《傳感器原理及檢測技術(shù)》教學(xué)大綱

《傳感器原理及檢測技術(shù)》教學(xué)大綱課程編碼：08265010課程名稱：傳感器原理及檢測技術(shù)英文名稱：TheSensorTheoryandDetectionTechnology開課學(xué)期：5學(xué)時(shí)/學(xué)分：48/3課程類型：學(xué)科基礎(chǔ)課程開課專業(yè)：測控技術(shù)與儀器、電氣工程及其自動(dòng)化選用教材：《傳感器原理及檢測技術(shù)》吉林大學(xué)、吉林大學(xué)出版社2003年9月主要參考書：1、強(qiáng)錫富主編：《傳感器》，機(jī)械工業(yè)出版社，2004年，第4版。2、劉希芳王君著：《地學(xué)傳感器原理與應(yīng)用》，地質(zhì)出版社，1996年。3、阿雷尼，韋伯斯特著，張倫譯：《傳感器和信號(hào)調(diào)節(jié)》，清華大學(xué)出版社，2003年，第2版。4、宋文緒楊帆主編：《傳感器與檢測技術(shù)》，高等教育出版社，2004年。5、陳杰黃鴻編著：《傳感器與檢測技術(shù)》，高等教育出版社，2002年。6、余成波胡新宇趙勇主編：《傳感器與自動(dòng)檢測技術(shù)》，高等教育出版社，2004年。一、課程性質(zhì)、目的與任務(wù)傳感器原理及檢測技術(shù)是測控技術(shù)與儀器等專業(yè)開設(shè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課程，也是電氣工程及自動(dòng)化等專業(yè)的選修課程。本課程以各類傳感器的工作機(jī)理和相應(yīng)測量電路為線索，詳細(xì)介紹了各類傳感器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、相應(yīng)的測量及檢測電路和在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，使學(xué)生掌握不同種類傳感器的使用方法和設(shè)計(jì)要點(diǎn)的基本技能，為從事儀器系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。二、教學(xué)基本要求1、了解在各個(gè)領(lǐng)域中的傳感器的應(yīng)用及作用，掌握傳感器的定義、組成、分類、性能指標(biāo)改善途徑和發(fā)展動(dòng)向；掌握傳感器靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的技術(shù)指標(biāo)及相關(guān)計(jì)算；掌握傳感器的選用原則。2、了解質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器、光泵式磁敏傳感器、SQUID磁敏傳感器、磁通門式磁敏傳感器、感應(yīng)式磁敏傳感器、機(jī)械式磁敏傳感器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)特點(diǎn)和應(yīng)用，掌握其基本工作原理；掌握磁敏傳感器的種類；了解霍霍耳磁敏傳感器的結(jié)構(gòu)與尺寸、各引腳定義名稱、電路符號(hào)及其基本特性指標(biāo)的含義，掌握霍耳效應(yīng)定義及其表達(dá)式推導(dǎo)過程，掌握霍耳磁敏傳感器工作原理和集成霍耳傳感器應(yīng)用方法；了解磁敏二極管、磁敏三極管和磁敏電阻三種傳感器的靈敏度指標(biāo)，掌握三種磁敏傳感器工作原理和應(yīng)用方法。3、掌握熱電效應(yīng)、熱阻效應(yīng)、熱電回路定律、熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)姆椒?、熱敏電阻的特性指?biāo)和曲線含義、集成溫度傳感器及熱電阻測量電路原理和AD590的特性及應(yīng)用，了解單總線數(shù)字溫度傳感器、熱電阻等其他溫度傳感器工作原理、特點(diǎn)及使用方法。4、掌握各種光電效應(yīng)定義及所對應(yīng)的光電傳感器、掌握光電管、光電倍增管、光敏電阻、光電池、光敏二極管和光敏三極管等光電器件的工作原理、特點(diǎn)和應(yīng)用場合，了解光譜知識(shí)、常用光源種類和特點(diǎn)；了解色敏光電傳感器、光固態(tài)圖象傳感器和光電耦合器的結(jié)構(gòu)、工作原理和作用。5、了解金屬應(yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu)與材料、粘貼方法，掌握應(yīng)變效應(yīng)定義和推導(dǎo)過程、金屬應(yīng)變式傳感器特性指標(biāo)和溫度補(bǔ)償原因與方法。