仿真技术在传感器实验教学中的应用研究
发布时间：2021-01-01 17:41
针对传感器原理实验教学设计的现状,文章提出利用MATLAB、Multisim和Proteus仿真软件进行实验教学设计,解决学校实验教学中实验仪器和耗材不足及损耗等问题,补充现有实验教学设计单一性问题,促进实验教学的可操作性,加深学生对传感器原理及其特性的理解,提高学生的动手能力,促进创新性和应用型人才的培养。
【文章来源】：中国教育信息化. 2018年20期
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
传感器一阶系统的阶跃响应和频率响应特性数，得出实验结论
鞫?紫低车慕自鞠煊?推德氏?应为：y（S）=ω2nS2+2ξωnS+ω2n·1S公式7y（S）=ω2nS2+2ξωnS+ω2n·ωS2+ω2公式8通过利用MATLAB中的“step”和“bode”函数仿真二阶传感器系统的阶跃响应和频率响应特性。改变传递函数中的时间常数τ、w，观察其阶跃响应和频率响应特性的曲线，学生通过直观的实验现象，深入理解传感器系统的时间常数τ和阶跃响应及频率响应特性之间的关系。传感器二阶系统实验仿真例子如图2所示，图2（a）为二阶传感器系统的阻尼系数ξ分别为0、0.5、0.6、1、1.5时系统的阶跃响应特性，由图中曲线可直观看出，当系统的固有频率为常数时，阻尼系数ξ为0.6-0.8之间时，响应时间较短，过冲不大。图2（b）为传感器二阶系统的阻尼系数ξ分别等于0.1、0.2、0.6、1.0、1.5时的频率响应特性，由图中曲线可直观看出：①当ξ小于1，且输入信号频率小于系统固有频率时，输出幅值接近出入幅值。但是当输入信号频率大于固有频率时，幅值有一定的增益；②当ξ大于1，输出信号的幅度随着输入信号的频率变大迅速衰减。因此可得出结论，ξ为0.6-1.0之间时，幅频特性较好，且相频特性也较线性。在实验过程中要求学生设置不同的实验参数，得出相对应的实验结论，使学生深入理解传感器二阶系统的阶跃响应和频率响应特性。三、利用Multisim进行电桥电路实验传感器系统的前端信号采集电路中通常采用四桥臂电桥对微弱信号进行转换，根据供电电源形式可分为直流电桥和交流电桥?
实验结论，使学生深入理解传感器二阶系统的阶跃响应和频率响应特性。三、利用Multisim进行电桥电路实验传感器系统的前端信号采集电路中通常采用四桥臂电桥对微弱信号进行转换，根据供电电源形式可分为直流电桥和交流电桥，也可以根据接入电桥的传感器数量分为单桥、半桥和全桥。Multisim是由美国国家仪器公司提供的一套完整电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件及方案[10-11]，具备功能强大的模拟电路仿真能力，非常适用于传感器的电桥电路仿真实验[12-13]。如图3中的图（a）、（b）、（c）所示，在直流电桥电路中，学生分别通过改变电路中的可调电阻，利用虚拟电压表测量电桥的输出电压，可以直观得出单桥、半桥和全桥的电压输出，进一步对三种电路的特性进行比较。在交流电桥电路中，如图3中的图（d）所示，利用虚拟示波器探测交流电桥电路的输出波形，当改变电容C1的容值大小时，信号逐渐增大，电桥的输出波形如图4所图1传感器一阶系统的阶跃响应和频率响应特性图2传感器二阶系统阶跃响应和频率响应特性图4交流电桥仿真波形图图3直流和交流电桥电路仿真技术应用89
【参考文献】：
期刊论文
[1]传递函数辨识（1）:阶跃响应两点法和三点法[J]. 丁锋,徐玲,刘喜梅. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2018(01)
[2]基于拉普拉斯变换的二阶系统传递函数的参数研究[J]. 江立辉,牛欣,汪冉,汪成. 菏泽学院学报. 2017(05)
[3]Proteus在《传感器与检测技术》教学中的应用——以热电偶传感器为例[J]. 王林泓. 科技资讯. 2017(28)
[4]基于Multisim的直流电桥称重电路设计与仿真[J]. 董亮,雷良育,吴文强,刘鸿宇,李林丰. 邵阳学院学报(自然科学版). 2017(03)
[5]基于Multisim技术的电子电路综合设计改革[J]. 付扬. 实验技术与管理. 2017(04)
[6]一种虚拟光照强度测试仪系统设计[J]. 田安红,付承彪. 实验技术与管理. 2017(04)
[7]传感器技术仿真实验的设计与研究[J]. 张婧婧,李勇伟. 实验科学与技术. 2017(01)
[8]Multisim和LabVIEW联合仿真在高职传感器课程教学中的应用研究[J]. 王元月. 电子测试. 2017(02)
[9]Proteus和Keil模拟交通灯的实践教学[J]. 姚雪梅,陈永前. 实验室研究与探索. 2016(11)
