《传感器与检测技术》教材建设

2014-08-23徐科军马修水

电气电子教学学报 2014年1期

徐科军，马修水

(1合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽合肥 230009;2浙江大学宁波理工学院信息科学与工程学院，浙江宁波 315100)

“传感器与检测技术”课程是自动化类专业的必修课［1，2］。对于自动化类专业，信息是基础，传感器是获取信息的器件;控制是核心，自动检测是实现控制的前提和条件;立足于系统，检测系统是控制系统的反馈环节。在过程控制中，需要检测温度、压力、物位、流量和成分;在运动控制中，需要检测位置、转速和力矩、加速度等。考虑到教材在教学中起着非常重要的作用，我们于2003年8月参加电子工业出版社组织的电子信息类百本精品教材工程的投标，承担了《传感器与检测技术》教材的编写任务并于2004年9月正式出版［3，4］。本文就该教材建设的体会与同行进行交流。

1 教材定位

围绕应用型大学自动化类专业教学改革的需要，总学时数减少后，该教材将传感器原理和自动检测技术的内容很好地融合起来，形成适用于自动化类专业的《传感器与检测技术》教材，其主要内容框架如图1所示。

图1 《传感器与检测技术》教材内容框架

该教材以传感器的基本原理以及过程检测技术为中心，以培养学生的工程应用能力为主线。主要内容包括自动检测技术的基础知识、传感器原理与应用、工程检测仪表和自动检测中的共性技术及新进展四个部分。

第一部分介绍自动检测技术的基本知识，包括测量误差和测试数据处理的基本知识、传感器静动态特性及标定知识。第二部分系统地介绍各种传感器的原理、结构和应用，目的在于培养学生使用各类传感器的能力。第三部分介绍传感器在工程检测中的应用。将传感器和工程检测方面的知识有机地结合起来，以温度检测、流量检测和成分检测为例，使学生能够进一步应用传感器知识解决工程检测中的具体问题。第四部分介绍自动检测中的共性技术及其新发展。

2 编写难点

(1)与“自动控制原理”和“信号分析与处理”等理论性较强课程的教材相比，本教材介绍多种传感器的工作原理，涉及力学、热学、电磁学和化学等方面知识，应用又涉及机械量、热工量和化学量的检测。所以，涉及面广而杂，难以用一条主线贯穿教材的始终。

(2)在介绍各种传感器的结构时，需要学生具备一些感性认识，才能比较好地理解。

(3)当可以采用多种传感器去测量同一物理量或者化学量时，如何选择一种最佳的传感器，并设计最佳的测量方案，并非易事。

(4)在传感器部分，以传感器的工作原理为线索进行讲解。在检测技术部分，以被测量为线索进行讲解。如何避免内容的重复和交叉，又使学生容易理解和掌握也是比较难处理的问题。

3 解决方案

1)将有关内容进行归类和整合，以便讲授。例如，将应变式传感器和压阻式传感器归为电阻式传感器;将自感式传感器、差动变压器式传感器、电容式传感器、电涡流式传感器和压磁传感器归为变阻抗式传感器;将光电器件、光电码盘、电荷耦合器件、光纤传感器和光栅传感器归为光电式传感器;将磁电式传感器、霍尔传感器和压电式传感器归为电动势式传感器。以相同或相似的工作原理为线索，进行编写。让学生对多种传感器有了基本认识之后，再以相同的被测量对象为线索，介绍不同的传感器测量方法。这样从传感器工作原理和传感器的各种应用两方面，把各种传感器的工作原理、结构组成和各种应用介绍清楚。

2)在传感器部分，以传感器的工作原理为线索进行介绍;在检测技术部分，以被测量为线索进行叙述。如何避免内容的重复和交叉，又使学生容易理解和掌握是个难点。针对这个问题，该教材将压力和物位的检测放在相关传感器的应用中介绍，这样节省篇幅。而温度、流量和成分的检测，由于内容的关系，单独成章介绍，取得较好的效果。

3)在介绍各类检测技术中，对同一物理量的不同检测方法进行比较。例如，对于转速的测量问题，介绍光电测量方法、磁电测量方法和霍尔传感器测量等方法。根据这些方法各自的特点，说明它们各自的原理、特点和适用范围，以此拓展学生的思维，培养学生工程能力和创新能力。

4)以一系列教学研究项目为基础，通过教学计划和教学大纲修订等形式，从自动化类专业课程系统的角度，充分研究课程间的关联性，合理地规划教材内容，突出“一个核心:测量;两个方面:传感器和仪表(器件和系统);三个重点:原理、电路和应用”，特别适用于自动化类等专业的使用。

5)以一系列传感器与检测技术方面的科研项目和成果为基础，将新的、实用的科研成果，融入教材中，使学生学习和了解最近的传感器与检测技术方面的新进展。例如，误差修正技术可以有效地消除传感器和检测系统应用中的静态和动态测量误差，特别是动态补偿技术的采用，可以使传感器真正应用于实时快速的控制系统。又例如，介绍当前迅速发展并具有广阔应用前景的基于MEMS技术的微型传感器和无线传感器网络等［5-7］。

6)为了配合教材的使用，制作多媒体课件、编写习题集和试题库，形成立体化课程教材体系。