1、傳感器與檢測技術課程教學大綱英文名稱：Sensor and Detection Technology課程代碼：1702211616 學 時 數：48 （講課學時： 實驗學時：）學 分：3課程類別：專業課程課程性質：必修 適用專業：電氣工程及其自動化先修課程： 電路、數字電路、模擬電路 考核方式：閉卷筆試課程的性質、地位和作用本課程是機械設計制造及其自動化專業學生的重要專業課程。本課程設置的目的是通過對傳感器的一般特性與分析方法，傳感器的工作原理、特性及應用，檢測系統的基本概念的學習，通過本課程的學習，使學生掌握檢測系統的設計和分析方法，能夠根據工程需要選用合適的傳感器，并能夠對檢測系統的性能進

2、行分析、對測得的數據進行處理。二、教學內容及要求（一）概述【教學要求】了解傳感器與檢測技術課程的性質和學習要求，熟練掌握傳感器的定義、組成，掌握傳感器的分類，了解傳感器技術的發展趨勢。 【教學內容】 1.課程簡介 2.傳感器的定義、傳感器的共性、傳感器的基本功能； 3.傳感器的組成 4.傳感器的分類 5.傳感器技術的發展趨勢【教學重點與難點】1.傳感器的定義、組成、分類。2.傳感器技術的發展趨勢。（二）傳感器的基本特性【教學要求】熟練掌握傳感器靜態特性與動態特性的基本概念、傳感器的數學模型、傳感器靜態特性基本參數與指標；掌握傳感器動態響應的特性指標與分析、頻率響應的特性指標與分析；了解傳感器靜

3、動態標定與校準的基本方法。 【教學內容】1.傳感器靜態特性、動態特性的基本概念；2.傳感器的數學模型；傳感器靜態特性基本參數與指標；3.傳感器動態響應的特性指標與分析；4.頻率響應的特性指標與分析；5.傳感器靜態標定與校準的基本方法；6.傳感器動態標定與校準的基本方法。 【教學重點與難點】1傳感器的靜態特性與動態特性基本概念2傳感器的數學模型3傳感器靜態特性基本參數與指標等。4傳感器動態特性中的傳遞函數、頻率響應函數分析。 （三）電阻式傳感器【教學要求】掌握應變、應變效應的基本概念；牚握應變電阻式傳感器的工作原理、直流電橋與交流電橋的平衡條件與電壓靈敏度特性；掌握產生電阻應變片溫度誤差的主要原

4、因及其補償方法；了解應變片的分類、應變電阻式傳感器的典型應用；會分析半橋差動、全橋差動對非線性誤差和電壓靈敏度的改善。 【教學內容】工作原理應變效應、 電阻應變片種類、壓阻效應。電阻應變片的溫度誤差及補償應變片的溫度誤差、試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數的影響、線路補償、應變片自補償。電阻應變片的測量電路直流電橋、交流電橋4. 電阻式傳感器的應用 應變式力傳感器、應變式壓力傳感器、電阻式差壓傳感器、應變式容器內液體重量傳感器、電阻式加速度傳感器【教學重點與難點】重點：應變與應變效應的涵義；電阻應變片的溫度誤差及其補償方法；應變電阻式傳感器的工作原理；電阻應變片的測量電路。難點：電阻應變片的溫度

5、誤差及其補償方法、直流電橋的非線性誤差及其補償方法。 （四）電感式傳感器【教學要求】 掌握變磁阻電感式傳感器的工作原理、輸出特性和靈敏度；掌握差動變壓器電感式傳感器的輸出特性和靈敏度；會比較單線圈和差動兩種變磁阻（變氣隙）電感式傳感器的特性；了解電感式傳感器的不同測量電路；了解電感式傳感器的典型應用。 【教學內容】變磁阻電感式傳感器 變磁阻電感式傳感器的工作原理、輸出特性、測量電路及典型應用差動變壓器電感式傳感器差動變壓器電感式（變隙式、螺線管式）傳感器的工作原理、輸出特性差動整流電路和相敏檢波電路；電渦流電感式傳感器電渦流電感式傳感器的工作原理、等效電路、測量電路與典型應用。 【教學重點與難

