摘  要：介紹電容式傳感器特性實(shí)驗(yàn)原理及測量方法，利用PowerPoint制作了一套多媒體教學(xué)課件，重點(diǎn)放在實(shí)驗(yàn)過程的數(shù)字圖像采集和處理制作上，其間穿插具有中南民族大學(xué)特色的精美圖片、音像片段，讓學(xué)生在緊張的學(xué)習(xí)過程中張弛有度。

    關(guān)鍵詞：電容式傳感器；特性實(shí)驗(yàn)；PowerPoint；多媒體課件；民族特色

    1  引言

    在現(xiàn)代信息社會中，從宇宙探索，到海洋開發(fā)；從生產(chǎn)過程控制，到現(xiàn)代文明生活，幾乎都離不開傳感器技術(shù)。傳感器技術(shù)特別是在自動檢測、自動控制、遙感遙測等領(lǐng)域中起著決定性作用。CSY系列傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是電信、通信、生物醫(yī)學(xué)工程及相關(guān)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課，該實(shí)驗(yàn)是強(qiáng)化理論學(xué)習(xí)、訓(xùn)練實(shí)際操作技能的重要手段。在傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，因CSY系列傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是綜合提高性實(shí)驗(yàn)，裝置復(fù)雜、儀器昂貴、器件易損、學(xué)生預(yù)習(xí)時(shí)不能面對實(shí)驗(yàn)設(shè)備，只讀實(shí)驗(yàn)教材難以達(dá)到較好的預(yù)習(xí)效果。隨著招生規(guī)模逐年擴(kuò)大，本實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)隨之加重。為了加強(qiáng)學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，提高教師的工作效率，保證教學(xué)質(zhì)量，我們設(shè)計(jì)開發(fā)了一套多媒體教學(xué)課件，該課件除了實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃砑皩?shí)驗(yàn)流程介紹外，重點(diǎn)放在實(shí)驗(yàn)操作的錄像介紹上，錄像與實(shí)驗(yàn)前老師的講解*相同甚至更加詳細(xì)。

    學(xué)生利用課件在電腦上自主學(xué)習(xí)，如在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場學(xué)習(xí)一樣，而在豐富的交互功能和多彩的動畫效果間穿插了具有中南民族大學(xué)特色的精美圖片、音像片段，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并對中華五十六個民族有更多的了解。隨著預(yù)習(xí)效果提高，教師實(shí)驗(yàn)課前講解工作減少，因 而提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

    2  電容式傳感器特性實(shí)驗(yàn)

    2．1  電容式傳感器工作原理

    電容式傳感器有多種形式，本實(shí)驗(yàn)中是差動變面積式。傳感器由兩組定片和一組動片組成。當(dāng)安裝于振動臺上的動片上、下改變位置，與兩組靜片之間的重疊面積發(fā)生變化即成為差動電容。如將上層定片與動片形成的電容定為Cx 1，下層定片與動片形成的電容定為Cx2，當(dāng)將Cx 1和Cx 2接入橋路作為相鄰兩臂時(shí)，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關(guān)，即與振動臺的位移有關(guān)。

    2．2  測量方法

    本實(shí)驗(yàn)選用CSY10A型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀。所用部件為以下幾種：

    （1）電容式傳感器

    由裝于圓盤上的一組動片和裝于支架上的兩組定片組成平行變面積式差動電容，線性范圍≥3 mm。

    （2）電容變換器

     由高頻振蕩、放大和雙T電橋組成。

    （3）差動放大器

    增益可調(diào)比例直流放大器，可接成同相、反相、差動結(jié)構(gòu)，增益1～100倍。

    （4）低通濾波器

    由50Hz陷波器和RC濾波器組成，轉(zhuǎn)折頻率35Hz左右。

    （5）低頻振蕩器

    1～30 Hz輸出連續(xù)可調(diào)，Vp－p值20 V，zui大輸出電流0．5 A，Vi端插口可提供用作電流放大器。Vi端3．5 mm耳機(jī)插座靜合接點(diǎn)的正常接觸是保證讓低頻輸出的條件，無低頻信號輸出時(shí)則可能是靜合接點(diǎn)分開，如遇此種情況請打開面板，調(diào)節(jié)Vi插口靜合接點(diǎn)使之接觸良好。

    （6）測微儀

    由螺旋測微儀組成，測量范圍0～25 mm。測量時(shí)按圖1接線，電容變換器和差動放大器的增益適中。

    裝上測微儀，帶動振動臺位移，使電容動片位于兩靜片中，此時(shí)差動放大器輸出應(yīng)為0。以此為起點(diǎn)，向上和向下移動動片，每次0．5 mm，直至動片與一組靜片全部重合為止。記錄數(shù)據(jù)，并做出V-X曲線，求得靈敏度S＝ΔV／ΔX。

    低頻振蕩器輸出接“激振I”一端，“激振I”另一端接地。移開測微頭，調(diào)節(jié)頻率和振幅，使差放輸出波形較大但不失真，用示波器觀察波形。

     注意：

    （1）電容動片與兩定片之間的片間距離須相等，必要時(shí)可稍微調(diào)整。位移和振動時(shí)均不可有擦片現(xiàn)象，否則會造成輸出信號突變。

    （2）如果差動放大器輸出端用示波器觀察到波形中有雜波，請將電容變換器增益進(jìn)一步減小。

    （3）由于懸臂梁彈性恢復(fù)滯后，雖然測微儀回到開始刻度，但差放輸出電壓并不回0，此時(shí)可反向旋動測微儀，使輸出電壓過零后再回到初始位置，反復(fù)幾次，差放電壓即到0，然后進(jìn)行負(fù)方向?qū)嶒?yàn)。

