《自動檢測技術及應用》教案

1、精品湖北水利水電職業(yè)技術學院教 師 授 課 教 案課程名稱： 自動檢測技術 2021 年至2021 年第 1 學期第 18 次課班 級： 07發(fā)電廠1、2 編制日期：20 08 年 7 月 10 日教學單元章節(jié)：第七章 霍耳傳感器 7.1 霍爾元件的結構及工作原理 7.2 霍爾元件的特性參數(shù)及其誤差目的要求： 1. 了解霍耳效應的工作原理 2. 了解霍耳元件的結構 3. 了解霍耳傳感器的特性參數(shù)及誤差知識要點： 1. 霍耳效應 2. 霍耳元件 3. 溫度、零位特性及補償技能要點：教學步驟： 1. 介紹霍耳效應 2. 霍耳傳感器的工作原理 教具及教學手段： 多媒體課堂教學結合黑板板書；講述、分析

2、、舉例、提問。作業(yè)布置情況： 課后習題1課后分析與小結：授課教師： 陳劍 授課日期：20 年 月 日.精品教 學 內 容板書或旁注第一節(jié) 霍耳傳感器的工作原理 一霍耳效應在置于磁場中的導體或半導體里通入電流，假設電流與磁場垂直，那么在與磁場和電流都垂直的方向上會出現(xiàn)一個電勢差。這種現(xiàn)象稱為霍耳效應。當電場力與洛侖茲力相等時，與霍耳電壓UH有關的因素：1材料的性質；2元件的尺寸；3控制電流及磁場強度。二霍耳元件霍耳電壓UH正比于控制電流I和磁感應強度B?；舳谧畲笤试S溫升下的最大開路霍耳電壓為：在同磁場強、相同尺寸和相等功耗下，不同材料的元件輸出的霍耳電壓 僅僅取決于 ，即取決于材料本身的性

3、質。三溫度特性及補償1溫度特性霍耳元件的溫度特性是指元件的內阻及輸出與溫度之間的關系。2溫度補償1利用輸入回路的串聯(lián)電阻進行補償2利用輸出回路的負載進行補償四零位特性及補償在無外加磁場或無控制電流的情況下，元件產生輸出電壓的特性稱為零位特性，由此而產生的誤差稱為零位誤差。主要表現(xiàn)：1不等位電壓2寄生直流電壓3感應電動勢4自激場零電壓湖北水利水電職業(yè)技術學院教 師 授 課 教 案課程名稱： 自動檢測技術 2021 年至2021 年第 1 學期第 19 次課班 級： 07發(fā)電廠1、2 編制日期：20 08 年 7 月 10 日教學單元章節(jié)：第七章 霍耳傳感器 7.3 霍爾集成電路 7.4 霍爾傳感

4、器的應用目的要求： 1. 了解霍耳傳感器的常用電路 2. 了解霍耳傳感器的應用知識要點： 1. 霍耳集成電路 2. 霍耳傳感器的應用 技能要點：教學步驟： 1. 介紹霍耳集成電路 2. 霍耳傳感器的應用 教具及教學手段： 多媒體課堂教學結合黑板板書；講述、分析、舉例、提問。作業(yè)布置情況： 課后習題5課后分析與小結：授課教師： 陳劍 授課日期：20 年 月 日.精品教 學 內 容板書或旁注 集成霍耳傳感器 霍爾元件的常用電路 1. 恒流工作電路 2. 恒壓工作電路 3. 查分放大電路 霍爾集成電路一 開關型集成霍耳傳感器開關型集成霍耳傳感器是把霍耳元件的輸出經過處理后輸出一個高電平或低電平的數(shù)字

5、信號。二 線性集成霍耳傳感器線性集成霍耳傳感器是把霍耳元件與放大線路集成在一起的傳感器。其輸出信號與磁感應強度成比例。 霍耳傳感器的應用霍耳傳感器的應用主要依據(jù)它的磁電特性，總的來說可分為三個方面，即：磁場比例特性、電流比例性和乘法作用。一磁場比例性磁場比例性是指控制電流恒定時，霍耳電壓與磁場之間的關系。1測量磁場2測量位移3無接觸發(fā)信4無觸電開關二電流比例性三乘法作用應用實例： 霍爾壓力傳感器 霍爾電流傳感器 1. 直接測量式霍爾電流傳感器 2. 零磁通式 霍爾傳感器用于角度檢測 霍爾開關按鍵 霍爾無刷電動機湖北水利水電職業(yè)技術學院教 師 授 課 教 案課程名稱： 自動檢測技術 2021 年