6、點】重點：變磁阻、差動變壓器電感式傳感器的工作原理、輸出特性，電渦流電感式傳感器的工作原理、等效電路。難點：差動整流電路和相敏檢波電路。（五）電容式傳感器 【教學要求】掌握平板或圓筒電容式傳感器的電容量表示；掌握電容式傳感器的三種類別；掌握變面積型電容器的分類及其測量原理；掌握變介質型、變極距型、差動變極距型電容式傳感器的測量原理；掌握變極距型、差動變極距型電容式傳感器的靈敏度及其相對非線性誤差分析方法；了解電容式傳感器的典型應用。【教學內容】電容式傳感器的工作原理 平板電容式傳感器（變面積型、變介質型、變極距型）以及圓筒電容式傳感器（變介質型）的工作原理2. 變極距型電容式傳感器的非線性3.

7、 電容式傳感器的等效電路調頻電路、運算放大器、變壓器式交流電橋、二極管雙T型交流電橋、脈沖寬度調制電路等測量電橋. 電容式傳感器的信號調節電路 4 電容式傳感器的應用【教學重點與難點】重點：電容式傳感器的工作原理、測量電路、靈敏度及非線性分析。難點：二極管雙T型交流電橋、脈沖寬度調制電路（六）壓電式傳感器【教學要求】 掌握壓電效應、正壓電效應、逆壓電效應的含義；掌握石英晶體具有壓電效應特性的分子結構特性、壓電陶瓷的壓電特性機理；了解壓電材料的主要特性參數及其含義、壓電材料的選取；掌握壓電式傳感器的等效電路與測量電路；掌握壓電元件并聯或串聯特性；了解壓電式傳感器的典型應用。 【教學內容】 1.工

8、作原理 壓電效應、正壓電效應、逆壓電效應的基本概念 2.壓電式傳感器測量電路壓電式傳感器的等效電路、電荷放大器與電壓放大器的測量電路 3.壓電式傳感器的應用 【教學重點與難點】重點：壓電式傳感器的工作原理、測量電路。難點：壓電式傳感器的測量電路。（七）磁敏式傳感器【教學要求】 熟練掌握電磁感應、霍爾效應的基本概念；掌握磁電感應式傳感器的工作原理、分類、基本特性、測量電路；掌握霍爾式傳感器的工作原理；了解霍爾元件的基本結構、基本特性、誤差及其補償；了解磁電感應式傳感器、霍爾式傳感器的應用。【教學內容】 磁電感應式傳感器電磁感應、霍爾效應的基本概念；磁電感應式傳感器的工作原理、分類（恒磁通式：動圈

9、式和動鐵式結構，變磁通式：開磁路和閉磁路結構）、基本特性、測量電路與應用2 霍爾式傳感器 霍爾式傳感器的工作原理、測量電路與應用；霍爾元件的基本結構、基本特性、誤差及其補償 【教學重點與難點】重點：電磁感應、霍爾效應的基本概念，磁敏式傳感器工作原理、分類、測量電路，霍爾式傳感器的工作原理。難點：磁敏式傳感器的基本特性。熱電式傳感器 【教學要求】 熟練掌握熱電效應、熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、接觸電動勢、溫差電動勢工作端（熱端）、自由端（冷端）、分度表等概念；掌握熱電偶的測溫原理、基本定律、熱電偶的結構與種類、熱電偶的冷端溫度補償、熱電偶的測溫電路；掌握熱電阻（鉑熱電阻、銅熱電阻）的溫度特性、測量

10、電路（兩線制、三線制、四線制）；掌握熱電偶、熱電阻的度表的使用方法；掌握熱敏電阻的溫度特性；了解熱電偶、熱電阻和熱敏電阻的應用。【教學內容】1熱電偶傳感器熱電效應、熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、接觸電動勢、溫差電動勢、工作端（熱端）、自由端（冷端）、分度表等概念；熱電偶的測溫原理、基本定律、熱電偶的結構與種類、熱電偶的冷端溫度補償、熱電偶的測溫電路；2 熱電阻傳感器熱電阻（鉑熱電阻、銅熱電阻）的溫度特性、測量電路（兩線制、三線制、四線制）3 熱敏電阻傳感器熱敏電阻的溫度特性【教學重點與難點】重點：基本概念；熱電偶的測溫原理、基本定律、冷端溫度補償方法、實用測溫電路；熱電阻的溫度特性、測量電路；熱敏

