传感器及检测技术教学设计5力检测
传感与检测技术教学设计
传感与检测技术教学设计一、课程概述传感与检测技术作为现代电子技术领域的重要分支，广泛应用于生产、医疗、环境等各个领域。
本课程旨在介绍传感与检测技术的基本原理、常用方法和应用案例，通过理论讲解和实验操作，帮助学生掌握传感器的选型、电路设计、信号调理、数据采集及时间序列分析等技术，培养学生的独立思考和创新能力。
二、教学目标通过本课程的学习，学生将达到以下目标：1.掌握传感与检测技术的基本原理和分类方法；2.了解一些常用的传感器类型和特点；3.熟悉传感器的电路设计、信号调理和数据采集方法；4.学会使用Python、MATLAB等常用工具进行时间序列分析和数据可视化；5.培养学生的实验设计、数据分析和论文写作能力。
三、教学内容和方法1. 传感与检测技术基础知识•传感与检测技术的概念和分类•传感器的特点和基本原理•传感器的分类方法和选型原则2. 传感器的种类和应用案例•压力传感器、温度传感器、湿度传感器、光电传感器、气体传感器等；•传感器在智能家居、环境监测、医疗保健等领域的应用案例。
3. 传感器的电路设计和信号调理•前置放大电路设计、滤波电路设计、有效值计算等；•转换器、放大器、滤波器、多路复用器等。
4. 数据采集和时间序列分析•数据采集卡、USB数据采集器等；•Python、MATLAB等工具的使用。
5. 实验设计和数据处理•压力传感器、温度传感器、湿度传感器、光电传感器、气体传感器等的实验设计；•数据采集和时间序列分析的实验操作；•论文写作和数据可视化。
教学方法主要采用课堂讲解和实验操作相结合的方式，实验占课程总学时的50%以上，既强化了理论的学习，也培养了学生的实践能力，激发了学生自主学习和创新思维。
四、评估方式本课程采用综合评估的方式，包括平时考核和期末实验报告两部分。
其中平时考核包括出勤率、作业和小测验等，占总评成绩的40%；期末实验报告包括课程设计、实验过程、数据处理和结果分析，占总评成绩的60%。
传感器与检测技术-教案-项目05 压电式传感器的应用
《传感器与检测技术》教案项目五压电式传感器的应用一、教学目标1.了解压电效应。
2.了解压电传感器的所用的压电材料。
3.掌握压电传感器的工作原理。
4.掌握压电传感器测量振动的方法。
二、课时分配本项目共1个任务，本项目安排2课时。
其中理论课时2课时，实践课时2课时。
三、教学重点通过本项目的学习，让学生能识别压电传感器能根据任务要求，正确安装压电传感器，正确完成压电传感器测量振动的电路接线，并且正确测量振动参数并且读数正确。
四、教学难点1.掌握压电传感器的工作原理。
2.掌握压电传感器测量振动的方法。
五、教学内容任务一压电传感器在振动测量中的应用知识链接一、压电效应当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。
当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。
相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。
能产生压电效应的电解质被称为压电材料或者压电元件，依据压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。
原理图如图所示。
压电效应原理图在晶体的弹性限度内，压电材料受力后，产生的电荷Q和所施的力F之间的关系是：Q=dF式中：d—压电材料的压电系数。
正压电效应的应用正压电效应的应用利用逆压电效应原理工作的设备也很多，比如在玩具小狗的肚子中安装压电陶瓷制作的蜂鸣器，玩具就会在被按压时发出逼真有趣的蜂鸣声，如果将高频电信号加在压电元件上时，则产生高频声信号（机械震动），这就是我们平常所说的超声波信号，利用该原理可以制造麦克风、立体声耳机和高频扬声器等，还应用于制造超声波探头。
逆压电效应的应用二、压电材料1.石英晶体压电晶体一般指压电单晶体，如水晶（石英晶体）、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等。
水晶（）是一种有名的压电晶体，它理想的几何形状为正六面体晶柱，如图所示。
石英晶体它是二氧化硅的单晶体。
石英等压电单晶压电系数很小（），介电常数很低，但稳定性很高，在20℃～200℃的范围内压电常数的变化率只有-0.000 1/℃，多用来作标准频率控制的振子、高选择性（多属高频狭带通）的滤波器以及高频、高温超声换能器等。
