《传感器技术课程设计》课程教学大纲（本科）.docx

传感器技术课程设计(Curriculum Design of Sensor Technology )课程代码：03460049学 分：2先修课程：电路原理、大学物理、数字电子技术、传感器技术 适用专业：测控技术与仪器教材：1、传感器技术实验指导书，陈露编，鲍丙豪审，自编讲义，2015。； 2、传感器技术，贾伯年等编，东南大学出版社，2011年4月第4版一、 课程性质与目标（一）课程性质传感器技术课程设计是测控技术与仪器本科专业学生在学完传感器技术课程后安排的课程 设计，将综合应用本专业主要专业核心课程知识，如电路原理、传感器技术、大学物理、数字电子 技术等课程，结合以上课程的相关实验环节，培养和锻炼学生熟悉和掌握传感器设计的整个环节。 帮助学生将专业学习过程中的各课程内容综合起来，是各学科知识的一次综合应用，实现从理论到 实践的一次跨越。本课程设计的任务是通过设计实践训练，使学生掌握解决测控技术与仪器领域实际复杂工程问 题时所应具有的查阅资料、综合运用所学知识解决实际问题能力，培养学生具备应用文字处理及绘 图软件撰写规范的课程设计说明书的能力，为后续毕业设计以及未来的工作打下坚实的基础。（二）课程目标目标1.能够运用数学、自然科学和工程科学基本原理，识别、表达测控系统与仪器领域相关 的复杂工程问题，通过文献综合分析，研究测控系统与仪器领域相关的复杂工程问题，以获得有效 结论；（指标点2-4）目标2.能够根据测控仪器的设计任务，对复杂测控工程中的热点问题通过综合分析，提出解 决方案，并能对其进行初步的可行性分析；（指标点3-3）目标3.能够根据总设计任务要求，完成符合特定功能、性能、成本等需求的机电测控系统、电 子仪器设计，设计中能够体现创新意识，依据相关标准、规范，综合考虑社会、健康、安全、法律、 文化以及环境等制约因素，并体现团对合作精神；（指标点3-4）目标4.能够应用文献检索基本方法，了解设计任务有关背景与现状，选择与使用恰当的技术、 资源和信息技术工具，完成课程设计内容；（指标点5-1）目标5.能够撰写课程设计说明书文稿，格式规范，内容完整，表达清楚，能够针对设计任务, 清晰表达陈述设计背景、技术方法现状、设计主要方案及内容，设计试验结果与结论等，并能够准确回应指令，体验沟通能力；（指标点10-2）三、课程设计目标与专业毕业要求指标点的对应支撑关系传感器课程设计支撑专业培养计划中毕业要求2、毕业要求3、毕业要求5、毕业要求10：1 .毕业要求2-4：能够运用数学、自然科学和工程科学基本原理，识别、表达、并通过文献研 究分析测控系统与仪器领域相关的复杂工程问题，以获得有效结论，占该指标点达成度的20%。2 .毕业要求3-3：能够根据测量、控制与仪器仪表中设计任务，对测控专业复杂工程热点问题 进行综合分析，提出解决方案，并进行初步可行性分析，占该指标点达成度的40%。3 .毕业要求3-4：能够根据总设计任务要求，完成符合特定功能、性能、成本等需求的机电测控 系统、电子仪器设计，依据相关标准、规范，综合考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等 制约因素，并体现创新意识，占该指标点达成度的20%。4 .毕业要求5-1：能够应用文献检索基本方法，选择与使用恰当的技术、资源和信息技术工具, 占该指标点达成度的20%o5.毕业要求10-2：能够撰写调查分析报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，占该 指标点达成度的20%。