《傳感器與檢測技術》教學大綱

《傳感器與檢測技術》教學大綱課程編號：13220409英文名稱：SensorandMeasuringTechnology學分：2.0學時：總學時40學時，其中理論24學時，實踐16學時先修課程：大學物理，電路原理，模擬電子技術，數字電子技術，單片機原理及應用課程類別：專業(yè)主干課程授課對象：電氣工程及自動化專業(yè)學生教學單位：機械與電氣工程學院修讀學期：第4學期一、課程描述和目標本課程是電子工程及自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，是電子工程及自動化專業(yè)必須學習和掌握的專業(yè)基礎知識。它提供了對測量參數中的傳感器處理方法，使傳感器提供的變化能夠被轉化為系統需要的電信號信息。本課程同時提供了傳感器電路應用設計，以把傳感器嵌入到各類具體應用中。本課程對于電子工程領域的項目設計與開發(fā)至關重要。本課程擬達到的課程目標:課程目標1：學習常用傳感器基礎知識，根據設計目標，能在電氣工程及自動控制系統設計中正確選擇和應用傳感器并獲取參數信號；能夠根據具體要求，通過閱讀各種文獻和網絡資料，在多種傳感器中選擇性價比最高的方案。課程目標2：準確掌握傳感器特性，確認在不同場合，不同系統中各傳感器的細節(jié)應用和組合使用，熟練傳感器電路設計，獲取準確的測量參數，確保系統處于穩(wěn)定可控工作狀態(tài)。課程目標3：在學習傳感器與檢測技術的過程中，培養(yǎng)學生正確的產品設計觀念，培養(yǎng)學生社會責任感，正確理解性價比的折衷問題，追求優(yōu)質設計的理念。二、課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系畢業(yè)要求觀測點課程目標權重2.3能認識到解決電氣工程相關領域的問題有多種方案可選擇，會通過文獻研究尋求可替代的解決方案；課程目標1H3.2能夠針對特定需求，完成輸電、變電、配電、拖動等單元模塊的設計；課程目標2H8.2理解誠實公正、誠信守則的工程職業(yè)道德和規(guī)范，并能夠在電氣工程相關領域的工程實踐中自覺遵守。課程目標3M三、教學內容、基本要求與學時分配序號教學內容基本要求及重、難點（含德育要求）學時教學方式對應課程目標1檢測誤差與傳感器的基本知識，檢測技術。簡介誤差理論、傳感器的定義；介紹傳感器的分類、傳感器的靜態(tài)、動態(tài)特性。講解傳感器的技術特點，傳感器的數學模型概念。基本要求：將傳感器基礎知識與誤差理論以工科常識形式做永久記憶。重點難點：誤差理論；德育要求：集體力量。2集中講授課程目標12以物理量R、C、L分類的三類常用傳感器。講解R、C、L常用的傳感器結構，尤其是能夠獲得絕對信號的差動式形式。講解交流驅動和直流驅動，重點講解電子技術發(fā)展對于交/直流驅動、交/直流放大器的影響?；疽螅毫私釸、C、L常用傳感器在測力、測位移等場合的應用。掌握R、C、L常用傳感器的典型測量電路，包括：電阻應變電橋不同傳感器數量的靈敏度、測量電路；雙T二極管差動電容測量；差動電感傳感器的相敏檢波電路等。重點難點：均選擇差動式電路原因；應變電阻目前不使用交流放大的原因；相敏檢波。德育要求：工匠精神。6集中講授課程目標1課程目標2課程目標33壓電式傳感器。講解壓電效應和壓電材料，壓電傳感器的等效電路和測量電路?；疽螅赫莆战鈮弘娛絺鞲衅鞯牡湫蛻?。掌握壓電式超聲波傳感器的工作原理；掌握超聲波測距典型電路。擴展了解壓電器件的功率應用：超聲波清洗、超聲波塑料焊接。重點難點：電荷放大器。德育要求：社會責任。2集中講授課程目標1課程目標24磁電式傳感器。介紹磁電感應及霍爾傳感器工作原理。講解磁電傳感器（磁鐵+線圈）典型應用與電路處理，講解扭力矩測量。介紹小電流互感器、電壓互感器?；疽螅赫莆宅F代霍爾集成電路：數字、模擬；電流檢測變送器原理；典型出租車計價器檢測電路。以出租車計價器為例，要求學生掌握檢測電路設計、后續(xù)嵌入式系統設計、整機設計調試。