spContent=“传感与检测技术”是自动化及其相关专业的必修课程。围绕实际应用系统,主要介绍传感器原理、基本特性、信号调理技术、误差分析与数据处理算法等内容。通过本课程学习能够使学习者掌握传感器工程应用方法,根据系统要求和性能指标分析、设计或开发现代测量系统,提高学习者工程实践能力和创新能力。
“传感与检测技术”是自动化及其相关专业的必修课程。围绕实际应用系统,主要介绍传感器原理、基本特性、信号调理技术、误差分析与数据处理算法等内容。通过本课程学习能够使学习者掌握传感器工程应用方法,根据系统要求和性能指标分析、设计或开发现代测量系统,提高学习者工程实践能力和创新能力。
—— 课程团队
课程概述
传感器作为数据采集的入口,既是自动控制系统的重要组成部分,物联网、智能工业、智能设备、无人驾驶等领域的“心脏”,也是智能感知时代下最基础的硬件。作为信息技术的三大支柱之一,各行各业都离不开传感与检测技术。《传感与检测技术》是自动化、自动化卓越专业的核心课程,实践性综合性强,知识更新快,与其他学科交叉紧融合深。
本课程主要介绍传感器原理、基本特性、信号调理技术、误差分析与数据处理算法等内容。从系统出发,把握“总-分-总”课程体系结构,坚持从实践中来到实践中去的原则,将课程内容分解成16个教学单元,每个单元从经典案例出发,把需要传授的知识分解为需要解决的问题,再通过学生设计和开发的系统将知识点整合在一起。教学资源多样化以适应学生的学习需求,如单元导学、单元教学目标、PPT教案、授课视频、实训、微课和作业等。
引入各种新型领域的先进理论、方法和技术,还将科研项目和企业实际需要解决的问题以及学生制作的优秀实训项目,制作成经典的教学案例,实时更新和完善线上教学资源。
通过本课程的学习,要求学生具有学习知识、设计开发系统、分析数据和撰写报告等能力;要求学生能够自主学习、合作学习和探究学习;要求学生具有家国情怀、责任与担当和团队协作精神,讲科学,讲诚信,严谨治学态度。
授课目标
1.使学生掌握传感与检测技术的基本概念,检测系统的基本特性,信号分析及其在检测技术中的应用,各种常用传感器的工作原理、测量电路以及应用,掌握信号调理技术,测量误差分析和测量数据的基本处理算法,系统抗干扰技术,了解现代检测技术的初步知识,并掌握各种常见物理量的测量和应用方法。
2. 要求掌握传感器原理和测量数据处理技术,根据系统的要求和性能指标, 能够设计/开发现代测量系统。
3.学生能够设计实验方案,完成实验,并能分析实验数据并得出结论, 具有撰写报告的能力。
4. 通过本课程的案例设计与分析教学环节,增强学生自主学习意识。及时了解传感与检测技术的发展动态,促使学生有探索知识行为。
课程大纲
绪论
课时目标:.能够复述传感器、检测技术、测量系统、测量、测试、检测等基本概念,正确率80%以上;能够绘制传感器的组成结构图,复述传感器的分类,正确率90%以上;能够绘制现代测量系统的基本结构方框图,说明各部分的实现的功能。正确率90%以上;能够根据应用实例,说明检测原理,正确率90%以上;能够复述传感与检测技术的发展概况和趋势,正确率90%以上。
知识点1 基本概念
知识点2 传感器的结构与分类
知识点3 测量系统的基本结构
知识点4 传感与检测技术的应用
知识点5 传感与检测技术的发展趋势
传感器与测量系统的基本特性
课时目标:能够复述静态、静态特性、线性化的基本概念,写出传感器与测量系统的静态数学模型,从理论上分析传感器应该具有的静态特性,采用静态特性方程比较差动结构的传感器与单结构传感器的差别,正确率80%以上;能够根据系统的静态特性曲线,写出线性度、灵敏度、重复性的表达式,正确率90%以上;能够写出系统不失真测量的条件,说明系统失真测量的原因,正确率90%以上。
知识点1 静态特性
知识点2 静态性能指标
知识点3 动态特性
知识点4 不失真测量
测量误差分析
课时目标:能够复述测量误差的定义、表示方法以及分类,系统误差的定义,掌握系统误差的判别方法和消除方法,正确率80%以上;能够复述随机误差的概念、统计特征以及概率分布,正确率在90%以上;能够复述拉伊达准则和格罗布斯准则。能根据一组具体的测量数据,误差分析并进行处理,正确率在90%以上。
知识点1 误差的定义与表示方式
知识点2 误差的分类
知识点3 系统误差的判别与消除方法
知识点4 随机误差的概率分布
知识点5 随机误差的统计特征参数
知识点6 粗大误差的判别与消除方法
知识点7 测量数据的处理
电阻应变式传感器
知识点1 电阻应变式传感器工作原理
知识点2 电阻应变片类型与特性