目标毕业要求指课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4课程目标5毕业要求2-4V毕业要求3-3V毕业要求3-4V毕业要求5-1V毕业要求10-2V二、课程内容与教学要求设计内容及任务要求：（一）电子秤设计要求：（1）给出悬臂梁式力传感器设计方法（结构图，受力分析，粘贴方法）（2）设计传感器信号处理电路（包括调零，差动放大等）（3）给出测试结果（4）给出称重传感器的静态特性指标（主要有灵敏度，线性度，迟滞误差）（5）写出课程设计说明书（二）差动变压器式位移传感器设计（1） 给出差动变压器式位移传感器敏感部分设计方法（线圈有几部分组成，如何接线，感 应圈中获得信号表达式，磁芯移动改变了什么？）设计激励信号电路（3）设计出消除零点残余电压的电路（4）设计一差动电路（5）设计出移相电路（6）设计出相敏检波电路（7）给出各部分工作原理（8）调试各部分电路（9）设计出既可给出位移大小及方向的传感器（10）测试实验结果，并对结果进行处理（H）给出各部分波形（12）写出设计说明书（三）差动电容位移传感器设计设计出差动结构电容传感器，给出测量原理（包括其线性度、灵敏度）（2）设计出激励信号信号源（3）设计出信号处理电路（4）测出各部分波形（5）测出位移与输出电压的关系（6）给出所设计的传感器的性能指标（7）用Matlab画出位移与输出的关系图（8）写出设计说明书（四）霍尔电流传感器设计（1）给出集成霍尔传感器测磁原理（2）设计开路电流检测传感器（3）设计出信号处理电路（无电流时，输出电压约2.5V）（4）给出测试结果（5）写出说明书说明：每组任选一项设计任务，课程设计对象有多种，根据同学兴趣、个人基础特点和能力, 个人或者组队进行，每组2-3人。每个人要明确各自的任务与分工要求。三、学时分配及对课程设计目标、毕业要求指标点的支撑本课程设计时间为二周(10天)，安排在第5学期，可参考以下进度进行。序号项目及内容要求支撑的课程 目标时间分 配/天主要教学 方法1接受任务，任务分析：自主学习和钻研问题， 明确设计要求，理解设计任务目标11授课、指 导2收集文献资料：查阅相关文献，找出实现方 法，按照需求分析总体设计，确定设计方案 方案比较、选择和论证，确定总体设计方案目标21指导3硬件电路设计：设计硬件电路，技术性能参 数计算分析，选择器件，领取添置必要器件目标2目标32指导4电路搭建调试：在试验板上搭建必要硬件电 路，进行硬件调试目标2目标32指导5总调试与性能测试：根据确定方案总体安装 调试，性能测试试验，验证各项技术指标和 功能目标3目标42指导6总结报告：按课程设计任务和指导书的要 求，编写设计说明书目标4目标51指导7考核阶段：递交设计作品演示，答辩汇报目标51指导、答 辩合 计10六、主要教学方法及达成课程目标的途径和措施1、课程设计题目选择难易适中、符合研究分析解决测控系统与仪器领域相关的复杂工程问题的 任务；2、针对课题任务，组织学生合理分工，做到每个学生都有具体设计任务；3、加强平时设计过程指导，任务完成过程监控，严格检查学生在设计过程中对任务的完成情况, 确保按质按量完成设计任务；4、采用每日考勤、态度考核、课程设计阶段考核、设计说明书和陈述答辩综合考核，以及完成 质量等多种形式相结合考核方法，引导学生及时完成课程设计任务；5、答辩问题多种多样，全面考核独立解决设计过程中遇到问题的能力。四' 考核方式(一)考核资料要求本课程设计要求提交如下资料进行考核：(1)完成设计作品1套；(2)检查任务完成情况；(3)完成课程设计说明书1份，应有指导教师的签字，课程设计说明书包括设计任务书1份，技 术应用原理分析，参考文献及现状综述分析，设计方案论证，技术、经济、环境与社会等可行性分析，硬件电路设计与连接调试，调试，性能功能测试与结果分析，结论及展望，课程设计小结与致 谢等部分。注：说明书应是打印后装订，含封面。（二）答辩要求和成绩组成课程设计说明书应有设计者及指导教师签字，答辩由指导教师组织，总成绩由平时成绩（占 20%）、设计成绩（占60%）、答辩成绩（占20%）三部分构成，按百分制计算出总成绩后再折算成 五级分制记分：优秀、良好、中等、及格、不及格。