电子传感器课程标准.doc

传感器技术及应用课程标准课程编码： 课程类别：主干专业基础课程适用专业：应用电子技术 授课单位：应用电子技术教研室学时：52学时 编写执笔人及编写日期：学分： 审定负责人及审定日期：1、课程定位和课程设计1. 1课程性质与作用课程是应用电子技术专业的专业基础课程，本课程主要研究各类传感器的机理、结构、测量电路和应用方法，主要包括常用传感器、近代新型传感技术及信号调理电路等。是学科整合课程。 “传感器技术及应用”是应用电子技术专业的一门主干专业基础课程，狭义讲，传感器是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成便于处理和传输的电量的器件或装置。是非电量电测法的桥梁和纽带，在当今信息时代中， 随着自动测控系统的发展，对传感技术的依赖程度愈来愈大，没有传感器也就没有现代化的自动检测和控制系统。前导课程：电工学、数字电子技术、模拟电子技术、高频电子线路等后继课程：电子测量技术、智能仪器等1.2课程设计思路本课程组教师与行业、企业专家密切合作，在大量征求周边行业、企业专家意见的基础上，以企业需求和学生就业为导向，确定该课程的内容。以专业能力、方法能力、社会能力的培养为重点，充分体现教学内容的职业性能。2、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下教学目标：知识目标:掌握测量及误差等理论知识掌握常用传感器的基本工作原理、性能特点及使用方法掌握常用的信号处理方法及智能仪表典型信号处理方法了解抗干扰方面的基本知识了解检测技术的新发展能力目标：能够根据检测要求，合理的选用传感器及信号调理电路，能对电子设备中的传感器进行调试和维护素质目标:具有自主学习及自学能力具有强烈的事业心和严谨的工作作风善于与人交流合作3、课程内容与教学要求 课程内容按照每次课的时间来考虑，分为19个单元，每个单元2个学时。第一单元 传感器概述（一）教学内容传感器的定义、组成及分类、敏感元件、传感元件，转换电路，自动检测系统组成、应用领域和发展趋势。（二）教学目的 通过本节教学，使学生了解传感器的组成、分类、发展趋势，了解自动检测系统组成、应用领域和发展趋势。理解传感器的定义（三）教学基本要求 1理解传感器的定义。2了解传感器组成及分类3. 了解自动检测系统组成、应用领域和发展趋势。（四）教学重点和难点重点：传感器的组成和分类难点：传感器的定义（五）教学方法建议 可采用实物演示的教学手段。第二单元 传感器的一般特性（一）教学内容传感器静态特性和动态特性的定义，静态特性：线性度、灵敏度、迟滞、 重复性、 零点漂移、 温度漂移。（二）教学目的 通过本节教学，使学生掌握传感器及其静态特性和动态特性的定义、静态特性指标名称、线性度和灵敏度的定义，了解传感器迟滞、重复性等技术指标。（三）教学基本要求 1掌握传感器及其静态特性和动态特性的定义2掌握线性度、灵敏度的定义3. 了解传感器迟滞、重复性等技术指标。（四）教学重点和难点重点：传感器的静态特性难点：传感器及其静态特性和动态特性定义（五）教学建议与说明 由于本章是前言性质的内容，不要讲述过于深奥的理论知识，应该把抽象的内容具体化，便于学生理解和接受。 第三单元 应变式电阻传感器（一）教学内容 电阻应变片的结构、材料、工作原理、特性、参数、温度误差、补偿方法、测量电桥等；（二）教学目的和任务 通过本节教学，使学生了解电阻应变式传感器的结构，掌握其工作原理和工作特性，掌握信号测量电路电桥。（三）教学基本要求 1掌握应变片式传感器的组成及各部分的作用2了解应变片式传感器的结构和分类。3了解电阻应变片式传感器的工作原理4掌握电阻应变片灵敏系数和横向效应的定义、主要参数的名称及初始电阻和允许工作电流的定义、常用的初始电阻值5掌握电阻应变片式传感器产生温度误差的主要原因及线路补偿方法(结构和电路接法)（四）教学重点和难点 重点：电阻应变片的测量电路（电桥）难点：电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法（五）教学建议与说明可采用动画演示来帮助学生理解应变片式传感器的工作原理。第四单元 压阻式传感器（一）教学内容 压阻式传感器的结构、材料、工作原理、特性、温度误差补偿等（二）教学目的和任务 通过本节教学，使学生了解压阻式传感器的结构，掌握其工作原理和工作特性，掌握信号测量及补偿电路。