6、至2021 年第 1 學期第 20 次課班 級： 07發(fā)電廠1、2 編制日期：20 08 年 7 月 10 日教學單元章節(jié)：第八章 數(shù)字式傳感器 8.1 碼 光柵傳感器目的要求： 1. 了解光柵傳感器的結構、類型 2. 了解碼盤式傳感器的類型、特點知識要點： 1. 光柵傳感器的組成 2. 莫爾條紋形成原理 3. 碼盤式傳感器的類型技能要點：教學步驟： 1. 光柵傳感器的組成 2. 莫爾條紋形成原理及特點 教具及教學手段： 多媒體課堂教學結合黑板板書；講述、分析、舉例、提問。作業(yè)布置情況： 課后習題1、2課后分析與小結：授課教師： 陳劍 授課日期：20 年 月 日.精品教 學 內 容板書或旁注8

7、.1 碼盤式傳感器 增量式編碼器 絕對式編碼器8.2 光柵傳感器一光柵的結構及類型組成：照明系統(tǒng)、光柵副和光電接收元件。如圖：在長度測量中應用的光柵，通常稱計量光柵。長光柵計量光柵按形狀和用途分： 徑向光柵圓光柵 切向光柵 投射光柵 黑白光柵(幅值光柵)根據(jù)光線走向分 柵線形式 反射光柵 閃耀光柵(相位光柵) 二莫爾條紋形成原理及特點一長光柵的莫爾條紋莫爾條紋是由于重合兩塊衍射光柵時衍射光之間發(fā)生干預所形成的。橫向莫爾條紋的特點：1平均效應2放大作用3對應關系二圓光柵的莫爾條紋1環(huán)形莫爾條紋2圓弧形莫爾條紋教 學 內 容板書或旁注三光柵常用的光路1垂直投射式光路2透射分光式光路3反射式光路4鏡

8、象式光路四細分電路細分方法：機械細分和電子細分。電子細分的幾種方法：一直接細分直接細分是利用光電元件輸出的相位差為900的兩路信號進行四倍頻細分。二電橋細分三電阻鏈細分湖北水利水電職業(yè)技術學院教 師 授 課 教 案課程名稱： 自動檢測技術 2021 年至2021 年第 1 學期第 21 次課班 級： 07發(fā)電廠1、2 編制日期：20 08 年 7 月 10 日教學單元章節(jié)：第八章 數(shù)字式傳感器 磁柵傳感器 8.4 感應同步器目的要求： 1. 了解磁柵傳感器的結構、類型 2. 了解感應同步器的種類和結構知識要點： 1. 磁柵結構及工作原理 2. 感應同步器技能要點：教學步驟： 1. 磁柵傳感器的

9、結構及工作原理介紹 2. 感應同步器的信號處理方式介紹教具及教學手段： 多媒體課堂教學結合黑板板書；講述、分析、舉例、提問。作業(yè)布置情況： 課后習題2課后分析與小結：授課教師： 陳劍 授課日期：20 年 月 日.精品教 學 內 容板書或旁注8.3 磁柵傳感器磁柵可分為長磁柵和圓磁柵兩大類。長磁柵主要用于直線位移測量，圓磁柵主要用于角位移測量。 磁柵結構及工作原理磁柵傳感器主要由磁尺、磁頭和信號處理電路組成。磁尺按其形狀可分為實體型磁尺、帶狀磁尺、線狀磁尺和圓形磁尺。磁頭可分為動態(tài)磁頭和靜態(tài)磁頭兩大類。 信號處理方式磁柵傳感器的信號處理方式有鑒相式、鑒幅式之分，其中前者應用較廣。鑒相處理方式就是