并按以下形式进行成绩评定：考核形式考核要求考核权 重支撑的课 程目标备注平时成绩满分100分：出勤情况（按考勤记录给分，占40%）, 对所承担课程设计任务的工作计划、工作进展情况及 独立完成能力，对各种文献资料的获取及应用能力， 提出、分析及解决问题的能力、实际操作能力（按评 分表给分，占60% ）o20%目标1设计成绩（1）方案分析与论证（占10%）：主要考核传感器设 计方案的可行性分析中对经济、环境、法律、安全、 健康、伦理等制约因素的考虑。（2）信号处理电路的设计与调试（占40%）：主要考 核电路设计的正确性；调试的正确与规范性， 输出信号的正确性和测试结果的正确性等。（3）课程设计说明书成绩（占10%）：主要考核对整 个设计过程进行分析、归纳、总结、整理能力。按课 程设计说明书质量进行考核。60%目标2、3、 4答辩成绩通过口头表达设计思想、并进行有效陈述发言的能 力、回答问题的正确性，按评分表给分。20%目标5（三）非技术性指标评分表评价指 标考核形式评分标准100-90 分90-80 分80-70 分70-60 分60分以下充分理解任理解任务分理解任务分基本理解任基本理解任务分工、有详工、有较详细工、有工作务工、有初步务工、无工目标3团队合 作细工作计划、的工作计划、计划、在团工作计划、在作计划、在平时成绩能独立按计能独立按计队成员帮助团队成员帮团队成员帮划完成设计划完成设计下，能按计助下，基本能助下，尚无任务、对团队任务、对团队划完成团队完成团队分法完成团队任务完成有任务完成有分配的设计配的设计任分配的设计重要贡献较大贡献任务务任务目标5：答辩成绩能正确、充分能正确表达能较正确地能表达设计不能表达设沟通表地表达设计设计思想、回表达设计思思想、经启发计思想、经达思想、回答问 题正确答问题正确想、回答问 题基本正确后回答问题 基本正确启发后尚无 法正确回答 问题五、课程目标达成度评价课程目标达成度计算表如下:课程目标对应考核形式实际评测结果（学生达到的平均水平）对应总分达成度课程目标1平时成绩平均成绩20达成度=实际 测评结果/对 应总分课程目标2硬件设计成 绩平均成绩20达成度=实际 测评结果/对 应总分课程目标3硬件调试成 绩平均成绩20达成度=实际 测评结果/对 应总分课程目标4结果分析、处 理成绩平均成绩20达成度=实际 测评结果/对 应总分课程目标5答辩成绩答辩成绩20达成度=实际 测评结果/对 应总分六、参考书目及学习资料1传感器技术实验指导书，陈露编，鲍丙豪审，自编讲义，2015o七、大纲说明 每组人数根据每届学时人数及实验套数，可微调。2017年9月20日传感器课程设计指导书(部分内容)一、课程设计说明书内容要求课程设计说明书是课程设计工作的总结和提高，课程设计说明书应反映出作者在课 程设计过程中所做的主要工作及主要成果，以及作者在课程设计过程中的致谢及设计过 程的心得体会及经验教训。必须同时提供纸质文档和电子文档，纸质文档打印装订。课程设计说明书内容包括以下几个主要部分：(1)课程设计封面(统一)；(2)课程设计任务书(包括题目、设计任务技术性能及功能要求，设计小组成员 等)；(3)课程设计中文摘要；(4)目录(课程设计大纲)；(5)引言(题目背景及设计目的意义)；(6)现状综述分析(对参考文献综述，分析技术发展水平、特点及趋势)；(7)设计方案论证及关键技术方法介绍(包括对关键技术应用原理分析，设计总 体功能框图、电路的总体结构框图，总体设计方案的比较选择等，内容要体现：依据设 计任务性能指标要求，能够运用数学、自然科学和工程科学基本原理，识别与提炼、定 义与表达、通过文献研究分析测控系统与仪器领域相关的复杂工程问题，获得有效检测 与控制数学模型等结论；能够针对机电测控系统与电子仪器中复杂工程问题的解决方 案，设计满足特定功能、性能、成本等需求的机电测控系统、电子仪器或者部件，在设 