（三）教学基本要求 1掌握压阻式传感器的组成及各部分的作用2了解压阻式传感器的结构和分类3了解压阻式传感器的工作原理4掌握压阻式传感器产生误差的主要原因及线路补偿方法（四）教学重点和难点 重点：压阻式传感器误差来源及线路补偿方法难点：压阻式传感器误差线路补偿方法（五）教学建议与说明注意区分电阻应变式与压阻式传感器的差异。第五单元 电涡流式传感器（一）教学内容 电涡流传感器的工作原理、电涡流强度、测量电路。（二）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握电涡流传感器的工作原理、电涡流强度与距离(线圈与被测导体之间)的关系、测量位移时得到较好线性度和灵敏度的条件。（三）教学基本要求 1掌握电涡流式传感器的基本结构及其与被测体经成测量系统的依赖关系2掌握电涡流传感器的工作原理、电涡流强度与距离(线圈与被测导体之间)的关系、测量位移时得到较好线性度和灵敏度的条件3了解电涡流式传感器用于位移测量，并配用定频调幅式测量电路的（四）教学重点和难点 重点：电涡流式传感器的工作原理及测量电路难点：电涡流式传感器的工作原理及测量电路（五）教学建议与说明 第六单元 电容式传感器 （一）教学内容 电容式传感器的结构原理及结构形式、电容式传感器的等效电路、电容式传感器的信号调节电路、影响电容式传感器精度的因素及提高精度的措施、电容式传感器的应用。（二）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握电容式传感器的结构形式及工作原理，掌握电容式传感器的信号调理电路，了解影响电容式传感器精度的因素及提高精度的措施。（三）教学基本要求 1掌握电容传感器的定义2掌握变间隙式电容传感器的工作原理、灵敏度与非线性误差的解决办法3掌握测量介质介电常数变化和介质的厚度变化的变介电常数式电容传感器原理图4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（四）教学重点和难点 重点：电容式传感器的工作原理、等效电路，电容式传感器的信号调节电路难点：电容式传感器的工作原理、等效电路，电容式传感器的信号调节电路（五）教学建议与说明 电容式传感器广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，且逐步应用于压力、压差、液面、料面、成分含量等方面的测量。多举实例使学生初步掌握电容式传感器的原理及应用。第七单元 光电效应和光电器件（一）教学内容外光电效应、光电管的结构、测量光强度的工作原理、光电阴极材料、光电管的光谱特性、光电特性和暗电流、光电倍增管的结构图、光电倍增管的特性、内光电效应、光导效应(本征和非本征)、光敏电阻的结构、光敏电阻的工作原理、光敏二极管的结构、工作原理（二）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握光电效应原理，掌握光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管和晶体管等光电器件的结构和工作原理；使学生初步了解光电式传感器的原理及应用；（三）教学基本要求 1掌握外光电效应、光电管的结构、测量光强度的工作原理、光电阴极材料的重要性2掌握内光电效应、光导效应(本征和非本征)3了解半导体产生光导效应的临界光波长的限制4掌握硅光电池的结构、工作原理、光电特性5了解光敏电阻的结构,掌握光敏电阻的工作原理6掌握光敏二极管、光敏三极管的结构、工作原理、光电特性的特点（四）教学重点和难点 重点：外光电效应、内光电效应、光导效应，光电管的结构、测量光强度的工作原理难点：外光电效应、内光电效应、光导效应（五）教学建议与说明 光电式传感器是依据光电效应、利用光电器件将光学量转换成电学量的传感器。本章在阐述光电效应原理的基础上，重点介绍光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管等光电器件的应用实例，使学生初步了解光电式传感器的原理及应用第八单元 光电编码器（一）教学内容光电编码器的工作原理、应用领域（二）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握光电编码器的结构和工作原理；使学生初步了解光电编码器应用；（三）教学基本要求 1掌握光电编码器的结构和工作原理2了解光电编码器应用（四）教学重点和难点 重点：掌握光电编码器的结构和工作原理难点：掌握光电编码器的辨向原理（五）教学建议与说明 第九单元 光纤传感器（一）教学内容光导纤维的结构和导光原理、光导纤维的主要参数、光纤传感器结构原理、分类、特点及应用（二）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握光导纤维的结构和导光原理，了解光导纤维的主要参数及分类，了解光纤传感器结构和工作原理。