《測(cè)控儀器設(shè)計(jì)》教學(xué)大綱

《測(cè)控儀器設(shè)計(jì)》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：05157221課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：3學(xué)分學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)（其中：理論32學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)）先修課程：傳感器技術(shù)、誤差理論與數(shù)據(jù)處理、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化等后續(xù)課程：智能測(cè)控綜合創(chuàng)新適用專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器開課單位：電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院一、課程說明《測(cè)控儀器設(shè)計(jì)》是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的選修課，是光、機(jī)、電結(jié)合的一門專業(yè)課，研究大型精密儀器的總體設(shè)計(jì)方法。本課程主要學(xué)習(xí)測(cè)控儀器總體設(shè)計(jì)、精密機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，掌握大型精密儀器的總體設(shè)計(jì)方法，大型精密儀器的構(gòu)成原理，光、機(jī)、電一體化設(shè)計(jì)方法，為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程及以后從事技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)。本課程注重基本理論知識(shí)的深入學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)解決生產(chǎn)實(shí)際中問題的能力，兼顧新技術(shù)、新工藝及其發(fā)展方向的介紹，培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、高素質(zhì)、強(qiáng)能力”的人才。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握測(cè)控儀器的相關(guān)術(shù)語的定義，掌握大型精密儀器設(shè)計(jì)的一般過程、設(shè)計(jì)要求及設(shè)備的構(gòu)成，能夠熟練分析測(cè)控儀器的基本構(gòu)成。課程目標(biāo)2：掌握大型精密儀器設(shè)備的設(shè)計(jì)理論與方法，掌握測(cè)控儀器電路與軟件設(shè)計(jì)方法，具備良好的職業(yè)道德素質(zhì)，能初步具備大型精密儀器設(shè)計(jì)的能力，并能綜合考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素，體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。課程目標(biāo)3：理解測(cè)控儀器精度有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)以及相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、行業(yè)政策。掌握在機(jī)械系統(tǒng)、電路系統(tǒng)、光電系統(tǒng)提高儀器測(cè)量精度的方法，控制儀器測(cè)量精度使產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)法規(guī)政策。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《測(cè)控儀器設(shè)計(jì)》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)測(cè)控技術(shù)與儀器本科專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度6.工程與社會(huì)6.2能夠分析和評(píng)價(jià)測(cè)控領(lǐng)域工程實(shí)踐和復(fù)雜工程問題解決方案對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響，以及這些制約因素對(duì)項(xiàng)目實(shí)施的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。課程目標(biāo)1：掌握測(cè)控儀器的相關(guān)術(shù)語的定義，掌握大型精密儀器設(shè)計(jì)的一般過程、設(shè)計(jì)要求及設(shè)備的構(gòu)成，能夠熟練分析測(cè)控儀器的基本構(gòu)成。課程目標(biāo)3：理解測(cè)控儀器精度有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)以及相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、行業(yè)政策。掌握在機(jī)械系統(tǒng)、電路系統(tǒng)、光電系統(tǒng)提高儀器測(cè)量精度的方法，控制儀器測(cè)量精度使產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)法規(guī)政策。M12.終身學(xué)習(xí)12.2能適應(yīng)職業(yè)發(fā)展要求，及時(shí)關(guān)注并跟蹤、把握測(cè)控工程及相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域前沿理論、技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，具備不斷獲取新知識(shí)、新技能、持續(xù)自我提升的能力。課程目標(biāo)2：掌握大型精密儀器設(shè)備的設(shè)計(jì)理論與方法，掌握測(cè)控儀器電路與軟件設(shè)計(jì)方法，具備良好的職業(yè)道德素質(zhì)，能初步具備大型精密儀器設(shè)計(jì)的能力，并能綜合考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素，體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。H注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.測(cè)控儀器設(shè)計(jì)概論1.1測(cè)控儀器的概念和組成1.2測(cè)控儀器及其設(shè)計(jì)的發(fā)展?fàn)顩r與趨勢(shì)1.3測(cè)量?jī)x器通用術(shù)語及定義1.4對(duì)測(cè)控儀器設(shè)計(jì)的要求和設(shè)計(jì)程序教學(xué)要求：使學(xué)生掌握測(cè)控儀器相關(guān)術(shù)語的定義，熟練分析測(cè)控儀器的基本構(gòu)成；使學(xué)生掌握測(cè)控儀器設(shè)計(jì)的一般過程、設(shè)計(jì)要求及特點(diǎn)；掌握測(cè)控儀器設(shè)計(jì)的一般程序。重點(diǎn)：測(cè)控儀器的概念和組成；測(cè)控儀器設(shè)計(jì)的要求。難點(diǎn)：測(cè)控儀器設(shè)計(jì)程序。2012.儀器精度理論2.1儀器精度理論中的若干基本概念2.2儀器誤差的來源與性質(zhì)2.3儀器誤差的分析2.4儀器誤差的綜合2.5儀器誤差的分析合成舉例2.6儀器精度設(shè)計(jì)教學(xué)要求：使學(xué)生掌握儀器精度理論中的基本概念；掌握誤差來源及性質(zhì)；理解并掌握儀器誤差的分析與計(jì)算；掌握儀器誤差的綜合和儀器精度設(shè)計(jì)。