传感器原理及应用课程教学大纲

PAGEPAGE10《传感器原理及应用》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称传感器原理及应用课程编号01130023课程性质必修课课程类别核心课程开课单位测控教研室授课学期第6学期学分/学时3/48课内学时48理论授课40上机学时0课内实践0实验学时8课外学时48适用专业测控技术与仪器是否双语否先修课程模拟电子技术、数字电子技术、电路原理后续课程光电检测、数字图像处理二、课程简介《传感器原理及应用》是测控技术与仪器本科专业的核心课程，为理论性、实践性较强的一门课程。本课程任务是阐述各种类型传感器的基本原理、结构、性能、参数、特点以及传感器的转换、检测电路和传感器技术应用。通过本课程的教学，让学生掌握针对不同的被测量对象如何选择合适的传感器，设计合理的传感器信号调理电路，进而能解决自动检测装置和系统中比较复杂的测量问题，为将来的自动控制系统设计、生产过程控制和管理工作打下必要的基础。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标课程目标1：知识目标能解释传感器、检测系统等相关的专业术语；能利用数学理论、物理和电路的基本定律等分析常用传感器的工作原理、测量电路；能解释传感器的典型工程应用，并能使用传感器进行简单的测量。课程目标2：能力目标具备常用传感器的识别与测量能力；能够识别电路图原理，并能在实验台上正确连接电路；能够运用传感器工作原理、测量电路等专业知识分析与解决复杂工程问题；能够针对温度、压力、物位等过程量和位移、速度、加速度等机械量等参数检测任务，分析、比较和选用适宜的参数测量方法，构建测控模块、系统或仪器；体现认真负责的工作态度及严谨细致的工作作风。课程目标3：素质目标能够识别工程问题的综合特征，综合运用传感器的基本原理、测量电路等专业知识，设计满足特等需求的测控系统；体现积极进取、勇于创新的时代精神和服务社会的意识。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标11.3学习专业基础知识，掌握解决复杂测控系统工程问题的基本思路和方法。1-工程知识课程目标22.2能够将相关基础理论和基本原理综合应用于复杂工程问题的表述，对复杂工程问题的解决途径进行分析、对比并试图改进；3.3能够设计满足特定需求的测控模块、系统或仪器，并体现创新意识。2-问题分析3-设计/开发解决方案课程目标31.3学习专业基础知识，掌握解决复杂测控系统工程问题的基本思路和方法；3.3能够设计满足特定需求的测控模块、系统或仪器，并体现创新意识。1-工程知识3-设计/开发解决方案四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元绪论（学时数：2学时）1.课程主要内容理解传感器基本概念；掌握传感器的构成；掌握传感器的分类及要求；理解传感器的地位和作用；了解传感器技术的国内外发展现状及发展趋势。2.重点和难点重点：传感器的定义、组成、分类。难点：传感器技术的发展趋势。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验。4.学生学习预期成果能够识记传感器的概念；能够理解传感器的组成、基本功能；能够比较不同类别的传感器。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标3第二单元传感器技术基础（学时数：4学时）1.课程主要内容理解传感器的一般数学模型；掌握传感器的静态特性和动态特性指标；了解改善传感器性能的技术途径；了解合理选择传感器的基本原则与方法；理解传感器标定与校准。2.重点和难点重点：传感器的静态特性与动态特性基本概念、传感器的数学模型、传感器静态特性基本参数与指标等。难点：传感器动态特性中的传递函数、频率响应函数分析。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、随堂测验。4.学生学习预期成果能够解释传感器静态特性与动态特性的基本概念；能够比较传感器静态特性指标以及传感器动态响应的特性指标、频率响应的特性指标；能够理解传感器静态标定与校准的基本方法。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2第三单元电阻式传感器（学时数：8学时）1.课程主要内容掌握电阻应变计的基本原理与结构；掌握电阻应变计的主要特性；掌握电阻应变计的温度效应及其补偿；了解电阻应变计的应用；掌握电阻式传感器的测量电路；理解如何通过电阻应变计式传感器测量力、压力、位移、应变、加速度等非电量参数；了解压阻式传感器的基本原理及应用。2.重点和难点重点：应变与应变效应的含义；电阻应变片的温度误差及其补偿方法；应变电阻式传感器的工作原理；电阻应变片的测量电路。难点：电阻应变片的温度误差及其补偿方法，直流电桥的非线性误差及其补偿方法。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、实验。4.