传感器技术及应用 教学大纲

传感器技术及应用
——教学大纲
一、课程基本信息
课程编号：17z8315
课程名称：传感器技术及应用
Sensor Technology and Application
学分/学时：3/42
先修课程：主要有：物理、材料力学(工程力学)、电工基础、电子技术基础、自动控制元件、自动控制理论。

二、课程教学目的
本课程是仪器科学与光电工程学院测控技术与仪器专业本科生的专业课。

其目标是：提供了解、使用、分析和初步设计常用传感器的敏感元件及系统的理论与实践基础，为后续其他专业课打下较坚实的基础。

三、课程教学任务
通过本课程的学习，让学生了解传感器技术的发展现状、特点，在信息技术中的重要地位、作用；掌握信息获取范畴的广义理解；掌握常用传感器的基本工作原理，实现方式与结构；了解传感器技术在国防工业和一般工业领域中的典型应用；同时使学生能够在自动化系统、智能化系统中正确应用常用的传感器技术。

四、教学内容及基本要求
本课程理论与实践紧密结合。

主要讲授传感器的性能评估，目前在工业领域中常用的几种典型的、有代表性的传感器的敏感元件的物理效应、变换原理、工作特性、主要结构、信号转换电路、误差及其补偿、合理应用等。

同时本课程也重视对新型传感器技术及应用的介绍。

传感器结构设计、工艺及所用材料只作一般介绍。

本课程主要内容可以分为三部分。

第一部分是关于传感器技术的基础理论与知识，共15个学时；第二部分是关于典型传感器的讨论，这是课程的重点，共21个学时；第三部分是关于近年来出现的新型传感器、应用示例的讨论，共6个学时。

教学的基本知识模块顺序及对应的单元教学任务。

五、教学安排及方式
第1章绪论（6学时，基本掌握，讲授为主）
1.1 传感器的作用与功能
1.2 传感器的分类
1.3 传感器技术的特点
1.4 传感器技术的发展
1.5 与传感器技术相关的一些基本概念
1.6 本教材的特点及主要内容
第2章传感器的特性（5学时，掌握，讲授为主，讨论为辅）
2.1 传感器静态特性的一般描述
2.2 传感器的静态标定
2.3 传感器的主要静态性能指标及其计算
第3章基本弹性敏感元件的力学特性（4学时，掌握，讲授为主）
3.1 概述
3.2 弹性敏感元件的基本特性
3.3 基本弹性敏感元件的力学特性
3.4 弹性敏感元件的材料
第4章电位器式传感器（1学时，掌握，讨论为主，讲授为辅）
4.1 概述
4.2 线绕式电位器的特性
4.3 非线性电位器
4.4 电位器的负载特性及负载误差
4.5 非线绕式电位器
4.6 典型的电位器式传感器
第5章应变式传感器（5学时，掌握，讲授为主，讨论为辅）
5.1 应变式变换原理
5.2 金属应变片
5.3 应变片的动态响应特性
5.4 应变片的温度误差及其补偿
5.5 电桥原理
5.6 典型的应变式传感器
第6章压阻式传感器（2.5学时，掌握，讲授为主）
6.1 压阻式变换原理
6.2 典型的压阻式传感器
第7章热电式传感器（2.5学时，掌握，讲授为主，讨论为辅） 7.1 概述
7.2 热电阻测温传感器
7.3 热电偶测温
7.4 半导体P-N结测温传感器
7.5 其他测温系统
第8章电容式传感器（1学时，掌握，讲授为主，讨论为辅）
8.1 基本电容式敏感元件
8.2 电容式敏感元件的主要特性
8.3 电容式变换元件的信号转换电路
8.4 典型的电容式传感器
8.5 电容式传感器的结构及抗干扰问题
第9章变磁路式传感器（2学时，掌握，讨论为主，讲授为辅）
9.1 电感式变换原理
9.2 差动变压器式变换元件
9.3 电涡流式变换原理
9.4 霍尔效应及元件
9.5 典型的变磁路式传感器
第10章压电式传感器（1学时，基本掌握，讲授为主）
10.1 石英晶体
10.2 压电陶瓷
10.3 聚偏二氟乙烯
10.4 压电换能元件的等效电路
10.5 压电换能元件的信号转换电路
10.6 压电式传感器的抗干扰问题
10.7 典型的压电式传感器
第11章谐振式传感器（6学时，基本掌握，讲授为主）
11.1 谐振状态及其评估
11.2 闭环自激系统的实现
11.3 振动筒压力传感器
11.4 谐振膜式压力传感器
11.5 石英谐振梁式压力传感器
11.6 谐振式科里奥利直接质量流量传感器
第12章微机械与智能化传感器技术（5时，基本掌握，讲授为主，讨论为辅）
12.1 概述
12.2 几种典型的微硅机械传感器
12.3 几种典型的智能化传感器
12.4 若干新型传感器应用实例分析
课程总结（1学时，讲授为主，讨论为辅）
六、教学的基本思路
“传感器技术及应用”教学以“一条主线、二个基础、三个重点、多个独立模块”的基本原则来进行。

一条主线：以测量，即“将被测量转变为可用电量”为主线。

二个基础：以传感器的特性、典型传感器用弹性敏感元件的力学特性（包括位移特性、应变特性、应力特性和振动特性）为基础。

三个重点：重物理效应、重变换原理、重不同传感器各自的特点。

多个独立模块：不同的传感器既有联系，又相互独立，教师与学生可以根据具体教学需要进行选用。

总之，本课程既注重介绍传感器理论基础知识，又适当介绍传感器结构组成、误差补偿、应用特点等；既注重介绍典型的、常规的传感器，又适当介绍近年来出现的新型传感器技术；既注重介绍在国防工业中应用的传感器，又适当介绍在一般工业领域中应用的传感器。

七、考核方式
为能够全面、综合地反映学生学习本课程的效果，考核成绩由期末考试和平时成绩组成。

总成绩主要以期末考试闭卷成绩为主，占总成绩80%，考试时间2小时；平时成绩占20%，将综合考虑课堂表现（占5%）与平时作业（15%）。

其中，课堂表现主要涉及课堂小测验、课堂问题与思考题的交互；平时作业主要涉及课后习题、设计性作业的学生讲解等环节。

八、参考教材
传感器技术及应用（第2版），樊尚春，北京航空航天大学出版社，2010.8
新型传感器技术及应用（第2版），樊尚春，刘广玉，电力工业出版社，2011.2
主要参考书：
（1）Krzysztof Iniewski. Optical, Acoustic, Magnetic, and Mechanical Sensor Technologies. CRC Press, 2012
（2）Jacob Fraden. Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs, and Applications. Springer Science Business Media, LLC, 2010
（3）Gerard Meijer. Smart Sensor Systems. Wiley, 2008
（4）Jon S. Wilson. Sensor Technology Handbook. Newnes, 2004
（5）Beckwith T. G. and Marangoni R. D. Mechanical Measurements (Fourth Edition). Addison-Wesley Publishing Company, 1990
（6）Doebelin E. O. Measurement Systems Application and Design (Third Edition). McGraw-Hill Book Company, 1983
其他参考读物：有关传感器、仪器仪表、检测技术等内容的期刊、杂志。