传感器与检测技术课程教学大纲

“传感器与检测技术”课程教学大纲课程编号：09021370课程名称：传感器与检测技术SensorsAndMeasuringTechnology学时：64学分：3适用专业：机械设计制造及其自动化开课学期：6（春）开课部门：机电工程教研室先修课程：大学物理、高等数学、电子电工等考核要求：考试使用教材及主要参考书：戴蓉主编，《传感器原理与工程应用》，电子工业出版社，2013年郁有文等主编，《传感器原理及工程应用》，西安电子科技大学出版社，2005年贾民平等主编，《测试技术》，高等教育出版社，2003年RamonPallas-Areny等著，《传感器和信号调节》，清华大学出版社，2004年一、课程的性质和任务《传感器与测试技术》是一门多学科交叉而成的专业课程，随着科学技术的飞速发展，人们对信息资源的需要日益增长，要及时获取各种信息，解决工程、生产及科研中遇到的检测问题，必须合理的选择和应用各种传感器。本课程在讲清基本概念、基本理论的基础上，强调工程应用，强调实验教学，理论课与实验课比例为三比一。本课程主要为相关专业的本科生、专科生重点介绍各种传感器的工作原理和特性，结合工程应用实际，了解传感器在各种电量和非电量检测系统中的应用，培养学生使用各类传感器的技巧和能力，掌握常用传感器的工程测量设计方法和实验研究方法，了解传感器技术的发展动向。二、教学目的与要求使学生初步掌握检测技术的基本知识。培养学生使用各类传感器的能力。使学生能够进一步应用传感器方面的知识解决工程检测中的具体问题。对学科发展有初步认识，掌握基本的共性技术。本课程学习基本要求为：1、通过本课程的学习，学生应了解以下知识：（1）传感器、检测系统组成、描述。（2）自动检测的历史、发展。（3）传感器测量的共性技术，传感技术的新发展。（4）传感器的一般工程参数测量方法。2、通过本课程的学习，学生应熟悉以下知识：（1）传感器分类方法（2）传感器动、静态特性的定义、测量方法。（3）不同传感器等效、测量电路。（4）传感器的数学模型建立和分析方法。（5）各种物理效应和功能传感器基本特性。3、通过本课程的学习，学生应掌握以下知识：（1）常用传感器静态性能检测及数据处理方法；（2）电桥测量、线性化处理及检测技术一般共性技术；（3）R、C、L传感器基本原理、测量方法；（4）主要固态传感器工作原理、测量电路；（5）能设计一般工程参数的检测方法。要求理解不同原理传感器的物理概念，常用的电路搭配；能够对常用传感器的性能进行检测并正确处理检测数据；掌握正确使用传感器的方法。了解传感器技术发展前沿状况，培养学生科学素养，提高学生分析解决问题的能力。三、学时分配章节课程内容学时1234567传感器与检测技术的基本理论电阻式传感器原理与应用变阻抗式传感器原理与应用光电式传感器原理与应用电动势式传感器原理与应用自动检测的新发展技共性技术新技术讲座10101081088四、教学中应注意的问题本课程采用课堂教学为主、媒体教学、实验教学、学习讨论为辅的教学模式。在课堂上讲清不同原理传感器的物理概念，三部分之间合理联系。在一些章节对学科发展前沿增加讨论学习课，以培养学生科学素养，开课教师对本课程的相关科技前沿及时跟踪了解。设置开放性实验课，提高学生分析问题解决问题的能力。开放时间授课教师必须现场指导。五、教学内容第一章：绪论1.基本内容：A、自动检测技术概论B、传感器概述C、测量误差与数据处理D、传感器的一般特性E、传感器的标定和校准2.教学基本要求：A、了解自动检测技术的基本概念、，认识自动检测系统的组成和发展方向。B、掌握传感器的定义、分类和组成C、掌握测量误差的基本概念、能正确区分测量数据中各种误差。初步掌握测量数据处理的基本方法。D、掌握传感器的静态特性指标的物理概念、主要指标、计算方法。E、了解传感器的动态特性定义、一般数学模型、动态响应及动态特性指标。F、了解传感器的动、静态标定基本方法。3.教学重点难点：重点：传感器的定义、分类和组成；测量误差的基本概念；随机误差的统计处理；传感器的静态特性的基本概念、主要指标、计算方法。难点：测量误差的判别和处理方法。传感器的静态特性的基本概念、主要指标、计算方法。4.教学建议：增加传感器静态特性标定实验、结合国家标准（GB/T15478-1995）学习传感器静态指标含义，对传感器的静态特性计算正确理解。第二章：电阻式传感器原理与应用1.基本内容：A、应变式传感器：金属电阻应变片的工作原理、金属丝式应变片的结构与材料、应变片的主要特性、应变片的测量电路、应变式传感器的应用。