检测与传感器技术课程教学大纲

课程名称：	检测与传感器技术	课程模块编码：	6013A505
总学时数：	24	课内实践学时数：	6
学    分：	1.5	开课单位：	电信学院
先修课程：	大学物理、电路、电子技术、自动控制原理
适用专业：	电气工程及其自动化

 

一、课程性质、目的和任务

《检测与传感器技术》课程是电气工程及其自动化专业学生专业必修课程之一。通过本课程学习，使学生掌握检测系统的构成以及常用传感器的性能指标，掌握智能传感器的结构。培养学生对检测系统整体组成的掌握能力，初步具有分析和解决一些电气工程实际问题的能力，提高基于工程相关背景知识进行分析并提出工程实际问题解决方案的能力，为以后从事本专业的工作打下基础。主要支撑毕业要求1.3、2.2、2.3、3.1、3.3、4.2、4.3达成。

通过本课程的学习，达到以下教学目标：

1、工程知识

掌握必要的检测与传感器技术基本知识，能够将所学基本知识应用到电气工程领域相关工程问题中去。

2、问题分析

能结合工程问题，运用检测技术的原理知识，对不同工况下各种电气设施的运行状态进行监测与分析，发现影响各种电气设施运行的关键因素。

3、设计/开发解决方案

掌握检测技术领域的专业知识和设计方法，为相关电气工程设计项目提供解决方案，实现电气设施全方位量化监测，在具体的设计过程中能用到本课程的基本知识并体现创新意识。

4、研究

能够基于科学原理并采用科学方法对电气工程领域的相关工程问题进行深入研究，完善解决方案，并反馈到工程设计与实践中。

表1 课程教学目标对专业毕业要求的支撑

二、教学内容及教学基本要求

第一章   检测系统概况

1、教学要求

掌握传感器和敏感器的基本概念、检测仪表与系统的基本组成。

了解检测技术及仪表的地位与作用。

2、教学内容

第一节 检测技术及仪表的地位与作用

知识要点：检测技术及仪表的地位与作用

第二节 传感器概述

知识要点：传感器基本概念、分类、命名方法

第三节 检测仪表与系统概述

知识要点：检测仪表与系统的基本组成、基本类型

3、本章重点、难点

本章重点：传感器基本概念、分类、命名方法

本章难点：检测仪表与系统的基本组成、基本类型

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验0学时。

第二章   检测系统基本特性

1、教学要求

掌握静态特性和动态特性的概念、检测系统的静态性能指标；

了解检测系统的静态测量和动态测量。

2、教学内容

第一节 静态特性

知识要点：静态特性及性能指标

第二节 动态特性

知识要点：传递函数、动态特性及性能指标

第三节 测量误差

知识要点：误差的概念、表达方式、分类

3、本章重点、难点

本章重点：静态特性和动态特性的概念、检测系统的静态性能指标

本章难点：传递函数、动态特性及性能指标

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验0学时。

第三章 阻抗型传感器

1、教学要求

掌握阻抗型传感器的基本特性及工作原理；

了解阻抗型传感器的类型。 

2、教学内容

第一节 电阻式传感器

知识要点：电阻式传感器的类型、电位器式传感器的工作原理、应变电阻效应和压阻效应、气敏传感器和湿敏传感器的工作原理

第二节 电容式传感器

知识要点：电容传感器的类型、电容传感器的基本原理、电容传感器的输入输出特性、电容传感器的接口电路

第三节 电感式传感器

知识要点：电感式传感器的类型、电感式传感器的工作原理、电感式传感器的接口电路

3、本章重点、难点

本章重点：阻抗型传感器工作原理、输入输出特性、接口电路。

本章难点：阻抗型传感器输入输出特性

4、本章学时数

本章教学时数：6学时，其中讲课4学时，实验2学时。

第四章 电压型传感器

1、教学要求

掌握电压型传感器的基本特性及工作原理；

了解电压型传感器的类型。

2、教学内容

第一节 磁电式传感器和压电式传感器

知识要点：解磁电式传感器和压电式传感器的类型、磁电式和压电式传感器的工作原理、两种传感器的接口电路

第二节 热电偶传感器

知识要点：热电偶传感器的工作原理

第三节 光电式传感器

