傳感器原理及應(yīng)用課程教學(xué)大綱

PAGEPAGE10《傳感器原理及應(yīng)用》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱傳感器原理及應(yīng)用課程編號01130023課程性質(zhì)必修課課程類別核心課程開課單位測控教研室授課學(xué)期第6學(xué)期學(xué)分/學(xué)時3/48課內(nèi)學(xué)時48理論授課40上機學(xué)時0課內(nèi)實踐0實驗學(xué)時8課外學(xué)時48適用專業(yè)測控技術(shù)與儀器是否雙語否先修課程模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電路原理后續(xù)課程光電檢測、數(shù)字圖像處理二、課程簡介《傳感器原理及應(yīng)用》是測控技術(shù)與儀器本科專業(yè)的核心課程，為理論性、實踐性較強的一門課程。本課程任務(wù)是闡述各種類型傳感器的基本原理、結(jié)構(gòu)、性能、參數(shù)、特點以及傳感器的轉(zhuǎn)換、檢測電路和傳感器技術(shù)應(yīng)用。通過本課程的教學(xué)，讓學(xué)生掌握針對不同的被測量對象如何選擇合適的傳感器，設(shè)計合理的傳感器信號調(diào)理電路，進而能解決自動檢測裝置和系統(tǒng)中比較復(fù)雜的測量問題，為將來的自動控制系統(tǒng)設(shè)計、生產(chǎn)過程控制和管理工作打下必要的基礎(chǔ)。三、課程目標(biāo)及對畢業(yè)要求指標(biāo)點的支撐（一）課程目標(biāo)課程目標(biāo)1：知識目標(biāo)能解釋傳感器、檢測系統(tǒng)等相關(guān)的專業(yè)術(shù)語；能利用數(shù)學(xué)理論、物理和電路的基本定律等分析常用傳感器的工作原理、測量電路；能解釋傳感器的典型工程應(yīng)用，并能使用傳感器進行簡單的測量。課程目標(biāo)2：能力目標(biāo)具備常用傳感器的識別與測量能力；能夠識別電路圖原理，并能在實驗臺上正確連接電路；能夠運用傳感器工作原理、測量電路等專業(yè)知識分析與解決復(fù)雜工程問題；能夠針對溫度、壓力、物位等過程量和位移、速度、加速度等機械量等參數(shù)檢測任務(wù)，分析、比較和選用適宜的參數(shù)測量方法，構(gòu)建測控模塊、系統(tǒng)或儀器；體現(xiàn)認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度及嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)。課程目標(biāo)3：素質(zhì)目標(biāo)能夠識別工程問題的綜合特征，綜合運用傳感器的基本原理、測量電路等專業(yè)知識，設(shè)計滿足特等需求的測控系統(tǒng)；體現(xiàn)積極進取、勇于創(chuàng)新的時代精神和服務(wù)社會的意識。（二）課程目標(biāo)對畢業(yè)要求指標(biāo)點的支撐課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點畢業(yè)要求課程目標(biāo)11.3學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)知識，掌握解決復(fù)雜測控系統(tǒng)工程問題的基本思路和方法。1-工程知識課程目標(biāo)22.2能夠?qū)⑾嚓P(guān)基礎(chǔ)理論和基本原理綜合應(yīng)用于復(fù)雜工程問題的表述，對復(fù)雜工程問題的解決途徑進行分析、對比并試圖改進；3.3能夠設(shè)計滿足特定需求的測控模塊、系統(tǒng)或儀器，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識。2-問題分析3-設(shè)計/開發(fā)解決方案課程目標(biāo)31.3學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)知識，掌握解決復(fù)雜測控系統(tǒng)工程問題的基本思路和方法；3.3能夠設(shè)計滿足特定需求的測控模塊、系統(tǒng)或儀器，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識。1-工程知識3-設(shè)計/開發(fā)解決方案四、課程基本教學(xué)內(nèi)容及對課程目標(biāo)的支撐（一）課程基本教學(xué)內(nèi)容第一單元緒論（學(xué)時數(shù)：2學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容理解傳感器基本概念；掌握傳感器的構(gòu)成；掌握傳感器的分類及要求；理解傳感器的地位和作用；了解傳感器技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。2.重點和難點重點：傳感器的定義、組成、分類。難點：傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢。3.教學(xué)方法課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠識記傳感器的概念；能夠理解傳感器的組成、基本功能；能夠比較不同類別的傳感器。