11、電阻的溫度特性。難點：熱電偶的種類及冷端溫度補償方法。光電式傳感器 【教學要求】熟練掌握光電效應、內光電效應、外光電效應、亮電阻、暗電流、全反射、數值孔徑、粗誤差、莫爾條紋、辨向與細分等基本概念；了解光電式傳感器的類別、基本形式；了解各種光電器件的基本特性；掌握CCD圖像傳感器、光纖、光電式編碼器（碼盤式、脈沖盤式）和計量光柵的工作原理；了解CCD圖像傳感器的分類、特性參數，光纖的主要特性、光纖傳感器的組成、分類，光電式編碼器（碼盤式、脈沖盤式）的結構和計量光柵的結構、組成；掌握二進制與循環碼的相互轉換方法；了解光電式傳感器的應用。【教學內容】光電式傳感器類別、基本形式；光電器件及其基本特性；

12、CCD圖像傳感工作原理、分類、特性參數與應用；3光纖傳光原理、光纖的主要特性、光纖傳感器的組成、分類與應用；光電式編碼器（碼盤式、脈沖盤式）的結構、工作原理與應用；計量光柵的結構、組成、工作原理與應用。【教學重點與難點】重點：基本概念；光電器件的基本特性；光電式傳感器的工作原理。難點：CCD圖像傳感器的工作原理、碼盤的辨向原理、計量光柵的辨向原理與細分技術輻射與波式傳感器【教學要求】了解紅外輻射、微波、超聲波的概念與特性；了解紅外探測器的分類與工作原理；了解微波傳感器的分類、組成、特點；了解超聲波傳感器的工作原理；了解紅外傳感器、微波傳感器與超聲波傳感器的應用。【教學內容】1.紅外輻射、微波、

13、超聲波的概念與特性；2.紅外探測器的分類與工作原理：熱探測器和光子探測器；3.微波傳感器的分類（反射式和遮斷式）、組成、特點；4.超聲波傳感器的工作原理；5.紅外傳感器、微波傳感器與超聲波傳感器的應用【教學重點與難點】重點：基本概念；紅外輻射、微波、超聲波的基本特性；紅外傳感器、微波傳感器與超聲波傳感器的工作原理。難點：紅外熱釋電傳感器工作原理。化學傳感器【教學要求】了解化學傳感器、氣敏傳感器、濕敏傳感器的定義及濕度的表示方法；了解氣敏傳感器、濕敏傳感器的主要參數和特性、類型、特點；掌握半導體式氣敏傳感器、電阻式濕敏傳感器的工作原理；了解氣敏傳感器、濕敏傳感器的應用【教學內容】氣敏傳感器氣敏傳

14、感器的定義；氣敏傳感器特性、類型、特點；半導體式氣敏傳感器的工作原理；氣敏傳感器的應用。濕敏傳感器 濕敏傳感器的定義；濕度的表示方法（絕對濕度、相對濕度和露點）；濕敏傳感器的主要參數和特性、類型、特點；電阻式濕敏傳感器的工作原理；濕敏傳感器的應用。【教學重點與難點】重點：基本概念；氣敏傳感器、濕敏傳感器的主要參數和特性、類型、特點；導體式氣敏傳感器、電阻式濕敏傳感器的工作原理。難點：半導體陶瓷濕敏材料的導電機理。生物傳感器【教學要求】了解生物傳感器的概念、特點、分類；了解生物傳感器的工作原理；了解生物芯片的含義與分類；了解生物傳感器的發展。【教學內容】生物傳感器概念、特點、分類；生物傳感器的工

15、作原理；生物傳感器的發展 2.生物芯片的含義與分類【教學重點與難點】重點：生物傳感器的概念、特點、分類；生物傳感器的工作原理；生物芯片的含義與分類。難點：生物傳感器的工作原理；生物芯片的工作機理。新型傳感器【教學要求】了解新型傳感器（智能傳感器、模糊傳感器、微傳感器與網絡傳感器）的概念、特點；了解新型傳感器的結構、作用；了解新型傳感器涉及的主要技術；了解典型新型傳感器的特性與應用【教學內容】1.智能傳感器智能傳感器的定義、特點、作用、設計與實現模糊傳感器 模糊傳感器的概念、基本功能、結構；微傳感器 MEMS與微加工、微傳感器的特點、典型微傳感器介紹網絡傳感器 網絡傳感器的概念、類型、體系結構。

