《现代传感与检测技术》课程-智能制造专业32课时 教学大纲

PAGEPAGE13《现代传感与检测技术》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称现代传感与检测技术课程编号课程性质考查课课程类别专业选修课程开课单位机械电子教研室授课学期第5学期学分/学时2/32课内学时32理论授课28上机学时0课内实践0实验学时4课外学时32适用专业智能制造专业是否双语否先修课程《电工电子技术》、《控制工程基础》后续课程《测控系统原理与设计》、《机器人技术基础》二、课程简介《现代传感与检测技术》是高等院校智能制造专业学生的专业选修课，是一门综合性和实践性较强的一门课程。本课程主要介绍在工业、科研等领域常用传感器的工作原理、特性参数、调理电路和综合应用等方面的知识，简要介绍测量技术的基本概念、测试数据处理、抗干扰技术、电磁兼容、现代测试技术等知识。通过学习使学生能够理解和掌握常用传感器的测量原理、基本特性和基本方法，具有对工业生产过程中的基本参量的检测和数据处理的基本能力。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：课程目标1.通过理论教学使学生正确掌握常用传感器的工作原理、特性参数、调理电路和综合应用等知识，并能综合运用于对实际问题的分析，初步具有解决传感与检测实际问题的能力。课程目标2.通过实验教学使学生初步掌握虚拟仪器软件LabVIEW的使用方法；培养学生具有对常见检测系统的设计、分析能力，积累初步工程经验，并培养工科学生的综合工程素质。课程目标3.通过课程教学，培养学生具有坚定正确的政治方向，树立现代科学的人生观、世界观、价值观，能够运用辩证唯物主义思考、分析问题，具有社会责任感、创新意识和法律意识；使学生善于思考，勇于实践。通过传感器测量误差的认知，培养学生精益求精的科学态度和实事求是的职业道德；通过介绍非接触式测温的原理及方法，扩展到疫情期间的体温测量并对比国内外疫情防控形势，进行文化自信、制度自信教育，激发学生强烈的爱国主义情怀和民族自豪感。（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1指标点1-3：学习专业基础知识，掌握解决复杂智能制造工程问题的基本思路和方法。1-工程知识课程目标2指标点4-1：能够基于科学原理并采用科学方法，针对智能制造工程领域复杂工程问题，探讨分析解决方案。指标点4-2：能够根据智能制造系统要求，选择研究路线，形成实验方案。1-工程知识2-问题分析课程目标3指标点4-2：能够根据智能制造系统要求，选择研究路线，形成实验方案。1-工程知识4-研究四、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.课程主要内容工业检测技术的内容、自动检测系统的组成、检测技术在国民经济中的地位和作用、检测技术的发展趋势。2.重点和难点重点：工业检测技术的内容、自动检测系统的组成。难点：自动检测系统的组成。3.教学方法讲授法、问题驱动法。4.学生学习预期成果学生理解工业检测的内容并能综合分析自动检测系统。5.支撑课程目标课程目标1、2。第二单元检测技术的基本概念（学时数：2学时）1.课程主要内容传感器的基础知识，传感器与自动检测技术系统概述。传感器的静态特性，测量误差的概念、误差的消除方法，随机误差的处理。2.重点和难点重点：掌握传感器的静态特性，同时掌握测量误差的概念、误差的消除方法。难点：掌握随机误差的处理。3.教学方法讲授法、专题研讨。4.学生学习预期成果熟练掌握测量误差的概念及误差的消除方法，可综合分析传感器的静态特性指标。为传感器的选型及应用奠定理论基础。5.支撑课程目标课程目标1、2、3。第三单元电阻传感器（学时数：理论4+实验2）理论课程（4学时）1.