2012_0221_北航_传感器技术及应用_001_to
北航【测试计量技术及仪器】-【学术硕士】培养方案
仪器科学与光电工程学院测试计量技术及仪器（080402）全日制学术硕士研究生培养方案一、适用学科仪器科学与技术（0804）测试计量技术及仪器（080402）二、培养目标培养我国社会主义建设事业需要的德、智、体全面发展的高层次专门人才：热爱祖国，拥护党的基本路线，遵纪守法，品行端正，并具有艰苦奋斗、为人民服务和为社会主义建设事业献身的精神。
本学科全日制学术硕士研究生具有信息的感知获取、数据处理、结果评估以及对相关要素进行控制的基础理论和专门知识，掌握相应的技能和方法，具有从事本学科领域科学研究工作或独立承担专门技术工作的能力，对本学科所从事的研究方向及其有关技术领域有深入的研究。
较熟练掌握一门外语。
三、培养方向测试计量技术及仪器（080402）测试计量技术及仪器学科属信息科学技术领域，研究信息感知获取、数据分析处理、结果验证评估以及对相关要素进行控制的理论与方法，是电子、光学、精密机械、计算机、信息与控制技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。
主要探讨和研究测量理论和测量方法、各种类型测量仪器、测控系统的工作原理、设计方法和应用技术。
主要培养方向：1．自动测试与诊断2、过程参数测量与成像3. 先进传感技术与系统4、传感网络与信息融合网络化传感系统5. 计算机视觉及模式识别6、光电精密测试与系统7、动态计量与校准四、培养模式及学习年限本学科学术硕士研究生主要按二级学科培养，鼓励开展跨学科交叉培养、校企联合培养、本研统筹培养，实行导师或联合导师负责制，负责制订研究生个人培养计划、指导科学研究和学位论文。
硕士研究生实行学分制，学制为两年半至三年，一般在1年内完成课程学习，要求在申请硕士论文答辩前按培养方案获得知识结构中所规定的各部分学分及总学分。
若因客观原因不能按时完成学业者，可申请适当延长培养年限，延长时间不得超过一年。
五、知识和能力结构本学科硕士研究生培养方案的知识和能力结构由学位理论课程和综合实践能力两部分构成，如下表所示。
北航传感器原理8
U
f
——被校传感器输出电压（峰值）；
——激励设备振动频率；
——激励设备振动加速度， a 2f x0
2
x0 ——激励设备振幅；
a
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2.8 传感器的动态标定
振动信号源：振动台产生正弦激励的标定信号。 激光光波长度作为振幅量值的绝对基准，测出振动信号的 振幅值Xm(m)； mV s 2 2 E rms 精密数字频率计测出振动台的振动频率f (1/s)； Sa m 2f 2 X m 精密数字电压表测出传感器输出电压值Erms(mV)。 被标振动传感器的加速度灵敏度Sa为
将被标传感器与标准测振传感器“背靠背”安装在振动台上。标定时，分别测出 被标传感器与标准测振传感器的输出电压值Ua和U，若标准测振传感器的加速度
灵敏度为Sa0，则被标传感器加速度灵敏度Sa为
Sa=Sa0·U/Ua
频率响应的标定：在振幅恒定条件下，
改变振动台的振动频率，测出传感器输
M e
或
1 2
1 1 ln M
-M曲线
2
测得M，由上式或-M曲线，可求阻尼比； 由标定测得的tp ，得fd d n。
2.8 传感器的动态标定
2.8.4 压力传感器的静态标定
标定方法
对压力计进行校验，分为静态校定和动态校定。
实际压力计的静态标定？与动态标定的不同？
2.8 传感器的动态标定
2.8.4 压力传感器的静态标定
静态标定方法
静态校验主要是测定静态精度，确定仪表的等级，两种方法：一种叫“砝 码校验法”（使用活塞式压力计进行校验），一种叫“标准表比较法”。
2011_0524_北航_传感器技术及应用_樊尚春_012_to
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5.5.1 谐振弦式压力传感器 结构与原理 特性方程 激励方式
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5.5.1 谐振弦式压力传感器 结构与原理
F
传力膜片
石英晶体 (敏感元件)
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5.5.4 石英谐振式集中力传感器 结构与原理 特性方程
f K f f02 F
Kf
与谐波次数，谐振器材料、
F
传力膜片
结构参数，外壳材料、结构
参数等有关的修正系数
——传感器装配 ——功耗高 ——结构复杂
铂电阻 基座
——抗干扰能力差
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5.5.2 谐振筒压力传感器
原理结构示意图（压电激励） 应用特点
——功耗低
