《传感器与检测技术》课程标准

《传感器与检测技术》课程标准课程名称：传感器与检测技术学分：6参考学时：64适用专业：智能交通技术运用专业一、课程性质本课程是智能交通技术运用专业必修的一门专业基础课。本课程知识结构主要由传感器技术基础、温度传感器、力传感器、光电传感器、图像传感器、霍尔传感器与其他磁传感器及应用、位移、物位传感器、新型传感器、传感器接口电路、智能传感器、传感器网络知识等构成。本课程所涵盖的知识结构一方面构成本专业从业者素质和职业素养基本条件之一，另一方面构成学习专业课程前期必需具备的基础知识，是专业课程所涵盖知识的基础。课程内容丰富，涉及范围广，实践性强，与智控和城轨类工作岗位有较强的联系，具有很强的应用性，是学生职业能力、职业素质培养的专业必修课程。本课程对培养学生科学思维方式的养成具有重要意义。本课程基础理论需要以高等数学作为理论分析的数学工具，故需在学习并获得微积分理论、线性代数理论、复数基础、微分方程与微分方程的解等数学知识，具备这些数学知识熟练应用能力的基础后，在进入本课程的学习中，除进一步巩固和应用数学知识，同时获得本课程涵盖的新的电学、物理学原理和概念。本课程内容主要包括传感器的基础知识，以及电阻式、电感式、电容式、热电偶、压电式、霍尔式、流量式、超声波、红外式、光电式、化学和集成温度传感器方面的介绍。另一方面对检测技术进行介绍，包括检测技术的基础知识，以及温度、振动、物位、运动量和力学量参数等检测技术，围绕着参数检测的基础知识和检测方法进行介绍。本课程的专业知识对《公路供配电技术基础》、《公路监控技术应用》、《车载智能技术应用》、《计算机网络安全》、《城市公共交通/嵌入式系统》、《公路通信技术应用》等课程的学习和掌握程度有直接的影响力。二、课程设计思路课程设计遵循“113”的原则。“113”的原则是指课程开发遵循一个重点，一个过程，三个特性。一个重点是指课程开发以能力培养为重点；一个过程是指与企业合作开发基于工作过程的课程；三个特性是指课程开发充分体现职业性、实用性和开放性。职业性是指课程设计开发以职业性岗位需求（即职业资格标准）为依据，实用性是指课程内容选取上从岗位工作过程出发，以满足岗位工作为准则，体现学以致用、实用性原则；开放性是指课程开发具有延续性和适度的灵活性，既利于课堂教学，又便于学生独立学习、自主设计和课后学习。依照本课程知识的特点和学生进入本课程学习状态的特点，本课程的学习和知识技能训练主要由基本理论适应阶段、测量电路、实验原理知识深入阶段、应用案例实践阶段等三个阶段构成。基本理论适应阶段，主要完成传感器与检测技术基础知识的学习。其知识构成特点是电路分析、物理学原理的认识支撑传感器检测技术知识。学生在高中阶段所获得相关知识构成本阶段知识的基础，但学习的方式和方法会有较大的不同，需要在本阶段的学习中不断调整学习方式和方法。传感器电路分析和物理学原理的认识构成了传感器机构认识和分析的基础，需要很好的予以掌握。测量电路、实验原理知识深入阶段，学习开关量控制，环境量检测，能量型、物性型传感器工作原理和应用是全新的课程，课程内容和课程理论体系与电工学基础的学习阶段具有较大的不同，本阶段内容的学习对学生具有较大的挑战性。本阶段的知识同时也是专业传感器与检测技术知识主要支柱，理论学习和技术应用都具有非常重要地位。应用案例实践阶段：具有硬件和软件结合的特点。硬件上学习逻辑电路的连接和逻辑电路接口结构与工作特点，软件上学习智能型传感器数据分析和逻辑功能编程设计能力。同时也要掌握一定量的逻辑功能部件的基本工作原理。本课程所需总学时数：64学时。理论学习时数约需54学时。实践学时数为10学时。三、课程培养目标（一）总目标通过本课程的学习使学生掌握传感器与检测技术的基本概念、基本理论、基本分析方法和基本技能，并应用这些知识对有关传感器及检测电路的一般问题和现象进行分析；为学习专业知识和从事交通智能控制技术工作打下坚实的基础。了解本标准规定范围内的电路、电子器件的基本功能、特性，初步掌握查阅其主要参数的方法；掌握常见传感器、检测电路的组成和基本原理，能查阅掌握常用的传感器及检测电路的电路图；完成本标准所规定的实验，掌握常用电子仪器仪表的使用，制作具有传感器检测功能的微小型模型，具有较强的实践操作能力。（二）具体目标1、能力目标：能熟练掌握并分析能量控制型传感器，如电位器式、应变片式、电感式、电容式传感器的工作原理。能熟练掌握并分析物性型传感器，如压电式、超声波、磁电式、光电式、核辐射传感器的工作原理。能熟练掌握并分析环境量检测传感器，如温度、气敏、湿敏、离子敏传感器的工作原理。能熟练掌握并分析智能传感器，了解其概念、实现途径、发展前景。