学生学习预期成果能够认知并理解应变、应变效应、压阻效应等基本概念；会分析应变片的种类和应变电阻式传感器的工作原理；能够推导直流电桥的平衡条件与电压灵敏度特性；会分析电阻应变片的温度误差及其补偿方法；能够应用应变电阻式传感器。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第四单元变磁阻式传感器（学时数：8学时）1.课程主要内容了解传感器线圈的电气参数分析；掌握变气隙式、变面积式、螺管式自感传感器的工作原理，掌握自感式传感器的差动原理，理解自感传感器的测量电路，了解自感式传感器的误差及补偿；理解互感式传感器的基本原理，了解其测量电路及误差补偿；理解电感式传感器对于位移、压力、力、振动等的测量方法；掌握电涡流式传感器的工作原理，了解其测量电路，理解电涡流传感器的主要应用。2.重点和难点重点：自感式、差动变压器式传感器的工作原理、输出特性；电涡流式传感器的工作原理、等效电路。难点：差动整流电路和相敏检波电路。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、实验。4.学生学习预期成果会分析自感式、差动变压器式传感器的工作原理、输出特性；会分析电涡流式传感器的工作原理、等效电路；能够评价差动整流电路和相敏检波电路的作用；会分析自感式传感器的交流电桥、变压器式交流电桥和谐振式测量电路；能够解释电涡流式传感器的调频式、调幅式测量电路工作原理；能够构建变磁阻式传感器的典型应用。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第五单元电容式传感器（学时数：6学时）1.课程主要内容掌握变极距型、变面积型、变介质型电容传感器的工作原理、结构形式及特性；了解应用中存在的问题及其改进措施；掌握电容式传感器的测量电路；理解电容式传感器在位移、加速度、压力、力、物位等非电量测量上的应用。2.重点和难点重点：电容式传感器的工作原理、测量电路、灵敏度及非线性分析。难点：双T二极管交流电桥、脉冲调宽电路。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验。4.学生学习预期成果会分析平板电容式传感器（变极距型、变面积型、变介质型）以及圆筒电容式传感器（变介质型）的工作原理；会分析变压器式交流电桥、双T二极管交流电桥、脉冲调宽电路、运算放大器电路等测量电路；能够构建电容式传感器的典型应用；能够对照自感式传感器分析变极距式电容式传感器的非线性。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第六单元磁电式传感器（学时数：6学时）1.课程主要内容掌握磁电式传感器的结构型式，掌握恒磁通式、变磁通式传感器的工作原理；理解磁电式传感器的动态特性；了解磁电式传感器的误差及补偿；了解磁电式传感器的测振方法；掌握霍尔传感器工作原理，掌握霍尔效应概念，了解霍尔元件特性参数，了解霍尔传感器误差及补偿，理解霍尔传感器对微位移、振动、转速的测量方法。2.重点和难点重点：电磁感应、霍尔效应的基本概念，磁电式传感器工作原理、分类、测量电路，霍尔传感器的工作原理。难点：磁电式传感器的基本特性。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验。4.学生学习预期成果能够理解电磁感应、霍尔效应的基本概念；会分析磁电式传感器的工作原理、分类、测量电路；会分析霍尔传感器的工作原理；能够分析霍尔元件的基本结构；能够构建磁电式传感器、霍尔式传感器的典型应用。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第七单元压电式传感器（学时数：6学时）1.课程主要内容掌握压电式传感器的基本工作原理，掌握压电效应和逆压电效应的基本概念，理解压电材料的主要特性参数，理解石英晶体、压电陶瓷的压电特性；了解石英晶片的切型及符号，了解压电方程的建立过程；掌握压电式传感器的等效电路及测量电路；理解压电式传感器的应用。2.重点和难点重点：压电式传感器的工作原理、测量电路。难点：压电式传感器的测量电路。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、实验。4.学生学习预期成果能够解释压电效应、正压电效应、逆压电效应的基本概念；会分析压电式传感器的等效电路、电荷放大器与电压放大器的测量电路；能比较压电材料的分类及其特性；会分析压电元件的连接特性；能够构建压电式传感器的典型应用。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第八单元热电式传感器（学时数：6学时）1.课程主要内容了解热电式传感器的分类及特点；了解热电阻和热敏电阻的特性，理解热敏电阻的非线性校正原理；理解热电偶传感器的基本原理，掌握热电效应的概念，掌握热电偶的四大基本定律及温度补偿；理解热电式传感器的应用。2.重点和难点重点：基本概念；热电偶的测温原理、基本定律、冷端温度补偿方法、实用测温电路；热电阻的温度特性、测量电路；热敏电阻的温度特性。难点：热电偶的种类及冷端温度补偿方法。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、实验。4.