PAGEPAGE10《傳感器原理及應用》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱傳感器原理及應用課程編號01130023課程性質必修課課程類別核心課程開課單位測控教研室授課學期第6學期學分/學時3/48課內學時48理論授課40上機學時0課內實踐0實驗學時8課外學時48適用專業測控技術與儀器是否雙語否先修課程模擬電子技術、數字電子技術、電路原理后續課程光電檢測、數字圖像處理二、課程簡介《傳感器原理及應用》是測控技術與儀器本科專業的核心課程，為理論性、實踐性較強的一門課程。本課程任務是闡述各種類型傳感器的基本原理、結構、性能、參數、特點以及傳感器的轉換、檢測電路和傳感器技術應用。通過本課程的教學，讓學生掌握針對不同的被測量對象如何選擇合適的傳感器，設計合理的傳感器信號調理電路，進而能解決自動檢測裝置和系統中比較復雜的測量問題，為將來的自動控制系統設計、生產過程控制和管理工作打下必要的基礎。三、課程目標及對畢業要求指標點的支撐（一）課程目標課程目標1：知識目標能解釋傳感器、檢測系統等相關的專業術語；能利用數學理論、物理和電路的基本定律等分析常用傳感器的工作原理、測量電路；能解釋傳感器的典型工程應用，并能使用傳感器進行簡單的測量。課程目標2：能力目標具備常用傳感器的識別與測量能力；能夠識別電路圖原理，并能在實驗臺上正確連接電路；能夠運用傳感器工作原理、測量電路等專業知識分析與解決復雜工程問題；能夠針對溫度、壓力、物位等過程量和位移、速度、加速度等機械量等參數檢測任務，分析、比較和選用適宜的參數測量方法，構建測控模塊、系統或儀器；體現認真負責的工作態度及嚴謹細致的工作作風。課程目標3：素質目標能夠識別工程問題的綜合特征，綜合運用傳感器的基本原理、測量電路等專業知識，設計滿足特等需求的測控系統；體現積極進取、勇于創新的時代精神和服務社會的意識。（二）課程目標對畢業要求指標點的支撐課程目標支撐畢業要求指標點畢業要求課程目標11.3學習專業基礎知識，掌握解決復雜測控系統工程問題的基本思路和方法。1-工程知識課程目標22.2能夠將相關基礎理論和基本原理綜合應用于復雜工程問題的表述，對復雜工程問題的解決途徑進行分析、對比并試圖改進；3.3能夠設計滿足特定需求的測控模塊、系統或儀器，并體現創新意識。2-問題分析3-設計/開發解決方案課程目標31.3學習專業基礎知識，掌握解決復雜測控系統工程問題的基本思路和方法；3.3能夠設計滿足特定需求的測控模塊、系統或儀器，并體現創新意識。1-工程知識3-設計/開發解決方案四、課程基本教學內容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內容第一單元緒論（學時數：2學時）1.課程主要內容理解傳感器基本概念；掌握傳感器的構成；掌握傳感器的分類及要求；理解傳感器的地位和作用；了解傳感器技術的國內外發展現狀及發展趨勢。2.重點和難點重點：傳感器的定義、組成、分類。難點：傳感器技術的發展趨勢。3.教學方法課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗。4.學生學習預期成果能夠識記傳感器的概念；能夠理解傳感器的組成、基本功能；能夠比較不同類別的傳感器。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標3第二單元傳感器技術基礎（學時數：4學時）1.課程主要內容理解傳感器的一般數學模型；掌握傳感器的靜態特性和動態特性指標；了解改善傳感器性能的技術途徑；了解合理選擇傳感器的基本原則與方法；理解傳感器標定與校準。2.重點和難點重點：傳感器的靜態特性與動態特性基本概念、傳感器的數學模型、傳感器靜態特性基本參數與指標等。難點：傳感器動態特性中的傳遞函數、頻率響應函數分析。3.教學方法課堂講授、巡回指導、隨堂測驗。4.學生學習預期成果能夠解釋傳感器靜態特性與動態特性的基本概念；能夠比較傳感器靜態特性指標以及傳感器動態響應的特性指標、頻率響應的特性指標；能夠理解傳感器靜態標定與校準的基本方法。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2第三單元電阻式傳感器（學時數：8學時）1.課程主要內容掌握電阻應變計的基本原理與結構；掌握電阻應變計的主要特性；掌握電阻應變計的溫度效應及其補償；了解電阻應變計的應用；掌握電阻式傳感器的測量電路；理解如何通過電阻應變計式傳感器測量力、壓力、位移、應變、加速度等非電量參數；了解壓阻式傳感器的基本原理及應用。2.重點和難點重點：應變與應變效應的含義；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：電阻應變片的溫度誤差及其補償方法，直流電橋的非線性誤差及其補償方法。3.教學方法課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、實驗。4.學生學習預期成果能夠認知并理解應變、應變效應、壓阻效應等基本概念；會分析應變片的種類和應變電阻式傳感器的工作原理；能夠推導直流電橋的平衡條件與電壓靈敏度特性；會分析電阻應變片的溫度誤差及其補償方法；能夠應用應變電阻式傳感器。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第四單元變磁阻式傳感器（學時數：8學時）1.