中科大传感器与自动检测技术考试大纲（48学时）

一、课程编号：080303

二、课程类型：必修课/限选课

课程学时/学分：48/3（其中，理论教学学时/学分：40/2.5，基本实践教学学时/学分：8/0.5）

适用专业：自动化、测控技术与仪器、电气工程与自动化等专业

先修课程：高等数学、概率论与数理统计、电路分析基础、电子电路、数字电路与逻辑设计等。

三、概述

1、考试目的：促进学习过程、检验学习效果。全面考察学生对传感器与自动检测技术相关知识的掌握程度和应用能力。

2、考试基本要求：对传感器与自动检测技术所涉及的基本概念、基本原理和典型应用有较清楚的理解和掌握。

3、考试形式：开闭卷结合的笔试（理论部分）＋实验操作（实验部分）。

四、考试内容及范围

（1）绪论

传感器的定义；传感器的共性；传感器的基本组成和典型组成；传感器的两个基本功能。传感器的分类（特别要注意掌握按传感器的输入量、输出量、工作原理的分类方法）。

传感器技术的发展趋势。

（2）传感器的基本特性

传感器基本特性；传感器的静态特性和动态特性的定义；衡量传感器静态特性的主要指标及其各自的含义；产生迟滞和重复性问题的原因。传感器动态特性的分析方法；线性时不变系统的叠加性和频率保持特性。一阶传感器、二阶传感器的频率特性分析。

传感器标定和校准的含义；传感器的标定方法。

（3）电阻式传感器

应变、弹性应变、弹性元件、应变式传感器、灵敏度系数。应变式传感器的基本工作原理；常用电阻应变片的种类。产生电阻应变片温度误差的主要原因及其补偿方法（特别是电桥补偿法）；减小或消除非线性误差的方法；差动电桥对非线性误差和电压灵敏度的改善分析；采用交流电桥的原因、交流电桥的平衡条件、交流差动电桥的输出电压与电阻应变片阻值间的线性关系。

（4）电感式传感器

电感式传感器的基本工作原理。电感式传感器的分类。变磁阻式传感器的工作原理；差动变隙式电感传感器的输出特性和灵敏度；单线圈和差动两种气隙式电感传感器的特性比较；电感式传感器的交流电桥、变压器式交流电桥和谐振式测量电路三种测量电路。变隙式差动变压器零点残余电压的现象及其产生的原因、消除零点残余电压的方法；差动变压器的输出特性分析；差动变压器中常用差动整流电路和相敏检波电路的原因、工作原理。电涡流、电涡流式传感器的含义；电涡流式传感器线圈的等效阻抗及其影响因素；电涡流传感器的调频式、调幅式两种测量电路；电涡流式传感器的典型应用（包括位移测量、振幅测量、转速测量、无损探伤等）。

（5）电容式传感器

平板电容的电容量表示；电容式传感器的三种类别；变面积型电容器的分类及其测量原理；变介质型电容式传感器的测量原理；变极距型电容式传感器的测量原理、灵敏度及其相对非线性误差分析；差动变极距型电容式传感器的测量原理、灵敏度及其相对非线性误差分析。电容式传感器的测量电路。

（6）压电式传感器

压电效应、正压电效应、逆压电效应、制动器（执行器）、敏感器（检测器）的含义。石英晶体、多晶陶瓷材料和有机高分子聚合材料；石英晶体具有压电效应特性的分子结构特性；压电陶瓷的压电特性机理；压电材料的主要特性参数及其含义；压电材料的选取。压电式传感器的等效电路、测量电路；压电元件的联接特性。

（7）磁敏式传感器

磁敏式传感器、磁电感应式传感器、霍尔式传感器的含义。磁电感应式传感器的基本工作原理、分类（恒磁通式和变磁通式）。霍尔效应的含义；霍尔电势的产生原理；霍尔元件常制成薄片形状的原因；霍尔式传感器的基本测量电路。

（8）热电式传感器

热电式传感器、热电效应的含义；热电偶、热电阻和热敏电阻的结构、测温范围。热电偶的特点、热电偶的基本定律、标准化热电偶、分度表。热电偶的冷端温度补偿方法。热电偶的实用测温线路。热电阻最常用的材料是铂和铜，它们各自的特点；热电阻的测温线路。热敏电阻的含义及其特点；热敏电阻的分类及其特性。

（9）光电式传感器

光电式传感器的含义及其分类；光电式传感器的四种基本形式。光电效应方程；光电效应及其分类、含义、典型器件；光电器件的工作原理、主要特性。电荷耦合器件(CCD)的特点、组成、基本功能；CCD的电荷转移原理。光纤的结构、光纤的入射临界角、全反射的条件、光纤的数值孔径；光纤的分类及各自的特点；引起光纤传输损耗的主要原因；光纤传感器的基本工作原理。光电式编码器的结构（码盘式和脉冲盘式）、工作原理；二进制码、循环码的相互转化方法；脉冲盘式编码器的辨向原理。莫尔条纹的含义及其特点；计量光栅的分类、组成、辨向和细分技术。

（10）辐射与波式传感器

红外辐射的含义。红外传感器的组成。红外探测器的分类。热释电探测器、光子探测器型的工作原理。微波的特点与分类。微波传感器的基本测量原理（反射式和遮断式）、主要组成部分、特点。超声波的特性；压电式超声波传感器的工作原理。

（11）化学传感器

化学传感器的定义；气敏传感器的含义、主要参数和特性、类型、特点。半导体式气敏传感器的定义、分类（电阻式和非电阻式）。半导体式气敏传感器的工作原理。电阻式气敏传感器的结构（烧结型、薄膜型和厚膜型）、特点。湿度的含义与表示方法（绝对湿度、相对湿度和露点）。湿敏传感器的定义、主要参数及特性；电阻式湿敏传感器的分类、工作原理。

（12）生物传感器（了解）

（13）新型传感器

智能传感器的含义、特点、作用、实现方式。模糊传感器的含义、模糊传感器的“智能”体现、突出特点、基本功能（学习、推理、联想、感知和通信功能）。MEMS器件制造中的四种主流技术、微传感器的特点（空间占有率小；灵敏度高，响应速度快；便于集成化和多功能化；可靠性提高；消耗电力小，节省资源和能量；价格低廉）。网络传感器的含义、组成、分类、应用方向。

（14）参数检测

测量、测量方法、测量系统、参数测量的概念；测量通常包括两个过程（能量转换过程、比较的过程）；测量方法的分类；测量系统的组成与基本类型。过程参数检测主要掌握温度、压力、流量、物位、成分等的检测方法。机械量参数检测主要掌握位移、转速、速度、振动、厚度的检测。检测技术的发展主要表现为以下四个方面。

（15）微弱信号检测（了解）

（16）软测量

软测量的概念、基本思想、基本处理方法。软测量过程。软测量的适用条件。

(17)多传感器数据融合

数据融合的目的、数据融合定义。数据融合的特性。数据融合的优点。数据融合的层次。数据融合的模型。数据融合过程的两个步骤。多传感器数据融合的结构。数据融合的关键技术。数据融合的常用方法。

(18)测量不确定度与回归分析

量、量值、精度的概念。量值的分类。精度与误差的关系。测量误差的主要来源。误差的分类。测量误差的表示方法。对粗大误差、随机误差和系统的判别与数据处理方法。测量结果常用表示方法。间接测量中误差传递的概念；绝对误差的传递、相对误差的传递、随机误差的传递表达式。误差合成、误差分配的概念。测量不确定度的概念、测量不确定度与误差的相同点与区别。测量不确定度的两类评定方法