传感器与现代检测技术教学设计 (2)
传感器与现代检测技术教学设计
引言
随着科技的发展，传感器技术在现代检测技术中得到了广泛的应用，不仅在工业领域有着重要的作用，也在生物、医疗等领域有着广泛的应用，因此对传感器与现代检测技术的教学也越来越受到重视。
本文从课程设置、教学方法、实践环节等方面探讨了传感器与现代检测技术的教学设计。
课程设置
传感器与现代检测技术应当是相关专业学生的核心课程，应该在专业核心课程中进行教学。
在课程设置方面，应当注重课程内容的完备性和教学难度的适中。
课程内容
在课程内容方面，应当将传感器与现代检测技术的基础概念及相关技术原理、结构与工作原理、应用领域、性能指标等内容进行详细阐述。
教学难度
在教学难度方面，应当注重有计划有层次地设计教学任务，让学生由简单到复杂，由浅入深地进行学习。
同时应当注重适应学生的认知规律，掌握一定的教学方法和技巧，从而达到学生自主学习和全面发展的目标。
教学方法
教学方法是教学的核心之一。
在传感器与现代检测技术的教学中，教师应该采取多种教学方法来提高教学质量，如讲授、讨论、案例教学、项目管理等。
1。
传感器与检测技术教案
传感器与检测技术教案第一课时：传感器与检测技术概述一、教学目标：1.了解传感器与检测技术的基本概念和基本原理；2.熟悉传感器与检测技术在生活中的应用；3.学习传感器与检测技术的分类和特点。
二、教学内容：1.传感器与检测技术的基本概念和基本原理a.传感器的定义和作用；b.检测技术的定义和作用；c.传感器的基本原理：传感器的输入、输出和转换过程。
2.传感器与检测技术的应用a.生活中的传感器与检测技术应用案例介绍；b.传感器与检测技术在工业自动化、环境监测、医疗健康等领域的应用。
3.传感器与检测技术的分类和特点a.传感器的分类：按测量物理量分类、按传感原理分类；b.传感器的特点：灵敏度、精度、响应时间、线性度等。
三、教学过程：1.导入（5分钟）a.讲解传感器与检测技术在日常生活中的应用案例，如智能家居、智能手机等；b.引发学生对传感器与检测技术的兴趣和思考。
2.讲解传感器与检测技术的基本概念和基本原理（20分钟）a.定义传感器并解释其作用；b.定义检测技术并解释其作用；c.讲解传感器的基本原理，包括输入、输出和转换过程。
3.分组讨论传感器与检测技术的应用（15分钟）a.将学生分为小组，每组讨论一个特定领域的传感器与检测技术应用；b.每组汇报讨论结果，展示该领域中的应用案例。
4.传感器与检测技术的分类和特点（30分钟）a.解释传感器的分类，包括按测量物理量分类和按传感原理分类；b.介绍传感器的特点，如灵敏度、精度、响应时间、线性度等。
5.总结与小结（10分钟）a.综合讨论传感器与检测技术的基本概念、基本原理、应用、分类和特点；b.总结本节课的重点和要点；c.提出下节课的预习任务。
四、教学资源和工具：1.讲义或课件；2.动态模型或实物模型展示传感器与检测技术的应用案例；3.实验室或示范设备展示传感器的工作原理。
五、教学评价与反思：1.课堂讨论和案例分析教学评价；2.学生的课后作业评价；3.教师课堂教学反思和自我评价。
传感器及检测技术教案
第1章绪论本章学习目的要求:1.了解传感器的组成与分类2.了解传感器技术的发展动态3.了解检测技术的地位及作用4.检测技术的发展趋势第一节传感器组成与分类一、传感器的定义传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的机械电子装置。
二、传感器的组成敏感元件转换元件信号调节转换电路辅助电源敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。
转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。
传感器的组成实例三、传感器的分类、代号、主要参数1.按照物理原理分类：★电参量式传感器：电阻式、电感式、电容式等；★磁电式传感器：磁电感应式、霍尔式、磁栅式等；★压电式传感器：声波传感器、超声波传感器；★光电式传感器：一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等；★热电式传感器：热电偶、热电阻；★射线式传感器：热辐射式、γ射线式； ★半导体式传感器：霍耳器件、热敏电阻； ★其他原理的传感器：差动变压器、振弦式等。
有些传感器的工作原理具有两种以上原理的复合形式,如不少半导体式传感器，也可看成电参量式传感器。
