传感器原理及应用课程教学大纲.doc

《传感器原理及应用》课程教学大纲
Theory and Application of Sensor

课程编号：
适用专业：电子信息工程，测控技术与仪器
先修课程：工程图学、工程材料、电路分析、模拟电子电路、精密机械设计、信号与系统
学时数：48 学分数：3
执笔者：王召巴 编写日期：2001年3月

一、课程的性质和目的

课程性质：传感器原理及应用是电子信息工程、测控技术与仪器等专业的专业基础课，是必修课，是一门理论性和实践性都很强的综合性课程。
主要任务：培养学生
1. 掌握各类传感器的基本理论，掌握几何量、机械量及有关量测量中常用的各种传感器的工作原理、主要性能及其特点；
2. 能合理地选择和使用传感器；
3. 掌握常用传感器的工程设计方法和实验研究方法；
4. 了解传感器的发展动向。

二、课程教学内容

绪论（讲课1学时）
掌握传感器的概念、用途、基本结构；了解传感器的分类、对传感器的一般要求，传感器的历史、发展趋势及本课程相关参考资料。

第一章 传感器的一般特性（讲课1学时）
掌握传感器静特性、动特性的概念，线性度、迟滞、灵敏度、分辨力、重复性、零漂、温漂等静态指标的概念及表示方法。理解动态特性的研究方法。

第二章 电阻式传感器（讲课6学时）
掌握应变片工作原理、转换电路的形式及计算，温度误差与补偿。理解应变片的主要特性，应变片应用举例，了解应变片类型，粘贴工艺。压阻式和电位器式传感器原理。
重点：直流电桥的计算
难点：温度误差的补偿方法

第三章 电容式传感器（讲课4学时）
掌握电容式传感器工作原理和结构类型，电容式传感器的特点，寄生电容的消除。理解静态特性，设计要点，转换电路，电容式传感器的应用。了解容栅式传感器工作原理。
难点：寄生电容的概念、消除方法

第四章 电感式传感器（讲课4学时，实验2学时）
掌握自感式传感器工作原理、设计原则，差动变压器式传感器工作原理，主要误差及补偿方法，电涡流式传感器工作原理。理解自感式传感器特性分析、等效电路、转换电路，电涡流的形成范围。了解差动变压器式传感器的转换电路，电涡流式传感器转换电路，应用举例。
重点：零点残余电压及其补偿。
难点：自感式传感器的设计原则。

第五章 压电式传感器（讲课4学时，实验2学时）
掌握压电效应及其物理解释，压电元件常用结构形式，测量电路。了解压电材料及主要特性、应用举例。超声波传感器、探伤仪，无损检测。
重点：压电效应、测量电路
难点：压电效应的物理解释、电荷放大器与电压放大器的对比。

第六章 磁电式传感器（讲课2学时，实验2学时）
掌握磁电式传感器工作原理，霍尔式传感器工作原理、误差及其补偿。理解磁电式传感器的设计，霍尔元件及材料，霍尔元件基本特性。了解磁电式、霍尔式传感器的应用。
重点：霍尔式传感器工作原理，误差及补偿。
难点：磁电式传感器的设计。

第七章 热电式传感器（讲课4学时）
掌握热电偶工作原理，冷端处理方法。了解常用热电偶，热电阻传感器、热敏电阻。
重点：热电偶
难点：热电效应

第八章 光电式传感器（讲课2学时，实验2学时）
掌握四种形式的光电效应及其器件，半导体光电元件的特性，模拟式光电传感器工作原理及分类。理解脉冲式光电传感器原理及应用。了解光电检测系统的构成。
重点：四种形式的光电效应

第九章 光纤传感器（讲课2学时）
掌握光纤的基本原理、光纤传感器的基本原理。了解光纤机械量传感器、光纤热工量传感器、光纤电磁量传感器、医用光纤传感器、监测大气污染传感器的工作原理及应用。
重点：光纤传感器的基本原理
难点：光调制技术

