時(shí)間：2023-02-22 11:41:44
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇傳感器設(shè)計(jì)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：測(cè)力傳感器，應(yīng)力集中，精度，靈敏度
一、概述
對(duì)于電阻應(yīng)變片式測(cè)力傳感器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“測(cè)力傳感器”）來(lái)說(shuō)，彈性體的結(jié)構(gòu)形狀與相關(guān)尺寸對(duì)測(cè)力傳感器性能的影響極大。可以說(shuō)，測(cè)力傳感器的性能主要取決于其彈性體的形狀及相關(guān)尺寸。如果測(cè)力傳感器的彈性體設(shè)計(jì)不合理，無(wú)論彈性體的加工精度多高、粘貼的電阻應(yīng)變片的品質(zhì)多好，測(cè)力傳感器都難以達(dá)到較高的測(cè)力性能。因此，在測(cè)力傳感器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)彈性體進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
彈性體的設(shè)計(jì)基本屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的范圍，但因測(cè)力性能的需要，其結(jié)構(gòu)上與普通的機(jī)械零件和構(gòu)件有所不同。一般說(shuō)來(lái)，普通的機(jī)械零件和構(gòu)件只須滿(mǎn)足在足夠大的安全系數(shù)下的強(qiáng)度和剛度即可，對(duì)在受力條件下零件或構(gòu)件上的應(yīng)力分布情況不必嚴(yán)格要求。然而，對(duì)于彈性體來(lái)說(shuō)，除了需要滿(mǎn)足機(jī)械強(qiáng)度和剛度要求以外，必須保證彈性體上粘貼電阻應(yīng)變片部位（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“貼片部位”）的應(yīng)力（應(yīng)變）與彈性體承受的載荷（被測(cè)力）保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系；同時(shí)，為了提高測(cè)力傳感器測(cè)力的靈敏度，還應(yīng)使貼片部位達(dá)到較高的應(yīng)力（應(yīng)變）水平。
由此可見(jiàn)，在彈性體的設(shè)計(jì)過(guò)程中必須滿(mǎn)足以下兩項(xiàng)要求：
（1）貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）應(yīng)與被測(cè)力保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
（2）貼片部位應(yīng)具有較高的應(yīng)力（應(yīng)變）水平。
為了滿(mǎn)足上述兩項(xiàng)要求，在測(cè)力傳感器的彈性體設(shè)計(jì)方面，經(jīng)常應(yīng)用“應(yīng)力集中”的設(shè)計(jì)原則，確保貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）水平較高，并與被測(cè)力保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以提高所設(shè)計(jì)測(cè)力傳感器的測(cè)力靈敏度和測(cè)力精度。
二、改善應(yīng)力（應(yīng)變）不規(guī)則分布的“應(yīng)力集中”原則
在機(jī)械零件或構(gòu)件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常認(rèn)為應(yīng)力（應(yīng)變）在零件或構(gòu)件上是規(guī)則分布的，如果零件或構(gòu)件的截面形狀不發(fā)生變化，不必考慮應(yīng)力（應(yīng)變）分布不規(guī)則的問(wèn)題。其實(shí)，在機(jī)械零件或構(gòu)件的設(shè)計(jì)中，對(duì)于應(yīng)力（應(yīng)變）不規(guī)則分布的問(wèn)題并非不予考慮，而是通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算中的安全系數(shù)將其包容在內(nèi)了。
對(duì)于測(cè)力傳感器來(lái)說(shuō)，它是通過(guò)電阻應(yīng)變片測(cè)量彈性體上貼片部位的應(yīng)變來(lái)測(cè)量被測(cè)力的大小。若要保證貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測(cè)力保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)際上就是保證在測(cè)力傳感器受力時(shí)，彈性體上貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）要按照某一規(guī)律分布。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于彈性體貼片部位應(yīng)力（應(yīng)變）分布影響較大的因素主要是彈性體受力條件的變化。
彈性體受力條件的變化是指當(dāng)彈性體受力的大小不變時(shí)，力的作用點(diǎn)發(fā)生變化或彈性體與其相鄰的加載構(gòu)件和承載構(gòu)件的接觸條件發(fā)生變化。如果在彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，未能考慮這一情況，就可能造成彈性體上應(yīng)力（應(yīng)變）分布的不規(guī)則變化。這方面最典型的實(shí)例是筒式測(cè)力傳感器（見(jiàn)圖1）。
當(dāng)筒式測(cè)力傳感器上、下端面均勻受力時(shí)，在彈性體貼片部位的整個(gè)圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）的分布是均勻的。當(dāng)上、下兩個(gè)端面上受力情況發(fā)生變化后，力在兩個(gè)端面的作用情況不再是均勻分布的，這時(shí)彈性體貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）的分布情況就難以預(yù)料了。如果筒式測(cè)力傳感器彈性體的高度與直徑之比足夠大，彈性體貼片部位圓周上的應(yīng)力（應(yīng)變）基本上還是均勻分布。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，通常很少能為測(cè)力傳感器提供較大的安裝空間位置，因而筒式測(cè)力傳感器彈性體的高度與直徑之比很難做到足夠大，彈性體貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）將不均勻分布，而且不均勻分布的情況隨彈性體受力情況的變化而改變。在這樣的條件下，彈性體貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測(cè)力不能保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將造成明顯的測(cè)力誤差。
為了減小由于彈性體受力條件的變化引起的測(cè)力誤差，有些傳感器設(shè)計(jì)者采取在筒式測(cè)力傳感器彈性體上增加貼片數(shù)量的方法，盡可能將彈性體上貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）分布不均勻的情況測(cè)量出來(lái)。這樣的處理方法有一定的效果，可以減小彈性體受力條件的變化引起的測(cè)力誤差。但這種方法畢竟是一種被動(dòng)的方法，增加的貼片數(shù)量總是有限的，還是很難把彈性體上貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）分布不均勻的情況全部測(cè)量出來(lái)，測(cè)力誤差減小的程度不夠顯著。
由于彈性體受力條件的變化引起的測(cè)力誤差的實(shí)質(zhì)是彈性體貼片部位圓周上的應(yīng)力（應(yīng)變）的不規(guī)則分布，如果能使彈性體貼片部位圓周上的應(yīng)力（應(yīng)變）分布受到一定條件的約束，迫使貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）按照某一規(guī)律分布，因而使得彈性體貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測(cè)力基本保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由此來(lái)減小因彈性體受力條件的變化引起的測(cè)力誤差。
對(duì)于筒式測(cè)力傳感器來(lái)說(shuō)，在承載強(qiáng)度足夠的條件下，如果將彈性體貼片部位圓周上不貼片的部位挖空（見(jiàn)圖2），使得應(yīng)力只能在未挖空的部位分布，大大改善了應(yīng)力（應(yīng)變）不規(guī)則分布的情況。或者說(shuō)，應(yīng)力（應(yīng)變）的不規(guī)則分布僅僅限于未挖空的部位，并且其不規(guī)則分布的程度不會(huì)很大。因此，在未挖空的部位粘貼電阻應(yīng)變片，就能使測(cè)得的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測(cè)力基本保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
上述處理方法實(shí)際上出于這樣一個(gè)原理：通過(guò)某種措施，使彈性體上的應(yīng)力（應(yīng)變）集中分布在便于貼片檢測(cè)的部位，實(shí)現(xiàn)測(cè)得的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測(cè)力基本保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以保證傳感器的測(cè)力精度。
作者曾用上述方法對(duì)筒式測(cè)力傳感器進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)前的普通筒式傳感器測(cè)力誤差大于1%F.S.，改進(jìn)后（局部挖空）的筒式傳感器測(cè)力誤差為0.1~0.3%F.S.，測(cè)力精度明顯提高。
三、提高應(yīng)力（應(yīng)變）水平的應(yīng)力集中原則
若要測(cè)力傳感器達(dá)到較高的靈敏度，通常應(yīng)該使電阻應(yīng)變片有較高的應(yīng)變水平，即在彈性體上貼片部位應(yīng)該有較高的應(yīng)力（應(yīng)變）水平。
實(shí)現(xiàn)彈性體上貼片部位達(dá)到較高應(yīng)力（應(yīng)變）水平有兩種常用的方法：
（1）整體減小彈性體的尺寸，全面提高彈性體上的應(yīng)力（應(yīng)變）水平；
（2）在貼片部位附近對(duì)彈性體進(jìn)行局部削弱，使貼片部位局部應(yīng)力（應(yīng)變）水平提高，而彈性體其它部位的應(yīng)力（應(yīng)變）水平基本不變。
以上兩種方法都可以提高貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）水平，但對(duì)彈性體整體性能而言，局部削弱彈性體的效果要遠(yuǎn)好于整體減小彈性體尺寸。因?yàn)榫植肯魅鯊椥泽w既能提高貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）水平，又使得彈性體整體保持較高的強(qiáng)度和剛度，有利于提高傳感器的性能和使用效果。
局部削弱彈性體提高貼片部位應(yīng)力（應(yīng)變）水平的原理是：通過(guò)局部削弱彈性體，造成局部的應(yīng)力集中，使得應(yīng)力集中部位的應(yīng)力（應(yīng)變）水平明顯高于彈性體其它部位的應(yīng)力水平，將電阻應(yīng)變片粘貼于應(yīng)力集中部位，就可以測(cè)得較高的應(yīng)變水平。
局部應(yīng)力（應(yīng)變）集中的方法在測(cè)力傳感器的設(shè)計(jì)中經(jīng)常被采用，尤其在梁式測(cè)力傳感器（如彎曲梁式和剪切梁式測(cè)力傳感器）的彈性體設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。局部應(yīng)力（應(yīng)變）集中方法應(yīng)用較為成功的當(dāng)數(shù)剪切梁式測(cè)力傳感器。剪切梁式測(cè)力傳感器是通過(guò)檢測(cè)梁式彈性體上的剪應(yīng)力（剪應(yīng)變）實(shí)現(xiàn)測(cè)力的，其彈性體的結(jié)構(gòu)如圖3所示（為了便于說(shuō)明問(wèn)題，這里僅以一簡(jiǎn)支梁式的彈性體為例）。
由材料力學(xué)中有關(guān)梁的應(yīng)力分布知識(shí)可知，當(dāng)梁承受橫向（彎曲）載荷時(shí)，在梁的中性層處剪應(yīng)力（剪應(yīng)變）最大。如果要檢測(cè)梁上的剪應(yīng)變，應(yīng)該在梁的中性層處貼片。為了提高貼片處的剪應(yīng)力（剪應(yīng)變）水平，可將彈性體兩側(cè)各挖一個(gè)盲孔（見(jiàn)圖3的2處），盲孔的中心應(yīng)在中性層處。電阻應(yīng)變片應(yīng)該粘貼在盲孔的底面上，即圖3中工字形斷面（A－A剖面）的腹板上。
對(duì)于梁形構(gòu)件來(lái)說(shuō)，其彎曲強(qiáng)度是主要矛盾。在一個(gè)梁滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度的情況下，剪切強(qiáng)度一般裕量較大。當(dāng)在中性層附近挖盲孔后，該截面上腹板上的剪應(yīng)力（剪應(yīng)變）明顯提高，然而該截面上的彎曲應(yīng)力提高很小。因此，剪切梁式彈性體應(yīng)用局部應(yīng)力集中方案后，被檢測(cè)的剪應(yīng)變大大提高，使該測(cè)力傳感器的靈敏度顯著提高，而對(duì)整個(gè)梁的彎曲強(qiáng)度影響很小，使整個(gè)梁保持了良好的強(qiáng)度和剛度。
四、小結(jié)
在測(cè)力傳感器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，如能自覺(jué)地按照上述兩種應(yīng)力集中的原則，對(duì)彈性體進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就能夠收到提高測(cè)力傳感器的測(cè)力精度和測(cè)力靈敏度的良好效果。靈活、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用應(yīng)力集中的原則，對(duì)于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)高性能的測(cè)力傳感器具有重要的實(shí)用意義。
參考文獻(xiàn)
[1].劉鴻文主編，《材料力學(xué)》，高等教育出版社，1979年
PrinciplesofConcentratingStressintheDesignofLoadCells
Abstract:Thispaperintroducestwoprinciplesofconcentratingstress,whichareusually
usedinthedesignofloadcells.Accordingtotheprinciplestheelasticbodiesofloadcells
近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)的高速電梯控制手段及群控管理方法、速度有著極大的革新。其控制技術(shù)可以歸整為八個(gè)發(fā)展階段，司機(jī)控制、按鈕控制、微驅(qū)動(dòng)平層控制、集選控制、交流雙速控制、直流變壓調(diào)速控制、交流調(diào)速控制、PC－PLC控制;群控管理方法為兩類(lèi)方式，區(qū)段分配方式及呼叫分配方式，這些技術(shù)使得電梯的群控體系控制特性有了極大改善;各國(guó)電梯廠商對(duì)于電梯速度也有著很大的競(jìng)爭(zhēng)，現(xiàn)如今世界上電梯最高速可達(dá)到17．4m/s。
2光電開(kāi)關(guān)與斯密特觸發(fā)器
2．1光電開(kāi)關(guān)