——结构简单 ——抗干扰能力强 ——振型的选择 ——传感器装配 ——接触模式
课 程 内 容
第1讲：绪 论 第2讲：传感器的输入输出特性 第3讲：传感器敏感结构的力学特性 第4讲：几种典型的模拟式传感器 第5讲：谐振式传感器 第6讲：发展中的传感器新技术 第7讲：总 结
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传感器在航空航天中的应用
石英微机械陀螺
石英微机械陀螺设计上采用双端音叉结构，压 电激励，压电拾取，具有敏感元件结构简单、 受温度等环境影响小、固有可靠性高的优势。
石英微机械陀螺
MMU/CNSS组合导航系统
组合导航系统由高性能固态MEMS陀螺和石英 挠性加速度计以及高动态性能、小型化的16通 道CNSS接收机组成。
高度传感器
在重力场中，大气压强随高度增加而减小，故 可通过测量大气压强间接地检测高度。利用这 种方法检测高度的传感器可称气压式高度传感 器，其工作原理如图：
空速传感器
飞行速度是飞机的一个重要参数。在飞行过程 中，空速传感器敏感的信息不断提供给驾驶员 和有关控制系统，这样才能合理地操纵和控制 飞行姿态、导航，以及照相、轰炸瞄准和武器 发射等。
（2）挠性加速传感器
位移式单敏感轴挠性加速度传感器
线加速度传感器
特点：结构和工艺简单，其精度和可靠性均达 到现代惯导系统的要求。
挠性加速度传感器是一种摆式加速度传感器， 其与液浮摆式加速度传感器的主要区别是摆组 件不是悬浮在液体中，而是弹性连接在挠性支 柱上。
振动加速度传感器
飞行器个部位产生的振动可用振动加速度 传感器检测，根据检测信号判断飞行器工作是 否正常。因此，各种飞行器，特别是飞行发动 机，都用振动加速度传感器监视振动状态，并 根据检测结果改进设计或排除故障。
载人航天测控传感器及系统
（1）.逃逸救生判据用的加速度传感器 （2）.运载火箭推进剂利用系统 （3）.耗尽关机传感器系统
逃逸救生判据用的加速度传感器
逃逸救生判据用加速度传感器为适应挠性伺服 加速度传感器，采用力平衡原理，用于测量飞 行器或其它运动物体某一方向的线加速度，具 有精度高、长期稳定好等特点。
传感器技术及其应用第2版教学课件ppt作者陈黎敏传感器技术答案（2）
《传感器技术及其应用》第2版答案第1章1. 答：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。
2. 答：传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种：一种是按被测输入量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。
前者的优点是便于使用者根据用途选用，后者的优点是对传感器的工作原理比较清楚，类别少，有利于传感器专业工作者对传感器的深入研究分析。
3. 答：传感器测量静态量时表现的输入、输出量的对应关系为静态特性，常用的静态特性技术指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、漂移等。
4.答：传感器的灵敏度k=dyyx=6x+35. 答：产生误差的原因有：测量方法的近似、仪表本身的精度限制、测量人员的习惯、外界环境因素影响等多种原因，有的是有规律可循，有的是随机产生的，因此测量误差也可分为系统误差、随机误差和粗大误差。
6. 答：绝对误差Δt=±800−−200×0.5%=±5℃相对误差γ=±5500×100%=±1%7. 相对误差γ1=±5300−−200=±1%γ2=±5800−0=±0.625%答：因为γ1>γ2所以测量范围为0~800℃的仪表精度高8. 相对误差γ1=±600×2.5%500=±3%>2.5%γ2=± 600×2.0% 500=±2.4%<2.5% γ3=± 600×1.5% 500=±1.8%<2.5% 答：可见2.0级与1.5级都能满足测量误差要求，考虑性价比建议选择2.0级，若只需考虑测量精度则选择1.5级。
传感器技术及应用(辅导资料)(DOC)
《传感器技术及应用》复习资料思考题与习题第3章应变传感器3．1 电阻应变式传感器3．1．1 应变片的结构和类型3．1．2 常用的应变片3．2 薄膜应变电阻及传感器3．2．1 薄膜分类3．2．2 薄膜的工作原理3．2．3 薄膜应变传感器的特点3．3 电阻应变传感器使用中应注意的一些问题思考题与习题第4章磁敏传感器4．1 磁敏传感器的物理基础——霍尔、磁阻、形状效应4．1．1 基础知识4．1．2 霍尔效应4．1．3 磁阻效应4．1．4 形状效应4．2 霍尔元件4．2．1 霍尔元件的工作原理4．2．2 霍尔元件的结构4．2．3 基本电路4．2．4 电磁特性4．2．5 误差分析及误差补偿4．3 磁阻元件4．3．1 长方形磁阻元件4．3．2 科尔宾元件4．3．3 平面电极元件4．3．4 InSb—NiSb共晶磁阻元件4．3．5 曲折形磁阻元件4．3．6 磁阻元件的温度补偿4．