《医用传感器原理及应用》教学大纲

《医用传感器原理及应用》教学大纲

适用范围：202X版本科人才培养方案

课程代码：06140981

课程性质：专业必修课

学分：3学分

学时：48学时（理论40学时，实验8学时）

先修课程：大学物理、电路分析基础、模拟电子技术等

后续课程：医学图像处理、医学仪器原理及设计等

适用专业：医学信息工程

开课单位：电子信息工程学院

一、课程说明

《医用传感器原理及应用》是医学信息工程专业必修的一门专业课程。本课程主要传授

各类传感器原理与应用特点，为学习其他有关课程及以后从事技术工作打下必要的基础。本

课程注重基本原理的掌握，强调培养学生运用原理解决合理选择和使用传感器实际问题的能

力，并兼顾传感器发展动向的介绍。医用传感器是获取生物信息的窗口，医用传感渊技术的

发展必将成为对21世纪影响深远的技术。

二、课程目标

通过本课程的学习，使学生达到如下目标：

课程目标1：掌握各类医用传感器的基本理论，掌握几何量、机械量及有关测量中常用

的各种医用传感器的工作原理、主要性能及其特点，培养学生“一丝不苟、精益求精”的职

业素养°

课程目标2：掌握常月医用传感器的工程设计方法和实验研究方法。了解医用传感器的

发展动向，培养学生良好的交流、沟通、与人合作的能力。

课程目标3：理解有关的国家标准、行业标准、企业标准、法律法规以及相关知识产权、

行业政策，根据需求能合理地选择和使用医用传感器，了解医用传感器前沿技术，鼓段学生

为我国的医学信息事业发展贡献力最。

三、课程目标与毕业要求

《医用传感器原理及应用》课程教学目标对医学信息工程专业毕业要求的支撑见表1。

表1课程教学目标与毕业要求关系

支撑

毕业要求指标点课程目标

强度

1.工程知识1.3掌握医学信息T程课程目标1：掌握各类医用传感M

所需的专业知识，并能器的基本理论，掌握几何量、机

将其综合应用于解决械量及有关测量中常用的各种医

复杂医学信息工程问用传感器的工作原理、主要性能

题。及其特点，培养学生“一丝不苟、

精益求精”的职业素养。

2.问题分析2.2能够应用数学、自课程目标2：掌握常用医用传感

然科学基本原理，对复器的工程设计方法和实验研究方

杂医学信息工程问题法。了解医用传感器的发展动向，

进行表述。

培养学生良好的交流、沟通、与

H

人合作的能力。

5.使用现代工具

5.1能够了解和合理选课程目标3：理解有关的国家标

择现代医学信息工程准、行业标准、企业标准、法律

的技术资源和现代工

法规以及相关知识产权、行业政

程工具、信息技术工

策，根据需求能合理地选择和使M

具，解决亚杂医学信息

工程问题并理解其局用医用传感器，了解医用传感器

限性。前沿技术，鼓励学生为我国的医

学信息事业发展贡献力量。

7.环境可持续发展课程目标3：理解有关的国家标

7.1树立科学发展观，

了解国家、地方关于环准、行业标准、企业标准、法律

境保护和社会可持续法规以及相关知识产权、行业政

发展的相关政策法规，策，根据需求能合理地选择和使

M

认识和理解其对专业用医用传感器，了解医用传感器

领域发展的导向和意前沿技术，鼓励学生为我国的医

义。

学信息事业发展贡献力量。

注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。

四、教学内容、基本要求与学时分配

1.理论部分

理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。

表2教学内容、基本要求与学时分配

理论实验对应的课

教学内容教学要求，教学重点难点

学时学时程目标

1.绪论

教学要求:使学生掌握医用传感器的定义、

1.1传感器的作用

构成、用途及分类；了解医用传感器的、

1.2医用传感器的

性能要求和发展。21、3

定义、构成、用途及

重点：医用传感器的构成、用途和分类。

分类

难点：医用传感器的性能要求。

1.3医用传感器应

具有的性能和特殊

要求

1.4医用传感器的

发展

2.传感器的基本特

性教学要求：使学生掌握医用传感器静态特

2.1传感器的静态性的具体参数和动态特性的衡量指标。了

特性解动态特性的分析方法。11、3

2.2传感器的动态重点：医用传感器的静态特性.

