光電檢測技術課程教學大綱

PAGEPAGE10《光電檢測技術》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱光電檢測技術課程編號310050032課程性質(zhì)選修課課程類別專業(yè)選修課開課單位測控教研室授課學期第6學期學分/學時2/32課內(nèi)學時32理論授課26上機學時0課內(nèi)實踐0實驗學時6課外學時32適用專業(yè)測控技術與儀器是否雙語否先修課程工程光學、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、電路原理后續(xù)課程數(shù)字圖像處理二、課程簡介《光電檢測技術》是測控技術與儀器本科專業(yè)的專業(yè)選修課，為理論性、實踐性較強的一門課程。本課程任務是介紹光電檢測技術的基礎理論、常見光電傳感器的工作原理與特性、典型光電傳感器應用技術和發(fā)展趨勢等。通過本課程的教學，讓學生掌握光電檢測技術的專業(yè)知識，能針對不同的測量要求，進行基本的光電信息系統(tǒng)設計，并為后續(xù)的專業(yè)課學習打下理論和實驗的基礎。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標課程目標1：知識目標能理解光電檢測技術基礎理論；能利用數(shù)學理論、物理和電路的基本定律等分析常用各類光電傳感器的工作原理、測量電路；能解釋各類光電傳感器的典型工程應用，并能使用傳感器進行簡單的測量。課程目標2：能力目標具備常用傳感器的識別與測量能力；能夠識別電路圖原理，并能在實驗臺上正確連接電路；具備通過文獻研究等方式對光電檢測系統(tǒng)進行有效、合理的分析，獲得科學合理的結(jié)論的能力；能夠運用傳感器工作原理、測量電路等專業(yè)知識對光電檢測系統(tǒng)中復雜工程問題的解決方案進行分析，并嘗試改進；能夠選用恰當?shù)募夹g，用于光電檢測系統(tǒng)的設計、開發(fā)、解決復雜系統(tǒng)問題；體現(xiàn)認真負責的工作態(tài)度及嚴謹細致的工作作風。課程目標3：素質(zhì)目標能夠識別工程問題的綜合特征，綜合運用光電檢測系統(tǒng)相關原理，對復雜光電工程問題，選取正確的技術路線，設計切實可行的仿真和實驗研究方案；體現(xiàn)積極進取、勇于創(chuàng)新的時代精神和服務社會的意識。（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11.3學習專業(yè)基礎知識，掌握解決復雜測控系統(tǒng)工程問題的基本思路和方法。1-工程知識課程目標22.2能夠?qū)⑾嚓P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；3.3能夠設計滿足特定需求的測控模塊、系統(tǒng)或儀器，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識；9.1能夠理解多學科背景下的團隊中個體與團隊的關系，并在團隊中發(fā)揮有效的作用。2-問題分析3-設計/開發(fā)解決方案9-個人和團隊課程目標31.3學習專業(yè)基礎知識，掌握解決復雜測控系統(tǒng)工程問題的基本思路和方法；3.3能夠設計滿足特定需求的測控模塊、系統(tǒng)或儀器，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識。1-工程知識3-設計/開發(fā)解決方案四、課程基本教學內(nèi)容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內(nèi)容第一單元概述（學時數(shù)：1學時）1.課程主要內(nèi)容理解光電檢測技術及光電傳感器的基本概念；掌握光電檢測系統(tǒng)的組成和特點；了解光電檢測技術的發(fā)展及應用。2.重點和難點重點：光電傳感器的基本概念；光電檢測系統(tǒng)的組成和特點。難點：光電檢測技術的發(fā)展及應用。3.教學方法課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗。4.學生學習預期成果能夠識記光電傳感器、光電檢測技術的概念；能夠理解光電檢測系統(tǒng)的組成、基本功能。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標3第二單元光電傳感器技術基礎（學時數(shù)：3學時）1.課程主要內(nèi)容了解光度量參數(shù)與輻射度量參數(shù)相關概念；理解光度量參數(shù)與輻射度量參數(shù)的關系；理解半導體對光的吸收；掌握各光電效應的概念、原理。2.重點和難點重點：輻射度學與光度學的基本物理量；半導體對光的吸收；光電效應。難點：輻強度（發(fā)光強度）、輻亮度（光亮度）、輻射度量與光度量關系；光電導效應、光伏效應。3.教學方法課堂講授、巡回指導、隨堂測驗。4.學生學習預期成果能夠理解輻射度量參數(shù)與光度量參數(shù)的基本概念以及兩者之間的關系；能夠識記半導體對光的吸收方式；會分析本征吸收、雜質(zhì)吸收的基本原理；能夠理解并解釋光電效應、光電導效應、光生伏特效應、光電發(fā)射效應等基本概念。5.支撐課程目標課程目標1。第三單元光源（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內(nèi)容了解光源的分類；了解氣體放電燈、金屬蒸汽燈的機理與基本特性；理解半導體發(fā)光二極管光源的發(fā)光機理；掌握鎢絲燈的分類和基本特性；掌握發(fā)光二極管的基本特性；掌握激光的產(chǎn)生機理和基本特性。2.重點和難點重點：發(fā)光二極管的工作原理。