10、利用輸出信號的相位來反映磁頭的位移量或磁頭與磁尺的相對位置的信號處理方式。 磁柵傳感器的應用 1. 磁柵的信號檢出電路 2. 鑒相內插細分電路 3. 微機硬件框圖說明8.4 感應同步器 種類和結構 1. 直線式感應同步器直線式感應同步器主要部件包括定尺和滑尺 2. 圓感應同步器圓感應同步器又稱旋轉式感應同步器。 工作原理 信號處理方式 1. 鑒相型根據(jù)感應電動勢的相位鑒別位移量的信號處理方式。 2. 鑒幅型感覺感應電動勢的幅值來鑒別位移量的信號處理方式。 感應同步器數(shù)顯表及其應用 1. 鑒幅型感應同步器數(shù)顯表 2. 微處理器感應同步器位置測量系統(tǒng)湖北水利水電職業(yè)技術學院教 師 授 課 教 案課

11、程名稱： 自動檢測技術 2021 年至2021 年第 1 學期第 22 次課班 級： 07發(fā)電廠1、2 編制日期：20 08 年 7 月 10 日教學單元章節(jié)：第九章 其他類型傳感器及其應用 9.1 壓電傳感器目的要求： 1. 理解壓電式傳感器的工作原理。 2. 了解壓電式傳感器的測量電路。知識要點： 1. 壓電效應 2. 壓電式傳感器的工作原理技能要點：教學步驟： 1. 首先提出壓電效應的概念。 2. 介紹各種具有壓電效應的物質及壓電元件的結構。 3. 了解壓電式傳感器的測量電路及其應用。教具及教學手段： 多媒體課堂教學結合黑板板書；講述、舉例、分析、提問。作業(yè)布置情況： 課后習題1課后分析

12、與小結：授課教師： 陳劍 授課日期：20 年 月 日.精品教 學 內 容板書或旁注 壓電式傳感器的工作原理壓電效應某些晶體，在一定方向受到外力作用時，內部將產生極化現(xiàn)象，相應地在晶體的兩個外表產生符號相反的電荷；當外力作用除去時，又恢復到不帶電狀態(tài)。當作用力方向改變時，電荷的極性也隨著改變，這種現(xiàn)象稱為壓電效應。9.1.2 壓電材料及壓電元件的結構一壓電材料壓電材料的選擇一般考慮以下主要特性：1具有較大的壓電常數(shù)。2壓電元件的機械強度高、剛度大并具有較高的固有振動頻率。3具有高的電阻率和較大的介電常數(shù)，以期減少電荷的泄漏以及外局部布電容的影響，獲得良好的低頻特性。4具有較高的居里點。5壓電材料

13、的壓電特性不隨時間蛻變，有較好的時間穩(wěn)定性。一石英晶體二水溶性壓電晶體三鈮酸鋰晶體四壓電陶瓷這是一種應用最普遍的壓電材料，壓電陶瓷具有燒制方便、耐濕、耐高溫、易于成形等特點。 1鈦酸鋇壓電陶瓷2鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷3鈮酸鹽系壓電陶瓷4鈮鎂酸鉛壓電陶瓷五壓電半導體六高分子壓電材料二壓電元件的常用結構形式 壓電式傳感器的測量電路一等效電路.精品教 學 內 容板書或旁注二測量電路一電壓放大器二電荷放大器 壓電式傳感器的應用 1. 玻璃破碎報警裝置 2. 壓電式報警系統(tǒng) 3. 壓電式單向測力傳感器 4. 壓電式測力均勻壓力傳感器 5. 壓電式振動式加速度傳感器湖北水利水電職業(yè)技術學院教 師 授 課 教

14、案課程名稱： 自動檢測技術 2021 年至2021 年第 1 學期第 23 次課班 級： 07發(fā)電廠1、2 編制日期：20 08 年 7 月 10 日教學單元章節(jié)：第九章 其他類型傳感器及其應用 超聲波傳感器目的要求： 1. 了解超聲波傳感器的工作原理。 2. 了解超聲波傳感器的應用。知識要點： 1. 超聲波的產生與接收。技能要點：教學步驟： 1. 介紹超聲波的產生與接收。 2. 超聲波的傳播特性。 3. 超聲波傳感器在檢測技術中的應用。教具及教學手段： 多媒體課堂教學結合黑板板書；講述、分析、舉例、提問。作業(yè)布置情況： 課后習題1課后分析與小結：授課教師： 陳劍 授課日期：20 年 月 日.

