下载文档原格式
第一章检测技术的基础知识（本文档适合电气工程类专业同学朋友们，希望能帮到你们）一、填空题1．检测技术是一门以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换以及信息处理的理论和技术为主要容的应用技术学科。
2．一个完整的检测系统或检测装置通常由传感器、测量电路和输出单元及显示装置等部分组成。
3．传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成，其中敏感元件是必不可少的。
4．在选用仪表时，最好能使其工作在不小于满刻度值2/3 的区域。
5．准确度表征系统误差的大小程度，精密度表征随机误差的大小程度，而精确度则指准确度和精密度的综合结果。
6．仪表准确度等级是由系统误差中的基本误差决定的，而精密度是由随机误差和系统误差中的附加误差决定的。
7、若已知某直流电压的大致围，选择测量仪表时，应尽可能选用那些其量程大于被测电压而又小于被测电压1.5倍的电压表。
（因为U≥2/3Umax）8、有一温度计，它的量程围为0～200℃，精度等级为0.5级。
该表可能出现的最大误差为 1℃，当测量100℃时的示值相对误差为 1% 。
9、传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节，它的作用是将非电量转换成与之具有一定关系的电量。
10、传感器一般由敏感元件和转换元件两部分组成。
11、某位移传感器，当输入量变化5mm时，输出电压变化300mv，其灵敏度为60mv/mm 。
二、选择题1．在一个完整的检测系统中，完成信息采集和信息转换主要依靠 A 。
A．传感器 B. 测量电路 C. 输出单元2．构成一个传感受器必不可少的部分是 B 。
A．转换元件B．敏感元件C．转换电路D．嵌入式微处理器3．有四台量程均为0-600℃的测量仪表。
今要测一约为500℃的温度，要求相对误差≤2.5%，选用精度为 D 的最为合理。
A．5.0级B．2.5级C．2.0级D．1.5级4．有四台量程不同，但精度等级均为1.0级的测温仪表。
今欲测250℃的温度，选用量程为 C 的最为合理。
20种身边常见的传感器1、电阻式传感器电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。
主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。
2、变频功率传感器变频功率传感器通过对输入的电压、电流信号进行交流采样，再将采样值通过电缆、光纤等传输系统与数字量输入二次仪表相连，数字量输入二次仪表对电压、电流的采样值进行运算，可以获取电压有效值、电流有效值、基波电压、基波电流、谐波电压、谐波电流、有功功率、基波功率、谐波功率等参数。
3、称重传感器称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力→电转换装置，是电子衡器的一个关键部件。
能够实现力→电转换的传感器有多种，常见的有电阻应变式、电磁力式和电容式等。
4、电阻应变式传感器传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。
电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。
半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。
5、压阻式压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。
其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。
当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。
6、热电阻传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。
热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。
7、激光传感器利用激光技术进行测量的传感器。
它由激光器、激光检测器和测量电路组成。
激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。
8、霍尔传感器霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
传感实验总结传感器技术与应用这门课虽只历时八周，但这却是第一次理论与实践结合能同步的专业课。
实验室去了两次，也做了很久，然自己想法甚多，多么渴望能多做些实验让自己所学的理论知识活起来。
这次试验主要做了四个实验：差动变压器的位移特性、电容式传感器的位移特性、电涡流传感器的位移特性、光纤传感器的位移特性。
下面分别说明：一．差动变压器的性能实验１.实验目的：了解差动变压器的工作原理及特性。