知识要点：光电器件、光电传感器的基本组成和类型、光电器件的基本特性

第四节 霍尔传感器

知识要点：掌握霍尔传感器的组成和基本特性、霍尔传感器的应用、测量误差及补偿办法

3、本章重点、难点

本章重点：电压型传感器工作原理及应用

本章难点：电压型传感器输入输出特性

4、本章学时数

本章教学时数：4学时，其中讲课2学时，实验2学时。

第五章 数字式传感器

1、教学要求

掌握光栅的结构和工作原理；

了解频率式传感器的类型、频率式传感器的工作原理。

2、教学内容

第一节 编码器和光栅

知识要点：直接式编码器和增量式编码器的结构和工作原理、光栅的结构和工作原理

第二节 频率式传感器

知识要点：频率式传感器的类型、频率式传感器的工作原理、握测量电路

3、本章重点、难点

本章重点：编码器的结构和工作原理、光栅的结构和工作原理

本章难点：频率式传感器的工作原理、测量电路

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验0学时。

第六章 新型传感器

1、教学要求

掌握光纤传感器、CCD图像传感器、红外传感器和超声波传感器的原理及它们的应用。

2、教学内容

第一节 光纤传感器

知识要点：光导纤维的结构、光导纤维的传光原理、光纤传感器的基本原理和类型

第二节 CCD图像传感器

知识要点：CCD图像传感器的结构、工作原理

第三节 红外传感器和超声波传感器

知识要点：红外传感器和超声波传感器的原理及它们的应用

3、本章重点、难点

本章重点：各种新型传感器的基本原理

本章难点：各种新型传感器的具体应用

4、本章学时数

本章教学时数：4学时，其中讲课2学时，实验2学时。

第七章 几何量的电测法

1、教学要求

掌握常见几何量敏感器的基本原理和功能；

了解常见几何量的多种电测法.

2、教学内容

第一节 位移的电测法

知识要点：位移的间接电测法

第二节 倾角的电测法

知识要点：常见的几种倾角电测法的测量原理

第三节 厚度的电测法

知识要点：常见厚度电测法的测量原理

第四节 物位的电测法

知识要点：常见物位电测法的测量原理

3、本章重点、难点

本章重点：常见几何量敏感器的基本原理和功能

本章难点：常见几何量的多种电测法

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验0学时。

第八章 机械量的电测法

1、教学要求

掌握常见机械量敏感器的基本原理和功能；

了解常见机械量的多种电测法。 

2、教学内容

第一节 转速的电测法

知识要点：模拟式电测法、数字式电测法

第二节 振动的电测法

知识要点：相对振动传感器与绝对振动敏感器

第三节 力与荷重的电测法

知识要点：力敏感器、力的间接电测法

第四节 力矩的电测法

知识要点：扭矩敏感器

3、本章重点、难点

本章重点：常见机械量敏感器的基本原理和功能

本章难点：常见机械量的多种电测法

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验0学时。

表2 知识单元、学时分配与教学目标对应表

知识单元		知识点		理论 学时	教学 目标
序号	描述	序号	描述
1	检测系统概况	1	检测技术及仪表的地位与作用	2	1
		2	传感器概述
		3	检测仪表与系统概述
2	检测系统基本特性	1	静态特性	2	1、2
		2	动态特性
		3	测量误差
3	阻抗型传感器	1	电阻式传感器	6	1、2、3
		2	电容式传感器
		3	电感式传感器
4	电压型传感器	1	磁电式传感器和压电式传感器	4	1、2、3
		2	热电偶传感器
		3	光电式传感器
		4	霍尔传感器
5	数字式传感器	1	编码器和光栅	2	1、2、3
		2	频率式传感器
6	新型传感器	1	光纤传感器	4	1、2、4
		2	CCD图像传感器
		3	红外传感器和超声波传感器
7	几何量的电测法	1	位移的电测法	2	1、2、3、4
		2	倾角的电测法
		3	厚度的电测法
		4	物位的电测法
8	机械量的电测法	1	转速的电测法	2	1、2、3、4
		2	振动的电测法
		3	力与荷重的电测法
		4	力矩的电测法
	总计			24

