《醫(yī)用傳感器原理及應(yīng)用》教學(xué)大綱

《醫(yī)用傳感器原理及應(yīng)用》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：06140981課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：3學(xué)分學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)（理論40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)）先修課程：大學(xué)物理、電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)等后續(xù)課程：醫(yī)學(xué)圖像處理、醫(yī)學(xué)儀器原理及設(shè)計(jì)等適用專業(yè)：醫(yī)學(xué)信息工程開(kāi)課單位：電子信息工程學(xué)院一、課程說(shuō)明《醫(yī)用傳感器原理及應(yīng)用》是醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)必修的一門專業(yè)課程。本課程主要傳授各類傳感器原理與應(yīng)用特點(diǎn)，為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程及以后從事技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)。本課程注重基本原理的掌握，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用原理解決合理選擇和使用傳感器實(shí)際問(wèn)題的能力，并兼顧傳感器發(fā)展動(dòng)向的介紹。醫(yī)用傳感器是獲取生物信息的窗口，醫(yī)用傳感器技術(shù)的發(fā)展必將成為對(duì)21世紀(jì)影響深遠(yuǎn)的技術(shù)。二、課程目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握各類醫(yī)用傳感器的基本理論，掌握幾何量、機(jī)械量及有關(guān)測(cè)量中常用的各種醫(yī)用傳感器的工作原理、主要性能及其特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生“一絲不茍、精益求精”的職業(yè)素養(yǎng)。課程目標(biāo)2：掌握常用醫(yī)用傳感器的工程設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)研究方法。了解醫(yī)用傳感器的發(fā)展動(dòng)向，培養(yǎng)學(xué)生良好的交流、溝通、與人合作的能力。課程目標(biāo)3：理解有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)以及相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、行業(yè)政策，根據(jù)需求能合理地選擇和使用醫(yī)用傳感器，了解醫(yī)用傳感器前沿技術(shù)，鼓勵(lì)學(xué)生為我國(guó)的醫(yī)學(xué)信息事業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《醫(yī)用傳感器原理及應(yīng)用》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見(jiàn)表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識(shí)1.3掌握醫(yī)學(xué)信息工程所需的專業(yè)知識(shí)，并能將其綜合應(yīng)用于解決復(fù)雜醫(yī)學(xué)信息工程問(wèn)題。課程目標(biāo)1：掌握各類醫(yī)用傳感器的基本理論，掌握幾何量、機(jī)械量及有關(guān)測(cè)量中常用的各種醫(yī)用傳感器的工作原理、主要性能及其特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生“一絲不茍、精益求精”的職業(yè)素養(yǎng)。M2.問(wèn)題分析2.2能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)基本原理，對(duì)復(fù)雜醫(yī)學(xué)信息工程問(wèn)題進(jìn)行表述。課程目標(biāo)2：掌握常用醫(yī)用傳感器的工程設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)研究方法。了解醫(yī)用傳感器的發(fā)展動(dòng)向，培養(yǎng)學(xué)生良好的交流、溝通、與人合作的能力。H5.使用現(xiàn)代工具5.1能夠了解和合理選擇現(xiàn)代醫(yī)學(xué)信息工程的技術(shù)資源和現(xiàn)代工程工具、信息技術(shù)工具，解決復(fù)雜醫(yī)學(xué)信息工程問(wèn)題并理解其局限性。課程目標(biāo)3：理解有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)以及相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、行業(yè)政策，根據(jù)需求能合理地選擇和使用醫(yī)用傳感器，了解醫(yī)用傳感器前沿技術(shù)，鼓勵(lì)學(xué)生為我國(guó)的醫(yī)學(xué)信息事業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。