掌握直流電橋輸出表達(dá)式推導(dǎo)過程，電橋平衡條件及三種電橋特點(diǎn)；了解應(yīng)變式傳感器應(yīng)用場合和組成部件，掌握柱力式傳感器、梁力式傳感器、應(yīng)變式壓力傳感器、應(yīng)變式加速度傳感器等四種傳感器工作原理；了解晶向與晶面的表示方法，掌握壓阻效應(yīng)和測量橋路及溫度補(bǔ)償。了解電感式傳感器的定義、種類、感測對象、優(yōu)點(diǎn)和不足以及自感式傳感器輸出表達(dá)式推導(dǎo)過程，掌握自感傳感器工作原理、特點(diǎn)、等效電路參數(shù)和測量電路工作原理；了解差動(dòng)變壓器的種類、結(jié)構(gòu)形式和輸出表達(dá)式推導(dǎo)過程，掌握差動(dòng)變壓器的組成、等效電路、影響誤差因素、測量電路形式和應(yīng)用實(shí)例。了解電容傳感器的結(jié)構(gòu)形式、一般特點(diǎn)應(yīng)用場合，掌握電容傳感器工作原理、類型、等效電路和測量電路工作原理及電容傳感器相關(guān)理論計(jì)算內(nèi)容；了解電容傳感器在不同領(lǐng)域應(yīng)用的情況，掌握電容傳感器的主要性能與特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)。了解壓電傳感器應(yīng)用場合和壓電材料種類及特性，掌握兩種壓電效應(yīng)定義、基本等效電路和實(shí)際等效電路中各參數(shù)的含義以及壓電傳感器只能用于動(dòng)態(tài)測量的原因；掌握壓電傳感器前置放大器有的作用、電路形式、推導(dǎo)輸出表達(dá)式、分析影響靈敏度因素；掌握壓電傳感器測量加速度、壓力、流量的原理以及集成壓電式傳感器的應(yīng)用場合、技術(shù)指標(biāo)和電路連接方式。6、了解光纖傳感器發(fā)展的過程、光纖結(jié)構(gòu)、主要特點(diǎn)和能夠檢測的物理量，掌握光纖傳感器結(jié)構(gòu)原理，功能型、非功能型和拾光型三類傳感器特點(diǎn)，掌握檢測溫度、壓力、液位、流量和流速的傳感器工作原理；了解氣敏傳感器結(jié)構(gòu)和主要特性參數(shù)，掌握接觸燃燒式、半導(dǎo)體和氧化鋯氧氣等三種氣體傳感器工作原理；了解濕度傳感器應(yīng)用場合、結(jié)構(gòu)和依據(jù)使用材料的分類以及濕度表示法與濕度傳感器的主要參數(shù)，掌握電解質(zhì)、陶瓷和高分子等三種濕度傳感器工作原理及特點(diǎn)。7、了解基于IEEE1451的智能傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀，掌握基于該標(biāo)準(zhǔn)的智能傳感器協(xié)議的特點(diǎn)、構(gòu)件、體系結(jié)構(gòu)及實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。8、掌握傳感器靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的標(biāo)定方法，了解傳感器標(biāo)定所用的設(shè)備技術(shù)指標(biāo)。三、各章節(jié)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配第一章

緒論（4學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生重點(diǎn)掌握傳感器的定義、組成、分類、性能指標(biāo)改善途徑和發(fā)展動(dòng)向；掌握傳感器靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的技術(shù)指標(biāo)及相關(guān)計(jì)算；掌握傳感器的選用原則，概括了解在各個(gè)領(lǐng)域中的傳感器的應(yīng)用及作用。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)傳感器的地位和作用第二節(jié)傳感器的定義第三節(jié)傳感器的組成第四節(jié)傳感器的分類第五節(jié)傳感器的發(fā)展趨勢一、改善傳感器的性能的技術(shù)途徑二、傳感器的發(fā)展動(dòng)向第六節(jié)傳感器的選用原則第七節(jié)傳感器的一般特性一、傳感器的靜態(tài)特性二、傳感器的動(dòng)態(tài)特性考核要求了解：“傳感器原理及檢測技術(shù)”課程主要講授內(nèi)容和傳感器的地位和作用。理解：靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的技術(shù)指標(biāo)含義。掌握：傳感器的定義、組成、分類、性能指標(biāo)改善途徑和發(fā)展動(dòng)向；傳感器的選用原則。第二章

