《传感器技术》教学大纲

《传感器技术》教学大纲课程英文名SensorTechnology课程代码B0804Z16学分3总学时48理论学时40实验/实践学时8课程类别学科基础课课程性质限选先修课程大学物理，电路与模拟电子技术适用专业测控技术与仪器开课学院计量测试工程学院一、课程地位与课程目标（一）课程地位传感器是获取信息的主要途径和手段，传感器技术是关于传感器设计、制造及开发应用的综合技术，是当今信息社会重要的基础技术。在现代测控系统中，作为关键环节的传感器处于连接被测控对象和测控系统的接口位置，《传感器技术》课程是测控技术与仪器专业重要的学科基础课程。通过本课程的学习，使学生掌握各种传感器的工作原理、结构、转换电路、特点及应用范围，了解传感器技术发展趋势及传感器标定和校准技术，使学生具有传感器应用及设计的能力。学生通过传感器基础知识的学习和工程实践能力的培养，为后续课程学习及从事相关计量行业工作打下坚实的基础。（二）课程目标1．理解本课程研究的对象和内容，能解释传感器特性中主要专业术语，理解测量基本理论在测控技术、计量测试领域的基本运用及传感器技术发展趋势。（1.3）2．能针对不同测量对象，理解设计任务需求及对应传感器性能指标要求。（3.1）3．能解释各种类型传感器的原理、转换关系及应用特点，主要有电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器、热电式传感器等。（4.1）4．能根据不同测量对象，选用合适的传感器及转换电路，获取被测对象数据，并进行相应的数据分析与处理。（4.2）二、课程目标达成的途径与方法以课堂教学为主，结合平时讨论、课外作业、实验等。课堂教学主要讲授课各种类型传感器的原理、转换关系及应用特点，主要有电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器、热电式传感器等。在课堂教学中引入讨论环节，使同学们能更好地针对不同的测量对象，自主选择传感器，构建测量系统。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求1毕业要求3毕业要求4课程目标1M课程目标2L课程目标3M课程目标4M注：支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）。四、课程主要内容与基本要求绪论了解传感器作用，掌握传感器定义与组成，理解传感器的分类及一般要求，了解传感器的趋势。第一章传感器的一般特性掌握静特性定义，主要技术指标：线性度、迟滞、重复性、灵敏度、分辨力与阈值、稳定性、静态测量不确定度定义及计算。掌握动特性定义，了解数学模型、传递函数、频率特性表示方式，理解一阶系统、二阶系统频率特性。掌握传感器标定的定义，了解静态标定和动态标定方法。第二章电阻式传感器掌握应变式传感器工作原理、电阻应变效应、应变片基本结构、金属应变片主要特性、转换电路、温度误差及补偿方法，了解应变片类型和材料，应变片传感器应用。掌握压阻式传感器工作原理、压阻效应、温度误差及补偿方法，了解压阻式传感器应用。第三章电感式传感器掌握电感式传感器工作原理、转换电路及传感器灵敏度，零点残余电压及减小方法，了解电感式传感器应用。掌握电涡流式传感器工作原理、涡流效应，了解转换电路。了解感应同步器工作原理，结构及信号处理方式。第四章电容式传感器掌握电容式传感器工作原理、类型、等效电路及主要转换电路、主要特性，了解电容式传感器工作特点、设计要点及主要应用。第五章磁电式传感器掌握磁电感应式传感器工作原理、类型，了解设计要点及应用。掌握霍尔式传感器工作原理、霍尔效应、霍尔元件结构及电磁特性，理解霍尔元件零位误差、温度误差及补偿方法，了解主要应用。第六章压电式传感器掌握压电传感器工作原理、压电效应、主要压电材料性能、压电元件串并联、等效电路、两种前置放大器作用及特点，了解压电传感器应用。第七章光电式传感器掌握光电式传感器工作原理、组成。了解光电传感器中使用光源类型、特点。了解热探测器类型及特点。掌握光电效应，红限频率定义，主要光子探测器工作原理及特性，如：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光电二极管/三级管、光电池等。理解电荷耦合器件结构和工作原理。理解光纤传感器结构、工作原理。理解光栅式传感器工作原理，莫尔条纹形成及特性。第八章热电式传感器掌握热电偶工作原理、热电效应、热电偶基本定律，了解常用热电偶，理解热电偶温度补偿。理解热电阻和热敏电阻工作原理，常用材料及特性。第九章新型传感器了解传感器最新进展，了解半导体式物性传感器、微机械传感器、智能传感器工作原理及特点。五、课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标第0章传感器定义、组成、分类、作用、一般要求及发展趋势2查阅文献，了解传感器发展趋势课程目标1第1章传感器静态特性、动态特性、传感器标定及性能指标4课后习题3，4，5课程目标2第2章应变式传感器压阻式传感器6课后习题2，5，6课程目标3、4第3章电感式传感器工作原理、转换电路、零点残余电压、电涡流传感器8课后习题2，3课程目标3、4第4章电容式传感器工作原理、转换电路、性能特点、设计要点6课后习题2，3，4课程目标3、4第5章磁电感应式传感器、霍尔传感器6课后习题1，6，7，9课程目标3、4第6章压电传感器的压电效应、压电元件、等效电路、测量电路4课后习题2，3课程目标3、4第7章光源、光电器件、电荷耦合器件、光纤传感器、光栅传感器6课后习题2，5，7，8课程目标3、4第8章热电偶传感器、热电阻传感器、热敏电阻传感器4课后习题1，2课程目标3、4第9章气电、谐振、半导体等新型传感器2课程目标3、4六、实践环节及基本要求序号实验项目名称学时基本要求学生任务实验性质实验类别1金属箔式应变片性能分析实验2掌握并分析应变片性能搭建电路，分析输入输出关系验证必做2差动变压器的性能实验2掌握并分析变压器性能搭建电路，分析输入输出关系验证必做3电容式传感器位移实验2掌握并分析电容传感器性能搭建电路，分析输入输出关系验证必做4霍尔传感器位移实验2掌握并分析霍尔传感性能搭建电路，分析输入输出关系验证必做注：1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等；2.实验类别指必做、选做等。七、考核方式及成绩评定（一）考核方式与评价考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核到课率、课外作业点名记录，课外作业20%实验考核实验到课率，实验报告实验点名记录，实验报告10%期末考核闭卷考试根据标准答案进行评定70%考核类别考试成绩登记方式百分制（二）课程目标考核环节与达成标准课程目标教学环节考核环节合格标准课程目标1讲授平时成绩（考勤、作业）A0.6期末考试C1（填空题、选择题）课程目标2讲授、讨论平时成绩（考勤、作业）A0.6期末考试C2（填空题）课程目标3讲授、讨论平时成绩（考勤、作业）A0.6实验考核B期末考试C3（简答题、计算设计题）课程目标4讲授、讨论平时成绩（