能熟练掌握滤波分析检测电路。能熟练描述常用传感器和检测技术电路的工作原理。通过与实训课程的结合。能熟练掌握运用电工操作基本技能制作微小型传感器检测模型。能熟练掌握传感器与检测电路实现方法和测量、维护和修理技能。2、知识目标：掌握传感器与检测技术基本理论。掌握传感器与检测技术的基本理论和应用电路。掌握能量控制型、物性型、环境量检测传感器的结构和应用方向。掌握寻迹车、热敏温控灭火装置、传送带的实现方法和技术特点。掌握相关的模拟、数字电路的逻辑综合和设计方法。3、素质目标：具备电路认知思维模式和技术应用素质。具备使用电路系统数学模型的建模方法，分析方法的素质。具备分析传感器与检测电路工作原理分析的素质。四、课程内容与要求表1课程内容与要求表序号项目（任务或模块等）知识内容与要求技能内容与要求教学活动设计学时安排1传感器与检测技术基础知识1.传感器分类及型号表达方法2.测量误差类型及处理1.会识别各种传感器型号的意义2.会对测量误差进行必要的分析活动1.课件展示电饭煲或其它常用电器的控制电路，引出本课程的重要作用活动2.讲述本课程的模块结构、主要内容、教学方法及考核方案活动3.用实物训练仪表使用62电阻式传感器1.掌握电阻应变片的工作原理、适用场合、粘贴方法2.了解其工作原理，型号表示方法，日常维护要点3.光敏电阻的工作原理及其型号表示4.湿敏电阻测量空气湿度的原理，气敏电阻的工作原理及其应用电路1.能够根据测量需要正确选择电阻应变片的型号，能够用万用表对应变片进行好坏判别，会正确粘贴应变片2.能够看懂热电阻型号，会合理选用，会判别其好坏3.能够正确合理地选用光敏电阻组成测量电路，清楚光敏电阻的应用场合4.能够用湿敏和气敏电阻进行空气湿度的简单测量和有害气体的监测活动1.结合某种电阻应变片进行传感器型号的讲解，传感器的分类；结合电压测量介绍测量误差的类型及处理方法，实验室中进行应变片粘贴操作和检测操作，组成各种测量电桥，并用于称重试验，做成简单的电子称活动2.在实验室用标准热电阻进行水温的测定，并对其测量精度进行计算，最后分析其产生误差的主要原因3.光敏电阻的典型测量电路介绍，光敏电阻在控制电路中的应用，教师提出基本控制要求，让学生用光敏电阻来实现，设计出控制电路图4.用酒精气敏传感器来对酒精气体进行报警，在实验室观察其报警效果，思考如何进行报警界限点的调整83电容传感器1.差动电容传感器的结构原理，型号表示方法及其适用场合2.电容式物位传感器的结构原理及其型号表示1.能够正确选用差动电容传感器组成测量电路，正确识别电容传感器的型号含义，会判别其好坏2.能够用电容式物位传感器进行水位的测量，会正确选用各种电容式物位传感器，并会排除常见故障活动1.在教师指导下用差动电容传感器进行微小位移的测定，熟悉常用电容传感器的型号类型表示方法活动2.在教师指导下设计一种电容式物位传感器的应用电路，选择合理的型号，根据测量要求合理配用各种电路元件，做到既正确合理又经济实用64电感传感器1.自感式电感传感器的工作原理，型号表示及其应用场合2.电感式接近开关的结构原理、型号表示及适用场合1.能够正确选用电感式传感器进行控制或测量，能判断其好坏2.能够用电感式接近开关组成工作台控制电路，会正确应用电感式接近开关活动1.结合实验室中的电感传感器实物讲解其工作原理，在实验台上进行测量演示，然后由学生进行测量操作，得到测量结果活动2结合机床实物讲解工作台来回运动控制过程，由学生设计电感式接近开关控制电路，并进行理论验证65热电偶传感器1.热电偶工作原理、型号表示、主要类型及基本定律2.热电偶主要类型、典型测温电路1.能够正确选用热电偶进行温度测量，合理选择热电偶型号和类型2.能够用热电偶组成测量温度的基本电路，根据测量要求合理选用热电偶类型活动1.在实验室对常用热电偶进行模拟标定，分组进行水温测量活动2.设计热电偶测量温度的典型电路，在实验室加以验证66压电式传感器压电晶体工作原理及其主要类型，压电传感器的典型测量电路能够正确识别压电传感器的型号类型，正确选用这种传感器组成适当测量电路1.演示用压电传感器测量振动的过程，讲解其测量原理和操作要领活动2.让每个学生进行测量操作，得到测量结果27光电传感器光电效应及光电传感器工作原理，常用光电器件的测量电路能够识别各种光电传感器的型号，会根据需要正确选用光电传感器的规格，会组成简单光电检测电路或控制电路1.教师讲解光电效应及其工作原理，光电传感器的类型及型号表示，提出检测要求活动2.学生根据要求选择合理的光电器件在实验台上进行操作，获得测量数据48霍尔传感器1.霍尔效应及其工作原理，霍尔传感器的类型与型号表示2.霍尔元件的测量电路与典型应用1.