4 磁敏二极管4．4．1 磁敏二极管的结构4．4．2 磁敏二极管的工作原理4．4．3 磁敏二极管的特性4．4．4 磁敏二极管的补偿技术4．5 磁敏三极管4．5．1 磁敏三极管的结构4．5．2 磁敏三极管的工作原理4．5．3 磁敏三极管的特性4．5．4 温度补偿技术4．6 磁敏传感器的应用4．6．1 霍尔元件的应用4．6．2 磁阻元件的应用思考题与习题第5章压电传感器5．1 压电效应5．1．1 石英晶体的压电效应5．1．2 压电常数5．1 _3压电陶瓷的压电效应5．2 压电材料5．2．1 压电晶体5．2．2 压电陶瓷5．2．3 新型压电材料5．3 等效电路与测量电路5．3．1 等效电路5．3．2 测量电路5．4 压电传感器及其应用5．4．1 压电传感器中压电片的连接5．4．2 压电式力传感器5．4．3 压电式压力传感器5．4．4 压电式加速度传感器5．4．5 应用实例思考题与习题第6章光纤传感器6．1 基础知识6．1．1 光纤的结构6．1．2 光纤的种类6．1．3 光纤的传光原理6．1．4 光纤的特性6．1．5 光纤的耦合6．2 光纤传感器的分类及构成6．2．1 分类6．2．2 构成部件6．3 功能型光纤传感器举例6．3．1 相位调制型光纤传感器6．3．2 光强调制型光纤传感器6．3．3 偏振态调制型光纤传感器6．4 非功能型光纤传感器举例6．4．1 传输光强调制型光纤传感器6．4．2 反射光强调制型光纤传感器6．4．3 频率调制型光纤传感器6．4．4 光纤液位传感器思考题与习题第7章光栅传感器7．1 光栅基础7．1．1 光栅的分类及结构7．1．2 莫尔条纹的原理7．1．3 莫尔条纹的特点7．2 光栅传感器的工作原理7．2．1 光电转换原理7．2．2 莫尔条纹测量位移的原理7．2．3 辨向原理7．3 莫尔条纹细分技术7．3．1 细分方法7．3．2 光电元件直接细分7．3．3 CCD直接细分7．3．4 光栅传感器的误差7．4 常用光学系统7．4．1 透射直读式光路7．4．2 反射直读式光路7．4．3 反射积分式光路思考题与习题第8章光电传感器8．1 光电传感器的基本效应8．1．1 生导体的粒子特性8．1．2 光电效应8．2 外光电效应光电元件8．2．1 光电管8．2．2 光电倍增管8．3 光电导效应及光电元件8．3．1 光敏电阻的结构及原理8．3．2 光敏电阻的特性8．4 光电伏特效应及光电元件8．4．1 光电导结型光电元件8．4．2 光电伏特型光电元件8．5 CCD图像传感器8．6 应用光路8．6．1 反射式8．6．2 透射式8．6．3 线纹瞄准用光电传感器8．6．4 脉冲式光电传感器思考题与习题第9章气、湿敏传感器9．1 气敏传感器9．1．1 半导体气敏元件的分类及必备条件9．1．2 表面控制型电阻式半导体气敏元件……第10章智能传感器第11章传感器应用技术第12章传感器的选择与使用第1章传感器的特性传感器（transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
传感器技术及应用-北航稿
传感器根据测量目标和原理的不同，可以分为压力传感器、温度传感器、光 学传感器、化学传感器等多个类别。
传感器感知参数介绍
不同类型的传感器会感知不同的物理或化学参数，如温度、压力、湿度、光 强等。了解这些感知参数对选择合适的传感器非常重要。
传感器的特性与指标
传感器的特性和指标包括灵敏度、分辨率、准确性、响应时间等。这些指标决定了传感器的性能和可靠性。
传感器技术及应用
本演示文稿将介绍传感器技术的各个方面，包括传感器技术简介、分类及原 理、感知参数、特性与指标、误差和校准方法等。
传感器技术简介
传感器技术是一门研究使用传感器将物理量或化学量转换为可测量信号的科学。它在计量、检测、控制领域广 泛应用，为现代社会提供了无处不在的感知能力。
传感器分类及原理
传感器的误差及校准方法
传感器在实际应用中会存在一定的误差，如线性误差、温度漂移等。校准是 提高传感器测量精度的重要方法。
数字传感器与模拟传感器
传感器可以用于获取模拟信号或数字信号。数字传感器具有易于处理和传输的优势，而模拟传感器在某些应用 场景中仍然具有重要作用。
基于MEMS的传感器技术
MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）是一种小型化、集成化的传感器技术，可实现高性能、低 功耗的微型传感器。
2012_0221_北航_传感器技术及应用_001_to.
信息获取→信息传输→信息处理 信息技术的源头
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第1讲：绪 论
1.1 课程简要介绍
1.2 课程的教学方法与方式
1.3 课程的设置背景(重要性) 1.4 课程的主要内容 1.5 课程教学的基本要求 1.6 课程的考核
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传感器技术及应用
