《傳感器與檢測技術(shù)》教學(xué)大綱

《傳感器與檢測技術(shù)》教學(xué)大綱課程編號：13220409英文名稱：SensorandMeasuringTechnology學(xué)分：2.0學(xué)時：總學(xué)時40學(xué)時，其中理論24學(xué)時，實踐16學(xué)時先修課程：大學(xué)物理，電路原理，模擬電子技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)，單片機原理及應(yīng)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(xué)生教學(xué)單位：機械與電氣工程學(xué)院修讀學(xué)期：第4學(xué)期一、課程描述和目標(biāo)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(xué)習(xí)和掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知識。它提供了對測量參數(shù)中的傳感器處理方法，使傳感器提供的變化能夠被轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)需要的電信號信息。本課程同時提供了傳感器電路應(yīng)用設(shè)計，以把傳感器嵌入到各類具體應(yīng)用中。本課程對于電子工程領(lǐng)域的項目設(shè)計與開發(fā)至關(guān)重要。本課程擬達到的課程目標(biāo):課程目標(biāo)1：學(xué)習(xí)常用傳感器基礎(chǔ)知識，根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，能在電氣工程及自動控制系統(tǒng)設(shè)計中正確選擇和應(yīng)用傳感器并獲取參數(shù)信號；能夠根據(jù)具體要求，通過閱讀各種文獻和網(wǎng)絡(luò)資料，在多種傳感器中選擇性價比最高的方案。課程目標(biāo)2：準(zhǔn)確掌握傳感器特性，確認在不同場合，不同系統(tǒng)中各傳感器的細節(jié)應(yīng)用和組合使用，熟練傳感器電路設(shè)計，獲取準(zhǔn)確的測量參數(shù)，確保系統(tǒng)處于穩(wěn)定可控工作狀態(tài)。課程目標(biāo)3：在學(xué)習(xí)傳感器與檢測技術(shù)的過程中，培養(yǎng)學(xué)生正確的產(chǎn)品設(shè)計觀念，培養(yǎng)學(xué)生社會責(zé)任感，正確理解性價比的折衷問題，追求優(yōu)質(zhì)設(shè)計的理念。二、課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求觀測點課程目標(biāo)權(quán)重2.3能認識到解決電氣工程相關(guān)領(lǐng)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(biāo)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(shè)計；課程目標(biāo)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(guān)領(lǐng)域的工程實踐中自覺遵守。課程目標(biāo)3M三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配序號教學(xué)內(nèi)容基本要求及重、難點（含德育要求）學(xué)時教學(xué)方式對應(yīng)課程目標(biāo)1檢測誤差與傳感器的基本知識，檢測技術(shù)。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(shù)特點，傳感器的數(shù)學(xué)模型概念?；疽螅簩鞲衅骰A(chǔ)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(biāo)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(jié)構(gòu)，尤其是能夠獲得絕對信號的差動式形式。講解交流驅(qū)動和直流驅(qū)動，重點講解電子技術(shù)發(fā)展對于交/直流驅(qū)動、交/直流放大器的影響。基本要求：了解R、C、L常用傳感器在測力、測位移等場合的應(yīng)用。掌握R、C、L常用傳感器的典型測量電路，包括：電阻應(yīng)變電橋不同傳感器數(shù)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(yīng)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(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)33壓電式傳感器。講解壓電效應(yīng)和壓電材料，壓電傳感器的等效電路和測量電路。基本要求：掌握解壓電式傳感器的典型應(yīng)用。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(yīng)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(zé)任。2集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)24磁電式傳感器。介紹磁電感應(yīng)及霍爾傳感器工作原理。講解磁電傳感器（磁鐵+線圈）典型應(yīng)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(xiàn)代霍爾集成電路：數(shù)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(xué)生掌握檢測電路設(shè)計、后續(xù)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計、整機設(shè)計調(diào)試。