传感器课程标准

传感器与检测技术课程标准

课程编码：01055319 课程类别：专业课程 适用专业：机电一体化 授课单位：机械工程系

学时：48 编写执笔人及编写日期： 2011-6 学分： 审定负责人及审定日期： 一、课程定位 1. 课程性质与作用

本课程是机械类专业课程，是课程开发小组根据机电一体化专业人才培养方案，通过分析学院办学定位，对专业职业工作岗位进行整体分析形成的理实一体化课程。

它的授课对象为即将成为机械及电气设备等行业生产第一线的技术人员的2年级学生，本课程主要研究各类传感器的机理、结构、测量电路和应用方法，主要包括常用传感器、近代新型传感技术及信号调理电路等内容。通过学习检测与转换技术的基本理论和方法，使学生掌握检测与转换技术的基本概念、基本理论以及常用传感器的工作原理、检测电路和典型应用，熟悉和了解信号处理变换及抗干扰等常用技术，为今后的工作及其它专业课程的学习奠定基础；使学生了解和掌握传感器的原理和应用技巧；培养学生灵活应用检测与转换技术，发现和解决新问题的创新能力。

在学习这门课程之前，要先修高等数学、电工技术、电子技术、单片机原理及接口技术等课程，学生学完这些课程，能够具备本课程要求的电气基础；其后续课程为：数控机床的故障诊断与维修、机床电气控制与PLC、机电产品的安装与调试等专业主干课程。课程建设的定位是：淡化专业、拓宽基础、强化实践，为学生后续专业课程的学习及从事科研活动打下扎实的基础。

2. 课程基本理念

本课程是应用性很强的课程，采用“理论与实践一体化”的教学模式，课程内容设计了大量的应用案例，尤其是促进创新思考的应用案例，理论联系实际效果明显。对大学生利用创新基地，应用课程知识，培育创新思维发挥了重要作用。

课程标准在教研室的指导下，由课程组负责编写。课程标准在编写时体现以下课程基本理念：

多元智能的学生观：根据高职学生具有形象思维的智能结构和类型，要采取适合的培养模式，发掘潜能，发展个性；多让学生体验开启智慧和增强自信的经历，提高学生学习兴趣。

终生学习的教育观：要实现本课程的教育目标，必须把教育的对象变成自己教育自己的主体，使学生掌握终身学习的能力；教师从传授者变为引导者，重视学生的学习权，使“教学”向“学习”转换。

3. 课程设计思路

设计思想是基于理论联系实际，通过一系列的实训使学生基本掌握各种常用传感器的结构、性能特点及其在工程测量和检验中的应用；会分析和排除各种可能出现的故障；并通过设计型实训来开发学生们的创新潜能。课程建设的定位是：淡化专业、拓宽基础、强化实践，为学生后续专业课程的学习及从事科研活动打下扎实的基础。

二、课程设计 1. 课程目标设计 （1）能力目标

（1）能够用常用万用表、示波器等常用仪器仪表做各种传感器性能的检查，判别其好坏；

（2）能够根据检测要求合理选用各种类型的传感器； （3）能够根据被测信号的特点，合理设计合理的检测电路； （4）能够用不同类型的传感器设计制作相应的模块测量电路； （5）能够用制作的模块电路正确进行物理量的测量； （6）能够用所学传感器知识进行常用传感器测量电路的检修； （2）知识目标

（1）掌握测量及误差理论等知识，传感器及信号调理基本知识，电桥测量电路的基本特性；

（2）掌握各种常用传感器的基本工作原理、性能特点，理解它们的工作过程，掌握它们的各种应用场合和方法；

（3）掌握信号处理及抗干扰技术的基本知识，理解典型检测系统的工作原理，清楚各组成部分的功能及其特性。

（3）素质目标

（1）能独立承担电子产品的装配与工艺管理、质量检验、设计开发及设备维护管理等岗位的工作，具有良好的团队合作意识；

（2）养成良好的工作责任心、坚强的意志力和严谨的工作作风；

（3）在实际工作中能创造性地完成各项任务，了解电子信息产业的相关法律法规常识； （4）掌握文明生产、安全生产与环境保护的相关规定及内容。 2. 课程内容设计

根据课程能力目标的要求，《传感器与检测技术》课程的内容分两大模块，10个子模块。分别为传感器应用电路设计制作训练模块和综合设计训练模块。具体内容安排见表1所示：

表1 《传感器与检测技术》课程内容

一级模块 二级子模块 课时 电子称的设计制作 电容式物位测量与控制电路的设计制作 电感式接近开关设计制作 常用传感器应用电路设计训练 热电偶温度测量电路的设计 光电式小车循迹电路的设计制作 霍尔式转速测量电路的设计制作 光纤位移测量电路的设计制作 超声摇控开关电路的设计制作 视觉、触觉传感器应用电路的设计 综合设计训练项目

