關(guān)于磁電式霍爾傳感器教學(xué)的探討與研究

王桂蘭++趙燕

摘 要 隨著高職高專對(duì)教學(xué)改革的不斷深入，傳感器與檢測(cè)技術(shù)教學(xué)也要遵循能力點(diǎn)培養(yǎng)。如何完成能力點(diǎn)的教學(xué)和如何培養(yǎng)學(xué)生就業(yè)能力是要細(xì)心研究與總結(jié)的問題，研究的主要目標(biāo)是提高高職教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，滿足社會(huì)崗位對(duì)學(xué)生能力的需求。

關(guān)鍵詞 霍爾元件；傳感器與檢測(cè)技術(shù)；能力點(diǎn)

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2015）05-0072-02

1 前言

長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣自動(dòng)化專業(yè)是學(xué)校一個(gè)生源較好的專業(yè)，每年招收的學(xué)生有300～400人。這個(gè)專業(yè)的PLC控制技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、傳感器與檢測(cè)技術(shù)等課程是專業(yè)課中的優(yōu)質(zhì)核心課。這幾門課的能力點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化以及能力點(diǎn)的培養(yǎng)是要研究及制定的首要任務(wù)。在我國(guó)一般都是課程標(biāo)準(zhǔn)、任務(wù)導(dǎo)向式研究較多，而在國(guó)外是追求每個(gè)專業(yè)的能力點(diǎn)的培養(yǎng)。它的能力點(diǎn)集成一本書，教師上課去向課程開發(fā)公司購(gòu)買每個(gè)崗位培養(yǎng)的能力點(diǎn)，上課按能力點(diǎn)來教，考核按能力點(diǎn)來考核。我國(guó)在能力點(diǎn)上應(yīng)該投入更多的時(shí)間進(jìn)行探索。因此，筆者認(rèn)為對(duì)傳感器與檢測(cè)技術(shù)的磁電式傳感器能力點(diǎn)的探索很有必要。

2 能力點(diǎn)教學(xué)的設(shè)計(jì)

在教學(xué)中設(shè)置了項(xiàng)目一是磁電式傳感器，項(xiàng)目二是壓電式傳感器，項(xiàng)目三是光電式傳感器，項(xiàng)目四是熱電式傳感器。選擇項(xiàng)目一磁電式傳感器的霍爾傳感器的能力點(diǎn)來進(jìn)行探討。在項(xiàng)目一里面主要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)能力，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)傳感器應(yīng)用范圍認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)技術(shù)參數(shù)，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)霍爾元件的材料。

教學(xué)之前的準(zhǔn)備為實(shí)現(xiàn)能力點(diǎn)的教學(xué)做到認(rèn)真負(fù)責(zé) 要教給學(xué)生的是一種對(duì)于先進(jìn)科學(xué)技術(shù)應(yīng)用的理念，還有對(duì)于改進(jìn)設(shè)備的探索精神，不管是本科生，還是高職生，只要有興趣、有鉆研精神，在實(shí)際中不斷摸索，就會(huì)有成就感。為了提高高職學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，要培養(yǎng)學(xué)生能力，教學(xué)之前要準(zhǔn)備很多資料。能力點(diǎn)的開發(fā)成果上就應(yīng)該有很多的資料供教師參考，比如各種傳感器的實(shí)物、圖片和視頻等。根據(jù)授課目的，把各種資料、圖片歸納成檔，可以實(shí)現(xiàn)資源共享。把每一項(xiàng)目所需培養(yǎng)的能力點(diǎn)整理成冊(cè)，把能力點(diǎn)培養(yǎng)的資料進(jìn)行共享。這樣對(duì)知識(shí)的傳播很重要，不管是對(duì)學(xué)的人還是教的人，都有非常大的益處。教師要有扎實(shí)的技術(shù)，對(duì)傳感器的應(yīng)用及先進(jìn)設(shè)備上的傳感器有認(rèn)知，對(duì)傳感器的應(yīng)用非常了解。教學(xué)之前要進(jìn)行研討，不管是教學(xué)團(tuán)隊(duì)，還是兩到三位教師，一定要對(duì)所教的內(nèi)容認(rèn)真準(zhǔn)備，做到認(rèn)真負(fù)責(zé)，做到對(duì)學(xué)生的能力點(diǎn)的培養(yǎng)認(rèn)真負(fù)責(zé)。