磁敏傳感器（8學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求了解質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器、光泵式磁敏傳感器、SQUID磁敏傳感器、磁通門式磁敏傳感器、感應(yīng)式磁敏傳感器、機(jī)械式磁敏傳感器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)特點(diǎn)和應(yīng)用，掌握其基本工作原理；掌握磁敏傳感器的種類；了解霍耳磁敏傳感器的結(jié)構(gòu)與尺寸、各引腳定義名稱、電路符號(hào)及其基本特性指標(biāo)的含義，掌握霍耳效應(yīng)定義及其表達(dá)式推導(dǎo)過程，掌握霍耳磁敏傳感器工作原理和集成霍耳傳感器應(yīng)用方法；了解磁敏二極管、磁敏三極管和磁敏電阻三種傳感器的靈敏度指標(biāo)，掌握三種磁敏傳感器工作原理和應(yīng)用方法。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器（部分內(nèi)容自學(xué)）一、質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器的測磁原理二、地磁場的測量與旋進(jìn)信號(hào)三、質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器的設(shè)計(jì)四、質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器的應(yīng)用第二節(jié)光泵式磁敏傳感器（部分內(nèi)容自學(xué)）一、氦（He4）光泵式磁敏傳感器的物理基礎(chǔ)二、氦（He4）光泵式磁敏傳感器的測磁原理三、氦（He4）光泵式磁敏傳感器的組成及工作原理四、磁共振檢測方法五、氦（He4）光泵式磁敏傳感器的應(yīng)用第三節(jié)SQUID磁敏傳感器（部分內(nèi)容自學(xué)）一、SQUID磁敏傳感器的基本原理二、SQUID磋敏傳感器的構(gòu)成類型三、SQUID磁敏傳感器的檢測方法四、SQUID磁敏傳感器的應(yīng)用第四節(jié)磁通門式磁敏傳感器（部分內(nèi)容自學(xué)）一、磁通門式磁敏傳感器的物理基礎(chǔ)二、磁通門式磁敏傳感器的二次諧波法測磁原理三、磁通門式磁敏傳感器的應(yīng)用第五節(jié)感應(yīng)式磁敏傳感器（部分內(nèi)容自學(xué)）一、感應(yīng)式磁敏傳感器的物理基礎(chǔ)二、感應(yīng)式磁敏傳感器的測磁原理三、幾種典型的感應(yīng)式磁敏傳感器簡介四、感應(yīng)式磁敏傳感器的應(yīng)用第六節(jié)半導(dǎo)體磁敏傳感器一、霍爾磁敏傳感器二、磁敏二極管和磁敏三極管三、磁敏二極管和磁敏三極管的應(yīng)用四、常用磁敏管的型號(hào)和參數(shù)第七節(jié)機(jī)械式磁敏傳感器（自學(xué)）考核要求了解：六種地學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)特點(diǎn)和應(yīng)用；霍耳磁敏傳感器的結(jié)構(gòu)與尺寸、各引腳定義名稱、電路符號(hào)及其基本特性指標(biāo)的含義；磁敏二極管、磁敏三極管和磁敏電阻三種傳感器的靈敏度指標(biāo)。理解：霍爾效應(yīng)、磁敏二極管、磁敏三極管測磁原理。掌握：磁敏傳感器種類、工作原理及半導(dǎo)體傳感器應(yīng)用方法。第三章

溫度傳感器（6學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求了解溫度傳感器相關(guān)的基本概念、分類和發(fā)展趨勢，掌握熱電效應(yīng)定義、熱電偶的溫差電動(dòng)勢和接觸電動(dòng)勢的含義和表達(dá)式、回路定律、冷端補(bǔ)償原因和方法；了解熱敏電阻特點(diǎn)、集成溫度傳感器結(jié)構(gòu)和其它溫度傳感器種類，掌握熱敏電阻的分類、特性和應(yīng)用領(lǐng)域，集成溫度傳感器測量電路和用法，鉑電阻的特點(diǎn)和用法。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)概論一、溫度的基本概念二、溫度傳感器的特點(diǎn)與分類三、溫度傳感器的發(fā)展概況第二節(jié)熱電偶溫度傳感器一、熱電偶的工作原理二、熱電偶回路的性質(zhì)三、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)四、冷端處理及補(bǔ)償?shù)谌?jié)熱敏電阻溫度傳感器一、熱敏電阻的特點(diǎn)與分類二、熱敏電阻的基本參數(shù)三、熱敏電阻器主要特性四、熱敏電阻器的應(yīng)用第四節(jié)IC溫度傳感器一、IC溫度傳感器的分類。