導語：如何才能寫好一篇傳感技術論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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一、基于傳感技術探究實驗設計

在教學實踐中我利用傳感技術儀器進行實驗能夠得到很好的實驗效果。分析教材、根據(jù)教學目標及學生的年齡特點合理選擇利用數(shù)字化傳感器材能夠有效提高課堂實驗效果。課堂實驗探究的高效，傳感技術儀器的有效使用，不僅需要分析教材，合理選材，還需要精心設計實驗方案。只有通過有效的實驗設計和規(guī)范的實驗操作，以學生為主體性，讓學生配合教師來完成實驗，學生便于理解，又可增加學習興趣，才能使實驗變得簡單易行，達到教學目標。以下是四上年級《運動起來會怎樣》一個有關于心率傳感器的實驗。首先，連接手握心率傳感器、界面和計算機。其次，啟動LoggerPro或LoggerLite軟件，最后，程序將自動識別手握心率傳感器，這樣就可以準備采集數(shù)據(jù)了。測量一個人在激烈活動，例如做跳躍運動前、之間和之后的心率；測量一個人在運動后的心率返回平常心率要多久。讓學生在探究實踐的過程中，注重體驗和感悟，又便于學生對知識的接受和理解，從而也激發(fā)學生的興趣。

二、傳感技術探究實驗室的組建

為了提高實驗探究效率，保證實驗教學的有效開展，創(chuàng)建探究實驗室，合理利用“數(shù)字化”儀器設備是非常重要的。數(shù)據(jù)采集器和傳感器的配備，主要用于采集并儲存實驗數(shù)據(jù)并根據(jù)探究需測定的參數(shù)。通過政府采購，我們采購到探究實驗室套材，主要有濕度、音高、音量、光強、pH值、溶解氧濃度、電流、電壓、氧氣含量、二氧化碳含量等傳感器，還可以根據(jù)需求來自行選擇；同時，這些儀器的輕巧與便攜還為學生進行戶外探究提供了可能。計算機軟件的安裝將傳感器插入計算機時，傳感器可以精確地測量實驗中獲取的各種數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)采集器傳到計算機中，計算機經(jīng)由配套軟件將數(shù)據(jù)以表格和圖像的形式呈現(xiàn)，并進行分析處理。

三、傳感技術實驗器材在拓展課程中的應用

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目前，適用于短距離的無線通信技術大致有藍牙技術、ZigBee技術及Wifi技術。相比較而立，ZigBee技術以其功耗低、結構簡單、性價比高、擴展簡便及安全可靠等優(yōu)點成為構建WSN的最佳選擇。本設計采用ZigBee技術，以Ad-Hoc方式構成的無線網(wǎng)絡，整個網(wǎng)絡采用簇-樹狀拓撲結構。每一個結點采用CC2530芯片作為微處理器。CC2530的引腳端口與傳感器相連，形成數(shù)據(jù)采集的終端。

2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體架構設計

配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括三個基本模塊：底層數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)存儲管理模塊，具體結構如圖3所示。底層數(shù)據(jù)采集模塊由CC2530所帶的電流、電壓、溫度、濕度、紅外、振動等傳感器組成，這些傳感器所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)CC2530中的8051單片機簡單處理后傳至數(shù)據(jù)傳輸模塊。數(shù)據(jù)傳輸模塊由ZigBee路由器結點組成，這一部分也由CC2530芯片擔當。這些路由器結點組成樹狀網(wǎng)絡，形成數(shù)據(jù)上傳至匯總結點的通道。數(shù)據(jù)存儲與管理模塊由ZigBee協(xié)調器與PC機組成，Zig-Bee協(xié)調器由CC2530擔當，與PC機用USB線進行連接，串口進行數(shù)據(jù)通信。PC機接收數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進行進一步的存儲與處理。PC上安裝有網(wǎng)卡，形成與Internet網(wǎng)的連接端口，從而滿足遠程監(jiān)控的需要。

3數(shù)據(jù)采集模塊隨機干擾的濾波設計

在無線傳感網(wǎng)進行數(shù)據(jù)采集的過程中，測量通道中串入隨機干擾是不可避免的。隨機干擾的出現(xiàn)會引起測量誤差，對遠程的監(jiān)控不利。因此，采取某種手段對采集數(shù)據(jù)進行濾波是保證采集數(shù)據(jù)準確性的前提。常用的數(shù)字濾波算法有算術平均濾波、加權平均濾波、中位值濾波、限值濾波等方法，本設計采用基于中位值濾波方法的中位值平均濾波方法。通常中位值濾波是對采集信號進行排序，取位于中間的數(shù)據(jù)作為一次的采樣數(shù)據(jù)。這種方法對高頻干擾和低頻干擾都有一定的濾除效果，但是對于某些變化快速的采集數(shù)據(jù)，如電流、電壓、振動等，不宜采用中位置濾波。中位值平均濾波方法是在中位值排序的基礎上，將最大和最小的數(shù)據(jù)去掉，然后將剩余的數(shù)據(jù)進行平均，最終將平均值作為一次采樣數(shù)據(jù)。因此無論對于緩慢變化的信號，還是對快速變化的信號，都能取得良好的濾波效果。

4總結

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1 物聯(lián)網(wǎng)技術概要 

在整個的物聯(lián)網(wǎng)構架中包含了傳感網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)兩個部分，它們功能不同，傳感網(wǎng)負責信息的采集和傳遞，互聯(lián)網(wǎng)則是去實現(xiàn)這種信息的傳輸，可見二者是相互相存的，缺一不可。就物聯(lián)網(wǎng)技術論文而言，它包括射頻識別、傳感以及智能嵌入等技術，我們可以通過這些技術的相互連接來實現(xiàn)對世界上眾多事物的網(wǎng)絡覆蓋。 

1.1 射頻識別技術（RFID） 

即是通過將無線傳感網(wǎng)絡采集到的規(guī)范及各種具有互用性的信息傳輸?shù)街醒胄畔⑾到y(tǒng)，再通過中央信息系統(tǒng)進行相關的識別和通信，最后配合開放性的計算機網(wǎng)絡來實現(xiàn)各種信息的交換和共享。 

1.2 傳感技術 

通過利用各種傳感器將自然信息源處的信息進行識別和處理，其中識別主要是將已經(jīng)處理了的信息進行辨識分類，而信息處理則是對信號的預處理、選擇、后處理以及信息特征的提取等。 

1.3 嵌入式技術 

簡單而言就是操作系統(tǒng)、計算機硬件與應用程序所組成的一個捆綁系統(tǒng)，計算機實為信息處理的部件，在嵌入式技術的應用中，可以通過嵌入式的系統(tǒng)終端借助網(wǎng)絡來進行感知。 

