相关测速综合实验的设计与开发

1　引　言

实验教学是本科教学的重要组成部分,也是培养学生实践能力的重要手段。综观近年来实验教学的改革成效,无论是从各高校工科专业实验课程在教学计划中所占比例来看,还是就高校对实验平台设备的投入和使用率数据而论,可谓收效显著。相对于量大面广的技术基础课实验平台的成熟情况和不断提高的实验资源管理水平来说,一些专业课教学实验的现状却不尽人意。原因之一是实验设备需求量小,教学仪器制造商难有积极性而为之。另外,专业课教学内容偏重工程应用,且随学科的发展不断更新等因素增加了实验设计的难度。《检测技术》课程面临的就是这样一种教学内容经过整合后教材已经更新,但已有实验内容陈旧且严重不足的局面。在此背景下,我们开展了检测技术课程系列实验建设,相关测速综合实验便是其中之一。

检测技术课程是测控技术与仪器专业的一门主要课程,其特点是内容涉及面广,信息量大,知识点散。单纯课堂讲解留在学生脑子里的知识点大多是离散的,浮光掠影式的。这主要是因为在读学生没有感性认识,无法融会贯通。因此,精心设计实验,提供给学生一个平台,引导学生发现问题,融会知识深入思考,将对课堂教学起到极为重要的补充作用。本文介绍的相关测速综合实验通过建立一个工程应用实例,将检测技术与系统中涉及的系统构架与系统性能、随机信号、信号处理技术、数据采集和传感器技术等众多知识点通过一个实验系统有机地关联起来。该实验装置给学生提供了一个深入了解检测系统构建方法,检测系统中各要素及其作用,以及数字相关等信号处理技术的平台。

2　实验设计与系统构成

相关测速是根据速度的定义延伸出来的一种速度测量方法,常用于轧钢厂中钢带速度的测量,纺织厂纤维表面的速度测量以及多相流测量等连续流动物体的速度测量中[1]。这种方法利用运动物体的某种特性的随机变化对传感器信号的随机调制,构成噪声传感器[2]。沿物体运动的方向固定配置两个噪声传感器,求取两个传感器输出的互相关函数,根据互相关函数峰值所对应的渡越时间即可求得速度。相关测速法具有非侵入、抗干扰能力强和适应恶劣环境等特点。实验设计围绕连续流动物体的速度测量这一主线展开。除了验证相关测速原理之外,还设计了多个设计性环节,将测量系统和检测技术的一些概念和知识点融入其中。

通过选用不同性质的传感器如电涡流传感器或光电传感器,或不同规格的传感器如Φ5或Φ8电涡流传感器[3],学生对不同传感器的应用特点及环境适应性,对传感器性能指标等会有更深切的认识。通过实验原理分析,深入理解随机信号及其相关函数的特点以及相关算法的概念[4];通过实验设计,了解数字相关技术以及数据采集系统的构成;通过参数设定,了解计算机测控系统中响应速度和系统容量的综合设计要求以及对实验结果的影响。通过实验结果分析,了解如何进行系统结构参数设计与优化的概念等。