РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине

«СЕНСОРНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА, ДАТЧИКИ»

(ПЦ. Б.3.02.03)

для направления подготовки бакалавров

210100.62 – «Электроника и наноэлектроника»

2

1. Цели и задачи дисциплины

Цель дисциплины – приобретение студентами знаний о принципах работы, основных

параметрах, конструкциях сенсоров, измерительных преобразователей на их основе и датчиков

различного назначения.

Основные задачи дисциплины:

1) изучение основ физических явлений и процессов, лежащих в основе принципов работы сенсоров и измерительных преобразователей на их основе;

2) изучение основных параметров и конструкций сенсоров и измерительных преобразователей на их основе;

3) понимание принципов действия и знание областей применения датчиков различного назначения.

2. Место дисциплины в структуре ООП Дисциплина входит в вариативную часть «Профессионального цикла» подготовки бакалавров.

Студент, начинающий изучение дисциплины, должен знать дисциплины «Физика» и «Математика» в пределах программы ООП по направлению подготовки бакалавриата 210100.62 – «Электроника и наноэлектроника».

Дисциплины, изучаемые одновременно: «Электронные цепи и микросхемотехника», «Наноэлектроника», «Материалы электронной техники», «Компьютерные технологии», «Преобразование различных видов энергии».

Последующие дисциплины: «Методы и средства идентификационных измерений», «Электронные средства сбора и обработки информации», «Конструирование и технология электронных средств», «Методы и средства передачи и обработки сигналов», «Вакуумная и плазменная электроника», «Элементы и электронные цепи», «Электронные промышленные устройства и системы», «Источники питания», «Микропроцессорная техника», «Монтаж и эксплуатация электронных приборов и устройств».

3. Требования к результатам освоения дисциплины 3.1. В результате освоения дисциплины должны быть сформированы следующие компетенции:

- способностью осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования электронных приборов, схем и устройств различного функционального назначения (ПК -9);

3.2. В результате освоения дисциплины студент должен демонстрировать освоение указанными компетенциями по дескрипторам «знания, умения, владения», соответствующие тематическим модулям дисциплины, и применимые в их последующем обучении и профессиональной деятельности:

- Знать:

З.1. Основные методы и способы, положенные в основу работы сенсорных элементов.

З.2. Физические процессы преобразования неэлектрических величин в электрические.

З.3. Принципы работы и области применения датчиков различного типа.

- Уметь:

У.1. Выбрать и рассчитать датчики с учетом специфики предметной области и условий применения.

- Владеть:

В.1. Техникой сопряжения датчиков с компьютерами и автоматизированными системами.

В.2. Навыками работы с измерительными приборами.

3.3. Проектируемые результаты и признаки формирования компетенций.

Компетентностная модель дисциплины Проектируемые результаты освоения дисциплины «Х» и Индекс Технологии индикаторы формирования компе- Средства и технологии оценки формирования компетенций тенции компетенции Знания (З) Умения (У) Навыки (В) ПК-9 З.1 – З.3 У.1 В.1-В.2 Экзамен, контрольные работы, 6.1.1-6.1. устный опрос 4. Объем дисциплины и виды учебной работы в часах и зачетных единицах Очная форма обучения Вид занятий Всего Семестры (час./ 1 2 3 4 5 6 7 8 зач.ед. ) Всего аудиторных занятий: 54 Лекции 36 Практические занятия 18 Лабораторные работы Самостоятельная работа: 54 Самостоятельное изучение материала 44 дисциплины и подготовка к зачетам Курсовая работа (проект) Расчетно-графическая работа Домашнее задание 10 Подготовка к экзамену 36 Количество часов на зачет Всего по дисциплине 144/4 Экзамен Экзамен Вид аттестации за семестр (зачет, дифференцированный зачет, экзамен) 5. Содержание дисциплины по модулям и видам учебных занятий 5.1. Содержание дисциплины по модулям 1. Сенсоры, измерительные преобразователи, датчики. Основные характеристики.