3. 能力训练项目设计

轮式机器人循迹与避障电路的设计制作 课程答辩 6 4 4 4 6 4 4 4 4 6 2 整个课程设计一个综合型设计制作项目《轮式机器人循迹与避障电路的设计制作》，作为课程设计，安排在学期结束前两周，要求完成理论设计，并进行实物制作。学期初，将学生分成四至六名一组的学习小组，每个学习小组分配在编号固定的传感器实训台上，上课在传感器实训室进行，在整个学习过程中完成常用传感器应用电路设计制作和综合应用电路设计训练等10个项目。前9个项目属于传感器选用能力培养训练方面，每次按不同检测要求的需要合理选择所需传感器及其测量电路完成检测要求，最后1个项目为综合应用所学知识进行较为完整的检测控制电路的理论设计，并通过到企业实地考察光电检测系统及炉温自动控制系统，掌握自动检测系统的操作维护技能。最后，每组学生设计并动手制作具有自动循迹和避开障碍物等功能的轮式机器人，做出实物，写出设计说明文件，并进行课程答辩。

具体的能力训练项目安排见表2所示： 表2 《传感器与检测技术》课程能力训练项目 编号 能力训练项目 1 常用传感器应用电路设计训练 能力训练亚项目 1.1电子称的设计制作 拟实现的 能力目标 能够根据检测要求选择合理的电阻应变片型号，进行性能测试，并组成相应的测量电路 相关支撑知识 测量误差理论、电阻式传感器的工作原理，应变片的型号组成、粘贴工艺技术 训练方式手段及步骤 电阻应变电桥、运算放大模块、液晶显示结果(可展示) 应变测量电路的测量结电压表及烙铁、果与标称钳子、起子等工具和标准砝码 值的误差情况，说明测量精度 1.2 电容式物位测量与控制电路的设计制作 1.3 电感式接近开关设计制作 能够根据被测物的理化特性正确选择电容式物位传感器的型号，并组成合理的测量电路 能够根据控制要求选用合理的电感式接近开关，并组成符合控制要求的控制电路 物位测量原理、物位传感器的类型、电容式物位传感器的型号 提供一杯水，合理选择传感器型号，提供必要仪表与工具，分组进行水位测量 观察水位测量的准确程度，进行适当调节，使精度最高 电感式接近开关的结构原理、类型及型号组教师讲解传感器原理和型号组成后，提出控制要求，学控制电路的控制效果 成、应用场合 生根据要求选择合适的传感器，并组成控制电路 1.4 热电偶温度测量电路的设计 能够根据测温环境要求选择恰当的热电偶，并组成温度测量电路 热电偶工作原理、类型与型号、温度测量电路 教师提出测量温要求，指定用热电偶进行测量，学生根据要求选择合理型号的热电偶并组成测量电路进行测量 测量得到温度值与实际温度进行比较得出测量精度 1.5光电式小车循迹电路的设计制作 能够合理选择光电传感器的类型与型号，组成所需测量电路进行测量或控制 光电传感器的结构原理、常用类型及其型号构成与基本应用 提出测量或控制要求，合理选择光电传感器型号，在实验室构建测量电路完成转速、振动的参数测量 能够检测黑白颜色 1.6 霍尔式转速测量电路的设计制作 能够根据测量要求，结合霍尔元件的结构原明确测量要求后由学生选择合适的型号，在传感器实验台上构建测量电路，测量转速、频率等 得到转速、频率等被测参数 霍尔元件特点，理、类型及其选择合适的型号，并能够熟悉多种应用方法 典型应用 1.7光纤位移测量电路的设计制作 能够根据光纤特点和测量要求，选择合适的光纤和恰当的测量方法实现测量目的，达到测量要求 光纤的结构原理和性能特点及适用场合 老师明确测量要求，学生选择恰当的光纤，在实验室组成测量电路测量转速或振动参数 测量得到的转速或振幅、频率及周期等参数 1.8超声摇控开关电路的设计制作 掌握红外线、激光及超声波传感器的性能特点及其应用场合，了解这些传感器的类型与维护常识 红外线、激光及超声波传感器的结构原理、型号构成与适用场合 老师讲解为主，学生网上完成电路的设查找相关资料，计，选择各完成超声波摇控开关电路的设计与制作 个元件，制作出实际电路，并调节好开关量值 1.9 视觉、触觉传感器应用电路的设计 掌握视觉、触觉、味觉、嗅觉等传感器的视觉、触觉、味觉、嗅觉等传感器老师讲解为主，学生网上视觉、触觉、味查找相关资料，觉、嗅觉等完成有关视觉、传感器应触觉、味觉、嗅觉等传感器的应用情况调查作业 用的调查报告 特点及其应用，的原理、型号了解这些传感器的类型与维护常识 及适用场合