大多傳感器電路所選擇的都是槽型光電開(kāi)關(guān)，其一般會(huì)利用最標(biāo)準(zhǔn)的U型結(jié)構(gòu)，發(fā)射器及接收器在U型槽的兩邊，呈現(xiàn)出一個(gè)光軸，在對(duì)應(yīng)檢測(cè)物通過(guò)該槽并隔斷光軸時(shí)，這時(shí)的光電開(kāi)關(guān)就出現(xiàn)了開(kāi)關(guān)量號(hào)。以槽式光電開(kāi)關(guān)來(lái)講，其最適宜檢測(cè)運(yùn)行速度較高的物體，其可以很好的分辨出透明及半透明的物體，應(yīng)用安全性較高。因?yàn)楣怆婇_(kāi)關(guān)輸出及輸入回路之間是利用電緣絕來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此其能夠應(yīng)用于眾多的場(chǎng)合中。利用集成電路相關(guān)技術(shù)以及表面安裝工藝制作的新型光電開(kāi)關(guān)元件，其具有較好的延時(shí)性、拓展性、外同步、抗干擾、可靠性、運(yùn)行區(qū)域穩(wěn)定、自行診斷等諸多智能化功能。該光電開(kāi)關(guān)屬于脈沖調(diào)制主動(dòng)式的光電探測(cè)體系類(lèi)電子開(kāi)關(guān)，其主要應(yīng)用的冷光源為紅外光、紅、綠、藍(lán)色光，可以不接觸、無(wú)損害、快速將各類(lèi)固體、液體、透明體、黑體、柔軟體等物質(zhì)控制其對(duì)應(yīng)狀態(tài)及動(dòng)作。
2．2斯密特觸發(fā)器
該傳感器電路運(yùn)用斯密特觸發(fā)器對(duì)相關(guān)電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，便于很好地滿(mǎn)足于傳感器體系測(cè)量的精確度，斯密特觸發(fā)器自身有著巧妙的滯后特性數(shù)字化傳送門(mén)。其電路閥值電壓為兩個(gè)，正向閥值及負(fù)向閥值電壓;雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不相同，斯密特觸發(fā)器整體上是電平觸發(fā)型的電路，并不會(huì)依靠周邊較為陡峭脈沖。其屬于閥值開(kāi)關(guān)電路的一類(lèi)，輸入級(jí)輸出特性容易突變的門(mén)電路。該電路設(shè)計(jì)為阻隔相關(guān)輸入電壓所存在的微笑變化而導(dǎo)致的輸出電壓變化。斯密特觸發(fā)器對(duì)應(yīng)輸出情況轉(zhuǎn)換是由其相關(guān)輸入信號(hào)變化而決定的，輸入信號(hào)在最低電平提高時(shí)，電路狀況變化中輸入的電平及其相關(guān)輸入信號(hào)是與高電平處降低中的輸入變化電平不相同的，其對(duì)應(yīng)閥值電壓被稱(chēng)之為正向閥值及負(fù)向閥值電壓。并且，因?yàn)樗姑芴赜|發(fā)器之內(nèi)會(huì)有相關(guān)正反應(yīng)，因此其輸出電壓所對(duì)應(yīng)的波形通常較為陡峭。使用斯密特觸發(fā)器不止是可以把周邊轉(zhuǎn)化減緩信號(hào)所呈現(xiàn)的波形進(jìn)行一定整形，最終形成邊沿陡峭型矩形波，并且能夠把其互相疊加于矩形波的脈沖高與低處電平噪音合理清除。
3電路模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
總體傳感器電路模塊呈現(xiàn)為:電梯脫離信號(hào)光電開(kāi)關(guān)觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)器終端處理元件。在相關(guān)電梯并未脫離緩沖器時(shí)，對(duì)應(yīng)傳感器有一個(gè)小擋板位于槽型光電開(kāi)關(guān)之間，合理得隔檔LED對(duì)三極管的觸發(fā)。在電梯脫離了相關(guān)緩沖器時(shí)，經(jīng)由安裝于傳感器間的對(duì)應(yīng)彈簧將擋板有效的彈開(kāi)，這時(shí)LED就能夠輕易的觸發(fā)光敏三極管。
4結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞：傳感器實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；創(chuàng)新人才培養(yǎng)
中圖分類(lèi)號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2007)18-31739-01
Experimental Teaching Reform of Sensors Course
ZHANG Huai,Chen Fu-jun,YANG Yong,LIANG Feng
(Huanghuai University,Zhumadian 463000,China)
Abstract:Sensors is a most practical course, the students can verify theories through an experiment, and can strengthen the cultivation of the student’s innovation and practice ability. Aimed at the present situation of the experimental teaching for sensor of our university, we do some beneficial reform and the aim is to improve the practice ability of students and cultivate the innovative talents.
Key words:sensor experiment;teaching reform;cultivation of innovative talents
傳感器技術(shù)作為現(xiàn)代三大信息技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，是測(cè)控過(guò)程中反映被測(cè)對(duì)象、保證控制質(zhì)量的重要一環(huán)，也是自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)、機(jī)械電子等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的基礎(chǔ)課。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)與應(yīng)用也飛速發(fā)展，而傳統(tǒng)的傳感器教學(xué)尤其是實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)迫切需要改革創(chuàng)新。為此，針對(duì)我校傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀做一些有益的改革，旨在提高學(xué)生對(duì)傳感器原理及特性的理解并進(jìn)而達(dá)到設(shè)計(jì)和應(yīng)用的目的，培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才。
1 我國(guó)傳感器及實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展及需求
傳感器及智能儀器儀表自上個(gè)世紀(jì)60年代以來(lái)一直作為自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)、機(jī)械電子等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，特別是進(jìn)入80年代后，國(guó)際上出現(xiàn)了“傳感器熱”：日本把傳感器技術(shù)列為80年代十大技術(shù)之首，美國(guó)把傳感器技術(shù)列為90年代的關(guān)鍵技術(shù)，我國(guó)把傳感器技術(shù)列為“八五”、“九五”的重點(diǎn)研究項(xiàng)目之一；并且2003年3月國(guó)家教育部緊跟國(guó)際科技發(fā)展步伐，已將傳感器的教學(xué)納入到普通高級(jí)中學(xué)物理課程的教學(xué)體系中。由此可見(jiàn)，傳感器在當(dāng)今科技發(fā)展及國(guó)民教育體系中所處的重要地位。而對(duì)于傳感器本身又是一門(mén)實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，而且傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)是整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要子系統(tǒng)，因此，加強(qiáng)傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)以適應(yīng)我國(guó)高等教育的任務(wù)――培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的需求。
2 傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀
長(zhǎng)期以來(lái)，理論教學(xué)重于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的觀念根深蒂固，影響了傳感器教學(xué)的效果。傳統(tǒng)的傳感器教學(xué)尤其是實(shí)踐性環(huán)節(jié)迫切需要改革創(chuàng)新。傳統(tǒng)的傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問(wèn)題主要反映在以下幾個(gè)方面：
2.1教學(xué)中存在不重視實(shí)驗(yàn)的傾向
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、間接經(jīng)驗(yàn)與直接經(jīng)驗(yàn)、抽象思維和形象思維、傳授知識(shí)與訓(xùn)練技能相結(jié)合的過(guò)程。但是，對(duì)傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的調(diào)查結(jié)果表明，目前很多高校在教育觀念上，仍存在著重理論、輕實(shí)踐，重理論知識(shí)傳授、輕動(dòng)手能力培養(yǎng)的傾向，在課程體系上，實(shí)驗(yàn)教學(xué)少有獨(dú)立的教學(xué)體系以及相應(yīng)的學(xué)分評(píng)價(jià)體系，實(shí)驗(yàn)課從屬于理論課，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容含在理論課程中，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)與內(nèi)容的開(kāi)設(shè)隨意性強(qiáng)，隨意削減實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)成為普遍現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)課時(shí)同理論課時(shí)比例不太合理等問(wèn)題，從而大大影響了學(xué)生對(duì)傳感器特性的理解及在傳感器應(yīng)用中解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)。
2.2實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目驗(yàn)證型多于設(shè)計(jì)型
目前，我系使用的傳感器實(shí)驗(yàn)裝置是由浙江高聯(lián)科技開(kāi)發(fā)公司提供的CSY2000D型傳感器檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，它所提供的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，雖然各傳感器透明式封裝比較直觀，但缺乏設(shè)計(jì)性、綜合性要求，與工程實(shí)踐脫節(jié)嚴(yán)重。
2.3教學(xué)方式單調(diào)枯燥
傳統(tǒng)的傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)是注入式的，從實(shí)驗(yàn)原理、步驟、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，甚至連實(shí)驗(yàn)結(jié)果都面面俱到地由老師講解，然后由學(xué)生“按方抓藥”地操作。這使學(xué)生處于消極被動(dòng)的地位，影響其學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性的發(fā)揮，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生的全面綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。
2.4實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)投入不足
實(shí)驗(yàn)室建設(shè)對(duì)各高校來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)重要的投資，特別是對(duì)于一般的普通高校在資金有限的情況下，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)投入更少；而傳感器又是精密測(cè)量?jī)x器，一般單個(gè)售價(jià)都在50元以上，我系于2003年購(gòu)置的6臺(tái)CSY2000D型傳感器檢測(cè)技術(shù)試驗(yàn)臺(tái)就高達(dá)1.83萬(wàn)元/臺(tái)。因此，在資金緊張的情況下，使得高校擴(kuò)招后由原來(lái)的一名學(xué)生一臺(tái)設(shè)備，改為2～3人一組，這樣在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中往往一個(gè)學(xué)生做，同組人旁觀，教學(xué)效果很不理想。
3 改革與探討
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等院校教學(xué)的重要組成部分，是對(duì)課堂所學(xué)理論知識(shí)的直觀認(rèn)識(shí)和拓展應(yīng)用，是學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的重要途徑，它在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力方面有著不可替代的重要作用。因此傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須從理論教學(xué)中解脫出來(lái)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)與本課程特點(diǎn)緊密結(jié)合，做一次全面的改革：
3.1深化傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，著力培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力
為推進(jìn)我國(guó)全面的素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，根據(jù)傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀和面臨的問(wèn)題，充分調(diào)研，對(duì)目前的傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行全面改革：從本科培養(yǎng)計(jì)劃的約束，到實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施；從教師的教學(xué)觀念，到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)的目的等各方面都要充分認(rèn)識(shí)到傳感器實(shí)驗(yàn)在傳感器教學(xué)中的重要性，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不斷培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的操作動(dòng)手能力。
總體上說(shuō)，注重引導(dǎo)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)考核，使學(xué)生普遍對(duì)實(shí)驗(yàn)重視程度提高，能主動(dòng)預(yù)習(xí)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，甚至帶著問(wèn)題進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生的動(dòng)手能力明顯增強(qiáng)。