1.4 Wi-Fi 

Wi-Fi是將電腦和手機等終端通過無線連接的方式連接起來的一種技術，它是接入點下的無線網(wǎng)絡結構。 

2 物聯(lián)網(wǎng)技術在智能化住宅小區(qū)中的應用 

基于前文的概念簡述，我們將對智能化小區(qū)中的RFID和傳感器技術的應用進行分析。 

2.1 無線傳感器網(wǎng)絡技術的應用 

就無線傳感器網(wǎng)絡技術而言，它是物聯(lián)網(wǎng)在智能化小區(qū)實際應用中的一項關鍵技術，它不僅僅是實現(xiàn)了各種物理信息與網(wǎng)絡間的連接，同時還將物聯(lián)網(wǎng)通過嵌入式技術進行處理的已經(jīng)檢測和感知過的信息集成，進行相應的數(shù)據(jù)傳輸。智能化住宅小區(qū)通常采用樹狀的無線傳感器網(wǎng)絡結構，這樣的網(wǎng)絡結構使得信息基礎可靠，便于控制。并且，其節(jié)本結構包括了傳感器和TIZC3530 無線模塊等組成部分，此結構中對于數(shù)據(jù)的處理、管理和轉發(fā)都是由協(xié)調器完成。對于傳感器節(jié)點來說，經(jīng)過通電復位便會搜索到協(xié)調器節(jié)點，如果確實不能搜索到協(xié)調器節(jié)點，我們還可以通過路由器來完成搜索，這樣也可以實現(xiàn)協(xié)調器與網(wǎng)絡的連接。協(xié)調器與PC機通過串口相連，最后再通過超級終端來實現(xiàn)命令的發(fā)送以及數(shù)據(jù)的顯示。 

終端節(jié)點連網(wǎng)之后，需要出于一種待機的狀態(tài)，需要發(fā)送相關數(shù)據(jù)時，才會對相應的網(wǎng)絡路徑進行數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。就智能化住宅小區(qū)的無線傳感器網(wǎng)絡來說，其核心是 TIZC3530 無線射頻芯片，對于其終端節(jié)點而言，是可以靈活放置的，可以大大節(jié)省功耗，有效提升監(jiān)控能力。此外，如果小區(qū)業(yè)主家中也設置相關的傳感器節(jié)點，同樣可以通過無線網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)相連來完成對家中的環(huán)境實現(xiàn)遠程監(jiān)控。 

2.2 射頻技術的應用 

如今煩人射頻技術已經(jīng)被廣泛地應用在社會的各個領域，射頻技術又稱射頻標簽，目前對此項技術最為典型的應用除了有汽車晶片防盜器還有物流管理和生產線自動化等。射頻信號在空間中的耦合就可以實現(xiàn)相關信息的對接與傳遞，同時再對這些信息進行識別，就目前而言，射頻技術已經(jīng)成為了住宅小區(qū)在安防管理中的一項重要技術，通過這種技術可以很好地對車輛和人口的動態(tài)管理。從物聯(lián)網(wǎng)技術在住宅小區(qū)車輛管理系統(tǒng)來看，射頻技術即是物聯(lián)網(wǎng)構成的一個關鍵技術， 射頻技術可以通過其功能實現(xiàn)車上卡片和設備主機之間的信息交換，進而達到對小區(qū)內的車輛信息進行識別，同時還將小區(qū)內的車輛進行有效地管理。在對小區(qū)內整個車輛的管理中，車輛上對車的相關信息進行了標簽化的儲存和管理，只要通過射頻技術來讀取相應的射頻標簽，我們就可以明確地知道車的相關信息，進而確定車輛的身份。而對于一套完整的射頻技術系統(tǒng)而言，主要是由 Reader與Transponder 兩部份組成，Transponder具備不接觸、不需要電池以及不刷卡的優(yōu)勢，同時其安全性非常高。當Transponder 接收到Reader發(fā)射出的特定頻率中的無限電波后驅動Transponder電路輸出其內部身份信息，再由 Reader 來接收內部身份信息，通過在智能化住宅小區(qū)中應用這種技術來實現(xiàn)對車輛的管理，可以有效防止車輛被盜，實現(xiàn)維護小區(qū)穩(wěn)定以及治安穩(wěn)定的目標，起到保護住戶財產安全的作用。 

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[作者簡介]劉曉紅（1989—），女，山東日照人，會計碩士在讀。研究方向：審計理論與實務。

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關鍵詞：智能結構；應用現(xiàn)狀；現(xiàn)代建筑；

中圖分類號：B83文獻標識碼： A

經(jīng)濟的快速增長，人民生活水平的不斷提高，在推動建筑行業(yè)的發(fā)展的同時，也對其發(fā)展提出了更高的標準。目前在我國大型建筑物日益重要，像高層建筑、大型水壩、地下工程等都需要有一個高強度的骨架作為支撐，才能使建筑物的安全性、實用性得到保障，此時智能土木結構應運而生，并擔當了“土木工程界的知識經(jīng)濟”?，F(xiàn)今，智能土木結構在現(xiàn)代建筑中發(fā)揮重要作用的同時，也開辟了土木工程快速發(fā)展的新天地。

一、智能結構簡介

在社會高速發(fā)展的信息時代，土木工程師把視野轉入信息材料上，開始了將傳感器、驅動材料應用于建筑結構中的探索，以求建筑結構本身穩(wěn)固性的同時，還能對建筑結構內部進行及時的感知，使人們能及時對建筑物的安全性與穩(wěn)固性做出更確切的分析，從而做出對該建筑物是維修還是報廢的判斷，這也是人們對智能結構最初的嘗試?，F(xiàn)在書籍中對智能結構進行了定義，是指在基體材料中融入具有仿生功能的材料，是最終的材料或者構件滿足人們對其智能化的需要，這種結構就是智能結構。智能土木結構按其材料可分嵌入式智能土木結構和基體、智能材料耦合結構兩種類型?，F(xiàn)在建筑工程對智能架構的應用是十分廣泛的，建筑結構中安裝使用智能結構，使建筑物能準確應對外界環(huán)境的變化并對自身作出及時的內部調整，特別在遭遇強風或地震時，智能結構對整個建筑物尤其重要。在地震幅度不是很明顯時智能結構實現(xiàn)結構控制一體化的優(yōu)勢更能充分發(fā)揮其作用，此外，智能結構對提高建筑結構的抗震性也發(fā)揮著很重要的作用，智能結構在建筑領域的應用對建筑設計、建筑施工及建筑檢測都起著至關重要的作用，智能土木結構保障建筑物的穩(wěn)固的同時，也保證了人民的生命財產安全。

