传感器与检测技术大纲(电气类).doc

课程名称：传感器与检测技术课程学分：3适用专业：电气信息类、计算机类传感器与检测技术教学大纲（学时范围:48学时）一、课程性质与任务 测试与传感器技术是人类获取信息的基本手段之一，是科学研究的基本方法。因此，该课程是机械设计制造及自动化专业的技术基础选修课，是一个合格的机械工程师所必需具备的基础知识。本课程的主要任务是讲授机械工程测试中常用的各种传感器的工作原理、结构特点、测量输出电路及传感器实际应用知识和技能。二、课程内容及要求测试与传感器技术的课程内容主要有：敏感性材料，电阻式传感器，电容式传感器，电感式传感器，压电式传感器，磁电式传感器，光电式传感器，温度传感器，超声波传感器，传感器常用测量电路等。测试与传感器技术的课程主要要求有：1）要求同学掌握各种传感器的工作原理及其结构特点；2）要求同学掌握各种传感器的可测物理量及其测量范围；3）能够根据需要合理选用传感器；4）了解各种传感器的常用测量电路及其应用中应注意的问题。各章要求具体如下：第一章绪论（一）基本要求了解：检测仪表控制系统及误差分析的基本概念； 熟悉：检测仪表的基本概念以及误差原因分析；掌握：误差的统计处理方法。（二）教学及考核内容1.检测仪表的基本概念；2.误差的分类及统计处理方法；3.误差的传递法则；4.测量不确定度及最小二乘法。第二章电阻式传感器（一）基本要求了解：金属应变计和半导体应变计的电阻应变效应的特点和区别。熟悉：金属应变计在应力测试中的应用。掌握：电阻应变计式力传感器的设计和选用。（二）教学及考核内容1.金属应变计的电阻应变效应、类型和静、动态特性；2.电阻应变计常用测量电路与在不同应力状态下的测量方法；3.电阻应变计式力传感器的类型、设计方法和选用原则；4.半导体压阻系数矩阵的计算和压阻式传感器的应用；5.应变计测量中的温度补偿问题。第三章电容式传感器（一）基本要求了解：电容式传感器的类型、结构特点和应用。熟悉：电容式传感器的测量电路和抗干扰措施。掌握：各种电容式传感器的灵敏度的计算方法。（二）教学及考核内容1.电容式传感器的类型、结构特点和主要应用；2.电容式传感器的主要测量输出电路及特点；3.电容式传感器的抗干扰措施和“驱动电缆”的本质；4.电容式传感器的灵敏度系数和有效灵敏度系数。第四章电感式传感器（一）基本要求了解：电感式传感器的主要类型、结构特点和主要应用。熟悉：电感式传感器、电涡流传感器和压磁传感器的工作原理。掌握：1.感应同步器的工作原理、结构特点和应用；2.电涡流传感器的结构特点和应用。（二）教学及考核内容1.自感式传感器的分类、结构特点、转换机理和应用；2.实验数据的线性化处理方法；3.螺管差动变压器式传感器的结构特点、工作原理和应用； 4.零点残余电压及消除问题；5.感应同步器的结构特点、工作原理、信号鉴别特点和应用； 6.压磁式传感器的结构特点、工作原理和应用；7.电涡流传感器的结构特点、工作原理和应用。第五章压电式传感器（一）基本要求了解：石英压电材料的应变形式与压电效应，居里点的物理意义，三个压电常数与耦合系数之间关系。熟悉：压电器件的等效电路和电荷放大器的使用。掌握：1.压电陶瓷的压电性与极化处理；2.压电式传感器的选用原则和应用中注意的问题。（二）教学及考核内容1.石英压电材料的压电性能，压电常数矩阵；2.压电陶瓷的压电性、压电常数矩阵与极化处理问题；3.三个压电常数与耦合系数之间关系；4.压电器件的等效电路和电荷放大器；5.压电式传感器的选用原则和应用中注意的问题。第六章磁电式传感器（一）基本要求了解：磁电式传感器基本组成、转换原理和半导体磁阻器件的转换特性。 熟悉：磁电感应式传感器的结构、工作原理和应用。掌握：霍尔传感器的结构特点、工作原理和主要应用。（二）教学及考核内容1.磁电感应式传感器的结构、工作原理和应用；2.磁电感应式传感器的温度补偿问题；3.霍尔效应、霍尔系数的意义和霍尔器件常用半导体材料的性能；4.霍尔传感器的结构特点、工作原理和主要应用；5.半导体磁阻器件的磁阻效应，磁敏电阻中短路金属条的作用。第七章光传感器（一）基本要求了解：光传感器的种类、主要工作原理和在机电一体化中的地位。熟悉：1.内光电效应器件的结构特点、工作原理、性能和应用；2.光量子型红外传感器的结构特点、工作原理、性能和应用；3.电荷耦合器件（CCD）的结构特点、工作原理、性能和应用。 掌握：光导纤维的结构特点、工作原理、性能和应用。