3.2切實(shí)加強(qiáng)傳感器實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)建設(shè)和科學(xué)管理制度
實(shí)驗(yàn)器材是開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的基礎(chǔ)平臺(tái)，雖然傳感器實(shí)驗(yàn)器材價(jià)格相對(duì)較貴，但也應(yīng)逐漸增加傳感器實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)的投入，除了確保正常的教學(xué)實(shí)驗(yàn)所需各項(xiàng)經(jīng)費(fèi)外，還要投入一定經(jīng)費(fèi)改進(jìn)和完善現(xiàn)有儀器設(shè)備。同時(shí)，還要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)管理制度的建設(shè)，現(xiàn)在各高校的實(shí)驗(yàn)室管理專(zhuān)職人員緊缺，一般由理論課老師來(lái)?yè)?dān)任實(shí)驗(yàn)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室管理，其間存在管理漏洞，儀器損壞無(wú)法及時(shí)維修，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展。因此，傳感器實(shí)驗(yàn)室要根據(jù)本學(xué)科的特點(diǎn)和自身?xiàng)l件建立切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)室管理制度和實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程，逐漸形成較為完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和保證體系。
3.3加快傳感器實(shí)驗(yàn)教材的編寫(xiě)
實(shí)驗(yàn)教材是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。傳感器實(shí)驗(yàn)是近幾年才在各高校普遍開(kāi)設(shè)，據(jù)調(diào)查現(xiàn)階段各高校采用的傳感器實(shí)驗(yàn)教材都是在廠家提供的儀器使用指南的基礎(chǔ)上編寫(xiě)的講義，缺乏規(guī)范性、普適性。根據(jù)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和本學(xué)科發(fā)展的現(xiàn)狀更新充實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，編寫(xiě)配套的、高水平的傳感器實(shí)驗(yàn)教材是刻不容緩的。
3.4改革傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容及方法
3.4.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革
為了突出實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用意識(shí)、工程實(shí)踐能力，使學(xué)生“消化理論、發(fā)展能力”我們對(duì)該課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了較大改革：一方面保留了一些基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如電阻應(yīng)變、電渦流位移特性、光纖傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)等，使學(xué)生通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)，理解傳感器的基木原理和特性，消化教學(xué)內(nèi)容；另一方面開(kāi)設(shè)一些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，如我們利用電阻應(yīng)變片設(shè)計(jì)了數(shù)字電子秤，以及結(jié)合單片機(jī)知識(shí)設(shè)計(jì)出自動(dòng)避障小車(chē)和全自動(dòng)洗衣機(jī)控制器等，通過(guò)學(xué)生自己制作出一些小產(chǎn)品模型，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到課堂中學(xué)過(guò)的傳感器在其中的限位、距離檢測(cè)等作用。在教學(xué)過(guò)程中除了要求學(xué)生寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告外還要求撰寫(xiě)設(shè)計(jì)論文，這樣更能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)思想、方案論證、技術(shù)路線等一些列創(chuàng)造性工作反映出來(lái)，同時(shí)還可鍛煉學(xué)生的總結(jié)能力，為將來(lái)撰寫(xiě)科技論文奠定基礎(chǔ)。
3.4.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革
實(shí)驗(yàn)課是驗(yàn)證理論、應(yīng)用理論、鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的方法上,我們進(jìn)行了一些改革探索，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過(guò)程中,注意因材施教,采用啟發(fā)式教學(xué)方法,提示學(xué)生是否有更好的改進(jìn)方法等等。如電阻應(yīng)變實(shí)驗(yàn)中對(duì)電子秤標(biāo)定時(shí)反復(fù)調(diào)節(jié)Rw3、Rw4直至托盤(pán)空時(shí)電壓表顯示為0v、200g砝碼時(shí)顯示為0.2v。反復(fù)調(diào)節(jié)最終是可以達(dá)到要求，當(dāng)學(xué)生反復(fù)調(diào)節(jié)幾次沒(méi)達(dá)到預(yù)期要求時(shí)可能不耐煩了，這時(shí)提示學(xué)生根據(jù)電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)力原理及輸入輸出特性――線性關(guān)系，分析電路中Rw3、Rw4的作用可以看出Rw3起調(diào)節(jié)放大倍數(shù)――即線性關(guān)系中的斜率、Rw4起零點(diǎn)參考電壓調(diào)節(jié)――線性關(guān)系中的初始值的作用，經(jīng)過(guò)這樣比較對(duì)應(yīng)后，很快可以得出這樣的快速調(diào)節(jié)方法：當(dāng)托盤(pán)空時(shí)，調(diào)節(jié)Rw4使電壓表顯示為零；然后將10個(gè)砝碼全放入托盤(pán)，調(diào)節(jié)Rw3使電壓表顯示為0.2v；然后去掉全部砝碼記下此時(shí)電壓表讀數(shù)v0 (如0.002v)；再將砝碼全放入托盤(pán)調(diào)節(jié)Rw4使電壓表顯示為0.2-v0（如0.198v）；最后再調(diào)節(jié)Rw3使電壓表顯示為0.2v即可。通過(guò)像這個(gè)實(shí)驗(yàn)一樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革,我們認(rèn)識(shí)到如果在每次實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中都能夠采用啟發(fā)式的方法啟迪學(xué)生，發(fā)展學(xué)生的發(fā)散思維能力，那么一定能使學(xué)生舉一反三，達(dá)到學(xué)以致用的目的，同時(shí)還可激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新興趣。
3.5建立科學(xué)的實(shí)驗(yàn)考核方案
成績(jī)?cè)u(píng)定方式對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)十分重要，它是這次傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)施的總體指揮棒。學(xué)生最關(guān)心的就是成績(jī)，我們要充分利用這一法寶設(shè)計(jì)較為合理的考核方案，既能達(dá)到考察的目的，同時(shí)使學(xué)生通過(guò)試驗(yàn)不僅能很好理解理論知識(shí)，還可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、創(chuàng)新能力。為此，將成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)定位在是否理解并靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，以及鼓勵(lì)創(chuàng)新思想和創(chuàng)新實(shí)踐過(guò)程，而不僅僅是結(jié)果正確與否。在總結(jié)多年實(shí)驗(yàn)課經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用兩種結(jié)果驗(yàn)收相結(jié)合的形式，一種形式是當(dāng)面驗(yàn)收，通過(guò)演示和口頭介紹展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)效果，并完成高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)報(bào)告（包括利用VC、vb、matlab等軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析及相應(yīng)的改進(jìn)措施和仿真），這種方式是學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)結(jié)果的直觀體現(xiàn)；另一種形式是提交撰寫(xiě)設(shè)計(jì)論文，相對(duì)與前者，這種形式更能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)思想、方案論證、技術(shù)路線等一些列創(chuàng)造性工作反映出來(lái)，同時(shí)還可鍛煉學(xué)生的總結(jié)能力，為將來(lái)撰寫(xiě)科技論文奠定基礎(chǔ)。學(xué)生的最終實(shí)驗(yàn)成績(jī)是這兩部分成績(jī)的綜合。
4 結(jié)束語(yǔ)
關(guān)于傳感器實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革涉及面廣，環(huán)節(jié)多，是個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。我們只是在這方面做了一些有益的嘗試，并取得了一定的成功經(jīng)驗(yàn)。我們改革的目的很明確，就是要讓學(xué)生感覺(jué)到每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都是一次挑戰(zhàn)，要想取得成功必須要有充分的準(zhǔn)備、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、細(xì)致的操作和靈活的思維。每一次實(shí)驗(yàn)的完成，不僅要讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫匠浞值挠?xùn)練和提高，更重要的是要激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性。只有這樣才能為國(guó)家培養(yǎng)出具有較高的全面素質(zhì)的一流人才。
參考文獻(xiàn)：
[1]廖正琴.新課程標(biāo)準(zhǔn)理念指導(dǎo)下的傳感器教學(xué)初探[J].物理教學(xué)與探討,2003,5:42-43.
關(guān)鍵詞:過(guò)程控制;人工免疫網(wǎng)絡(luò);傳感器
生產(chǎn)實(shí)踐表明測(cè)量裝置失效是導(dǎo)致連續(xù)工業(yè)過(guò)程控制間斷的重要因素之一[1]。因此，對(duì)連續(xù)工業(yè)過(guò)程進(jìn)行傳感器置信度評(píng)估尤為重要。目前常用的方法有貝葉斯估計(jì)法、DS證據(jù)推理法、自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊推理方法(ANFIS)和人工免疫網(wǎng)絡(luò)法等[2，3]。其中，連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中的物質(zhì)能量流模型和人工免疫網(wǎng)絡(luò)傳播模型相類(lèi)似，所以利用這種關(guān)系進(jìn)行傳感器置信度評(píng)估已成為近年來(lái)自動(dòng)化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前基于人工免疫網(wǎng)絡(luò)的傳感器置信度評(píng)估方法主要有:以Ishida為代表的動(dòng)態(tài)識(shí)別免疫網(wǎng)絡(luò)和以Leonard M.Adleman為代表的基于DNA的陰性選擇[4-6]。而前者已成功地應(yīng)用于水泥生產(chǎn)過(guò)程的設(shè)備傳感器置信度評(píng)估。但是Ishida動(dòng)態(tài)識(shí)別方法中只能處理傳感器關(guān)系確定的情況。因此，本文引入了傳感器關(guān)系的非確定性約束，用于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程傳感器之間為非確定關(guān)系情況下的傳感器置信度評(píng)估。
1 傳感器置信度評(píng)估算法Ishida動(dòng)態(tài)識(shí)別免疫網(wǎng)絡(luò)是在N.K.Jerne系統(tǒng)級(jí)識(shí)別方法基礎(chǔ)上提出的。N.K.Jerne認(rèn)為在免疫網(wǎng)絡(luò)理論中，免疫系統(tǒng)由識(shí)別集合組成，識(shí)別集合中的一些抗原可以被其他抗原激活，并產(chǎn)生抗體;而這些抗體又可以激活其他的抗原。通過(guò)這種方式，刺激可以從一個(gè)抗原傳播到另外一個(gè)抗原，直至影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)刺激信號(hào)的辨識(shí)不是一個(gè)抗原單獨(dú)完成的，而是通過(guò)抗原相互連接的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的[7，8]。Ishida動(dòng)態(tài)識(shí)別免疫網(wǎng)絡(luò)方法利用傳感器之間的約束條件為每個(gè)傳感器建立測(cè)試單元。在用動(dòng)態(tài)識(shí)別免疫網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳感器置信度評(píng)估時(shí)，網(wǎng)絡(luò)主體與傳感器相對(duì)應(yīng)，免疫細(xì)胞的濃度與傳感器的可靠性相對(duì)應(yīng)，網(wǎng)絡(luò)平衡狀態(tài)與傳感器正常狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，外部刺激信號(hào)和測(cè)試單元的測(cè)試結(jié)果相對(duì)應(yīng)。因此，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)傳感器不僅測(cè)量工業(yè)過(guò)程的物理量，還要評(píng)估其他傳感器的可靠性。在同一工業(yè)過(guò)程中，溫度、壓力、流量等傳感器的測(cè)量值之間既互相獨(dú)立又互相聯(lián)系;只要利用簡(jiǎn)單的工業(yè)過(guò)程知識(shí)就能建立起這些傳感器之間具有確定性的約束，所以這種方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為簡(jiǎn)單。這種模型可用圖1的結(jié)構(gòu)表示。圖1 動(dòng)態(tài)人工免疫網(wǎng)絡(luò)圖中是一個(gè)包含n個(gè)節(jié)點(diǎn)的人工免疫網(wǎng)絡(luò)Nais(p(i)ais)，i =1，…，n。其中p(i)ais是網(wǎng)絡(luò)的第i個(gè)節(jié)點(diǎn)， p(i)ais= {Aais，I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais}，Aais表示網(wǎng)絡(luò)中的抗體，I(i)ais表示第i個(gè)抗體的獨(dú)特位。