学生学习预期成果能够比较并解释热电效应、热电偶、热电阻、热敏电阻、接触电动势、温差电动势、工作端（热端）、自由端（冷端）分度表等概念；会分析热电偶的测温原理、基本定律、热电偶的冷端补偿、热电偶的测温电路；会分析热电阻的温度特性、测量电路；会使用热电偶、热电阻分度表；认识并理解热敏电阻的温度特性；能够构建基于热电式传感器的温度测量系统。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第九单元光纤式传感器（学时数：2学时）1.课程主要内容了解光纤式传感器的工作原理，掌握其基本特性，了解光纤式传感器的分类；理解四种光调制与解调技术；了解光纤式传感器的典型应用。2.重点和难点重点：光纤式传感器的工作原理。难点：四种光调制与解调技术。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验。4.学生学习预期成果会分析光纤的传光原理；能够理解光纤的主要特性、光纤传感器的组成、分类与应用。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元绪论课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验课程目标1、321:1第二单元传感器技术基础课堂讲授、巡回指导、随堂测验课程目标1、241:1第三单元电阻式传感器课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、实验课程目标1、2、381:1第四单元变磁阻式传感器课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、实验课程目标1、2、381:1第五单元电容式传感器课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验课程目标1、2、361:1第六单元磁电式传感器课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验课程目标1、2、361:1第七单元压电式传感器课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、实验课程目标1、2、361:1第八单元热电式传感器课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、实验课程目标1、2、361:1第九单元光纤式传感器课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验课程目标1、2、321:1合计481:1五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩20%课后作业50共计安排5次作业，分析计算题为主，主要考核各重点章节知识点。目标分值=0.5×作业平均值。思维导图15共计安排5次思维导图作业，绘制各章节内容的思维导图，并提交讲解视频，主要考核各章节重点知识的总结与归纳，限时5分钟。根据思维导图优劣及视频讲解质量给学生打分。目标分值=0.15×导图平均值随堂测验25课堂根据需要随时安排测验，客观题为主，主要考核基础知识，每次答题时间控制在15分钟之内。目标分值=0.25×测验平均值出勤和综合表现10按出勤、听课状态、回答问题积极程度、使用手机做与学习无关事情的次数等课堂表现酌情加减分，最终以满分10分折算。实践成绩10%实验100安排4次实验，主要考核电阻式、变磁阻式、压电式、热电式传感器的特性及应用，需提交实验报告，根据数据和报告内容的准确性、详实度按比例折算，满分10分。期末测验70%知识401.考核范围：所有教学内容2.测验题型：客观题（选择、判断、填空）、主观题（简答、分析计算）3.评价细则：客观题占约50分，主观题约占50分。能力40综合应用20（二）课程考核对课程目标的支撑教学内容考核内容考核方式支撑的课程目标第一单元绪论1-1传感器基本概念与物理定律1-2传感器的构成法1-3传感器的分类及要求1-4传感器的地位和作用1-5传感器的发展趋势随堂测验期末测验课程目标1、3第二单元传感器技术基础2-1传感器的一般数学模型2-2传感器的特性与指标2-3改善传感器性能的技术途径2-4传感器的合理选用2-5传感器的标定与校准随堂测验课后作业思维导图期末测验课程目标1、2第三单元电阻式传感器3-1电阻应变计的基本原理与结构3-2电阻应变计的主要特性3-3电阻应变计温度效应及其补偿3-4电阻应变计的应用3-5测量电路3-6电阻应变计式传感器3-7压阻式传感器随堂测验课后作业实验思维导图期末测验课程目标1、2、3第四单元变磁阻式传感器4-1传感器线圈的电气参数分析4-2自感式传感器4-3互感式传感器4-4电感式传感器的应用4-5电涡流式传感器随堂测验实验期末测验课程目标1、2、3第五单元电容式传感器5-1工作原理、结构及特性5-2应用存在的问题及其改进措施5-3测量电路5-4电容式传感器及其应用随堂测验课后作业思维导图期末测验课程目标1、2、3第六单元磁电式传感器6-1基本原理与结构型式6-2磁电式传感器的动态特性6-3磁电式传感器的误差及补偿6-4两种测振传感器6-5霍尔传感器随堂