《智能传感与检测》教学大纲.docx

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1、智能传感与检测课程教学大纲一、课程根本信息四号黑体英文名称 Intelligent Sensing课程代码 IMEE1055课程性质 专业核心课程授课对象学分1.5学时36指定教材 传感器与检测技术，周杏鹏主编，清华大学出版社二、课程目标四号黑体一总体目标：小四号黑体智能传感器与检测智能制造工程专业的专业根底课程。本课程理论严谨,规律性强、运用了确定数学分析方法、结合试验来进展测控系统的分析和传感器的应用、同时和工程实 际有亲热的联系。通过本课程的学习，应使学生把握误差分析与系统特性分析技术的根本理 论、构造性传感器、物性型传感器、固态传感器、其它智能传感器的根本原理、根本特性和测量电路等，以

2、及压力检测、温度检测以及机械量检测等相关以具体检测物理量为目的的检 测方案，使学生把握智能检测系统的设计和分析方法，能够依据工程需要选用适宜的智能传 感器，并能够对智能检测系统的性能进展分析、对测得的数据进展处理，为后续课程的学习 打下厚实的根底；并提高对智能测控系统进展分析和解决工程测量问题的力气；树立理论联 系实际的科学作风。二课程目标：小四号黑体课程目标规定某一阶段的学生通过课程学习以后，在进展德、智、体、美、劳等方面期望实现的程度，它是确定课程内容、教学目标和教学方法的根底。五号宋体课程目标 1：学问与技能目标1.1 学问目标通过智能传感器与检测技术的学习，应使学生系统地把握智能传感器

3、的工作原理、根本构造、测量电路及各种应用，生疏非电量测量的根本学问及误差处理方法，生疏智能制造过 程主要参数的检测方法，了解智能传感器的进展趋势机器在智能制造和科学技术方面的广泛应用，具有正确应用智能传感器的力气。1.2 力气目标熬炼学生应用各种手段查阅文献资料、猎取信息、拓展学问领域、连续学习并提高业务水平的力气；通过试验环节，使学生更结实的把握理论学问和实操力气，培育严谨求实的作风、解决实际问题的力气以及初步的设计力气。课程目标 2：方法与过程目标2.1 方法目标课程内容分为三大块：根底理论、典型智能传感器原理与应用以及典型参量的测试。在 根底理论局部，实行“以兴趣为核心”的方式，让学生以

4、从感兴趣和有亲身感知的大事中由实践到理论，从工程实际到科学生疏传感器；再分门别类表达每种传感器，由于传感器涉及 学问面广、种类多、进展快，在讲解每种传感器时在内容的组织和讲解上承受根本一样的知 识线路：传感器工作原理分类及构造工作特性参数误差及补偿根本信号调理电路 应用例如，这样有利于学生把握重点内容，同时实行“以问题为核心”的方式，从科学到工程，引导学生对传感器工作原理进展探究，依据工程需要对科学问题进展提炼；在典型参量 测试局部，实行“以案例或课题为核心”的方式，从科学到工程，从单元构建系统，进展设计学习。2.2 过程目标课堂教学与试验教学环节相结合，围绕学习目标设计学习任务和试验活动。通

5、过多媒体手段、工程案例讲解等提高教学效率，使学生在把握课程理论根底的同时，了解所学学问在工程中的实际应用；课程目标 3：情感、态度与价值观进展目标3.1 理解“定量”的意义，理解产生测量误差的因素，对试验严格要求，从操作、记录、分析等环节培育学生认真的态度、科学的精神。通过本课程的学习，加深学生对传感器与测 试技术在智能制造中地位的认同感，增加学员应用所学学问与技能效劳在智能制造领域进展 产品开发、科学争论的责任感、使命感和自信念；培育学生永不放弃追求真理的坚强品质； 培育学员独立思考、自主创的科学精神。要求参照一般高等学校本科专业类教学质量国家标准，对应各类专业认证标准， 留意对毕业要求支撑

6、程度强弱的描述，与“课程目标对毕业要求的支撑关系表全都五号 宋体三课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系小四号黑体 表 1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表 五号宋体课程目标课程子目标对应课程内容对应毕业要求课程目标1： 学问与技能目标1.1：学问目标1. 传感器的定义，传感器的分类， 传感器的组成；传感器与测试技术的进展动向；2. 把握一阶、二阶测试系统的动态特性及其动态参数的测试方法；3. 电阻、电容、电感等构造型传感1-3 把握机器人、检测和控器的工作原理、温度误差及其补偿及制、先进制造的根底学问，测量电路、实际应用等；4. 把握压阻效应、压电效应、光电具有智能生产线、智能产品的