（三）教学基本要求 1掌握光导纤维的结构和导光原理2了解光导纤维的主要参数及分类3. 了解光纤传感器结构和工作原理。（四）教学重点和难点 重点：光导纤维的结构和导光原理难点：光纤传感器结构和工作原理（五）教学建议与说明 光纤传感器种类多， 可采用比较的方法，来了解各类传感器的结构和工作原理第十单元 光栅传感器（一）教学内容光栅传感器的结构，莫尔条纹形成的原理，莫尔条纹技术的特点、光栅的光路、光栅传感器辨向原理、细分技术（二）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握光栅传感器的结构和工作原理，理解光栅传感器的细分技术。（三）教学基本要求 1掌握光栅传感器的结构和工作原理2理解光栅传感器辨向原理3. 理解光栅传感器的细分技术。（四）教学重点和难点 重点：光栅传感器的工作原理难点：光栅传感器的工作原理及细分技术（五）教学建议与说明 光栅传感器的工作原理较难理解，可采用动画演示的方法，方便学生理解。第十一单元 磁电式传感器（一）教学内容动圈式磁电传感器和磁阻式磁电传感器的工作原理和结构、信号调节电路、频率响应特性（二）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握动圈式磁电传感器和磁阻式磁电传感器的工作原理和结构、信号调节电路、频率响应特性；使学生初步了解磁电式传感器的原理及应用。（三）教学基本要求 1掌握动圈式磁电传感器的工作原理和结构、信号调节电路、频率响应特性2掌握磁阻式磁电传感器的工作原理和结构、信号调节电路、频率响应特性（四）教学重点和难点 重点：动圈式磁电传感器和磁阻式磁电传感器的工作原理和结构、信号调节电路、频率响应特性难点：动圈式磁电传感器和磁阻式磁电传感器的信号调节电路（五）教学建议与说明 磁电式传感器也称为电磁感应传感器，是基于电磁感应原理，将运动速度转换成线圈中的感应电动势的传感器。在教学时应先熟悉电磁感应。第十二单元 霍尔传感器（一）教学内容霍尔效应、霍尔电势大小的因素、霍尔元件外形结构、基本测量电路（二）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握霍尔式传感器的工作原理和结构、信号调节电路、频率响应特性；使学生初步了解磁电式传感器的原理及应用。（三）教学基本要求 1掌握霍尔效应的物理解释2了解影响霍尔电势大小的因素 3掌握霍尔元件外形结构、基本测量电路4熟悉用霍尔元件测量微位移的原理（四）教学重点和难点 重点：霍尔效应、霍尔元件基本测量电路难点：霍尔效应、霍尔元件基本测量电路（五）教学建议与说明 可采用动画演示的方法帮助学生理解霍尔效应第十三单元 压电式传感器（一）教学内容压电式传感器的工作原理、压电材料、压电式传感器的等效电路、压电式传感器的信号调节电路。（二）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握压电式传感器的工作原理，掌握压电式传感器的等效电路和信号调节电路等，使学生初步掌握压电式传感器的原理及应用。（三）教学基本要求 1掌握压电效应、石英晶体的纵向压电效应的定义2掌握影响石英晶体表面电荷密度大小的因素3掌握压电陶瓷的构成、极化处理、工作原理、压电陶瓷式传感器的优点4掌握压电元件的等效电路和电荷放大电路5了解压电式传感器的几种应用、优缺点和预载概念（四）教学重点和难点 重点：压电式传感器的工作原理、等效电路、信号调节电路难点：压电式传感器等效电路、信号调节电路（五）教学建议与说明 压电式传感器是基于某些电介质材料的压电材料，它是典型的有源传感器。本章着重是压电晶体和压电陶瓷两类压电材料。第十四单元 电阻式温度传感器（一）教学内容热电阻效应及其原理、常用热电阻的类型和测量范围及其初始电阻数值、热敏电阻的分类及特点（二）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握热电阻的工作原理、结构及应用，熟悉热敏电阻分类及特点；使学生了解热电式传感器的原理及应用。