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1、传感器原理及应用课程教学大纲Theory and Application of Sensor课程编号： 适用专业：电子信息工程，测控技术与仪器 先修课程：工程图学、工程材料、电路分析、模拟电子电路、精密机械设计、信号与系统 学时数： 48 学分数： 3执笔者：王召巴 编写日期： 2001 年 3 月一、课程的性质和目的课程性质：传感器原理及应用是电子信息工程、测控技术与仪器等专业的专业基础课， 是必修课，是一门理论性和实践性都很强的综合性课程。主要任务：培养学生1. 掌握各类传感器的基本理论，掌握几何量、机械量及有关量测量中常用的各种传感 器的工作原理、主要性能及其特点；2. 能合理地选择和使
2、用传感器；3. 掌握常用传感器的工程设计方法和实验研究方法；4. 了解传感器的发展动向。二、课程教学内容绪论（讲课 1 学时） 掌握传感器的概念、用途、基本结构；了解传感器的分类、对传感器的一般要求，传感 器的历史、发展趋势及本课程相关参考资料。第一章 传感器的一般特性（讲课 1 学时） 掌握传感器静特性、动特性的概念，线性度、迟滞、灵敏度、分辨力、重复性、零漂、 温漂等静态指标的概念及表示方法。理解动态特性的研究方法。第二章 电阻式传感器（讲课 6 学时）掌握应变片工作原理、 转换电路的形式及计算， 温度误差与补偿。 理解应变片的主要特 性，应变片应用举例，了解应变片类型，粘贴工艺。压阻式和
3、电位器式传感器原理。重点：直流电桥的计算 难点：温度误差的补偿方法第三章 电容式传感器（讲课 4 学时） 掌握电容式传感器工作原理和结构类型， 电容式传感器的特点， 寄生电容的消除。 理解 静态特性，设计要点，转换电路，电容式传感器的应用。了解容栅式传感器工作原理。 难点：寄生电容的概念、消除方法第四章 电感式传感器（讲课 4 学时，实验 2 学时） 掌握自感式传感器工作原理、 设计原则， 差动变压器式传感器工作原理， 主要误差及补 偿方法，电涡流式传感器工作原理。理解自感式传感器特性分析、等效电路、转换电路，电 涡流的形成范围。 了解差动变压器式传感器的转换电路， 电涡流式传感器转换电路，
4、应用举 例。重点：零点残余电压及其补偿。 难点：自感式传感器的设计原则。第五章 压电式传感器（讲课 4 学时，实验 2 学时） 掌握压电效应及其物理解释， 压电元件常用结构形式， 测量电路。 了解压电材料及主要 特性、应用举例。超声波传感器、探伤仪，无损检测。重点：压电效应、测量电路 难点：压电效应的物理解释、电荷放大器与电压放大器的对比。第六章 磁电式传感器（讲课 2 学时，实验 2 学时） 掌握磁电式传感器工作原理， 霍尔式传感器工作原理、 误差及其补偿。 理解磁电式传感 器的设计，霍尔元件及材料，霍尔元件基本特性。了解磁电式、霍尔式传感器的应用。 重点：霍尔式传感器工作原理，误差及补偿。
5、难点：磁电式传感器的设计。第七章 热电式传感器（讲课 4 学时） 掌握热电偶工作原理，冷端处理方法。了解常用热电偶，热电阻传感器、热敏电阻。 重点：热电偶 难点：热电效应第八章 光电式传感器（讲课 2 学时，实验 2 学时） 掌握四种形式的光电效应及其器件， 半导体光电元件的特性， 模拟式光电传感器工作原 理及分类。理解脉冲式光电传感器原理及应用。了解光电检测系统的构成。重点：四种形式的光电效应第九章 光纤传感器（讲课 2 学时） 掌握光纤的基本原理、光纤传感器的基本原理。了解光纤机械量传感器、光纤热工量 传感器、光纤电磁量传感器、医用光纤传感器、监测大气污染传感器的工作原理及应用。 重点：光