7、分析和设计力气；效应等常见物性传感器的工作原理、等效电路、测量电路及相关应用；对光电式传感器，重点把握 CCD 图像传感器、光纤传感器的工作原理及应用；5. 压力检测的概念、检测方法，把握常见压力测量仪器的工作原理及使用方法；6. 位移、速度、加速度、力和力矩、机械振动等常见机械量测量的原理，常用测量传感器及实际应用实例等。1.2：技能目标相关试验教学内容4-3 能正确采集、处理试验和仿真数据，对试验结果进展关联、分析和解释，通过信息综合猎取合理有效的 结论。1. 电阻、电容、电感等构造型传感器的工作原理、实际应用等；2. 常见物性传感器的工作原理及相关应用；对光电式传感器，重点把握CCD 图

8、像传感器、光纤传感器的工作3-3 能够对系统软硬件进展2.1 ：方法目标原理及应用；3. 压力检测的概念、检测方法，掌设计和集成，并对设计方案课程目标2： 方法与过程目标握常见压力测量仪器的工作原理及使进展优选，表达创意识；用方法；4. 位移、速度、加速度、力和力矩、机械振动等常见机械量测量的原理， 常用测量传感器及实际应用实例等。2.2 ：过程目标相关试验教学内容5-3 能使用现代工具验证、分析和推想智能制造系统 性能，并理解使用相关技术手段的优缺点。课程目标3：情感、态度 3.1：情感、态度与与价值观发价值观进展目标 展目标相关试验教学内容4-3 能正确采集、处理试验和仿真数据，对试验结果

9、进展关联、分析和解释，通过信息综合猎取合理有效的 结论。5-3 能使用现代工具验证、分析和推想智能制造系统 性能，并理解使用相关技术手段的优缺点。大类根底课程、专业教学课程及开放选修课程依据本科教学手册中各专业拟定的毕业要求填写“对应毕业要求”栏。通识教育课程含通识选修课程、生研讨课程及公共根底课程，面对专业为工科、师范、医学等有专业认证标准的专业，依据专业认证通用标准填写“对 应毕业要求”栏；面对其他尚未有专业认证标准的专业，依据本科教学手册中各专业拟定的 毕业要求填写“对应毕业要求”栏。三、教学内容四号黑体具体描述各章节教学目标、教学内容等。试验课程可按试验模块描述第一章 绪论主要内容：

10、1传感器的定义，传感器的分类，传感器的组成；2. 传感器与测试技术的重要性；3. 被测量的分类，测试系统的组成；4. 传感器与测试技术的进展动向； 教学重难点：传感器的重要性，传感器的定义、组成。教学要求： 1把握传感器的定义、组成；2. 把握测试系统的构成；3. 了解传感器与测试技术在国民经济各个领域的应用；4. 了解传感器与测试技术的进展动向。其次章 检测技术根底学问主要内容： 1误差根本概念与表示方法；2. 系统误差处理；3. 随机误差处理；4. 粗大误差处理； 教学重难点：系统误差的判别和确定；随机误差的分布规律及测量数据的随机误差估量； 教学要求：1. 把握确定误差、相对误差、系统误

11、差、随机误差、粗大误差、精度等级的概念；2. 把握随机误差分布规律及测量数据随机误差估量；第三章 传感与测试系统特性分析主要内容： 1测试系统的静态特性；2. 测试系统的动态特性及其动态参数的测试方法；3. 传感器的技术性能指标； 教学重难点：传感器动态特性及其数学描述。教学要求：1. 把握测试系统静态特性的表示方法；2. 把握一阶、二阶测试系统的动态特性及其动态参数的测试方法；3. 理解传感器的性能技术指标，了解改善传感器性能的技术途径；其次专题 传感器原理及应用第四章 阻抗式传感器第一节 电阻应变式传感器主要内容： 1电阻应变片的工作原理；2. 电阻应变片的温度误差及其补偿；3. 电阻应变

12、式传感器的测量电路；4. 电阻应变式传感器的应用。教学重难点： 1电阻应变片的灵敏系数；2电阻应变式传感器的温度补偿。教学要求： 1把握应变效应、压阻效应；2. 了解压阻式传感器的工作原理、根本构造和应用特点；3. 理解电阻应变式传感器温度误差产生的缘由以及补偿的措施；4. 把握电阻应变式传感器的测量电路，能用应变片正确组成电桥并完成相关计算。其次节 电容式传感器主要内容： 1电容式传感器的工作原理；2. 电容式传感器的测量电路；3. 影响电容式传感器精度的因素分析；4. 电容式传感器的应用。教学重难点：1. 电容式传感器的灵敏度与非线性误差；2. 提高和改善电容式传感器精度的措施。教学要求：

