《傳感與檢測技術》課程教學大綱

PAGEPAGE14《傳感與檢測技術》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱傳感與檢測技術課程編號310050030課程性質必修課課程類別核心課程開課單位機械電子教研室授課學期第5學期學分/學時3/48課內學時48理論授課44上機學時0課內實踐0實驗學時4課外學時48適用專業(yè)機械電子工程是否雙語否先修課程《電工電子學》、《控制工程基礎》后續(xù)課程《機電一體化系統(tǒng)設計》、《運動控制技術》、《工業(yè)機器人應用技術》二、課程簡介《傳感與檢測技術》是高等院校機械電子工程專業(yè)學生的專業(yè)核心課，是一門綜合性和實踐性較強的一門課程。本課程主要介紹在工業(yè)、科研等領域常用傳感器的工作原理、特性參數(shù)、調理電路和綜合應用等方面的知識，簡要介紹測量技術的基本概念、測試數(shù)據(jù)處理、抗干擾技術、電磁兼容、現(xiàn)代測試技術等知識。通過學習使學生能夠理解和掌握常用傳感器的測量原理、基本特性和基本方法，具有對工業(yè)生產過程中的基本參量的檢測和數(shù)據(jù)處理的基本能力。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標通過本課程的學習，使學生達到以下目標：課程目標1.通過理論教學使學生正確掌握常用傳感器的工作原理、特性參數(shù)、調理電路和綜合應用等知識，并能綜合運用于對實際問題的分析，初步具有解決傳感與檢測實際問題的能力。課程目標2.通過實驗教學使學生初步掌握虛擬儀器軟件LabVIEW的使用方法；培養(yǎng)學生具有對常見檢測系統(tǒng)的設計、分析能力，積累初步工程經(jīng)驗，并培養(yǎng)工科學生的綜合工程素質。課程目標3.通過課程教學，培養(yǎng)學生具有堅定正確的政治方向，樹立現(xiàn)代科學的人生觀、世界觀、價值觀，能夠運用辯證唯物主義思考、分析問題，具有社會責任感、創(chuàng)新意識和法律意識；使學生善于思考，勇于實踐。通過傳感器測量誤差的認知，培養(yǎng)學生精益求精的科學態(tài)度和實事求是的職業(yè)道德；通過介紹非接觸式測溫的原理及方法，擴展到疫情期間的體溫測量并對比國內外疫情防控形勢，進行文化自信、制度自信教育，激發(fā)學生強烈的愛國主義情懷和民族自豪感。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標1指標點1-3：運用專業(yè)基礎知識，掌握解決復雜機械電子工程問題的基本思路和方法。1-工程知識課程目標2指標點1-3：運用專業(yè)基礎知識，掌握解決復雜機械電子工程問題的基本思路和方法。指標點2-2：能夠將相關基礎理論和基本原理綜合應用于復雜工程問題的表述，對復雜工程問題的解決途徑進行分析、對比并試圖改進。1-工程知識2-問題分析課程目標3指標點1-3：運用專業(yè)基礎知識，掌握解決復雜機械電子工程問題的基本思路和方法。指標點4-1：能夠基于科學原理并采用科學方法，針對機械電子工程領域復雜工程問題，探討分析解決方案1-工程知識4-研究四、課程基本教學內容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內容第一單元緒論（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內容工業(yè)檢測技術的內容、自動檢測系統(tǒng)的組成、檢測技術在國民經(jīng)濟中的地位和作用、檢測技術的發(fā)展趨勢。2.重點和難點重點：工業(yè)檢測技術的內容、自動檢測系統(tǒng)的組成。難點：自動檢測系統(tǒng)的組成。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結構，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過案例分析，強調理論與實踐相結合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的反思能力。4.學生學習預期成果學生理解工業(yè)檢測的內容并能綜合分析自動檢測系統(tǒng)。5.支撐課程目標課程目標1、2。第二單元檢測技術的基本概念（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內容傳感器的基礎知識，傳感器與自動檢測技術系統(tǒng)概述。傳感器的靜態(tài)特性，測量誤差的概念、誤差的消除方法，隨機誤差的處理。2.重點和難點重點：掌握傳感器的靜態(tài)特性，同時掌握測量誤差的概念、誤差的消除方法。難點：掌握隨機誤差的處理。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結構，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過案例分析，強調理論與實踐相結合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的反思能力。4.學生學習預期成果熟練掌握測量誤差的概念及誤差的消除方法，可綜合分析傳感器的靜態(tài)特性指標。為傳感器的選型及應用奠定理論基礎。5.支撐課程目標課程目標1、2、3。第三單元電阻傳感器（學時數(shù)：理論6+實驗2）理論課程（6學時）1.課程主要內容電阻應變傳感器的結構及應用、測溫熱電阻傳感器的結構及應用、氣敏電阻傳感器的結構及應用、濕敏電阻傳感器的結構及應用。