重點難點：霍爾傳感器數字與模擬應用電路。德育要求：規(guī)范意識。2集中講授課程目標1課程目標25光電式傳感器。介紹內/外光電效應及對應典型器件。介紹常見的光電傳感器：光敏電阻、光電二極管、光電三極管、光電池。講解光敏電阻、光電二極管、光電三極管、光電池測量電路及光特性曲線。基本要求：掌握數字光電傳感器：光柵、光電碼盤。掌握開關式光電傳感器的對射式、遮斷式、光幕設計與應用。以聲控燈為例，要求學生掌握檢測電路設計、整機設計調試。重點難點：光電流的I/V轉換；溫度/參數響應特性。德育要求：誠實守信。4集中講授課程目標1課程目標1課程目標26濕敏、超聲波傳感器。講解濕敏傳感器及應用場合與表示方法。講解濕度傳感器的分類與檢測原理；介紹氣敏傳感器特點與檢測原理。基本要求：掌握現代數字濕度傳感器工作原理及應用，要求學生掌握檢測電路設計、后續(xù)嵌入式系統、整機設計調試。重點難點：濕敏電阻交流驅動及電路設計；濕敏電阻溫度補償的二次內插法；超聲波接收AGC。德育要求：化繁為簡。2集中講授課程目標1課程目標27溫度傳感器及其應用。介紹接觸式測溫、非接觸式測溫元器件。介紹常用的工業(yè)測溫傳感器：熱電阻、熱電偶工作原理。基本要求：掌握熱電阻、熱電偶的測量原理及典型電路；掌握傳感器線性化方法。了解現代數字溫度傳感器工作原理，掌握常用芯片的使用及驅動。重點難點：熱電阻導線補償；熱電偶冷端補償。德育要求：制度自信。4集中講授課程目標1課程目標28數字式傳感器的發(fā)展及工業(yè)開關傳感器?；疽螅毫私夤怆姶a盤、光柵等原理，了解1線總線、IIC總線、現場總線、無線網絡概念。金屬接近開關、光電開關、超聲波開關、光幕等。重點難點：光柵細分；格雷碼。德育要求：精益求精。2集中講授課程目標1課程目標2課程目標3合計24序號實驗項目實驗內容與要求學時類型對應課程目標1金屬電阻箔式應變片――全電橋性能實驗能搭建電路，輸入砝碼作為力輸入。獲得線性的電壓輸出。3驗證性課程目標1課程目標22電容式傳感器的位移實驗能搭建電路，以位移型電容模型傳感器為輸入，以千分表作為唯一輸入量，獲得線性的電壓輸出。3驗證性課程目標1課程目標23差動變壓器的性能實驗能搭建電路，以位移型差動變壓器模型傳感器為輸入，以千分表作為唯一輸入量，獲得線性的電壓輸出。3驗證性課程目標1課程目標24光電轉速傳感器的應用—轉速測量能夠搭建電路，調整光電傳感器，進行數字式轉速測量。3綜合性課程目標1課程目標2課程目標35熱電偶傳感器及測溫實驗搭建加熱測溫系統及電路，完成溫控及測溫實驗。4綜合性課程目標1課程目標2課程目標3合計16四、課程教學方法（1）理論學習以集中授課的形式為主，課內交互討論為輔；（2）綜合項目設計以小組形式，課內進行基本設計思想講授，提供設計器件及空間，課外分散完成，集中答疑，集中評價。（3）實踐教學在專業(yè)實驗中心完成，分組集中進行，實驗指導教師實時指導。五、學業(yè)評價和課程考核（一）考核方式及具體要求1.課程成績構成與要求課程考核注重形成性和終結性評價相結合，考核內容主要由平時作業(yè)、課程實驗、課內綜合設計項目和期末考核組成，均按百分制計分，其中期末考核成績占45%，課內綜合設計項目占20%，課程實驗成績占20%，平時作業(yè)成績占15%。2.課程目標達成考核與評價序號教學環(huán)節(jié)課程目標1（分值）課程目標2（分值）課程目標3（分值）合計1平時作業(yè)5100152課程實驗5105203綜合設計項目5105204期末考試2020545課程目標對應分值355015100（二）考核與評價標準評價過程均采用百分制。1.平時成績考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分作業(yè)能夠很好地完成傳感器應用分析，能夠有積極的主觀設計及分析思想，能夠給出優(yōu)秀的解決方案。能夠較好地完成傳感器應用分析，能夠給出較好的解決方案，但分析與總結能力不足。能完成傳感器應用分析和系統設計，但不具備根據系統特點進行針對性分析、設計與總結。