2. Физические явления, положенные в основу работы сенсоров.

3. Измерительные преобразователи электрических и неэлектрических величин в 4. Преобразование сигналов датчиков и сопряжение с ПЭВМ.

1 Модуль 1. Сенсоры, измерительные преобразователи, датчики. Основные Понятие измерительных преобразователей, датчиков, трансдюсеров. Основные Л, С характеристики преобразователей.

2 Модуль 2. Физические явления, положенные в основу работы сенсоров Емкостные, пьезоэлектрические, механические преобразователи. Л, С Преобразователи ионизирующих излучений, электрохимические преобразователи. Л, С 3 Модуль 3. Измерительные преобразователи электрических и Датчики перемещений, угла поворота, силы. Датчики моментов вращения, Л, С размеров и уровня. Датчики скорости, ускорения и параметров вибраций.

Датчики и приборы преобразования оптических излучений и передающие Л, С телевизионные трубки. Оптико-электронные приборы различного назначения.

4 Модуль 4. Преобразование сигналов датчиков и сопряжение с ПЭВМ Принципы построения преобразование цифровых измерительных систем. Л, С Аналогово-цифровое преобразование Системы сбора и обработки данных. Оцифровывание, квантование, дискретизация Л, С по времени. Мультиплексирование.

Сопряжение преобразователей с измерительной аппаратурой. Сопряжение с Л, С микропроцессором и ЭВМ. Виртуальные измерительные приборы.

5.2. Содержание практических и лабораторных занятий 5.2.1. Содержание практических работ Цель практических занятий – закрепление теоретического материала дисциплины, овладение методами решения задач.

1 Модуль 3. Измерительные преобразователи электрических и неэлектрических 2 Модуль 4. Преобразование сигналов датчиков и сопряжение с ПЭВМ 6. Образовательные технологии.

6.1. Для достижения планируемых результатов освоения дисциплины используются следующие образовательные технологии:

6.1.1. Информационно-развивающие технологии.

6.1.2. Развивающие проблемно-ориентированные технологии.

6.1.3. Личностно ориентированные технологии обучения.

6.2. Интерактивные формы обучения (в соответствии с положением П ОмГТУ 75.03-2012.

«Об использовании в образовательном процессе активных и интерактивных форм проведения учебных занятий») № Семестр, Применяемые технологии интерактивного обучения Кол-во 7. Самостоятельная работа студентов (указываются все виды работ в соответствии с учебным планом) Самостоятельная работа направлена на закрепление и углубление полученных теоретических и практических знаний, развитие навыков практической работы.

7.1. Объем СРС и распределение по видам учебных работ в часах 1. Работа с лекционным материалом, самостоятельное изучение отдельных тем дисциплины; поиск и обзор литературы и электронных источников; чтение и изучение учебника и учебных пособий.

2. Выполнение домашних работ, подготовка к практическим занятиям 7.2. Темы домашних заданий по модулям:

1. Выбор и расчет сенсоров температуры (Модуль 1) 2. Выбор и расчет фотометрических систем (Модуль 1) 3. Выбор и расчет сенсоров радиоактивного излучения (Модуль 1) 4. Выбор и расчет сенсоров и трансдюсеров магнитного и электрического полей (Модуль 1) 5. Расчет датчиков контактного измерения температуры (Модуль 2) 6. Расчет датчиков бесконтактного измерения температуры (Модуль 2) 7. Расчет емкостных датчиков перемещения (Модуль 3) 8. Расчет пьезоэлектрических датчиков (Модуль 3) 9. Расчет электромагнитных датчиков (Модуль 3) 10. Расчет оптико-электронных датчиков (Модуль 3) 8. Методическое обеспечение системы оценки качества освоения программы дисциплины К промежуточной аттестации студентов по дисциплине могут привлекаться в качестве внешних экспертов: представители других выпускающих кафедр.