二、智能結構應用現(xiàn)狀

智能建筑與我國可持續(xù)發(fā)展觀中生態(tài)和諧理念高度契合，所以和其他國家相比，目前我國智能建筑主要功能更加凸顯了環(huán)保、節(jié)約、可持續(xù)發(fā)展利用等特點，在運用智能化結構對建筑結構進行設計時更加注重節(jié)能減排以及高效低碳能否實現(xiàn)。智能建筑隨著經(jīng)濟的發(fā)展已經(jīng)成為未來建筑的主要發(fā)展趨勢，智能結構作為智能建筑的重要支撐在建筑智能化發(fā)展中被廣泛應用，智能結構與傳統(tǒng)的建筑結構有著密切的聯(lián)系，智能土木結構以傳統(tǒng)結構為基礎，并以此為依據(jù)對傳統(tǒng)結構做了改進，因此對智能結構的應用離不開對傳統(tǒng)結構的理解與掌握。目前，建筑工程中對智能結構的研究有建筑結構的檢測與監(jiān)控、建筑結構抗震抗風降噪的自控制等，利用智能結構使建筑設備自動化、辦公化，最終實現(xiàn)建筑物全面的擬智能生命化也是今后智能結構在建筑領域的發(fā)展方向。

（一）智能傳感元件的應用

土木工程中對建筑物健康檢測時常將傳感元件埋入或粘貼在建筑結構中，在保證檢測結果的準確性的同時，對建筑物的安全性與穩(wěn)固性作出更確切的評價，得到最精準的數(shù)據(jù)，從而決定建筑物是維修還是報廢。對于重大土木工程建筑結構，由于修建時間較長，設備一般比較陳舊，傳統(tǒng)的傳感器不能適應此種建筑物的內部環(huán)境，這時就需要采用性能較高傳感器對其進行結構及健康的監(jiān)測。利用光纖、智能材料等制成的傳感器的應用在土木工程發(fā)展史上具有劃時代的意義，開辟了土木工程發(fā)展史的新篇章。

（二）建筑工程的健康檢測

智能結構在建筑工程結構損傷及健康檢測方面也發(fā)揮著重要作用。在土木工程中對建筑物檢測通常采用目測法，此外還常利用超聲波、聲發(fā)射、x 射線等技術進行無損檢測，利用這種方法檢測是有很多弊端的，如建筑物內部結構的破損情況、建筑物的實時動態(tài)等都不能準確的被監(jiān)測，不能滿足人們了解建筑物整體狀況的需求，檢測結果往往會失真、檢測效率也低，甚至會出現(xiàn)完全錯誤的檢測結果?，F(xiàn)在利用光導纖維、壓電材料、半導體材料等制成的檢測器材，在建筑物內部的傳感器能及時感知建筑物自身狀況，檢測損傷并根據(jù)建筑結構損壞過程進行損傷定位，例如建筑物發(fā)生損傷，內部出現(xiàn)裂紋，裂紋在外界作用力作用下?lián)p傷力度加大，并以聲速失穩(wěn)擴展，這些都會被由這些特殊材料制成的傳感元件所感知，使人類能準確及時的了解建筑物內部狀況，及時對建筑物進行整體規(guī)劃、采取必要措施避免事故發(fā)生。

三、智能結構關鍵問題總結及建議

（一）提高智能傳感技術

傳感元件在建筑工程中的應用離不開純熟的傳感技術，因此提高智能傳感技術勢在必行。從仿生學來看，傳感器相當于建筑物的感覺器官，提高智能傳感技術必須增強傳感技術的系統(tǒng)性，提高傳感器感知、處理與識別能力，在此基礎上提高傳感系統(tǒng)的可靠性和靈敏度實現(xiàn)傳感技術的智能化。在建筑工程中要求傳感元件不影響建筑物的結構外形，與建筑材料具有很好的相容性，使對建筑結構的強度影響降到最低，此外還應具有對信號的抗干擾能力，在此基礎上對建筑物的整體狀況能準確感知。

（二）提高智能傳感技術

智能結構系統(tǒng)中主要有傳感元件、驅動元件及乙級控制元件，它們在對整個建筑物內部損傷情況進行定位時常會有一個計算的過程，在計算過程中常采用小波分析技術、時間有限元模型等對連接網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)總線進行定位，最終使傳感器的信息處理和數(shù)據(jù)傳輸融合。

（三）發(fā)展智能控制集成

智能控制系統(tǒng)相當于人類的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的最高級部分大腦，不僅決定著運動系統(tǒng)、感覺系統(tǒng)的有序運行，還擔負著整個腦神經(jīng)高級功能的運轉。在土木工程內部安裝智能控制集成系統(tǒng)，能使建筑物在遭遇風暴、強降雨等惡劣自然災害情況下，迅速采取應急措施，使損失降低到最小，因此發(fā)展智能控制集成技術也是十分重要的。

（四）發(fā)展智能驅動技術

驅動在計算機中的應用十分廣泛，所有的硬件設備都需要安裝相應的驅動程序才能正常工作。智能驅動技術能夠對智能結構的形狀和力學原理加以控制，便于對智能結構的管理與規(guī)劃。驅動相當于一個入口，只有通過這個入口操作系統(tǒng)才能實現(xiàn)對整個部件的控制，在土木工程中驅動技術發(fā)揮著不可小覷的作用，發(fā)展智能的驅動技術，才能實現(xiàn)建筑物整體的控制，才能使建筑物的性能更加穩(wěn)固。在建筑工程中要求所使用的驅動系統(tǒng)材料自身機械性能要高，保障其具有很強的抗沖擊性；再次，驅動材料與建筑材料本身要有很好的兼容性；最后，還應提高驅動速度，便于及時掌握建筑物的狀況。

四、結束語

我國建筑業(yè)產值的持續(xù)增長推動了建筑智能化行業(yè)的發(fā)展，目前我國處于智能建筑行業(yè)的快速發(fā)展期?？茖W技術的不斷進步，經(jīng)濟水平的不斷提高，人們對建筑安全性、舒適性、便利性等有了更高層次的要求，者為智能建筑的發(fā)展提供契機的同時，也給智能建筑的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。

土木工程智能建筑結構作為智能建筑的靈魂與支撐，在未來智能建筑的發(fā)展中不可或缺，因此，我們在今后智能結構的發(fā)展道路上必須用發(fā)展的眼光、科學的手段，與時俱進，開拓創(chuàng)新。

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篇7

【關鍵詞】 布里淵 分布式 光纖傳感

隨著社會發(fā)展，安防已經(jīng)變得越來越重要，及時發(fā)現(xiàn)入侵對我國安防建設有種重要的意義，別的安防系統(tǒng)監(jiān)測距離短且容易受到電磁的擾動，而本文中敘述的安防系統(tǒng)不僅監(jiān)測距離長而且不容易受到電磁的干擾，對安防領域具有重要意義。光纖傳感入侵定位監(jiān)測系統(tǒng)可以通過監(jiān)測光纖應變或震動等確定事件發(fā)生的位置，已有傳感定位系統(tǒng)多采用Sagnac干涉環(huán)結構或者馬赫-增得干涉結構實現(xiàn)定位，但無法同時滿足高精度和長距離探測。這樣的話就必須采用BOTDR原理，利用自制的光纖縱模分布反饋激光器，結合邊緣濾波調解技術，建立一套分布式光纖傳感入侵定位系統(tǒng)監(jiān)測，實現(xiàn)了對入侵事件的實施快速定位監(jiān)測，空間分辨率也相應高了起來。