知识点3 电阻应变式传感器测量电路
知识点4 电阻应变式传感器应用
知识点5 弹性元件
知识点6 实训项目-超市电子秤称重系统
电容传感器
知识点1 电容式传感器的类型
知识点2 电容式传感器的工作原理
知识点3 电容式传感器的测量电路
知识点4 电容式传感器误差分析与应用
电感传感器
知识点1 自感式电感传感器工作原理
知识点2 自感式电感传感器测量电路
知识点3 差动变压器式电感传感器工作原理
知识点4 差动变压器式电感传感器测量电路
知识点5 电涡流式传感器工作原理
知识点6 电涡流式传感器的应用
压电式传感器
知识点1:压电效应
知识点2:压电材料
知识点3:压电传感器的等效电路与测量电路
知识点4:压电传感器的应用
霍尔式传感器
知识点1:霍尔效应
知识点2:霍尔传感器的特性、误差来源及其补偿
知识点3:集成霍尔传感器
知识点4:霍尔传感器的应用
知识点5:实训项目--自行车里程表的设计与实现
热电式传感器
知识点1:热电偶
知识点2:金属热电阻
知识点3:热敏电阻
知识点4:集成温度传感器
知识点5:数字温度传感器
知识点6:实训项目--环境温度检测系统的设计与实现
光电传感器
知识点1 光电效应
知识点2 光电器件
知识点3 光电传感器的工作特性特性
知识点4 光电传感器的测量电路
知识点5 光电开关
知识点6 光电传感器的应用
知识点7 实训项目--红外报警计数装置的设计与实现
超声波传感器
知识点1:超声波传感器的工作原理
知识点2:超声波传感器的特性
知识点3:超声波传感器的测量电路
知识点4:超声波传感器的应用
知识点5:实训项目--超声波测距系统的设计与实现
半导体传感器
知识点1:半导体气敏传感器的工作原理
知识点2:半导体气敏传感器的应用
知识点3:实训项目--酒精浓度检测系统的设计与实现
知识点4:半导体湿敏传感器的工作原理
知识点5:半导体湿敏传感器的应用
知识点6:实训项目-蔬菜大棚温湿度检测系统的设计与实现
无线传感器网络
知识点1:概述
知识点2:ZigBee无线通信技术
知识点3:ZigBee无线通信技术的应用
知识点4:实训项目--基于ZigBee技术室内空气质量检测系统的设计与实现
信号调理电路
知识点1:信号调理电路的功能
知识点2:信号放大电路
知识点3:信号滤波电路
知识点4:信号调制解调电路
测量数据的基本处理算法
知识点1:克服随机误差的软件算法
知识点2:克服粗大误差的软件算法
知识点3:克服系统误差的软件算法
知识点4:标度变换处理技术
统抗干扰技术
知识点1:干扰的来源与分类
知识点2:硬件抗干扰技术
知识点3:CPU抗干扰技术
知识点4:I/O抗干扰技术
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预备知识
先修课程:
《电路原理》、《电子技术基础》、《自动控制原理》、《微机原理及接口技术》
参考资料
建议教材:
传感与检测技术 刘红丽.(第二版)[M].北京:国防工业出版社,2012
参考资料:
[1] 传感与检测技术 [M] 刘传玺等. 北京:机械工业出版社,2019年
[2] 传感器与检测技术 [M] 徐科军.北京:电子工业出版社,2016
[3] 美国NI、TI公司网站,国内知名的传感器网站
[4] 微信公众号:传感器与物联网 传感器专家网,传感器解决方案
常见问题
- 从先进的自动化技术如物联网技术、无人机、智能机器人、工业4.0技术中, 了解传感与检测技术的作用与地位,它是如何应用到这些技术中?工作原理是什么?与系统中其他模块如何接口?实现了系统的哪些功能?
- 传感器/测量系统的基本特性与自动控制系统的基本特性有哪些相同?又有哪些不同?
- 传感器种类很多,特性、工作原理、测量电路以及应用都各不相同, 那么我们在学习时应采用什么样的学习方法, 才不至于学起来枯燥无味?
- 传感器的种类多, 输出信号的方式也不尽相同,它们是如何和后续电路接口的?
- 测量肯定伴随着误差, 误差来源是什么?有什么特点?如何发现?如何消除?硬件软件消除误差的方法是什么?怎样来衡量测量的精度?
- 科技不断进步,自动化水平越来越高,伴随而来的现代检测技术又有哪些?我们应该从哪些方面着手去了解这方面的知识?
- 系统的可靠性性如何保证?从哪些方面考虑可以提供系统的可靠性?
- 如何从工程实际出发, 能够根据系统的要求、性能指标以及实现功能,掌握现代测量系统的设计步骤,完成系统方案设计,传感其选型,信号调理电路的选择与参数设计,误差分析,编写测量数据的基本处理算法等?