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)3第二單元傳感器技術(shù)基礎(chǔ)（學(xué)時數(shù)：4學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容理解傳感器的一般數(shù)學(xué)模型；掌握傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性指標(biāo)；了解改善傳感器性能的技術(shù)途徑；了解合理選擇傳感器的基本原則與方法；理解傳感器標(biāo)定與校準(zhǔn)。2.重點和難點重點：傳感器的靜態(tài)特性與動態(tài)特性基本概念、傳感器的數(shù)學(xué)模型、傳感器靜態(tài)特性基本參數(shù)與指標(biāo)等。難點：傳感器動態(tài)特性中的傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)分析。3.教學(xué)方法課堂講授、巡回指導(dǎo)、隨堂測驗。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠解釋傳感器靜態(tài)特性與動態(tài)特性的基本概念；能夠比較傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)以及傳感器動態(tài)響應(yīng)的特性指標(biāo)、頻率響應(yīng)的特性指標(biāo)；能夠理解傳感器靜態(tài)標(biāo)定與校準(zhǔn)的基本方法。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2第三單元電阻式傳感器（學(xué)時數(shù)：8學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容掌握電阻應(yīng)變計的基本原理與結(jié)構(gòu)；掌握電阻應(yīng)變計的主要特性；掌握電阻應(yīng)變計的溫度效應(yīng)及其補償；了解電阻應(yīng)變計的應(yīng)用；掌握電阻式傳感器的測量電路；理解如何通過電阻應(yīng)變計式傳感器測量力、壓力、位移、應(yīng)變、加速度等非電量參數(shù)；了解壓阻式傳感器的基本原理及應(yīng)用。2.重點和難點重點：應(yīng)變與應(yīng)變效應(yīng)的含義；電阻應(yīng)變片的溫度誤差及其補償方法；應(yīng)變電阻式傳感器的工作原理；電阻應(yīng)變片的測量電路。難點：電阻應(yīng)變片的溫度誤差及其補償方法，直流電橋的非線性誤差及其補償方法。3.教學(xué)方法課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗、實驗。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠認(rèn)知并理解應(yīng)變、應(yīng)變效應(yīng)、壓阻效應(yīng)等基本概念；會分析應(yīng)變片的種類和應(yīng)變電阻式傳感器的工作原理；能夠推導(dǎo)直流電橋的平衡條件與電壓靈敏度特性；會分析電阻應(yīng)變片的溫度誤差及其補償方法；能夠應(yīng)用應(yīng)變電阻式傳感器。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。第四單元變磁阻式傳感器（學(xué)時數(shù)：8學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容了解傳感器線圈的電氣參數(shù)分析；掌握變氣隙式、變面積式、螺管式自感傳感器的工作原理，掌握自感式傳感器的差動原理，理解自感傳感器的測量電路，了解自感式傳感器的誤差及補償；理解互感式傳感器的基本原理，了解其測量電路及誤差補償；理解電感式傳感器對于位移、壓力、力、振動等的測量方法；掌握電渦流式傳感器的工作原理，了解其測量電路，理解電渦流傳感器的主要應(yīng)用。2.重點和難點重點：自感式、差動變壓器式傳感器的工作原理、輸出特性；電渦流式傳感器的工作原理、等效電路。難點：差動整流電路和相敏檢波電路。3.教學(xué)方法課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗、實驗。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果會分析自感式、差動變壓器式傳感器的工作原理、輸出特性；會分析電渦流式傳感器的工作原理、等效電路；能夠評價差動整流電路和相敏檢波電路的作用；會分析自感式傳感器的交流電橋、變壓器式交流電橋和諧振式測量電路；能夠解釋電渦流式傳感器的調(diào)頻式、調(diào)幅式測量電路工作原理；能夠構(gòu)建變磁阻式傳感器的典型應(yīng)用。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。第五單元電容式傳感器（學(xué)時數(shù)：6學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容掌握變極距型、變面積型、變介質(zhì)型電容傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)形式及特性；了解應(yīng)用中存在的問題及其改進措施；掌握電容式傳感器的測量電路；理解電容式傳感器在位移、加速度、壓力、力、物位等非電量測量上的應(yīng)用。2.重點和難點重點：電容式傳感器的工作原理、測量電路、靈敏度及非線性分析。難點：雙T二極管交流電橋、脈沖調(diào)寬電路。3.