一、布里淵散射傳感原理

布里淵散射原理是基于光纖中光波與聲波在傳播過程的相互作用，這兩者的相互作用會使光產生頻移，該頻移的產生相當于入射波被一個聲光柵散射產生了反射光子，我們利用這個頻移，通過測得其頻移方向和大小，來實現(xiàn)傳感物理量的轉換。光纖所處溫度、所受應變皆可通過布里淵頻移間接計算得出。在實際工程使用中，由于入侵事件都是不確定的，所以需要一套具有實時監(jiān)控能力且無盲點的監(jiān)測系統(tǒng)才能完全監(jiān)測到入侵、避免出現(xiàn)遺漏，而光纖作為傳感原件是沿線路連續(xù)分布的，這就避免了線路中產生盲點。通過對光纖中布里淵散射頻移量大小的監(jiān)控，可以分析得出被入侵點的準確位置，以及被入侵程度，這就是目前布里淵散射在光纖傳感入侵定位監(jiān)測系統(tǒng)中最有效的應用方式，達到了兼?zhèn)涓呔取o盲點、長距離、實時性等諸多優(yōu)異性能。

二、實驗與分析

由于本項研究處于早期階段，所以此次試驗都是采用自制的激光器、自制傳感光纜以及其他自制光信號解調器。并參考了各類中外文獻，以及前輩所寫的論文，保證本次試驗和分析能夠得出更為準確的結論，更好的為國家安防事業(yè)做出貢獻。我們將激光輸出進行一定的比例分束，然后小比例的一束作為本振光，另外一個大比例的經(jīng)偏振控制器調整偏振態(tài)，通過電光調制器進行脈沖的調制，經(jīng)過摻鉺光纖放大器1放大之后，波分復用器濾過自發(fā)輻射噪聲通過擾偏器和環(huán)形器，輸入到單模傳感光纖里面去。散射回的信號此時變得非常非常弱，必須得通過摻鉺放大器2來放大，然后再經(jīng)過一個環(huán)形器，通過自己制造的窄帶可調諧光纖光柵濾波器之后的布里淵反射光和本振光相干，通過高速光電探測器的監(jiān)測，然后得到了實驗的最終結果---后向布里淵散射信號。

在實驗中，波分復用器濾波的通道為1550nm，帶寬30nm，隔離度大于20dB，損耗小于0.15dB，和本振光相比，相對有一定的偏移量，能滿足實驗的要求并且監(jiān)測到相干信號。放大之后的布里淵信號只有um量級，采用高速光電探測器前置放大濾波電路對信號再次放大濾波，然后通過邊緣濾波，將布里淵信號的平移變化轉換成強度變化，并通過累加平均處理，平均2的12次方次后，得到最K監(jiān)測結果。其中前置放大濾波電路實現(xiàn)對微弱電信號的放大并抑制信號頻帶以外的噪聲，其濾波中心頻率為11GHz，3dB快帶為1Hz，插入損耗小于0.1dB。實驗系統(tǒng)采用50ns脈寬的光脈沖，重復頻率為10KHz，傳感光纖長度為10km。因此，完成2的12次方次累計平均處理所需時間小于1s，即系統(tǒng)的監(jiān)測周期小于1s，可滿足快速監(jiān)測入侵事件的要求。

經(jīng)過實驗分析表明。實驗系統(tǒng)在室溫25度環(huán)境下且光纖不受外力時，布里淵信號的中心頻率在10.9GHz左右。因此當應變和溫度引起的頻移總和超過初始中心頻率100MHz時，信號將越過帶通濾波器的單邊上升沿的邊界，導致信號幅值減小，從而引起錯誤判斷，限制了系統(tǒng)的監(jiān)測范圍。采用更大帶寬的帶通濾波器并合理的選擇其中心頻率，可以擴大系統(tǒng)監(jiān)測的動態(tài)范圍。

至于如何消除緩變溫度的影響，適應野外環(huán)境下的應用，以及進一步提高系統(tǒng)的應變分辨率，將在后續(xù)的工作中研究。

結論：在BOTDER原理中用單縱模光纖光柵到帶通濾波器理論結合實際的實驗中表明，系統(tǒng)可以在1s對10km范圍的傳感器進行測量，并達到5m的空間分辨率和200uε的應變分辨率。這項實驗表明本系統(tǒng)在監(jiān)測入侵領域的能力，即便現(xiàn)在所處階段并不成熟，也能對國家安防領域起到很重要的積極意義，而且經(jīng)分析判斷和實驗結論，基于布里淵散射的分布式光纖傳感入侵定位監(jiān)測系統(tǒng)在長距離入侵定位方面有著良好的前景。

參 考 文 獻

篇8

關鍵詞：交通，智能交通，ITS，GIS，GPS

中圖分類號：C913文獻標識碼： A

交通工程學科是研究交通發(fā)生、發(fā)展、分布運行與停駐規(guī)律，探討交通調查、規(guī)劃、設計、監(jiān)控、營運、管理、安全的理論方法以及有關設施、裝備、法律和法規(guī)，協(xié)調道路交通中人、車、路與環(huán)境之間的相互關系，使道路交通更加安全、高效、快捷、舒適、方便、經(jīng)濟的一門工程技術學科。

交通學科中的道路運輸系統(tǒng)是有人、車、路、環(huán)境等幾個要素組成的一個系統(tǒng)的、動態(tài)的、復雜的系統(tǒng)。

一、交通工程學科面臨的問題

城市交通的擁堵問題是目前以及今后相當長的一段時間內交通工程學科必須應對的問題。探討城市的交通擁堵問題，至少需要涉及的學科有系統(tǒng)工程、城市規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、經(jīng)濟學、行為心理學、社會學、公共政策學、管理學等?？鐚W科的研究方法有移植、滲透與融合等，關鍵是如何將其應用于城市交通問題。

隨著計算機技術、信息傳感技術的飛速發(fā)展，智能交通系統(tǒng)應運而生。智能交通系統(tǒng)于90年代至21世紀初被引入交通工程領域，重點研究交通系統(tǒng)的智能化，并逐漸成為解決交通工程關鍵問題的主要方法。

二、智能交通系統(tǒng)的定義和組成

智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation System， ITS）定義為：在比較完善的基礎設施之上，將先進的信息技術、通信技術、控制技術、傳感技術和系統(tǒng)綜合技術有效的集成，并應用于地面運輸系統(tǒng)，從而建立起大范圍內發(fā)揮作用的、實時、準確、高效的地面運輸系統(tǒng)。

智能交通系統(tǒng)按照組成部分來劃分，主要包括如下幾方面：

（1）交通檢測技術：通過感應圈、紅外、微波、閉路電視攝像、衛(wèi)星定位技術，對交通車輛、道路進行檢測，收集交通數(shù)據(jù)和圖像信息；

（2）交通控制技術：包括先進的交通信號系統(tǒng)，匝道信號控制、信號燈控制等技術；

（3）通訊技術：包括高密度波分復用技術，光纖傳輸及接入技術，無線傳輸技術等；

（4）數(shù)據(jù)處理：車流數(shù)據(jù)、收費數(shù)據(jù)、監(jiān)控信息數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的處理；