重點難點：霍爾傳感器數(shù)字與模擬應(yīng)用電路。德育要求：規(guī)范意識。2集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)25光電式傳感器。介紹內(nèi)/外光電效應(yīng)及對應(yīng)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(shù)字光電傳感器：光柵、光電碼盤。掌握開關(guān)式光電傳感器的對射式、遮斷式、光幕設(shè)計與應(yīng)用。以聲控?zé)魹槔髮W(xué)生掌握檢測電路設(shè)計、整機設(shè)計調(diào)試。重點難點：光電流的I/V轉(zhuǎn)換；溫度/參數(shù)響應(yīng)特性。德育要求：誠實守信。4集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)1課程目標(biāo)26濕敏、超聲波傳感器。講解濕敏傳感器及應(yīng)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?；疽螅赫莆宅F(xiàn)代數(shù)字濕度傳感器工作原理及應(yīng)用，要求學(xué)生掌握檢測電路設(shè)計、后續(xù)嵌入式系統(tǒng)、整機設(shè)計調(diào)試。重點難點：濕敏電阻交流驅(qū)動及電路設(shè)計；濕敏電阻溫度補償?shù)亩蝺?nèi)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(biāo)1課程目標(biāo)27溫度傳感器及其應(yīng)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(xiàn)代數(shù)字溫度傳感器工作原理，掌握常用芯片的使用及驅(qū)動。重點難點：熱電阻導(dǎo)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(biāo)1課程目標(biāo)28數(shù)字式傳感器的發(fā)展及工業(yè)開關(guān)傳感器。基本要求：了解光電碼盤、光柵等原理，了解1線總線、IIC總線、現(xiàn)場總線、無線網(wǎng)絡(luò)概念。金屬接近開關(guān)、光電開關(guān)、超聲波開關(guān)、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(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3合計24序號實驗項目實驗內(nèi)容與要求學(xué)時類型對應(yīng)課程目標(biāo)1金屬電阻箔式應(yīng)變片――全電橋性能實驗?zāi)艽罱娐?，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(biāo)1課程目標(biāo)22電容式傳感器的位移實驗?zāi)艽罱娐?，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(biāo)1課程目標(biāo)23差動變壓器的性能實驗?zāi)艽罱娐?，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(biāo)1課程目標(biāo)24光電轉(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用—轉(zhuǎn)速測量能夠搭建電路，調(diào)整光電傳感器，進行數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量。3綜合性課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)35熱電偶傳感器及測溫實驗搭建加熱測溫系統(tǒng)及電路，完成溫控及測溫實驗。4綜合性課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3合計16四、課程教學(xué)方法（1）理論學(xué)習(xí)以集中授課的形式為主，課內(nèi)交互討論為輔；（2）綜合項目設(shè)計以小組形式，課內(nèi)進行基本設(shè)計思想講授，提供設(shè)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(xué)在專業(yè)實驗中心完成，分組集中進行，實驗指導(dǎo)教師實時指導(dǎo)。五、學(xué)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(gòu)成與要求課程考核注重形成性和終結(jié)性評價相結(jié)合，考核內(nèi)容主要由平時作業(yè)、課程實驗、課內(nèi)綜合設(shè)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(nèi)綜合設(shè)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(biāo)達成考核與評價序號教學(xué)環(huán)節(jié)課程目標(biāo)1（分值）課程目標(biāo)2（分值）課程目標(biāo)3（分值）合計1平時作業(yè)5100152課程實驗5105203綜合設(shè)計項目5105204期末考試2020545課程目標(biāo)對應(yīng)分值355015100（二）考核與評價標(biāo)準(zhǔn)評價過程均采用百分制。1.平時成績考核與評價標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用分析，能夠有積極的主觀設(shè)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(yīng)用分析，能夠給出較好的解決方案，但分析與總結(jié)能力不足。