《傳感器原理及檢測(cè)技術(shù)》教學(xué)大綱

1、- PAGE 4 -傳感器原理及檢測(cè)技術(shù)課程教學(xué)大綱課程的基本信息課程名稱：傳感器原理及檢測(cè)技術(shù)課程類別：專業(yè)必修課程課程代碼：21E00515學(xué)時(shí)分配：32學(xué)時(shí)（理論學(xué)時(shí)32）賦予學(xué)分：2適應(yīng)對(duì)象：本科，自動(dòng)化專業(yè)先修課程：大學(xué)物理、電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)原理與接口技術(shù)等后續(xù)課程：其他專業(yè)課程課程性質(zhì)與任務(wù)傳感器是將各種非電量（包括物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量的裝置。傳感器開發(fā)和應(yīng)用的綜合技術(shù)，隨著現(xiàn)代測(cè)量、控制和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，也越來越受到重視。本課程主要研究各類傳感器的機(jī)理、結(jié)構(gòu)、測(cè)量電路和應(yīng)用方法，主要包括常用傳感器、近

2、代新型傳感技術(shù)及傳感器在工程檢測(cè)中的應(yīng)用等。本課程內(nèi)容包括傳感器概述、應(yīng)變式傳感器、電感式傳感器、電容傳感器、壓電式傳感器、磁電式傳感器、光電式傳感器、半導(dǎo)體傳感器、傳感器在工程檢測(cè)中的應(yīng)用。傳感器原理與檢測(cè)技術(shù)是自動(dòng)化專業(yè)一門重要的專業(yè)方向課程。它的基本任務(wù)是在已學(xué)模電、數(shù)電技術(shù)、物理學(xué)、電工學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等知識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)各種幾何量、機(jī)械量、熱工量的測(cè)量原理、測(cè)量方法和測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成。教學(xué)目的與要求通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生掌握常見物理量檢測(cè)的方法和儀器工作原理，具備根據(jù)具體測(cè)試對(duì)象、測(cè)試要求、測(cè)試環(huán)境選擇合適測(cè)量原理和測(cè)量方法的能力，同時(shí)具備設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單測(cè)試系統(tǒng)的能力。為后續(xù)課程的

3、學(xué)習(xí)，從事工程技術(shù)工作與科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握各類傳感器的工作原理、主要性能、特點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用，能合理地選擇各種傳感器和進(jìn)行初步工程設(shè)計(jì)和測(cè)量分析，以及了解和掌握檢測(cè)技術(shù)的基本理論、誤差理論及數(shù)據(jù)處理、傳感器信息融合技術(shù)、智能傳感器和現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)等知識(shí)。教學(xué)內(nèi)容與安排第1章傳感與檢測(cè)技術(shù)的理論基礎(chǔ)（2學(xué)時(shí)）【教學(xué)內(nèi)容】測(cè)量、測(cè)量系統(tǒng)、測(cè)量誤差的基本概念。測(cè)量的基本方法。測(cè)量誤差的表示方法及性質(zhì)。測(cè)量數(shù)據(jù)的估計(jì)及處理方法。【教學(xué)基本要求】 1掌握測(cè)量及測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量誤差的定義；2掌握測(cè)量的基本方法；3了解精密度、準(zhǔn)確度、精確度的定義及其關(guān)系；4了解測(cè)量誤差的性

4、質(zhì)；5掌握測(cè)量數(shù)據(jù)的估計(jì)和處理方法?！窘虒W(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】重點(diǎn)：測(cè)量、測(cè)量系統(tǒng)、測(cè)量誤差的概念。測(cè)量誤差的表示及測(cè)量數(shù)據(jù)的處理。難點(diǎn)：合理處理分析測(cè)量數(shù)據(jù)，并經(jīng)分析，得出合理的測(cè)量結(jié)果?！窘虒W(xué)目的和任務(wù)】通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握測(cè)量及測(cè)量誤差的概念，并會(huì)合理分析、處理測(cè)量數(shù)據(jù)。了解測(cè)量誤差的性質(zhì)。第2章傳感器概述（2學(xué)時(shí)）【教學(xué)內(nèi)容】傳感器的定義及組成，傳感器的分類，傳感器靜態(tài)特性的定義，性能指標(biāo)線性度和靈敏度等的描述，傳感器動(dòng)態(tài)特性的定義，基本動(dòng)態(tài)特性方程及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性?！窘虒W(xué)基本要求】掌握傳感器的基本概念；了解傳感器應(yīng)用系統(tǒng)的組成；掌握傳感器的分類方法；掌握傳感器靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的定義；理解