8.1. Фонды оценочных средств (в соответствии с П ОмГТУ 73.05 «О фонде оценочных средств по дисциплине») Фонд оценочных средств позволяет оценить знания, умения и уровень приобретенных компетенций.

Фонд оценочных средств по дисциплине включает:

- экзаменационные билеты;

- экзаменационные вопросы;

- варианты домашней работы;

- вопросы для допуска к выполнению практических работ;

- вопросы к итоговому заданию по практическим работам;

- тестовый комплекс;

- задания для проведения занятий в интерактивной форме.

Оценка качества освоения программы дисциплины включает текущий контроль успеваемости, итоговую аттестацию.

Студентам предоставлена возможность оценивания содержания, организации и качества учебного процесса.

8.2. Контрольные вопросы по дисциплине Модуль 1.

1. Структурная схема сенсорной электронной системы.

2. Емкостные датчики.

3. Электростатические преобразователи.

4. Пьезоэлектрический эффект.

5. Пьезоэлектрические датчики.

6. Электромагнитные преобразователи.

7. Индуктивные датчики и датчики магнитного сопротивления.

8. Генераторные датчики электромагнитного типа.

9. Электромеханические датчики.

10. Резистивные преобразователи.

11. Термоэлектрические преобразователи.

12. Оптические преобразователи.

13. Тепловые преобразователи оптического излучения.

14. Фотоэлектрические датчики.

15. Электронно-оптические преобразователи.

Модуль 2.

16. Суперортикон.

17. Фотодиоды, схемы включения фотодиодов.

18. Гальваномагнитные фотоприёмники.

19. Оптронные устройства.

20. Видикон.

21. Измерительные схемы оптических преобразователей, схемы включения фоторезисторов.

22. Принципы генерации оптических излучений.

23. Преобразователи ионизирующих излучений.

24. Принципы работы электромеханических преобразователей.

25. Полярографические датчики.

26. Кондуктометры.

27. Структурные схемы аналоговых измерительных приборов.

28. Пассивные масштабные преобразователи электрических величин.

29. Преобразователи электрических величин в электричестве.

30. Измерительные трансформаторы тока и напряжения.

31. Активные масштабные преобразователи.

32. Классификация усилителей.

Модуль 3.

33. Классификация электромеханических измерительных приборов измерения тока и напряжения.

34. Общие узлы электроизмерительных механизмов.

35. Магнитоэлектрические приборы.

36. Электромагнитные приборы.

37. Электродинамические приборы.

38. Электростатические приборы.

39. Индукционные измерительные механизмы.

Модуль 4.

40. Принцип работы осциллографа.

41. Измерительные усилители постоянного тока.

42. Основная инвертирующая схема ОУ.

43. Измерение коэффициента передачи ОУ.

44. Суммирование сигналов датчиков на основе ОУ.

45. Интегрирование сигналов датчиков.

46. Дифференцирование сигналов датчиков.

47. Мостовые схемы включения сенсорных элементов.

48. АЦП преобразования.

49. Средства бесконтактного измерения температуры.

50. Сопряжение датчиков с ЭВМ.

9. Ресурсное обеспечение дисциплины.

9.1. Материально-техническое обеспечение дисциплины 9.1.1 Специализированная лаборатория «Контрольно-измерительных приборов, преобразовательной техники»:

Лабораторный стенд "Изучение полупроводниковых диодов";

Лабораторный стенд "Исследование реальной структуры кристаллов металлографическим методом";

Лабораторный стенд "Определение ширины запрещенной зоны полупроводника";

Лабораторный стенд "Определение контактной разности потенциалов между металлом и полупроводником";

Лабораторный стенд "Изучение туннельного диода";

Лабораторный стенд "Изучение полупроводников с помощью эффекта Холла".