2 综合设计训练项目 2.1轮式机器人循迹与避障电路的设计制作 能够完成轮式机器人的总体设计，能够用光电传感器设计其循迹模块、能够用霍尔传感器进行其速度测量模块设计、能够用视觉传感器设计测量障碍物距离并实现避障功能、能够用半导体温度传感器设计测量环境温度、能够用红外传感器进行其遥控电路的设计等 典型光电检测系统的组成、霍尔传感器的原理应用、超声波传感器的性能应用、半导体温度传感器的性能应用、红外传感器的性能应用，弄清各部分的作用与器件选择原则，掌握关键操作与维护技能 布置该设完成计的各项要求，系统的理上网查找所需技术资料，本组学生分工合作完成系统的设计 论设计，制作出实物，会对系统进行参数调试，正确设定系统的参数 4. 进度表设计

根据上述课程内容的模块结构和能力训练项目安排的要求，《传感器与检测技术》课程教学进度表设计如表3所示：

表3 《传感器与检测技术》课程教学进度表 课学能力目标 项目编号 6 电阻应变片.1 1掌握电阻应变片的工作原理、测量电路的设计、适用场合、粘贴方法等 结合电子称进行传感器型号的讲解，传感器的分类；结合电压测量介绍测量误差的类型及处理方法，实验室中进行应变片粘贴操作和检测操知识目标 其它内容(授课方法) 考核内容与方法 让学生对给出的传感器型号进行说明，完成实训报告和课后书面次 时 1 2 3 的选型与电子称的制作 作，组成各种测量电桥，作业 并用于称重试验，做成简单的电子称 4 5 4 能够正确选.2 1差动电容传感器的结构原理，型号表示方法及其适用场合 在教师指导下用电容传感器设计制作物位测量电路，进行位移的测定， 完成书面作业和实验报告，完成设计 用差动电容传感器组成测量电路，设计制作电容式物位传感器进行水位的测量 6 7 4 能够用电感.3 1电感式接近开关的结构原理、型号表示及适用场合 结合机床实物讲解工作台来回运动控制过程，由学生设计电感式接近开关控制电路，并进行理论验证 设计的控制电路作为作面作业上交 式接近开关组成工作台控制电路，会正确应用电感式接近开关，能够正确用电感式传感器进行控制或测量 8 9 4 能够正确选.4 1热电偶工作原理、型号表示、主要类型及基本定律，典型测温电路 在实验室对常用热电偶进行模拟标定，分组进行电炉温度测量 写出实验报告，完成课后作业 用热电偶进行温度测量，设计一个测温电路进行电炉温度的测量 10 11 12 13 14 6 能够识别各.5 1光电效应及光电传感器工作原理，常用光电器件的测量电路 教师讲解光电效应及其工作原理，光电传感器的类型及型号表示，提出检测要求，学生根据要求选择合理的光电器件在实验台上进行操作，获得测量数据 课后作业及实验报告 种光电传感器的型号，会根据需要正确选用光电传感器的规格，设计机器人光电循迹电路 4 能够用霍尔1.6 霍尔元件的测量电路与典型应用 设计好转速测量电路，在实验室进行分组操作，测量出各种不同状态下电机的转速 电路设计情况、实际效果、完成实验报告 传感器组成电机转速测量电路，或开关控制电路 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