M7.環(huán)境可持續(xù)發(fā)展7.1樹立科學(xué)發(fā)展觀，了解國(guó)家、地方關(guān)于環(huán)境保護(hù)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)政策法規(guī)，認(rèn)識(shí)和理解其對(duì)專業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的導(dǎo)向和意義。課程目標(biāo)3：理解有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)以及相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、行業(yè)政策，根據(jù)需求能合理地選擇和使用醫(yī)用傳感器，了解醫(yī)用傳感器前沿技術(shù)，鼓勵(lì)學(xué)生為我國(guó)的醫(yī)學(xué)信息事業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.緒論1.1傳感器的作用1.2醫(yī)用傳感器的定義、構(gòu)成、用途及分類1.3醫(yī)用傳感器應(yīng)具有的性能和特殊要求1.4醫(yī)用傳感器的發(fā)展教學(xué)要求：使學(xué)生掌握醫(yī)用傳感器的定義、構(gòu)成、用途及分類；了解醫(yī)用傳感器的、性能要求和發(fā)展。重點(diǎn)：醫(yī)用傳感器的構(gòu)成、用途和分類。難點(diǎn)：醫(yī)用傳感器的性能要求。21、32.傳感器的基本特性2.1傳感器的靜態(tài)特性2.2傳感器的動(dòng)態(tài)特性及其分析2.3傳感器的誤差教學(xué)要求：使學(xué)生掌握醫(yī)用傳感器靜態(tài)特性的具體參數(shù)和動(dòng)態(tài)特性的衡量指標(biāo)。了解動(dòng)態(tài)特性的分析方法。重點(diǎn)：醫(yī)用傳感器的靜態(tài)特性。難點(diǎn)：醫(yī)用傳感器的動(dòng)態(tài)特性。11、33.應(yīng)變式電阻傳感器3.1金屬電阻應(yīng)變式傳感器3.2半導(dǎo)體固態(tài)壓阻式傳感器3.3電阻式傳感器的測(cè)量及接口電路3.4應(yīng)變式電阻傳感器的醫(yī)學(xué)應(yīng)用教學(xué)要求：使學(xué)生掌握應(yīng)變片的工作原理、轉(zhuǎn)換電路的形式和計(jì)算方法，溫度誤差與補(bǔ)償。理解應(yīng)變片的主要特性，應(yīng)變式傳感器的醫(yī)學(xué)應(yīng)用舉例、壓阻式和電位器式傳感器的工作原理。了解應(yīng)變片類型、粘貼工藝。重點(diǎn)：電阻式傳感器的工作原理，直流電橋的計(jì)算。難點(diǎn)：電阻式傳感器的測(cè)量電路，溫度誤差的補(bǔ)償方法。621、2、34.電容式傳感器4.1基本工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)4.2電容式傳感器的測(cè)量電路4.3電容式傳感器的誤差分析4.4電容式傳感器的醫(yī)學(xué)應(yīng)用教學(xué)要求：使學(xué)生掌握電容式傳感器工作原理和結(jié)構(gòu)類型，電容式傳感器的特點(diǎn)和誤差分析。理解電容式傳感器的醫(yī)學(xué)應(yīng)用。重點(diǎn)：工作原理、特點(diǎn)和應(yīng)用注意事項(xiàng)。難點(diǎn)：電容式傳感的測(cè)量電路。41、35.電感式傳感器5.1自感式傳感器5.2互感式傳感器5.3電渦流式變換原理5.4測(cè)量電路5.5電感式傳感器的應(yīng)用教學(xué)要求：使學(xué)生掌握自感式傳感器的工作原理、設(shè)計(jì)原則，差動(dòng)變壓器式傳感器工作原理，主要誤差及其補(bǔ)償方法，電渦流式傳感器工作原理。理解自感式傳感器特性分析、等效電路、轉(zhuǎn)換電路，電渦流形成范圍。了解差動(dòng)變壓器式傳感器的轉(zhuǎn)換電路，電渦流式傳感器轉(zhuǎn)換電路及其應(yīng)用。重點(diǎn)：零點(diǎn)殘余電壓及其補(bǔ)償方法。難點(diǎn)：自感式傳感器的設(shè)計(jì)原則。421、2、36.壓電式傳感器6.1壓電效應(yīng)6.2壓電材料及主要性能參數(shù)6.3壓電傳感器的等效電路和測(cè)量電路6.4壓電傳感器的應(yīng)用教學(xué)要求：掌握壓電效應(yīng)及其物理解釋，壓電元件常用結(jié)構(gòu)形式，測(cè)量電路。了解壓電材料及主要特性、應(yīng)用舉例。超聲波傳感器、探傷儀，無(wú)損檢測(cè)。重點(diǎn)：壓電效應(yīng)、測(cè)量電路。難點(diǎn)：壓電效應(yīng)的物理解釋、電荷放大器與電壓放大器的對(duì)比。421、2、37.磁傳感器7.1磁電式傳感器7.2電磁流量計(jì)7.3霍爾傳感器7.4其他類型的磁傳感器7.5磁傳感器的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用教學(xué)要求：掌握磁電式傳感器工作原理，霍爾式傳感器工作原理、誤差及其補(bǔ)償。理解磁電式傳感器的設(shè)計(jì)，霍爾元件及材料，霍爾元件基本特性。了解磁電式、霍爾式傳感器的應(yīng)用。重點(diǎn)：霍爾式傳感器工作原理，誤差及補(bǔ)償。難點(diǎn)：磁傳感器的設(shè)計(jì)。321、2、38.