（5）信息提供：提供出行信息，如交通狀況、最佳行車路線等；

三、智能交通系統(tǒng)體系的主要功能

（1）信息采集：綜合交通信息平臺提供與各應用系統(tǒng)之間的通信聯(lián)接和數(shù)據(jù)接口，從各應用系統(tǒng)中提取各類相關信息，用于后續(xù)的信息處理和信息服務。所提取的信息通常不是各應用系統(tǒng)的原始信息，而是經(jīng)過各系統(tǒng)處理后的二次信息。這樣一方面能減少平臺信息處理的工作量，另外也能節(jié)省信息存儲空間。

目前在交通工程領域采集數(shù)據(jù)主要利用傳感技術，具體如下：

利用紅外線，超聲波，微波雷達，感應圈等傳感器，對通過道路某一點的車輛，其數(shù)量、大小、重量、速度等進行統(tǒng)計分析。

利用浮動車系統(tǒng)，可以通過安裝有GPS（全球定位系統(tǒng)）的公交車或計程車了解到該車輛通過某路段的時間速度，從而在一定程度上間接地推測出當前路面的交通狀況。但是由于所獲取的交通數(shù)據(jù)，其采樣精度及密度均受制于有限的GPS設備，且無法獲得浮動車以外其他車輛、行人等的交通數(shù)據(jù)，該技術對于微觀交通行為的分析、管理優(yōu)化，存在一定的局限性。

利用可見光攝像機，紅外線攝像機等視頻傳感器，不僅能夠對路段上車輛的通行狀況，比如通過數(shù)量、大小、速度、顏色、車牌號等進行定量地統(tǒng)計，同時能夠對某些特定行為，比如闖紅燈、倒車、轉彎， 交通事故等在一定程度上進行自動檢測。特別是利用視頻數(shù)據(jù)可以對這些特定行為的前因后果進行分析。

激光掃描儀是一種新興的傳感器。與視頻等技術相比，激光測距掃描儀及其應用技術還大多處于研發(fā)階段。

（2）信息處理：采用分類、統(tǒng)計、關聯(lián)、序列分析等方法，將從各應用系統(tǒng)提取的信息進行處理和標準化，生成滿足應用系統(tǒng)需要的特定格式的信息。

（3）信息存儲：對各類交通信息按照一定的規(guī)則和組織方式進行保存，便于數(shù)據(jù)的查詢、更新和維護。信息存儲的形式可采用傳統(tǒng)的關系型數(shù)據(jù)庫方式，也可以采用數(shù)據(jù)倉庫方式。另外，由于交通信息大多與地理屬性有關，因此，利用GIS技術對部分數(shù)據(jù)進行組織、存儲和顯示，可以提高數(shù)據(jù)管理的效率。

（4）信息服務：綜合交通信息平臺的最終目的是為各應用系統(tǒng)提供其所需要的信息。由于不同的用戶和應用系統(tǒng)可以獲取或訪問的信息各不相同，因此，需要建立完善的數(shù)據(jù)分層管理和權限管理，對無權獲取特定信息的用戶進行信息屏蔽，使不同用戶既能獲得各自所需要的數(shù)據(jù)，同時確保各應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換和共享過程的安全性。

四、智能交通系統(tǒng)的主要構成

1．智能化交通管理系統(tǒng)

智能化交通信號控制系統(tǒng)和智能化交通監(jiān)控系統(tǒng)，集成起來就構成了先進的交通管理系統(tǒng)的主要部分。

智能化的信號控制系統(tǒng)可以通過設在路上的傳感器，檢測路段和路口的交通狀態(tài)，根據(jù)路口各個方向以及周圍相鄰路口的交通狀態(tài)，改變路口各方向紅綠燈信號的持續(xù)時間，使得路口的使用效率得以提高。智能化交通監(jiān)控系統(tǒng)就是為此開發(fā)。它包括安裝在主要交通干線上的攝像機和傳感器(如電磁感應檢測器、微波檢測器、紅外檢測器、激光檢測器等)、通信和傳輸系統(tǒng)、交通監(jiān)控中心(包括數(shù)據(jù)存儲、信息處理與顯示、指揮控制等子系統(tǒng))、信息系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)等。其功能主要包括：（1）對道路上的交通信息以及與交通相關信息的采集應該是盡量完整和實時的；（2）交通參與者(包括駕駛員、乘客、行人等)、交通管理者、交通工具、道路管理設施之間的信息交換可以做到實時和高效；（3）控制中心對執(zhí)行系統(tǒng)的控制是強制和高效的（4）交通監(jiān)控中心計算機系統(tǒng)(包括城市、高速公路的監(jiān)控中心、運輸管理中心等)配備有功能強大的軟件和數(shù)據(jù)庫，具備自學習、自適應的能力。

2．電子不停車收費技術

電子不停車收費系統(tǒng)(簡稱ETC)是智能交通系統(tǒng)中最先投入應用的系統(tǒng)之一，主要應用技術是自動車輛識別技術(英文簡稱AVI)。使用該種收費方式的用戶必須在事前購買專用的電子標簽并安裝在前擋風玻璃上，當車輛駛入收費區(qū)域時，該系統(tǒng)安裝在門架上或路側的微波天線查詢車載電子標簽中存儲的識別信息，如電子標簽ID號碼、車型、車主等信息，以辨別車輛是否可以通過不停車收費車道。在采用封閉式收費制式的高速公路上，在進入高速公路時，車道天線要向電子標簽寫入入口車站信息，在離開高速公路時，再讀出入口信息以便系統(tǒng)計算通行費。

自動車型分類系統(tǒng)利用裝在車道內和車道周圍的各種傳感器裝置來測定通過車輛的類型，并與車載電子標簽存儲的車型數(shù)據(jù)進行核對，防止故意換卡違章使用，保障電腦系統(tǒng)按照正確的車型實現(xiàn)收費。

3．基于GPS和GIS的車輛定位與導航技術

GPS(Global positioning System)技術，即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術，是利用分布在高空的多顆人造衛(wèi)星對地面上的目標進行測定并進行定位和導航，它用于對船舶和飛機及其它飛行物的導航、對地面目標的精確定時和定位、地面和空中的交通管制以及空間和地面的災害監(jiān)測等。

GPS可以用于車輛導航，實現(xiàn)的主要功能有：車輛跟蹤、航線設計、按計劃航線進行導航、查詢功能等。車輛導航系統(tǒng)主要由GPS接收機、微處理器、顯示器、車輛導航軟件和地理信息系統(tǒng)組成。GPS用于車輛運營管理，實現(xiàn)的主要功能有，查詢功能、多屏幕，多車輛跟蹤功能、指揮與車輛跟蹤相結合、報警與意外處理等。