5、傳感器的基本特征和性能指標(biāo)。【教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】重點(diǎn)：傳感器的基本概念，傳感器的應(yīng)用系統(tǒng)組成，傳感器的基本特征及性能指標(biāo)。難點(diǎn)：傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的定義及其性能指標(biāo)。【教學(xué)目的和任務(wù)】通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握傳感器及其靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的定義、靜態(tài)特性性能指標(biāo)描述線性度和靈敏度的定義，了解傳感器遲滯、重復(fù)性等技術(shù)指標(biāo)。第3章應(yīng)變式傳感器（2學(xué)時(shí)）【教學(xué)內(nèi)容】應(yīng)變式傳感器的工作原理。應(yīng)變片的種類、材料、及粘貼。電阻應(yīng)變片的特性，電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路及工作原理。應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用?！窘虒W(xué)基本要求】1掌握應(yīng)變式傳感器的工作原理；2了解應(yīng)變片的種類和材料及粘貼，掌握廣泛使用的敏感珊形式；4了解電

6、阻應(yīng)變片的特性；5掌握電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)和橫向效應(yīng)的定義、主要參數(shù)的名稱及初始電阻和允許工作電流的定義、常用的初始電阻值；6掌握電阻應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的主要原因及線路補(bǔ)償方法?！窘虒W(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】重點(diǎn)：應(yīng)變式傳感器的工作原理、電阻應(yīng)變片的特性、電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路。難點(diǎn)：電阻應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的主要原因及線路補(bǔ)償方法【教學(xué)目的和任務(wù)】通過本章教學(xué)，使學(xué)生了解電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)，掌握其工作原理和工作特性，掌握電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路電橋。電感式傳感器（4學(xué)時(shí)）【教學(xué)內(nèi)容】自感式電感傳感器的工作原理、輸出特性、測(cè)量電路。螺線管式差動(dòng)變壓器和變隙式差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)、工作原理、輸出特性。差動(dòng)變壓器式傳感器的測(cè)

7、量電路。電渦流傳感器的工作原理、電渦流強(qiáng)度、測(cè)量電路。【教學(xué)基本要求】1掌握變隙式差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)、工作原理、測(cè)量范圍與靈敏度；2掌握螺線管式差動(dòng)變壓器傳感器的結(jié)構(gòu)、線圈繞組的排列方式、工作原理、影響靈敏度的因素、改善線性度的方法、零點(diǎn)殘余電壓；3掌握差動(dòng)變壓器的測(cè)量電路及其相應(yīng)的工作原理；4掌握電渦流式傳感器的基本結(jié)構(gòu)及其與被測(cè)體組成的測(cè)量系統(tǒng)的依賴關(guān)系；5掌握電渦流傳感器的工作原理、電渦流強(qiáng)度與距離(線圈與被測(cè)導(dǎo)體之間)的關(guān)系、測(cè)量位移時(shí)得到較好線性度和靈敏度的條件；6了解電渦流式傳感器的測(cè)量電路。【教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】重點(diǎn)：自感式、差動(dòng)式、電渦流式電容傳感器的工作原理及測(cè)量電路。難點(diǎn)：影響電