 

三、课内实践环节教学安排及要求

表3  课内实践环节教学安排表

注：实验类型是指验证性、综合性、设计性，上机、课内实践等项目不需填写本项内容。

四、教学手段、方法建议

课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施。主要采用启发式教学法、项目驱动法、案例教学法、模块化教学法、翻转课堂等。注重采用师生互动的方法，让学生参与课堂教学，及时发现在学生中普遍存在的问题，及时地加以解决。

本课程课堂教学流程如图1所示。

图1 检测与传感器技术课堂教学流程

本课程安排4次课外作业：

1、检测系统基本特性

2、阻抗型传感器

3、电压型传感器

4、数字式传感器

五、课程考核方式及要求

本课程考核内容为支撑毕业要求对应的课程目标，主要考查毕业要1.3、2.2、2.3、3.1、3.3、4.2、4.3所对应的课程目标的达成情况。

（一）考核内容

1、检测系统基本特性

2、阻抗型传感器

3、电压型传感器

4、数字式传感器

5、新型传感器

6、几何量的电测法

7、机械量的电测法

（二）考核方式

1．考核方式：考试（√）；考查（）

2．成绩评定：采用（N+2）的考核模式

计分制：百分制（√）；五级分制（）；两级分制（）

采用（N+2）考核模式：笔记考核（10%）过程考核（40）％；期末考核（50）％
其中过程考核构成：

考勤考纪（25）％；作业（25）％；阶段测试（25）％；实验操作（25）％

六、课程教学目标达成情况评价分析

1. 定量评价

需要根据公式逐步计算出每项课程教学目标的达成度。

2. 定性分析

需要针对课程教学目标以及毕业要求分析以下内容：

（1）上次评价中存在的问题，这次改进的情况；

（2）该课程目前存在的问题，以及后续教学过程需要改进的措施。

七、建议教材及参考资料

建议教材：

《现代检测技术及仪表》第2版，孙传友主编，高等教育出版社，2012年版

参考资料：

1．《传感器技术》，贾伯年主编，东南大学出版社，2000年版

2．《传感器原理及应用》（第三版），王化祥主编，天津大学出版社，2007年版

八、课程教学目标与毕业要求关系表

表4 课程教学目标与毕业要求的关系

毕业要求	指标点	高电压技术
1．工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础、专业基础和专业知识用于解决电气工程及相关领域的复杂工程问题。	1.1 能够运用数学、自然科学和工程基本知识对电气工程领域相关工程问题进行识别、准确表达、分析或求解。
	1.2掌握专业基础知识，并能将其用于电气工程领域相关工程问题的推演和分析，得出有意义的结果。
	1.3 掌握电气工程领域的专业知识，能够对电气工程领域复杂工程问题的数学模型或解决方案进行比较、综合、优选，并提出改进思路。	M
2．问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献查阅、研究分析电气工程领域的复杂工程问题，获得有效结论。	2.1能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理对电气工程领域复杂工程问题进行数学建模、求解或机理分析。
	2.2能够运用工程科学的基本原理，对电气工程领域的工程实际问题进行识别和准确表达，以满足电气运行维护、工程设计的需要。	L
	2.3能够运用电气工程专业知识对复杂工程问题进行分解、分析和钻研，并结合文献研究得出有效结论。	L
3．设计/开发解决方案：针对电气工程相关领域的复杂工程问题，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。	3.1能够综合运用所掌握的专业知识、技术手段和开发工具，设计满足特定需求的产品或系统。	M
	3.2掌握电气工程设计领域的专业知识、设计方法和工程设计工具，为满足特定需求和标准的电气工程设计项目提供解决方案。
	3.3在电气工程相关领域复杂工程问题设计过程中，体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。	M