4 能够正确识.7 1光纤传感器的原理与类型，型号表示及测量电路 在实验室演示物性型光纤传感器测量转速的工作过程，说明其原理，然后让学生进行测量操作 在实验室讲解红外线传感器的结构原理及型号表示，演示红外无线遥控的工作过程，每组设计一种红外遥控电路，进行试验操作 课堂提问、课后作业 别光纤传感器的型号，能够设计光纤测距电路 4 能够正确运.8 1红外线通讯原理及其应用 课堂提问、课外作业及设计报告 用红外线传感器设计无线遥控电路，并进行无线遥控测试 4 能够正确运.9 1视觉、触觉等传感器结构原理及应用 在实验室讲解视觉、触觉等传感器及型号表示，每组设计一种视觉或触觉控制电路， 课堂提问、课外作业及设计报告 用视觉、触觉等传感器设计相应控制电路 6 轮式机器人.1 2典型热电偶炉温测量与控制系统的工作原理及其操作维护常识 到企业参观、在过程控制实验室讲解炉温测控系统的工作原理与操作维护，学生在老师的指导下进行温度调节与测量 综合检测系统的设计，完成说明书编制 循迹与避障电路的设计制作 2 小组答辩 根据答辩要求进行 三、考核方案设计

根据《传感器与检测技术》课的特点和课程整体设计要求，为了更好地实现对学生所学知识和能力进行检查，重在测试学生的动手操作能力和知识运用能力。为体现学生的学习态度、学习积极性和学习态度，考核分以下四个方面进行：

第一，任课老师根据学生的平时学习情况，包括到课率、课堂表现、作业完成情况和实训完成的熟练程度进行评定，此项为18分。具体分配如下：到课率5分，课堂表现5分，作业完成情况8分；

第二，平时的9个实训项目要求完成实训报告，每个项目3分，根据完成情况和撰写实

训报告的认真程度评定，此项共27分；

第三，综合实训项目，此项为35分。在本课程学习的最后安排一次综合性实训，以小组为单位必须完成综合实训任务《轮式机器人循迹与避障电路的设计制作》。以培养学生选用各种传感器和元器件的能力和综合运用能力，掌握各种常用检测仪器和传感器的操作和调试技能，具备一定的传感器与检测装置的设计能力，培养一定的成本核算意识和经济头脑，养成严谨的工作作风和良好的职业道德，培养良好的人际关系协调能力和互助合作精神。

20分为设计分，评分标准为：①整体设计方案，包括原理框图和实现原理图（5分）；②选择各种元器件，说明理由，设计信号处理和驱动电路（10分）；③设计说明文件（5分）；④成本预算费用（5分）；⑤每一单项的具体标准为完成很好得满分，良好得该项的80%，中等为70%，一般为60%，差为40%，根据具体情况每个等第可以有5%到10%的浮动。另20分为制作分，主要看实物制作的完成情况及实际效果。评分标准为：实物美观大方，外形设计结构合理实用，测量效果良好的可评定为优等，得分为17—20分；完成实物制作，效果较好的可评为良好，得14—17分；基本完成制作，能调试出效果的可评为中等，得12—14分；大概完成实物制作的可评为及格，得10—12分；其余根据制作完成程度给5到10分。

第四，最终答辩20分，根据学生的设计说明及制作的实物向其提出2到3个问题，考察同学们的口头表达能力和临场应变能力。具体评分标准为：对所作设计和实物的说明10分，回答问题10分。 四、课程实施条件 （1）师资条件

主讲教师具有教师资格本科以上学历，能综合运用各种教学方法设计课程，掌握新技术，具有较强的专业能力新知识、有丰富的行业经验，具有相关资格证书；辅助教师具有较强的职业技能，接受一定的教育培训，具有大本学历，有丰富的企业一线工作经验，取得高级工以上职业资格证书。 （2）软硬件条件

理实一体化教室，配备多媒体设备、操作台、各种传感器、各种电子仪器仪表、各类辅助工具、充足的电子元件手册、仿真软件、以及用于上网查阅资料的计算机。

（3）教材及教学参考资料 1.）主要教材

罗振成主编，《自动检测与转换技术》，化学工业出版社，2010年； 俞志根主编，《传感器与检测技术实训教程》，科学出版社，2007年； 2.）参考资料

俞志根主编，《传感器与检测技术》，科学出版社，2007年； 梁森主编，《自动检测与转换技术》，机械工业出版社，2009年。

王煜东主编，《传感器及应用》，机械工业出版社，2006年； 宋文绪主编，《自动检测技术》，机械工业出版社，2002年；

贾伯年，俞 朴主编，《传感器技术》（修订版），东南大学出版社，2000； 孙传友，孙小斌编，《感测技术》，电子工业出版社，2001； 梁老师答疑网(http:www.liangsen.net) ； 传感器世界（http://www.sensorworld.com.cn）； 全球传感器专业网站（http//:www.globalsenors.com）；

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