传感器与检测技术电气自动化专业教学大纲.docx

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传感器与检测技术电气自动化专业教学大纲

传感器与检测技术课程教学大纲

英文名称：

SensorandDetectionTechnology

课程代码：

1702211616

学时数：

48（讲课学时：

实验学时：

）

学分：

3　

课程类别：

专业课程

课程性质：

必修适用专业：

电气工程及其自动化

先修课程：

《电路》、《数字电路》、《模拟电路》

考核方式：

闭卷笔试

一、课程的性质、地位和作用

本课程是机械设计制造及其自动化专业学生的重要专业课程。

本课程设置的目的是通过对传感器的一般特性与分析方法，传感器的工作原理、特性及应用，检测系统的基本概念的学习，通过本课程的学习，使学生掌握检测系统的设计和分析方法，能够根据工程需要选用合适的传感器，并能够对检测系统的性能进行分析、对测得的数据进行处理。

二、教学内容及要求

（一）概述

【教学要求】了解《传感器与检测技术》课程的性质和学习要求，熟练掌握传感器的定义、组成，掌握传感器的分类，了解传感器技术的发展趋势。

【教学内容】

1.课程简介

2.传感器的定义、传感器的共性、传感器的基本功能；

3.传感器的组成

4.传感器的分类

5.传感器技术的发展趋势

【教学重点与难点】

1.传感器的定义、组成、分类。

2.传感器技术的发展趋势。

（二）传感器的基本特性

【教学要求】

熟练掌握传感器静态特性与动态特性的基本概念、传感器的数学模型、传感器静态特性基本参数与指标；掌握传感器动态响应的特性指标与分析、频率响应的特性指标与分析；了解传感器静动态标定与校准的基本方法。

【教学内容】

1.传感器静态特性、动态特性的基本概念；

2.传感器的数学模型；传感器静态特性基本参数与指标；

3.传感器动态响应的特性指标与分析；

4.频率响应的特性指标与分析；

5.传感器静态标定与校准的基本方法；

6.传感器动态标定与校准的基本方法。

【教学重点与难点】

 1传感器的静态特性与动态特性基本概念

2传感器的数学模型

3传感器静态特性基本参数与指标等。

4传感器动态特性中的传递函数、频率响应函数分析。

（三）电阻式传感器

【教学要求】

掌握应变、应变效应的基本概念；牚握应变电阻式传感器的工作原理、直流电桥与交流电桥的平衡条件与电压灵敏度特性；掌握产生电阻应变片温度误差的主要原因及其补偿方法；了解应变片的分类、应变电阻式传感器的典型应用；会分析半桥差动、全桥差动对非线性误差和电压灵敏度的改善。

【教学内容】

1.工作原理

应变效应、电阻应变片种类、压阻效应。

2.电阻应变片的温度误差及补偿

应变片的温度误差、试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响、线路补偿、应变片自补偿。

3.电阻应变片的测量电路

直流电桥、交流电桥

4.电阻式传感器的应用

应变式力传感器、应变式压力传感器、电阻式差压传感器、应变式容器内液体重量传感器、电阻式加速度传感器

【教学重点与难点】

重点：

应变与应变效应的涵义；电阻应变片的温度误差及其补偿方法；应变电阻式传感器的工作原理；电阻应变片的测量电路。

难点：

电阻应变片的温度误差及其补偿方法、直流电桥的非线性误差及其补偿方法。

（四）电感式传感器

【教学要求】

掌握变磁阻电感式传感器的工作原理、输出特性和灵敏度；掌握差动变压器电感式传感器的输出特性和灵敏度；会比较单线圈和差动两种变磁阻（变气隙）电感式传感器的特性；了解电感式传感器的不同测量电路；了解电感式传感器的典型应用。

【教学内容】

1.变磁阻电感式传感器

变磁阻电感式传感器的工作原理、输出特性、测量电路及典型应用

2.差动变压器电感式传感器

差动变压器电感式（变隙式、螺线管式）传感器的工作原理、输出特性

差动整流电路和相敏检波电路；

3.电涡流电感式传感器

电涡流电感式传感器的工作原理、等效电路、测量电路与典型应用。

【教学重点与难点】

重点：

变磁阻、差动变压器电感式传感器的工作原理、输出特性，电涡流电感式传感器的工作原理、等效电路。

难点：

差动整流电路和相敏检波电路。

（五）电容式传感器

【教学要求】

掌握平板或圆筒电容式传感器的电容量表示；掌握电容式传感器的三种类别；掌握变面积型电容器的分类及其测量原理；掌握变介质型、变极距型、差动变极距型电容式传感器的测量原理；掌握变极距型、差动变极距型电容式传感器的灵敏度及其相对非线性误差分析方法；