熱電式傳感器8.1熱敏電阻式傳感器8.2熱電偶式傳感器8.3晶體管與集成溫度傳感器8.4非接觸式溫度傳感器8.5其他類型的溫度傳感器8.6熱電式傳感器的醫(yī)學(xué)應(yīng)用教學(xué)要求：掌握熱電偶工作原理，冷端處理方法。了解常用熱電偶，熱電阻傳感器、熱敏電阻。重點(diǎn)：熱電偶。難點(diǎn)：熱電效應(yīng)。41、39.光學(xué)傳感器9.1光電傳感器9.2光電耦合器件9.3紅外傳感器9.4光纖傳感器9.5CCD器件及其應(yīng)用教學(xué)要求：掌握光電效應(yīng)及其器件，半導(dǎo)體光電元件的特性，掌握光纖的基本原理、光纖傳感器的基本原理。掌握紅外輻射的基本知識(shí)，紅外傳感器的工作原理，了解紅外測(cè)溫、紅外成像、紅外無(wú)損檢測(cè)等。重點(diǎn)：光電效應(yīng)，紅外傳感器的工作原理，光纖傳感器的基本原理，CCD傳感器。難點(diǎn)：光調(diào)制技術(shù)，CCD的電荷耦合過(guò)程。41、310.化學(xué)傳感器10.1電化學(xué)測(cè)量基礎(chǔ)10.2離子傳感器10.3氣體傳感器10.4光纖化學(xué)傳感器10.5壓電化學(xué)傳感器教學(xué)要求：使學(xué)生掌握常見(jiàn)的氣敏傳感器的種類及應(yīng)用場(chǎng)合；掌握常見(jiàn)的濕敏傳感器的種類及測(cè)量方法。重點(diǎn)：氣敏、濕敏傳感器的工作原理。難點(diǎn)：氣敏、濕敏傳感器的種類及測(cè)量電路。31、311.生物醫(yī)用電極11.1電極的基本概念11.2電極的極化11.3極化電極與非極化電極11.4電極的阻抗特性11.5檢測(cè)電極和刺激電極11.6微電極教學(xué)要求：使學(xué)生掌握電極的基本概念、分類；了解電極的阻抗特性、微電極。重點(diǎn)：電極的基本概念、分類。難點(diǎn)：電極的阻抗特性、微電極。21、312.生物傳感器12.1概述12.2生物敏感膜和敏感元件的制備技術(shù)12.3酶生物傳感器12.4微生物和組織及細(xì)胞器傳感器12.5免疫傳感器12.6基因傳感器12.7新型的生物傳感器教學(xué)要求：使學(xué)生了解生物傳感器的概念、特點(diǎn)、分類和應(yīng)用，了解生物傳感器的分類方法和適用場(chǎng)合。重點(diǎn)：生物傳感器的概念。難點(diǎn)：生物傳感器的工作原理。31、3合計(jì)4082.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表3。表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.電阻應(yīng)變片特性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：應(yīng)變片單臂、半橋、全橋測(cè)試。實(shí)驗(yàn)要求：了解電阻應(yīng)變片傳感器的轉(zhuǎn)換原理；掌握電阻應(yīng)變片直流電橋的工作原理和特性；利用電阻應(yīng)變片直流電橋測(cè)量傳感器的電壓輸出靈敏度。21、2、32.壓電傳感器振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：使用壓電傳感器測(cè)量振動(dòng)。實(shí)驗(yàn)要求：了解壓電傳感器的測(cè)量振動(dòng)原理和方法。21、2、33.電感式傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：使用差動(dòng)變壓器式傳感器測(cè)量位移。實(shí)驗(yàn)要求：了解差動(dòng)變壓器式傳感器的原理和工作情況，了解差動(dòng)螺管式電感傳感器測(cè)量系統(tǒng)的組成和工作情況。21、2、34.霍爾傳感器測(cè)速實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：使用霍爾傳感器測(cè)量物體轉(zhuǎn)速。實(shí)驗(yàn)要求：掌握霍爾傳感器的工作原理及特性。21、2、3合計(jì)8五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生比較全面地理解醫(yī)用傳感器的特點(diǎn)與基本工作原理，在掌握傳感器基本理論和主要性能的基礎(chǔ)上，具有進(jìn)行傳感器工程方案設(shè)計(jì)的初步能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過(guò)啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生傳感器的基本理論、基本知識(shí)和基本技能。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)際動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。六、課程資源1.推薦教材：王平.《生物醫(yī)學(xué)傳感與檢測(cè)》（第四版）.浙江大學(xué)出版社.2021.2.參考書：（1）張玉蓮.《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》（第3版）.機(jī)械工業(yè)出版社.2019.（2）高成等.《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》.機(jī)械工業(yè)出版社.2015.（3）葉廷東等.《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》.清華大學(xué)出版社.2016.（4）童敏明等.