（三）教学基本要求 1了解热电阻效应及其原理2了解常用热电阻的类型和测量范围及其初始电阻数值3掌握热电阻测温原理、测温线路及其在桥路中的接线方法(电路图)4了解热敏电阻的分类及特点 （四）教学重点和难点 重点：热电阻测温原理、测温线路及其接线方法；难点：热电阻的测量电路（五）教学建议与说明 可采用举例分析的方法讲解第十五单元 热电偶（一）教学内容热电偶、热电效应、热电偶的组成及其产生的条件、热电偶的测温原理、中间导体定律 热电偶的优点、热电偶按结构划分的种类（二）教学目的和任务 通过本节教学，使学生掌握热电偶冷端补偿方法；了解热电偶的工作原理原理、分类及应用。（三）教学基本要求 1掌握热电偶、热电效应及热端和冷端的定义 2掌握热电偶的组成及其产生的条件、热电偶的测温原理、中间导体定律 3掌握选用热电极材料的规律、选用标准、热电偶的优点、热电偶按结构划分的种类4. 掌握热电偶的冷端补偿方法（四）教学重点和难点 重点：热电偶的测温原理、中间导体定律、热电偶的冷端补偿难点：热电偶的测温原理、中间导体定律（五）教学建议与说明可采用举例分析的方法讲解第十六单元 非接触式测温（一）教学内容热辐射基本定理、光学高温计、光电高温计、辐射温度计、比色温度计（二）教学目的和任务 通过本章教学，使学生了解热辐射基本定理、了解光学高温计、光电高温计、辐射温度计、比色温度计工作原理（三）教学基本要求 1了解热辐射基本定理2了解光学高温计、光电高温计、辐射温度计、比色温度计工作原理（四）教学重点和难点 重点：难点：（五）教学建议与说明第十七单元 超声波传感器（一）教学内容超声波的基本特性及物理性质、超声波传感器的结构及应用。（二）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握超声波基本结构和工作原理，熟悉它的应用。（三）教学基本要求 3掌握超声波的基本特性及物理性质4了解超声波传感器的结构（四）教学重点和难点 重点：超声波基本特性难点：超声波基本特性（五）教学建议与说明 本章内容较多，涉及大学物理知识较多，应布置学生复习相关知识。第十八单元 激光传感器（一）教学内容激光器及其特性、激光传感器的应用。（二）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握激光传感器的基本结构和工作原理。（三）教学基本要求 1了解激光的特性，熟悉激光器及其特性（四）教学重点和难点 重点：激光的特性难点：激光的特性（五）教学建议与说明 本章内容较多，涉及大学物理知识较多，应布置学生复习相关知识。第十九单元 流量检测（一）教学内容流量测量的基本概念、流量检测的方法和分类，差压式流量计、电磁流量计、涡轮流量计、涡街流量计 、超声流量计的工作原理和使用注意事项。（二）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握流量测量的基本概念，流量检测的方法和分类，理解压式流量计、电磁流量计、涡轮流量计、涡街流量计 、超声流量计的工作原理。掌握它们的使用注意事项（三）教学基本要求 1掌握流量测量的基本概念，流量检测的方法和分类2. 理解压式流量计、电磁流量计、涡轮流量计、涡街流量计 、超声流量计的工作原理3. 掌握各类流量计的使用注意事项（四）教学重点和难点 重点：流量测量的基本概念，流量检测的方法和分类难点：压式流量计、电磁流量计、涡轮流量计、涡街流量计 、超声流量计的工作原理（五）教学建议与说明 本章内容较多，涉及大学物理知识较多，应布置学生复习相关知识。三、实验（实践）环节及要求 实验一 金属箔式应变片电桥性能试验（2学时）要求：1熟悉传感器实验台2完成单臂电桥，全桥差动形式的电路连接。3实验并分析讨论实验结果，完成实验报告实验二 差动变压器的性能实验（2学时）要求：1观察差动变压器（电感式传感器）的结构2完成传感器的安装、测量电路的连接、检查正确性 3实验并分析讨论实验结果，完成实验报告第三次实验 电容式传感器位移特性实验（2学时）1观察电容式传感器的结构2完成传感器的安装、测量电路的连接、检查正确性3实验并分析讨论实验结果，完成实验报告第四次实验 热电阻、热电偶测温实验（2学时）要求： 1熟悉热电偶、热电阻的结构和特性2完成热电偶、热电阻的安装、电路连接、并正确设置控制台的报警温度3实验并分析讨论实验结果，完成实验报告第