了解电容式传感器的典型应用。

【教学内容】

1.电容式传感器的工作原理

平板电容式传感器（变面积型、变介质型、变极距型）以及圆筒电容式传感器（变介质型）的工作原理

2.变极距型电容式传感器的非线性

3.电容式传感器的等效电路

调频电路、运算放大器、变压器式交流电桥、二极管双T型交流电桥、脉冲宽度调制电路等测量电桥.电容式传感器的信号调节电路

4电容式传感器的应用

【教学重点与难点】

重点：

电容式传感器的工作原理、测量电路、灵敏度及非线性分析。

难点：

二极管双T型交流电桥、脉冲宽度调制电路

（六）压电式传感器

【教学要求】

掌握压电效应、正压电效应、逆压电效应的含义；掌握石英晶体具有压电效应特性的分子结构特性、压电陶瓷的压电特性机理；了解压电材料的主要特性参数及其含义、压电材料的选取；掌握压电式传感器的等效电路与测量电路；掌握压电元件并联或串联特性；了解压电式传感器的典型应用。

【教学内容】

1.工作原理

压电效应、正压电效应、逆压电效应的基本概念

2.压电式传感器测量电路

压电式传感器的等效电路、电荷放大器与电压放大器的测量电路

3.压电式传感器的应用

【教学重点与难点】

重点：

压电式传感器的工作原理、测量电路。

难点：

压电式传感器的测量电路。

（七）磁敏式传感器

【教学要求】

熟练掌握电磁感应、霍尔效应的基本概念；掌握磁电感应式传感器的工作原理、分类、基本特性、测量电路；掌握霍尔式传感器的工作原理；了解霍尔元件的基本结构、基本特性、误差及其补偿；了解磁电感应式传感器、霍尔式传感器的应用。

【教学内容】

1.磁电感应式传感器

电磁感应、霍尔效应的基本概念；磁电感应式传感器的工作原理、分类（恒磁通式：

动圈式和动铁式结构，变磁通式：

开磁路和闭磁路结构）、基本特性、测量电路与应用

2霍尔式传感器

霍尔式传感器的工作原理、测量电路与应用；霍尔元件的基本结构、基本特性、误差及其补偿

【教学重点与难点】

重点：

电磁感应、霍尔效应的基本概念，磁敏式传感器工作原理、分类、测量电路，霍尔式传感器的工作原理。

难点：

磁敏式传感器的基本特性。

（8）热电式传感器

【教学要求】

熟练掌握热电效应、热电偶、热电阻、热敏电阻、接触电动势、温差电动势工作端（热端）、自由端（冷端）、分度表等概念；掌握热电偶的测温原理、基本定律、热电偶的结构与种类、热电偶的冷端温度补偿、热电偶的测温电路；掌握热电阻（铂热电阻、铜热电阻）的温度特性、测量电路（两线制、三线制、四线制）；掌握热电偶、热电阻的度表的使用方法；掌握热敏电阻的温度特性；了解热电偶、热电阻和热敏电阻的应用。

【教学内容】

1热电偶传感器

热电效应、热电偶、热电阻、热敏电阻、接触电动势、温差电动势、工作端（热端）、自由端（冷端）、分度表等概念；热电偶的测温原理、基本定律、热电偶的结构与种类、热电偶的冷端温度补偿、热电偶的测温电路；

2热电阻传感器

热电阻（铂热电阻、铜热电阻）的温度特性、测量电路（两线制、三线制、四线制）

3热敏电阻传感器

热敏电阻的温度特性

【教学重点与难点】

重点：

基本概念；热电偶的测温原理、基本定律、冷端温度补偿方法、实用测温电路；热电阻的温度特性、测量电路；热敏电阻的温度特性。

难点：

热电偶的种类及冷端温度补偿方法。

（9）光电式传感器

【教学要求】

熟练掌握光电效应、内光电效应、外光电效应、亮电阻、暗电流、全反射、数值孔径、粗误差、莫尔条纹、辨向与细分等基本概念；了解光电式传感器的类别、基本形式；了解各种光电器件的基本特性；