2.重點和難點重點：應變式電阻傳感器的結構、基本原理和使用方法。難點：惠斯通電橋的工作原理及計算方法。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結構，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過實驗操作，熟悉電阻傳感器的結構及應用，培養(yǎng)學生的動手實踐能力。4.學生學習預期成果掌握應變式電阻傳感器的結構、基本原理和使用方法，掌握熱電阻的基本原理和使用方法。重點掌握惠斯通電橋的工作原理及計算方法。理解電阻應變片技術參數(shù)。了解氣敏電阻、濕敏電阻的基本原理和使用方法。5.支撐課程目標課程目標1、2。實驗課程（2學時）1.課程主要內容應變測試方法，電阻應變片特性，全橋與半橋測試電路電壓輸出特點，基于應變原理的壓力測試方法。2.重點和難點重點：應變測試方法，電阻應變片特性，基于應變原理的壓力測試方法。難點：基于應變原理的壓力測試方法。3.實施方式理論+實驗4.學習要求了解電阻應變片特性；理解全橋與半橋測試電路電壓輸出特點；掌握基于應變原理的壓力測試方法；掌握應變測試方法。5.實驗要求（1）實驗屬性（驗證性實驗）（2）開出要求（必做）（3）分組要求（4人1組）（4）實驗準備（①儀器設備，②預習要求）6.學生學習預期成果通過實驗操作，熟悉電阻傳感器的結構及應用，培養(yǎng)學生的動手實踐能力7.支撐課程目標課程目標1、2。第四單元電感傳感器（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內容自感傳感器的結構及應用、差動變壓器傳感器的結構及應用、電感傳感器的結構及應用。2.重點和難點重點：自感式、變壓器式的特點以及適用的場合。難點：基本變間隙傳感器與差動變間隙式傳感器的區(qū)別。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結構，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過案例分析，強調理論與實踐相結合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的反思能力；4.學生學習預期成果掌握自感式傳感器、變壓器式傳感器的結構、工作原理和使用方法，掌握基本變間隙傳感器與差動變間隙式傳感器的區(qū)別，掌握自感式、變壓器式的特點以及適用的場合。為傳感器的選型及應用奠定理論基礎。5.支撐課程目標課程目標1、2、3。第五單元電渦流傳感器（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內容電渦流傳感器的工作原理、結構特性、測量轉換電路及應用，接近開關及應用。2.重點和難點重點：電渦流式傳感器的結構、工作原理和使用方法。難點：電渦流傳感器的測量轉換電路及應用。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結構，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過案例分析，強調理論與實踐相結合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的反思能力；4.學生學習預期成果掌握電渦流式傳感器的結構、工作原理和使用方法，掌握測量轉換電路組成及工作原理，掌握電渦流式傳感器的特點以及適用的場合。為傳感器的選型及應用奠定理論基礎。5.支撐課程目標課程目標1、2。第六單元電容傳感器（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內容電容傳感器的工作原理及結構形式、測量轉換電路、應用，壓力、液位和流量的測量。2.重點和難點重點：電容傳感器的特點和使用方法。難點：變面積、變間隙和變介質電容傳感器理論推導方法。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結構，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過案例分析，強調理論與實踐相結合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的反思能力。4.學生學習預期成果掌握電容傳感器的結構及工作原理，掌握變面積、變間隙和變介質電容傳感器理論推導方法，計算其靈敏度、非線性誤差。為傳感器的選型及應用奠定理論基礎。5.支撐課程目標課程目標1、2、3。第七單元壓電傳感器（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內容壓電式傳感器的工作原理、測量轉換電路、結構及應用、振動測量及頻譜分析。2.重點和難點重點：壓電效應、壓電材料、壓電傳感器結構及工作原理。難點：壓電傳感器測量電路的設計方法。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結構，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過案例分析，強調理論與實踐相結合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的反思能力。4.學生學習預期成果掌握壓電效應、壓電材料、壓電傳感器結構及工作原理，掌握壓電傳感器測量電路的設計方法，掌握電壓放大器和電荷放大器兩種形式放大電路的分析計算。