课程主要内容电阻应变传感器的结构及应用、测温热电阻传感器的结构及应用、气敏电阻传感器的结构及应用、湿敏电阻传感器的结构及应用。2.重点和难点重点：应变式电阻传感器的结构、基本原理和使用方法。难点：惠斯通电桥的工作原理及计算方法。3.教学方法讲授法、实验教学。4.学生学习预期成果掌握应变式电阻传感器的结构、基本原理和使用方法，掌握热电阻的基本原理和使用方法。重点掌握惠斯通电桥的工作原理及计算方法。理解电阻应变片技术参数。了解气敏电阻、湿敏电阻的基本原理和使用方法。5.支撑课程目标课程目标1、2。实验课程（2学时）1.课程主要内容应变测试方法，电阻应变片特性，全桥与半桥测试电路电压输出特点，基于应变原理的压力测试方法。2.重点和难点重点：应变测试方法，电阻应变片特性，基于应变原理的压力测试方法。难点：基于应变原理的压力测试方法。3.实施方式理论+实验4.学习要求了解电阻应变片特性；理解全桥与半桥测试电路电压输出特点；掌握基于应变原理的压力测试方法；掌握应变测试方法。5.实验要求（1）实验属性（验证性实验）（2）开出要求（必做）（3）分组要求（4人1组）（4）实验准备（①仪器设备，②预习要求）6.学生学习预期成果通过实验操作，熟悉电阻传感器的结构及应用，培养学生的动手实践能力7.支撑课程目标课程目标1、2。第四单元电感传感器（学时数：2学时）1.课程主要内容自感传感器的结构及应用、差动变压器传感器的结构及应用、电感传感器的结构及应用。2.重点和难点重点：自感式、变压器式的特点以及适用的场合。难点：基本变间隙传感器与差动变间隙式传感器的区别。3.教学方法翻转课堂、问题驱动法。4.学生学习预期成果掌握自感式传感器、变压器式传感器的结构、工作原理和使用方法，掌握基本变间隙传感器与差动变间隙式传感器的区别，掌握自感式、变压器式的特点以及适用的场合。为传感器的选型及应用奠定理论基础。5.支撑课程目标课程目标1、2、3。第五单元电涡流传感器（学时数：2学时）1.课程主要内容电涡流传感器的工作原理、结构特性、测量转换电路及应用，接近开关及应用。2.重点和难点重点：电涡流式传感器的结构、工作原理和使用方法。难点：电涡流传感器的测量转换电路及应用。3.教学方法讲授法、案例教学。4.学生学习预期成果掌握电涡流式传感器的结构、工作原理和使用方法，掌握测量转换电路组成及工作原理，掌握电涡流式传感器的特点以及适用的场合。为传感器的选型及应用奠定理论基础。5.支撑课程目标课程目标1、2。第六单元电容传感器（学时数：2学时）1.课程主要内容电容传感器的工作原理及结构形式、测量转换电路、应用，压力、液位和流量的测量。2.重点和难点重点：电容传感器的特点和使用方法。难点：变面积、变间隙和变介质电容传感器理论推导方法。3.教学方法讲授法、课堂汇报。4.学生学习预期成果掌握电容传感器的结构及工作原理，掌握变面积、变间隙和变介质电容传感器理论推导方法，计算其灵敏度、非线性误差。为传感器的选型及应用奠定理论基础。5.支撑课程目标课程目标1、2、3。第七单元压电传感器（学时数：2学时）1.课程主要内容压电式传感器的工作原理、测量转换电路、结构及应用、振动测量及频谱分析。2.重点和难点重点：压电效应、压电材料、压电传感器结构及工作原理。难点：压电传感器测量电路的设计方法。3.教学方法讲授法、案例教学。4.学生学习预期成果掌握压电效应、压电材料、压电传感器结构及工作原理，掌握压电传感器测量电路的设计方法，掌握电压放大器和电荷放大器两种形式放大电路的分析计算。为传感器的选型及应用奠定理论基础。5.支撑课程目标课程目标1、2。第八单元超声波传感器（学时数：2学时）1.课程主要内容超声波传感器的物理基础、超声波换能器及耦合技术、超声波传感器的应用、无损探伤。2.重点和难点重点：超声波换能器及耦合技术、超声波传感器的应用、无损探伤。难点：无损探伤。3.教学方法讲授法、专题研讨。4.