8、渦流傳感器靈敏度的因數(shù)。電渦流傳感器的應(yīng)用高頻反射式和低頻透射式?！窘虒W(xué)目的和任務(wù)】通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握自感式和差動(dòng)變壓器式電感傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理。掌握電渦流傳感器的工作原理、電渦流強(qiáng)度與距離(線圈與被測(cè)導(dǎo)體之間)的關(guān)系、測(cè)量位移時(shí)得到較好線性度和靈敏度的條件。第5章電容式傳感器（4學(xué)時(shí)）【教學(xué)內(nèi)容】電容式傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理。電容式傳感器的靈敏度及非線性。電容式傳感器的等效電路、電容式傳感器的測(cè)量電路。影響電容式傳感器精度的因素及提高精度的措施、電容式傳感器的應(yīng)用【教學(xué)基本要求】1掌握電容式傳感器的定義；2掌握電容式傳感器的工作原理、靈敏度與非線性誤差的解決辦法；3了解電容式傳感器

9、的等效電路及其測(cè)量電路；4了解電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，及其應(yīng)用。【教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】重點(diǎn)：電容式傳感器的工作原理、等效電路，電容式傳感器的調(diào)頻電路。難點(diǎn)：電容式傳感器的測(cè)量電路?！窘虒W(xué)目的和任務(wù)】通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握電容式傳感器的結(jié)構(gòu)形式及工作原理，掌握電容式傳感器的測(cè)量電路，了解影響電容式傳感器精度的因素及提高精度的措施。第6章壓電式傳感器（4學(xué)時(shí)）【教學(xué)內(nèi)容】壓電效應(yīng)的定義，壓電材料的分類和主要特性參數(shù)。壓電式傳感器的工作原理，壓電式傳感器的等效電路，壓電式傳感器的測(cè)量電路。壓電式傳感器的應(yīng)用?！窘虒W(xué)基本要求】1掌握壓電效應(yīng)，壓電材料的定義及特性；2掌握石英晶體的橫、縱向壓電效應(yīng)的定義；3

10、掌握壓電陶瓷的構(gòu)成、極化處理、工作原理、壓電陶瓷式傳感器的優(yōu)點(diǎn)；4掌握壓電元件的等效電路和電荷放大電路；5了解壓電式傳感器的幾種應(yīng)用、優(yōu)缺點(diǎn)?！窘虒W(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】重點(diǎn)：熟悉壓電效應(yīng)，壓電式傳感器的工作原理、等效電路和測(cè)量電路。了解壓電傳感器的應(yīng)用。難點(diǎn)：壓電式傳感器等效電路?！窘虒W(xué)目的和任務(wù)】通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握電容式傳感器的結(jié)構(gòu)形式及工作原理，掌握電容式傳感器的等效電路和測(cè)量電路，了解影響電容式傳感器精度的因素及提高精度的措施。第7章磁電式傳感器（4學(xué)時(shí)）【教學(xué)內(nèi)容】磁電式傳感器的定義及分類。磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理、基本特性、測(cè)量電路及應(yīng)用?；魻栃?yīng)，霍爾元件的基本結(jié)構(gòu)及其基本特性，影

11、響霍爾電勢(shì)大小的因素，霍爾傳感器的應(yīng)用。【教學(xué)基本要求】1掌握霍爾效應(yīng)的物理解釋； 2了解影響霍爾電勢(shì)大小的因素 ； 3掌握霍爾元件外形結(jié)構(gòu)、基本特性；4熟悉用霍爾元件測(cè)量微位移的原理； 5掌握磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)、基本特性、測(cè)量電路；【教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】重點(diǎn)：霍爾效應(yīng)，霍爾元件基本特性，磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)、基本特性和測(cè)量電路。難點(diǎn)：霍爾效應(yīng)，霍爾元件基本特性及影響霍爾電勢(shì)大小的因素?！窘虒W(xué)目的和任務(wù)】通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握霍爾效應(yīng)，霍爾元件和霍爾式傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)和測(cè)量電路。使學(xué)生初步了解磁電式傳感器的原理及應(yīng)用。第8章光電式傳感器（2學(xué)時(shí)）