能完成傳感器應(yīng)用分析和系統(tǒng)設(shè)計，但不具備根據(jù)系統(tǒng)特點進行針對性分析、設(shè)計與總結(jié)。學(xué)習(xí)被動，分析錯誤，不能完成系統(tǒng)設(shè)計，分析總結(jié)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?zāi)芨鶕?jù)要求搭建實驗裝置，圓滿完成實驗任務(wù)，準(zhǔn)確處理獲得的數(shù)據(jù)，體現(xiàn)出優(yōu)秀的系統(tǒng)分析和設(shè)計實現(xiàn)能力，過程中踐行工程師規(guī)范。能根據(jù)要求搭建實驗裝置，自行完成實驗任務(wù)，較為準(zhǔn)確處理獲得的數(shù)據(jù)，具有一定的系統(tǒng)分析和設(shè)計實現(xiàn)能力，過程中踐行工程師規(guī)范。能根據(jù)要求完成部分實驗任務(wù)，系統(tǒng)分析和設(shè)計實現(xiàn)能力較弱，處理數(shù)據(jù)能力一般能夠基本踐行工程師規(guī)范和社會責(zé)任。無法根據(jù)要求完成部分實驗任務(wù)，不具備系統(tǒng)分析和設(shè)計實現(xiàn)能力，工程師規(guī)范和社會責(zé)任意識差。3.綜合設(shè)計項目分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分綜合設(shè)計項目實施過程：制作水平高，理解職業(yè)道德、社會責(zé)任和工程規(guī)范。系統(tǒng)性能：能根據(jù)具體任務(wù)要求完成控制系統(tǒng)設(shè)計，性能指標(biāo)完全符合任務(wù)要求。答辯成績：能從傳感器原理，電路設(shè)計等角度準(zhǔn)確分析項目設(shè)計內(nèi)容，清晰闡述實施方案。項目報告：能借助網(wǎng)絡(luò)資源和文獻資料，對項目實施過程進行準(zhǔn)確有效分析和總結(jié)，準(zhǔn)確進行參數(shù)設(shè)計計算，作品測試完全達到設(shè)計要求。設(shè)計符合工程師職業(yè)道德、社會責(zé)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(zé)任和工程規(guī)范。系統(tǒng)性能：能根據(jù)具體任務(wù)要求完成控制系統(tǒng)設(shè)計，性能指標(biāo)基本符合任務(wù)要求。答辯成績：能較好從傳感器原理，電路設(shè)計等角度分析項目設(shè)計內(nèi)容，準(zhǔn)確闡述實施方案。項目報告：能借助網(wǎng)絡(luò)資源和文獻資料，對項目實施過程進行較為準(zhǔn)確有效分析和總結(jié)，準(zhǔn)參數(shù)設(shè)計計算較為合理，作品測試達到設(shè)計要求。設(shè)計符合工程師職業(yè)道德、社會責(zé)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(zé)任和工程規(guī)范。系統(tǒng)性能：能根據(jù)任務(wù)要求，基本完成控制系統(tǒng)設(shè)計，主要部分指標(biāo)達標(biāo)。答辯成績：對傳感器原理和設(shè)計電路問題回答不夠準(zhǔn)確?；灸軌驕?zhǔn)確闡述實施方案。項目報告：能借助網(wǎng)絡(luò)資源和文獻資料，基本能夠?qū)椖繉嵤┻^程進行分析和總結(jié)，參數(shù)設(shè)計計算基本準(zhǔn)確，作品測試主要指標(biāo)達到設(shè)計要求。設(shè)計基本符合工程師職業(yè)道德、社會責(zé)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(zé)任和工程規(guī)范。系統(tǒng)性能：主要設(shè)計未能夠完成，大部分性能指標(biāo)不達標(biāo)或者不符合任務(wù)要求。答辯成績：對傳感器原理和設(shè)計電路問題回答錯誤。不能夠準(zhǔn)確闡述實施方案。項目報告：不能夠能借助網(wǎng)絡(luò)資源和文獻資料，對項目實施過程進行準(zhǔn)確有效分析和總結(jié)，不能夠進行參數(shù)設(shè)計計算，作品測試主要指標(biāo)不能達到設(shè)計要求。設(shè)計不符合工程師職業(yè)道德、社會責(zé)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(zhǔn)確，計算準(zhǔn)確。傳感器基本轉(zhuǎn)換電路準(zhǔn)確，應(yīng)用設(shè)計準(zhǔn)確。設(shè)計題目中，能夠準(zhǔn)確選擇傳感器，準(zhǔn)確設(shè)計應(yīng)用電路細節(jié)參數(shù)，并給出準(zhǔn)確設(shè)計說明。設(shè)計應(yīng)用符合工程師職業(yè)道德、社會責(zé)任和工程規(guī)范。傳感器基本概念準(zhǔn)確，計算較準(zhǔn)確。傳感器基本轉(zhuǎn)換電路原理較準(zhǔn)確，應(yīng)用設(shè)計較準(zhǔn)確。設(shè)計題目中，能夠準(zhǔn)確選擇傳感器，較為準(zhǔn)確設(shè)計應(yīng)用電路細節(jié)參數(shù)，有少量錯誤，能夠給出較準(zhǔn)確的設(shè)計說明。設(shè)計應(yīng)用符合工程師職業(yè)道德、社會責(zé)任和工程規(guī)范。傳感器基本概念準(zhǔn)確。計算基本準(zhǔn)確，傳感器基本轉(zhuǎn)換電路正確。設(shè)計題目中，基本能夠根據(jù)不同要求選擇不同傳感器，主要參數(shù)設(shè)計正確，細節(jié)錯誤較多，能夠給出基本合理的設(shè)計說明。設(shè)計應(yīng)用基本符合工程師職業(yè)道德、社會責(zé)任和工程規(guī)范。不具備傳感器基本概念。不具備傳感器轉(zhuǎn)換電路設(shè)計能力。設(shè)計題目中，不能夠準(zhǔn)確選擇傳感器，不能準(zhǔn)確給出設(shè)計應(yīng)用電路細節(jié)參數(shù)和設(shè)計說明。設(shè)計應(yīng)