GIS(Geography Transportation System)技術，即地理信息系統(tǒng)，綜合了數(shù)據(jù)庫、計算機圖形學、地理學、幾何學等技術，以地理空間數(shù)據(jù)為基礎，采用地理模型和分析方法，適時提供多種空間和動態(tài)的地理信息，從而為存放和管理定位導航信息提供信息服務。GIS用于車輛導航與監(jiān)控，實現(xiàn)的功能包括，電子地圖顯示功能、標注當前車位、地物信息分類索引、最佳路徑選擇、行車路線導航等。

GIS用于道路實網(wǎng)數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)以分路段的方式和地理坐標聯(lián)系起來，可以對路面質量、路況和路面維護進行管理，另外也可以對橋梁、隧道及其他各種道路管理設施如信號裝置、可變情報板等進行測量和管理，從而保證各項設施正常運轉，交通管理和控制措施得以順利實施。

在基于GPS+GIS的車輛定位與導航技術及應用方面，比較有市場前景的有兩個方面。一是終端設備提供；二是增值運營服務。這兩者相輔相成，終端設備市場的規(guī)模形成，離不開增值運營網(wǎng)絡的建成與內容服務的增加，而增值運營服務的提供，最終又需要通過終端設備傳遞給用戶。

目前，在國內增值運營服務這個市場正在逐漸為產業(yè)界所關注，但是，從發(fā)展的角度來說，目前缺少的是內容提供，而內容提供的瓶頸在于數(shù)據(jù)收集的手段有限。

五、結論

智能交通系統(tǒng)是隨著人類科學技術的進步而不斷發(fā)展的。同時實踐也證明，智能交通系統(tǒng)是緩解現(xiàn)代交通問題的有效手段。隨著人類社會進入信息時代，智能交通系統(tǒng)將是現(xiàn)代化交通運輸體系的發(fā)展方向。

可以預見，智能交通系統(tǒng)的服務功能將更加完善，信息服務將呈現(xiàn)出多元化、個性化和細化發(fā)展；技術水平也將越來越高，系統(tǒng)處理、處置水平智能化程度將更高；系統(tǒng)的運營方式也將日趨多樣化，系統(tǒng)運營將更加高效經(jīng)濟。

總之，隨著智能交通系統(tǒng)的整合速度逐漸加快，多出行方式相關的ITS整合速度也將加快；智能化交通設施將得到逐步的發(fā)展；交通信息提供將更傾向于智能化發(fā)展水平。

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篇9

關鍵詞：機械工程 測試技術 創(chuàng)新能力 本科教育

中圖分類號：G648 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（a）-0154-02

機械工程測試技術涉及范圍十分廣泛，幾乎滲透到了各個學科領域，探討新理論，研究新技術、新材料和新工藝是現(xiàn)代測試技術總的發(fā)展方向[1]。機械工程測試技術是一項在不斷完善與發(fā)展的先進科學技術，相應的教學內容也具有發(fā)展性與不定性。任課教師一定要緊跟學科與學術發(fā)展動態(tài)，積累大量的文獻資料，才能保證教學內容的及時更新，構筑扎實的專業(yè)基礎，促進教學質量的提高。由于《機械工程測試技術》課程是機械類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課程，歷年來該校機械與汽車工程學院的多個專業(yè)都將其作為本科專業(yè)課程。該課程對于構筑機械類本科生扎實的專業(yè)理論基礎、拓寬研究思路、提高本科生培養(yǎng)質量，為進一步學習、研究和處理機械工程技術問題打下基礎具有重要意義。

1 教學內容

針對我校人才培養(yǎng)定位，我們在教學內容上進行科學安排和合理調整。教學內容安排上首先介紹現(xiàn)代測試技術發(fā)展態(tài)勢，討論機械工程測試技術發(fā)展的現(xiàn)狀、特點及趨勢；隨后介紹機械工程測試技術的共性知識和各種傳感器所依據(jù)的定律和效應，重點分析基于傳感器的各種基礎效應，使學生對傳感器有全新理解；然后對智能傳感器進行了全面介紹，包括智能傳感器的結構與系統(tǒng)、智能傳感器的功能特點、智能傳感器中的軟件、設計與制造等；最后重點介紹近年來出現(xiàn)的幾種新型傳感技術，如磁流體傳感器、生物傳感器、MEMS系統(tǒng)、機器視覺、無損檢測、多傳感器融合等。整個課程體系的設置把握了重點、難點和新技術的動態(tài)，以機械工程測試技術基本概念和原理為基礎，以傳感新效應、新原理、新技術為重點，同時將傳感與信息處理結合起來，使學生對信息處理這一抽象理論知識能有更好的掌握和理解。由于上課學生涉及多個專業(yè)，根據(jù)學生背景增加與專業(yè)相關的交叉學科的部分內容，如汽車安全狀態(tài)監(jiān)測、信息解耦、多信息融合、網(wǎng)絡化傳感、機器人控制等內容。此外，在教學環(huán)節(jié)上還設置了實踐環(huán)節(jié)，安排了自學內容和研究熱點問題，通過撰寫相關的課程論文，培養(yǎng)學生查閱文獻資料和總結寫作能力，使學生掌握最新發(fā)展動向和國際前沿，培養(yǎng)學生的專業(yè)學習興趣、動手能力和創(chuàng)新能力，為今后的論文選題和科研打好基礎?？傮w來說，本課程的教學內容的設計與人才培養(yǎng)目標相結合，具有基礎性、研究性、前沿性和行業(yè)性。

2 教學方法

開課學生對象主要為大二和大三學生，他們已經(jīng)奠定了初步的知識結構，具有一定的自學能力。在課程教學中教師的職責已經(jīng)不在于傳遞知識，而更注重激勵思考，講授的重點應該放在科學方法論、教學方法、推理方法、搜集資料的方法、如何從事實中做出結論以及如何分析事實和綜合事實上?！稒C械工程測試技術》是一門工程技術類綜合性課程，涉及大量基礎理論知識及傳感技術研究進展的內容[2-3]。針對本科生的特點，我們在教學方法上進行了改革，運用問題啟發(fā)式、發(fā)言討論式和項目驅動式等多種教學方式，來激發(fā)學生的興趣，引導學生思考，啟發(fā)他們的學習興趣和科研思路。

（1）問題啟發(fā)式。不能把問題啟發(fā)式教學簡單、片面地看成就是在課堂中多提問，而是多讓學生練習。教師的教學指向思考過程而不是答案，讓學生受到思維過程上的啟發(fā)。首先向學生介紹某一類研究專題或方向大致的研究內容與進展，然后根據(jù)具體內容提出一些啟發(fā)性的問題，引導學生進行思考，讓學生自己進行相關的資料收集、調查研究，構思研究方案，教師指導學生的研究方法，最后由學生設法解決問題。在教學過程中，適時、適度地啟迪、誘導學生的學習活動，鍛煉學生的理解判斷能力，調動學生學習的主動性和積極性。比如在介紹光電絕對編碼器時，首先讓學生了解它是一種角度編碼器，可以將角位移轉換成二進制編碼，方便與計算機連接，具有非接觸性、體積小、分辨率高、可靠性好、使用方便等特點。然后分別介紹絕對編碼器的二進制碼盤和循環(huán)碼盤，啟發(fā)學生對以下幾個問題進行研討：為什么要設計這兩種編碼方案？各自的優(yōu)點與不足是什么？如何設計一種新的編碼方案？ 該編碼方案可解決哪些實際問題？