[10]传感器技术的理论与实验教学改革[J]. 王艳,张晨,陈姝君. 中国现代教育装备. 2016(19)
本文编号：2951715
【文章来源】：中国教育信息化. 2018年20期
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
传感器一阶系统的阶跃响应和频率响应特性数，得出实验结论
鞫?紫低车慕自鞠煊?推德氏?应为：y（S）=ω2nS2+2ξωnS+ω2n·1S公式7y（S）=ω2nS2+2ξωnS+ω2n·ωS2+ω2公式8通过利用MATLAB中的“step”和“bode”函数仿真二阶传感器系统的阶跃响应和频率响应特性。改变传递函数中的时间常数τ、w，观察其阶跃响应和频率响应特性的曲线，学生通过直观的实验现象，深入理解传感器系统的时间常数τ和阶跃响应及频率响应特性之间的关系。传感器二阶系统实验仿真例子如图2所示，图2（a）为二阶传感器系统的阻尼系数ξ分别为0、0.5、0.6、1、1.5时系统的阶跃响应特性，由图中曲线可直观看出，当系统的固有频率为常数时，阻尼系数ξ为0.6-0.8之间时，响应时间较短，过冲不大。图2（b）为传感器二阶系统的阻尼系数ξ分别等于0.1、0.2、0.6、1.0、1.5时的频率响应特性，由图中曲线可直观看出：①当ξ小于1，且输入信号频率小于系统固有频率时，输出幅值接近出入幅值。但是当输入信号频率大于固有频率时，幅值有一定的增益；②当ξ大于1，输出信号的幅度随着输入信号的频率变大迅速衰减。因此可得出结论，ξ为0.6-1.0之间时，幅频特性较好，且相频特性也较线性。在实验过程中要求学生设置不同的实验参数，得出相对应的实验结论，使学生深入理解传感器二阶系统的阶跃响应和频率响应特性。三、利用Multisim进行电桥电路实验传感器系统的前端信号采集电路中通常采用四桥臂电桥对微弱信号进行转换，根据供电电源形式可分为直流电桥和交流电桥?
实验结论，使学生深入理解传感器二阶系统的阶跃响应和频率响应特性。三、利用Multisim进行电桥电路实验传感器系统的前端信号采集电路中通常采用四桥臂电桥对微弱信号进行转换，根据供电电源形式可分为直流电桥和交流电桥，也可以根据接入电桥的传感器数量分为单桥、半桥和全桥。Multisim是由美国国家仪器公司提供的一套完整电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件及方案[10-11]，具备功能强大的模拟电路仿真能力，非常适用于传感器的电桥电路仿真实验[12-13]。如图3中的图（a）、（b）、（c）所示，在直流电桥电路中，学生分别通过改变电路中的可调电阻，利用虚拟电压表测量电桥的输出电压，可以直观得出单桥、半桥和全桥的电压输出，进一步对三种电路的特性进行比较。在交流电桥电路中，如图3中的图（d）所示，利用虚拟示波器探测交流电桥电路的输出波形，当改变电容C1的容值大小时，信号逐渐增大，电桥的输出波形如图4所图1传感器一阶系统的阶跃响应和频率响应特性图2传感器二阶系统阶跃响应和频率响应特性图4交流电桥仿真波形图图3直流和交流电桥电路仿真技术应用89
【参考文献】：
期刊论文
[1]传递函数辨识（1）:阶跃响应两点法和三点法[J]. 丁锋,徐玲,刘喜梅. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2018(01)
[2]基于拉普拉斯变换的二阶系统传递函数的参数研究[J]. 江立辉,牛欣,汪冉,汪成. 菏泽学院学报. 2017(05)
[3]Proteus在《传感器与检测技术》教学中的应用——以热电偶传感器为例[J]. 王林泓. 科技资讯. 2017(28)
[4]基于Multisim的直流电桥称重电路设计与仿真[J]. 董亮,雷良育,吴文强,刘鸿宇,李林丰. 邵阳学院学报(自然科学版). 2017(03)
[5]基于Multisim技术的电子电路综合设计改革[J]. 付扬. 实验技术与管理. 2017(04)
[6]一种虚拟光照强度测试仪系统设计[J]. 田安红,付承彪. 实验技术与管理. 2017(04)
[7]传感器技术仿真实验的设计与研究[J]. 张婧婧,李勇伟. 实验科学与技术. 2017(01)
[8]Multisim和LabVIEW联合仿真在高职传感器课程教学中的应用研究[J]. 王元月. 电子测试. 2017(02)
[9]Proteus和Keil模拟交通灯的实践教学[J]. 姚雪梅,陈永前. 实验室研究与探索. 2016(11)
[10]传感器技术的理论与实验教学改革[J]. 王艳,张晨,陈姝君. 中国现代教育装备. 2016(19)
本文编号：2951715
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