13、 1把握电容式传感器的原理，并能结合应用设计电容式传感器；2. 把握灵敏度与非线性误差的冲突关系及解决方法，能进展相应的计算；3. 了解电容式传感器的等效电路，理解各种电容式传感器测量电路的特点；4. 了解电容式传感器的优缺点、影响精度因素及其改善措施。第三节 电感式传感器主要内容： 1变磁阻式传感器；2. 差动变压器传感器；3. 涡流式传感器；4. 电感式传感器的应用。教学重难点：1. 变隙式和螺管式自感式传感器的测量范围与灵敏度和线性度之间的关系；2. 零点剩余电压；3. 差动变压器静态特性分析。教学要求：1. 把握电感式传感器的工作原理；2. 理解电感式传感器零点剩余电压产生的缘由、影响

14、及消退方法；3. 理解电感传感器测量电路的工作原理及根本特点；4. 了解电感式传感器的主要应用领域、可测参数、测量系统及应用特点。第五章 物性型传感器第一节 压电式传感器主要内容：1. 压电式传感器的工作原理；2. 压电式传感器的等效电路；3. 压电式传感器的测量电路；4. 压电式传感器的应用。教学重难点： 1压电常数矩阵；2改善压电式传感器频率响应范围的具体措施。教学要求： 1娴熟把握压电效应；理解石英晶体、压电陶瓷的压电现象；2. 娴熟把握压电常数以及压电常数矩阵；3. 娴熟把握电压放大器、电荷放大器的原理；4. 了解压电式传感器的实际应用。其次节 霍尔式传感器主要内容： 1霍尔效应；2.

15、 霍尔元件的构造和根本电路；3. 霍尔元件的误差及补偿；4. 霍尔式传感器的应用。教学重难点：霍尔传感器的工作原理与特性； 霍尔元件的误差和补偿。教学要求： 1娴熟把握霍尔效应，霍尔元件的测量电路；2. 生疏霍尔传感器的构造、特性参数和根本电路；3. 生疏霍尔元件的误差和补偿方法。第三节 光电效应与光电器件主要内容： 1光电效应；2光电器件。教学重难点： 光电效应。教学要求： 1把握光电效应；2生疏光电器件及其根本特性，会选用适宜的光电器件构成光电式传感器。第六章 其它传感器第一节 CCD 图像传感器主要内容：1. 电荷耦合器件CCD的构造和工作原理2. 线型与面型CCD 图像传感器；3. C

16、CD 图像传感器的应用。教学重难点：电荷的传输过程。教学要求：1. 把握CCD 图像传感器电荷的产生、储存与转移的原理；2. 了解CCD 图像传感器的类型以及应用。其次节 光纤传感器主要内容： 1光纤的根本学问；2. 光纤传感器的构造和原理；3. 光纤传感器的应用。教学重难点：光调制与解调技术。教学要求：1. 了解光纤的主要特性参数；2. 把握幅度调制以及相位调制技术；3. 了解光纤传感器的性能特点及工程应用。第三专题 典型参量测试技术第七章 压力监测技术主要内容： 1压力概念与常见检测方法；2. 常见弹性压力计与电测式压力计；3. 压力检测仪表的选择； 教学重难点：应变式压力传感器的原理。教

17、学要求：1. 把握压力概念与计量单位；2. 把握常用弹性压力计及工作原理；2. 娴熟把握应变式压力传感器的原理；3. 依据被测对象，构建适宜的压力检测系统。第八章 机械量检测技术第一节 位移检测主要内容：1. 把握常见位移检测方法；2. 常见线位移检测与角位移检测方法； 教学重难点：莫尔条纹及光栅式位移检测装置检测原理； 脉冲式激光测距原理；教学要求： 1了解位移测量的主要方法；2. 把握光栅式位移检测装置及激光距离检测的原理；3. 能依据位移测量范围和使用条件正确选用位移传感器，合理组建位移测量系统。其次节速度的测量主要内容： 1速度测量的常见方法；2. 线速度测量3. 转速测量教学重难点：

18、皮托管测速、弹丸飞行速度测量；直线测速发电机工作原理，磁电感应式转速检测工作原理。教学要求： 1把握常用速度检测工作原理2能依据被测速度对象，正确选用速度的测量方法和速度传感器。第三节加速度的测量主要内容： 1加速度测量的原理；2. 位移式加速度计3. 微机电系统加速度计教学重难点： 加速度测量原理教学要求：1. 把握常用加速度检测工作原理；2. 了解霍尔加速度计、电位器式加速度计工作原理； 第四节力和力矩的测量主要内容： 1力的测量方法：力平衡法；2. 测力计：应变式、压磁式3. 转矩的测量方法；4. 传递法转矩测量教学重难点：机械式力平衡装置工作原理；柱形应变式测力计工作原理。教学要求：1