（2）發(fā)言討論式。這種教學方法讓學生發(fā)表自己的見解，并針對這些問題展開小組或集體討論，再由教師作總結分析。這是一種教師和學生之間、學生和學生之間的互相交流、互相評價、互相完善的教學方法，讓學生發(fā)言討論的形式，可以培養(yǎng)學生思考、語言表達與歸納總結的能力，引導學生在課程教學中由被動接受轉化為主動參與，在此過程調動了學生的注意和興趣，大大提高了教學效果[4]。同時也促使教師不斷學習，了解最新的技術發(fā)展趨勢和學科前沿，教師的學術水平也會得到提高。我們在講授傳感器特性時，布置的一次討論題目是研究傳感器溫度補償方法。在討論過程中，同學們根據(jù)不同傳感器的特性談到了多種傳感器溫度補償方法。同學們也發(fā)現(xiàn)實際傳感特性往往與多種環(huán)境因素（如溫度、濕度、壓力等）有關，因此可以進一步引導學生思考如何進行傳感器的多維因素補償。采用這種教學方式之后， 學生在學習過程中真正的從“要我學”變成了“我要學”。

（3）項目驅動式。從培養(yǎng)學生科研能力入手，通過結合實際課題項目來實現(xiàn)教學目標。教師根據(jù)講授內容，安排一些實際課題項目讓學生完成，或者直接讓學生參加到自己的科研項目中去，給學生創(chuàng)造科研實踐的機會，在科研實踐中培養(yǎng)學生的科研情感和提升科研素質。教師在必要時對學生進行指導和幫助，同時授課時把自己的研究成果納入教學之中，課程教學內容可以及時更新[5]。在《機械工程測試技術》教學中，我們十分注重將課程內容與教師具體科研項目結合。一部分學生參與了相關課題項目的具體研究工作，在完成任務的過程中，學生發(fā)揮了主動性、創(chuàng)造性，使枯燥的公式推導和解題變成有趣的試驗過程，培養(yǎng)了研究能力，提高學習效果，起到了以科研項目提高教學質量的作用。將科研項目和《機械工程測試技術》課程的教學過程結合，在這幾年的教學實踐中收到了明顯的教學效果，有一些學生已經(jīng)申報了專利、發(fā)表了學術論文[6-8]。作為一種行之有效的教學方法，項目驅動教學法對于解決教學中理論與實踐脫節(jié)的問題有著良好的補償作用，能夠充分發(fā)揮學生個體的學習主動性，大大提高了學生的綜合素質，有效地培養(yǎng)了學生自主學習、分析問題、解決問題、科研創(chuàng)新的能力。

3 教學手段

教材是本科生課程教學的一個重要組成部分，教材的質量直接影響課程教學的有效性。目前，《機械工程測試技術》課程的國內可用教材眾多，教學基本上都以知識體系為順序。先講傳感器的基本概念和基本特性，然后依據(jù)不同傳感原理介紹幾類傳感器和相關應用，如電阻式、壓電式、電容式、電磁式、光電式傳感器等，一般還配有幾個簡單的傳感原理演示和驗證試驗，過多地強調了理論知識的傳授，忽視了知識應用能力的培養(yǎng)，因此帶來了一些負面影響。我們精心選擇口碑較好的教材進行教學，并要求學生查閱相關文獻。此外，結合多年的教學經(jīng)驗和科研成果，我們還編寫了補充講義，新增了近幾年機械工程測試技術新發(fā)展。力爭使學生能系統(tǒng)地學習該課程，掌握機械工程測試技術的基礎知識，了解最新研究動態(tài)。根據(jù)講授內容，教師帶有關實物在課堂上展示，使枯燥的理論與實際有機結合；根據(jù)講授內容，教師提出有關工程實際案例。以工程應用背景的案例激發(fā)學生的學習興趣，強化學習效果；通過例題、習題和思考題的內容選編和精心設計反映傳感器技術在當代科技和工程實際與現(xiàn)實生活中的應用。為了增加課程信息量，我們還采用Flash、Powerpoint等多媒體應用軟件，設計開發(fā)了電子教案和網(wǎng)絡課件進行教學，借助Matlab、Proteus、Labview等計算機仿真軟件進行模擬演示和實驗驗證，使教學內容更加豐富，表現(xiàn)形式更為多樣，變粉筆黑板式教學為現(xiàn)代電子教學，使過去因沒有實物對象而抽象難學的內容變得具體、生動、形象。

4 實踐環(huán)節(jié)

近兩年，我們購置了一批功能更為齊全和先進的教學實驗設備，精心安排了一批實驗項目，將原來單純傳感器原理驗證性實驗改變?yōu)榕c現(xiàn)代檢測技術相結合的研究性實驗。鼓勵學生參加教師或企業(yè)的科研項目，培養(yǎng)學生的實際動手能力和工程應用能力。對一些想學習興趣濃厚、學有余力的學生，可利用畢業(yè)設計的形式進行深入研究，結合課程知識的學習，完成一個測試系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)。同時，開放教學實驗室和科研實驗室，鼓勵學生結合課程知識申報校級大學生創(chuàng)新項目、參加社會實踐和各類學科競賽，開展DIY電子設計制作等，并將這些活動的成果作為課程成績的考核，建立起以全面發(fā)展為導向，以能力考核為重點，多元化的學業(yè)評價體系[9]。此外，利用假期學校組織教師開展“千名教師進農村、進社區(qū)、進企業(yè)”活動的契機，由任課老師帶領學生進入企業(yè)實地考察、現(xiàn)場學習，與企業(yè)開展合作，解決一些實際問題。同學們在活動中能很快發(fā)現(xiàn)課堂知識在企業(yè)中的實際運用，而且一些老師回來以后有了很多的好想法、好點子，也會融入到課堂教學中。這樣的實踐形式，不僅為師生們提供了服務社會的機會，也更好地培養(yǎng)了學生理論聯(lián)系實踐的能力，提高了課程教學的質量和效果。

5 結語

《機械工程測試技術》在機械類相關專業(yè)的課程體系中有著重要的地位和作用，這幾年的教學實踐探索表明，要教好這門課，必須及時地補充更新教學內容，采取與教學內容相適應的教學方法，加快教材和課件建設，充分利用各種資源，重視實踐環(huán)節(jié)的組織與實施，才能讓學生在學習過程中掌握基本理論，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，為今后的專業(yè)工作打下堅實的基礎。

