《传感器原理与应用》课程教学大纲.doc

传感器原理与应用课程教学大纲英文名称 Principles and Applications of Sensor一、课程说明1.课程的性质传感器原理与应用是电子科学与技术等专业的一门重要的技术基础课。本课程可为工程技术人员从事工程设计、科学研究提供必要的技术手段。2.课程的目的和任务 本课程主要介绍传统传感器的传感机理、结构、测量电路和应用方法，并对当代新型传感器的发展状况与应用作以简要介绍。本课程的任务是使电子科学与技术专业学生在传感技术方面具有较广的知识，了解工程检测中常用传感器的结构、工作原理、特性、应用及当代传感器的发展方向。使学生掌握传感器静态、动态的数学模型的推导以及系统的分析方法，并结合实际应用例，培养和锻炼学生去组建非电测量和控制系统的实际能力。3.适应专业电子信息专业、机械电子工程专业4.学时与学分 36学时，2学分5.先修课程高等数学、普通物理、工程力学、模拟电子电路、数字电子电路等。6.推荐教材传感器原理与应用（第二版） 黄贤武、郑筱霞编著 电子科技大学出版社，2001年9月参考教材：1）唐贤远等编著.传感器原理及应用 .西安：电子科技大学出版社，2000年12月2）郁有文等编著.传感器原理及工程应用. 西安：西安科技大学出版社，2000年8月3）王化祥等编著.传感器原理及应用.天津：天津大学出版社，1998年3月第二版7.主要教学方法与手段本课程在内容上应尽量联系实际，在讲解上着重物理概念的阐述，讲清结构、原理、特性，不进行复杂的数学推导，必要时直接引用公式。力求做到重点突出，由浅入深，便于学生理解、掌握和选用。 在应用方面介绍相关典型物理量测量的例子，使学生对传感器有一个实用的概念。对于更深入的问题，学生可参阅相关参考资料 。教学应以课堂讲授为主，为使学生在较少的学时内获取更多的信息，教学中应辅之以多媒体、电视教学片及各类传感器、测试仪器、测试装置等实物。为培养学生的操作技能，本课程共开设实验课8学时，具体实验内容与所需实验仪器、设备见传感器原理与应用课程实验教学大纲。8.考核方式闭卷考试。考试成绩占总成绩80，作业质量及数量占总成绩15，实验占总成绩5%。9.课外自学要求1） 生按课程进度表预习将讲授的课程内容，2）课后温习课堂讲授内容3）每次实验前，应预习实验指导书，属设计（综合）性实验的，应拟定出实验方案。4）独立完成作业及实验报告二、教学基本要求和能力培养要求1.教学的基本要求 学生按本大纲学完本课程后应对大纲规定的全部内容有系统的了解，并着重掌握以下几方面的知识：1）测量的基本知识。 2）各种常用传感器的结构、原理、特性及应用。3）工程检测中常用的测量电路及工作原理。4）传感器的静、动态特性及其标定方法。2.通过学习本课程，学生应具备以下能力能根据检测与控制的需要，正确选用传感器，组建测量和控制系统的实际技能。三、课程教学内容绪论主要介绍传感器在工程测试和控制中所起的作用，传感器的组成与分类，传感器的发展状况 。一.传感器和测量的基本知识1.教学内容 测量的定义、测量的方法和测量仪表的精确度与分辨率；传感器的静态特性和动态特性；传感器中的弹性敏感元件；传感器的组成与分类；传感器的数学模型 ；传感器的基本特性；传感器使用的工程、技术问题。2.基本要求1）了解测量的定义、概念；了解精密度、准确度、精确度的定义及其关系。2）掌握分辨率的定义和仪表精度等级的概念。2） 掌握传感器及其静态特性和动态特性的定义及其含义。3.重点传感器静态特性和动态特性的概念及静态性能指标4.难点动态特性及其性能指标的概念。二. 电阻式传感器及其应用 1.教学内容电位器式传感器的结构、用途、分类、特性和非线性；线绕电位器、电阻应变片的结构、材料、工作原理、特性，温度误差及补偿方法；测量电桥。2.基本要求 1）掌握电位器式传感器的定义、类别、工作原理和用途，一般了解线性电位器的空载和负载特性。 2）一般了解应变片的结构和分类，掌握电阻应变片的工作原理。 3）掌握电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法3） 掌握应变测量桥路的种类，电桥的工作特性。3.重点电位器式传感器、应变式传感器的工作原理及使用方法，电桥的工作特性。4.难点测量电桥的组建。三.