在Ishida的方法中，p(i)ais與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的第i個(gè)傳感器的邏輯位置相對(duì)應(yīng)，抗體Aais與傳感器實(shí)體相對(duì)應(yīng)，抗體Aais的濃度與傳感器的可信度對(duì)應(yīng)，獨(dú)特位I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais對(duì)應(yīng)m個(gè)測(cè)試單元。對(duì)Aais(Aais∈p(i)ais)的刺激由第i個(gè)傳感器和其他傳感器建立的測(cè)試單元對(duì)應(yīng)的獨(dú)特位I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais產(chǎn)生。但是，測(cè)試單元存在如下缺點(diǎn)[3]:測(cè)試單元的結(jié)果只能用0，1，-1來(lái)表示，不能利用人工經(jīng)驗(yàn)等一些非確定知識(shí)。針對(duì)這些缺點(diǎn)本文進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了新型的測(cè)試單元。針對(duì)Ishida測(cè)試單元存在的不足，本文設(shè)計(jì)了模糊測(cè)試單元，使其能夠反應(yīng)傳感器數(shù)值間的非確定性關(guān)系。在動(dòng)態(tài)識(shí)別免疫網(wǎng)絡(luò)中，獨(dú)特位Iais實(shí)際上就是傳感器數(shù)值Sj和Sk的關(guān)系的體現(xiàn)，而這種關(guān)系用在模糊論域可分為5個(gè)等級(jí):{Sj小于Sk，Sj小于等于Sk，Sj在Sk的附近變化，Sj大于等于Sk，Sj大于Sk}。Sj和Sk之間的模糊關(guān)系則代表了動(dòng)態(tài)識(shí)別免疫網(wǎng)絡(luò)中抗體之間刺激的強(qiáng)度。設(shè)在t時(shí)刻，抗體Aais對(duì)應(yīng)的傳感器j通過(guò)獨(dú)特位I(jk)ais收到來(lái)自k傳感器的刺激為I(jk)ais(t)，則其隸屬度為I(jk)ais(t) =∪5l=112πσaisle-(sj-sk-μaisl)22σ2aisl(1)式中I(jk)ais(t)∈(0，1)，兩個(gè)數(shù)列之間的關(guān)系是互易的，所以I(jk)ais(t)=I(kj)ais(t);ηaisl，σaisl(l=1，2，3，4，5)是不同等級(jí)的隸屬度函數(shù)的中的常數(shù)，由Sj和Sk之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系決定。由外部刺激引起抗體濃度ri產(chǎn)生變化，可表示為dr(i)aisdt=∑nj=1R(i)aisI(ij)ais∑ni=1R(i)aisξais+r(i)ais(1-ξais) (2)R(i)ais=2arctan(qais·r(i)ais)π(1-Rd)+Rd(3)式中Rd∈(0，1)，經(jīng)驗(yàn)值取0.001;R(i)ais表示節(jié)點(diǎn)p(i)ais對(duì)應(yīng)的第i個(gè)傳感器的可信度，R(i)ais越大，傳感器的可信度越高，由于qais·rais>0，所以Rais∈(Rd，1);ξais為靈敏度系數(shù);qais是網(wǎng)絡(luò)平衡狀態(tài)的調(diào)節(jié)系數(shù)，主要作用是傳感器網(wǎng)絡(luò)在正常時(shí)的可信度調(diào)節(jié)在一個(gè)合適的范圍內(nèi)。
轉(zhuǎn)貼于 2 參數(shù)確定的方法在本算法中，需要確定的參數(shù)有兩類(lèi):一類(lèi)是式(1)影響對(duì)獨(dú)特位刺激程度的參數(shù)μais和σais，另一類(lèi)是影響網(wǎng)絡(luò)平衡狀態(tài)的參數(shù)ξais和qais。參數(shù)μais和σais主要表征了和獨(dú)特位對(duì)應(yīng)的測(cè)試單元中兩個(gè)傳感器之間的關(guān)系。這種關(guān)系通常是生產(chǎn)工藝所要求的(或者工業(yè)過(guò)程特性決定的)。要確定參數(shù)μais和σais，首先要獲取這兩個(gè)傳感器大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，然后以它們相同時(shí)刻測(cè)量值的差作為樣本。μais是該樣本的正態(tài)分布的均值，σais是該樣本的正態(tài)分布的均方差。參數(shù)ξais和qais影響網(wǎng)絡(luò)的平衡狀態(tài)，如圖2所示。從圖中可以看出:ξais越大，網(wǎng)絡(luò)對(duì)外界的反映就越靈敏，但容易產(chǎn)生誤報(bào)。qais越大Rais正常狀態(tài)下就越大;但是，qais過(guò)大會(huì)造成測(cè)量失效狀態(tài)下的可信度變大，容易發(fā)生漏報(bào)。參數(shù)ξais和qais可以通過(guò)學(xué)習(xí)得到。在傳感器正常工作狀態(tài)下，qais可通過(guò)以下公式得到qais(t+1) = qais(t)+αais(Rais-R0) (4)式中αais為步長(zhǎng)系數(shù);R0為qais調(diào)節(jié)時(shí)傳感器正常狀態(tài)下置信度的平均值，一般可取0.7。在某個(gè)時(shí)刻，1732傳 感 技 術(shù) 學(xué) 報(bào)2008年能比較試驗(yàn)。ANFIS結(jié)構(gòu)如圖4所示，酵罐三個(gè)溫度傳感器，兩個(gè)作為輸入，另外一個(gè)作為輸出，對(duì)傳感器輸入值的隸屬度劃分為兩個(gè)區(qū)間:正常和異常。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練以后和分別對(duì)應(yīng)于兩個(gè)輸入傳感器的“標(biāo)準(zhǔn)可信度”。圖4 ANFIS的結(jié)構(gòu)例如，當(dāng)對(duì)于罐頂傳感器的置信度評(píng)估時(shí)，建立2個(gè)ANFIS:ANFIS-1:輸入為罐頂傳感器和罐中部傳感器，輸出為罐底傳感器，w(1)top表征罐頂傳感器的置信度。ANFIS-2:輸入為罐頂傳感器和罐底傳感器，輸出為罐中部傳感器，w(2)top表征罐頂傳感器的置信度。那么，罐頂傳感器的置信度為w(1)top和w(2)top的平均值。其余兩個(gè)傳感器的評(píng)估方法也同樣。AN-FIS實(shí)驗(yàn)使用和人工免疫網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)相同的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)窗口大小為30 ks。由于兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中的置信度沒(méi)有可比性，人工免疫網(wǎng)絡(luò)算法中的置信度來(lái)源于人工經(jīng)驗(yàn)，ANFIS的標(biāo)準(zhǔn)的可信度來(lái)源于歸一化的權(quán)系數(shù)。因此，論文比較的是:傳感器“故障”引起的其置信度變化率ηt，ηt=| Rm-Ra|Rm(6)式中:Rm表示正常狀態(tài)下的置信度，Ra表示異常情況下的置信度。對(duì)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如表2所示，從中可以看出，兩種方法結(jié)果是一致的，而當(dāng)偏差數(shù)據(jù)較大時(shí)，ANFIS方法ηt的較大，對(duì)故障數(shù)據(jù)比較敏感，在偏差較小時(shí)，人工免疫網(wǎng)絡(luò)算法的ηt較大，對(duì)故障數(shù)據(jù)比較敏感。因此，人工免疫網(wǎng)絡(luò)算法適用的數(shù)值范圍更廣一些。表2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)的ηt結(jié)果傳感器偏差數(shù)據(jù)/℃人工免疫網(wǎng)絡(luò)方法ANFIS方法罐頂傳感器-0.50 34.6% 57.7%罐中部傳感器-0.30 18.1% 4.8%罐底傳感器-0.15 6.4% 0.2%
3 結(jié)論論文研究了連續(xù)過(guò)程中傳感器具有非確定關(guān)系情況下的傳感器置信度評(píng)估。實(shí)驗(yàn)證明:①具有模糊測(cè)試單元的人工免疫網(wǎng)絡(luò)能夠使用人工經(jīng)驗(yàn)對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)置信度進(jìn)行評(píng)估;②具有模糊測(cè)試單元的參數(shù)物理意義明顯、確定方法簡(jiǎn)單易行。但是，論文中的算法在某些情況下抗干擾能力較弱。例如，圖3(c)所示情況應(yīng)用單條件的閥值比較的方法輸出的結(jié)果不穩(wěn)定，論文將用復(fù)合的判決條件的方法在此深入研究。
參考文獻(xiàn)
[1] 李雄杰，周東華，陳良光.一類(lèi)非線性時(shí)滯過(guò)程的傳感器主動(dòng)容錯(cuò)控制[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2007，20(5):980-984.
[2] 房方，魏樂(lè).傳感器故障的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息融合診斷方法[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2000，13(4):272-276.
[3] 趙志剛，趙偉.基于動(dòng)態(tài)不確定度理論的多傳感器系統(tǒng)傳感器失效檢測(cè)方法[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)， 2006， 19(6): 2723-2736.
[4] Mizessyn F，Ishida Y.Immune Networks for Cement Plants[C]// IEEE: International Symposium on Autonomous Decen-tralized Systems. IEEE， 1993.282-288.
[5] Costa Branco P J.Using Immunology Principles for Fault De-tection[J]，IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2003，50(2):362-373.
[6] Ishida Y.The Immune System as Prototype of AutonomousDecentralized Systems: An Overview[C]// IEEE:Third Inter-national Symposium on Autonomous Decentralized Systems.USA， IEEE， 1997:85-92.
參考文獻(xiàn)：
[1]馮祺我國(guó)國(guó)產(chǎn)手機(jī)市場(chǎng)研究[D].天津：天津大學(xué)，2009
[2]劉玉松中國(guó)手機(jī)市場(chǎng)分析及國(guó)產(chǎn)手機(jī)營(yíng)銷(xiāo)策略研究[D].天津：天津大學(xué)，2008
[3]陳博中國(guó)智能手機(jī)市場(chǎng)現(xiàn)狀分析[J].中國(guó)市場(chǎng)，2013（1）.
[4]李玉韜淺析摩托羅拉的戰(zhàn)略風(fēng)險(xiǎn)管理[J].財(cái)務(wù)與會(huì)計(jì)，2012（8）.
[5]敏行聯(lián)想樂(lè)phone的戰(zhàn)略風(fēng)險(xiǎn)與定位關(guān)鍵[J].廣告主市場(chǎng)觀察，2010（5）.
[作者簡(jiǎn)介]劉曉紅（1989—），女，山東日照人，會(huì)計(jì)碩士在讀。研究方向：審計(jì)理論與實(shí)務(wù)。
附1：《對(duì)以用戶(hù)體驗(yàn)為導(dǎo)向的智能手機(jī)應(yīng)用軟件界面設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)探討》
參考文獻(xiàn)：
[1]楊東潤(rùn).數(shù)字媒體中的交互設(shè)計(jì)對(duì)用戶(hù)體驗(yàn)的影響—以資訊類(lèi)手機(jī)APP應(yīng)用為例[J].傳謀，2015（12）.
[2]林剛，張碧濤.基于互動(dòng)裝置藝術(shù)的手機(jī)美圖APP品牌運(yùn)動(dòng)研究[J].今傳謀，2015（3）.
[3]陸遠(yuǎn)蓉.基于移動(dòng)用戶(hù)體驗(yàn)的APP設(shè)計(jì)[J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用，2014（8）.
附2：《智能手機(jī)中傳感技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用》
參考文獻(xiàn)
[1]魯建全，賈曉燕.傳感器在手機(jī)中的應(yīng)用[J].中學(xué)物理，2013（03）.
[2]牛利.移動(dòng)設(shè)備上的傳感分析[C].第十二屆全國(guó)化學(xué)傳感器學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告集，2014.
[3]中國(guó)儀器儀表行業(yè)學(xué)會(huì)網(wǎng)站：自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)便攜式智能有害金屬電化學(xué)分析儀誕生[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2013（04）.
[4]黃善洛等：基于Android平臺(tái)的便攜式痕量重金屬離子檢測(cè)儀的研制[J].分析化學(xué)，2015，43（07）：1098-1103.
[5]王驥，王莜珍，任肖麗，沈玉利.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水污染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29（03）：247-250.
[6]OFweek儀器儀表網(wǎng)內(nèi)置傳感器將為智能手機(jī)應(yīng)用帶來(lái)新的革命，2014.
[7]化學(xué)傳感器的研究背景及發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)科學(xué)人，2015（18）.
附3：《智能手機(jī)電源管理模塊的設(shè)計(jì)》
參考文獻(xiàn)
[1]徐進(jìn).智能手機(jī)電源管理模塊和音頻模塊設(shè)計(jì)[D].上海：上海交通大學(xué)，2008.
[2]劉平.智能手機(jī)電源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與故障分析方法研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2008.
[3]陳熹，陳英，戚正偉.一種智能手機(jī)電源管理方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2008（09）：80-82.
附4：《鎖屏Android智能手機(jī)的取證方法》
參考文獻(xiàn)
[1]戴明.手機(jī)取證及其電子證據(jù)獲取研究[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2015（58）.
[2]杜江.智能手機(jī)取證研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2015（69）.
[3]趙毅.智能手機(jī)取證方法研究[J].取證技術(shù)，2016（59）.
[4]劉歡.手機(jī)取證及具體分析研究[J].電腦技術(shù)，2016（123）.
附5：《智能手機(jī)SD卡數(shù)據(jù)恢復(fù)初探》
參考文獻(xiàn)（References）：
[1]陶榮，饒佳藝，嚴(yán)麗娜等.智能手機(jī)RS-MMC存儲(chǔ)卡數(shù)據(jù)恢復(fù)研究[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012.20（17）：180-182
[2]周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)實(shí)例（二）[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2006.