２. 基本原理：差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段和三段式，本实验是三段式结构。
当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈（做为差动变压器激励用，相当于变压器原边）和次级线圈（由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器副边）之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动输出。
其输出电势反映出被测体的移动量。
３. 需用器件与单元：差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、差动变压器、音频信号源、直流电源（音频振荡器）、电压表。
４.实验步骤：１）根据图1－1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。
图1－1 差动变压器电容传感器安装示意图２）在模块上按图1－２接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的Lv端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4－5KHz（可用主控箱的频率表输入Fin来监测）。
调节输出幅度为峰－峰值Vp-p＝2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div）。
图中1、2、3、4、5、6为连接线插座的编号。
接线时，航空插头上的号码与之对应。
当然不看插孔号码，也可以判别初次级线圈及次级同名端。
判别初次线图及次级线圈同中端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端,按图1—2接线。
当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅度值变化很大，基本上能过零点，而且相应与初级线圈波形（Lv音频信号Vp-p＝2ｖ波形）比较能同相或反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。
传感技术及应用课程教案第一章传感器概述§1-1 传感器与非电量测量一、非电量与非电量测量一切物质都处在永恒不停的运动之中。
物质的运动形式很多，它们通过化学现象或物理现象表现出来。
表征物质特性或其运动形式的参数很多，根据物质的电特性，可分为电量和非电量两类。
电量一般是指物理学中的电学量，如电压、电流、电阻、电容、电感等；非电量则是指除电量之外的一些参数，如压力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、转速、温度、浓度、酸碱度等。
在众多的实际测量中，大多数是对非电量的测量。
在早期，非电量的测量多采用非电的测量方法，例如用尺测量长度；用秤称重量；用水银温度计测温度等等。
但随着科学技术的发展，对测量的准确度、测量速度、尤其对被测量动态变化过程的测量和远距离的检测都提出了更高的要求，原有的非电量测量方法已无法适应这一需要。
因此需要研究新的测量方法和技术。
这就是非电量的电测技术，这种技术就是用电测技术的方法去测量非电的物理量。
（或称把被测非电量转换成与非电量有一定关系的电量，再进行测量的方法）。
非电量电测技术的主要特点：1.应用了已经较为成熟和完善的电磁参数测量技术、理论和方法。
因而，非电量电测技术中的关键技术是研究如何将非电量变换成电磁量的技术——传感技术。
2.便于实现连续测量。
连续测量对于某些参数的自动测量（例如地震监测等）是十分重要的，但用非电的方法连续测量大电量却难以实现。
3.电信号容易传输（有线、无线）、转换（放大、衰减、调幅、调频、调相等）、记录、存贮和处理，便于实现遥测、巡回检测、自动测量，并能以模拟或数字方式进行显示和记录测量结果。
4.可在极宽的范围内以较快的速度对被测非电量进行准确的测量。
5. 与计算机相配合可进行传感器输出非线性的校正，误差的计算与补偿，进而使仪器智能化。
同时，也可实现某些参数的自动控制。
6.可完成用非电量方法无法完成的检测任务（如温度场测量等）。
二、非电量电测系统随着计算机技术的普及和应用，人们对传感技术的重要性有了进一步的认识，把传感器视为计算机的“五官”，推动了传感技术的发展。
第3单元传感器一、教学目标与要求1．初步认识机器人的传感器，了解红外传感器的工作原理。
2．深入了解红外传感器的工作原理，了解并学会运用三种程序结构。
3．初步掌握程序的基本结构，对程序做出简单分析。
4．结合人类活动，通过观察、对比、分析等方法，提炼出解决问题的算法。
5．在实践活动中熟悉机器人，喜欢机器人。
二、教学内容与安排第一节可以通过创设情境，引出主题任务，通过围绕机器人传感器的探讨，体会传感器的应用需求，从而引出传感器的知识，通过介绍多种具有传感器的机器人，让学生充分感受到传感器的作用。