4. 研究：能够基于科学原理并采用科学方法对电气工程领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。	4.1能够针对电气工程领域的工程实际问题进行初步的推理、建模与仿真分析。
	4.2能够运用科学方法设计实验方案、搭建实验平台、获取实验数据。	L
	4.3能够对实验结果进行合理分析、解释，通过信息综合得出合理有效的结论，完善解决方案，并反馈到工程设计和实践中。	L
5．使用现代工具：能够针对电气工程及相关领域的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。	5.1具有计算机熟练应用和电气图纸绘制的技能。
	5.2熟悉C语言、MATLAB、STEP7、PROTEUS、KEIL等软件仿真和在线硬件仿真工具的运用，能对工程问题进行模拟和预测，并理解其局限性。
	5.3能够根据工程实际问题检索文献、查询资料、合理选择技术。
6．工程与社会：能够基于电气工程领域的背景知识进行合理分析，评价复杂工程问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。	6.1了解电气工程技术的发展现状与趋势，具有工程实习和社会实践的经历。
	6.2 认识工程问题与社会伦理道德联系，树立正确的工程伦理道德观，具备高度的责任感从事工程活动。
	6.3能够评价电气工程领域工程实际问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并能正确理解由于这些影响所应当承担的责任。
7．环境和可持续发展：针对电气工程及相关领域的复杂工程问题，能够分析和评价工程实践对环境、社会可持续发展的影响。	7.1理解电气产品及工程项目运行对环境和社会可持续发展可能产生的影响。
	7.2能够从经济效益、社会效益、利用效率、污染以及安全隐患多个方面贯彻环境保护和社会可持续发展的理念。
	7.3理解电气工程及相关领域的工程实践活动对环境和社会的双重性，判断其可能对人类和环境造成损害的隐患。
8．职业规范：具有人文社会科学素养，社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行职责。	8.1 具有人文知识、思辨能力和科学精神。
	8.2了解国情，理解社会主义核心价值观，维护国家利益，具有推动民族复兴和社会进步的责任感。
	8.3能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行职责。
9．个人和团队：具有团队精神，能够在多学科背景下的团队承担个体、团队成员以及负责人的角色。	9.1对企业运作的模式有认知能力。
	9.2 能够主动与其他学科的成员合作，胜任团队成员的角色与责任。
	9.3 具有技术团队的构建、运行、协调和负责的能力。
10.沟通：能够就电气工程及其相关领域的复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。	10.1 具备就电气工程及其相关领域的工程实际问题进行人际交往和口头表达的能力。
	10.2 具有撰写设计文稿、技术总结报告及项目申请报告的能力。
	10.3 具备一定的外文文献阅读、理解能力和外语交流和沟通能力。
11.项目管理：理解并掌握工程管理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。	11.1 了解电气工程领域工程管理与经济决策基本知识，理解并掌握相应的工程管理与经济决策方法。
	11.2 能够在多学科环境中应用工程管理与经济决策方法进行工程设计与实践。
	11.3 具有初步的项目实施过程中的运行和管理能力。
12．终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。	12.1有积极向上的价值观，具备自主学习和终身学习的意识。
	12.2掌握自主文献检索、资料查询及运用现代信息技术跟踪并获取相关信息的基本方法。
	12.3能够针对个人或职业发展的需求，采用合适的方法自主学习、自我完善、可持续发展。

九、大纲说明

需要特殊表述的大纲中未尽事宜，如课程改革、整合情况等。

执   笔   人：高长伟

参加研讨人员：姚颖、杨丽君、孙娜

审   核   人：关大陆

审   批   人：赵双元