15、精品教 學 內 容板書或旁注超聲波傳感器是利用超聲波的特性，實現(xiàn)自動檢測的測量元件。聲波是一種機械波。聲的發(fā)生是由于發(fā)聲體的機械振動，引起周圍彈性介質中質點的振動，這種振動由近及遠的傳播，就是聲波。人耳所能聽聞的聲波頻率在2020000Hz之間，頻率在2020000Hz以外的聲波不能引起聲音的感覺。頻率超過20000Hz的叫做超聲波，頻率低于20Hz的叫做次聲波。超聲波的頻率可以高達1011Hz，而次聲波的頻率可以低達108Hz。一 超聲波的產生超聲波是由超聲波發(fā)生器產生的。超聲波發(fā)生器主要是電聲型，它將電磁能轉換成機械能。其結構分為兩局部，第一局部是產生高頻電流或電壓的電源，另一局部是換能器

16、，它的作用是將電磁振蕩變換成機械振蕩而產生超聲波。 1壓電式超聲波發(fā)生器壓電式超聲波發(fā)生器就是利用壓電晶體的電致伸縮現(xiàn)象制成的。2磁致伸縮超聲波發(fā)生器鐵磁性物質在交變的磁場中，在順著磁場方向產生伸縮的現(xiàn)象，叫做磁致伸縮效應。二超聲波的接收一般的超聲波接收器是利用超聲波發(fā)生器的逆效應而進行工作的。當超聲波作用到壓電晶體片時，使晶片伸縮，那么在晶片的兩個界面上產生交變電荷。這種電荷先被轉換成電壓，經過放大后送到測量電路，最后記錄或顯示出結果。它的結構和超聲波發(fā)生器根本相同，有時就用同一個超聲波發(fā)生器兼做超聲波接收器。磁致伸縮超聲波接收器是利用磁致伸縮的逆效應而制成的。教 學 內 容板書或旁注三超聲

17、波的傳播特性超聲波是一種在彈性介質中的機械振蕩，它是由于介質相接觸的振蕩源所引起的。超聲波的傳播速度與介質的密度和彈性特性有關。超聲波的一種傳播特性是在通過兩種不同的介質時，產生折射和反射現(xiàn)象。超聲波的另一種傳播特性是在通過同種介質時，隨著傳播距離的增加，其強度因介質吸收能量而減弱。 四超聲波在自動檢測中的應用1超聲波探傷1穿透法探傷2反射法探傷2超聲波測液位3超聲波測厚度湖北水利水電職業(yè)技術學院教 師 授 課 教 案課程名稱： 自動檢測技術 2021 年至2021 年第 1 學期第 24 次課班 級： 07發(fā)電廠1、2 編制日期：20 08 年 7 月 10 日教學單元章節(jié)：第十章 信號的處

18、理、變換及抗干擾技術 10.1 信號的處理與變換目的要求： 1. 了解信號處理與變換的幾種根本方式 2. 掌握信號轉換電路的原理知識要點： 1. 電橋電路、模擬開關、放大器 2. 信號轉換電路 技能要點：教學步驟： 1. 介紹傳感器接口電路應用中的幾個根本電路 2. 介紹信號轉換電路的幾種具體的方法 教具及教學手段：多媒體課堂教學結合黑板板書；講述、舉例、分析、提問。作業(yè)布置情況： 課后習題1課后分析與小結：授課教師： 陳劍 授課日期：20 年 月 日.精品教 學 內 容板書或旁注10.1 信號的處理與變換 電橋電路電橋電路是傳感器接口電路中應用的極普遍的根本電路。電橋電路有兩種根本的工作方式

19、：平衡電橋零檢測器和不平衡電橋。在傳感器應用中主要是不平衡電橋。平衡電橋主要用在靜態(tài)參數(shù)測量和反應系統(tǒng)中。 模擬開關模擬開關是電路中應用最普遍的控制元件。模擬開關的根本功能是能接通或斷開模擬輸入信號，在導通時輸出信號即輸入信號無失真，而斷開時輸出信號應為零。.1 主要性能要求 1. 導通電阻 2. 斷開隔離 3. 開關速率 4. 最大導通電流 5. 最大斷開電壓 6. 最小模擬信號電平 7. 壽命.2 開關驅動電路.3 誤差 1由于泄露電流和開關電阻引起的低頻或直流誤差； 2由于器件和分布電容引起的高頻誤差。.4 噪聲 1來自驅動電路或參考電壓的噪聲； 2來自電源的噪聲； 3來自模擬輸入信號的