介绍几种传感器，如温度传感器、声音传感器、触碰传感器等，还可以让学生课后去收集有关传感器的知识，进行交流。
第二节主要围绕运用红外传感器来解决实际问题，让学生深入了解红外传感器的工作原理。
使用传感器后，编写程序需要运用选择结构，如果直接使用“传感器”控件编写程序，使用方法和“延时”控件是类似的，不需要设置分支结构。
当然也可以使用分支图标来实现。
本单元教学内容和课时安排如下：第1节机器人的传感器 1 课时第2节红外线探测 1 课时第3节碰撞避障1~2课时第4节机器人走迷宫1~2课时三、教学重点与难点1．重点（1）了解红外传感器和触碰传感器的工作原理。
（2）碰撞、避障、沿墙走事件的算法分析和程序设计。
（3）程序结构的简单分析，机器人平台的条件循环。
2．难点事件算法分析和程序设计，阅读程序代码，了解程序结构。
第1—2节机器人的传感器一、教学要求1．初步认识机器人的传感器，了解机器人红外传感器的工作原理。
2．了解三种程序结构。
二、教材分析与教法建议1．教材的地位和要求本课主要学习有关传感器的基本知识，进一步感受机器人的“智能”特点。
重点是让学生通过对传感器的认识，了解机器人中的传感器是如何发挥作用的，从而对机器人的智能处理过程有一个初步的感受。
通过介绍一些常用的传感器，让学生了解机器人的“感觉器官”也是多种多样的，有像人眼睛一样的“红外传感器”，有像皮肤一样的“触碰传感器”，有像耳朵一样的“声音传感器”等，有了这些传感器，机器人就更“聪明”了。
由于使用了传感器，编写的机器人程序就不再是顺序结构的，这里可以让学生初步感受三种结构的机器人程序设计。
2．教学方法的指导可以采取任务驱动、探究学习、实验学习、小组学习等方式。
三、教案选登课题：机器人的传感器（第3单元第1节第1课时）教学目的：1．知识与技能：初步认识机器人的传感器；初步了解机器人红外传感器的工作原理，并能够利用红外传感器检测障碍物等。
2．情感态度与价值观：培养学生的钻研精神，使其了解通过动手实验获得的第一手资料是很宝贵的；应用所学知识来解决现实生活中的实际问题，培养学生的信息素养。
教学重难点：1．重点：红外传感器的使用。
2．难点：如何红外传感器，调试、并获取相关的参考值。
教学方法：观察分析、实验例证、自主学习。
教学过程：1.播放影片剪辑片段，引入课题。
播放影片剪辑片段《终结者2》及机器人视频《迎宾机器人》，通过影片和视频片段，我们看到机器人具有我们人脑的一部分功能。
机器人的核心是其计算机核心，光有计算机发号施令还不行，要让机器人处理像视频中的各种复杂的事务，对周围的环境很快做出反应，是靠各种传感器来实现的，他们好像我们人类的眼、耳、口、鼻、舌。
什么是传感器？传感器是机器人的“感觉器官”，是一种电子元件或装置，能响应或感知被测量的物理量或化学量，并按一定规律转换成电信号，以供机器人核心识别。
它就像人的眼睛、耳朵、鼻子一样，能够感应到周围环境的信息，并把这些信息传递给机器人的“大脑”。
有了传感器，机器人就变得更加聪明了。
2.认识传感器：（1）自学教材上介绍的各种传感器。
（2）讨论学习：各种传感器相当于机器人的什么器官？在实际生活应用中你看见过哪些传感器？（3）全班学生交流。
（4）练习：将已经认识的几种传感器，填写在下表中。
3．机器人的“眼睛”——红外传感器。
眼睛是人们心灵的窗户，人们80%的信息都是通过视觉获取的，是非常重要的器官。
机器人的视觉传感器也一样非常重要，它主要通过红外传感器来“看”东西。
（1）讨论学习：红外传感器的原理是什么？（2）实践学习：制作探测机器人。
当红外传感器未感应到物体时，灯亮，并且通过LCD显示红外传感器的运行值；当感应到物体时，蜂鸣器鸣叫2声，灯灭一秒。
（3）探究学习：观察运行结果并完成书上填空：当红外传感器没有感应，即没有检测到障碍物时，LCD显示；当红外传感器有感应，即检测到障碍物时，LCD显示。
可以通过红外传感器来检测障碍物，但它受光线影响比较大，让我们进行光线干扰试验，并完成下表。
4.程序指导，总结三种程序结构。
（1）讨论学习：结合前面学习的内容，说一说有哪三种程序结构，并举例。
（2）全班学生交流：分别用顺序结构和循环结构让机器人走正方形，比较哪种更方便。
5.练习：完成教材和实践指导中的练习。
四、参考资料红外传感器（以下简称红外）具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射一定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到机器人主机，机器人即可利用红外波的返回信号来识别周围环境的变化。
用途范围：通过检测光强变化计数人数；通过测试反向光强来辨别颜色；测量一个光源的光强。
典型应用和说明:实例1：沿黑线机器人。
实例2：控制路灯在晚上自动打开。
实例3：自动门。
第3节碰撞避障一、教学要求1．认识碰撞传感器，知道碰撞传感器的工作原理。
2．利用碰撞传感器进行碰撞实验、避障实验。