特性及其分析难点：医用传感器的动态特性。

2.3传感器的误差

3.应变式电阻传感教学要求:使学生掌握应变片的工作原理、

器转换电路的形式和计算方法，温度误差与

3.1金属电阻应变补偿。理解应变片的主要特性，应变式传

式传感器感器的医学应用举例、压阻式和电位器式

3.2半导体固态压传感器的工作原理。了解应变片类型、粘

621、2、3

阻式传感器贴工艺。

3.3电阻式传感器重点：电阻式传感器的工作原理，直流电

的测量及接口电路桥的计算。

3.4应变式电阻传难点：电阻式传感器的测量电路，温度误

感器的医学应用差的补偿方法。

4.电容式传感器

4.1基本工作原理、

结构及特点

4.2电容式传感器教学要求：使学生掌握电容式传感器工作

的测量电路原理和结构类型，电容式传感器的特点和

4.3电容式传感器误差分析。理解也容式传感器的医学应用。4】、3

的误差分析重点：工作原理、特点和应用注意事项。

4.4电容式传感器难点：电容式传感的测量电路。

的医学应用

电感式传感器

5.教学要求：使学生掌握自感式传感器的工

自感式传感器

5.1作原理、设计原则，差动变压器式传感器

互感式传感器

5.2工作原理，主要误差及其补偿方法，电泯

电涡流式变换

23流式传感器工作原理。理解自感式传感器

原理

特性分析、等效电路、转换电路，电涡流

测量电路421、2、3

5.4形成范围。了解差动变压器式传感器的转

电感式传感器

5.5换电路，电涡流式传感器转换电路及其应

的应用

用。

重点：零点残余电压及其补偿方法。

难点：自感式传感器的设计原则。

6.压电式传感器

6.1压电效应

6.2压电材料及主教学要求：掌握压电效应及其物理解释，

要性能参数压电元件常用结构形式，测量电路。了解

6.3压电传感器的压电材料及主要特性、应用举例。超声波

等效电路和测量电传感器、探伤仪，无损检测。421、2、3

路重点：压电效应、测量电路。

6.4压电传感器的难点：压电效应的物理解释、电荷放大器

应用与电压放大器的对比。

7.磁传感器

磁电式传感器

7.1教学要求：掌握磁电式传感器工作原理，

电磁流量计

7.2霍尔式传感器工作原理、误差及其补偿。

7.3霍尔传感器

理解磁电式传感器的设计，霍尔元件及材

其他类型的磁

7.4料，霍尔元件基本特性。了解磁电式、霍

传感器321、2、3

尔式传感器的应用。

7.5磁传感器的生

重点：霍尔式传感器工作原理，误差及补

物医学应用

偿。

难点：磁传感器的设计。

8.热电式传感器

8.1热敏电阻式传

感器

8.2热电偶式传感

耀教学要求：掌握热电偶工作原理，冷端处

8.3晶体管与集成理方法。了解常用热电偶，热电阻传感器、

温度传感器热敏电阻。41、3

8.4非接触式温度重点：热电偶。

传感器难点：热电效应。

8.5其他类型的温

度传感器

8.6热电式传感器

的医学应用

9.光学传感器

光电传感器

9.1教学要求：掌握光电效应及其器件，半导

光电耦合器件

9.2体光电元件的特性,掌握光纤的基本原理、

9.3红外传感器

光纤传感器的基本原理。掌握红外辐射的

光纤传感器

9.4基本知识，红外传感器的工作原理，了解

器件及其应41、3

9.5CCD红外测温、红外成像、红外无损枪测等。

用

重点：光电效应，红外传感器的工作原理，

光纤传感器的基本原理，CCD传感器。

难点：光调制技术，CCD的电荷耦合过程。

10.化学传感器

10.1电化学测量基

础

教学要求：使学生掌握常见的气敏传感器

离子传感器

10.2的种类及应用场合；掌握常见的湿敏传感

气体传感器

10.3器的种类及测量方法。

光纤化学传感31、3

10.4重点：气敏、湿敏传感器的工作原理。

器

难点：气敏、湿敏传感器的种类及测量电

压电化学传感

10.5路。

器

11.生物医用电极

11.1电极的基本概

念

11.2电极的极化

教学要求：使学生掌握电极的基本概念、

11.3极化电极与非

分类；了解电极的阻抗特性、微电极。

极化电极21、3

重点：电极的基本概念、分类。

11.4电极的阻抗特

难点：电极的阻抗特性、微电极。

性

11.5检测电极和刺

激电极

11.6微电极

12.生物传感器

12.1概述

12.2生物敏感膜和

敏感元件的制备技

教学要求:使学生了解生物传感器的概念、

术

特点、分类和应用，了解生物传感器的分

12.3酶生物传感器

类方法和适用场合。31、3

12.4微生物和组织

重点：生物传感器的概念。

及细胞器传感器

难点：生物传感器的工作原理。

12.5免疫传感器

12.6基因传感器

12.7新型的生物传

感器

合计408

2.实验部分

实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。

表3实验项目、实验内容与学时

对应的课

实验项目实验内容和要求实验学时

程目标

实验内容：应变片单臂、半桥、全桥测试。

实验要求：了解电阻应变片传感器的转换

1.电阻应变片特性

原理；掌握电阻应变片直流电桥的工作原21、2、3

实验

理和特性；利用电阻应变片直流电桥测量

传感器的电压输出灵敏度。

实验内容：使用压电传感器测量振动。

2.压电传感器振动

实验要求：了解压电传感器的测量振动原21、2、3

测量实验

理和方法。

实验内容：使用差动变压器式传感器测量

位移。

3.电感式传感器位

实验要求：了解差动变压器式传感器的原21、2、3

移特性实验

理和工作情况，了解差动螺管式电感传感

器测量系统的组成和工作情况。

实验内容：使用霍尔传感器测量物体转

