《傳感器技術》教學大綱

《傳感器技術》教學大綱課程英文名SensorTechnology課程代碼B0804Z16學分3總學時48理論學時40實驗/實踐學時8課程類別學科基礎課課程性質(zhì)限選先修課程大學物理，電路與模擬電子技術適用專業(yè)測控技術與儀器開課學院計量測試工程學院一、課程地位與課程目標（一）課程地位傳感器是獲取信息的主要途徑和手段，傳感器技術是關于傳感器設計、制造及開發(fā)應用的綜合技術，是當今信息社會重要的基礎技術。在現(xiàn)代測控系統(tǒng)中，作為關鍵環(huán)節(jié)的傳感器處于連接被測控對象和測控系統(tǒng)的接口位置，《傳感器技術》課程是測控技術與儀器專業(yè)重要的學科基礎課程。通過本課程的學習，使學生掌握各種傳感器的工作原理、結構、轉(zhuǎn)換電路、特點及應用范圍，了解傳感器技術發(fā)展趨勢及傳感器標定和校準技術，使學生具有傳感器應用及設計的能力。學生通過傳感器基礎知識的學習和工程實踐能力的培養(yǎng)，為后續(xù)課程學習及從事相關計量行業(yè)工作打下堅實的基礎。（二）課程目標1．理解本課程研究的對象和內(nèi)容，能解釋傳感器特性中主要專業(yè)術語，理解測量基本理論在測控技術、計量測試領域的基本運用及傳感器技術發(fā)展趨勢。（1.3）2．能針對不同測量對象，理解設計任務需求及對應傳感器性能指標要求。（3.1）3．能解釋各種類型傳感器的原理、轉(zhuǎn)換關系及應用特點，主要有電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、熱電式傳感器等。（4.1）4．能根據(jù)不同測量對象，選用合適的傳感器及轉(zhuǎn)換電路，獲取被測對象數(shù)據(jù)，并進行相應的數(shù)據(jù)分析與處理。（4.2）二、課程目標達成的途徑與方法以課堂教學為主，結合平時討論、課外作業(yè)、實驗等。課堂教學主要講授課各種類型傳感器的原理、轉(zhuǎn)換關系及應用特點，主要有電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、熱電式傳感器等。在課堂教學中引入討論環(huán)節(jié)，使同學們能更好地針對不同的測量對象，自主選擇傳感器，構建測量系統(tǒng)。三、課程目標與相關畢業(yè)要求的對應關系課程目標課程目標對畢業(yè)要求的支撐程度（H、M、L）畢業(yè)要求1畢業(yè)要求3畢業(yè)要求4課程目標1M課程目標2L課程目標3M課程目標4M注：支撐強度分別填寫H、M或L（其中H表示支撐程度高、M為中等、L為低）。四、課程主要內(nèi)容與基本要求緒論了解傳感器作用，掌握傳感器定義與組成，理解傳感器的分類及一般要求，了解傳感器的趨勢。第一章傳感器的一般特性掌握靜特性定義，主要技術指標：線性度、遲滯、重復性、靈敏度、分辨力與閾值、穩(wěn)定性、靜態(tài)測量不確定度定義及計算。掌握動特性定義，了解數(shù)學模型、傳遞函數(shù)、頻率特性表示方式，理解一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)頻率特性。掌握傳感器標定的定義，了解靜態(tài)標定和動態(tài)標定方法。第二章電阻式傳感器掌握應變式傳感器工作原理、電阻應變效應、應變片基本結構、金屬應變片主要特性、轉(zhuǎn)換電路、溫度誤差及補償方法，了解應變片類型和材料，應變片傳感器應用。掌握壓阻式傳感器工作原理、壓阻效應、溫度誤差及補償方法，了解壓阻式傳感器應用。第三章電感式傳感器掌握電感式傳感器工作原理、轉(zhuǎn)換電路及傳感器靈敏度，零點殘余電壓及減小方法，了解電感式傳感器應用。掌握電渦流式傳感器工作原理、渦流效應，了解轉(zhuǎn)換電路。了解感應同步器工作原理，結構及信號處理方式。