[3]劉素花，龔德俊，徐永平等.SD卡在海洋數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的應(yīng)用[J].海洋科學(xué)，2009.33（3）：16-20
[4]李志強(qiáng).常見(jiàn)硬盤(pán)數(shù)據(jù)損壞的類(lèi)型及恢復(fù)方法[J].硅谷，2011.23：124-126
[5]杜江，賈昌海.基于Thumbs.db文件的數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2011.17：10-12
關(guān)鍵詞：虛擬儀器，發(fā)動(dòng)機(jī)，扭矩測(cè)量，功率測(cè)量
1引言
近年來(lái)，隨著中國(guó)的汽車(chē)銷(xiāo)售業(yè)進(jìn)入爆炸式的增長(zhǎng)，汽車(chē)走進(jìn)了尋常百姓家。論文大全，扭矩測(cè)量。2009年，中國(guó)乘用車(chē)銷(xiāo)售首次超過(guò)美國(guó)，成為世界第一大汽車(chē)市場(chǎng)。在一些大城市，汽車(chē)的人均占有量很高，如廣州平均14人擁有一輛汽車(chē)，因此汽車(chē)的研發(fā)、生產(chǎn)銷(xiāo)售乃至維修都進(jìn)入黃金發(fā)展時(shí)期。而汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)論是研發(fā)乃至維修階段，其中主要參數(shù)就是發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩，它直接決定著汽車(chē)的使用性能。再好的汽車(chē)，若發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩達(dá)不到要求，對(duì)汽車(chē)使用者有最直接的影響。在汽車(chē)的維修和二手車(chē)交易過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩能否達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)所設(shè)計(jì)的額定狀態(tài)，通常是一些設(shè)備所不能檢測(cè)的，“亞健康”的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)汽車(chē)的使用性能有很大影響。這就需要一種設(shè)備可以檢測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工作狀態(tài)下的扭矩和功率是否能夠達(dá)到要求，為發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)與檢測(cè)維修提供便利。
基于上述原因，筆者設(shè)計(jì)一款發(fā)動(dòng)機(jī)的工況測(cè)試系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用ADLINK公司的工控機(jī)和DAQ2214的數(shù)據(jù)采集卡，以虛擬儀器Lab VIEW為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。該系統(tǒng)具有可視化效果強(qiáng)，控制方式和數(shù)據(jù)都可以虛擬顯示，省去很多硬件設(shè)備，無(wú)縫集成強(qiáng)，隨時(shí)可以添加其它測(cè)量參數(shù)。電渦流緩速器作為負(fù)載，可以模擬實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行工況。采用拉壓傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，操作者可根據(jù)需要自行選擇測(cè)試方式，測(cè)量的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)保存，需要時(shí)還能繪制各種圖表。論文大全，扭矩測(cè)量。
2 測(cè)量原理
扭矩測(cè)量的基本方法有能量轉(zhuǎn)換法、傳遞法和平衡力法。能量轉(zhuǎn)換法按照能量守恒定律測(cè)量扭矩，通過(guò)測(cè)量其他與扭矩有關(guān)的能量系數(shù)來(lái)確定被測(cè)量的扭矩的大小；傳遞法是根據(jù)彈性元件在傳遞扭矩時(shí)所產(chǎn)生的物理參數(shù)的變化（變形、應(yīng)力或應(yīng)變）來(lái)測(cè)量扭矩的；平衡力法是根據(jù)勻速運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸對(duì)外輸出一定大小的轉(zhuǎn)矩時(shí)，機(jī)殼上必定作用一個(gè)大小相等、方向相反的平衡力矩來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量扭矩。能量法的間接測(cè)量因素太多，且誤差大，傳遞法比較復(fù)雜。因此根據(jù)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法的要求，本設(shè)計(jì)采用平衡力法測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩，而功率則根據(jù)扭矩轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)。具體為：電渦流緩速器作為制動(dòng)負(fù)載與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，在電渦流緩速器的定子上安裝一個(gè)長(zhǎng)75厘米的標(biāo)準(zhǔn)力臂，力臂的另一端連著YZC-516 S型拉壓傳感器。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，華泰電源給緩速器加電流，緩速器的定子產(chǎn)生電渦流，由于轉(zhuǎn)子是帶磁性的鑄鐵，運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生切割磁力線的制動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)施加負(fù)載的作用。由力的作用原理可知轉(zhuǎn)子受到制動(dòng)力，定子就受到反作用力，這反作用力就作用在拉壓傳感器上。論文大全，扭矩測(cè)量。因此將拉壓傳感器上受到的力測(cè)出后乘以力臂就是發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩，再通過(guò)公式轉(zhuǎn)化求出功率。
3 硬件選擇、測(cè)量原理及傳感器標(biāo)定
本系統(tǒng)的加載設(shè)備是M7-35型電渦流緩速器，其最大扭矩3500N·m，額定電流15A，額定電壓200V。電源設(shè)備系統(tǒng)采用華泰WYK-20030K直流穩(wěn)壓電源，為電渦流緩速器提供加載電流，最大輸出電流30A，最大輸出電壓200V。系統(tǒng)通過(guò)軟件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)從 0-5V控制電壓對(duì)應(yīng)電源的電流輸出0-30A，實(shí)現(xiàn)對(duì)電渦流緩速器加載。采用Lab VIEW中的子VI模擬電壓輸出，可以設(shè)置成自動(dòng)輸出或手動(dòng)輸出。在處理數(shù)據(jù)時(shí)，結(jié)合0-5V對(duì)應(yīng)的0-30A電流，換算為對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)功機(jī)系統(tǒng)的控制。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程設(shè)置兩種加載模式：當(dāng)系統(tǒng)手動(dòng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以通過(guò)手動(dòng)操作給電渦流緩速器加載，從而實(shí)現(xiàn)恒扭矩試驗(yàn)；當(dāng)系統(tǒng)選擇自動(dòng)控制時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)給電渦流測(cè)功機(jī)施加負(fù)載。
轉(zhuǎn)速測(cè)量選用磁電式傳感器，在發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一個(gè)均布60個(gè)齒的轉(zhuǎn)盤(pán)，把傳感器安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)的齒的正對(duì)面，使傳感器能在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)采集到交變的毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)整形放大后轉(zhuǎn)化為0-5V的交變信號(hào)，運(yùn)用Lab VIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)，用軟件的形式進(jìn)一步整理濾波后，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)0-5V的方波信號(hào)。運(yùn)用Lab VIEW程序中的SINAD Analyzer子VI結(jié)合設(shè)置的采樣率的設(shè)置，得出相應(yīng)的頻率f，轉(zhuǎn)速n可以通過(guò)公式（1）求出相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速值。
（其中為齒數(shù)）（1）
發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)的控制是通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)位移傳感器測(cè)量油門(mén)的開(kāi)度，通過(guò)接近開(kāi)關(guān)控制油門(mén)的最大及最小位置，利用軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)返回運(yùn)行或自動(dòng)停止。
拉壓傳感器的數(shù)據(jù)采集，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩與電渦流緩速器制動(dòng)負(fù)載平衡時(shí)，系統(tǒng)對(duì)傳感器的壓力就是制動(dòng)力，由于扭矩傳感器輸出的是毫伏級(jí)電壓信號(hào)，容易受到外界干擾且不便數(shù)據(jù)采集處理，因此采用隔離放大模塊，把輸出信號(hào)進(jìn)一步放大，這時(shí)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡后，就可以讀出單位扭矩下所對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，扭矩由公式（2）求出（為扭矩，U為所讀電壓，a、b為參數(shù)）
=a*U+b （2）
由于轉(zhuǎn)速n已經(jīng)測(cè)量出，功率參數(shù)Pe也可以根據(jù)公式（3）求出
（3）
由于傳感器的電壓輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離放大模塊的隔離放大，需要重新對(duì)其所對(duì)應(yīng)量程及所對(duì)應(yīng)的輸出到數(shù)據(jù)采集卡的電壓進(jìn)行標(biāo)定。在進(jìn)行扭矩標(biāo)定時(shí)，在電渦流緩速器的標(biāo)準(zhǔn)力臂的另一端加平衡的等長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)臂，相當(dāng)于等力臂杠桿，用可以上下自由拉動(dòng)且能自鎖的臺(tái)架作為加載裝置，本試驗(yàn)使用浙江藍(lán)箭稱(chēng)重技術(shù)有限公司生產(chǎn)的電子吊秤OCS-XZ-AAE讀取所加力的大小（液晶顯示電子讀數(shù)，精度5級(jí)，最小顯示值0.5kg,最大量程1000kg）。論文大全，扭矩測(cè)量。這樣每一個(gè)加載力就有相應(yīng)的一個(gè)電壓值與其對(duì)應(yīng)，連續(xù)加載直到達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩值，運(yùn)用Excel進(jìn)行標(biāo)定分析，既可求出公式（2）中的參數(shù)，代入公式（3）就可求出發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。
4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)GB/T 18297—2001汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法的要求，在進(jìn)行功率、負(fù)荷等特性試驗(yàn)時(shí)，筆者設(shè)計(jì)幾個(gè)子程序。運(yùn)用Lab VIEW進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，兼顧可靠性等，可分為試驗(yàn)設(shè)置、主程序、通道及參數(shù)設(shè)置。試驗(yàn)設(shè)置包括發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)設(shè)置、電渦流緩速器的參數(shù)設(shè)置、基本參數(shù)設(shè)置如試驗(yàn)人員、試驗(yàn)條件等數(shù)據(jù)。主程序見(jiàn)圖（1）分為：系統(tǒng)總開(kāi)關(guān)控制、油門(mén)控制、報(bào)警裝置、PID參數(shù)設(shè)置以及圖表繪制等設(shè)置。系統(tǒng)總開(kāi)關(guān)控制整個(gè)系統(tǒng)，油門(mén)控制是控制發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)，系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)主界面會(huì)自動(dòng)報(bào)警。PID參數(shù)具體程序模塊見(jiàn)圖（2）：主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和功率的自動(dòng)測(cè)量。通道及參數(shù)設(shè)置模塊是數(shù)據(jù)采集通道及傳感器參數(shù)設(shè)置的窗口，通過(guò)通道設(shè)置，可以規(guī)定數(shù)據(jù)采集卡的采集通道所對(duì)應(yīng)的傳感器名稱(chēng)，并對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。論文大全，扭矩測(cè)量。
圖（1）
圖（2）
5 結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和功率的穩(wěn)定測(cè)量。在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法的要求下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下的測(cè)試，并保存所測(cè)數(shù)據(jù)或繪制各種工況下的圖表。論文大全，扭矩測(cè)量。另外還可根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的要求，添加發(fā)動(dòng)機(jī)的其他工況數(shù)據(jù)。
參考文獻(xiàn)：
［1］呂彩琴等，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與扭矩測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)，[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2009，（143）；
［2］GB/T 18297——2001，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，性能試驗(yàn)方法；
［3］魯旭濤等，動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試儀的研制，[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2006年第16期，（37）；
［4］孔云龍等，基于虛擬儀器的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究，[J]. 儀表技術(shù)與傳感器，2007年第8期，（33）；
［5］李娜娜等，采用光電方式測(cè)量轉(zhuǎn)軸扭矩的原理研究，[J].光機(jī)電信息，2008，(10)。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器，發(fā)動(dòng)機(jī)，油耗儀，發(fā)動(dòng)機(jī)工況
0. 引言
隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車(chē)逐漸走進(jìn)了千家萬(wàn)戶(hù)。2009年，中國(guó)乘用車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別達(dá)到1038.38萬(wàn)輛和1033.13萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)54.11%和52.93%。中國(guó)乘用車(chē)銷(xiāo)售首次超越千萬(wàn)輛門(mén)檻，超過(guò)美國(guó)，成為世界第一大汽車(chē)市場(chǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)廣州平均十四人一輛車(chē)，并且隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)及國(guó)家政策的支持，國(guó)人購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)的數(shù)量會(huì)進(jìn)一步增長(zhǎng)。另一方面中國(guó)2009年進(jìn)口石油的數(shù)量為世界第二位，且隨著外部條件的影響，油價(jià)持續(xù)走高，國(guó)內(nèi)環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，對(duì)汽車(chē)的排放及耗油量有進(jìn)一步要求，“既叫馬兒跑的快，又叫馬兒少吃草”，在這種要求下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油量提出了嚴(yán)格的要求，國(guó)內(nèi)汽車(chē)普遍采用百公里耗油量。為了得出準(zhǔn)確的發(fā)動(dòng)機(jī)耗油量，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)乃至維修都起到很關(guān)鍵的作用，因此本文提出以下課題：運(yùn)用電渦流緩速器做負(fù)載，利用ADLINK公司的工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡，以Lab VIEW軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上測(cè)量其各種工況參數(shù)，從而為發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、檢測(cè)、維修提供依據(jù)。在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試的各種參數(shù)中，耗油率和耗油量是發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試的重要參數(shù)，它們的大小決定著發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體排放是否達(dá)到環(huán)保要求，綜合特性是否達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。而從發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖中的等耗油率曲線中也可以很容易找到發(fā)動(dòng)機(jī)更加經(jīng)濟(jì)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速。燃油消耗量的測(cè)量是發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)的重要組成部分，其測(cè)量精度直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際性能指標(biāo)、各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)確定和主要附件的選配及調(diào)整等。
1. 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1.1傳感器的選擇
發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油量有多種測(cè)量方式，通常有容積法、重量法等。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)國(guó)標(biāo)的試驗(yàn)方法，需要在穩(wěn)定的工況下進(jìn)行測(cè)定，容積法就是測(cè)量單位時(shí)間燃料容積的變化，再通過(guò)換算得出耗油量；另一種是稱(chēng)重法，通過(guò)連續(xù)采集測(cè)量燃料的重量，計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)的重量變化得出耗油量。由于燃料的密度有差別，同種燃料的密度受溫度影響也會(huì)發(fā)生變化，因此采用測(cè)量體積的方法誤差較大，本系統(tǒng)采用的是稱(chēng)重法測(cè)量單位時(shí)間的燃料消耗的質(zhì)量。論文參考網(wǎng)。稱(chēng)重傳感器基于重量與電壓的關(guān)系設(shè)定的。傳感器是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗，改變油耗儀的重量，從而反映在電壓信號(hào)的變化上。由于稱(chēng)重傳感器為毫伏級(jí)電壓信號(hào)，因此在信號(hào)采集時(shí)，通過(guò)一個(gè)隔離放大模塊，它一方面可以隔離外界信號(hào)的干擾，另一方面可以放大信號(hào)，使信號(hào)大小的變化，更加明顯地反應(yīng)在一定的電壓范圍內(nèi)，便于信號(hào)采集與處理，由于油耗儀工作的外部環(huán)境存在較大的電磁干擾（電渦流緩速器工作電流很大），隔離放大模塊兩端需加裝電容，這樣濾波效果會(huì)更加明顯。另在發(fā)動(dòng)機(jī)工況試驗(yàn)臺(tái)中需配合測(cè)量耗油量的其它傳感器如扭矩轉(zhuǎn)速等。
1.2油耗儀工作原理
本系統(tǒng)采用油耗儀懸掛在稱(chēng)重傳感器下，進(jìn)油管連接到主油箱，出油管連接到發(fā)動(dòng)機(jī)。進(jìn)油管上轉(zhuǎn)有兩位兩通電磁閥，通過(guò)繼電器控制，可以使油路控制通油與截止?fàn)顟B(tài)，及充油狀態(tài)和測(cè)量狀態(tài)。系統(tǒng)設(shè)置繼電器通控制電磁閥的通斷，可以選擇自動(dòng)控制狀態(tài)，[i]也可選擇手動(dòng)控制狀態(tài)，達(dá)到油路的控制效果。油耗儀上設(shè)置指示燈，通過(guò)觀察指示燈，可以很容易的觀察到油路的通斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能控制。在系統(tǒng)工作的過(guò)程中，有
有公式（1）可以通過(guò)密度轉(zhuǎn)換成質(zhì)量，通過(guò)公式（2）可以得出燃料的消耗率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，要在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定一分種后測(cè)量數(shù)據(jù)，且測(cè)量燃料消耗的時(shí)間不小于20s，根據(jù)以上要求，設(shè)置數(shù)據(jù)采集卡的采集一次的時(shí)間可以分為1秒、500毫秒、100毫秒不等，然后根據(jù)不同的采樣時(shí)間，設(shè)置不同的參數(shù)，最終得出發(fā)動(dòng)機(jī)在不同狀態(tài)下的耗油參數(shù)。
1.3傳感器的標(biāo)定
本試驗(yàn)所采用的稱(chēng)重傳感器是基于重量與電壓信號(hào)的關(guān)系，因此需要通過(guò)試驗(yàn)找出其線性關(guān)系。將幾次試驗(yàn)所采集出的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化成線形關(guān)系時(shí)，方程往往不能較好的反應(yīng)出真實(shí)的線形關(guān)系比，因此這時(shí)需要盡可能多的測(cè)量幾組數(shù)據(jù)，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。如圖（1）所示
圖（1）
2. 軟件開(kāi)發(fā)
2.1程序的編制及數(shù)據(jù)處理
為了便于觀察測(cè)得數(shù)據(jù)，我們?cè)诔绦虻木幹七^(guò)程中，添加了Waveform Chart圖表，這樣不但可以顯示時(shí)時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)，還能保留歷史記錄，可以更清楚的觀察數(shù)據(jù)變化的曲線圖。為了使測(cè)得的數(shù)據(jù)供以后觀察，以方便了解發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，我們把所測(cè)數(shù)據(jù)保存在EXCEL文檔里，添加實(shí)驗(yàn)時(shí)間等數(shù)據(jù)，這樣我們觀察時(shí)可以清楚的看到任何時(shí)間上的試驗(yàn)結(jié)果。為了更好的反映出發(fā)動(dòng)機(jī)性能的好壞，有時(shí)需要繪制發(fā)動(dòng)機(jī)功率特性等各種圖表，這時(shí)需要把保存的數(shù)據(jù)讀取出來(lái)，繪制成圖表的形式，本試驗(yàn)設(shè)置了這項(xiàng)功能采用XY Graph顯示出繪制的圖表，具體如圖（2）所示程序前面板：
圖（2）
2.2安全性控制
由于發(fā)動(dòng)機(jī)功率大小不同，耗油也不同，在測(cè)試油耗時(shí)，需要關(guān)閉電磁閥，油耗儀與油箱處于斷開(kāi)狀態(tài)，這樣長(zhǎng)時(shí)間工作，有可能消耗完油箱里的油，使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。這時(shí)就要設(shè)置安全措施，當(dāng)油耗儀里的油量較少時(shí)，自動(dòng)報(bào)警，在程序前面板上閃爍，提醒操作者打開(kāi)電磁閥，或使其自動(dòng)打開(kāi)電磁閥使其通油，也可以使發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)熄火。這樣就有利于整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的安全操作。
3. 抗干擾設(shè)計(jì)
由于系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣，既有大電流如電渦流緩速器工作，交流電信號(hào)，又有發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)等干擾，因此抗干擾設(shè)計(jì)是油耗儀工作穩(wěn)定性的重要內(nèi)容。可以從以下幾方面進(jìn)行硬件和軟件抗干擾設(shè)計(jì)：1）對(duì)各種工作線路進(jìn)行濾波和屏蔽；2）對(duì)地線進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)，選用不同的地線；3）對(duì)系統(tǒng)采用隔振處理；4）采用軟件濾波，濾除干擾數(shù)據(jù)。論文參考網(wǎng)。
4. 結(jié)論
本實(shí)驗(yàn)通過(guò)采用Lab VIEW作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可直觀清楚地反映出各種數(shù)據(jù)，由于采用虛擬的控制按扭，只用鼠標(biāo)鍵盤(pán)就可以操作整個(gè)試驗(yàn)的進(jìn)行。論文參考網(wǎng)。既能進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的各種工況下的數(shù)據(jù)采集工作，同時(shí)由于系統(tǒng)軟件無(wú)縫結(jié)合，因此可以方便添加其他測(cè)量數(shù)據(jù)，便于后期的開(kāi)發(fā)。
參考文獻(xiàn)：
［1］王善哲等.柴油機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)，1998，6.
［2］GB/T 18297——2001，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī).性能試驗(yàn)方法.
［3］范仲凱等.一種新型瞬態(tài)油耗儀的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)內(nèi)燃機(jī)學(xué)，2004年度學(xué)術(shù)年會(huì)，（328）.
［4］姜印平等.車(chē)載油耗測(cè)量系統(tǒng)的研究[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，20l0，（190）.
一、課程教學(xué)現(xiàn)狀與存在問(wèn)題
目前傳感器的課程內(nèi)容設(shè)置主要有三種:一按工作原理分類(lèi)講授，在重點(diǎn)木科高校按照工作原理的講解居多，這種內(nèi)容設(shè)置系統(tǒng)性好，但傳感器種類(lèi)眾多，工作機(jī)理復(fù)雜，常常涉及物理、機(jī)械、電子、材料、化工、環(huán)境、地質(zhì)、核技術(shù)等方面知識(shí)的交又，對(duì)學(xué)生相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度要求甚高，不適用于學(xué)生基礎(chǔ)較薄弱以實(shí)踐能力培養(yǎng)為主的應(yīng)用性高等院校。二按被測(cè)對(duì)，這種分類(lèi)便于學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，但內(nèi)容龐雜，知識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)化存在難度，同一測(cè)量參數(shù)涉及多類(lèi)傳感器，從課程角度很難一一涉獵。且信息技術(shù)發(fā)展迅速，內(nèi)容容易缺乏時(shí)效性，對(duì)于新型傳感器的應(yīng)用十分考驗(yàn)學(xué)生融會(huì)貫通、舉一反三的能力。三按項(xiàng)目應(yīng)用，項(xiàng)目應(yīng)用教學(xué)注重學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，很多教學(xué)研究論文都有提及，主要應(yīng)用于高職高專(zhuān)、應(yīng)用型木科院校。由以課木理論知識(shí)為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨こ添?xiàng)目為中心，由以課堂教學(xué)為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫?shí)訓(xùn)操作為中心，可以極大提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與主觀能動(dòng)性，但容易出現(xiàn)項(xiàng)目實(shí)用價(jià)值不高、缺乏典型性以及仟?jiǎng)?wù)分工與項(xiàng)目實(shí)施存在困難等問(wèn)題。
二、教學(xué)改革方式的探索
1.根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)整合教學(xué)內(nèi)容
物聯(lián)網(wǎng)涉及傳感、通信與信息處理三個(gè)層次，學(xué)科交又性強(qiáng)，應(yīng)用創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展核心，傳統(tǒng)的傳感器課程內(nèi)容設(shè)置不能滿(mǎn)足技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用的人才培養(yǎng)目標(biāo)。從應(yīng)用出發(fā)，將內(nèi)容模塊化。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠有效是關(guān)鍵，擔(dān)當(dāng)數(shù)據(jù)采集功能的傳感器在整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)建中要求學(xué)生具備根據(jù)系統(tǒng)需求選擇傳感器的能力，及其對(duì)所選傳感器應(yīng)用于實(shí)踐的能力。
以物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用智能家居為構(gòu)建目標(biāo)為例，確立數(shù)據(jù)采集對(duì)象，如溫度、光照、人體監(jiān)測(cè)、氣體等，以其中的氣體監(jiān)測(cè)對(duì)象為例，不同應(yīng)用場(chǎng)景需求不一樣，傳感器的選型也有極大區(qū)別，需對(duì)氣體傳感器的分類(lèi)與工作原理及其主要特性參數(shù)有所了解。例如，在廚房，可燃?xì)怏w的監(jiān)測(cè)，選用前需弄清可燃?xì)怏w主要成分和安全濃度;若在客廳，空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，考慮門(mén)窗常開(kāi)狀態(tài)，其測(cè)量范圍與特性參數(shù)與臥室門(mén)窗常閉的環(huán)境亦有所不同。
課堂教學(xué)由實(shí)際應(yīng)用案例引出典型傳感器，進(jìn)而解析其選型原因、工作原理、特性參數(shù)與使用注意事項(xiàng)。以點(diǎn)帶面，內(nèi)容在于精而不在于多。對(duì)于應(yīng)用型木科院校的物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，理論基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，動(dòng)手能力強(qiáng)，這種教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)便于學(xué)生案例重建，提升學(xué)習(xí)興趣，主觀上愿意深人了解傳感器的相關(guān)特性及應(yīng)用，進(jìn)而舉一反三，融會(huì)貫通。
2.加強(qiáng)課堂教學(xué)形式的組織與教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)，提升課堂教學(xué)效果
課堂教學(xué)從案例出發(fā)，案例實(shí)物演不或者成熟案例視頻演不，學(xué)生總結(jié)案例作品功能，教師從型號(hào)、主要參數(shù)、工作特性、工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)、使用注意事項(xiàng)等方面著手剖析案例所用傳感器，并找出同類(lèi)傳感器，組織學(xué)生進(jìn)行討論，敘述其是否可替換及其緣由。最后由教師總結(jié)該類(lèi)傳感器工作原理、工作特J吐及其選型注意事項(xiàng)等。學(xué)生可提前準(zhǔn)備相關(guān)傳感器的資料以備課堂討論需要，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，模擬案例設(shè)計(jì)中的方案討論環(huán)節(jié)讓學(xué)生參人設(shè)計(jì)，提升課堂教學(xué)效果。
3.多元化考核，促進(jìn)學(xué)生傳感器應(yīng)用能力的提升