20、噪聲。 放大器 傳感器的輸出通常需要接入放大器，以便進行緩沖、隔離、放大和電平轉換等處理。教 學 內 容板書或旁注 信號轉換電路.1 調制和解調 1. 斬波調幅主要有兩種：斬波調制器和環(huán)形調制器。通常要求輸入信號的最高頻譜不得超過載波頻率的10%20%，以保證在解調之后可以不失真地恢復原信號。 2. 相敏解調 3. 電壓-頻率和頻率-電壓轉換電路電壓-頻率轉換器是將直流輸入電壓轉換為與之幅值成比例的頻率信號。電壓-頻率的轉換過程實質上是頻率調制形式。.2 模-數(shù)A/D和數(shù)-模D/A轉換器 1. 模-數(shù)A/D轉換模-數(shù)轉換就是把連續(xù)變化的模擬信號轉換為階躍變化的數(shù)字信號。模-數(shù)轉換的過程包括量化

21、和編碼。集成化A/D轉換器采用的轉換方法有：逐次逼近法和積分法。 2. 數(shù)-模D/A轉換所有常規(guī)的D/A轉換器的根本結構包括一個精密的電阻網絡、一組開關和某些電平平移電路，使邏輯電平適合于驅動開關的需要。 線性化.1 模擬量的非線性校正 1. 電橋電路的線性化 2. 熱敏電阻的非線性校正 3. 折線逼近法.2 數(shù)字量的非線性校正湖北水利水電職業(yè)技術學院教 師 授 課 教 案課程名稱： 自動檢測技術 2021 年至2021 年第 1 學期第 25 次課班 級： 07發(fā)電廠1、2 編制日期：20 08 年 7 月 10 日教學單元章節(jié)：第十章 信號的處理、變換及抗干擾技術 10.2 信號的輸出、顯

22、示和記錄裝置 10.3 抗干擾技術目的要求： 1. 了解信號的輸出、顯示和記錄裝置 2. 掌握抗干擾技術知識要點： 1. 電測量指示儀表 2. 記錄裝置 3. 干擾及干擾的防止或抑制技能要點：教學步驟： 1. 介紹信號輸出、顯示及記錄的根本裝置 2. 分析干擾的種類及找到抑制干擾的方法 教具及教學手段： 多媒體課堂教學結合黑板板書；講述、舉例、分析、提問。作業(yè)布置情況： 課后習題2課后分析與小結：授課教師： 陳劍 授課日期：20 年 月 日.精品教 學 內 容板書或旁注10.2 信號的輸出、顯示和記錄裝置 電測量指示儀表電測量指示儀表分為兩大類：模擬式和數(shù)字式。模擬式電測量指示儀表是將被測模擬

23、量變換為人們能夠感知的機械位移，并通過指示器指出被測量的值。數(shù)字式電測量指示儀表是通過模-數(shù)轉換器，先將被測模擬量變換為離散量，再以數(shù)碼的形式顯示出被測量的數(shù)值。.1 儀表的組成及根本原理 1. 組成 2. 測量機構的工作原理測量機構是電測量指示儀表的核心，它的任務是將與被測量呈一定函數(shù)關系的中間量變換為活動局部的角位移，并能準確而迅速地指示出被測量的大小。.2 指示儀表的主要技術特性 1. 儀表的靈敏度和儀表常數(shù)儀表指示器偏轉變化量與被測量之比，稱為儀表的靈敏度。當標尺分格數(shù)均勻時，靈敏度等于單位被測量引起指示器偏轉的分格數(shù)。儀表靈敏度的倒數(shù)稱為儀表常數(shù)或分度常數(shù)。 2. 儀表的誤差和準確度

24、 3. 儀表本身所消耗的功率 4. 儀表的阻尼時間阻尼時間是指從被測量接入儀表到指示器在平衡位置附近的擺幅不大于標尺全長的1%所需的時間。 5. 過載能量 6. 抗外界干擾能力.3 指示儀表的分類 1. 按儀表的結構和工作原理分，主要有： 磁電系、電動系、鐵磁電動系、整流系、感應系等。 2. 按被測量的種類分 電流表、電壓表、功率表、電度表、頻率表；相位表、歐姆表以及多種用途的儀表，如萬用表等。 3. 按被測量變化規(guī)律分 直流表、交流表、交直流兩用表。 4. 按使用方式分 安裝式和可攜式教 學 內 容板書或旁注.4電測量指示儀表的選擇 1. 儀表種類的選擇主要根據(jù)被測量變化規(guī)律和頻率范圍。 2