B、压阻式传感器：半导体的压阻效应、体型半导体应变片的结构、主要特性、扩散硅压阻式压力传感器、压阻式加速度传感器、测量电路及温度补偿方法。2.教学基本要求：A、掌握电阻式传感器的工作原理，了解应变式传感器的弹性元件结构、原理、材料。B、掌握基本测量电路及温度补偿方法。C、会进行特性分析。D、了解基本工程应用。3.教学重点难点：重点：应变效应、压阻效应的概念、应变片的温度误差及其补偿、金属箔式应变片主要特性、弹性元件结构特性。难点：应变式传感器的结构、材料、基本的工程应用。4.教学建议：增加应变传感器工程应用的课后网络查询检索作业，在习题课上以点评的形式，共同学习讨论，使学生对本学科的最新发展有初步了解。第三章：变阻抗式传感器原理与应用1.基本内容：A、自感式传感器：工作原理、变气隙式自感传感器、变面积式自感传感器、螺线管式自感传感器、自感式传感器测量电路、应用点评。B、差动变压器：变隙式差动变压器、螺线管式差动变压器、差动变压器应用。C、电容传感器：电容式传感器的工作原理、基本特性、特点及设计要点、等效电路、测量电路、工程应用。C、电涡流式传感器：高频反射式电涡流式传感器、低频透射式电涡流式传感器、电涡流式传感器工程应用。D、压磁式传感器：基本工作原理、压磁传感器的形式、传感器参数选取的基本原则、压磁传感器的误差。2.教学基本要求：A、掌握各类变阻式传感器的基本工作原理。B、掌握各类变阻式传感器的基本测量电路和常用误差分析方法。C、了解各类变阻式传感器的应用。3.教学重点难点：重点：掌握变阻式传感器的基本工作原理、测量电路、常用误差分析方法。难点：变极距电容式传感器的测量电路、电涡流式传感器工作原理及应用。4.教学建议：实验时间占理论授课时间三分之一。建立课外学习小组，进行实际测试科研活动。第四章：光电式传感器原理与应用1.基本内容：A、光电效应和光电器件：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管和光敏晶体管、光电池、光电式传感器的应用。B、光电码盘：工作原理、码盘和码制、二进制码与循环码的转换、光电码盘的应用。C、电荷耦合器件：电荷耦合器件的工作原理、CCD图像传感器、图像传感器的应用。D、光纤传感器：光导纤维的结构和导光原理、光导纤维的主要参数、光纤传感器的结构原理、分类、特点及应用。E、光栅传感器：光栅传感器的结构、莫尔条纹形成原理、莫尔条纹技术的特点、光栅的光路、辨向原理、细分技术。2.教学基本要求：A、掌握各种光电式传感器的基本工作原理、基本特性分析。B、掌握光栅式传感器的工作原理、莫尔条纹形成原理、莫尔条纹技术的特点、光栅的光路、辨向原理、细分技术。C、了解光电码盘、电荷耦合器件、光纤传感器的基本工作原理和发展应用。3.教学重点难点：重点：光电效应和光电器件、光栅传感器难点：电荷耦合器件、光栅传感器的工程应用。4.教学建议：理论课讲完就开始验证性实验，提高学生的学习兴趣。实验时间占理论授课时间三分之一。建立课外学习小组，进行实际测量科研活动。第五章：电动势式传感器原理与应用1.基本内容：A、磁电式传感器B、霍尔传感器C、压电式传感器2.教学基本要求：A、掌握磁电式传感器的工作原理、基本特性。B、掌握霍尔传感器的工作原理、霍尔元件的结构和基本电路、霍尔元件的误差及补偿。C、掌握压电式传感器的工作原理、压电材料的基本特性、传感器的基本特性和测量电路。D、了解电动势式传感器的工业应用、了解石英压电材料最新应用。3.教学重点难点：重点：A、压电效应、压电式传感器的基本特性和测量电路。B、霍尔效应、霍尔元件基本结构、基本特性、误差补偿。难点：A、压电效应、霍尔效应的理解、石英压电式传感器的结构和工作原理、信号变换电路、石英压电材料最新应用、霍尔元件误差补偿。4.教学建议：增加“石英晶体材料发展动态”的课后网络查询检索作业，在习题课上以点评的形式，共同学习讨论，使学生对物理学发展对本学科的促进发展有初步了解，培养学生的创新意识。第六章：自动检测的新发展及共性技术1.基本内容：A、误差修正技术B、现场总线C、虚拟仪器D、网络化智能传感器E、多传感器数据融合F、软测量技术2.教学基本要求：（注：带*的为提高要求，其它为基本要求）A、掌握自动检测技术的共性技术：误差修正方法、动态补偿方法、数字滤波方法；B、掌握软测量技术的一般方法；C、了解自动检测技术的新发展：现场总线、虚拟仪器、网络化智能传感器、多传感器数据融合技术；3.教学重点难点：重点：测量误差的修正方法、测量误差的动态补偿、随机误差的数字滤波、软测量技术。难点：软测量技术、自动检测技术的新发展。4.教学建议：利用网络平台学习本章内容。