考核分為實(shí)踐考核和理論考核兩大模塊。其中理論考核分為平時(shí)課前復(fù)習(xí)提問(wèn)和期末理論試題考核，平時(shí)課前復(fù)習(xí)提問(wèn)主要考核學(xué)生對(duì)上節(jié)課重要理論知識(shí)的掌握程度;期末理論試題考核以書(shū)面形式考查學(xué)生對(duì)傳感器工作原理、基木特性等重要理論知識(shí)的掌握程度。實(shí)踐考核分實(shí)驗(yàn)考核和課程設(shè)計(jì)兩部分，實(shí)驗(yàn)部分主要針對(duì)某一類(lèi)傳感器的應(yīng)用，例如，霍爾傳感器的工作特性測(cè)試、霍爾測(cè)速等;課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生根據(jù)指定選題從課題前期資料調(diào)研、方案設(shè)計(jì)、可行性分析、到系統(tǒng)構(gòu)建、系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試完成一個(gè)傳感器應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
論文關(guān)鍵詞：熱釋電，紅外傳感器，信號(hào)處理，開(kāi)關(guān)電路
1引言
目前的照明控制應(yīng)用最多的還是幾年前出現(xiàn)的聲光控延時(shí)燈具和開(kāi)關(guān)。這種燈具和開(kāi)關(guān)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了人來(lái)燈亮，人走燈滅，目前已成為照明開(kāi)關(guān)的主流產(chǎn)品。這種產(chǎn)品在某種程度上說(shuō)確實(shí)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的，但同時(shí)也給人們的生存環(huán)境造成了一定的破壞。由于產(chǎn)品本身性能的限制，這種聲光控?zé)艟吆烷_(kāi)關(guān)自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)需要（超過(guò)60分貝）聲音的配合開(kāi)關(guān)電路，這就給大眾需要的安靜環(huán)境造成一定的噪聲污染。
隨著社會(huì)的發(fā)展和人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視，這種聲光控?zé)艟吆烷_(kāi)關(guān)已慢慢不能滿(mǎn)足人們的需要，這就要求更加節(jié)能和環(huán)保的自動(dòng)照明控制產(chǎn)品的出現(xiàn)。人體紅外傳感照明開(kāi)關(guān)控制電路是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制電路，當(dāng)有人進(jìn)入感應(yīng)范圍時(shí)，專(zhuān)用傳感器探測(cè)到人體紅外光譜的變化，自動(dòng)接通負(fù)載，人不離開(kāi)感應(yīng)范圍，將持續(xù)接通；人離開(kāi)后，延時(shí)自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載。它的出現(xiàn)彌補(bǔ)了聲光控技術(shù)的缺陷，它的自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)不需要聲音和其他會(huì)給環(huán)境造成影響的條件的配合，而是人走過(guò)時(shí)身體向外界散發(fā)紅外熱量最終實(shí)現(xiàn)它的自動(dòng)控制功能。人到燈亮，人離燈熄，親切方便，安全節(jié)能，更顯示出人性化關(guān)懷，同時(shí)因?yàn)樗歉袘?yīng)人體熱量控制開(kāi)關(guān)，所以避免了無(wú)效電能的損耗，達(dá)到節(jié)能效果。
2設(shè)計(jì)思路及要求
利用BISS0001作為信號(hào)處理芯片。
利用熱釋電紅外傳感器探測(cè)移動(dòng)人體。
通過(guò)對(duì)一定環(huán)境的監(jiān)測(cè),能在相應(yīng)的條件下對(duì)移動(dòng)的人體進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
檢測(cè)到人體移動(dòng)時(shí)繼電器能及時(shí)閉合，使LED驅(qū)動(dòng)器打開(kāi)，LED開(kāi)始發(fā)光。無(wú)人體移動(dòng)時(shí)，繼電器斷開(kāi)，LED驅(qū)動(dòng)器斷路。
能通過(guò)市電直接給系統(tǒng)供電而不需要干電池。
探測(cè)距離2～3米。
探測(cè)角度：水平70°，垂直70°。
3系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用BISS0001芯片作為數(shù)據(jù)處理及控制核心，將整個(gè)電路分為芯片供電電源（包括降壓取電線路、單線取電線路與穩(wěn)壓電路）、開(kāi)關(guān)控制線路、熱釋電傳感器、信號(hào)處理、負(fù)載（LED驅(qū)動(dòng)器）電路等功能模塊免費(fèi)論文下載。圖1給出該系統(tǒng)的總體框圖。其工作原理就是：在測(cè)量范圍內(nèi)無(wú)人活動(dòng)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)電路除BISS0001芯片及熱釋電傳感器外都停止工作，芯片供電電源是通過(guò)電容降壓電路取得。當(dāng)有人活動(dòng)時(shí)，熱釋電傳感器接收到信號(hào)經(jīng)BISS0001芯片處理放大送到開(kāi)關(guān)控制電路，電容降壓電路斷開(kāi)開(kāi)關(guān)電路，芯片電源靠變換器產(chǎn)生電路取得，延時(shí)一段時(shí)間后，在進(jìn)行熱釋電傳感器檢測(cè)。
圖1 系統(tǒng)總體框圖
4.硬件電路的實(shí)現(xiàn)
硬件電路是通過(guò)熱釋電紅外傳感器探測(cè)人體的活動(dòng)，通過(guò)BISS0001處理信號(hào)，然后通過(guò)三極管控制繼電器工作，最后達(dá)到控制LED燈的目的[6][5]。其具體電路如圖2所示。
電路分析：傳感信號(hào)放大電路采用現(xiàn)有的技術(shù)，具體是以集成電路BISS0001為核心組建的電路，主要有電阻R1~R6、R10~R12、電容器C1~C4、C8~C10和二極管D2~D4構(gòu)成，R12與C4組成開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通時(shí)間的控制。開(kāi)關(guān)控制線路由雙向可控硅Q1、電阻R9和電容C12構(gòu)成。熱釋電紅外傳感感器P1的輸出端與集成電路BIS0001的信號(hào)輸入端，即14腳連接，降壓取電線路的輸出端與集成電路BISS0001的電源輸入端，即1腳連接，開(kāi)關(guān)控制線路的輸入端，即雙向可控硅Q1的控制極通過(guò)電阻R9與集成電路BISS0001的控制信號(hào)輸出端2腳連接，負(fù)端LED驅(qū)動(dòng)器在雙向可控硅Q1的第一陽(yáng)極與220V的交流電之間。
單線取電線路為升壓變壓器T1，變壓器T1的初級(jí)的一端與雙向可控硅Q1的第二陽(yáng)極連接，另一端接地，變壓器T1的次級(jí)與穩(wěn)壓線路的輸入端連接。
穩(wěn)壓線路有整流器、濾波器和穩(wěn)壓集成電路組成，電路中整流器為二極管橋式整流器BR1，濾波器為電容器C14、C15，穩(wěn)壓集成電路為X7805，橋式整流器BR1的輸入端與變壓器T1的次級(jí)連接，輸出端與地線之間并聯(lián)濾波電容器C14、C15，并與X7805的輸入端連接，X7805的輸出端與集成電路BIS0001的電源輸入端，即1腳連接。
不同的傳感信號(hào)放大電路有可能要求的電源電壓之間，因此與之匹配的單線取電線路（即變壓器T1）和穩(wěn)壓線路特別是其中的穩(wěn)壓集成電路X7805，應(yīng)根據(jù)需要提供的電壓選用。單線取電線路的輸入端與開(kāi)關(guān)控制線路路中的雙向可控硅的第二陽(yáng)極連接開(kāi)關(guān)電路，輸出端與穩(wěn)壓線路的輸入端連接。
圖2 單線接入紅外感應(yīng)電路原理圖
5 實(shí)驗(yàn)分析
通過(guò)對(duì)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，單線接入紅外感應(yīng)電路在檢測(cè)到的范圍內(nèi)，能夠迅速地把熱釋電紅外傳感器檢測(cè)到的信號(hào)送到BISS0001中進(jìn)行處理，并控制雙向可控硅Q1使LED驅(qū)動(dòng)電路迅速的導(dǎo)通。在無(wú)人的條件下，光源斷開(kāi)的節(jié)能效果。
該系統(tǒng)是單路控制紅外感應(yīng)電路，可以增加其穩(wěn)定性；變壓器可以把體積變得更小，延時(shí)更精確。其優(yōu)點(diǎn)：被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器本身不發(fā)任何類(lèi)型的輻射，器件功耗很小，可以串聯(lián)進(jìn)220v電路中，價(jià)格低廉。由于BISS0001芯片的特殊設(shè)計(jì)，對(duì)噪聲抗干擾能力強(qiáng)，技術(shù)性能穩(wěn)定，較易推廣、普及。
缺點(diǎn)：容易受各種熱源、光源干擾；被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；易受射頻輻射的干擾；環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈。
參考文獻(xiàn)
[1]肖景和.紅外線熱釋電與超聲波遙控電路[M].民郵政出版社，2003.
[2]Paul Scherz（夏建生 王仲奕等譯）. 電子元器件與電路基礎(chǔ)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2009.
[3]張桂紅.實(shí)用新型電子元器件[M].京電子工業(yè)出版社，2005.
[4]馬凱，高洪濤.一種熱紅外探頭的節(jié)能自動(dòng)開(kāi)關(guān)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009年17期.
[5]陳淑靜.基于熱釋紅外探頭的電燈節(jié)能自動(dòng)開(kāi)關(guān)[J].山西電子技術(shù)，2009年01期.
[6]趙玲，朱安慶.智能LED節(jié)能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2008，(02) .
關(guān)鍵詞STC89C52；傳感器；藍(lán)牙；監(jiān)測(cè)
引言
近年來(lái)，隨著人們生活質(zhì)量提高，生活環(huán)境越來(lái)越受到大家的廣泛重視，室內(nèi)環(huán)境與人們的健康息息相關(guān)，因此提高人們的室內(nèi)環(huán)境意識(shí)與完善室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)至關(guān)重要，同時(shí)做好室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)，對(duì)于提高居民生活的舒適性具有十分重要的意義。本文以STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)核心控制器，采用溫濕度傳感器、灰塵傳感器完成環(huán)境信息的采集，根據(jù)傳感器的工作原理，設(shè)計(jì)相關(guān)的硬件電路，將傳感器采集的環(huán)境信息通過(guò)單片機(jī)處理后在LCD1602上進(jìn)行顯示；通過(guò)按鍵輸入模塊實(shí)現(xiàn)溫、濕度值或者粉塵濃度上下限設(shè)置，當(dāng)測(cè)量值達(dá)到相應(yīng)的設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)控制相應(yīng)聲光報(bào)警提示，同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的控制信息，借助藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與移動(dòng)終端的通信，將相應(yīng)信息傳輸?shù)绞謾C(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)。
1.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1.1總體設(shè)計(jì)在硬件設(shè)計(jì)方面，主要設(shè)計(jì)了單片機(jī)控制模塊、傳感器電路模塊、液晶顯示模塊、按鍵電路、聲光報(bào)警電路、繼電控制電路以及藍(lán)牙通信模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1所示：圖1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.2單片機(jī)控制模塊本系統(tǒng)使用的是STC89C52芯片，由復(fù)位電路和時(shí)鐘電路組成單片機(jī)最小系統(tǒng)。其中晶振Y1采用11.0592MHz，起振電容C2、C3一般采用22pF，當(dāng)按鍵s6按下時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位。電路如圖1.2所示（見(jiàn)下頁(yè)）。1.3傳感器電路的設(shè)計(jì)溫濕度傳感器模塊采用的是DHT11溫濕度復(fù)合傳感器，使用時(shí)不需要額外增加AD轉(zhuǎn)換模塊，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，將DHT11的DOUT端口與單片機(jī)的P3.4相連，將采集到的數(shù)據(jù)信息傳送給單片機(jī)。電路如圖1.3所示：粉塵傳感器模塊采用的是GP2Y1010AU0F粉塵傳感器,該傳感器利用光敏原理來(lái)工作。其中，粉塵傳感器的LED端口與單片機(jī)的P2.3相連，當(dāng)單片機(jī)給P2.3一個(gè)有效電平時(shí)，LED發(fā)光。此時(shí)開(kāi)始檢測(cè)空氣中的灰塵濃度，但由于GP2Y1010AU0F粉塵傳感器輸出的是模擬信號(hào)，所以要經(jīng)過(guò)ADC0832才能轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，將DI和DO并聯(lián)起來(lái)作為一路輸入使用，連接在單片機(jī)的P3.7端口上，片選端連接單片機(jī)的P3.51.4液晶顯示電路設(shè)計(jì)液晶電路設(shè)計(jì)采用的是1602字符型液晶，1602LCD是指顯示的內(nèi)容依次為第一行內(nèi)容是“R:%T:℃60”第二行內(nèi)容是“PM2.5:ug/m3”。電路如圖1.5所示：1.5聲光報(bào)警電路及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)通過(guò)傳感器對(duì)空氣中溫濕度的測(cè)量，結(jié)合程序中給出的上下限值，以PNP型的三極管作為開(kāi)關(guān)使用，當(dāng)所測(cè)得的環(huán)境濕度低于所設(shè)定的濕度范圍的下限值時(shí)，繼電器吸合則聲光報(bào)警；如果所測(cè)得的環(huán)境濕度高于設(shè)定的濕度的范圍的上限值，繼電器吸合控制USB供電，小風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)降低室內(nèi)環(huán)境的濕度。1.6藍(lán)牙模塊電路設(shè)計(jì)藍(lán)牙模塊采用的是A09HC-05。通過(guò)RXD接收從其它設(shè)備發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，接在單片機(jī)的P3.1引腳；通過(guò)TXD發(fā)送數(shù)據(jù)給其它設(shè)備，接在了單片機(jī)的P3.0引腳。打開(kāi)手機(jī)的藍(lán)牙，搜索到HC-05配對(duì)后，即可實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙與移動(dòng)終端的結(jié)合。藍(lán)牙模塊電路如圖1.6所示：
2.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
在軟件方面，程序代碼分為主程序部分、頭文件部分、LCD顯示部分和傳感器部分。首先，主函數(shù)，確定了按鍵電路，可以在電路板上實(shí)現(xiàn)按鍵改變溫濕度上下限的大小的功能，并且實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙與單片機(jī)之間數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。LCD顯示部分代碼確定了LCD1602顯示的內(nèi)容與格式。傳感器部分實(shí)現(xiàn)了DHT11溫濕度傳感器對(duì)溫濕度的采集與顯示和灰塵傳感器的采集與顯示的功能，其中包括將灰塵傳感器采集到的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的代碼。頭文件部分包括所要調(diào)用的函數(shù)、各個(gè)端口的設(shè)置以及系統(tǒng)的延時(shí)函數(shù)。流程圖如圖所示：
3.結(jié)論
本論文通過(guò)硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)溫濕度和粉塵濃度信息的檢測(cè)，通過(guò)LCD1602液晶屏實(shí)現(xiàn)信息顯示，并結(jié)合藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與移動(dòng)終端的通信，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，能夠很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)功能。
參考文獻(xiàn)：
[1]李天成.基于單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].濱州學(xué)院學(xué)報(bào)，2012.
