《传感器原理及检测技术》教学大纲.doc

2001 年传感器原理及检测技术教学大纲 第一节 课程的目的与任务 本课程是测控技术与仪器、电子信息工程、电气工程及自动化等专业的一门专业基础课程及电子科学与技术专业的选修课程。它以各类传感器的工作机理为线索，详细介绍了各类传感器的工作原理、基本结构、相应的测量电路和在各个领域中的应用，使学生掌握传感器的使用方法和设计要点的基本技能。 第二节 课程的基本要求 了解在各个领域中的传感器的作用，掌握传感器的定义、组成、分类和发展动向。 了解传感器的动特性，掌握传感器的静特性和技术指标。 掌握应变效应、压阻效应、金属丝灵敏系数和应变片灵敏系数、电阻式传感器的工作原理及应用。 了解电感式传感器的电感计算、特性分析及设计方法，掌握其工作原理、灵敏度定义及零残电压产生的原因和减小措施；了解电涡流和压磁传感器及感应同步器。 掌握电容传感器的工作原理、类型、特点、设计要点及应用，并掌握力平衡式传感器的工作原理及特点。 掌握磁敏传感器的种类、霍尔传感器的工作原理、误差和补偿方法及应用，并掌握磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏三极管和磁栅传感器的工作原理。 掌握压电式传感器的压电效应、等效电路、测量电路及其应用。 掌握各种光电效应、光电器件工作原理和应用、光纤传感器特点和类型，了解光栅和激光传感器原理及应用。 掌握热电效应、热阻效应、热电回路定律、热电偶冷端补偿的方法及热电阻测量电路原理，了解其他温度传感器原理及使用方法。 第三节 课程的教学内容 绪论：传感器的作用、定义、组成、分类、改善性能途径及发展趋势。 传感器的一般特性：传感器的静特性、动特性和技术指标。 电阻式传感器：应变式传感器和压阻式传感器。 电感式传感器：自感和互感传感器、电涡流和压磁传感器及感应同步器。 电容式传感器：工作原理、类型、特点、设计要点及应用，容栅传感器和力平衡式电容传感器。 磁敏传感器：磁敏传感器的种类、磁电感应传感器、霍尔传感器、磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏三极管和磁栅传感器。 压电式传感器：压电效应、压电材料、压电元件的结构形式、等效电路与测量电路。 光电式传感器：光源、光电器件、光纤传感器、光栅传感器和激光传感器。 热电式传感器：热电偶传感器、热电阻传感器、热敏电阻传感器和其他温度传感器。 第四节 课程内容的重点及难点 本课程的重点是掌握电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、磁敏传感器、压电式传感器、光电式传感器和热电式传感器的工作原理、类型、特点、设计要点及典型应用。其难点是理解各种传感器的工作原理和数学模型。 第五节 与各课程的联系 1 、普通物理课程应为本课程的先本科程行课程。 2 、信号与系统课程应为本课程的先行课程。 3 、模拟电子技术课程应为本课程的先行课程。 第六节 实验项目 本科程是一门应用范围广、实践性强的多学科知识综合的课程。通过实验增加学生对所学内容的感性认识，因此安排如下实验项目。 电阻传感器：应变片性能测试和单臂、半桥、全桥比较。 电感传感器：差动变压器性能测试和零点残余电压的补偿。 电涡流传感器：静态标定和被测体材料对其特性的影响。 电容传感器：差动面积型传感器的静态及动态特性。 磁电传感器：磁电传感器性能测试和霍尔器件直流静态位移特性。 压电传感器：压电传感器的动态响应和引线电容对电压放大器的影响。 光电传感器：光敏三极管和光敏电阻的性能测试。 热电传感器：热电偶的原理及现象和热敏电阻的性能测试。 第七节 讲课学时及实验学时分配 表 1-1 讲课学时分配表 序号 内 容 讲课时数（含习题） 一 绪论 2 二 传感器的一般特性 4 三 电阻式传感器 6 四 电感式传感器 6 五 电容式传感器 6 六 磁敏传感器 6 七 压电式传感器 4 八 光电式传感器 4 九 热电式传感器 6 十 其他新型传感器 4 总 计 48 表 1-2 实验学时分配表 序 号 内 容 学时数 一 应变片性能测试和单臂、半桥、全桥比较 2 二 差动变压器性能测试和零点残余电压的补偿 2 三 静态标定和被测体材料对其特性的影响 2 四 差动面积型传感器的静态及动态特性 2 五 磁电传感器性能测试和霍尔器件直流静态位移特性 2 六 压电传感器的动态响应和引线电容对电压放大器的影响 2 七 光敏三极管和光敏电阻的性能测试 2 八 热电偶的原理及现象和热敏电阻的性能测试 2 合 计 16 第八节 教材与参考书 教材：传感器（第 3 版）机械工业出版社 强锡富主编 参考书： 1 、地学传感器原理与应用刘希芳、王君主编 地质出版社 2 、传感器原理及应用王化祥 张淑英编著 天津大学出版社 3 、传感器例题与习题集王其生编著 机械工业出版社 4 、传感器原理及应用实例黄继昌 徐巧鱼 人民邮电出版社 5 、传感器接口与检测仪器电路吕俊芳编著 北京航空航天大学出版社 2005 年传感器原理及检测技术教学大纲 第一节 课程的目的与任务 本课程是测控技术与仪器、电子信息工程、电气工程及自动化等专业的一门专业基础课程及电子科学与技术专业的选修课程。