计环节中能够体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素；能 够理解和评价针对测控系统与仪器中复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展 的影响；理解工程实践活动中管理与经济决策基本知识，并能应用在测控系统与仪器的 多学科环境工程实践中，进行必要技术经济分析等内容)；(8)硬件电路设计调试(包括电路参数必要设计计算、元器件型号的选择确定等, 硬件电路调试工具、硬件电路制作、连接、安装、调试等步骤)；(9)性能试验结果分析(性能功能测试实验，测试数据和误差结果分析等)；(10)结论及展望;(11)设计小结与体会；(12)致谢(13)参考文献；(14)附录(其他图表)。二、课程设计说明书编写基本要求(1)每个学生必须独立完成课程设计说明书；(2)课程设计说明书写规范、文字通顺、图表清晰、数据完整、结论明确；(3)课程设计说明书后应附近期参考文献，以期刊为主，至少10篇以上；(4)要求课程设计说明书用A4纸打印装订成册；(5)电路图用Protel或其他软件绘制。(6)署名设计学生和指导教师姓名；(7)课程设计电子文件存档，保管齐全。具体格式参看课程设计说明书写作规范。三、传感器课程设计指导书(节选部分内容)(1)差动变压器式位移传感器基本原理：差动变压器由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外 层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测体移动时, 由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化，促使次级线圈感应电势产生变化，一只 次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级线圈反向串接，就引出差动输 出。其输出电势反映出被测体的位移量。差动变压器输出电压的有效值可以近似用关系式=表示,式中 斯+”Lp、Rp为初级线圈电感和损耗电阻，Ui、3为激励电压和频率，Mi、M2为初级线圈与 两次级线圈间的互感系数，由关系式可以看出，当初级线圈激励频率太低时，若 降炉匕,则输出电压u。受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当小蹊 >>雇 时输出U。与3无关，当然3过高会使线圈寄生电容增大，对测量系统的稳定性不利。由于差动变压器两只次级线圈的等效参数不对称，初级线圈纵向排列的不均匀性， 两二级线圈的不均匀、不一致，铁芯B-H特性的非线性等原因，当铁芯处于差动线圈中 间位置时，差动输出电压并不为零。即为零点残余电压。需用器件与单元：差动变压器信号处理电路涉及的各种电路元件、测微头、双踪示 波器、差动变压器、音频信号源(音频振荡器)、自流电源、万用表。设计任务：设计差动变压器式位移传感器，要求采用互感变压器型位移传感器, 设计出该传感器的信号处理电路，包括：调零电路、差动电路、移相电路、相敏检波电 路、低通滤波电路，模拟电压输出，不仅能测出位移大小，还要能判定磁芯移动方向。 给出多点实验波形，性区间完成三组数据的测量，对测量数据进行处理，给出传感器的 线性度、迟滞误差性能指标。电子秤设计实验传感器采用力传感器，它由合金骨架上粘贴应变片构成，四只应变片构成全桥，要应变片托盘图1应变式传感器安装示意图求分析力传感器的原理，设计出传感器的完整信号处理电路，包括：电桥直流供电和交 流激励。设计任务：对静态力和动态力实现检测。动态力电路包括：电桥调零、差动放大、移相电路、相敏检波电路、低通滤波电路 和放大电路。要求给出各电路环节的实验波形，给出动态和静态力的测试结果，对静态力要给出 传感器的线性度及迟滞性能指标。