傳感器與檢測技術(shù)-電氣自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)大綱

1、傳感器與檢測技術(shù)課程教學(xué)大綱英文名稱：Sensor and Detection Technology課程代碼：1702211616 學(xué) 時(shí) 數(shù)：48 （講課學(xué)時(shí)： 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：）學(xué) 分：3課程類別：專業(yè)課程課程性質(zhì)：必修 適用專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化先修課程： 電路、數(shù)字電路、模擬電路 考核方式：閉卷筆試一、 課程的性質(zhì)、地位和作用本課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的重要專業(yè)課程。本課程設(shè)置的目的是通過對傳感器的一般特性與分析方法，傳感器的工作原理、特性及應(yīng)用，檢測系統(tǒng)的基本概念的學(xué)習(xí)，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析方法，能夠根據(jù)工程需要選用合適的傳感器，并能夠?qū)z測系統(tǒng)的

2、性能進(jìn)行分析、對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。二、教學(xué)內(nèi)容及要求（一）概述【教學(xué)要求】了解傳感器與檢測技術(shù)課程的性質(zhì)和學(xué)習(xí)要求，熟練掌握傳感器的定義、組成，掌握傳感器的分類，了解傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢。 【教學(xué)內(nèi)容】 1.課程簡介 2.傳感器的定義、傳感器的共性、傳感器的基本功能； 3.傳感器的組成 4.傳感器的分類 5.傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】1.傳感器的定義、組成、分類。2.傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢。（二）傳感器的基本特性【教學(xué)要求】熟練掌握傳感器靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性的基本概念、傳感器的數(shù)學(xué)模型、傳感器靜態(tài)特性基本參數(shù)與指標(biāo)；掌握傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特性指標(biāo)與分析、頻率響應(yīng)的特性指標(biāo)與分析；了解傳

3、感器靜動(dòng)態(tài)標(biāo)定與校準(zhǔn)的基本方法。 【教學(xué)內(nèi)容】1.傳感器靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性的基本概念；2.傳感器的數(shù)學(xué)模型；傳感器靜態(tài)特性基本參數(shù)與指標(biāo)；3.傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特性指標(biāo)與分析；4.頻率響應(yīng)的特性指標(biāo)與分析；5.傳感器靜態(tài)標(biāo)定與校準(zhǔn)的基本方法；6.傳感器動(dòng)態(tài)標(biāo)定與校準(zhǔn)的基本方法。 【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】 1傳感器的靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性基本概念2傳感器的數(shù)學(xué)模型3傳感器靜態(tài)特性基本參數(shù)與指標(biāo)等。4傳感器動(dòng)態(tài)特性中的傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)分析。 （三）電阻式傳感器【教學(xué)要求】掌握應(yīng)變、應(yīng)變效應(yīng)的基本概念；牚握應(yīng)變電阻式傳感器的工作原理、直流電橋與交流電橋的平衡條件與電壓靈敏度特性；掌握產(chǎn)生電阻應(yīng)變

4、片溫度誤差的主要原因及其補(bǔ)償方法；了解應(yīng)變片的分類、應(yīng)變電阻式傳感器的典型應(yīng)用；會(huì)分析半橋差動(dòng)、全橋差動(dòng)對非線性誤差和電壓靈敏度的改善。 【教學(xué)內(nèi)容】1. 工作原理應(yīng)變效應(yīng)、 電阻應(yīng)變片種類、壓阻效應(yīng)。2. 電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償應(yīng)變片的溫度誤差、試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響、線路補(bǔ)償、應(yīng)變片自補(bǔ)償。3. 電阻應(yīng)變片的測量電路直流電橋、交流電橋4. 電阻式傳感器的應(yīng)用 應(yīng)變式力傳感器、應(yīng)變式壓力傳感器、電阻式差壓傳感器、應(yīng)變式容器內(nèi)液體重量傳感器、電阻式加速度傳感器【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)：應(yīng)變與應(yīng)變效應(yīng)的涵義；電阻應(yīng)變片的溫度誤差及其補(bǔ)償方法；應(yīng)變電阻式傳感器的工作原理；電阻應(yīng)變