它以各类传感器的工作机理为线索，详细介绍了各类传感器的工作原理、基本结构、相应的测量及检测电路和在各个领域中的应用，使学生掌握传感器的使用方法和设计要点的基本技能。 第二节 课程的基本要求 了解在各个领域中的传感器的作用，掌握传感器的定义、组成、分类和发展动向。掌握传感器的静特性、动特性和技术指标。 掌握磁敏传感器的种类、霍尔传感器的工作原理、误差和补偿方法及应用，并掌握磁敏电阻、磁敏二极管和磁敏三极管的工作原理。了解质子旋进式磁敏传感器、光泵式磁敏传感器、 SQUID 磁敏传感器、磁通门式磁敏传感器、感应式磁敏传感器、机械式磁敏传感器的工作原理及特点。 掌握热电效应、热阻效应、热电回路定律、热电偶冷端补偿的方法及热电阻测量电路原理，了解单总线数字温度传感器、热电阻等其他温度传感器工作原理、特点及使用方法。 掌握各种光电效应定义及所对应的光电传感器、掌握光电管、光电倍增管、光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管等光电器件的工作原理、特点和应用场合。 掌握应变效应、压阻效应、金属丝灵敏系数和应变片灵敏系数、电阻式传感器的工作原理及应用。了解电感式传感器的电感计算、特性分析及设计方法，掌握其工作原理、灵敏度定义及零残电压产生的原因和减小措施；了解电涡流和压磁传感器及感应同步器。掌握电容传感器的工作原理、类型、特点、设计要点及应用。掌握压电式传感器的压电效应、等效电路、测量电路及其应用。 了解光纤传感器、湿敏传感器和气敏传感器的工作原理、特点和类型及应用。 掌握传感器信息融合的一般方法和分类，了解常用传感器信息融合的结构和应用场合及发展趋势。 掌握常用传感器检测电路种类、各自特点及应用场合。 掌握现代传感器检测系统的组成框图及各部分的作用，了解各种总线技术特点、虚拟仪器和网络化检测仪器的概念及发展趋势。 第三节 课程的教学内容 绪论：传感器的作用、定义、组成、分类、改善性能途径及发展趋势。传感器的静特性、动特性和技术指标。 磁敏传感器：磁敏传感器的种类、质子旋进式磁敏传感器、光泵式磁敏传感器、 SQUID 磁敏传感器、磁通门式磁敏传感器、感应式磁敏传感器、机械式磁敏传感器、霍尔传感器、磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏三极管等磁敏传感器。 热电式传感器：热电偶传感器、热电阻传感器、热敏电阻传感器和其他温度传感器。 光电式传感器：光源、光电器件、光纤传感器、光栅传感器和激光传感器。 电阻式传感器：应变式传感器和压阻式传感器。电感式传感器：自感和互感传感器、电涡流和压磁传感器及感应同步器。电容式传感器：工作原理、类型、特点、设计要点及应用，容栅传感器和力平衡式电容传感器。压电式传感器：压电效应、压电材料、压电元件的结构形式、等效电路与测量电路。 其他种类的传感器：光纤传感器、湿敏传感器和气敏传感器的工作原理、特点和类型及应用 多传感器信息融合技术：传感器信息融的分类和结构、一般方法和实例。 检测电路：电压和电流放大电路、测量电桥及放大电路、低漂移直流放大器、高输入阻抗放大器和低噪声放大电路。 现代检测系统：计算机检测系统的基本组成、总线技术、虚拟仪器和网络化检测仪器。 第四节 课程内容的重点及难点 本课程是传感器的定义、组成、发展趋势和各种传感器所基于的效应及其工作原理与应用。难点在于本科程是集电学、光学、物理、化学、数学、力学、微电子学、机械、工艺和加工等于一体以及构造各种传感器的数学模型。 第五节 与各课程的联系 1 、普通物理课程应为本课程的先本科程行课程。 2 、信号与系统课程应为本课程的先行课程。 3 、模拟电子技术课程应为本课程的先行课程。 4 、电磁场理论课程应为本课程的先行课程。 第六节 实验项目 本课程是一门应用范围广、实践性强的多学科知识综合的课程。通过实验增加学生对所学内容的感性认识，因此安排如下实验项目。 电阻传感器：应变片性能测试和单臂、半桥、全桥比较。 电感传感器：差动变压器性能测试和零点残余电压的补偿。 电涡流传感器：静态标定和被测体材料对其特性的影响。 电容传感器：差动面积型传感器的静态及动态特性。 磁电传感器：磁电传感器性能测试和霍尔器件直流静态位移特性。 压电传感器：压电传感器的动态响应和引线电容对电压放大器的影响。 光电传感器：光敏三极管和光敏电阻的性能测试。 热电传感器：热电偶的原理及现象和热敏电阻的性能测试。 第七节 讲课学时及实验学时分配 表 1-1 讲课学时分配表 序号 内 容 讲课时数（含习题） 一 绪论 6 二 磁敏传感器 8 三 温度传感器 4 四 光敏传感器 4 五 力敏传感器 12 六 其它种类的传感器 6 七 多传感器信息融合技术 4 八 检测电路 4 九 现代检测系统 4 总 计 52 表 1-2 实验学时分配表 序 号 内 容 学时数 一 应变片性能测试和单臂、半桥、全桥比较 2 二 差动变压器性能测试和零点残余电压的补偿 2 三 静态标定和被测体材料对其特性的影响 2 四 差动面积型传感器的静态及动态特性 2 五 磁电传感器性能测试和霍尔器件直流静态位移特性 2 六 压电传感器的动态响应和引线电容对电压放大器的影响 2 七 光敏三极管和光敏电阻的性能测试 2 * 八 热电偶的原理及现象和热敏电阻的性能测试 2 * 九 用