学生学习预期成果掌握超声波传感器的结构、工作原理及耦合技术，超声波传感器的应用及无损探伤的概念、方法。为传感器的选型及应用奠定理论基础。5.支撑课程目标课程目标2、3。第九单元霍尔传感器（学时数：2学时）1.课程主要内容霍尔传感器的工作原理及特性、霍尔集成电路及应用。2.重点和难点重点：霍尔效应及霍尔传感器的工作原理。难点：霍尔传感器的工作原理。3.教学方法讲授法、案例教学。4.学生学习预期成果掌握霍尔效应及霍尔传感器的工作原理。理解霍尔集成电路的组成、工作原理。为传感器的选型及应用奠定理论基础。5.支撑课程目标课程目标1、2、3。第十单元热电偶传感器（学时数：2学时）1.课程主要内容温度测量的基本概念、热电偶的工作原理、种类及结构、冷端延长、冷端温度补偿及集成温度传感器、热电偶的应用及配套仪表。2.重点和难点重点：热电效应、热电偶种类和结构、热电偶冷端补偿的方法。难点：热电偶冷端补偿的方法。3.教学方法讲授法、专题研讨。4.学生学习预期成果掌握热电效应、热电偶种类和结构、热电偶回路的基本法则以及热电偶的应用和测量误差。综合应用中间导体法则、中间温度法则、标准热电极法则来分析热电偶测温电路，掌握热电偶冷端补偿的方法。为传感器的选型及应用奠定理论基础。5.支撑课程目标课程目标1、2。第十一单元光电传感器（学时数：2学时）1.课程主要内容光电效应及光电元件、光电元件的基本应用电路、应用，光电开关与光电断续器。2.重点和难点重点：光电管、光敏电阻、光电池等光电元件的工作原理及基本特性及应用。难点：光电式传感器的一些典型应用。3.教学方法讲授法、案例教学。4.学生学习预期成果掌握光电管、光敏电阻、光电池等光电元件的工作原理及基本特性，掌握光电式传感器的一些典型应用。理解内光电效应和外光电效应概念及区别。为传感器的选型及应用奠定理论基础。5.支撑课程目标课程目标1、2、3。第十二单元数字式位置传感器（学时数：理论2+实验2）理论课程（2学时）1.课程主要内容位置测量方式、角编码器、光栅传感器、磁栅传感器。2.重点和难点重点：角编码器、光栅传感器、磁栅传感器的组成及工作原理。难点：角编码器、光栅传感器、磁栅传感器的组成及工作原理。3.教学方法讲授法、实验教学。4.学生学习预期成果掌握角编码器、光栅传感器、磁栅传感器的组成及工作原理。理解位置测量方式及角编码器、光栅传感器、磁栅传感器的应用。为传感器的选型及应用奠定理论基础。5.支撑课程目标课程目标1、2。实验课程（2学时）1.课程主要内容位移测试的基本原理，正确使用实验设备和实验仪器完成实验并分析实验结果，得出合理结论。2.重点和难点重点：位移测试的基本原理，正确使用实验设备和实验仪器，分析实验结果。难点：应用位移测试的基本原理，正确使用实验设备和实验仪器。3.实施方式理论+实验4.学习要求了解位移测试的基本原理，能应用所学基本知识，正确使用实验设备和实验仪器，完成实验，分析实验结果，得出合理结论。5.实验要求（1）实验属性（验证性实验）（2）开出要求（必做）（3）分组要求（4人1组）（4）实验准备（①仪器设备，②预习要求）6.学生学习预期成果通过实验操作，熟悉数字式位置传感器的功能及结构，培养学生的动手实践能力。7.支撑课程目标课程目标1、2。第十三单元检测系统的抗干扰技术（学时数：2学时）1.课程主要内容噪声及防护、检测技术中的电磁兼容原理、几种电磁兼容控制技术。2.重点和难点重点：电磁兼容原理及电磁兼容控制技术。难点：电磁兼容控制技术。3.教学方法讲授法、课堂汇报。4.学生学习预期成果理解干扰的种类、噪声耦合方式，掌握电磁兼容原理及电磁兼容控制技术。为传感器的综合应用奠定理论基础。5.