5、片的測量電路。難點(diǎn)：電阻應(yīng)變片的溫度誤差及其補(bǔ)償方法、直流電橋的非線性誤差及其補(bǔ)償方法。 （四）電感式傳感器【教學(xué)要求】 掌握變磁阻電感式傳感器的工作原理、輸出特性和靈敏度；掌握差動(dòng)變壓器電感式傳感器的輸出特性和靈敏度；會(huì)比較單線圈和差動(dòng)兩種變磁阻（變氣隙）電感式傳感器的特性；了解電感式傳感器的不同測量電路；了解電感式傳感器的典型應(yīng)用。 【教學(xué)內(nèi)容】1. 變磁阻電感式傳感器 變磁阻電感式傳感器的工作原理、輸出特性、測量電路及典型應(yīng)用2. 差動(dòng)變壓器電感式傳感器差動(dòng)變壓器電感式（變隙式、螺線管式）傳感器的工作原理、輸出特性差動(dòng)整流電路和相敏檢波電路；3. 電渦流電感式傳感器電渦流電感式傳感器的工

6、作原理、等效電路、測量電路與典型應(yīng)用。 【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)：變磁阻、差動(dòng)變壓器電感式傳感器的工作原理、輸出特性，電渦流電感式傳感器的工作原理、等效電路。難點(diǎn)：差動(dòng)整流電路和相敏檢波電路。（五）電容式傳感器 【教學(xué)要求】掌握平板或圓筒電容式傳感器的電容量表示；掌握電容式傳感器的三種類別；掌握變面積型電容器的分類及其測量原理；掌握變介質(zhì)型、變極距型、差動(dòng)變極距型電容式傳感器的測量原理；掌握變極距型、差動(dòng)變極距型電容式傳感器的靈敏度及其相對非線性誤差分析方法；了解電容式傳感器的典型應(yīng)用?！窘虒W(xué)內(nèi)容】1. 電容式傳感器的工作原理 平板電容式傳感器（變面積型、變介質(zhì)型、變極距型）以及圓筒電容式傳感器

7、（變介質(zhì)型）的工作原理2. 變極距型電容式傳感器的非線性3. 電容式傳感器的等效電路調(diào)頻電路、運(yùn)算放大器、變壓器式交流電橋、二極管雙T型交流電橋、脈沖寬度調(diào)制電路等測量電橋. 電容式傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)電路 4 電容式傳感器的應(yīng)用【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)：電容式傳感器的工作原理、測量電路、靈敏度及非線性分析。難點(diǎn)：二極管雙T型交流電橋、脈沖寬度調(diào)制電路（六）壓電式傳感器【教學(xué)要求】 掌握壓電效應(yīng)、正壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)的含義；掌握石英晶體具有壓電效應(yīng)特性的分子結(jié)構(gòu)特性、壓電陶瓷的壓電特性機(jī)理；了解壓電材料的主要特性參數(shù)及其含義、壓電材料的選取；掌握壓電式傳感器的等效電路與測量電路；掌握壓電元件并聯(lián)或

8、串聯(lián)特性；了解壓電式傳感器的典型應(yīng)用。 【教學(xué)內(nèi)容】 1.工作原理 壓電效應(yīng)、正壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)的基本概念 2.壓電式傳感器測量電路壓電式傳感器的等效電路、電荷放大器與電壓放大器的測量電路 3.壓電式傳感器的應(yīng)用 【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)：壓電式傳感器的工作原理、測量電路。難點(diǎn)：壓電式傳感器的測量電路。（七）磁敏式傳感器【教學(xué)要求】 熟練掌握電磁感應(yīng)、霍爾效應(yīng)的基本概念；掌握磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理、分類、基本特性、測量電路；掌握霍爾式傳感器的工作原理；了解霍爾元件的基本結(jié)構(gòu)、基本特性、誤差及其補(bǔ)償；了解磁電感應(yīng)式傳感器、霍爾式傳感器的應(yīng)用?！窘虒W(xué)內(nèi)容】 1. 磁電感應(yīng)式傳感器電磁感應(yīng)、霍