二、IC溫度傳感器的測溫原理三、IC溫度傳感器的主要特性四、IC溫度傳感器的應(yīng)用第五節(jié)其他溫度傳感器（部分內(nèi)容自學(xué)）一、鉑電阻溫度傳感器二、水晶溫度傳感器三、分布溫度傳感器四、雙金屬溫度傳感器考核要求了解：溫度傳感器相關(guān)的基本概念、分類和發(fā)展，熱敏電阻特點(diǎn)、集成溫度傳感器結(jié)構(gòu)和其它溫度傳感器種類。理解：熱電效應(yīng)、熱電偶回路定律、三線制與四線制。掌握：冷端補(bǔ)償原因和方法，熱敏電阻種類、特性和應(yīng)用領(lǐng)域，集成溫度傳感器測量電路和用法，鉑電阻的特點(diǎn)和用法。第四章

光電傳感器（6學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求了解光譜知識(shí)、常用光源種類和特點(diǎn)，掌握各種光電效應(yīng)定義和所對應(yīng)的傳感器及愛因斯坦方程表達(dá)式與含意，掌握常用光電器件工作原理、性能特點(diǎn)和應(yīng)用場合；了解色敏光電傳感器、光固態(tài)圖象傳感器和光電耦合器的結(jié)構(gòu)和作用，掌握三種新型光電傳感器工作原理；掌握煙塵濁度監(jiān)測儀原理、光電轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)計(jì)方法和光電池應(yīng)用場合。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)概述一、光譜二、光源（發(fā)光器件）三、光電效應(yīng)第二節(jié)外光電效應(yīng)器件一、光電管及其基本特性二、光電倍增管及其基本特性第三節(jié)內(nèi)光電效應(yīng)器件一、光敏電阻二、光敏二極管和光敏三極管三、光電池第四節(jié)新型光電傳感器一、光電二極管二、色敏光電傳感器三、光固態(tài)圖象傳感器（自學(xué)）第五節(jié)光敏傳感器的應(yīng)用舉例一、煙塵濁度監(jiān)測儀二、光電轉(zhuǎn)速傳感器三、光電池應(yīng)用四、光電耦合器考核要求了解：光譜知識(shí)、常用光源種類和特點(diǎn)；了解色敏光電傳感器、光固態(tài)圖象傳感器和光電耦合器的結(jié)構(gòu)和作用。理解：各種光電效應(yīng)定義和所對應(yīng)的傳感器及愛因斯坦方程表達(dá)式與含意。掌握：常用光電器件工作原理、性能特點(diǎn)和應(yīng)用場合；三種新型光電傳感器工作原理；煙塵濁度監(jiān)測儀原理、光電轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)計(jì)方法和光電池應(yīng)用。第五章

力敏傳感器（14學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)全面了解金屬應(yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu)與材料、粘貼方法、應(yīng)用場合和組成部件，晶向與晶面的表示方法，掌握應(yīng)變效應(yīng)定義和推導(dǎo)過程、金屬應(yīng)變式傳感器特性指標(biāo)和溫度補(bǔ)償原因與方法，掌握直流電橋輸出表達(dá)式推導(dǎo)過程，電橋平衡條件及三種電橋特點(diǎn)，掌握柱力式傳感器、梁力式傳感器、應(yīng)變式壓力傳感器、應(yīng)變式加速度傳感器等四種傳感器工作原理，掌握壓阻效應(yīng)和測量橋路及溫度補(bǔ)償；了解電感式傳感器的定義、種類、感測對象、優(yōu)點(diǎn)和不足以及電感式傳感器輸出表達(dá)式推導(dǎo)過程，掌握自感傳感器工作原理、特點(diǎn)、等效電路參數(shù)和測量電路工作原理，掌握差動(dòng)變壓器的組成、等效電路、影響誤差因素、測量電路形式和應(yīng)用實(shí)例；了解電容傳感器的結(jié)構(gòu)形式、一般特點(diǎn)、應(yīng)用場合，掌握電容傳感器工作原理、類型、等效電路和測量電路工作原理及電容傳感器相關(guān)理論計(jì)算內(nèi)容，掌握電容傳感器的主要性能與特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)；了解壓電傳感器應(yīng)用場合和壓電材料種類及特性，掌握兩種壓電效應(yīng)定義、基本等效電路和實(shí)際等效電路中各參數(shù)的含義以及壓電傳感器只能用于動(dòng)態(tài)測量的原因，掌握壓電傳感器前置放大器有的作用、電路形式、推導(dǎo)輸出表達(dá)式、分析影響靈敏度因素。