    測量結(jié)果如圖2所示。

    2.3  V-X曲線

    V-X曲線如圖3所示。

    3  多媒體課件設(shè)計(jì)與制作

    3．1  課件設(shè)計(jì)流程

     課件設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。

    3．2  課件制作

    （1）課件在中文Windows 98系統(tǒng)平臺上制作，工具是多媒體軟件PowerPoint。首先打開PowerPoint界面，屏幕上自動彈出“新建演示文稿”對話框，如圖5所示。

   （2）選中“空演示文稿”，確定后會彈出另一個對話框，選擇所需要的版式，在這里選擇空白版式，作為演示文稿封面。然后在該版式下方工作欄處雙擊“默認(rèn)設(shè)計(jì)模板”，選擇適合的模板，在以后的幻燈片中都將默認(rèn)此模板不變，這里選擇了自帶有上下翻頁按鈕的模板。在工作欄中選“插入”、“來自文件”存儲的掃描圖片，然后調(diào)整大小。點(diǎn)擊藝術(shù)字按鈕“A”，添加所需文字，并對文字字體、顏色、形態(tài)、大小等進(jìn)行調(diào)整。截取CD樂曲片段作為背景音樂，具體操作從工作欄中選“插入”、“影片和聲音”、“文件中的聲音”，選出優(yōu)美的旋律，再選工作欄中“放映幻燈片”、“自定義動畫”設(shè)置圖片、聲音文件和文字的出現(xiàn)順序、方式、時(shí)間等效果，如圖6所示。

   （2）點(diǎn)擊“插入”、“新幻燈片”，如上又會彈出一個對話框從中選擇一個空白版式，本幻燈片共有4張中南民大精美圖片，注意疊放次序。選中要操作的圖片，再點(diǎn)擊工作欄左下腳的“繪圖”、“疊放次序”進(jìn)行調(diào)整，并進(jìn)行放大。再按照步驟（1）進(jìn)行制作。按同樣的方法，添加新幻燈片、選擇版式、插入圖片和背景音樂、制作藝術(shù)字。本組幻燈片采用了16種藝術(shù)字、63張具有少數(shù)民族特色的圖片，其中包括民族大團(tuán)結(jié)（1張）、藏族（7張）、鄂倫春族（7張）、哈薩克族（4張）、布依族（5張）、黎族（4張）、苗族（5張）、納西族（6張）、彝族（6張）、羌族（3張）、土家族（4張）、蒙古族（11張），共11個少數(shù)民族，如圖7所示。

   （3）接下來的兩組幻燈片都是各少數(shù)民族的圖片，一組采用了7種藝術(shù)字、14張少數(shù)民族圖片，其中包括白族（2張）、布朗族（2張）、侗族（2張）、景頗族（2張）、瑤族（2張）、壯族（2張）、客家族（2張），共7個少數(shù)民族。另一組幻燈片采用了22種藝術(shù)字、23張圖片，其中包括阿昌族、德昂族、傣族、朝鮮族、高山族、哈尼族、赫哲族、回族、滿族、維吾爾族、基諾族、拉古族、傈僳族、珞巴族、門巴族、普米族、錫伯族、怒族、畬族、水族、仡佬族、塔塔爾族（每個民族各1張），共計(jì)22個少數(shù)民族。這3組幻燈片涉及到40個少數(shù)民族、100張精心挑選的少數(shù)民族圖片，同時(shí)配上zui能反映主題的背景音樂《愛我中華》，用她貫穿這3組幻燈片再恰當(dāng)不過了，用精美的音像充分展現(xiàn)了我們中華民族大團(tuán)結(jié)。

   （4）高潮過后，進(jìn)入電容式傳感器特性實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)狀態(tài)。 制作過程同上，不同的是在這里增添了3個影視文件，頓時(shí)使整個畫面生動起來。接下來的9張幻燈片描述了整個實(shí)驗(yàn)，雖然都是學(xué)習(xí)內(nèi)容，但是其間穿插了不同風(fēng)格的17張圖片，其中3張來自剪貼畫、6張掃描照片、1張掃描電路和1張表格、1張自繪曲線圖、5張來自網(wǎng)絡(luò)，幻燈片中變換無窮的背景音樂更受學(xué)生喜愛。制作完成，選中工作欄的“文件”、“保存”或者直接按存盤快捷鍵，鍵入文件名。

    4  結(jié)語

    本課件制作軟件是多媒體PowerPoint，該軟件獲取方便簡單易學(xué)。制作時(shí)，利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)等軟件，用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)對實(shí)際實(shí)驗(yàn)進(jìn)行攝制，使虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，用刻錄機(jī)刻制成一套具有科學(xué)創(chuàng)新與民族特色的傳感器實(shí)驗(yàn)多媒體課件光盤。在設(shè)計(jì)制作中，充分發(fā)揮創(chuàng)造性、新穎性和嚴(yán)謹(jǐn)性，力求在視覺、聽覺、感官和學(xué)習(xí)效果都做得更好的前提下，重視弘揚(yáng)中華民族精神，展示中南民族大學(xué)的民族特色，讓同學(xué)們更加愛我中華民族大家庭。