9、爾效應(yīng)的基本概念；磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理、分類（恒磁通式：動(dòng)圈式和動(dòng)鐵式結(jié)構(gòu)，變磁通式：開磁路和閉磁路結(jié)構(gòu)）、基本特性、測量電路與應(yīng)用2 霍爾式傳感器 霍爾式傳感器的工作原理、測量電路與應(yīng)用；霍爾元件的基本結(jié)構(gòu)、基本特性、誤差及其補(bǔ)償 【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)：電磁感應(yīng)、霍爾效應(yīng)的基本概念，磁敏式傳感器工作原理、分類、測量電路，霍爾式傳感器的工作原理。難點(diǎn)：磁敏式傳感器的基本特性。（8） 熱電式傳感器 【教學(xué)要求】 熟練掌握熱電效應(yīng)、熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、接觸電動(dòng)勢、溫差電動(dòng)勢工作端（熱端）、自由端（冷端）、分度表等概念；掌握熱電偶的測溫原理、基本定律、熱電偶的結(jié)構(gòu)與種類、熱電偶的冷端溫

10、度補(bǔ)償、熱電偶的測溫電路；掌握熱電阻（鉑熱電阻、銅熱電阻）的溫度特性、測量電路（兩線制、三線制、四線制）；掌握熱電偶、熱電阻的度表的使用方法；掌握熱敏電阻的溫度特性；了解熱電偶、熱電阻和熱敏電阻的應(yīng)用?！窘虒W(xué)內(nèi)容】1熱電偶傳感器熱電效應(yīng)、熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、接觸電動(dòng)勢、溫差電動(dòng)勢、工作端（熱端）、自由端（冷端）、分度表等概念；熱電偶的測溫原理、基本定律、熱電偶的結(jié)構(gòu)與種類、熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償、熱電偶的測溫電路；2 熱電阻傳感器熱電阻（鉑熱電阻、銅熱電阻）的溫度特性、測量電路（兩線制、三線制、四線制）3 熱敏電阻傳感器熱敏電阻的溫度特性 【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)：基本概念；熱電偶

11、的測溫原理、基本定律、冷端溫度補(bǔ)償方法、實(shí)用測溫電路；熱電阻的溫度特性、測量電路；熱敏電阻的溫度特性。難點(diǎn)：熱電偶的種類及冷端溫度補(bǔ)償方法。（9） 光電式傳感器 【教學(xué)要求】熟練掌握光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、外光電效應(yīng)、亮電阻、暗電流、全反射、數(shù)值孔徑、粗誤差、莫爾條紋、辨向與細(xì)分等基本概念；了解光電式傳感器的類別、基本形式；了解各種光電器件的基本特性；掌握CCD圖像傳感器、光纖、光電式編碼器（碼盤式、脈沖盤式）和計(jì)量光柵的工作原理；了解CCD圖像傳感器的分類、特性參數(shù)，光纖的主要特性、光纖傳感器的組成、分類，光電式編碼器（碼盤式、脈沖盤式）的結(jié)構(gòu)和計(jì)量光柵的結(jié)構(gòu)、組成；掌握二進(jìn)制與循環(huán)碼的相互轉(zhuǎn)

12、換方法；了解光電式傳感器的應(yīng)用。【教學(xué)內(nèi)容】1. 光電式傳感器類別、基本形式；光電器件及其基本特性；2. CCD圖像傳感工作原理、分類、特性參數(shù)與應(yīng)用；3光纖傳光原理、光纖的主要特性、光纖傳感器的組成、分類與應(yīng)用；4. 光電式編碼器（碼盤式、脈沖盤式）的結(jié)構(gòu)、工作原理與應(yīng)用；計(jì)量光柵的結(jié)構(gòu)、組成、工作原理與應(yīng)用?！窘虒W(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)：基本概念；光電器件的基本特性；光電式傳感器的工作原理。難點(diǎn)：CCD圖像傳感器的工作原理、碼盤的辨向原理、計(jì)量光柵的辨向原理與細(xì)分技術(shù)（10） 輻射與波式傳感器【教學(xué)要求】了解紅外輻射、微波、超聲波的概念與特性；了解紅外探測器的分類與工作原理；了解微波傳感器的分類

13、、組成、特點(diǎn)；了解超聲波傳感器的工作原理；了解紅外傳感器、微波傳感器與超聲波傳感器的應(yīng)用?！窘虒W(xué)內(nèi)容】1.紅外輻射、微波、超聲波的概念與特性；2.紅外探測器的分類與工作原理：熱探測器和光子探測器；3.微波傳感器的分類（反射式和遮斷式）、組成、特點(diǎn)；4.超聲波傳感器的工作原理；5.紅外傳感器、微波傳感器與超聲波傳感器的應(yīng)用【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)：基本概念；紅外輻射、微波、超聲波的基本特性；紅外傳感器、微波傳感器與超聲波傳感器的工作原理。難點(diǎn)：紅外熱釋電傳感器工作原理。（11） 化學(xué)傳感器【教學(xué)要求】了解化學(xué)傳感器、氣敏傳感器、濕敏傳感器的定義及濕度的表示方法；了解氣敏傳感器、濕敏傳感器的主要參數(shù)