《傳感器原理與檢測(cè)技術(shù)》.機(jī)械工業(yè)出版社.2014.3.期刊：（1）物理學(xué)報(bào)，中國(guó)物理學(xué)會(huì);中國(guó)科學(xué)院物理研究所.（2）高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，吉林大學(xué).（3）機(jī)械工程學(xué)報(bào),中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì).（4）MaterialsResearchBulletin,OAJRC.（5）Engineering，中國(guó)CAE戰(zhàn)略研究中心;中國(guó)高等教育出版社.（6）儀器儀表學(xué)報(bào)，中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì).4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）傳感器技術(shù)_武漢大學(xué)_中國(guó)大學(xué)MOOC(慕課)，/course/WHU-1001549001?tid=1206873235.傳感器原理及應(yīng)用_北京交通大學(xué)_中國(guó)大學(xué)MOOC(慕課)，https:///course/NJTU-1002550001?tid=1206824213.七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過(guò)程性考核成績(jī)和期末考核成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見(jiàn)表4。表4課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過(guò)程性考核課堂表現(xiàn)12（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問(wèn)題情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?52實(shí)驗(yàn)16（1）根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量單獨(dú)評(píng)分，滿分100分。（2）每次實(shí)驗(yàn)單獨(dú)評(píng)分，取各次實(shí)驗(yàn)成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以實(shí)驗(yàn)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√√664作業(yè)12（1）主要考核學(xué)生對(duì)各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分。（2）每次作業(yè)單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?62期末考核60（1）卷面成績(jī)100分，以卷面成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。（2）主要考核醫(yī)用傳感器的基本理論，掌握幾何量、機(jī)械量及有關(guān)測(cè)量中常用的各種醫(yī)用傳感器的工作原理、主要性能及其特點(diǎn)等內(nèi)容。（3）考試題型為：填空題、選擇題、判斷題、簡(jiǎn)答題、綜合分析題等。√√√252510合計(jì)：100分404218八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)、期末考試等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽?jī)由期末試卷成績(jī)和過(guò)程性考核成績(jī)組成。其中：期末試卷成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類型為填空題、選擇題、判斷題、簡(jiǎn)答題、綜合分析題等類型，試卷中基本知識(shí)、基本理論、基本技能的試題分值不超過(guò)50%，綜合應(yīng)用題、分析題不低于50%；課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)等過(guò)程性考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過(guò)程性考核和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時(shí)基本成比例。2.過(guò)程性考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見(jiàn)表5。表5過(guò)程性考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)30積極參與教學(xué)活動(dòng)，踴躍回答問(wèn)題，準(zhǔn)確率大于90%。認(rèn)真參與教學(xué)活動(dòng)，回答問(wèn)題準(zhǔn)確率大于80%。偶爾參與教學(xué)活動(dòng)，回答問(wèn)題準(zhǔn)確率大于70%。上課不認(rèn)真，偶爾參與教學(xué)活動(dòng)。上課不認(rèn)真，不參與教學(xué)活動(dòng)。作業(yè)30作業(yè)完整，思路清晰，平均準(zhǔn)確率大于等于90%。作業(yè)完整，平均準(zhǔn)確率大于等于80%。作業(yè)基本