4.霍尔传感器测速速。

21、2、3

实验实验要求：掌握霍尔传感器的工作原理及

特性。

合计8

五、教学方法及手段

本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享、实验等教学手段完成课程教

学任务和相关能力的培养，学生比较全面地理解医用传感器的特点与基本工作原理，在掌握

传感器基本理论和主要性能的基础上，具有进行传感器工程方案设计的初步能力。

在实验教学环节中，通过启发式教学、讨论式教学培养学生传感器的基本理论、基本知

识和基本技能。培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。

六、课程资源

1.推荐教材：

王平.《生物医学传感与检测》（第四版）.浙江大学出版社.2021.

2.参考书：

（1）张玉莲.《传感器与自动检测技术》（第3版）.机械工业出版社.2019.

（2）高成等.《传感器与检测技术》.机械工业出版社.2015.

（3）叶廷东等.《传感器与检测技术》.清华大学出版社.2016.

（4）童敏明等.《传感器原理与检测技术》.机械工业出版社.2014.

3.期刊:

（I）物理学报，中国物理学会;中国科学院物理研究所.

（2）高等学校化学学报，吉林大学.

（3）机械工程学报，中国机械工程学会.

（4）MaterialsResearchBullctin,O/\JRC.

（5）Engineering,中国CAE战略研究中心;中国高等教育出版社.

（6）仪器仪表学报，中国仪器仪表学会.

4.网络资源：

（1）传感器技术.武汉大学一中国大学MOOC（慕课），

/courseWHU-100l549001?tid=l206873235.

（2）传感器原理及应用_北京交通大学.中国大学MOOC（慕课），

/coursc/NJTU-10025500（）1?tid=1206824213.

七、课程考核对课程目标的支撑

课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程

目标的支撑关系见表4。

表4课程考核对课程目标的支撑

考核占课程目标

考核/评价细则

环节比123

课

（1）根据课堂出勤情况和课堂问答问题情况进行考VV

堂

核,满分100分。

表12

（）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比

现2552

例计入课程总评成绩。

（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告VV

过质量单独评分，满分100分。

程实（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值

16

性验作为此环节的最终成绩。664

考（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计

核入课程总评成绩。

（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和V

掌握程度，满分100分。

作（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为

12

业此环节的最终成绩。

462

（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计

入课程总评成绩。

（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成VV

绩中所占的比例计入课程总评成绩。

（2）主要考核医用传感器的基本理论，掌握几何量、

期末

60机械量及有关测量中常用的各种医用传感器的工作

考核

原理、主要性能及其特点等内容。252510

（3）考试题型为：填空题、选择题、判断题、简答

题、综合分析题等。

合计：100分404218

八、考核与成绩评定

1.考核方式及成绩评定

考核方式：本课程主要以课堂表现、实验、作业、期末考试等方式对学生进行考核评价。

考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷成

绩为100分(权重60%),试题类型为填空题，选择题，判断题，简答题，综合分析题等类

型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50乐综合应用题、分析题不

低于50%；课堂表现、实验、作业等过程性考核成绩为10()分(权重40%)；过程性考核和考

试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。

2.过程性考核成绩的标准

过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。

表5过程性考核方式评价标准

所占

考核方式比重100>x^9090>x>8080>x>7070>x>60x<60

(%)

积极参与教

认真参与教偶尔参与教上课不认

学活动，踊跃上课不认

学活动，回学活动，回真，偶尔参

课堂表现30回答问题，准真，不参与

答问题准确答问题准确与教学活

确率大于教学活动。

率大于80%o率大于70%动。

90%oo

作业基本

作业完整，思作业完整，作业基本完作业不完

完整，平均

路清晰，平均平均准确率整，平均准整，平均掂

作业30准确率大

准确率大于大于等于确率大于等确率小于

于等于

等于90%。80%于70%。60%。

o