為傳感器的選型及應用奠定理論基礎。5.支撐課程目標課程目標1、2。第八單元超聲波傳感器（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內容超聲波傳感器的物理基礎、超聲波換能器及耦合技術、超聲波傳感器的應用、無損探傷。2.重點和難點重點：超聲波換能器及耦合技術、超聲波傳感器的應用、無損探傷。難點：無損探傷。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結構，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過案例分析，強調理論與實踐相結合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的反思能力。4.學生學習預期成果掌握超聲波傳感器的結構、工作原理及耦合技術，超聲波傳感器的應用及無損探傷的概念、方法。為傳感器的選型及應用奠定理論基礎。5.支撐課程目標課程目標2、3。第九單元霍爾傳感器（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內容霍爾傳感器的工作原理及特性、霍爾集成電路及應用。2.重點和難點重點：霍爾效應及霍爾傳感器的工作原理。難點：霍爾傳感器的工作原理。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結構，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過案例分析，強調理論與實踐相結合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的反思能力。4.學生學習預期成果掌握霍爾效應及霍爾傳感器的工作原理。理解霍爾集成電路的組成、工作原理。為傳感器的選型及應用奠定理論基礎。5.支撐課程目標課程目標1、2、3。第十單元熱電偶傳感器（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內容溫度測量的基本概念、熱電偶的工作原理、種類及結構、冷端延長、冷端溫度補償及集成溫度傳感器、熱電偶的應用及配套儀表。2.重點和難點重點：熱電效應、熱電偶種類和結構、熱電偶冷端補償?shù)姆椒āｋy點：熱電偶冷端補償?shù)姆椒ā?.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結構，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過案例分析，強調理論與實踐相結合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的反思能力。4.學生學習預期成果掌握熱電效應、熱電偶種類和結構、熱電偶回路的基本法則以及熱電偶的應用和測量誤差。綜合應用中間導體法則、中間溫度法則、標準熱電極法則來分析熱電偶測溫電路，掌握熱電偶冷端補償?shù)姆椒?。為傳感器的選型及應用奠定理論基礎。5.支撐課程目標課程目標1、2。第十一單元光電傳感器（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內容光電效應及光電元件、光電元件的基本應用電路、應用，光電開關與光電斷續(xù)器。2.重點和難點重點：光電管、光敏電阻、光電池等光電元件的工作原理及基本特性及應用。難點：光電式傳感器的一些典型應用。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結構，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過案例分析，強調理論與實踐相結合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的反思能力。4.學生學習預期成果掌握光電管、光敏電阻、光電池等光電元件的工作原理及基本特性，掌握光電式傳感器的一些典型應用。理解內光電效應和外光電效應概念及區(qū)別。為傳感器的選型及應用奠定理論基礎。5.支撐課程目標課程目標1、2、3。第十二單元數(shù)字式位置傳感器（學時數(shù)：理論6+實驗2）理論課程（6學時）1.課程主要內容位置測量方式、角編碼器、光柵傳感器、磁柵傳感器。2.重點和難點重點：角編碼器、光柵傳感器、磁柵傳感器的組成及工作原理。難點：角編碼器、光柵傳感器、磁柵傳感器的組成及工作原理。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結構，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過實驗操作，熟悉數(shù)字式位置傳感器的功能及結構，培養(yǎng)學生的動手實踐能力。4.學生學習預期成果掌握角編碼器、光柵傳感器、磁柵傳感器的組成及工作原理。理解位置測量方式及角編碼器、光柵傳感器、磁柵傳感器的應用。為傳感器的選型及應用奠定理論基礎。5.支撐課程目標課程目標1、2。實驗課程（2學時）1.課程主要內容位移測試的基本原理，正確使用實驗設備和實驗儀器完成實驗并分析實驗結果，得出合理結論。2.重點和難點重點：位移測試的基本原理，正確使用實驗設備和實驗儀器，分析實驗結果。難點：應用位移測試的基本原理，正確使用實驗設備和實驗儀器。3.實施方式理論+實驗4.學習要求了解位移測試的基本原理，能應用所學基本知識，正確使用實驗設備和實驗儀器，完成實驗，分析實驗結果，得出合理結論。