14、和特性、類型、特點(diǎn)；掌握半導(dǎo)體式氣敏傳感器、電阻式濕敏傳感器的工作原理；了解氣敏傳感器、濕敏傳感器的應(yīng)用【教學(xué)內(nèi)容】1. 氣敏傳感器氣敏傳感器的定義；氣敏傳感器特性、類型、特點(diǎn)；半導(dǎo)體式氣敏傳感器的工作原理；氣敏傳感器的應(yīng)用。2. 濕敏傳感器 濕敏傳感器的定義；濕度的表示方法（絕對濕度、相對濕度和露點(diǎn)）；濕敏傳感器的主要參數(shù)和特性、類型、特點(diǎn)；電阻式濕敏傳感器的工作原理；濕敏傳感器的應(yīng)用?！窘虒W(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)：基本概念；氣敏傳感器、濕敏傳感器的主要參數(shù)和特性、類型、特點(diǎn)；導(dǎo)體式氣敏傳感器、電阻式濕敏傳感器的工作原理。難點(diǎn)：半導(dǎo)體陶瓷濕敏材料的導(dǎo)電機(jī)理。（12） 生物傳感器【教學(xué)要求】了解生物

15、傳感器的概念、特點(diǎn)、分類；了解生物傳感器的工作原理；了解生物芯片的含義與分類；了解生物傳感器的發(fā)展?！窘虒W(xué)內(nèi)容】1. 生物傳感器概念、特點(diǎn)、分類；生物傳感器的工作原理；生物傳感器的發(fā)展 2.生物芯片的含義與分類【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)：生物傳感器的概念、特點(diǎn)、分類；生物傳感器的工作原理；生物芯片的含義與分類。難點(diǎn)：生物傳感器的工作原理；生物芯片的工作機(jī)理。（13） 新型傳感器【教學(xué)要求】了解新型傳感器（智能傳感器、模糊傳感器、微傳感器與網(wǎng)絡(luò)傳感器）的概念、特點(diǎn)；了解新型傳感器的結(jié)構(gòu)、作用；了解新型傳感器涉及的主要技術(shù)；了解典型新型傳感器的特性與應(yīng)用【教學(xué)內(nèi)容】1.智能傳感器智能傳感器的定義、特點(diǎn)

16、、作用、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2. 模糊傳感器 模糊傳感器的概念、基本功能、結(jié)構(gòu)；3. 微傳感器 MEMS與微加工、微傳感器的特點(diǎn)、典型微傳感器介紹4. 網(wǎng)絡(luò)傳感器 網(wǎng)絡(luò)傳感器的概念、類型、體系結(jié)構(gòu)。 【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】 重點(diǎn)：新型傳感器（智能傳感器、模糊傳感器、微傳感器與網(wǎng)絡(luò)傳感器）的概念、特點(diǎn)。 難點(diǎn)：新型傳感器涉及的主要技術(shù)。（14） 參數(shù)檢測【教學(xué)要求】熟練掌握測量、測量系統(tǒng)的基本概念；熟練掌握測量方法的分類；熟練掌握測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、基本類型；掌握參數(shù)測量的一般方法（過程參數(shù)、機(jī)械量參數(shù)和其他參數(shù)）；了解同一被測參數(shù)的不同檢測方法的性能比較；了解檢測技術(shù)的發(fā)展?！窘虒W(xué)內(nèi)容】1.測量測量系統(tǒng)的基本概

17、念；測量方法的分類；測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、基本類型；2.參數(shù)測量的一般方法過程參數(shù)、機(jī)械量參數(shù)和其他參數(shù)3.檢測技術(shù)的發(fā)展?！窘虒W(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)：測量、測量系統(tǒng)的基本概念；測量方法的分類；測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、基本類型。難點(diǎn)：參數(shù)測量的一般方法。（15） 微弱信號(hào)檢測【教學(xué)要求】了解微弱信號(hào)、微弱信號(hào)檢測、噪聲的概念；了解噪聲的概率分布和相關(guān)函數(shù)；了解微弱信號(hào)的檢測方法（相關(guān)檢測法、同步積累法）?！窘虒W(xué)內(nèi)容】1. 微弱信號(hào) 微弱信號(hào)檢測2.噪聲概率分布和相關(guān)函數(shù)；3.微弱信號(hào)的檢測方法相關(guān)檢測法、同步積累法【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)：微弱信號(hào)、微弱信號(hào)檢測、噪聲的概念。難點(diǎn)：微弱信號(hào)的檢測方法。（16） 軟