參考文獻

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篇10

論文摘要：隨著信息技術的飛速發(fā)展，數(shù)字化實驗作為一種新型實驗教學方法，對傳統(tǒng)實驗教學的變革起到了積極的影響。筆者結合本校數(shù)字化實驗室的發(fā)展，對數(shù)字化實驗室在中學實驗教學中的應用及數(shù)字化實驗的優(yōu)越性，數(shù)字化實驗與傳統(tǒng)實驗的關系方面做了論述。

數(shù)字化實驗是在傳統(tǒng)實驗技術的基礎上引入了計算機技術。隨著計算機技術的發(fā)展，數(shù)字化實驗技術也得到了飛速發(fā)展，成為傳統(tǒng)實驗室技術向現(xiàn)代化、數(shù)字化發(fā)展的方向。數(shù)字化實驗室作為一種新型的實驗手段，在新課程改革背景下破土而出。數(shù)字化實驗室既是對傳統(tǒng)實驗教學的有效補充，又是傳統(tǒng)實驗教學的延伸。我校在物理、化學、生物、地理四個學科中裝備了數(shù)字化實驗室，其中的數(shù)字化設備包括高級數(shù)據(jù)采集(在平板電腦中加裝數(shù)據(jù)采集卡)和傳感器。

一、數(shù)字化實驗室的優(yōu)越性

數(shù)字化實驗是在傳統(tǒng)實驗技術的基礎上，應用傳感器技術，將傳統(tǒng)實驗中的信息數(shù)字化并傳送到計算機，由專用軟件處理后，通過圖像、表格、視頻等多種形式來動態(tài)地顯示出來。能使學生觀察到化學變化的整個過程，能對變化過程進行直觀、形象處理的實驗方法。在一定程度上將化學反應過程中微觀世界通過數(shù)據(jù)與圖表展現(xiàn)出來，揭示其中的科學規(guī)律。根據(jù)我校數(shù)字化實驗室使用過程來看，數(shù)字化實驗具有如下特點。

1.數(shù)字化實驗室具有開放性。根據(jù)教學的實際需要，數(shù)字化實驗室既可用于演示實驗（配合投影設備），也可進行分組實驗；既可課堂教學使用，也可用于綜合實踐活動。其中最適合于綜合實踐活動，利用高級數(shù)據(jù)采集器的特點，可以到家庭、田野、工廠做實驗。因此，數(shù)字化實驗室是一個開放性的實驗平臺，無論在教學內容還是教學方式上都具有開放性。例如，測定污水中的酸堿度。傳統(tǒng)的實驗方法是到各點取樣，送回實驗室分析，這樣即費時又費力。而數(shù)字化實驗就可以直接帶上設備到各點測定，數(shù)據(jù)由電腦分析后通過無線網(wǎng)絡發(fā)回，可以方便地匯總數(shù)據(jù)。

2.數(shù)字化實驗室具有智能型的特點，其智能性特征基本貫穿整個科學實驗過程。例如，在中和熱的測定實驗中，傳統(tǒng)的實驗方法無論取點和作圖都由手工完成。而數(shù)字化實驗這些過程都是由計算機完成的，而且能準確、清晰地顯示出溫度的變化曲線。利用智能軟件能夠直接顯示數(shù)據(jù)坐標，精確測量任何兩點的距離，而且可以同步顯示真實數(shù)據(jù)。

3.數(shù)字化實驗室與傳統(tǒng)實驗具有整合性。數(shù)字化實驗室仍以學生的真實實驗為基礎，只是在信息處理的重要環(huán)節(jié)上采用了計算機技術(采集、處理和表達)，從而實現(xiàn)了計算機技術與傳統(tǒng)實驗技術的整合。

二、數(shù)字化實驗是對傳統(tǒng)實驗技術的延伸與發(fā)展

傳統(tǒng)定性實驗一般是通過人的主觀觀察（顏色、氣味、冷熱、沉淀、氣泡等）來判斷反應進行的情況。而定量實驗是通過儀器（溫度計、電流表、電壓表等）斷續(xù)地測量數(shù)據(jù)，進一步由手工繪制圖表，最后通過分析來完成任務。而數(shù)字化實驗則是通過傳感器技術直接測定并且量化數(shù)據(jù)，同時將數(shù)據(jù)傳給計算機，由計算機給出動態(tài)的輸出結果。測定各組成成分的數(shù)值及其之間的數(shù)量關系，從而更科學地分析問題、解決問題。

由于傳感器和計算機的介入，實驗的過程中能更快更準確地連續(xù)監(jiān)測、采集和處理實驗數(shù)據(jù)，能夠利用軟件實時顯示數(shù)據(jù)。并能夠存儲、傳輸以及對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計等分析處理，提高了實驗準確性，使實驗結果更真實。這樣數(shù)字化實驗不僅使原來的定量實驗實現(xiàn)自動化，迅速、準確地給出實驗結果，而且可以使原來的定性實驗做定量化。

數(shù)字化實驗可以及時捕捉細微的科學過程。傳統(tǒng)實驗一般都是靠眼睛觀察實驗現(xiàn)象、靠手腦記錄和處理數(shù)據(jù)。但很多實驗現(xiàn)象是來不及觀察或者根本觀察不到，有時即使能夠讀數(shù)，也容易造成較大誤差。而數(shù)字化實驗可以通過傳感器可以捕捉 “瞬時”的過程，我們能夠通過計算機記錄下來仔細分析，可以探究的問題范圍和深度都大大拓展，更容易、更深刻地揭示客觀規(guī)律。

數(shù)字化實驗可以拓展問題探究的深度和廣度，更有利于探究性教學。把很多原來只能意會的問題通過數(shù)字、表格、視頻等形式顯示出來，將傳統(tǒng)實驗技術與傳感技術、信息技術的有機結合，使學生能觀察、捕捉并分析傳統(tǒng)實驗儀器無法觀察到的微弱信息和瞬間信息，對探究問題的深度提出了更高的挑戰(zhàn)，更具備發(fā)展性，更有培養(yǎng)學生的積極探究意識。

例如，在做酸堿中和滴定實驗時，傳統(tǒng)實驗是通過酸堿指示劑來確定中點。實驗過程中只能看到中點時指示劑顏色的突變，不能看到PH值變化的全過程。而在數(shù)字化實驗中使用PH傳感器就可以讓學生看到在中和反應中溶液PH值變化的全過程，并將整個過程用圖形顯示出來。學生可以很方便地探究中和反應的本質問題。

數(shù)字化實驗室其實就是傳統(tǒng)實驗室的延伸。它是在傳統(tǒng)實驗技術的基礎上，引入傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計算機組成的多功能實驗平臺。數(shù)字化實驗室既是對傳統(tǒng)實驗教學的有效補充，又是傳統(tǒng)實驗教學的變革，更是一次對新課標下實驗教學的挑戰(zhàn)。這需要我們不斷地探索，才能有效地用于實驗教學，才能發(fā)揮它的巨大優(yōu)越性。

參考文獻