19、. 把握常用力、力矩的测量方法；2. 能依据被测力、力矩对象，正确选用力、力矩的测量方法和选用适宜传感器。第五节机械振动测量主要内容： 1机械振动分类、根本参数；2. 受迫振动、机械阻抗概念；3. 振动测量方法、拾振器；4. 振动参量的测量教学重难点：单自由度受迫振动、机械阻抗。教学要求：1. 把握振动信号分类、振动三要素；2. 受迫振动数学模型及力学模型，机械阻抗数据的六种表达；3. 振幅、频率、相位角和阻尼比等震惊参量的测量方法。试验一：应变传感器性能试验3 学时支撑教学目标 51. 试验目的生疏金属箔式应变片的构造、特性及工作原理；利用应变片构建质量测量系统，分析比 较测量电桥包括单臂电

20、桥、差动半桥和全桥的输出特性、灵敏度和非线性度，把握电子秤的标定方法。2. 试验内容及要求（1） 测试应变片单臂电桥、半桥和全桥的输出特性，推断它们之间的相互关系。（2） 条件允许时，可练习应变片的粘贴技术；（3） 设计电子秤。选做3. 试验重难点：（1） 登记试验结果，在同一坐标纸上画出试验曲线。计算灵敏度S = DU DW ，非线性误差d ，并对结果进展争论。（2） 利用应变片设计数字式电子秤，画出构造简图并表达其工作原理。试验二：基于智能相机的工业机器人分拣系统6 学时支撑教学目标 51. 试验内容：通过智能相机进展图像采集,图像处理,目标定位以及图像坐标与机器人坐标转换,通过 C#编写

21、通信软件实现智能相机与机器人间的实时通信,传输工件中心坐标及外形数据给机器人,把握机器人按要求执行分拣动作.系统可用于对多种不同外形的工件进 行分拣,实现分拣作业自动化.2. 试验重难点：把握智能相机的图像采集原理，通过编程语言进展图像信息的采集及识别；实现相机与机器人的即时通信；实现机器人的分拣动作；四、学时安排四号黑体表 2：各章节的具体内容和学时安排表五号宋体章节章节内容学时安排第一章传感器定义、分类、组成、应用、进展动向2其次章误差概念、系统误差、随机误差、粗大误差2第三章测试系统静态特性、动态特性及数学描述6第四章电阻应变式传感器、电容式、电感式传感器4第五章物性型传感器，包括压电式

22、、霍尔式、光电效应2第六章CCD 图像传感器、光纤传感器、光调制与解调技术2第七章压力监测技术、应变式压力传感器原理3第八章机械量检测技术，包括位移检测、速度测量、加速度测量、力和力矩测量、机械振动测量6试验课基于智能相机的工业机器人分拣系统试验9五、教学进度四号黑体周次日期章节名称内容提要授课时数作业及要求备注12023.9.10第一章传感器定义、分类、组2成、应用、进展动向22023.9.17其次章误差概念、系统误差、2随机误差、粗大误差2023.9.24-3-5第三章测试系统静态特性、动62023.10.15态特性及数学描述2023.10.29-6-7第四章电阻应变式传感器、电42023

23、.11.05容式、电感式传感器物性型传感器，包括压电式、霍尔式、光电效2应CCD 图像传感器、光纤2传感器、光调制与解调表 3：教学进度表五号宋体82023.11.12第五章92023.11.19第六章技术102023.11.26第七章压力监测技术、应变式3压力传感器原理机械量检测技术，包括2023.12.03-11第八章位移检测、速度测量、62023.12.10加速度测量、力和力矩测量、机械振动测量122023.12.17试验课应变传感器性能试验32023.12.24-13试验课基于智能相机的工业92023.01.07机器人分拣系统试验六、教材及参考书目四号黑体电子学术资源、纸质学术资源等，

24、按标准方式列举五号宋体 1.教材周杏鹏 主编. 传感器与检测技术. 清华大学出版社，2023.09 第 1 版，2023.12 第 13 次印刷2.参考书（1） 张文娜，叶湘滨，熊飞丽等编著传感器技术北京：国防工业出版社，2023.11第 1 版，2023.11 印刷（2） Sabrie Soloman. Sensors Handbook. McGraw-Hill, Inc. New York, NY, USA, 2023（3） Jon Wilson. NewnesSensor Technology Handbook1st Edition，2023（4） 王伯雄主编测试技术根底北京：清华大学出版社，2023.04 第 1 版，2023.04 印刷（5） 梁森，欧阳三泰，王侃夫编著自动检测技术及应用北京：机械工业出版社， 2023.10 第 1 版，2023.10 印刷七、教学方法 四号黑体讲授法、争论法、案例教学法等，按标准方式列举，并进展简要说明五号宋体以课堂教学为主，依据状况借助于相关图片，或借助于多媒体教学手段进展课堂演示等。八、考核方式及评定方法四号黑体评定方法 小四号黑体 1评定方法 五号宋体寻常成绩：10%，期中考试：30%，期末考试 60%，按课程考核实际状况描述五号宋体