[2]劉巍.基于單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì).電子制作，2013
【關(guān)鍵詞】室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)；ATXmega128A1；甲醛；苯；溫度；濕度
1.引言
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，居室裝修及家具更新越來(lái)越普遍，室內(nèi)裝修和大量使用各種合成板材制作的家具，使室內(nèi)空氣中以甲醛、苯等揮發(fā)性有機(jī)物為代表的化學(xué)性物質(zhì)的污染成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。室內(nèi)裝修、裝飾后造成的環(huán)境污染已經(jīng)影響到人們的身心健康，甚至嚴(yán)重地危害人類(lèi)的健康和生存[2]。因此，本論文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單實(shí)用，性能可靠的室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)儀，對(duì)提醒人們及時(shí)改善居住環(huán)境條件、保護(hù)人們身體健康具有重要的意義。
2.ATXMEGA128A1簡(jiǎn)介
ATxmega128A1是ATMEL公司推出的強(qiáng)化性能的8位AVR微控制器。它采用第二代picoPower技術(shù)，是唯一真正使用1.6V工作電壓的閃存微控制器。該器件功耗超低，并擁有豐富的片上資源：2個(gè)16路12位的A/D轉(zhuǎn)換器、2個(gè)2路12位的D/A轉(zhuǎn)換器、4路模擬比較器、4通道DMA控制器、8通道事件系統(tǒng)、4個(gè)SPI接口、4個(gè)IIC接口、8個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、1個(gè)RTC和1個(gè)AES加密引擎，全部都無(wú)需占用CPU資源，能夠最大限度減少功耗和提高系統(tǒng)性能。ATxmega128A1微控制器的閃存容量為128KB，采用100引腳的貼片封裝，工作電壓為1.6～3.6V，32MHz頻率下處理性能可達(dá)到32MI/s[3]。
室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)儀采用ATxmega128A1作為核心微控制器，使得整個(gè)系統(tǒng)器件大大減少，在降低成本的同時(shí)又提高了系統(tǒng)安全性和可靠性。
3.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本文所設(shè)計(jì)的室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)儀，要求一方面可用于檢測(cè)室內(nèi)空氣中的甲醛、苯等有害氣體，另一方面可用于測(cè)量室內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度，并具有時(shí)鐘的功能。因此，室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)儀的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。從圖1中可以看出，在室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)中，采用了甲醛傳感器模塊和苯傳感器模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)主要有害氣體的含量，并將檢測(cè)到的氣體濃度轉(zhuǎn)換為0～3.3V的電壓值，然后送給ATxmega128A1微控制器片上的12位AD進(jìn)行采集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到相應(yīng)的氣體濃度值，接著根據(jù)國(guó)家對(duì)室內(nèi)氣體相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)決定檢測(cè)的氣體濃度是否超標(biāo)，如果超標(biāo)，發(fā)出報(bào)警，并顯示在液晶屏上，讓居住者防范于未然。溫、濕度傳感器模塊用來(lái)檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度，給居住者作為參考。
4.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件電路由ATxmega128A1最小系統(tǒng)、苯傳感器模塊電路、甲醛傳感器模塊電路、溫濕度傳感器模塊電路、鍵盤(pán)與顯示電路、聲光報(bào)警電路、SD卡模塊電路和系統(tǒng)電源模塊電路組成。下面僅對(duì)部分電路模塊進(jìn)行介紹。
4.1 苯傳感器模塊電路
測(cè)量空氣中苯的傳感器為MQ135傳感器，該傳感器使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的SnO2。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在污染氣體時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中污染氣體濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。電路如圖2所示，電阻R2用來(lái)調(diào)節(jié)輸出的靈敏度。
4.2 甲醛傳感器模塊電路
甲醛傳感器的模塊由HCHO傳感器（CH2O/S—10）[4]、場(chǎng)效應(yīng)管SST177和運(yùn)放OP296、OP90組成。電路如圖3所示，其功能為將室內(nèi)環(huán)境中HCHO氣體的濃度變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)的變化，并將該信號(hào)進(jìn)行放大輸出，從而將對(duì)HCHO氣體濃度的測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)電壓的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)變[5]。
4.3 溫、濕度傳感器模塊電路
溫、濕度傳感器的模塊電路采用DHT11溫、濕度傳感器和DS18B20溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，確保溫、濕度的顯示有對(duì)比性和精確性。DHT11的供電電壓為3V～5.5V。傳感器上電后，要等待1s以越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)，在此期間無(wú)需發(fā)送任何指令。電源和地的引腳（VCC，GND）之間增加一個(gè)100nF的電容，用來(lái)退耦。電路如圖4所示。
4.4 鍵盤(pán)與顯示模塊、聲光報(bào)警電路
鍵盤(pán)與顯示模塊是用戶(hù)與環(huán)境檢測(cè)儀進(jìn)行信息交流的模塊，鍵盤(pán)電路由3個(gè)小按鍵組成，顯示電路采用Nokia5110液晶顯示模塊，聲光報(bào)警電路由高亮的發(fā)光二極管、三極管和蜂鳴器組成。
5.氣體傳感器的標(biāo)定
為使室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)儀達(dá)到預(yù)期的性能指標(biāo)，本文對(duì)HCHO傳感器和苯傳感器進(jìn)行了靜態(tài)標(biāo)定。原理是將已知濃度的被測(cè)氣體輸入待標(biāo)定的傳感器，用萬(wàn)用表測(cè)量傳感器變送模塊的輸出電壓。對(duì)所獲得的傳感器輸入量和輸出量進(jìn)行處理和比較，得到表征兩者對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)定曲線，找出它們關(guān)系方程并寫(xiě)入程序中。
6.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)儀軟件設(shè)計(jì)主要包括按鍵掃描程序設(shè)計(jì)、Nokia5110顯示程序的設(shè)計(jì)、A/D程序的設(shè)計(jì)、SD卡的讀/寫(xiě)程序的設(shè)計(jì)以及溫、濕度傳感器的單總線程序的設(shè)計(jì)。下面僅給出系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總流程圖，如圖5所示[6—7]。
7.實(shí)驗(yàn)測(cè)試
表1、表2和表3分別給出了溫度、濕度和甲醛的測(cè)試數(shù)據(jù)，其中T為溫度，H為濕度，甲醛氣體濃度的單位為PPM。從表1、表2和表3的數(shù)據(jù)可知，該環(huán)境檢測(cè)儀的測(cè)量精度較高。
8.結(jié)論
環(huán)境監(jiān)測(cè)中的甲醛和苯測(cè)定主要方法是吸收與化學(xué)滴定，難以進(jìn)入民用領(lǐng)域。對(duì)于室內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測(cè)，該室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)儀操作簡(jiǎn)單，方便實(shí)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該儀器測(cè)量結(jié)果較精確，基本滿(mǎn)足環(huán)境參數(shù)檢測(cè)的要求。另外該檢測(cè)儀的微控制器還有空余通道，可加裝其它傳感器，如燃?xì)鈧鞲衅鞯龋詳U(kuò)大其使用功能。
參考文獻(xiàn)
[1]陳宇煉，沙春霞，張靜等.室內(nèi)空氣中主要揮發(fā)性有機(jī)物污染狀況調(diào)查[J].中國(guó)衛(wèi)生監(jiān)督雜志，2002，9（2）：84.
[2]譚和平，馬天，方正等.室內(nèi)揮發(fā)性有害有機(jī)物限量標(biāo)準(zhǔn)研究[J].中國(guó)測(cè)試技術(shù)，2006，32（5）：8—10.
[3]8—bit Atmel XMEGA AU Microcontroller XMEGA AU MANUAL.pdf.http：//.
[4]葛化敏，葉小嶺.基于MSP430F449的甲醛檢測(cè)儀設(shè)計(jì)[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2009，03：97—99.
[5]徐湘元，王萍，田慧欣編著.傳感器及其信號(hào)調(diào)理技術(shù)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.
[6]王顥，王芳群，吳琴，王宜用.基于XMEGA的便攜式電解質(zhì)分析儀的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010，18（6）：167—169.
[7]蔡冬霞.基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)儀設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化，2012，03：84—85.
本文為桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院院內(nèi)科研項(xiàng)目：《智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)》的研究成果（項(xiàng)目號(hào)：桂電信科B201105）。
作者簡(jiǎn)介：
易藝（1983—），男，學(xué)士，實(shí)驗(yàn)師，現(xiàn)供職于桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院，主要研究方向：智能儀器系統(tǒng)。
【Abstract】 The contour measurement by using the light visual sensor in line structure is becoming more and more important in non-contact measurement. The calibration of line structure optical vision sensor is the key of line structure optical visual measurement. Based on the existing calibration method， this paper presents a calibration method based on the block shaped dot target， and gives a mathematical model. The accuracy of the experiment is met with ordinary measurement.
【關(guān)鍵詞】線結(jié)構(gòu)光；視覺(jué)傳感器 ；現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定方法
【Keywords】 line structured light； vision sensor； field calibration method
【中圖分類(lèi)號(hào)】TP391.41 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）05-0163-02
1 研究現(xiàn)狀
目前，針對(duì)線結(jié)構(gòu)光的視覺(jué)測(cè)量模型，提出了許多線結(jié)構(gòu)光傳感器的標(biāo)定方法。主要有Dewar R提出的拉絲標(biāo)定法[1]，段發(fā)階等提出了鋸齒靶法[2-3]，Huynh、徐光v和魏振忠分別提出了利用交比不變性原理獲取光平面標(biāo)定點(diǎn)的標(biāo)定方法。周富強(qiáng)、張廣軍等人提出了基于平面參照物的標(biāo)定方法，簡(jiǎn)化了標(biāo)定設(shè)備，適合現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，但每次標(biāo)定時(shí)需多次改變激光光條與平面標(biāo)定參照物的位置，增加了標(biāo)定的復(fù)雜度。后來(lái)，周富強(qiáng)和魏振忠等先后提出了利用一維靶標(biāo)上距離已知的特征點(diǎn)之間的距離約束，實(shí)現(xiàn)線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定的新方法，但標(biāo)定點(diǎn)獲取的個(gè)數(shù)和精度受到限制。
2 線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器的數(shù)學(xué)模型
3 線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器的標(biāo)定
3.1 標(biāo)定靶標(biāo)的設(shè)計(jì)
根據(jù)線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器的數(shù)學(xué)模型可知有8個(gè)未知系統(tǒng)參數(shù)，需要至少4個(gè)非共線對(duì)應(yīng)點(diǎn)。由此，設(shè)計(jì)了方框型圓點(diǎn)靶標(biāo)，用來(lái)獲取標(biāo)定時(shí)所需要的高精度的標(biāo)定點(diǎn)。該靶標(biāo)由相互垂直的四個(gè)剛性平面構(gòu)成，四周光刻半徑為4mm，相鄰間距為20mm的標(biāo)靶圓點(diǎn)，分別以中間靶標(biāo)圓點(diǎn)的中心為定位點(diǎn)定位在靶標(biāo)框的直角頂點(diǎn)處。調(diào)整靶標(biāo)使激光光平面與靶標(biāo)圓點(diǎn)中心所在平面一致，如圖1所示。
3.2 系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)定
按照?qǐng)D2所示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安裝調(diào)整攝像機(jī)1和攝像機(jī)2使靶標(biāo)圓點(diǎn)能在其中成全像，并且由線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器的數(shù)學(xué)模型可知，靶標(biāo)圓點(diǎn)的圖像坐標(biāo)也不能在同一直線上。
4 試驗(yàn)
標(biāo)定精度主要從單點(diǎn)的定位精度進(jìn)行驗(yàn)證。用標(biāo)定好的兩臺(tái)攝像機(jī)采集驗(yàn)證點(diǎn)的圖像，并根據(jù)如圖3所示，其中，實(shí)際坐標(biāo)用“O”表示，測(cè)量坐標(biāo)用“+”點(diǎn)表示，其對(duì)比誤差在0.2mm以?xún)?nèi)。
5 結(jié)論
建立了基于線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器測(cè)量輪廓截面積的數(shù)學(xué)模型，提出了一種基于方框形共線圓點(diǎn)靶標(biāo)的線結(jié)構(gòu)光傳感器系統(tǒng)參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定方法。該方法只需要調(diào)整標(biāo)定靶標(biāo)使其特征圓點(diǎn)的中心平面與線結(jié)構(gòu)光平面在同一平面內(nèi)，即可通過(guò)一次靶標(biāo)圖像采集，計(jì)算出線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器的系統(tǒng)參數(shù)。目前，關(guān)于如何調(diào)整光平面使其與基準(zhǔn)平面在同一平面內(nèi)還沒(méi)有簡(jiǎn)便有效的方法，可進(jìn)一步研究來(lái)提高精度。
【參考文獻(xiàn)】
【1】段發(fā)階.一種新型線結(jié)構(gòu)光傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定方法[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2000，21（l）：105-110.