电感式传感器及其应用 1.教学内容单线圈变隙式和差动变隙式电感传感器的结构、工作原理、测量范围、灵敏度和线性度之间的关系；电感式传感器配用测量电路及其工作原理；差动变压器式传感器定义及其结构种类、工作原理、输出特性； 螺线管式差动变压器传感器的结构、工作原理、改善线性度的方法；电涡流式传感器的分类、基本结构、工作原理及配用测量电路的工作原理。2.基本要求1）掌握单线圈电感传感器和差动式电感传感器的结构、工作原理、可测量及测量范围与灵敏度和线性度之间的关系；2）了解电感式传感器测量电路的工作原理；3）掌握差动变压器式传感器结构种类，了解其工作原理、输出特性，掌握其灵敏度与初始平衡位置的气隙大小的关系。4）一般了解差动变压器配用的差动相敏检波电路的工作原理和基本特性，差动整流电路的工作原理。5）了解电涡流式传感器的类别，掌握电涡流式传感器的基本结构、工作原理及其工作特性。 6）了解电涡流式传感器配用测量电路工作原理。3.重点四种基本形式的电感式传感器的工作原理与应用，改善线性度的方法、原理。4.难点差动相敏检波器的工作原理。四.电容式传感器及其应用1.教学内容电容式传感器的工作原理及结构形式；电容式传感器的测量电路及应用。2.基本要求1）掌握变间隙式、变面积式及变介电常数式三种电容传感器的工作原理，灵敏度与非线性误差的矛盾关系及解决办法。2）一般了解电容式传感器的优缺点，了解分布电容对其应用的影响。4） 掌握电容式传感器配用的测量电路的工作原理。3.重点电容传感器的工作原理；灵敏度与非线性误差的矛盾关系及解决办法；基本测量对象。五.光传感器及其应用1.教学内容光电效应；光电管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的结构、工作原理及光谱特性；色彩传感器及CCD 图象传感器的结构、工作原理；光栅、计量光珊和莫尔条纹的定义；莫尔条纹产生的条件和两个特点；计量光栅传感器的组成和工作原理；光纤传感器的工作原理。 2.基本要求 1）掌握光波长与光子能量的关系、外光电效应及其两个基本概念。 2）掌握光电管的结构、测量光强度的工作原理，了解光电管的光谱特性，掌握光电管光谱特性的用途、光电特性和暗电流的定义，一般了解光电倍增管的特性。 3）掌握内光电效应、光导效应原理，了解光敏电阻的结构；掌握光敏电阻的工作原理、灵敏度与暗亮电阻的关系和光电特性的特点。 4）掌握光敏二极管的结构、工作原理及光电特性。6）掌握光敏三极管的结构、工作原理及其特点(与光敏二极管的关系)。7）掌握硒、硅光电池的结构、工作原理、光电特性。8）掌握色彩传感器、CCD图像传感器（一维）的工作原理与应用。9）掌握光栅、计量光珊和莫尔条纹的定义、莫尔条纹产生的条件和两个特点，掌握计量光栅传感器的组成和工作原理。10）掌握光纤传感器的工作原理及应用。3.重点光电效应概念，光电管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的工作原理及光谱特性 ，计量光栅、色彩传感器、CCD图像传感器（一维）、光纤传感器的工作原理。 4.难点CCD图像传感器、 光栅传感器的工作原理。六.热电式传感器及其应用1.教学内容热电偶的结构、工作原理与应用；热电阻和热敏电阻的结构、工作原理及应用。 2.基本要求 1）掌握热电偶的结构、热电势产生的条件、测温原理、基本定律及使用。 2）掌握热电阻、热敏电阻的工作原理及工作特性。3.重点热电偶、热电阻、热敏电阻的工作原理及其应用。4.难点热电偶的使用。七.压电式传感器及其应用1.教学内容压电效应，压电材料；压电式传感器测量电路；压电式传感器应用举例。2.基本要求掌握压电效应原理、压电元件的等效电路和后续放大电路的选用及不同放大器的应用特点。3.重点压电传感器的应用。4.难点压电元件等效电路的分析。八.霍尔传感器及其它磁传感器1.教学内容霍尔效应；磁敏二极管、磁敏三极管、霍尔传感器及磁敏元件的工作原理及应用。2.基本要求掌握霍尔效应原理，了解磁敏元件的工作原理，掌握霍尔传感器及磁敏元件的几个应用。3.重点霍尔传感器及磁敏元件的应用。4.难点磁敏元件的工作原理九.传感器的标定1.教学内容静态标定的基本方法；动态标定的基本方法。2.基本要求掌握传感器静态标定和动态标定的基本方法。3