18、測量【教學(xué)要求】了解軟測量的概論；了解軟測量的方法；了解軟測量的意義及其適用條件?！窘虒W(xué)內(nèi)容】1. 軟測量 概論,軟測量的方法；軟測量的意義及其適用條件?！窘虒W(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)：軟測量的概論；軟測量的方法。難點(diǎn)：建立軟測量模型及軟測量模型的在線校正。（17） 多傳感器數(shù)據(jù)融合【教學(xué)要求】了解數(shù)據(jù)融合的目的、定義、特性及優(yōu)點(diǎn)；了解數(shù)據(jù)融合的基本原理；了解數(shù)據(jù)融合的方法；了解數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的應(yīng)用?！窘虒W(xué)內(nèi)容】1.數(shù)據(jù)融合的目的、定義、特性及優(yōu)點(diǎn)；2.數(shù)據(jù)融合的基本原理數(shù)據(jù)融合的層次、處理形態(tài)、模型、關(guān)鍵技術(shù)3. 數(shù)據(jù)融合的方法 隨機(jī)類方法、人工智能類方法4.數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的應(yīng)用?！窘虒W(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)

19、：數(shù)據(jù)融合的相關(guān)概念；數(shù)據(jù)融合的基本原理、方法。難點(diǎn)：數(shù)據(jù)融合的基本原理、方法。（18） 測量不確定度與回歸分析【教學(xué)要求】掌握真值、測量誤差、測量不確定度的相關(guān)概念；掌握誤差的來源、分類與表示；掌握誤差的處理（系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、粗大誤差）；掌握測量誤差的傳遞、合成與分配的基本方法；了解測量不確定度的評定方法；掌握最小二乘法與一元線性擬合,了解多元線性擬合與曲線擬合。【教學(xué)內(nèi)容】1 測量誤差概述真值、測量誤差、測量不確定度的相關(guān)概念；誤差的來源、分類與表示2. 測量誤差的處理系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、粗大誤差；測量誤差的傳遞、合成與分配；3 測量不確定度測量不確定度的評定方法；最小二乘法與回歸分析

20、（一元線性擬合、多元線性擬合與曲線擬合)【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)：真值、測量誤差、測量不確定度的相關(guān)概念；誤差的來源、分類與表示；誤差的處理（系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、粗大誤差）；最小二乘法與一元線性擬合。難點(diǎn)：測量不確定度的評定方法、多元線性擬合和曲線擬合。（19） 虛擬儀器【教學(xué)要求】了解虛擬儀器的概念、構(gòu)成、特點(diǎn)；了解虛擬儀器的開發(fā)環(huán)境；了解虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；會(huì)初步設(shè)計(jì)基于虛擬儀器的工程項(xiàng)目【教學(xué)內(nèi)容】1. 概述虛擬儀器的概念、構(gòu)成、特點(diǎn)2. 虛擬儀器的開發(fā)環(huán)境 虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3基于虛擬儀器的綜合工程實(shí)例工業(yè)自動(dòng)化、儀器產(chǎn)業(yè)改造、實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用 【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)：虛擬儀器的概念、構(gòu)成、特點(diǎn)；虛擬儀器的開發(fā)環(huán)境。難點(diǎn)：基于虛擬儀器的綜合工程的開發(fā)。（20） 自動(dòng)檢測系統(tǒng)【教學(xué)要求】了解自動(dòng)檢測系統(tǒng)的組成；掌握自動(dòng)檢測系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法（包括傳感器的選型、微處理器及A/D轉(zhuǎn)換器的選擇、采樣速率的確定、標(biāo)度變換的方法）；會(huì)設(shè)計(jì)簡易的自動(dòng)檢測系統(tǒng)；了解自動(dòng)檢測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢?！窘虒W(xué)內(nèi)容】1.自動(dòng)檢測系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、輸入輸出通道