培養(yǎng)學(xué)生了解磁電式傳感器的能力 磁電式傳感器主要是應(yīng)用于對(duì)振動(dòng)的測(cè)量，把它直接安裝在被測(cè)量的振動(dòng)物體上來進(jìn)行測(cè)量，一般用于地面振動(dòng)測(cè)量及機(jī)載振動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)中。而霍爾傳感器是磁電傳感器中的一種，在高精度數(shù)控機(jī)床、汽車、液位控制、船舶方面都有應(yīng)用，教師可以收集和展示在各領(lǐng)域應(yīng)用的圖片。

霍爾元件的材料認(rèn)識(shí) 霍爾元件一般用N型半導(dǎo)體來做，霍爾元件做得一般比較薄，越薄靈敏性越高。霍爾元件的厚度只有1微米左右。還可以用其他的材料如N型鍺、砷化銦、銻化銦、砷化鎵等來做霍爾元件?；魻杺鞲衅饕话悴捎媒饘倩虬雽?dǎo)體等制成，傳感質(zhì)量的好壞取決于導(dǎo)體的材料的好壞，材料的好與壞會(huì)直接影響流過傳感器的正離子和電子。

給學(xué)生介紹磁電式傳感器的技術(shù)特性指標(biāo)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)查看技術(shù)參數(shù)，因?yàn)樵O(shè)備安裝好了之后要進(jìn)行調(diào)試，查看參數(shù)、進(jìn)行安裝與調(diào)試是設(shè)備安裝很重要的環(huán)節(jié)。掌握輸出信號(hào)的形狀、輸出電信號(hào)的電壓及電流信號(hào)、設(shè)備導(dǎo)線的根數(shù)等。把技術(shù)參數(shù)講明白，在安裝或?qū)嶒?yàn)中，學(xué)生才會(huì)做到心中有數(shù)，免得使用不當(dāng)損壞設(shè)備。

例如：磁電式傳感器的技術(shù)參數(shù)

輸出波形形狀：形狀近似于正弦波

輸出信號(hào)幅值：當(dāng)傳感器鐵芯和被測(cè)齒輪齒頂間間隙&=0.5 mm，齒數(shù)z=60，齒輪模數(shù)m=2及40轉(zhuǎn)/分時(shí)，輸出電壓U≥70 mV

頻率測(cè)量范圍：0～49 999 Hz

儀器使用時(shí)間：可以連續(xù)使用

使用環(huán)境溫度：在 -20～65 ℃范圍

使用相對(duì)濕度：≤65%

儀器輸出尺寸：二線制（雙芯屏蔽線）

儀器輸出信號(hào)：4～20 MA

磁電式傳感器的原理認(rèn)識(shí) 磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，能把非電信號(hào)變化轉(zhuǎn)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一種傳感器，在使用中是不需要輔助電源的。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，N匝線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于穿過線圈的磁通量的變化率。

3 在實(shí)際應(yīng)用中學(xué)習(xí)，獲得實(shí)際認(rèn)知能力

霍爾傳感器在山地車上的應(yīng)用 以山地車為實(shí)際教學(xué)案例來演示，主要提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和對(duì)技術(shù)設(shè)備的新的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是技術(shù)學(xué)習(xí)不可缺少的重要一環(huán)，缺少實(shí)驗(yàn)，就如紙上談兵，沒什么說服能力和吸引力。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)踐的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力即安裝應(yīng)用能力是很重要的。實(shí)訓(xùn)條件和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起著啟發(fā)的作用。實(shí)訓(xùn)設(shè)備的儲(chǔ)備是高職院校教學(xué)質(zhì)量高低的一大體現(xiàn)。在磁電式傳感器這一項(xiàng)目中的實(shí)訓(xùn)設(shè)備是山地車，山地車是比較好的小型的一個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，霍爾速度傳感器在山地車上的應(yīng)用是測(cè)量山地車的速度和里程。