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传感器技术及应用
主讲教师：樊尚春 教授 助 教：郭占社 副教授
李 成 副教授 邢维巍 副教授 …
1.1 课程简要介绍
什么是传感器？
弹簧
如何获取信息？
真空膜盒
输入
压力→膜盒位移→杠杆位移 →电刷位移→电位器电压
输出
电刷 电位器 引线
p 壳体
p
p
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1.1 课程简要介绍
什么是传感器？
弹簧
如何获取信息？
1.3 课程的设置背景(重要性)：例子2
应变片
膜片
F16
激振电 磁线圈
参考腔
放大器
P
输出频率
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1.3 课程的设置背景(重要性)：例子3
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信息获取→信息传输→信息处理 信息技术的源头
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第1讲：绪 论
1.1 课程简要介绍
1.2 课程的教学方法与方式
1.3 课程的设置背景(重要性) 1.4 课程的主要内容 1.5 课程教学的基本要求 1.6 课程的考核
1.2 课程的教学方法与方式
课堂教学 课后学习、探索研究 查部阅分相实关验文(单献独，安个排性6化个学学时习)，
分组可提供2个一必定做的实科验研，环2境个自主选择
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第1讲：绪 论
1.1 课程简要介绍 1.2 课程的教学方法与方式 1.3 课程的设置背景(重要性) 1.4 课程的主要内容 1.5 课程教学的基本要求 1.6 课程的考核
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1952，林士谔先生，清华大学
林士航谔空(仪1表91与3～传感19器8专7)业
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1.3 课程的设置背景(重要性)
传感器技术及应用
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传感器技术及应用
信息技术
信息获取→信息传输→信息处理
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传感器技术及应用
课程建设与发展的重要阶段
1.建校之初(1952～)
专业：航空仪表与传感器 课程：航空仪表 (机载传感器)
2.改革开放(1980～)
专业：飞行器仪表与传感器 课程：传感器原理 (拓展到 其他工业领域)
林士谔(1913～1987) 3.建院以后(2003～)
专业：测控技术与仪器(2000版) 课程：传感器技术及应用(原理 拓展到 应用)
1.2 课程的教学方法与方式
按课程内容分为 7“讲”
✓ 第1讲：绪 论
第2讲：传感器的输入输出特性 第3讲：传感器敏感结构的力学特性 第4讲：几种典型的模拟式传感器 第5讲：谐振式传感器 第6讲：发展中的传感器新技术 第7讲：总 结
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飞机最重要的被测参数？
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1.3 课程的设置背景(重要性)：例子1
弹簧 真空膜盒
电刷
电位器
引线
谐振线圈
壳体
拾振线圈
铂电阻
外壳 振动筒 支承骨架
基座
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北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
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特 别 通 知：
上课时间：周二，3、4节，1-15周 （10:00-）
周四，10、11节，2-14周，双周 （18:55-）
上课地点：主南210
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1.1 课程简要介绍
什么是传感器？
弹簧
如何获取信息？
真空膜盒
输入
压力→膜盒位移→杠杆位移 →电刷位移→电位器电压
输出
电刷 电位器 引线
p 壳体
p
p
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1.1 课程简要介绍
什么是传感器？
弹簧
如何获取信息？