3．分析事件，提出算法，画出（局部）流程图。
4．针对不同的算法进行简单的评析。
二、教材分析与建议1．教材地位和要求（1）通过学习，使学生对红外传感器有一定了解，在此基础上通过碰撞实验，使学生初步认识碰撞传感器。
（2）在碰撞实验的基础上，利用红外传感器，对碰撞实验进行改进，进行避障实验，进一步强化对红外传感器的认识，同时为后续教学进行铺垫。
（3）在教学过程中，要注重算法分析。
2．教学方法的指导（1）对碰撞传感器的认识着重于学生亲历体验和实验之后的学习心得。
（2）结合生活原型，了解对事件进行分析是解决问题的关键。
通过组织学生进行有效的分析，深入的探讨，进而提出解决问题的算法。
对不同算法的讨论学习更有利于学生的探究。
（3）避障行进是对碰撞事件的改进。
在教学环节上，应该综合考虑本章节内容，由简单到复杂，层层递进，注重学生创新精神的培养。
三、实践指导强调学生的亲历体验。
关注“分析→设计→编程→验证→调试（修正）”操作流程的落实。
四、教案示例课题：从碰撞到避障的机器人教学目标：1．知识与技能（1）认识碰撞传感器，了解其工作原理。
（2）掌握碰撞传感器对应的I/O通道设置。
（3）根据算法设计程序，解决简单的碰撞问题。
（4）利用红外传感器，设计更加智能化的机器人。
2．过程与方法在分析生活案例和任务的过程中，通过类比等方法提炼算法，从而初步掌握任务分析的思路、方法；通过碰撞、避障实验，促使学生进一步认识碰撞传感器和红外传感器，并在过程中体验创新。
3．情感态度与价值观体会机器人与日常生活行为的相关性。
教学重难点：碰撞传感器及其工作原理；I/O通道设置；碰撞算法分析比较；碰撞程序设计。
学生分析：学习过红外传感器；对编程平台有一定的接触。
教学方法：对比分析，体验学习，实验学习，探究学习。
教学过程：1．问题导入播放视频：盲人走路。
问题：盲人手中的“拐杖”有何作用？它可以看作是人类什么器官的延伸？回答：（略）板书：拐杖――触觉器官。
问题：你能描述盲人是如何通过手中的拐杖避免发生碰撞的？回答：（略）板书：有障碍――转向检测――无障碍――前进2．引出新课设问：机器人有“触觉”吗？它的“触觉器官”又是什么呢？（教师出示二个机器人实物：一个安装有红外传感器，另一个安装碰撞传感器）问题：请仔细观察，对比机器人安装的传感器。
（可让二位同学上台，仔细观察并亲身体验，对比二个机器人的传感器有何差异？）组织同学交流。
板书：碰撞传感器。
任务：阅读教材中碰撞传感器内容。
问题：碰撞传感器的核心器件是什么？其工作原理是什么？回答：碰撞开关。
小结：教师出示碰撞传感器的图片，介绍碰撞传感器的类型。
3．碰撞任务设计任务：设计机器人应对碰撞的程序。
要求：在行进过程中若发生碰撞，则停止前进，发出声音警告，后退若干距离。
说明：假设在机器人中，碰撞传感器使用6号I/O通道。
建议：教师下发实验报告，学生记录相应的算法、实验结果等。
（1）组织学生讨论①事件分析对任务和要求进行分析，分离出一个个事件，并按一定的顺序排列。
此处的关键点是先行进再判断，还是先判断再行进。
②算法分析根据事件分析结果，设计出算法。
（2（选择其中的一个算法进行程序设计）注意：I/O通道设置。
条件循环结构：while(1){ //永远循环v_IO6 = ReadIO(6);//读碰撞数据if(v_IO6==0){ //没有碰撞（略）}if(v_IO6==1){ //发生碰撞（略）}}（3）下载程序，测试机器人碰撞实验（4）填写实验报告（5）根据实验报告记录进行交流实验结果，如果实验没有成功，找出原因所在（6）教师评价评价从二个方面入手：学习态度方面（是否积极投入、主动参与）；实验方面（成功与否，发现问题与解决问题，提出改进意见等）。
（7）研讨：算法一和算法二的区别查看原程序代码，分析程序结构。
4．避障任务设计碰撞传感器类似我们的触觉器官，如果机器人具有视觉功能的传感器，就可以“看”到障碍物，从而实现避障处理。
问题：请回想一下，机器人是否具备“看”功能的传感器？回答：（略）问题：红外传感器的的工作原理是什么？它工作在哪个I/O通道？回答：（略）（1）提出任务避障任务：改进碰撞实验。
要求：当机器人检测到前方有障碍物时，停止前进，声音警告。
拓展任务：当机器人检测到有障碍物时，自动避开，实现安全转向（转向自定）。
问题：碰撞实验和避障实验的算法是否有本质差异？回答：（略）提问：编程时需要注意的是什么？回答：（I/O通道号选定）2）学生修改程序，进行实验3）交流实验结果4）转弯处理分析完成教材“转弯事件算法分析表”。
5．课堂总结课堂板书（略）五、阅读材料1．在机器人的左前、右前、左后、右后设置四个碰撞开关（常开），使它们与碰撞环共同构成碰撞传感器。
通过碰撞环与底盘柔性连接，在受力后与底盘产生相对位移，触发固连在底盘上相应的碰撞开关，使之闭合。
我们就可以识别出来自四周八个方向的碰撞。
后碰撞环碰撞传感器方位2．附机器人实验报告机器人实验报告第4节走迷宫一、教学要求1．掌握红外传感器的应用。
2．掌握机器人行走规则。
3．理解“趋近”式问题的处理方法。