第四章電容式傳感器掌握電容式傳感器工作原理、類型、等效電路及主要轉(zhuǎn)換電路、主要特性，了解電容式傳感器工作特點、設計要點及主要應用。第五章磁電式傳感器掌握磁電感應式傳感器工作原理、類型，了解設計要點及應用。掌握霍爾式傳感器工作原理、霍爾效應、霍爾元件結構及電磁特性，理解霍爾元件零位誤差、溫度誤差及補償方法，了解主要應用。第六章壓電式傳感器掌握壓電傳感器工作原理、壓電效應、主要壓電材料性能、壓電元件串并聯(lián)、等效電路、兩種前置放大器作用及特點，了解壓電傳感器應用。第七章光電式傳感器掌握光電式傳感器工作原理、組成。了解光電傳感器中使用光源類型、特點。了解熱探測器類型及特點。掌握光電效應，紅限頻率定義，主要光子探測器工作原理及特性，如：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光電二極管/三級管、光電池等。理解電荷耦合器件結構和工作原理。理解光纖傳感器結構、工作原理。理解光柵式傳感器工作原理，莫爾條紋形成及特性。第八章熱電式傳感器掌握熱電偶工作原理、熱電效應、熱電偶基本定律，了解常用熱電偶，理解熱電偶溫度補償。理解熱電阻和熱敏電阻工作原理，常用材料及特性。第九章新型傳感器了解傳感器最新進展，了解半導體式物性傳感器、微機械傳感器、智能傳感器工作原理及特點。五、課程學時安排章節(jié)號教學內(nèi)容學時數(shù)學生任務對應課程目標第0章傳感器定義、組成、分類、作用、一般要求及發(fā)展趨勢2查閱文獻，了解傳感器發(fā)展趨勢課程目標1第1章傳感器靜態(tài)特性、動態(tài)特性、傳感器標定及性能指標4課后習題3，4，5課程目標2第2章應變式傳感器壓阻式傳感器6課后習題2，5，6課程目標3、4第3章電感式傳感器工作原理、轉(zhuǎn)換電路、零點殘余電壓、電渦流傳感器8課后習題2，3課程目標3、4第4章電容式傳感器工作原理、轉(zhuǎn)換電路、性能特點、設計要點6課后習題2，3，4課程目標3、4第5章磁電感應式傳感器、霍爾傳感器6課后習題1，6，7，9課程目標3、4第6章壓電傳感器的壓電效應、壓電元件、等效電路、測量電路4課后習題2，3課程目標3、4第7章光源、光電器件、電荷耦合器件、光纖傳感器、光柵傳感器6課后習題2，5，7，8課程目標3、4第8章熱電偶傳感器、熱電阻傳感器、熱敏電阻傳感器4課后習題1，2課程目標3、4第9章氣電、諧振、半導體等新型傳感器2課程目標3、4六、實踐環(huán)節(jié)及基本要求序號實驗項目名稱學時基本要求學生任務實驗性質(zhì)實驗類別1金屬箔式應變片性能分析實驗2掌握并分析應變片性能搭建電路，分析輸入輸出關系驗證必做2差動變壓器的性能實驗2掌握并分析變壓器性能搭建電路，分析輸入輸出關系驗證必做3電容式傳感器位移實驗2掌握并分析電容傳感器性能搭建電路，分析輸入輸出關系驗證必做4霍爾傳感器位移實驗2掌握并分析霍爾傳感性能搭建電路，分析輸入輸出關系驗證必做注：1.實驗性質(zhì)指演示性、驗證性、設計性、綜合性等；2.實驗類別指必做、選做等。七、考核方式及成績評定（一）考核方式與評價考核內(nèi)容考核方式評定標準（依據(jù)）占總成績比例過程考核到課率、課外作業(yè)點名記錄，課外作業(yè)20%實驗考核實驗到課率，實驗報告實驗點名記錄，實驗報告10%期末考核閉卷考試根據(jù)標準答案進行評定70%考核類別考試成績登記方式百分制（二）課程目標考核環(huán)節(jié)與達成標準課程目標教學環(huán)節(jié)考核環(huán)節(jié)合格標準課程目標1講授平時成績（考勤、作業(yè)）A0.6期末考試C1（填空題、選擇題）課程目標2講授、討論平時成績（考勤、作業(yè)）A0.6期末考試C2（填空題）課程目標3講授、討論平時成績（考勤、作業(yè)）A0.6實驗考核B期末考試C3（簡答題、計算設計題）課程目標4講授、討論平時成績（