1. Введение

В современном мире измерения определяют прогресс в науке и технике и являются существенным фактором развития человеческой цивилизации. Фундамент измерений образуют чувствительные элементы, называемые датчиками. Также датчики являются устройствами, расширяющими возможности органов чувств человека.

Производство датчиков для разнообразных измерительных систем является одним из наиболее динамичных секторов мировой экономики. В 2005 году общий объем продаж датчиков в мире составлял порядка 13 миллионов долларов. Средний рост объема продаж составляет порядка 6% в год, однако производство датчиков для автомобилей и интеллектуальных датчиков растет со скоростью до 20% в год.

Разработчики стремятся улучшать параметры изготавливаемых устройств во всех аспектах: снижать габаритные размеры, увеличивать чувствительность, удешевлять продукцию. Основными направлениями в развитии и разработке являются улучшение выходных характеристик, повышение помехоустойчивости, снижение погрешности измерений, а также увеличение точности и разрешающей способности датчиков. В большинстве известных областей применения и производства датчиков получают развитие новейшие технологии с приставками микро и нано.

Область применения датчиков невозможно описать с преувеличением. Датчики присутствуют всюду в нашей повседневной жизни: начиная от простейших устройств (расходомеры воды и газа в помещениях, бытовые электросчетчики) и заканчивая самыми прогрессивными и важными (нанодатчики в медицине, автомобильной и электронной промышленности).

Темпы накопления информации в области разработки и производства датчиков чрезвычайно высоки, что делает абсолютно необходимым введение соответствующих дисциплин в программе подготовке технических специалистов с высшим образованием. И в связи с внедрением в учебный план подготовки магистров по направлению 21.01.00.68 «Электроника и микроэлектроника» дисциплины «Датчики в электронных устройствах» актуальной представляется задача по разработке электронной поддержки курса. В соответствии с рекомендациями Учебно-методического отдела Министерства образования и науки РФ (ЛЭТИ) в документе, называемом «Аннотация к дисциплине» целями и задачами дисциплины являются рассмотрение физических основ и явлений для создания датчиков, изучение различных датчиков и схем их сопряжения с электронными устройствами, предназначенными для измерения температуры, скорости, расхода и уровня жидкости и газа, давления жидкости и газа, ядерного излучения, влажности и содержания воды, а также химических датчиков и биосенсоров, основных характеристик измерительных элементов. Основными дидактическими единицами являются физические основы для создания датчиков, классификация датчиков, характеристики датчиков, основные типы датчиков.

Учитывая вышеописанное электронная поддержка должна содержать учебное пособие для чтения лекций, курс лекций, перечень и доступ к литературным источникам в электронном виде, а также краткое описание цикла лабораторных работ по дисциплине.

Выписка из учебного плана: дисциплина «Датчики в электронных устройствах» изучается во втором семестре магистерской подготовки и состоит из 7 лекционных часов, 2 часов для проведения коллоквиумов, 27 лабораторных часов и 144 часов самостоятельной работы студентов, семестр заканчивается защитой курсовой работы и сдачей экзамена. Учитывая предполагаемый уровень подготовки магистрантов первого обучения, резко ограниченный временной период аудиторных занятий, мной предполагается следующая структура курса. Вынести на полное самостоятельное изучение (144 часа) все физические основы, принципы и явления, используемые при конструировании и проектировании датчиков. В течение семи лекционных часов разъяснить магистрантам основные конструкции, параметры и тенденции развития по датчикам температуры, скорости, расхода и уровня жидкости и газа, давления жидкости и газа, влажности и содержания воды, ядерного излучения, а также оптических датчиков. В течение 2 коллоквиумных часов магистранты должны будут подготовить и изложить материал по конструкциям, параметрам, производству и основным тенденциям в развитии химических датчиков и биосенсоров. В лабораторном цикле, состоящем из 27 часов, магистрантам необходимо будет выполнить 4 лабораторные работы, посвященные изучению различных типов датчиков (подробнее описанные в разделе 6 данной работы).

На основе вышесказанного основной целью моей работы считаю создание электронной поддержки курса «Датчики в электронных устройствах». Оно состоит из полноценного и подробного учебного пособия, с помощью которого любой преподаватель кафедры сможет обеспечить проведение аудиторных занятий по дисциплине (лекций, коллоквиумов, лабораторных занятий), содержащего информацию о физических основах создания датчиков, их классификации, характеристиках, а также основных типов и конструкций; материалов и литературы в электронном виде, к которым магистрант может получить доступ; рекомендуемого к проведению цикла лабораторных работ; курса лекций для проведения аудиторных занятий преподавателем. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: изучить большой объем технической литературы (в том числе иностранной) по данной тематике; знать из периодических изданий (в том числе иностранных) о новейших современных тенденциях, типах и конструкциях датчиков (в том числе на основе микро- и наноструктур); определиться со структурой создаваемого пособия; выбрать наиболее важные материалы для освещения в работе; предложить содержание предполагаемых к проведению лабораторных работ; подготовить курс лекций с учетом временных рамок, диктуемых учебным планом подготовки магистров.

Моя работа будет представлять собой готовый к публикации вариант учебного пособия по дисциплине «Датчики в электронных устройствах», ее структура будет полностью повторять структуру разрабатываемого пособия для чтения лекций магистрантам первого года обучения.