2.传感器的代号依次为主称（传感器） 被测量—转换原理—序号 主称——传感器，代号C ；被测量——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。
见附录表2； 转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。
见附录表3； 序号——用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。
例：应变式位移传感器： C WY-YB-20；光纤压力传感器：C Y-GQ-2。
3、 传感器的主要特性参数 （1）灵敏度灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值。
它是输入与输出特性曲线的斜率， 如右图所示，可表示为： 一般希望灵敏度s 在整个 测量范围内保持为常数。
传感器及检测技术教案
传感器及检测技术项目一传感器误差与特性分析
任务1检测结果的数据整理
1.1.1 测量与测量方法
1. 检测
2. 测量方法
(1) 电测法和非电测法
(2) 直接测量和间接测量
(3) 静态测量和动态测量
(4) 接触性测量和非接触性测量
(5) 模拟式测量和数字式测量
1.1.2 测量误差及其表示方法
测量误差：测量值与其真值之间的差值
绝对误差彳相对误差＜实际相对误差壬
示值(标称)相对误差X
引用误差
例：某温度计的量程范围为0-500 oC,校验时该表的最大绝对误差为6oC,试确定其精度等级？
X m 6
100% 100% =1.2% A m 500
m-
查表1.1，精度等级应定为1.5级
任务1：
现有0.5级的0~300oC和1.0级0~100oC的两个温度计，欲测量80oC的温度，试问选用哪一个温度计好？为什么？在选用仪器时应考虑哪些方面？
实施：
0.5级的0~300oC的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为：
%1 二-1A m1 75% (300 - 0) = 1.5
用其测量80oC可能出现的最大示值相对误差为:
1.0级的0~100oC的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为:。
传感器与检测技术教案
课时授课计划科目传感器与检测技术授课时数共页授课日期审阅授课班级出勤情况年月日课题：绪论授课目的：通过本节课的学习使学生了解传感器概念，组成，分类以及今后的发展趋势授课重点：传感器的概念和组成授课难点：对传感器概念的理解教学类型：讲授教具与挂图：复习提问：引入新课：如果将人的大脑比作CPU，那么感觉器官便是敏感元件，大脑是转换元件，那么四肢根据大脑转换的信息去处理事件，就是一个完整的传感器的模型了。
今天我们来学习一个新的设备传感器。
讲授新课（附后）：本课小结：通过本节课的学习，学生初步了解传感器的一般概念和组成。
作业布置：改进措施：绪论[ 一] 组织教学1、师生问好；2、清点人数，做好考勤记录；[ 二] 复习提问[ 三] 引入新课如果将人的大脑比作CPU，那么感觉器官便是敏感元件，大脑是转换元件，那么四肢根据大脑转换的信息去处理事件，就是一个完整的传感器的模型了。
今天我们来学习一个新的设备传感器。
[ 四] 讲授新课传感器的概念传感器：把特定的被测信息（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。
这里“可用信号”是指便于处理、传输的信号。
当今电信号最易于处理和便于传输，因此，可以把传感器狭义地定义为：传感器（狭义定义）：能将外界非电信号转换成电信号输出的器件。
当人类进入光子时代，光信息成为更便于快速、高效地处理与传输的可用信号时，传感器的概念也可以变为：能把外界信息转换成光信号输出的器件。
１、传感器技术：是涉及传感（检测）原理、传感器设计、传感器开发和应用的综合技术。
传感技术的含义则更为广泛，它是传感器技术、敏感功能材料科学、细微加工技术等多学科技术相互交叉渗透而形成的一门新技术学科——传感器工程学。
２、传感（检测）原理：是指传感器工作所依据的物理、化学和生物效应，并受相应的定律和法则所支配。
如：物理基础的基本定律包括：守恒定律（能量、动量、电荷等），场的定律（包括动力场运动定律、电磁场的感应定律等，其作用与物体在空间的位置及分布有关。
传感技术检测课程设计