16、 【教學重點與難點】 重點：新型傳感器（智能傳感器、模糊傳感器、微傳感器與網絡傳感器）的概念、特點。 難點：新型傳感器涉及的主要技術。參數檢測【教學要求】熟練掌握測量、測量系統的基本概念；熟練掌握測量方法的分類；熟練掌握測量系統的結構、基本類型；掌握參數測量的一般方法（過程參數、機械量參數和其他參數）；了解同一被測參數的不同檢測方法的性能比較；了解檢測技術的發展。【教學內容】1.測量測量系統的基本概念；測量方法的分類；測量系統的結構、基本類型；2.參數測量的一般方法過程參數、機械量參數和其他參數3.檢測技術的發展。【教學重點與難點】重點：測量、測量系統的基本概念；測量方法的分類；測量系統的結構

17、、基本類型。難點：參數測量的一般方法。微弱信號檢測【教學要求】了解微弱信號、微弱信號檢測、噪聲的概念；了解噪聲的概率分布和相關函數；了解微弱信號的檢測方法（相關檢測法、同步積累法）。【教學內容】微弱信號 微弱信號檢測2.噪聲概率分布和相關函數；3.微弱信號的檢測方法相關檢測法、同步積累法【教學重點與難點】重點：微弱信號、微弱信號檢測、噪聲的概念。難點：微弱信號的檢測方法。軟測量【教學要求】了解軟測量的概論；了解軟測量的方法；了解軟測量的意義及其適用條件。【教學內容】軟測量 概論,軟測量的方法；軟測量的意義及其適用條件。【教學重點與難點】重點：軟測量的概論；軟測量的方法。難點：建立軟測量模型及軟

18、測量模型的在線校正。多傳感器數據融合【教學要求】了解數據融合的目的、定義、特性及優點；了解數據融合的基本原理；了解數據融合的方法；了解數據融合系統的應用。【教學內容】1.數據融合的目的、定義、特性及優點；2.數據融合的基本原理數據融合的層次、處理形態、模型、關鍵技術數據融合的方法 隨機類方法、人工智能類方法4.數據融合系統的應用。【教學重點與難點】重點：數據融合的相關概念；數據融合的基本原理、方法。難點：數據融合的基本原理、方法。測量不確定度與回歸分析【教學要求】掌握真值、測量誤差、測量不確定度的相關概念；掌握誤差的來源、分類與表示；掌握誤差的處理（系統誤差、隨機誤差、粗大誤差）；掌握測量誤差

19、的傳遞、合成與分配的基本方法；了解測量不確定度的評定方法；掌握最小二乘法與一元線性擬合,了解多元線性擬合與曲線擬合。【教學內容】1 測量誤差概述真值、測量誤差、測量不確定度的相關概念；誤差的來源、分類與表示測量誤差的處理系統誤差、隨機誤差、粗大誤差；測量誤差的傳遞、合成與分配；3 測量不確定度測量不確定度的評定方法；最小二乘法與回歸分析（一元線性擬合、多元線性擬合與曲線擬合)【教學重點與難點】重點：真值、測量誤差、測量不確定度的相關概念；誤差的來源、分類與表示；誤差的處理（系統誤差、隨機誤差、粗大誤差）；最小二乘法與一元線性擬合。難點：測量不確定度的評定方法、多元線性擬合和曲線擬合。虛擬儀器【

20、教學要求】了解虛擬儀器的概念、構成、特點；了解虛擬儀器的開發環境；了解虛擬儀器的數據采集系統；會初步設計基于虛擬儀器的工程項目【教學內容】概述虛擬儀器的概念、構成、特點虛擬儀器的開發環境 虛擬儀器的數據采集系統3基于虛擬儀器的綜合工程實例工業自動化、儀器產業改造、實驗室應用 【教學重點與難點】重點：虛擬儀器的概念、構成、特點；虛擬儀器的開發環境。難點：基于虛擬儀器的綜合工程的開發。自動檢測系統【教學要求】了解自動檢測系統的組成；掌握自動檢測系統的基本設計方法（包括傳感器的選型、微處理器及A/D轉換器的選擇、采樣速率的確定、標度變換的方法）；會設計簡易的自動檢測系統；了解自動檢測系統的發展趨勢。【教學內容】1.自動檢測系統的組成數據采集系統、輸入