能够根据检测要求合理选用霍尔传感器的类型和规格大小2.能够用霍尔传感器组成转速测量电路，或开关控制电路1.在实验室由老师讲解霍尔效应及霍尔传感器的基本原理与型号表示方法，提出测量要求，进行型号和类型的选择，在实验台上进行验证性操作2.设计好转速测量电路，在实验室进行分组操作，测量出各种不同状态下电机的转速69新型传感器1.光纤传感器的原理与类型，型号表示及测量电路2.红外线测温、报警原理，红外传感器的应用，超声波、激光工作原理与应用1.能够正确识别光纤传感器的型号，会根据要求正确选用2.会识别各种红外传感1.在实验室演示物性型光纤传感器测量转速的工作过程，说明其原理，然后让学生进行测量操作2.在实验室讲解红外线传感器的结构原理及型号表示，演示典型红外报警电路的工作过程，每组设计一种红外报警电路，进行试验操作810信号处理及系统集成1.常用信号处理电路芯片，干扰及其预防措施，非线性信号的线性化方法及电路2.典型热电偶炉温测量与控制系统的工作原理及其操作维护常识3.典型光电检测与控制系统的工作原理及其操作维护常识1.能够识别常用集成放大器芯片型号，会根据工作要求合理选用放大器，能根据环境及检测需要采取适当抗干扰措施2.能够设计基本的温度测量系统，进行常规操作和维护，会编制系统操作使用说明书3.能够设计一个光电检测系统，进行常规的操作和维护，会编制系统操作使用说明书1.在实验室介绍常用放大器芯片的型号规格与作用，演示正确组成信号处理系统的方法，提出信号处理要求，由学生选择相应器件组成处理电路，进行效果测试2.到企业参观、在过程控制实验室讲解炉温测控系统的工作原理与操作维护，学生在老师的指导下进行温度调节与测量3.到企业去实地考察参观，了解光电检测系统的工作原理与操作维护要求，及其在手机主板生产线中的实际应用情况，在老师的指导下设计一个光电计数装置12五、课程实施建议（一）教学建议：本课程的学习特点是理论先于实践，实践必须在理论的支持下完成才有意义。本课程主要的应用方向是电子技术应用思维方式方法的学习和训练。由于思维训练的方式通常要遵循先易后难，重复训练定型的特点，故在教学上需注意精讲多练，适度引导，答疑解惑等多种传统教学手段方法的综合应用，特别是加强多媒体的分解引导、主题讨论与分析等现代教学手段和方法综合应用，以期达到良好的教学效果和完成教学任务。1、采用“项目导向”教学法，突出“能力本位”教学目标（1）引进工作中真实案例作为实训教学案例，采用“项目引领”教学法，将“项目”中的技能模块进行分拆和重构，以符合教学和实训进程。学生随着学习的深入，逐步完成“项目”（综合技能）中的各个“子项目”（技能模块），最后掌握整个课程的主要知识和技能。（2）采用“实训项目”和“拓展实训”相结合，在校内实训室完成“实训项目”，作为“拓展实训”，鼓励学生参与社会实践，承担一些电子设计和维护，如参与学院校园电子设备的维护工作，逐步提高自己的专业能力。（3）采用“项目导向”教学法，突出对实际项目的操作能力的培养。在课程设计项目的选择、教师的指导方面采用综合实训法，即多门相关课程同步实训和指导，从而培养学生综合解决问题的能力和项目研发能力。2、采用“任务驱动”教学法，强调从点到面到综合能力的培养“任务驱动”教学法是将所要学习的新知识隐含在一个或几个任务之中，学生通过对所提的任务进行分析、讨论，明确它大体涉及哪些知识，并找出哪些是旧知识，哪些是新知识，在老师的指导帮助下找出解决问题的方法，最后通过任务的完成而实现对所学知识的意义建构。具体到课程教学的设计过程中，采用“任务驱动”教学法是指任课教师根据当前教学主题（目标）设计并提出任务，针对所提出的任务，采取演示或讲解等方式，分析任务并给出完成该任务的思路、方法、步骤和结果。在此基础上，教师也以任务方式引导学生边学边练（做），并独立或协作完成相应的学习任务，实现“学中做”、“做中学”，以达到学生真正掌握知识与技能之目的。（二）教学考核评价建议：本课程的目标之一是使学生具备一定的专业基础能力。故在学习成绩的考核上需注意考核方法的有效性和实用性。建议主要采用闭卷笔试评价理论知识的学习和技能掌握情况，辅之以实训操作能力的适度评估亦可构成教学评估的基本手段。1、理论考核：占总成绩的50%，闭卷、笔试。考试内容注重基础知识的考核和分析理解问题能力考核两个方面。试题范围及内容尽可能覆盖职业岗位知识要求，但要突出课程重点。合理安排试题的难易度，在组卷是，建议不同难易程度的试题比例为：一般难度试题30%，中等难度试题50%，较深难度试题20%。题型包括单选题、多选题、填空题、判断题和问答题。2、技能考核：占总成绩的30%。选取典型的传感器应用电路、检测电路进行故障排除、