《传感器与检测技术》教学大纲

《传感器与检测技术》教学大纲课程编号：13220409英文名称：SensorandMeasuringTechnology学分：2.0学时：总学时40学时，其中理论24学时，实践16学时先修课程：大学物理，电路原理，模拟电子技术，数字电子技术，单片机原理及应用课程类别：专业主干课程授课对象：电气工程及自动化专业学生教学单位：机械与电气工程学院修读学期：第4学期一、课程描述和目标本课程是电子工程及自动化专业的一门重要的专业课，是电子工程及自动化专业必须学习和掌握的专业基础知识。它提供了对测量参数中的传感器处理方法，使传感器提供的变化能够被转化为系统需要的电信号信息。本课程同时提供了传感器电路应用设计，以把传感器嵌入到各类具体应用中。本课程对于电子工程领域的项目设计与开发至关重要。本课程拟达到的课程目标:课程目标1：学习常用传感器基础知识，根据设计目标，能在电气工程及自动控制系统设计中正确选择和应用传感器并获取参数信号；能够根据具体要求，通过阅读各种文献和网络资料，在多种传感器中选择性价比最高的方案。课程目标2：准确掌握传感器特性，确认在不同场合，不同系统中各传感器的细节应用和组合使用，熟练传感器电路设计，获取准确的测量参数，确保系统处于稳定可控工作状态。课程目标3：在学习传感器与检测技术的过程中，培养学生正确的产品设计观念，培养学生社会责任感，正确理解性价比的折衷问题，追求优质设计的理念。二、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求观测点课程目标权重2.3能认识到解决电气工程相关领域的问题有多种方案可选择，会通过文献研究寻求可替代的解决方案；课程目标1H3.2能够针对特定需求，完成输电、变电、配电、拖动等单元模块的设计；课程目标2H8.2理解诚实公正、诚信守则的工程职业道德和规范，并能够在电气工程相关领域的工程实践中自觉遵守。课程目标3M三、教学内容、基本要求与学时分配序号教学内容基本要求及重、难点（含德育要求）学时教学方式对应课程目标1检测误差与传感器的基本知识，检测技术。简介误差理论、传感器的定义；介绍传感器的分类、传感器的静态、动态特性。讲解传感器的技术特点，传感器的数学模型概念。基本要求：将传感器基础知识与误差理论以工科常识形式做永久记忆。重点难点：误差理论；德育要求：集体力量。2集中讲授课程目标12以物理量R、C、L分类的三类常用传感器。讲解R、C、L常用的传感器结构，尤其是能够获得绝对信号的差动式形式。讲解交流驱动和直流驱动，重点讲解电子技术发展对于交/直流驱动、交/直流放大器的影响。基本要求：了解R、C、L常用传感器在测力、测位移等场合的应用。掌握R、C、L常用传感器的典型测量电路，包括：电阻应变电桥不同传感器数量的灵敏度、测量电路；双T二极管差动电容测量；差动电感传感器的相敏检波电路等。重点难点：均选择差动式电路原因；应变电阻目前不使用交流放大的原因；相敏检波。德育要求：工匠精神。6集中讲授课程目标1课程目标2课程目标33压电式传感器。讲解压电效应和压电材料，压电传感器的等效电路和测量电路。基本要求：掌握解压电式传感器的典型应用。掌握压电式超声波传感器的工作原理；掌握超声波测距典型电路。扩展了解压电器件的功率应用：超声波清洗、超声波塑料焊接。重点难点：电荷放大器。德育要求：社会责任。2集中讲授课程目标1课程目标24磁电式传感器。介绍磁电感应及霍尔传感器工作原理。讲解磁电传感器（磁铁+线圈）典型应用与电路处理，讲解扭力矩测量。介绍小电流互感器、电压互感器。基本要求：掌握现代霍尔集成电路：数字、模拟；电流检测变送器原理；典型出租车计价器检测电路。以出租车计价器为例，要求学生掌握检测电路设计、后续嵌入式系统设计、整机设计调试。重点难点：霍尔传感器数字与模拟应用电路。德育要求：规范意识。2集中讲授课程目标1课程目标25光电式传感器。