻进行周期性磁化,输出交流信号,既能提高传感器的灵敏度,通过高通滤波器后又能消除电桥的直流偏置,AD630为核心的锁相放大器对交流信号进行解调,提高信噪比;电磁反馈模块主要是以补偿线圈为核心的闭环负反馈结构,系统平衡时,补偿线圈产生的磁场抵消待测磁场,可以消除灵敏度温漂。另外,搭建了基于STM32的数字化平台,将其应用于AMR磁传感器,实现磁场的测量与显示。2.在磁传感器的基础上,设计了AMR零磁通电流检测系统,主要包括磁路和电路两部分。磁路部分,设计了锰锌铁氧体材料的空心圆环作为磁屏蔽,AMR芯片位于磁芯内部空隙处,减小了干扰磁场引起的磁性误差。用Ansoft Maxwell对磁芯进行有限元仿真,通过比较原边导线偏心放置时磁芯空隙处磁感应强度的偏差率,优化了磁芯参数,验证了空心圆环的抗干扰性能优于聚磁环。电路部分,设计了基于PI补偿器的闭环负反馈结构,消除了磁滞效应和温漂带来的误差,提高了线性度。同时,建立了电流传感器的磁路和电路模型,对系统的传递函数进行了推导,得到系统的稳态误差与PI补偿器参数的关系。3.搭建实验平台,测试了磁传感器和电流传感器的关键性能指标。通过高斯计对磁传感器进行校准,结果显示,线性度达到0.7%,灵敏度达到3.56V/Gs,短期稳定性较好。并对磁传感器进行频谱分析,得到1/f噪声水平约6 nT/Hz@1Hz。AMR电流传感器的测试结果表明,电流检测范围±50A,频带测量范围DC-100kHz,精度优于0.7%,抗干扰性能优越,可以用于实验室电流检测。