支撑课程目标课程目标1、2、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讲授法、问题驱动法课程目标1、221：1第二单元检测技术的基本概念讲授法、专题研讨课程目标1、2、321：1第三单元电阻传感器讲授法、实验教学课程目标1、2理论4+实验21：1第四单元电感传感器翻转课堂、问题驱动法课程目标1、2、321：1第五单元电涡流传感器讲授法、案例教学课程目标1、221：1第六单元电容传感器讲授法、课堂汇报课程目标1、2、321：1第七单元压电传感器讲授法、案例教学课程目标1、221：1第八单元超声波传感器讲授法、专题研讨课程目标2、321：1第九单元霍尔传感器讲授法、案例教学课程目标1、2、321：1第十单元热电偶传感器讲授法、专题研讨课程目标1、221：1第十一单元光电传感器讲授法、案例教学课程目标1、2、321：1第十二单元数字式位置传感器讲授法、实验教学课程目标1、2理论2+实验21：1第十三单元检测系统的抗干扰技术讲授法、课堂汇报课程目标1、2、321：1合计321：1五、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50%实验（百分制）40根据学生的实验预习、实验纪律、实验动手能力及实验报告结果，进行综合评定。每次实验都打分，取各次成绩的平均值作为此环节最终成绩。目标分值=0.4*作业平均成绩作业（百分制）30本门课程6次作业，主要考核学生对各单元知识点的理解和掌握程度；每次作业按100分制单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节最终成绩。目标分值=0.3*作业平均成绩测验（百分制）20本门课程2次测验，主要考核学生课堂对知识点的理解和掌握情况，每次测验按100分制单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。目标分值=0.2*作业平均成绩课堂表现（百分制）10根据学生上课的课堂表现，在出勤表中记录学生的出勤及听课回答问题的记录。目标分值=0.1*作业平均成绩期末考试50%知识40（1）卷面成绩100分，以卷面成绩的50%计入课程总评成绩。（2）主要考核检测技术的基本概念、电阻传感器、电感传感器、电涡流传感器、电容传感器、压电传感器、超声波传感器、霍尔传感器、热电偶传感器、光电传感器、数字式位置传感器、检测系统的抗干扰技术等。（3）考试题型为：填空题、选择题、判断题、简答题、计算题和综合题等。能力30综合应用20创新10（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工业检测技术的内容1-2自动检测系统的组成1-3自动检测系统的组成作业、期末考试课程目标1、2第二单元检测技术的基本概念2-1测量的基本概念及方法2-2测量误差及数据处理2-3传感器及其基本特性作业、期末考试课程目标1、2、3第三单元电阻传感器3-1电阻应变传感器3-2测温热电阻传感器3-3气敏电阻传感器3-4湿敏电阻传感器作业，测验、实验课程目标1、2第四单元电感传感器4-1自感传感器4-2差动变压器传感器4-3电感传感器的应用。作业，期末考试课程目标1、2、3第五单元电涡流传感器5-1电涡流传感器的工作原理5-2电涡流传感器的结构及特性5-3电涡流传感器的测量转换电路5-4电涡流传感器的应用5-5接近开关及应用作业，期末考试课程目标1、2第六单元电容传感器6-1电容传感器的工作原理及结构形式6-2电容传感器的测量转换电路6-3电容传感器的应用6-4压力、液位和流量的测量作业，期末考试课程目标1、2、3第七单元压电传感器7-1压电式传感器的工作原理7-2压电式传感器的测量转换电路7-3压电式传感器的结构及应用7-4振动测量及频谱分析作业，实验，期末考试课程目标1、2第八单元超声波传感器8-1超声波传感器的物理基础8-2超声波换能器及耦合技术8-3超声波传感器的应用8-4无损探伤作业，测验，期末考试课程目标2、3第九单元霍尔传感器9-1霍尔传感器的工作原理及特性9-2霍尔集成电路9-3霍尔传感器的应用作业，期