25、. 儀表準確度的選擇 3. 儀表量程的選用 4. 儀表內阻的選用 5. 儀表工作條件的選用 記錄裝置.1 顯示記錄儀器 1. 光線示波器光線示波器是一種由電、磁、光和機械系統(tǒng)綜合組成的記錄儀器。 2. 筆式記錄儀筆式記錄儀是用筆尖在記錄儀紙上描繪被測量相對于時間或某一參數(shù)量之間函數(shù)關系的一種記錄儀器。一般按照記錄筆的驅動方式可分為檢流計式筆錄儀與函數(shù)記錄儀。.2 隱式記錄儀隱式記錄，需要通過其他顯示儀器才能觀察所記錄的波形，但它能屢次反復重放，以電信號形式復現(xiàn)，重放速度可以和記錄速度不同，從而實現(xiàn)信號的時間壓縮和擴展，便于復制，同時也可抹除所記錄的信號，以便重復使用記錄介質。1. 磁帶記錄器的

26、構成1記錄放大器和重放放大器2記錄磁頭3磁帶和磁帶傳動機構2. 磁帶記錄器的記錄方式可分為模擬和數(shù)字記錄兩種，其中模擬記錄方式又分為直接記錄和頻率調制兩種。3. 磁帶記錄器的類型與選用10.3 抗干擾技術 電子測量裝置的兩種干擾 1. 差模干擾 差模干擾是使信號接收器的一個輸入端子電位相對另一個輸入端子電位發(fā)生變化，即干擾信號與有用信號疊加在一起。教 學 內 容板書或旁注 2. 共模干擾共模干擾是相對于公共的電位基準地，在信號接收器的兩個輸入端子上同時出現(xiàn)的干擾。雖然它不直接影響測量結果，但當信號接收器的輸入電路參數(shù)不對稱時將會引起測量誤差。 外來干擾的防止及抑制抑制外力干擾的方法有：削弱或消

27、除干擾源；減弱由干擾源到信號回路的耦合；降低放大器對干擾的靈敏度等。常用的方法有：1. 屏蔽與接地2. “保護屏蔽3. 采用適宜的連接電纜線4. 濾波法 內部干擾及消除方法內部干擾主要來源于自動測試系統(tǒng)中的電源變壓器。1. 采用隔離措施2. 采用隔離變壓器供電湖北水利水電職業(yè)技術學院教 師 授 課 教 案課程名稱： 自動檢測技術 2021 年至2021 年第 1 學期第 26 次課班 級： 07發(fā)電廠1、2 編制日期：20 08 年 7 月 10 日教學單元章節(jié)：第十一章 自動檢測技術的綜合應用 11.1 傳感器的選用原那么 11.2 自動檢測系統(tǒng)的智能化目的要求： 1. 了解傳感器的選用原那

28、么 2. 了解自動檢測系統(tǒng)的智能化知識要點： 1. 傳感器的選擇要求 2. 選擇傳感器的一般原那么 3. 自動檢測系統(tǒng)的智能化技能要點：教學步驟： 1. 介紹傳感器的選用原那么； 2. 介紹智能化的根本概念及智能化傳感器。教具及教學手段： 多媒體課堂教學結合黑板板書；講述、舉例、分析、提問。作業(yè)布置情況： 課后習題1課后分析與小結：授課教師： 陳劍 授課日期：20 年 月 日.精品教 學 內 容板書或旁注11.1 傳感器的選用原那么 傳感器的選擇要求 1. 技術指標要求 2. 使用環(huán)境要求 3. 電源的要求 4. 根本平安要求 5. 可靠性要求 6. 維修及管理要求 選擇傳感器的一般原那么 總的原那么是：在滿足對傳感器所有要求的情況下，本錢低廉、工作可靠且易維修，即所謂性能價格比要較高。一般原那么可按以下步驟進行：1. 借助于傳感器分類表2. 借助于常用傳感器比擬表3. 借助于傳感器的