传感器与检测技术实验课程改革

唐琳 陈超 陈勇

摘  要 传感器与检测技术实验是为了让学生理论融于实践，传统的实验使用实验箱进行实验，可能会让学生对传感器与检测技术的学习只是一知半解。通过实验课程改革，让学生透彻了解传感器与检测技术。

关键词 传感器与检测技术；实验箱；光电式传感器实验

中图分类号：G642.423    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）14-0117-03

0  引言

传感器与检测技术课程是电子信息工程、机械设计制造及其自动化等相关专业的一门重要专业核心课。本课程通过对常用的各类传感器的基本原理、测量电路和应用特点等进行介绍和分析，培养学生具备对各类常用传感器的选型和应用能力[1]，开设的实验主要包括电阻式、电感式、电磁式、热电偶式、压电式、光电式传感器实验。本文以光电式传感器实验为例，开展传感器与检测技术实验课程改革探索。

1  传统的教学模式

1.1  实验设备的集成化

传感器实验室的设备都是以实验箱的形式呈现给学生的，如图1所示，在实验过程中无法观察到内部的电路，做完实验后不能分辨出传感器器件，对于传感器的认识只能是从书本或图片上获得。每个实验箱又包含几个功能实验模块，但是功能模块只有一个整体的讲解，或者是用某个图标表示，学生使用过程中较难理解。在实验过程中，若实验箱上某个元器件已损坏，导致实验结果错误，由于实验箱是封闭的，无法逐一检测实验电路，就无法判断到底是传感器的损坏，还是某一个电子元器件损坏，或者是控制台的损坏。即使能明确地判断出某一个电子元器件已损坏，由于实验箱是封闭的，也无法更换该元器件。

1.2  接线孔少，连线多，接线乱

在实验过程中，由于实验板只留下少许的接线孔，学生只能按照实验指导书的步骤和连线才能完成该实验，对实验指導书的依赖性强。由于实验电路已经确定，就只能按照实验指导书的要求连线，才能确保完成该实验。有时实验箱上的连线孔需要同时连接很多条线，这时会使实验箱的连线杂乱，不方便检查，学生常常出现漏接、多接、错接的现象。

1.3  验证性实验为主

实验内容都是基于传感器的基本特性原理，学生对于传感器在实际生产上的应用能力差。如光电式传感器，光电实验模块用来验证光敏电阻阻值随光照强度的变化。学生在做实验过程中必须先把实验箱上的电路理解透彻，才能正确地做出实验。同样以光电实验模块为例，实验箱只给出连线孔和部分电路，学生不知道内部总的电路图，虽然有实验指导书，但是很难理解整个实验的原理。

2  实验教学改革

实验教学改革后不再基于实验模块箱，而是将实验的元器件（光电元件、电子元件等）分发个学生，学生自己设计实验电路，并将元器件焊接在电路板上，完成相应的实验任务。

2.1  基础性能实验

基础性能实验的目的就是让学生知道本传感器的基本性能。光电式传感器的基本性能实验选用的元器件是光敏电阻，根据光敏电阻的原理，验证光敏电阻的性能。

学生自己搭建实验电路，自己焊接连线，并且每个组拿到的光敏电阻型号不同。该电路由发光元件和光电元件构成，发光元件为发光二极管，光电元件为光敏电阻，二极管的亮度的控制可以由恒流源实现，也可以自己设计控制电路[2]。学生设计电路时可以参考图2。

2.2  综合应用性实验

利用光敏电阻设计一个路灯，在白天有光照时，路灯熄灭；在夜晚无光照时，路灯亮。由于基础性能实验中每组学生验证的光敏电阻阻值不同，因此，在综合应用型实验中，每个组在设计电路的时候，电路中选择的其他电子元器件也会不同，需要学生自己去计算、设计。学生设计电路时可以参考图3。

2.3  综合设计性实验

综合设计性实验选用的光电元件是光敏二极管，利用光敏二极管的特性设计一个非接触式门铃，当有人“按”门铃的时候，门铃响并带提示灯光；无人“按”门铃的时候，门铃静音，且提示灯熄灭。

本实验给学生提供了一些基本电子元器件和红外对二极管，学生根据已有的元器件设计电路并完成实验任务。学生设计电路时可以参考图4。

3  改革后教学效果

针对传统的实验教学问题，进行相应改革并实施，学生实物展示如图5所示，实施效果如下。

3.1  加深了学生对传感器的认识

学生通过实际操作，对传感器的原理、性能、应用等方面有了更深刻的认识。如在光敏电阻基础性能实验中认识了光敏电阻，通过控制通过发光二极管的电流来控制其亮度，其亮度又影响光敏电阻的阻值，控制电流的变化引起光敏电阻的阻值变化，而实验电路设计成光电耦合器的电路模式，让学生直观地认识电生产光、光影响电的这一变化过程可以通过空气作为媒介，拓展知识面。

3.2  增强了学生的设计能力

综合应用性实验是一个光敏电阻的基本应用，虽然这个设计很简单，但是和生活中的例子相结合，提高了学生的兴趣。综合设计性实验就是一个跨学科的实验，需要学生利用已有的元器件来搭建电路，满足设计要求。非接触式门铃这个实验不仅仅要求学生掌握光敏二极管的原理和应用电路，还需要做整体设计、其他元器件的选型，这样就会涉及电工电子技术和模拟电子技术等学科的内容，实现多学科的融合。

3.3  增强了学生的动手能力

基础性能实验、综合应用性实验、综合设计性实验都需要学生自己焊接电路板，不仅能让学生认识各种元器件，还能让学生学会排查问题。在进行设计电路的理论教学时，很多学生觉得原理非常简单，但在实际操作过程中会出现各种各样的问题。如在焊接过程中会出现漏焊、虚焊、多焊、错焊等情况，但是电路板不像实验设备是封闭在箱子里的，这个时候学生就可以使用万用表来检查电路中的一些问题，在这个过程中对电工电子技术的相关知识认识得更深。在检查电路的过程中，学生也可以及时发现元器件是否损坏，并能够及时更换。

3.4  提高了学生的自我学习能力

在实验电路板焊接的过程中，一些元器件的规格书需要学生自己动手查阅，不再是按照实验指导的要求，将相对应的线连接起来就能完成实验。如运算放大器，很多学生都是第一次接触和使用该实物，就需要自己去查阅它的规格书，要弄清楚它的用法以及每个引脚的作用，再与设计的电路相对应，找出需要使用的引脚。

4  结论

经过实践，传感器与检测技术实验课程教学改革效果非常明显：通过实验内容的调整，激发了学生的创新意识；改变了教学方式，提高了学生的自我学习能力；通过项目设计，提高了学生的设计能力[3]；通过增加实践环节，提高了学生的动手能力，增强了学生的积极性，拓宽了学生的知识面。

参考文献

[1]朱红霞.传感器实验课程教学创新性改革初探[J].科技风，2019（13）：8，12.

[2]张建忠.传感器与检测技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2019：26-27.

[3]张铮，吴琼水.《传感器原理》实验课程教学改革探讨[J].长江大学学报（自科版），2011（7）：127-128，281.