传感技术检测课程设计一、教学目标本课程旨在通过传感技术检测的学习，让学生掌握以下知识目标：了解传感技术的原理、种类及其应用；理解传感技术在现实生活中的重要作用。
技能目标：学会使用传感技术进行数据采集和分析；能够运用传感技术解决实际问题。
情感态度价值观目标：培养学生对传感技术的兴趣和好奇心，提高学生运用科学知识解决实际问题的能力。
二、教学内容根据课程目标，本课程的教学内容主要包括传感技术的原理、传感器的种类及其应用、传感技术在现实生活中的应用案例等。
具体安排如下：第1课时：传感技术的原理及分类第2课时：常见传感器的原理与应用第3课时：传感技术在现实生活中的应用案例分析三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等。
具体安排如下：第1课时：讲授法，介绍传感技术的原理及分类第2课时：讨论法，分析常见传感器的原理与应用第3课时：案例分析法，分析传感技术在现实生活中的应用案例四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：《传感技术检测》2.参考书：传感技术相关论文和书籍3.多媒体资料：传感技术相关视频和图片4.实验设备：传感器、数据采集器等五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等。
平时表现主要评估学生的课堂参与度、提问回答等情况；作业主要评估学生的理解能力和实际操作能力；考试主要评估学生的知识掌握程度和应用能力。
评估方式应客观、公正，能够全面反映学生的学习成果。
具体的评估标准和比重可根据实际情况进行调整。
六、教学安排本课程的教学安排如下：第1课时：传感技术的原理及分类第2课时：常见传感器的原理与应用第3课时：传感技术在现实生活中的应用案例分析教学进度安排应合理、紧凑，确保在有限的时间内完成教学任务。
同时，教学安排还应考虑学生的实际情况和需要，如学生的作息时间、兴趣爱好等。
《传感器与检测技术》单元教学设计方案
温度传感器的选用
单元学时
1
学习內容分析
知识点：
(1)不同温度传感器的特点、参数
（2）温度传感器的选用原则技能点：
能够针对不同的环境选择合适的温度传感器。重 点：
(1)不同传感器参数的分析(2)温度传感器的选用原则难 点：
(1)不同传感器参数的分析
(2)温度传感器的选用原则
教学策略
以表格的形式，总结各种温度检测仪表的工作原理、性能特点、应用场合， 逐条分析温度传感器选用的原则。
感器调试总结。
学习成果
课后作业、实训报告
学习评价
实训过程50%；实训报告50%。
教学过程设计
步骤
教学内容
教学方法
教学资源
学生活动
时间分配
(min)
1
明确任务/ 知识准备
WZP-PT100 温度传感器的安装与调试简介
教师讲解
热电阻安装与
调试图片、动画PPT
听课、互动交流
10
2
项目引导
分析WZP-PT100 温度传感器的连接方式，使
学习成果
课后作业、总结温度传感器的应用场合
学习评价
学习态度(出勤)20%，课堂实际操作 20%，课堂讨论 40%
教学过程设计
步骤
教学内容
教学方法
教学资源
学生活动
时间分配(min)
1
项目引导
了解各类温度传感器外观、讨论温度传感器的应用
教师引导、学生小组讨论
各类温度温度传感器外观构及应用图片和
动画
观察、讨论
4
归纳总结
项目总结
点评
典型方案
讨论
10
编号：05-05-A-04版本号：
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项目四力检测
教学目的：
1、能了解弹性敏感元件的特性和要求。
2、能了解几种常用测力称重传感器的特点、用途等。
3、掌握电阻应变效应及半导体的压阻效应。
4、掌握单臂、双臂和全桥测量电路的异同点。
5、会连接电桥电路并进行测试。
6、会对测试数据进行分析。
7、能理解压电式传感器的工作原理及特点。
8、能理解测力传感器与压电传感器的应用电路。
课型：新授课
课时：
2个任务，安排6个课时。
教学重点：
弹性敏感元件，弹性敏感元件的基本概念及特性，弹性敏感元件的基本要求及类型，电阻应变式传感器的外形结构和性能，电阻应变片的种类与结构，电阻应变式传感器的工作原理。
教学难点：
描述一个称重系统，指出它经过了哪些环节才能将压力信号转换为可测量的电量？并简要描述各转换环节的工作原理。
教学过程：
1.教学形式：讲授课，教学组织采用课堂整体讲授和分组演示。
2.教学媒体：采用启发式教学、案例教学等教学方法。