第十章 固态图像传感器（讲课2学时）
掌握固态图像传感器的敏感器件的原理，了解其应用。
重点：CCD传感器
难点：CCD的电荷耦合过程

第十一章 气体传感器（讲课1学时）
掌握气体的检测方法，了解气体传感器的种类及应用。
重点：气体传感器的工作原理。

第十二章 湿敏传感器（讲课1学时）
了解湿度的表示方法、湿敏传感器的种类及工作原理。
重点：湿敏传感器的种类及工作原理
难点：

第十三章 红外传感器（讲课2学时）
掌握红外辐射的基本知识，红外传感器的工作原理，了解红外测温、红外成像、红外无损检测等。
重点：红外传感器的工作原理

第十四章 传感器的标定（讲课1学时）
掌握传感器标定的概念，静态标定的系统结构及各部分作用。理解非电量电测系统的构成。了解力传感器静态标定，加速度传感器动态标定，压力传感器动态标定。
重点：传感器标定的概念

第十五章 传感器发展展望（讲课1学时）
掌握改善传感器性能的技术途径。了解传感器的发展动向。

习题课（2学时）

三、课程教学的基本要求

（一）课堂讲授
1．教学方法
采用“知识能力双重收益式”教学法，讲解知识做到易于理解、系统性强、注意理论与实践相结合，多学科知识融汇贯通；为提高学生能力，设计多种能力训练，在教学中采用，激发学生学习的主动性、创造性，使多种能力得到培养，同时使课堂气氛活跃生动。 能力训练内容如下：
A. 每节课的前5分钟请一位同学到讲台上讲自己的奇思怪想，全班同学对他的想法进行提问、辩论和讨论，保证每位同学都有一次机会，激发学生创造性，提高口头表达能力。
B. 适当安排自学内容，并通过提问或测验考查自学效果，提高学生自学能力。
C. 每个同学翻译一段有关本课程的英文文献，找出重点词汇，让全班同学共享，提高专业英语水平。
D. 写一篇有关本课程的某个专题的综述，提高学生查阅资料和书面表达能力。

2．教学手段
以课堂讲授为主，必要时辅以幻灯教学。开展电子教案的研制，尝试使用多媒体教学系统。

3．计算机的应用
讲授本课程时要注意让学生树立起系统的整体概念，强调传感器与计算机在工业测控系统中所处的地位以及二者之间的联系，鼓励学生掌握好计算机知识，提高应用能力。

4．外语的要求
在讲授过程中， 为提高学生专业英语水平和查阅文献的能力，专门设计一次能力训练，让学生每人翻译一篇有关本课程的英文文献，在课堂上把重要词汇收集起来，使学生共享，通过此次训练学生能对专业英语词汇有一定的积累。
（二）教学辅助资料 实验指导书

（三）实验环节 实验内容：
1. 用电阻应变片测悬臂梁受力
2. 用差动变压器测量简支梁振动参数
3. 用电涡流传感器测简支梁的振幅
4. 霍尔传感器在磁场中位移
5. 用压电传感器测简支梁振动参数
6. 用光电传感器测转速
实验要求：实验需8个学时完成。做实验前要仔细阅读实验指导书，实验中注意观察，积极动手，客观、真实地记录数据，实验后写实验报告，善于分析实验结果，发现新问题。

（四）作业方面
1. 布置习题应达到的目的：
（1）巩固基本知识，加强对理论的理解；
（2）掌握基本计算方法、设计方法；
（3）理论联系实际，培养学生思维能力、知识应用能力。
2． 作业安排
（1）课外习题
（2）习题课：安排在课程进行过程中和总复习前，讲解学生在作业中出现的共同问题及难点。
（3）设计 综合所学知识，设计一个测控系统的框架。
（五）考试环节
考试形式为闭卷考试，内容主要是课程中的重点知识和基础知识。
改革思路：考试成绩并不完全由一次考试决定，分数还要反映出学生的综合能力，本课程主要参照学生在能力训练中的表现来进行综合评定。 总成绩＝考试成绩×60％＋能力训练成绩×40％ 其中，能力训练成绩在平时记录，四项训练每项满分20分，实验成绩满分20分，共计100分。

四、建议教材与教学参考书
［1］ 刘迎春编著，《传感器原理设计与应用》，国防科技大学出版社
［2］ 孟立凡
［3］ 孙圣和 王廷云 徐影，光纤测量与传感技术，哈尔滨工业大学出版社，2000
［4］ 张敬贤 李玉丹 金伟其，微光与红外成像技术，北京理工大学出版社，1995
［5］ 严忠豪、谭祖根主编，《非电量电测技术》，机械工业出版社，修订本
［6］ 南京航空学院、北京航空学院合编，《传感器原理》，国防工业出版社
［7］ 强锡富主编,《传感器》，机械工业出版社，第2版