傳感器與檢測技術(shù)-電氣自動化專業(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 數(shù)：48 （講課學(xué)時： 實驗學(xué)時：）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)：電氣工程及其自動化先修課程： 電路、數(shù)字電路、模擬電路 考核方式：閉卷筆試課程的性質(zhì)、地位和作用本課程是機械設(shè)計制造及其自動化專業(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)的性能進

2、行分析、對測得的數(shù)據(jù)進行處理。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)重點與難點】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；了解傳感器靜

3、動態(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.傳感器動態(tài)標(biāo)定與校準(zhǔn)的基本方法。 【教學(xué)重點與難點】1傳感器的靜態(tài)特性與動態(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)變片溫度誤差的主要原

4、因及其補償方法；了解應(yīng)變片的分類、應(yīng)變電阻式傳感器的典型應(yīng)用；會分析半橋差動、全橋差動對非線性誤差和電壓靈敏度的改善。 【教學(xué)內(nèi)容】工作原理應(yīng)變效應(yīng)、 電阻應(yīng)變片種類、壓阻效應(yīng)。電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補償應(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、線路補償、應(yīng)變片自補償。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)重點與難點】重點：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償方法；應(yīng)變電阻式傳感器的工作原理；電阻應(yīng)變片的測量電路。難點：電阻應(yīng)變片的溫度

5、誤差及其補償方法、直流電橋的非線性誤差及其補償方法。 （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；掌握差動變壓器電感式傳感器的輸出特性和靈敏度；會比較單線圈和差動兩種變磁阻（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】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)用差動變壓器電感式傳感器差動變壓器電感式（變隙式、螺線管式）傳感器的工作原理、輸出特性差動整流電路和相敏檢波電路；電渦流電感式傳感器電渦流電感式傳感器的工作原理、等效電路、測量電路與典型應(yīng)用。 【教學(xué)重點與難

6、點】重點：變磁阻、差動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：差動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、差動變極距型電容式傳感器的測量原理；掌握變極距型、差動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】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（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.

7、 電容式傳感器的等效電路調(diào)頻電路、運算放大器、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調(diào)節(jié)電路 4 電容式傳感器的應(yīng)用【教學(xué)重點與難點】重點：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：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??；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

8、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)重點與難點】重點：壓電式傳感器的工作原理、測量電路。難點：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、誤差及其補償；了解磁電感應(yīng)式傳感器、霍爾式傳感器的應(yīng)用。【教學(xué)內(nèi)容】 磁電感應(yīng)式傳感器電磁感應(yīng)、霍爾效應(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：動圈

9、式和動鐵式結(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、誤差及其補償 【教學(xué)重點與難點】重點：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：磁敏式傳感器的基本特性。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、接觸電動勢、溫差電動勢工作端（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、熱電偶的冷端溫度補償、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

10、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、接觸電動勢、溫差電動勢、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)重點與難點】重點：基本概念；熱電偶的測溫原理、基本定律、冷端溫度補償方法、實用測溫電路；熱電阻的溫度特性、測量電路；熱敏

11、電阻的溫度特性。難點：熱電偶的種類及冷端溫度補償方法。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)和計量光柵的結(jié)構(gòu)、組成；掌握二進制與循環(huán)碼的相互轉(zhuǎn)換方法；了解光電式傳感器的應(yīng)用?！窘虒W(xué)內(nèi)容】光電式傳感器類別、基本形式；光電器件及其基本特性；

12、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；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；計量光柵的結(jié)構(gòu)、組成、工作原理與應(yīng)用。【教學(xué)重點與難點】重點：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：CCD圖像傳感器的工作原理、碼盤的辨向原理、計量光柵的辨向原理與細(xì)分技術(shù)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、組成、特點；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。【教學(xué)內(nèi)容】1.紅外輻射、微波、

13、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；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)重點與難點】重點：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：紅外熱釋電傳感器工作原理。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)和特性、類型、特點；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】氣敏傳感器氣敏傳

14、感器的定義；氣敏傳感器特性、類型、特點；半導(dǎo)體式氣敏傳感器的工作原理；氣敏傳感器的應(yīng)用。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）；濕敏傳感器的主要參數(shù)和特性、類型、特點；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)重點與難點】重點：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；導(dǎo)體式氣敏傳感器、電阻式濕敏傳感器的工作原理。難點：半導(dǎo)體陶瓷濕敏材料的導(dǎo)電機理。生物傳感器【教學(xué)要求】了解生物傳感器的概念、特點、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】生物傳感器概念、特點、分類；生物傳感器的工

15、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)重點與難點】重點：生物傳感器的概念、特點、分類；生物傳感器的工作原理；生物芯片的含義與分類。難點：生物傳感器的工作原理；生物芯片的工作機理。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；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、作用、設(shè)計與實現(xiàn)模糊傳感器 模糊傳感器的概念、基本功能、結(jié)構(gòu)；微傳感器 MEMS與微加工、微傳感器的特點、典型微傳感器介紹網(wǎng)絡(luò)傳感器 網(wǎng)絡(luò)傳感器的概念、類型、體系結(jié)構(gòu)。

16、 【教學(xué)重點與難點】 重點：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。 難點：新型傳感器涉及的主要技術(shù)。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)重點與難點】重點：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)

17、、基本類型。難點：參數(shù)測量的一般方法。微弱信號檢測【教學(xué)要求】了解微弱信號、微弱信號檢測、噪聲的概念；了解噪聲的概率分布和相關(guān)函數(shù)；了解微弱信號的檢測方法（相關(guān)檢測法、同步積累法）?！窘虒W(xué)內(nèi)容】微弱信號 微弱信號檢測2.噪聲概率分布和相關(guān)函數(shù)；3.微弱信號的檢測方法相關(guān)檢測法、同步積累法【教學(xué)重點與難點】重點：微弱信號、微弱信號檢測、噪聲的概念。難點：微弱信號的檢測方法。軟測量【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】軟測量 概論,軟測量的方法；軟測量的意義及其適用條件。【教學(xué)重點與難點】重點：軟測量的概論；軟測量的方法。難點：建立軟測量模型及軟

18、測量模型的在線校正。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；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；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)數(shù)據(jù)融合的方法 隨機類方法、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)重點與難點】重點：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：數(shù)據(jù)融合的基本原理、方法。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、隨機誤差、粗大誤差）；掌握測量誤差

19、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、分類與表示測量誤差的處理系統(tǒng)誤差、隨機誤差、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（一元線性擬合、多元線性擬合與曲線擬合)【教學(xué)重點與難點】重點：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、隨機誤差、粗大誤差）；最小二乘法與一元線性擬合。難點：測量不確定度的評定方法、多元線性擬合和曲線擬合。虛擬儀器【

20、教學(xué)要求】了解虛擬儀器的概念、構(gòu)成、特點；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)；會初步設(shè)計基于虛擬儀器的工程項目【教學(xué)內(nèi)容】概述虛擬儀器的概念、構(gòu)成、特點虛擬儀器的開發(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例工業(yè)自動化、儀器產(chǎn)業(yè)改造、實驗室應(yīng)用 【教學(xué)重點與難點】重點：虛擬儀器的概念、構(gòu)成、特點；虛擬儀器的開發(fā)環(huán)境。難點：基于虛擬儀器的綜合工程的開發(fā)。自動檢測系統(tǒng)【教學(xué)要求】了解自動檢測系統(tǒng)的組成；掌握自動檢測系統(tǒng)的基本設(shè)計方法（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）；會設(shè)計簡易的自動檢測系統(tǒng)；了解自動檢測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢?！窘虒W(xué)內(nèi)容】1.自動檢測系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、輸入