介绍内/外光电效应及对应典型器件。介绍常见的光电传感器：光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光电池。讲解光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光电池测量电路及光特性曲线。基本要求：掌握数字光电传感器：光栅、光电码盘。掌握开关式光电传感器的对射式、遮断式、光幕设计与应用。以声控灯为例，要求学生掌握检测电路设计、整机设计调试。重点难点：光电流的I/V转换；温度/参数响应特性。德育要求：诚实守信。4集中讲授课程目标1课程目标1课程目标26湿敏、超声波传感器。讲解湿敏传感器及应用场合与表示方法。讲解湿度传感器的分类与检测原理；介绍气敏传感器特点与检测原理。基本要求：掌握现代数字湿度传感器工作原理及应用，要求学生掌握检测电路设计、后续嵌入式系统、整机设计调试。重点难点：湿敏电阻交流驱动及电路设计；湿敏电阻温度补偿的二次内插法；超声波接收AGC。德育要求：化繁为简。2集中讲授课程目标1课程目标27温度传感器及其应用。介绍接触式测温、非接触式测温元器件。介绍常用的工业测温传感器：热电阻、热电偶工作原理。基本要求：掌握热电阻、热电偶的测量原理及典型电路；掌握传感器线性化方法。了解现代数字温度传感器工作原理，掌握常用芯片的使用及驱动。重点难点：热电阻导线补偿；热电偶冷端补偿。德育要求：制度自信。4集中讲授课程目标1课程目标28数字式传感器的发展及工业开关传感器。基本要求：了解光电码盘、光栅等原理，了解1线总线、IIC总线、现场总线、无线网络概念。金属接近开关、光电开关、超声波开关、光幕等。重点难点：光栅细分；格雷码。德育要求：精益求精。2集中讲授课程目标1课程目标2课程目标3合计24序号实验项目实验内容与要求学时类型对应课程目标1金属电阻箔式应变片――全电桥性能实验能搭建电路，输入砝码作为力输入。获得线性的电压输出。3验证性课程目标1课程目标22电容式传感器的位移实验能搭建电路，以位移型电容模型传感器为输入，以千分表作为唯一输入量，获得线性的电压输出。3验证性课程目标1课程目标23差动变压器的性能实验能搭建电路，以位移型差动变压器模型传感器为输入，以千分表作为唯一输入量，获得线性的电压输出。3验证性课程目标1课程目标24光电转速传感器的应用—转速测量能够搭建电路，调整光电传感器，进行数字式转速测量。3综合性课程目标1课程目标2课程目标35热电偶传感器及测温实验搭建加热测温系统及电路，完成温控及测温实验。4综合性课程目标1课程目标2课程目标3合计16四、课程教学方法（1）理论学习以集中授课的形式为主，课内交互讨论为辅；（2）综合项目设计以小组形式，课内进行基本设计思想讲授，提供设计器件及空间，课外分散完成，集中答疑，集中评价。（3）实践教学在专业实验中心完成，分组集中进行，实验指导教师实时指导。五、学业评价和课程考核（一）考核方式及具体要求1.课程成绩构成与要求课程考核注重形成性和终结性评价相结合，考核内容主要由平时作业、课程实验、课内综合设计项目和期末考核组成，均按百分制计分，其中期末考核成绩占45%，课内综合设计项目占20%，课程实验成绩占20%，平时作业成绩占15%。2.课程目标达成考核与评价序号教学环节课程目标1（分值）课程目标2（分值）课程目标3（分值）合计1平时作业5100152课程实验5105203综合设计项目5105204期末考试2020545课程目标对应分值355015100（二）考核与评价标准评价过程均采用百分制。1.平时成绩考核与评价标准分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分作业能够很好地完成传感器应用分析，能够有积极的主观设计及分析思想，能够给出优秀的解决方案。能够较好地完成传感器应用分析，能够给出较好的解决方案，但分析与总结能力不足。