教學(xué)方法課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果會分析平板電容式傳感器（變極距型、變面積型、變介質(zhì)型）以及圓筒電容式傳感器（變介質(zhì)型）的工作原理；會分析變壓器式交流電橋、雙T二極管交流電橋、脈沖調(diào)寬電路、運算放大器電路等測量電路；能夠構(gòu)建電容式傳感器的典型應(yīng)用；能夠?qū)φ兆愿惺絺鞲衅鞣治鲎儤O距式電容式傳感器的非線性。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。第六單元磁電式傳感器（學(xué)時數(shù)：6學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容掌握磁電式傳感器的結(jié)構(gòu)型式，掌握恒磁通式、變磁通式傳感器的工作原理；理解磁電式傳感器的動態(tài)特性；了解磁電式傳感器的誤差及補償；了解磁電式傳感器的測振方法；掌握霍爾傳感器工作原理，掌握霍爾效應(yīng)概念，了解霍爾元件特性參數(shù)，了解霍爾傳感器誤差及補償，理解霍爾傳感器對微位移、振動、轉(zhuǎn)速的測量方法。2.重點和難點重點：電磁感應(yīng)、霍爾效應(yīng)的基本概念，磁電式傳感器工作原理、分類、測量電路，霍爾傳感器的工作原理。難點：磁電式傳感器的基本特性。3.教學(xué)方法課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠理解電磁感應(yīng)、霍爾效應(yīng)的基本概念；會分析磁電式傳感器的工作原理、分類、測量電路；會分析霍爾傳感器的工作原理；能夠分析霍爾元件的基本結(jié)構(gòu)；能夠構(gòu)建磁電式傳感器、霍爾式傳感器的典型應(yīng)用。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。第七單元壓電式傳感器（學(xué)時數(shù)：6學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容掌握壓電式傳感器的基本工作原理，掌握壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)的基本概念，理解壓電材料的主要特性參數(shù)，理解石英晶體、壓電陶瓷的壓電特性；了解石英晶片的切型及符號，了解壓電方程的建立過程；掌握壓電式傳感器的等效電路及測量電路；理解壓電式傳感器的應(yīng)用。2.重點和難點重點：壓電式傳感器的工作原理、測量電路。難點：壓電式傳感器的測量電路。3.教學(xué)方法課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗、實驗。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠解釋壓電效應(yīng)、正壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)的基本概念；會分析壓電式傳感器的等效電路、電荷放大器與電壓放大器的測量電路；能比較壓電材料的分類及其特性；會分析壓電元件的連接特性；能夠構(gòu)建壓電式傳感器的典型應(yīng)用。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。第八單元熱電式傳感器（學(xué)時數(shù)：6學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容了解熱電式傳感器的分類及特點；了解熱電阻和熱敏電阻的特性，理解熱敏電阻的非線性校正原理；理解熱電偶傳感器的基本原理，掌握熱電效應(yīng)的概念，掌握熱電偶的四大基本定律及溫度補償；理解熱電式傳感器的應(yīng)用。2.重點和難點重點：基本概念；熱電偶的測溫原理、基本定律、冷端溫度補償方法、實用測溫電路；熱電阻的溫度特性、測量電路；熱敏電阻的溫度特性。難點：熱電偶的種類及冷端溫度補償方法。3.教學(xué)方法課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗、實驗。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠比較并解釋熱電效應(yīng)、熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、接觸電動勢、溫差電動勢、工作端（熱端）、自由端（冷端）分度表等概念；會分析熱電偶的測溫原理、基本定律、熱電偶的冷端補償、熱電偶的測溫電路；會分析熱電阻的溫度特性、測量電路；會使用熱電偶、熱電阻分度表；認(rèn)識并理解熱敏電阻的溫度特性；能夠構(gòu)建基于熱電式傳感器的溫度測量系統(tǒng)。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。第九單元光纖式傳感器（學(xué)時數(shù)：2學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容了解光纖式傳感器的工作原理，掌握其基本特性，了解光纖式傳感器的分類；理解四種光調(diào)制與解調(diào)技術(shù)；了解光纖式傳感器的典型應(yīng)用。2.重點和難點重點：光纖式傳感器的工作原理。難點：四種光調(diào)制與解調(diào)技術(shù)。3.教學(xué)方法課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果會分析光纖的傳光原理；能夠理解光纖的主要特性、光纖傳感器的組成、分類與應(yīng)用。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。