課程主要內容了解傳感器線圈的電氣參數分析；掌握變氣隙式、變面積式、螺管式自感傳感器的工作原理，掌握自感式傳感器的差動原理，理解自感傳感器的測量電路，了解自感式傳感器的誤差及補償；理解互感式傳感器的基本原理，了解其測量電路及誤差補償；理解電感式傳感器對于位移、壓力、力、振動等的測量方法；掌握電渦流式傳感器的工作原理，了解其測量電路，理解電渦流傳感器的主要應用。2.重點和難點重點：自感式、差動變壓器式傳感器的工作原理、輸出特性；電渦流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。3.教學方法課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、實驗。4.學生學習預期成果會分析自感式、差動變壓器式傳感器的工作原理、輸出特性；會分析電渦流式傳感器的工作原理、等效電路；能夠評價差動整流電路和相敏檢波電路的作用；會分析自感式傳感器的交流電橋、變壓器式交流電橋和諧振式測量電路；能夠解釋電渦流式傳感器的調頻式、調幅式測量電路工作原理；能夠構建變磁阻式傳感器的典型應用。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第五單元電容式傳感器（學時數：6學時）1.課程主要內容掌握變極距型、變面積型、變介質型電容傳感器的工作原理、結構形式及特性；了解應用中存在的問題及其改進措施；掌握電容式傳感器的測量電路；理解電容式傳感器在位移、加速度、壓力、力、物位等非電量測量上的應用。2.重點和難點重點：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：雙T二極管交流電橋、脈沖調寬電路。3.教學方法課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗。4.學生學習預期成果會分析平板電容式傳感器（變極距型、變面積型、變介質型）以及圓筒電容式傳感器（變介質型）的工作原理；會分析變壓器式交流電橋、雙T二極管交流電橋、脈沖調寬電路、運算放大器電路等測量電路；能夠構建電容式傳感器的典型應用；能夠對照自感式傳感器分析變極距式電容式傳感器的非線性。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第六單元磁電式傳感器（學時數：6學時）1.課程主要內容掌握磁電式傳感器的結構型式，掌握恒磁通式、變磁通式傳感器的工作原理；理解磁電式傳感器的動態特性；了解磁電式傳感器的誤差及補償；了解磁電式傳感器的測振方法；掌握霍爾傳感器工作原理，掌握霍爾效應概念，了解霍爾元件特性參數，了解霍爾傳感器誤差及補償，理解霍爾傳感器對微位移、振動、轉速的測量方法。2.重點和難點重點：電磁感應、霍爾效應的基本概念，磁電式傳感器工作原理、分類、測量電路，霍爾傳感器的工作原理。難點：磁電式傳感器的基本特性。3.教學方法課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗。4.學生學習預期成果能夠理解電磁感應、霍爾效應的基本概念；會分析磁電式傳感器的工作原理、分類、測量電路；會分析霍爾傳感器的工作原理；能夠分析霍爾元件的基本結構；能夠構建磁電式傳感器、霍爾式傳感器的典型應用。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第七單元壓電式傳感器（學時數：6學時）1.課程主要內容掌握壓電式傳感器的基本工作原理，掌握壓電效應和逆壓電效應的基本概念，理解壓電材料的主要特性參數，理解石英晶體、壓電陶瓷的壓電特性；了解石英晶片的切型及符號，了解壓電方程的建立過程；掌握壓電式傳感器的等效電路及測量電路；理解壓電式傳感器的應用。2.重點和難點重點：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。3.教學方法課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、實驗。4.學生學習預期成果能夠解釋壓電效應、正壓電效應、逆壓電效應的基本概念；會分析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；能比較壓電材料的分類及其特性；會分析壓電元件的連接特性；能夠構建壓電式傳感器的典型應用。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第八單元熱電式傳感器（學時數：6學時）1.課程主要內容了解熱電式傳感器的分類及特點；了解熱電阻和熱敏電阻的特性，理解熱敏電阻的非線性校正原理；理解熱電偶傳感器的基本原理，掌握熱電效應的概念，掌握熱電偶的四大基本定律及溫度補償；理解熱電式傳感器的應用。2.重點和難點重點：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；熱敏電阻的溫度特性。難點：熱電偶的種類及冷端溫度補償方法。3.教學方法課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、實驗。4.