掌握CCD图像传感器、光纤、光电式编码器（码盘式、脉冲盘式）和计量光栅的工作原理；了解CCD图像传感器的分类、特性参数，光纤的主要特性、光纤传感器的组成、分类，光电式编码器（码盘式、脉冲盘式）的结构和计量光栅的结构、组成；掌握二进制与循环码的相互转换方法；了解光电式传感器的应用。

【教学内容】

1.光电式传感器

类别、基本形式；光电器件及其基本特性；

2.CCD图像传感

工作原理、分类、特性参数与应用；

3光纤

传光原理、光纤的主要特性、光纤传感器的组成、分类与应用；

4.光电式编码器

（码盘式、脉冲盘式）的结构、工作原理与应用；计量光栅的结构、组成、工作原理与应用。

【教学重点与难点】

重点：

基本概念；光电器件的基本特性；光电式传感器的工作原理。

难点：

CCD图像传感器的工作原理、码盘的辨向原理、计量光栅的辨向原理与细分技术

（10）辐射与波式传感器

【教学要求】

了解红外辐射、微波、超声波的概念与特性；了解红外探测器的分类与工作原理；了解微波传感器的分类、组成、特点；了解超声波传感器的工作原理；了解红外传感器、微波传感器与超声波传感器的应用。

【教学内容】

1.红外辐射、微波、超声波的概念与特性；

2.红外探测器的分类与工作原理：

热探测器和光子探测器；

3.微波传感器的分类（反射式和遮断式）、组成、特点；

4.超声波传感器的工作原理；

5.红外传感器、微波传感器与超声波传感器的应用

【教学重点与难点】

重点：

基本概念；红外辐射、微波、超声波的基本特性；红外传感器、微波传感器与超声波传感器的工作原理。

难点：

红外热释电传感器工作原理。

（11）化学传感器

【教学要求】

了解化学传感器、气敏传感器、湿敏传感器的定义及湿度的表示方法；了解气敏传感器、湿敏传感器的主要参数和特性、类型、特点；掌握半导体式气敏传感器、电阻式湿敏传感器的工作原理；了解气敏传感器、湿敏传感器的应用

【教学内容】

1.气敏传感器

气敏传感器的定义；气敏传感器特性、类型、特点；半导体式气敏传感器的工作原理；气敏传感器的应用。

2.湿敏传感器

湿敏传感器的定义；湿度的表示方法（绝对湿度、相对湿度和露点）；

湿敏传感器的主要参数和特性、类型、特点；电阻式湿敏传感器的工作原理；湿敏传感器的应用。

【教学重点与难点】

重点：

基本概念；气敏传感器、湿敏传感器的主要参数和特性、类型、特点；导体式气敏传感器、电阻式湿敏传感器的工作原理。

难点：

半导体陶瓷湿敏材料的导电机理。

（12）生物传感器

【教学要求】

了解生物传感器的概念、特点、分类；了解生物传感器的工作原理；了解生物芯片的含义与分类；了解生物传感器的发展。

【教学内容】

1.生物传感器

概念、特点、分类；生物传感器的工作原理；生物传感器的发展

2.生物芯片的含义与分类

【教学重点与难点】

重点：

生物传感器的概念、特点、分类；生物传感器的工作原理；生物芯片的含义与分类。

难点：

生物传感器的工作原理；生物芯片的工作机理。

（13）新型传感器

【教学要求】

了解新型传感器（智能传感器、模糊传感器、微传感器与网络传感器）的概念、特点；了解新型传感器的结构、作用；了解新型传感器涉及的主要技术；了解典型新型传感器的特性与应用

【教学内容】

1.智能传感器

智能传感器的定义、特点、作用、设计与实现

2.模糊传感器

模糊传感器的概念、基本功能、结构；

3.微传感器

MEMS与微加工、微传感器的特点、典型微传感器介绍

4.网络传感器

网络传感器的概念、类型、体系结构。

【教学重点与难点】

重点：

新型传感器（智能传感器、模糊传感器、微传感器与