Магазин сопротивлений МСР60 Вольтметр В3 -38 Блок питания ВСП 33 Мост переменного тока Р-589 Магнит настольный Ионометр ЭВ-74 Измеритель ИСТИ Вольтметр Ф-203 Вольтметр В7- Цифровая паяльная станция Quik 203 Термовоздушная паяльная станция Печь оплавления припоя Паяльная станция RDS 80 Манипулятор монтажа SMD компонентов Кондиционер GREE KFR Микроскоп МИН-8 Микроскоп МБР-1 Блок питания Б5 49 Блок питания Б5 48 Блок питания Б 9.1.2.Технические средства обучения и контроля.

9.1.2.1. Мультимедийные лекционные аудитории.

9.1.2.2. Использование тестовых заданий для текущего контроля знаний студентов, полученных при самостоятельном изучении лекционного курса.

9.1.3 Вычислительная техника.

9.1.3.1. При изучении теоретического курса - работа студентов с обучающее контролирующими программами, содержащими учебный материал по отдельным вопросам курса.

9.1.3.2. При проведении практических работ - применение расчетных программ по обработке результатов эксперимента, а также обучающее - контролирующих программ по проверке усвоения студентом знаний, полученных при выполнении работы.

9.2. Учебно-методическое и информационное обеспечение 9.2.1. Основная литература 1. Физика полупроводниковых приборов микроэлектроники : учеб. пособие для студентов вузов по направлению подгот. 210100 "Электроника и микроэлектроника" / В. И. Старосельский. - М. :

Юрайт, 2011. - 463 с. (гриф) 9.2.2. Дополнительная литература 1. Клаассен, Клаас Б. Основы измерений. Датчики и электронные приборы : учеб. пособие / Клаас Б. Клаассен ; пер. с англ. Е. В. Воронова, А. Л. Ларина, 2008. - 350 с. (гриф) 2. Щука, А.А. Электроника : учеб. пособие для вузов по специальности 654100 "Электроника и микроэлектроника" / А. А. Щука ; под ред. А. С. Сигова. - СПб. : БХВ-Петербург, 2006. - 799 с.

3. Сажин, С. Г. Приборы контроля состава и качества технологических сред : учеб. пособие / С. Г.

Сажин. - СПб. и др. : Лань, 2012. - 431 с.

4. Топильский, В. Б. Микроэлектронные измерительные преобразователи : учеб. пособие для студентов по направлению 2301000 "Информатика и вычислительная техника" / В. Б. Топильский. М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2012. - 493 с.

5. Ежов, В. Б. Отечественные полупроводниковые приборы и зарубежные аналоги : справочник / В.

Б. Ежов, Б. Л. Перельман. - М. : НТЦ МИКРОТЕХ, 2005. - 180 с.

6. Николаева, Е. В. Физические основы получения информации: Измерительные преобразователи.

Принципы измерения физических величин : учеб. пособие / Е. В. Николаева, В. В. Макаров ;

ОмГТУ. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2007. - 96 с.

7. Шкаев, А. Г. Твердотельная электроника : конспект лекций / А. Г. Шкаев ; ОмГТУ. - Омск : Издво ОмГТУ, 2009. - 56 с.

8. Лобов, Д. Г. Схемотехника электронных устройств : метод. указания к лаб. работам / Д. Г. Лобов, Д. Б. Пономарев. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2008. - 34 с.

9.2.3. Периодические издания 1. Материалы для микро и нано-электроники: ЭРИС. 1997- 2. Радиотехника и электроника. 1975- 3. Измерительная техника. 1965- 4. Информационные технологии. 1999- 5. Омский научный вестник. Сер. Приборы машины и технологии. 2006- 6. Метрология и измерительная техника: ЭРЖ. 1997- 9.2.4. Информационные ресурсы 1. Научная электронная библиотека elibrary.ru 2. Полнотекстовая база данных «Integrum».

3. Патенты России 4. Стандарты России 5. ЭБС «АРБУЗ»