學生學習預期成果能夠比較并解釋熱電效應、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；會分析熱電偶的測溫原理、基本定律、熱電偶的冷端補償、熱電偶的測溫電路；會分析熱電阻的溫度特性、測量電路；會使用熱電偶、熱電阻分度表；認識并理解熱敏電阻的溫度特性；能夠構建基于熱電式傳感器的溫度測量系統。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第九單元光纖式傳感器（學時數：2學時）1.課程主要內容了解光纖式傳感器的工作原理，掌握其基本特性，了解光纖式傳感器的分類；理解四種光調制與解調技術；了解光纖式傳感器的典型應用。2.重點和難點重點：光纖式傳感器的工作原理。難點：四種光調制與解調技術。3.教學方法課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗。4.學生學習預期成果會分析光纖的傳光原理；能夠理解光纖的主要特性、光纖傳感器的組成、分類與應用。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。（二）課程基本教學內容對課程目標的支撐課程教學內容教學方法支撐的課程目標學時安排課內課外學時比例第一單元緒論課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗課程目標1、321:1第二單元傳感器技術基礎課堂講授、巡回指導、隨堂測驗課程目標1、241:1第三單元電阻式傳感器課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、實驗課程目標1、2、381:1第四單元變磁阻式傳感器課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、實驗課程目標1、2、381:1第五單元電容式傳感器課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗課程目標1、2、361:1第六單元磁電式傳感器課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗課程目標1、2、361:1第七單元壓電式傳感器課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、實驗課程目標1、2、361:1第八單元熱電式傳感器課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗、實驗課程目標1、2、361:1第九單元光纖式傳感器課堂講授、巡回指導、案例分析、隨堂測驗課程目標1、2、321:1合計481:1五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構成（百分制）課程成績構成比例考核環節目標分值考核/評價細則平時成績20%課后作業50共計安排5次作業，分析計算題為主，主要考核各重點章節知識點。目標分值=0.5×作業平均值。思維導圖15共計安排5次思維導圖作業，繪制各章節內容的思維導圖，并提交講解視頻，主要考核各章節重點知識的總結與歸納，限時5分鐘。根據思維導圖優劣及視頻講解質量給學生打分。目標分值=0.15×導圖平均值隨堂測驗25課堂根據需要隨時安排測驗，客觀題為主，主要考核基礎知識，每次答題時間控制在15分鐘之內。目標分值=0.25×測驗平均值出勤和綜合表現10按出勤、聽課狀態、回答問題積極程度、使用手機做與學習無關事情的次數等課堂表現酌情加減分，最終以滿分10分折算。實踐成績10%實驗100安排4次實驗，主要考核電阻式、變磁阻式、壓電式、熱電式傳感器的特性及應用，需提交實驗報告，根據數據和報告內容的準確性、詳實度按比例折算，滿分10分。期末測驗70%知識401.考核范圍：所有教學內容2.測驗題型：客觀題（選擇、判斷、填空）、主觀題（簡答、分析計算）3.評價細則：客觀題占約50分，主觀題約占50分。能力40綜合應用20（二）課程考核對課程目標的支撐教學內容考核內容考核方式支撐的課程目標第一單元緒論1-1傳感器基本概念與物理定律1-2傳感器的構成法1-3傳感器的分類及要求1-4傳感器的地位和作用1-5傳感器的發展趨勢隨堂測驗期末測驗課程目標1、3第二單元傳感器技術基礎2-1傳感器的一般數學模型2-2傳感器的特性與指標2-3改善傳感器性能的技術途徑2-4傳感器的合理選用2-5傳感器的標定與校準隨堂測驗課后作業思維導圖期末測驗課程目標1、2第三單元電阻式傳感器3-1電阻應變計的基本原理與結構3-2電阻應變計的主要特性3-3電阻應變計溫度效應及其補償3-4電阻應變計的應用3-5測量電路3-6電阻應變計式傳感器3-7壓阻式傳感器隨堂測驗課后作業實驗思維導圖期末測驗課程目標1、2、3第四單元變磁阻式傳感器4-1傳感器線圈的電氣參數分析4-2自感式傳感器4-3互感式傳感器4-4電感式傳感器的應用4-5電渦流式傳感器隨堂測驗實驗期末測驗課程目標1、2、3第五單元電容式傳感器5-1工作原理、結構及特性5-2應用存在的問題及其改進措施5-3測量電路5-4電容式傳感器及其應用隨堂測驗課后作業思維導圖期末測驗課程目標1、2、3第六單元磁電式傳感器6-1基本原理與結構型式6-2磁電式傳感器的動態特性6-3磁電式傳感器的誤差及補償6-4兩種測振傳感器6-5霍爾傳感器隨堂