能完成传感器应用分析和系统设计，但不具备根据系统特点进行针对性分析、设计与总结。学习被动，分析错误，不能完成系统设计，分析总结能力不足。2.课程实验分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分课程实验能根据要求搭建实验装置，圆满完成实验任务，准确处理获得的数据，体现出优秀的系统分析和设计实现能力，过程中践行工程师规范。能根据要求搭建实验装置，自行完成实验任务，较为准确处理获得的数据，具有一定的系统分析和设计实现能力，过程中践行工程师规范。能根据要求完成部分实验任务，系统分析和设计实现能力较弱，处理数据能力一般能够基本践行工程师规范和社会责任。无法根据要求完成部分实验任务，不具备系统分析和设计实现能力，工程师规范和社会责任意识差。3.综合设计项目分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分综合设计项目实施过程：制作水平高，理解职业道德、社会责任和工程规范。系统性能：能根据具体任务要求完成控制系统设计，性能指标完全符合任务要求。答辩成绩：能从传感器原理，电路设计等角度准确分析项目设计内容，清晰阐述实施方案。项目报告：能借助网络资源和文献资料，对项目实施过程进行准确有效分析和总结，准确进行参数设计计算，作品测试完全达到设计要求。设计符合工程师职业道德、社会责任和工程规范。实施过程：制作水平较好，理解职业道德、社会责任和工程规范。系统性能：能根据具体任务要求完成控制系统设计，性能指标基本符合任务要求。答辩成绩：能较好从传感器原理，电路设计等角度分析项目设计内容，准确阐述实施方案。项目报告：能借助网络资源和文献资料，对项目实施过程进行较为准确有效分析和总结，准参数设计计算较为合理，作品测试达到设计要求。设计符合工程师职业道德、社会责任和工程规范。实施过程：制作水平一般，理解职业道德、社会责任和工程规范。系统性能：能根据任务要求，基本完成控制系统设计，主要部分指标达标。答辩成绩：对传感器原理和设计电路问题回答不够准确。基本能够准确阐述实施方案。项目报告：能借助网络资源和文献资料，基本能够对项目实施过程进行分析和总结，参数设计计算基本准确，作品测试主要指标达到设计要求。设计基本符合工程师职业道德、社会责任和工程规范。实施过程：制作水平差，不能正确理解职业道德、社会责任和工程规范。系统性能：主要设计未能够完成，大部分性能指标不达标或者不符合任务要求。答辩成绩：对传感器原理和设计电路问题回答错误。不能够准确阐述实施方案。项目报告：不能够能借助网络资源和文献资料，对项目实施过程进行准确有效分析和总结，不能够进行参数设计计算，作品测试主要指标不能达到设计要求。设计不符合工程师职业道德、社会责任和工程规范。4.期末考试分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分期末考试传感器基本概念准确，计算准确。传感器基本转换电路准确，应用设计准确。设计题目中，能够准确选择传感器，准确设计应用电路细节参数，并给出准确设计说明。设计应用符合工程师职业道德、社会责任和工程规范。传感器基本概念准确，计算较准确。传感器基本转换电路原理较准确，应用设计较准确。设计题目中，能够准确选择传感器，较为准确设计应用电路细节参数，有少量错误，能够给出较准确的设计说明。设计应用符合工程师职业道德、社会责任和工程规范。传感器基本概念准确。计算基本准确，传感器基本转换电路正确。设计题目中，基本能够根据不同要求选择不同传感器，主要参数设计正确，细节错误较多，能够给出基本合理的设计说明。设计应用基本符合工程师职业道德、社会责任和工程规范。不具备传感器基本概念。不具备传感器转换电路设计能力。设计题目中，不能够准确选择传感器，不能准确给出设计应用电路细节参数和设计说明。设计应