學習被動，分析錯誤，不能完成系統設計，分析總結能力不足。2.課程實驗分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分課程實驗能根據要求搭建實驗裝置，圓滿完成實驗任務，準確處理獲得的數據，體現出優(yōu)秀的系統分析和設計實現能力，過程中踐行工程師規(guī)范。能根據要求搭建實驗裝置，自行完成實驗任務，較為準確處理獲得的數據，具有一定的系統分析和設計實現能力，過程中踐行工程師規(guī)范。能根據要求完成部分實驗任務，系統分析和設計實現能力較弱，處理數據能力一般能夠基本踐行工程師規(guī)范和社會責任。無法根據要求完成部分實驗任務，不具備系統分析和設計實現能力，工程師規(guī)范和社會責任意識差。3.綜合設計項目分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分綜合設計項目實施過程：制作水平高，理解職業(yè)道德、社會責任和工程規(guī)范。系統性能：能根據具體任務要求完成控制系統設計，性能指標完全符合任務要求。答辯成績：能從傳感器原理，電路設計等角度準確分析項目設計內容，清晰闡述實施方案。項目報告：能借助網絡資源和文獻資料，對項目實施過程進行準確有效分析和總結，準確進行參數設計計算，作品測試完全達到設計要求。設計符合工程師職業(yè)道德、社會責任和工程規(guī)范。實施過程：制作水平較好，理解職業(yè)道德、社會責任和工程規(guī)范。系統性能：能根據具體任務要求完成控制系統設計，性能指標基本符合任務要求。答辯成績：能較好從傳感器原理，電路設計等角度分析項目設計內容，準確闡述實施方案。項目報告：能借助網絡資源和文獻資料，對項目實施過程進行較為準確有效分析和總結，準參數設計計算較為合理，作品測試達到設計要求。設計符合工程師職業(yè)道德、社會責任和工程規(guī)范。實施過程：制作水平一般，理解職業(yè)道德、社會責任和工程規(guī)范。系統性能：能根據任務要求，基本完成控制系統設計，主要部分指標達標。答辯成績：對傳感器原理和設計電路問題回答不夠準確?；灸軌驕蚀_闡述實施方案。項目報告：能借助網絡資源和文獻資料，基本能夠對項目實施過程進行分析和總結，參數設計計算基本準確，作品測試主要指標達到設計要求。設計基本符合工程師職業(yè)道德、社會責任和工程規(guī)范。實施過程：制作水平差，不能正確理解職業(yè)道德、社會責任和工程規(guī)范。系統性能：主要設計未能夠完成，大部分性能指標不達標或者不符合任務要求。答辯成績：對傳感器原理和設計電路問題回答錯誤。不能夠準確闡述實施方案。項目報告：不能夠能借助網絡資源和文獻資料，對項目實施過程進行準確有效分析和總結，不能夠進行參數設計計算，作品測試主要指標不能達到設計要求。設計不符合工程師職業(yè)道德、社會責任和工程規(guī)范。4.期末考試分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分期末考試傳感器基本概念準確，計算準確。傳感器基本轉換電路準確，應用設計準確。設計題目中，能夠準確選擇傳感器，準確設計應用電路細節(jié)參數，并給出準確設計說明。設計應用符合工程師職業(yè)道德、社會責任和工程規(guī)范。傳感器基本概念準確，計算較準確。傳感器基本轉換電路原理較準確，應用設計較準確。設計題目中，能夠準確選擇傳感器，較為準確設計應用電路細節(jié)參數，有少量錯誤，能夠給出較準確的設計說明。設計應用符合工程師職業(yè)道德、社會責任和工程規(guī)范。傳感器基本概念準確。計算基本準確，傳感器基本轉換電路正確。設計題目中，基本能夠根據不同要求選擇不同傳感器，主要參數設計正確，細節(jié)錯誤較多，能夠給出基本合理的設計說明。設計應用基本符合工程師職業(yè)道德、社會責任和工程規(guī)范。不具備傳感器基本概念。不具備傳感器轉換電路設計能力。設計題目中，不能夠準確選擇傳感器，不能準確給出設計應用電路細節(jié)參數和設計說明。設計應