弹簧片
固定电极 m
金钯合金套环 磁钢套筒 磁钢 线圈骨架 线圈
1. 如何理解传感器? 2. 举例说明传感器在信息技术中的重要性(3个)。
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第1讲：绪 论
1.1 课程简要介绍 1.2 课程的教学方法与方式 1.3 课程的设置背景(重要性) 1.4 课程的主要内容 1.5 课程教学的基本要求 1.6 课程的考核
2010～，专业：拓展到 信息工程(仪器光电) 课程内容：拓展到信息技术(获取与应用)
1.3 课程的仪设器置科背学与景光(电重工要程性学院)
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N
ai xi 0
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✓ ✓
1952，林士谔先生 创立 航空仪表与传感器专业
0801 力学(工学、理学）
0802 机械工程
0804 仪器科学与技术
0805 材料科学与工程
0811 控制科学与工程
0812 计算机科学与技术(工学、理学)
0825 航空宇航科学与技术
1201 管理科学与工程(管理学、工学)
仪器科学与技术 国家重点一级学科情况
序号
学校名称
1
天津大学
2
北京航空航天大学
1.3 课程的设置背景(重要性)：例子1
谐振筒压力传感器——使我国飞机气压高度测量的精度 大大提高，装备我国飞机，出口国外
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2007年11月22日起，8850米国～家12安50全0飞米行的、空空间中范管围理内，
1.3 课程的设置背景(重要性)：例子2
应变片
膜片
F16
激振电 磁线圈
参考腔
电工程学院
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1.3 课程的设置背景(重要性)：例子3
2005年7月的“发现号航天飞机”
燃料传感器 ？！
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信息类学科专业
北航本学科专业的老一辈知名学者： 黄俊钦、吴宗岱、刘广玉、刘惠彬、朱定国、马良程等
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1.3 课程的设置背景(重要性)
国家重点学科的发展历史
0804：仪器科学与技术 080401 精密仪器及机械 080402 测试计量技术及仪器
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1.2 课程的教学方法与方式
课堂教学 按课程内容分为 7 “讲” 课后学习、探索研究 部分实验(单独安排6个学时)
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1.3 课程的设置背景(重要性)
技术内涵？ 典型的例子 传感器的重要应用
28
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1.3 课程的设置背景(重要性)：例子1
38
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1.3 课程的设置背景(重要性)：例子4
质量块 弹簧片
绝缘体 固定电极
电阻 元件
m
电刷
弹簧片
壳体
活塞阻尼器
电缆插头
盖子组合
活动极板(质量块)
缘体 固定电极 m
活动极板(质量块)
绝缘体
壳体
真空膜盒
实思现考测：量的过程： 利1.用画出输该入传输感出器的的关原系理，方框图 由2.输弹簧出起电什压么解作算用出？输入(被测量)
电刷 电位器 引线
p 壳体
p
p
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1.1 课程简要介绍
思考题(第1讲：绪 论)
2007 1988、20061、2006
2007
基于我们学科对行业，特别是在航空航天领域的贡献
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重点学科评估—2007年国家重点一级学科
北航拥有的国家重点 一级学科情况
全国排名第7
学科代号
学科名称
School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.
特 别 通 知：
上课时间：周二，3、4节，1-15周 （10:00-）
周四，10、11节，2-14周，双周 （18:55-）
上课地点：主南210
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3
哈尔滨工业大学
仪器科学与光电工程学院