難點：同質(zhì)和異質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管工作原理。3.教學方法課堂講授、巡回指導、隨堂測驗、翻轉(zhuǎn)課堂。4.學生學習預期成果能夠理解光源的基本特性參數(shù)；會分析熱輻射光源、發(fā)光二極管光源、激光光源等的發(fā)光機理；能夠針對測量要求，選用合適的光源。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第四單元光電導器件（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容了解光敏電阻的基本結(jié)構(gòu)；理解光敏電阻的基本原理；掌握光敏電阻的基本特性、偏置電路；理解光敏電阻的應用。2.重點和難點重點：光敏電阻的工作原理；主要特性參數(shù)；光電探測器的偏置電路。難點：光敏電阻的基本偏置電路和應用。3.教學方法課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、實驗、翻轉(zhuǎn)課堂。4.學生學習預期成果會分析光電導探測器的工作原理及輸出特性；會分析光敏電阻的偏置電路；會根據(jù)照度、輸出電壓、電壓靈敏度之間的關系，進行簡單的計算；能夠構(gòu)建光電導器件的典型應用。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第五單元光伏器件（學時數(shù)：3學時）1.課程主要內(nèi)容了解PIN型光敏二極管、雪崩光敏二極管、色敏光生伏特器件、光伏器件組合器件；理解硅光敏二極管、硅光電池、PSD的工作原理；理解光生伏特器件的偏置電路；掌握硅光敏二極管、硅光電池的基本特性；理解光生伏特器件的典型應用。2.重點和難點重點：光電池、光電二極管和光電位置傳感器。難點：PIN、APD、QPD、PSD原理與應用；光電器件的光電變換電路分析。3.教學方法課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、翻轉(zhuǎn)課堂。4.學生學習預期成果會分析各種類型光伏器件的工作原理；能夠理解光伏器件的特性參數(shù)；會分析光伏器件的偏置電路；能夠構(gòu)建光伏器件的典型應用。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第六單元光電發(fā)射器件（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容了解真空光電管的工作原理；理解光電發(fā)射陰極的主要參數(shù)；理解光電倍增管的工作原理；掌握光電倍增管的基本特性、供電電路；理解光電倍增管的典型應用。2.重點和難點重點：光電陰極、光電倍增管的供電和信號輸出電路。難點：負電子親和勢光電陰極、微弱信號的處理。3.教學方法課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、實驗、翻轉(zhuǎn)課堂。4.學生學習預期成果能夠理解光電發(fā)射陰極的特性參數(shù)；會分析光電倍增管的工作原理、供電電路；會根據(jù)增益、陽極電流、陰極電流、供電電壓、極間電圧等參數(shù)間關系，進行簡單的計算；能夠構(gòu)建光電發(fā)射器件的典型應用。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第七單元紅外與太赫茲波的探測（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內(nèi)容了解熱輻射的一般規(guī)律；了解熱電堆探測器；了解THz探測技術；理解熱釋電器件的基本工作原理；掌握熱敏電阻的基本特性；理解熱釋電器件的基本應用。2.重點和難點重點：熱敏電阻和熱釋電探測器。難點：溫度變化方程、熱探測器特性參數(shù)、熱釋電工作原理。3.教學方法課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、翻轉(zhuǎn)課堂。4.學生學習預期成果能夠解釋熱釋電效應；會分析熱敏電阻、熱釋電器件的工作原理；能夠理解紅外探測器件的基本特性；能夠構(gòu)建紅外探測器件的典型應用。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第八單元圖像掃描與圖像顯示技術（學時數(shù)：1學時）1.課程主要內(nèi)容了解圖像傳感器和電視制式的基本知識；掌握逐行掃描和隔行掃描的特點與區(qū)別；掌握中國的電視制式。2.重點和難點重點：中國的電視制式；逐行掃描和隔行掃描。難點：逐行掃描和隔行掃描的理解和對比。3.教學方法課堂講授、巡回指導、隨堂測驗。4.學生學習預期成果能夠識記中國的電視制式；能夠理解逐行掃描和隔行掃描的原理。5.支撐課程目標課程目標1。第九單元CCD圖像傳感器（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容了解CCD電極結(jié)構(gòu)；了解典型線陣CCD和面陣CCD的基本結(jié)構(gòu)；理解線陣CCD的工作原理；掌握電荷存儲、電荷耦合、電荷注入和檢測的工作過程；掌握CCD光電圖像傳感器的基本特性參數(shù)。2.重點和難點重點：電荷耦合器件工作原理。難點：電荷耦合工作原理。3.教學方法課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、實驗、翻轉(zhuǎn)課堂。4.學生學習預期成果會分析CCD圖像傳感器的工作原理；能夠理解典型線陣CCD、面陣CCD的結(jié)構(gòu)；能夠構(gòu)建圖像傳感器的典型應用。