12、【教學(xué)內(nèi)容】外、內(nèi)光電效應(yīng)，典型光電器件的結(jié)構(gòu)、原理、基本特性和應(yīng)用。光纖的結(jié)構(gòu)、傳光原理和基本特性。光纖傳感器的工作原理及組成，光纖傳感器的應(yīng)用?！窘虒W(xué)基本要求】1掌握外光電效應(yīng)、測(cè)量光強(qiáng)度的工作原理；2掌握內(nèi)光電效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)；3了解典型光電器件的特性和應(yīng)用；4掌握光纖結(jié)構(gòu)及其傳光原理；5了解光纖的基本特性；6掌握光纖傳感器的工作原理及組成；7了解光纖傳感器的應(yīng)用?！窘虒W(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】重點(diǎn)：外光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)，光電導(dǎo)效應(yīng)，測(cè)量光強(qiáng)度的工作原理，典型光電器件的主要特性和特點(diǎn)。光纖的基本概念及其傳光原理，光纖傳感器的工作原理及組成。難點(diǎn)：典型光電元件的主要特性和特點(diǎn)。【教學(xué)目

13、的和任務(wù)】通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握光電效應(yīng)原理，掌握典型光電器件的主要特性和特點(diǎn)，以及光纖傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。使學(xué)生初步了解光電式傳感器的原理及應(yīng)用。半導(dǎo)體傳感器（4學(xué)時(shí)）【教學(xué)內(nèi)容】 半導(dǎo)體傳感器的定義。半導(dǎo)體氣敏傳感器的機(jī)理、類型、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。濕敏傳感器的機(jī)理及常見的濕敏傳感器。色敏傳感器的基本原理及其基本特征，半導(dǎo)體式傳感器的應(yīng)用。【教學(xué)基本要求】1了解氣敏測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域；2了解半導(dǎo)體氣敏傳感器的類型、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；3了解濕敏測(cè)量的領(lǐng)域；4了解濕敏電阻的定義、構(gòu)成、工作原理和性能特性；5了解色敏傳感器的工作原理、基本特征和應(yīng)用?！窘虒W(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】重點(diǎn)：半導(dǎo)體氣敏傳感器的工作原理。濕敏電阻

14、的定義、構(gòu)成和工作原理。半導(dǎo)體色敏傳感器的工作原理及基本特征。難點(diǎn)：氣敏傳感器的工作原理，濕敏傳感器的工作原理?！窘虒W(xué)目的和任務(wù)】通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握半導(dǎo)體氣敏傳感器、濕敏傳感器和色敏傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)以及其相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域。使學(xué)生初步了解半導(dǎo)體傳感器的原理及應(yīng)用。第10章傳感器在工程檢測(cè)中的應(yīng)用（4學(xué)時(shí)）【教學(xué)內(nèi)容】溫度與溫標(biāo)的概念，溫度測(cè)量的主要方法及分類。膨脹式溫度傳感器的定義及分類。熱電偶傳感器的原理、類型及結(jié)構(gòu)形式，熱電偶的基本定律，補(bǔ)償導(dǎo)線及冷端溫度的補(bǔ)償方法。熱電阻傳感器的定義及結(jié)構(gòu)。輻射式傳感器的定義分類，熱輻射基本定律。集成溫度傳感器的基本原理及信號(hào)輸出方式?！窘虒W(xué)基本要求】1掌握溫度與溫標(biāo)的概念以及溫度測(cè)量的主要方法和分類；2掌握利用不同原理設(shè)計(jì)的溫度測(cè)量方法的結(jié)構(gòu)以及基本原理；3了解不同測(cè)量方案的優(yōu)劣性?！窘虒W(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】重點(diǎn)：溫度測(cè)量的主要方法，根據(jù)不同的測(cè)量原理選擇相應(yīng)的傳感器設(shè)計(jì)合適的測(cè)溫系統(tǒng)。難點(diǎn)：掌握各種測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及基本原理?！窘虒W(xué)目的和任務(wù)】通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握溫度測(cè)量的多種方式，并可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)溫系統(tǒng)。使學(xué)生初步了解傳感器在實(shí)際測(cè)量中的應(yīng)用。教學(xué)設(shè)備和