（二）教学及考核内容1.半导体的光吸收特性与光电导效应，光导器件；2.半导体的光生伏特效应与光敏二极管、三极管及光敏集成器件的特点和应用；3.光量子效应与红外传感器的结构特点、工作原理及应用； 4.电荷耦合器件（CCD）的结构特点（集成化的意义）、转换原 理、电荷移位和输出特点及应用；5.光导纤维的传光模式特点，数值孔径的意义；6.光导纤维传感器的分类、结构特点、工作原理、性能和应用。第八章温度传感器（一）基本要求了解：各种温度传感器的结构特点，测温机理和应用条件。熟悉：1.半导体陶瓷材料热敏电阻的基本参数，电阻-温度特性及应用； 2.半导体温度传感器的种类、结构特点和测温机理；掌握：热电偶的基本定律和常用热电偶的选用；（二）教学及考核内容1.热电偶工作原理和热电偶的两个基本定律；2.热电偶测温电路及电位补偿方法，热电偶的应用；3.半导体陶瓷材料热敏电阻的基本参数，NTC型热敏电阻、PTC型热敏电阻、CTR型热敏电阻的导电机理与电阻-温度特性及应用；4.半导体温度传感器的种类、结构特点和测温机理；5.热电型红外温度传感器的测温机理、结构特点与应用。第九章超声波传感器（一）基本要求了解：超声波传感器的结构特点，发射电路、接收电路与成像技术。熟悉：超声波换能器的工作原理。掌握：超声波传感器的应用。（二）教学及考核内容1.压电式超声换能器的结构特点和工作原理，磁致伸缩式超声换能器的结构特点和工作原理，超声波换能器的设计选型原则；2.各种超声波流量传感器的测量流量的原理、特点及选用；3.各种超声波位移传感器的测量厚度、物位、距离等的原理及选用； 4.超声波温度传感器测量特点及应用范围；5.超声波探伤检测原理与特点，声发射探伤检测原理与特点；6.超声波传感器的发射电路与接收电路，超声波信号处理与超声成像技术。第十章信号放大电路（一）基本要求了解：各种放大器功能、电路特点与主要技术参数。熟悉：各种放大器的主要特性。掌握：选择适合放大器的原则。（二）教学及考核内容1.集成放大器的主要技术参数、基本应用电路和选用原则；2.测量放大电路基本结构和工作原理；3.程控放大器的构成和程序控制软件；4.隔离放大器的功能、特点和应用。三、本课程与其他相关课程的联系与分工本课程的先修课程主要有：普通物理学，材料力学，模拟电路等，这些课程是本课程的理论基础和技术支持。本课程又为机电一体化、数控加工技术、机器人技术等课程提供了测试与传感器技术方面的理论知识。四、实践性教学内容的安排与要求由于测试技术课程是一门实用性很强的基础技术课，因此测试与传感器技术实验是教学内容中十分重要组成部分。要求实验课和教学内容配合开设，所开实验课应不少于10学时，主要实验及要求有：1).常用传感器的静态特性实验要求：了解电涡流传感器的结构、工作原理，掌握电涡流传感器的静态特性的实验方法和实验曲线的拟合方法。2).电阻应变计的组桥及电桥和差特性实验要求：掌握电阻应变计的组桥方法，学会利用电桥和差特性实现不同受力状态的应力测量方法。3).移相器与相敏检波器应用要求：了解掌握移相器和相敏检波的工作原理及应用，能够使用实验仪器完成所要求的实验内容。4).位移的测量与标定要求：了解各种位移传感器的测量原理和使用方法，能够根据不同的位移测量需求选择不同的位移传感器进行测量。5).梁的振动实验要求：对梁的振动特性和振动参数的测量方法有一定了解，能够根据振动的具体状况选择传感器，并对测量信号进行分析处理。6).光纤传感器特性及应用实验要求：了解和掌握光纤传感器的应用领域及其用于测量位移的方法。 五、本课程在课外练习方面的要求平均每个学时一个课外练习题，约有30个习题，通过这些习题练习，提高教学质量。在实验室条件许可情况下，可以根据教学内容和某些优秀学生的需要，开设第二实验课堂，设计制作一些有新颖性的各种传感器。六、本课程在使用现代化教学手段方面的要求在传感器应用方面采用现代化教学手段十分有效，要求学校尽可能多采购这方面的教学资料和实验设备。在技术飞速发展的今天，应不断补充和更新“测试与传感器技术”课程的讲授内容和实验内容及设备，以提高教学质量。七、教材及参考书教材：张毅编.自动检测技术及仪表控制系统.参考书：1黄长艺编.机械工程测试技术基础.机械工业出版社.20002强锡富主编.传感器.机械工业出版社2000 3贾伯年编.传感器技术.东南大学出版社.1995八、本课程成绩的考查方法及评定标准本课程期终成绩由平时成绩和期末考查成绩两部分组成，平时成绩由实验课成绩和平