6、纤传感器的基本原理 难点：光调制技术第十章 固态图像传感器（讲课 2 学时） 掌握固态图像传感器的敏感器件的原理，了解其应用。 重点： CCD 传感器 难点： CCD 的电荷耦合过程第十一章 气体传感器（讲课 1 学时） 掌握气体的检测方法，了解气体传感器的种类及应用。 重点：气体传感器的工作原理。第十二章 湿敏传感器（讲课 1 学时）了解湿度的表示方法、湿敏传感器的种类及工作原理。重点：湿敏传感器的种类及工作原理难点： 第十三章 红外传感器（讲课 2 学时） 掌握红外辐射的基本知识，红外传感器的工作原理，了解红外测温、红外成像、红外 无损检测等。重点：红外传感器的工作原理第十四章 传感器的标
7、定（讲课 1 学时） 掌握传感器标定的概念， 静态标定的系统结构及各部分作用。 理解非电量电测系统的构 成。了解力传感器静态标定，加速度传感器动态标定，压力传感器动态标定。重点：传感器标定的概念第十五章 传感器发展展望（讲课 1 学时） 掌握改善传感器性能的技术途径。了解传感器的发展动向。习题课（ 2 学时）三、课程教学的基本要求（一）课堂讲授1教学方法 采用“知识能力双重收益式”教学法，讲解知识做到易于理解、系统性强、注意理论与 实践相结合，多学科知识融汇贯通；为提高学生能力，设计多种能力训练，在教学中采用， 激发学生学习的主动性、 创造性，使多种能力得到培养， 同时使课堂气氛活跃生动。 能
8、力 训练内容如下：A. 每节课的前 5 分钟请一位同学到讲台上讲自己的奇思怪想，全班同学对他的想法进 行提问、辩论和讨论，保证每位同学都有一次机会，激发学生创造性，提高口头表达能力。B. 适当安排自学内容，并通过提问或测验考查自学效果，提高学生自学能力。C. 每个同学翻译一段有关本课程的英文文献，找出重点词汇，让全班同学共享，提高 专业英语水平。D. 写一篇有关本课程的某个专题的综述，提高学生查阅资料和书面表达能力。2教学手段 以课堂讲授为主， 必要时辅以幻灯教学。 开展电子教案的研制， 尝试使用多媒体教学系 统。3计算机的应用 讲授本课程时要注意让学生树立起系统的整体概念， 强调传感器与计算
9、机在工业测控系 统中所处的地位以及二者之间的联系，鼓励学生掌握好计算机知识，提高应用能力。4外语的要求在讲授过程中， 为提高学生专业英语水平和查阅文献的能力， 专门设计一次能力训练， 让学生每人翻译一篇有关本课程的英文文献，在课堂上把重要词汇收集起来，使学生共享， 通过此次训练学生能对专业英语词汇有一定的积累。（二）教学辅助资料 实验指导书（三）实验环节 实验内容：1. 用电阻应变片测悬臂梁受力2. 用差动变压器测量简支梁振动参数3. 用电涡流传感器测简支梁的振幅4. 霍尔传感器在磁场中位移5. 用压电传感器测简支梁振动参数6. 用光电传感器测转速实验要求：实验需 8 个学时完成。做实验前要仔
10、细阅读实验指导书，实验中注意观察， 积极动手，客观、真实地记录数据，实验后写实验报告，善于分析实验结果，发现新问题。（四）作业方面1. 布置习题应达到的目的：（1）巩固基本知识，加强对理论的理解；（2）掌握基本计算方法、设计方法；（3）理论联系实际，培养学生思维能力、知识应用能力。2 作业安排（1）课外习题（2）习题课：安排在课程进行过程中和总复习前，讲解学生在作业中出现的共同问题及难 点。（3）设计 综合所学知识，设计一个测控系统的框架。（五）考试环节考试形式为闭卷考试，内容主要是课程中的重点知识和基础知识。改革思路： 考试成绩并不完全由一次考试决定， 分数还要反映出学生的综合能力， 本课
11、程主要参照学生在能力训练中的表现来进行综合评定。总成绩=考试成绩X 60% +能力训练成绩X 40% 其中，能力训练成绩在平时记录，四项训练每项满分20分，实验成绩满分20 分，共计 100 分。四、建议教材与教学参考书1 刘迎春编著， 传感器原理设计与应用 ，国防科技大学出版社2 孟立凡3 孙圣和 王廷云 徐影，光纤测量与传感技术，哈尔滨工业大学出版社，20004 张敬贤 李玉丹 金伟其，微光与红外成像技术，北京理工大学出版社，19955 严忠豪、谭祖根主编， 非电量电测技术 ，机械工业出版社，修订本6 南京航空学院、北京航空学院合编， 传感器原理 ，国防工业出版社7 强锡富主编 ,传感器，机械工业出版社，第 2 版