教学手段采用多媒
体课件、视频等媒体技术。
作业处理：
完成项目后的思考题。
板书设计：
基本知识汇总
任务一电子台秤的重量检测
一、测力传感器中的弹性敏感元件
（一）弹簧管压力表的组成
弹簧管压力表的组成如图所示，当被测压力作用于弹簧管时，弹簧管便产生相应的变形，通过机械传动机构，使标尺指针偏移角度，从而得到压力的数值。
（二）弹性敏感元件的基本概念及特性
1基本概念
（1）变形
变形是指物体在外力作用下改变原来尺寸或形状的现象。
（2）弹性变形
弹性变形是指变形后的物体在外力去除后又恢复原来形状的变形。
（3）弹性元件
弹性元件是指具有弹性变形特性的物体。
（4）弹性特性
弹性特性是指作用在元件上的外力与相应弹性变形（应变、位移或转角）之间的关系。
2特性
（1）刚度
（2）灵敏度
（3）弹性滞后
（4）弹性后效
（三）弹性敏感元件的基本要求及类型
弹性元件在传感器技术中占有极其重要的地位。
它首先把力、力矩或压力转换成相应的应变或位移，然后配合各种形式的传感元件，将被测力、力矩或压力变换成电量。
二、电阻应变式传感器
电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将力学量转换为电信号的传感器。
电阻应变式传感器具有精度高、性能稳定、测量范围宽，可制成各种机械量传感器，并且结构简单、体积小、重量轻，可在超低温、强振动、强磁场等恶劣环境下工作等特点。
（一）电阻应变式传感器的外形结构和性能
（二）电阻应变片的种类与结构
电阻应变片分为金属电阻应变片和半导体电阻应变片两大类。
金属电阻应变片又可分为金属丝式、箔式和薄膜式三种。
（二）电阻应变式传感器的工作原理
三、压阻式压力传感器
压阻式压力传感器是利用半导体材料的压阻效应和集成电路工艺制成的传感器。
所谓压阻效应是在半导体材料上施加作用力时，其电阻率将发生显著变化的现象。
由于此种传感器是利用半导体集成工艺中的扩散技术，将四个半导体应变电阻制作在同一硅片上，所以工艺一致性好，灵敏度相等，漂移抵消，迟滞、蠕变非常小，动态响应快，测量精度高，稳定性好，温度范围宽，易小型化。
任务二桥墩水下部位缺陷的检测
桥墩水下及地表以下部位由于各种原因会产生一些缺陷，它是很难发现的，但又直接威胁到桥梁的安全。
用压电式加速度传感器通过检测桥墩对振动的响应，再进行频谱分析，可判定桥墩的内部缺陷。
一、压电传感器、压电材料的外形和技术指标（一）压电式振动加速度传感器的外形
（二）压电加速度传感器的技术指标
①灵敏度：500mV/g
②量程：0~10 g
③频率范围：4～4000Hz
④线性度：≤1%
⑤分辨力：0．00004 g
⑥安装谐振点：15kHz
（三）压电材料的外形
二、压电传感器的工作原理
（一）压电效应
压电效应是可逆的，即有两种压电效应。
当某些电介质在一定的方向上受到外力作用而变形时，内部产生极化现象，同时在其表面上产生电荷；
（二）压电传感器的常用结构形式
在实际使用中，如仅用单片压电元件，必须有很大的作用力才能产生足够的表面电荷。
为了提高输出灵敏度，常用两片或多片组合在一起使用。
由于压电材料是有极性的，因此连接方法有两种：
1串联接法
将两块压电片串联，在外力作用下，正电荷在上极板，负电荷在下极板，中间极板上片产生的负电荷与下片产生的正电荷抵消，因此串联的总电荷量等于单片产生的电荷量，而输出电压为单片电压的两倍，使总电容减小为单片电容的一半。
这种接法，由于输出电压大，电容小，要求测量电路具有很高的输入阻抗，适用于以电压为输出量的场合。
2并联接法
将两块压电片并联，在外力作用下，极板上产生的电荷量增加为单片的两倍，而输出电压不变，使总电容增大为单片电容的两倍。
由于电荷提高，电容也提高了，适用于测量慢变信号，以电荷输出的场合。
（三）压电传感器的测量电路
压电传感器具有内阻抗很高，而输出信号微弱的特点。
因此要求测量电路的前级放大器有足够高的阻抗，防止电荷迅速泄露，并且要完成信号放大。
四、压电传感器的使用注意事项
压电传感器的工作原理是基于压电效应，但压电
说明：
1. 每项页面大小可自行添减，可按节或课设计填写。
2. 课次为授课次序，填1、2、3……。
3. 授课方式主要包括填理论课、实验课、讨论课、习题课等。
4. 方法及手段如：举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解、挂图讲
解、音像讲解等。
5.其他内容要求结构完整，逻辑清晰，具体详细。