霍爾速度傳感器在山地車上使用時(shí)，把磁鐵可靠地固定在山地車的輪輻上，把霍爾元件固定在車身靠近磁鐵的地方，然后把霍爾傳感器的三根引線和數(shù)碼表正確相接。調(diào)節(jié)固定在山地車輪輻上的磁鐵和霍爾傳感器的距離，車輪每轉(zhuǎn)過一圈，傳感器都可以接受到一個(gè)脈沖信號(hào)，通過計(jì)數(shù)器電路，數(shù)碼表上就會(huì)顯示出車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)。再根據(jù)車輪直徑，數(shù)碼表里的單片機(jī)就可以計(jì)算出車的速度和里程。在實(shí)訓(xùn)過程中，檢查實(shí)驗(yàn)接插線是否完好，連接電路時(shí)應(yīng)盡量使用較短的接插線，以避免引入干擾。接插線插入插孔，以保證接觸良好，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成線內(nèi)導(dǎo)線斷裂。一旦調(diào)整好，測(cè)量過程中不能移動(dòng)磁路系統(tǒng)。不要在安裝過程中損壞霍爾元件。

霍爾傳感器在汽車上的應(yīng)用 這一部分是認(rèn)識(shí)拓展知識(shí)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)這一塊，如果有汽車是更好的，因?yàn)槠嚿系膫鞲衅骱芏?，是一門非常大的學(xué)問。但是如果設(shè)備有限，可以收集圖片、資料、視頻，讓教學(xué)盡量形象、生動(dòng)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)起來比較形象、直觀。所以，教師的任務(wù)是準(zhǔn)備資料，然后在教學(xué)中要搭好框架，細(xì)致地分析重點(diǎn)部分。因?yàn)橹攸c(diǎn)是分課時(shí)把握的，要利用所有的課時(shí)把所有的重點(diǎn)講完。

在汽車上制造霍爾元件時(shí)，一般使用的三種半導(dǎo)體材料是砷化銦、砷化鎵、銻化銦。了解到汽車行業(yè)中常常用的半導(dǎo)體材料是砷化銦?；魻杺鞲衅骷夹g(shù)在汽車工業(yè)中的車的構(gòu)架部分、車的動(dòng)力部分、車的牽引力部分、車的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)都應(yīng)用得到。一般為了滿足不同系統(tǒng)不同部分的需要，霍爾傳感器有模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器，還有開關(guān)式傳感器。汽車節(jié)氣門位置傳感器、汽車加速位置傳感器采用的霍爾傳感器輸出的是模擬信號(hào)，所以輸出信號(hào)要由所控制的裝置決定；而凸輪軸位置傳感器、曲軸位置傳感器采用的霍爾傳感器是數(shù)字式的。

數(shù)字式霍爾傳感器的應(yīng)用位置包括凸輪軸位置傳感器、曲軸位置傳感器、車速傳感器。數(shù)字式霍爾傳感器的電路連接方式：霍爾元件首先與微分放大器連接，微分放大器再與施密特觸發(fā)器連接。在這種方式中，霍爾傳感器輸出的是一個(gè)開或關(guān)的脈沖信號(hào)。

4 總結(jié)

主要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)能力，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)傳感器應(yīng)用范圍的了解，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)技術(shù)參數(shù)與設(shè)備調(diào)試的能力，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)霍爾元件的材料的能力，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于霍爾元件實(shí)際應(yīng)用的認(rèn)知能力。通過霍爾傳感器的能力點(diǎn)教學(xué)的思考，教師更專注于教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)過程與教學(xué)效果的收集，把按能力點(diǎn)來教作為教的核心?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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