（二）課程基本教學(xué)內(nèi)容對課程目標(biāo)的支撐課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)學(xué)時安排課內(nèi)課外學(xué)時比例第一單元緒論課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗課程目標(biāo)1、321:1第二單元傳感器技術(shù)基礎(chǔ)課堂講授、巡回指導(dǎo)、隨堂測驗課程目標(biāo)1、241:1第三單元電阻式傳感器課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗、實驗課程目標(biāo)1、2、381:1第四單元變磁阻式傳感器課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗、實驗課程目標(biāo)1、2、381:1第五單元電容式傳感器課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗課程目標(biāo)1、2、361:1第六單元磁電式傳感器課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗課程目標(biāo)1、2、361:1第七單元壓電式傳感器課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗、實驗課程目標(biāo)1、2、361:1第八單元熱電式傳感器課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗、實驗課程目標(biāo)1、2、361:1第九單元光纖式傳感器課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、隨堂測驗課程目標(biāo)1、2、321:1合計481:1五、課程考核及對課程目標(biāo)的支撐（一）課程考核課程成績構(gòu)成（百分制）課程成績構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標(biāo)分值考核/評價細(xì)則平時成績20%課后作業(yè)50共計安排5次作業(yè)，分析計算題為主，主要考核各重點章節(jié)知識點。目標(biāo)分值=0.5×作業(yè)平均值。思維導(dǎo)圖15共計安排5次思維導(dǎo)圖作業(yè)，繪制各章節(jié)內(nèi)容的思維導(dǎo)圖，并提交講解視頻，主要考核各章節(jié)重點知識的總結(jié)與歸納，限時5分鐘。根據(jù)思維導(dǎo)圖優(yōu)劣及視頻講解質(zhì)量給學(xué)生打分。目標(biāo)分值=0.15×導(dǎo)圖平均值隨堂測驗25課堂根據(jù)需要隨時安排測驗，客觀題為主，主要考核基礎(chǔ)知識，每次答題時間控制在15分鐘之內(nèi)。目標(biāo)分值=0.25×測驗平均值出勤和綜合表現(xiàn)10按出勤、聽課狀態(tài)、回答問題積極程度、使用手機做與學(xué)習(xí)無關(guān)事情的次數(shù)等課堂表現(xiàn)酌情加減分，最終以滿分10分折算。實踐成績10%實驗100安排4次實驗，主要考核電阻式、變磁阻式、壓電式、熱電式傳感器的特性及應(yīng)用，需提交實驗報告，根據(jù)數(shù)據(jù)和報告內(nèi)容的準(zhǔn)確性、詳實度按比例折算，滿分10分。期末測驗70%知識401.考核范圍：所有教學(xué)內(nèi)容2.測驗題型：客觀題（選擇、判斷、填空）、主觀題（簡答、分析計算）3.評價細(xì)則：客觀題占約50分，主觀題約占50分。能力40綜合應(yīng)用20（二）課程考核對課程目標(biāo)的支撐教學(xué)內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標(biāo)第一單元緒論1-1傳感器基本概念與物理定律1-2傳感器的構(gòu)成法1-3傳感器的分類及要求1-4傳感器的地位和作用1-5傳感器的發(fā)展趨勢隨堂測驗期末測驗課程目標(biāo)1、3第二單元傳感器技術(shù)基礎(chǔ)2-1傳感器的一般數(shù)學(xué)模型2-2傳感器的特性與指標(biāo)2-3改善傳感器性能的技術(shù)途徑2-4傳感器的合理選用2-5傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)隨堂測驗課后作業(yè)思維導(dǎo)圖期末測驗課程目標(biāo)1、2第三單元電阻式傳感器3-1電阻應(yīng)變計的基本原理與結(jié)構(gòu)3-2電阻應(yīng)變計的主要特性3-3電阻應(yīng)變計溫度效應(yīng)及其補償3-4電阻應(yīng)變計的應(yīng)用3-5測量電路3-6電阻應(yīng)變計式傳感器3-7壓阻式傳感器隨堂測驗課后作業(yè)實驗思維導(dǎo)圖期末測驗課程目標(biāo)1、2、3第四單元變磁阻式傳感器4-1傳感器線圈的電氣參數(shù)分析4-2自感式傳感器4-3互感式傳感器4-4電感式傳感器的應(yīng)用4-5電渦流式傳感器隨堂測驗實驗期末測驗課程目標(biāo)1、2、3第五單元電容式傳感器5-1工作原理、結(jié)構(gòu)及特性5-2應(yīng)用存在的問題及其改進措施5-3測量電路5-4電容式傳感器及其應(yīng)用隨堂測驗課后作業(yè)思維導(dǎo)圖期末測驗課程目標(biāo)1、2、3第六單元磁電式傳感器6-1基本原理與結(jié)構(gòu)型式6-2磁電式傳感器的動態(tài)特性6-3磁電式傳感器的誤差及補償6-4兩種測振傳感器6-5霍爾傳感器隨堂