5.實驗要求（1）實驗屬性（驗證性實驗）（2）開出要求（必做）（3）分組要求（4人1組）（4）實驗準備（①儀器設備，②預習要求）6.學生學習預期成果通過實驗操作，熟悉數(shù)字式位置傳感器的功能及結構，培養(yǎng)學生的動手實踐能力。7.支撐課程目標課程目標1、2。第十三單元檢測系統(tǒng)的抗干擾技術（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內容噪聲及防護、檢測技術中的電磁兼容原理、幾種電磁兼容控制技術。2.重點和難點重點：電磁兼容原理及電磁兼容控制技術。難點：電磁兼容控制技術。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結構，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過案例分析，強調理論與實踐相結合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的反思能力。4.學生學習預期成果理解干擾的種類、噪聲耦合方式，掌握電磁兼容原理及電磁兼容控制技術。為傳感器的綜合應用奠定理論基礎。5.支撐課程目標課程目標1、2、3。（二）課程基本教學內容對課程目標的支撐課程教學內容教學方法支撐的課程目標學時安排課內課外學時比例第一單元緒論講授法課程目標1、221：1第二單元檢測技術的基本概念講授法、專題研討課程目標1、2、321：1第三單元電阻傳感器講授法、實驗教學課程目標1、2理論6+實驗21：1第四單元電感傳感器實地調研、課堂匯報課程目標1、2、341：1第五單元電渦流傳感器講授法、案例教學課程目標1、221：1第六單元電容傳感器講授法、課堂匯報課程目標1、2、321：1第七單元壓電傳感器講授法、案例教學課程目標1、241：1第八單元超聲波傳感器講授法、專題研討課程目標2、321：1第九單元霍爾傳感器講授法、案例教學課程目標1、2、321：1第十單元熱電偶傳感器講授法、專題研討課程目標1、241：1第十一單元光電傳感器講授法、案例教學課程目標1、2、341：1第十二單元數(shù)字式位置傳感器講授法、實驗教學課程目標1、2理論6+實驗21：1第十三單元檢測系統(tǒng)的抗干擾技術講授法、課堂匯報課程目標1、2、341：1合計481：1五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構成（百分制）課程成績構成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績50%實驗（百分制）40根據(jù)學生的實驗預習、實驗紀律、實驗動手能力及實驗報告結果，進行綜合評定。每次實驗都打分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)最終成績。目標分值=0.4*作業(yè)平均成績作業(yè)（百分制）30本門課程6次作業(yè)，主要考核學生對各單元知識點的理解和掌握程度；每次作業(yè)按100分制單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)最終成績。目標分值=0.3*作業(yè)平均成績測驗（百分制）20本門課程2次測驗，主要考核學生課堂對知識點的理解和掌握情況，每次測驗按100分制單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。目標分值=0.2*作業(yè)平均成績課堂表現(xiàn)（百分制）10根據(jù)學生上課的課堂表現(xiàn)，在出勤表中記錄學生的出勤及聽課回答問題的記錄。目標分值=0.1*作業(yè)平均成績期末考試50%知識40（1）卷面成績100分，以卷面成績的50%計入課程總評成績。（2）主要考核檢測技術的基本概念、電阻傳感器、電感傳感器、電渦流傳感器、電容傳感器、壓電傳感器、超聲波傳感器、霍爾傳感器、熱電偶傳感器、光電傳感器、數(shù)字式位置傳感器、檢測系統(tǒng)的抗干擾技術等。（3）考試題型為：填空題、選擇題、判斷題、簡答題、計算題和綜合題等。能力30綜合應用20創(chuàng)新10（二）課程考核對課程目標的支撐教學內容考核內容考核方式支撐的課程目標第一單元緒論1-1工業(yè)檢測技術的內容1-2自動檢測系統(tǒng)的組成1-3自動檢測系統(tǒng)的組成作業(yè)、期末考試課程目標1、2第二單元檢測技術的基本概念2-1測量的基本概念及方法2-2測量誤差及數(shù)據(jù)處理2-3傳感器及其基本特性作業(yè)、期末考試課程目標1、2、3第三單元電阻傳感器3-1電阻應變傳感器3-2測溫熱電阻傳感器3-3氣敏電阻傳感器3-4濕敏電阻傳感器作業(yè)，測驗、實驗課程目標1、2第四單元電感傳感器4-1自感傳感器4-2差動變壓器傳感器4-3電感傳感器的應用。作業(yè)，期末考試課程目標1、2、3第五單元電渦流傳感器5-1電渦流傳感器的工作原理5-2電渦流傳感器的結構及特性5-3電渦流傳感器的測量轉換電路5-4電渦流傳感器的應用5-5接近開關及應用作業(yè)，期末考試課程目標1、2第六單元電容傳感器6-1電容傳感器的工作原理及結構形式6-2電容傳感器的測量轉換電路6-3電容傳感器的應用6-4壓力、液位和流量的測量作業(yè)，期末考試課程目標1、2、3第七單元壓電傳感器7-1壓電式傳感器的工作原理7-2壓電式傳感器的測量轉換電路7-3壓電式傳感器的結構及應用7-4振動測量及頻譜分析作業(yè)，實驗，期末考試課程目標1、2第八