重點(diǎn)：儀器精度理論中的若干基本概念；儀器誤差的來源于性質(zhì)；儀器誤差的分析。難點(diǎn)：儀器誤差的計(jì)算。8033.測(cè)控儀器總體設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)任務(wù)分析3.2創(chuàng)新性設(shè)計(jì)3.3測(cè)控儀器設(shè)計(jì)原則3.4測(cè)控儀器設(shè)計(jì)原理3.5測(cè)控儀器工作原理的選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.6測(cè)控儀器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)的確定3.7測(cè)控儀器的造型設(shè)計(jì)教學(xué)要求：使學(xué)生理解設(shè)計(jì)任務(wù)分析包含的內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)的構(gòu)思；掌握測(cè)控儀器方案設(shè)計(jì)中的原則及原理；掌握測(cè)控系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)的確定；理解測(cè)控儀器的造型設(shè)計(jì)。重點(diǎn)：測(cè)控儀器設(shè)計(jì)原則；測(cè)控儀器設(shè)計(jì)原理；測(cè)控儀器工作原理的選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：測(cè)控儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)。801、24.精密機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1精密機(jī)械系統(tǒng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法4.2儀器的支承件設(shè)計(jì)4.3儀器的導(dǎo)軌及設(shè)計(jì)4.4主軸系統(tǒng)及設(shè)計(jì)4.5伺服機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.6微調(diào)與微位移機(jī)構(gòu)及設(shè)計(jì)教學(xué)要求：使學(xué)生理解并掌握測(cè)控儀器設(shè)計(jì)中的精密機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)：儀器的支承件設(shè)計(jì)；儀器的導(dǎo)軌及設(shè)計(jì)；主軸系統(tǒng)及設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：伺服機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)。601、25.電路與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1電路與軟件系統(tǒng)概述5.2測(cè)控電路設(shè)計(jì)方法5.3測(cè)控儀器的軟件設(shè)計(jì)5.4可靠性與故障診斷技術(shù)教學(xué)要求：使學(xué)生理解并掌握電路系統(tǒng)的組成、要求和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；掌握測(cè)控儀器設(shè)計(jì)中的電路與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)：測(cè)控電路設(shè)計(jì)；測(cè)控儀器的軟件設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：測(cè)控電路設(shè)計(jì)方法。481、26.光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1測(cè)控儀器光電系統(tǒng)的組成和類型6.2光電系統(tǒng)的特性6.3光電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則6.4光電測(cè)量系統(tǒng)中的光源及照明系統(tǒng)6.5直接檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.6相干變換與檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.7光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例——激光干涉儀的設(shè)計(jì)教學(xué)要求：使學(xué)生理解并掌握光電系統(tǒng)的組成、特性和設(shè)計(jì)原則；掌握測(cè)控儀器設(shè)計(jì)的方法和流程。重點(diǎn)：光電系統(tǒng)的特性；光電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。難點(diǎn)：光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。481、2合計(jì)32162.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表3。表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.發(fā)光二極管（光源）的照度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：測(cè)量發(fā)光二極管（光源）的照度。實(shí)驗(yàn)要求：了解發(fā)光二極管的工作原理。21、22.光敏電阻特性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：測(cè)量光敏電阻的光照特性和伏安特性。實(shí)驗(yàn)要求：了解光敏電阻的光照特性和伏安特性。21、23.光敏二極管和光敏三極管特性試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：測(cè)量光敏二極管和光敏三極管的光照特性和伏安特性。實(shí)驗(yàn)要求：了解光敏二極管和光敏三極管工作原理及特性。21、24.光纖位移傳感器測(cè)位移特性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用光纖位移傳感器測(cè)量位移。實(shí)驗(yàn)要求：了解光纖位移傳感器的工作原理和性能21、25.流水燈和交通燈設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用單片機(jī)控制發(fā)光二極管工作。實(shí)驗(yàn)要求：掌握測(cè)控儀器電路設(shè)計(jì)和軟件編程。21、26.A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。實(shí)驗(yàn)要求：了解模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換的工作原理。21、27.D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)模與擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。實(shí)驗(yàn)要求：了解數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換的工作原理。21、28.串口工作原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的串口通信。實(shí)驗(yàn)要求：熟悉單片機(jī)串行口的各種功能。