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。（二）課程基本教學內(nèi)容對課程目標的支撐課程教學內(nèi)容教學方法支撐的課程目標學時安排課內(nèi)課外學時比例第一單元概述課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗課程目標1、311:1第二單元光電傳感器技術基礎課堂講授、巡回指導、隨堂測驗課程目標131:1第三單元光源課堂講授、巡回指導、隨堂測驗、翻轉(zhuǎn)課堂課程目標1、2、341:1第四單元光電導器件課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、實驗、翻轉(zhuǎn)課堂課程目標1、2、361:1第五單元光伏器件課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、翻轉(zhuǎn)課堂課程目標1、2、331:1第六單元光電發(fā)射器件課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、實驗、翻轉(zhuǎn)課堂課程目標1、2、361:1第七單元紅外與太赫茲波的探測課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、翻轉(zhuǎn)課堂課程目標1、2、321:1第八單元圖像掃描與圖像顯示技術課堂講授、巡回指導、隨堂測驗課程目標111:1第九單元CCD圖像傳感器課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、實驗、翻轉(zhuǎn)課堂課程目標1、2、361:1合計321:1五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構(gòu)成（百分制）課程成績構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績60%課后作業(yè)50共計安排5次作業(yè)，主要考核各重點章節(jié)知識點。目標分值=0.5×作業(yè)平均值。翻轉(zhuǎn)課堂10根據(jù)探測器類型數(shù)量，對學生進行分組，組內(nèi)同學分工合作完成一種光電探測器的探究，包括文獻資料的歸納總結(jié)、PPT制作、課堂講解等，限時5分鐘。根據(jù)PPT優(yōu)劣及課堂講解質(zhì)量給學生打分。目標分值=0.1×導圖平均值隨堂測驗30課堂根據(jù)需要隨時安排測驗，客觀題為主，主要考核基礎知識，每次答題時間控制在15分鐘之內(nèi)。目標分值=0.3×測驗平均值出勤和綜合表現(xiàn)10按出勤、聽課狀態(tài)、回答問題積極程度、使用手機做與學習無關事情的次數(shù)等課堂表現(xiàn)酌情加減分，最終以滿分10分折算。實踐成績20%實驗100安排3次實驗，主要考核光敏電阻、光電倍增管、CCD的特性測試，需提交實驗報告，根據(jù)數(shù)據(jù)和報告內(nèi)容的準確性、詳實度按比例折算，滿分10分。期末測驗20%知識1001.考核范圍：所有教學內(nèi)容2.測驗題型：客觀題（填空）3.評價細則：客觀題100分。（二）課程考核對課程目標的支撐教學內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標第一單元概述1-1光電檢測技術及其研究內(nèi)容1-2光電信息系統(tǒng)1-3光電檢測技術的應用及發(fā)展趨勢隨堂測驗期末測驗課程目標1、3第二單元光電傳感器技術基礎2-1光輻射的度量2-2物體熱輻射2-3輻度量參數(shù)與光度量參數(shù)的關系2-4半導體對光的吸收2-5光電效應隨堂測驗課后作業(yè)期末測驗課程目標1、2第三單元光源3-1光源的分類3-2鎢絲燈3-3氣體放電燈3-4LED光源3-5激光光源3-6光電傳感器應用系統(tǒng)中光源與照度隨堂測驗翻轉(zhuǎn)課堂課后作業(yè)期末測驗課程目標1、2、3第四單元光電導器件4-1光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)4-2光敏電阻的基本特性4-3光敏電阻的偏置電路4-4光敏電阻的應用實例隨堂測驗翻轉(zhuǎn)課堂課后作業(yè)實驗期末測驗課程目標1、2、3第五單元光伏器件5-1硅光電二極管5-2其他類型的光伏器件5-3光伏器件的偏置電路隨堂測驗翻轉(zhuǎn)課堂課后作業(yè)期末測驗課程目標1、2、3第六單元光電發(fā)射器件6-1光電發(fā)射陰極6-2真空光電管與光電倍增管的工作原理6-3光電倍增管的基本特性6-4光電倍增管的供電電路6-5光電倍增管的典型應用隨堂測驗翻轉(zhuǎn)課堂課后作業(yè)實驗期末測驗課程目標1、2、3第七單元紅外與太赫茲波的探測7-1熱輻射的一般規(guī)律7-2熱敏電阻與熱電堆7-3熱釋電器件7-4紅外與熱輻射探測技術7-5太赫茲波的探測技術隨堂測驗翻轉(zhuǎn)課堂課后作業(yè)期末測驗課程目標1、2、3第八單元圖像掃描與圖像顯示技術8-1圖像解析原理8-2圖像的顯示與電視制式隨堂測驗期末測驗課程目標1、2、3第九單元CCD圖像傳感器9-1電荷存儲9-1電荷耦合9-3CCD電極結(jié)構(gòu)9-4電荷的注入和檢測9-5典型線陣CCD圖像傳感器9-6典型面陣CCD圖像傳感器隨堂測驗翻轉(zhuǎn)課堂實驗期末測驗課程目標1、2、3六、使用教材、相關推薦書目及課程資源（一）使用教材王慶有主編：《光電傳感器應用技術（第2版）修訂版》，機械工業(yè)出版社，2020.7；（二）相關推薦書目1.