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)應(yīng)變式傳感器一、金屬應(yīng)變片式傳感器二、壓阻式傳感器第二節(jié)電感式傳感器（部分內(nèi)容自學(xué)）一、電感式傳感器二、差動(dòng)變壓器三、電渦流式傳感器第三節(jié)電容式傳感器一、工作原理與類型二、轉(zhuǎn)換電路三、主要性能、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)第二節(jié)壓電式傳感器一、壓電效應(yīng)二、壓電材料三、壓電式傳感器的測量電路四、壓電式傳感器的應(yīng)用考核要求了解：金屬應(yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu)與材料、粘貼方法、應(yīng)用場合和組成部件，晶向與晶面的表示方法；電感式傳感器的定義、種類、感測對象、優(yōu)點(diǎn)和不足以及電感式傳感器輸出表達(dá)式推導(dǎo)過程；電容傳感器的結(jié)構(gòu)形式、一般特點(diǎn)、應(yīng)用場合；壓電傳感器應(yīng)用場合和壓電材料種類及特性。理解：應(yīng)變效應(yīng)、壓電效應(yīng)、電容傳感器的主要性能與特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)。掌握：金屬應(yīng)變式傳感器特性指標(biāo)和溫度補(bǔ)償原因與方法，直流電橋輸出表達(dá)式推導(dǎo)過程，電橋平衡條件及三種電橋特點(diǎn)，柱力式傳感器、梁力式傳感器、應(yīng)變式壓力傳感器、應(yīng)變式加速度傳感器等四種傳感器工作原理，壓阻效應(yīng)和測量橋路及溫度補(bǔ)償；電感傳感器工作原理、特點(diǎn)、等效電路參數(shù)和測量電路工作原理，差動(dòng)變壓器的組成、等效電路、影響誤差因素、測量電路形式和應(yīng)用實(shí)例；電容傳感器工作原理、類型、等效電路和測量電路工作原理及電容傳感器相關(guān)理論計(jì)算內(nèi)容；壓電傳感器基本等效電路和實(shí)際等效電路中各參數(shù)的含義及其只能用于動(dòng)態(tài)測量的原因，壓電傳感器前置放大器有的作用、電路形式、推導(dǎo)輸出表達(dá)式、分析影響靈敏度因素。第六章

其他種類的傳感器（4學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)全面掌握光纖傳感器結(jié)構(gòu)原理，功能型、非功能型和拾光型三類傳感器特點(diǎn)，掌握檢測溫度、壓力、液位、流量和流速的傳感器工作原理；掌握接觸燃燒式、半導(dǎo)體和氧化鋯氧氣等三種氣體傳感器工作原理；掌握電解質(zhì)、陶瓷和高分子等三種濕度傳感器工作原理及特點(diǎn)。了解光纖傳感器發(fā)展的過程、光纖結(jié)構(gòu)、主要特點(diǎn)和能夠檢測的物理量，了解氣敏傳感器結(jié)構(gòu)和主要特性參數(shù)，了解濕度傳感器應(yīng)用場合、結(jié)構(gòu)和依據(jù)使用材料的分類以及濕度表示法與濕度傳感器的主要參數(shù)。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)光纖傳感器一、光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的基本原理二、光纖傳感器結(jié)構(gòu)原理及分類三、光纖傳感器的應(yīng)用第二節(jié)氣敏傳感器一、接觸燃燒式氣體傳感器二、半導(dǎo)體氣體傳感器三、氧化鋯氧氣傳感器四、氣體傳感器的應(yīng)用第三節(jié)濕度傳感器一、濕度表示法二、濕度傳感器的主要參數(shù)三、電解質(zhì)濕度傳感器四、陶瓷濕度傳感器五、高分子濕度傳感器六、濕度傳感器的測量電路考核要求了解：光纖傳感器發(fā)展的過程、光纖結(jié)構(gòu)、主要特點(diǎn)和能夠檢測的物理量，氣敏傳感器結(jié)構(gòu)和主要特性參數(shù)，濕度傳感器應(yīng)用場合、結(jié)構(gòu)和依據(jù)使用材料的分類以及濕度表示法與濕度傳感器的主要參數(shù)。理解：光纖傳感器結(jié)構(gòu)原理，氣體傳感器工作原理。掌握：光纖傳感器功能型、非功能型和拾光型三類傳感器特點(diǎn)，檢測溫度、壓力、液位、流量和流速的傳感器工作原理；電解質(zhì)、陶瓷和高分子等三種濕度傳感器