21、2合計(jì)16五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生比較全面地理解大型精密儀器設(shè)計(jì)的一般過程、設(shè)計(jì)要求及設(shè)備構(gòu)成，在掌握大型精密儀器設(shè)備的設(shè)計(jì)理論與方法基礎(chǔ)上，具有進(jìn)行大型精密儀器設(shè)計(jì)的初步能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，采用教師講授和學(xué)生動(dòng)手操作的方法；在實(shí)驗(yàn)前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)和掌握與本實(shí)驗(yàn)有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書；在實(shí)驗(yàn)中要嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)紀(jì)律，按操作規(guī)程使用儀器；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，按規(guī)定對(duì)儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)；每完成一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，要認(rèn)真完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六、課程資源1.推薦教材：《測(cè)控儀器設(shè)計(jì)》（第3版），浦昭邦，劉慶綱等，機(jī)械工業(yè)出版社，2016.82.參考書：（1）李玉和,郭陽寬.現(xiàn)代精密儀器設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社.2010年1月（2）王中宇等.精密儀器設(shè)計(jì)原理.北京航空航天大學(xué)出版社.2013年8月（3）王智宏等.精密儀器設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社.2016年1月（4）馬宏,王金波.儀器精度理論（第2版）.北京航空航天大學(xué)出版社.2014年3月（5）AlexanderH.Slocum,PrecisionMachineDesign,PrenticeHall,Inc.,19923.期刊：（1）張偉等.數(shù)控機(jī)床誤差檢測(cè)及補(bǔ)償技術(shù)研究進(jìn)展.機(jī)床與液壓.2019年,No.17（2）姜驛陽等.汽車球籠類傳動(dòng)零件測(cè)量?jī)x器的研制.工具技術(shù).2019年,No.7（3）王斌等.基于LinuxCNC數(shù)控系統(tǒng)和EtherCAT總線的復(fù)雜異型孔激光加工機(jī)床的開發(fā)與應(yīng)用.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù).2019年,No.12（4）陳華等.基于正交誤差對(duì)準(zhǔn)的MEMS陀螺測(cè)控電路設(shè)計(jì).湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2017年,No.10（5）盧超.基于WiFi的智能LED照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).照明工程學(xué)報(bào).2019年,No.4（6）Qing-RongKong.ANovelDesignandImplementationtothePhotoelectricDetectionSystemofGatingPhotomultiplierTubes.JournalofComputationalandTheoreticalNanoscience,2016,13(5):3260-3264.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）吳峻等.智能儀器設(shè)計(jì)技術(shù).2019年12月./course/SEU-1207598804（2）劉澄玉等.誤差理論與數(shù)據(jù)處理.2020年2月./course/SEU-1449466163（3）李林，黃一帆.光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工藝.2020年2月./course/BIT-1003361022七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過程性考核成績(jī)和期末課程論文成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂考核8（1）根據(jù)課堂考核情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√√332實(shí)驗(yàn)24（1）根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量單獨(dú)評(píng)分，滿分100分；（2）每次實(shí)驗(yàn)單獨(dú)評(píng)分，取各次實(shí)驗(yàn)成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以實(shí)驗(yàn)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√24作業(yè)8（1）主要考核學(xué)生對(duì)各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?32期末考核60（1）期末考核成績(jī)100分，以期末考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。（2）主要考核測(cè)控儀器的相關(guān)術(shù)語的定義、大型精密儀器設(shè)計(jì)的一般過程、設(shè)計(jì)要求及設(shè)備的構(gòu)成、測(cè)控儀器電路與軟件設(shè)計(jì)理論與方法、測(cè)控儀器精度等內(nèi)容?！獭獭?52510合計(jì)：100分315514八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以課堂測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)、期末課程論文等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)。考核基本要求：考核總成績(jī)由期末課程論文成績(jī)和過程性考核成績(jī)組成。其中：期末課程論文成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重60%）；課堂測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)等過程性考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性考核和期末課程論文分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時(shí)基本成比例。2.過程性考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂測(cè)驗(yàn)25準(zhǔn)確率大于90%。準(zhǔn)確率大于80%。準(zhǔn)確率大于70%。準(zhǔn)確率大于60%。準(zhǔn)確率小于60%。作業(yè)25作業(yè)完整，思路清晰，準(zhǔn)確率大于90%，字跡工整。作業(yè)完整，準(zhǔn)確率大于80%，字跡工整。不交作業(yè)2次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于7