傳感器技術(shù)及應(yīng)用教學(xué)大綱

1、傳感器技術(shù)及應(yīng)用教學(xué)大綱、課程根本信息課程編號(hào)：17z8315 課程名稱(chēng)：傳感器技術(shù)及應(yīng)用Sensor Technology and Application學(xué)分/學(xué)時(shí)：3/42先修課程：主要有：物理、材料力學(xué) 工程力學(xué)、電工根底、電子技術(shù)根底、自動(dòng)限制 元件、自動(dòng)限制理論.二、課程教學(xué)目的本課程是儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)本科生的專(zhuān)業(yè)課.其目標(biāo)是：提 供了解、使用、分析和初步設(shè)計(jì)常用傳感器的敏感元件及系統(tǒng)的理論與實(shí)踐根底,為后續(xù)其 他專(zhuān)業(yè)課打下較堅(jiān)實(shí)的根底.三、課程教學(xué)任務(wù)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),讓學(xué)生了解傳感器技術(shù)的開(kāi)展現(xiàn)狀、特點(diǎn),在信息技術(shù)中的重要地 位、作用；掌握信息獲取范疇的廣

2、義理解；掌握常用傳感器的根本工作原理,實(shí)現(xiàn)方式與結(jié) 構(gòu)；了解傳感器技術(shù)在國(guó)防工業(yè)和一般工業(yè)領(lǐng)域中的典型應(yīng)用；同時(shí)使學(xué)生能夠在自動(dòng)化系 統(tǒng)、智能化系統(tǒng)中正確應(yīng)用常用的傳感器技術(shù).四、教學(xué)內(nèi)容及根本要求本課程理論與實(shí)踐緊密結(jié)合.主要講授傳感器的性能評(píng)估,目前在工業(yè)領(lǐng)域中常用的幾 種典型的、有代表性的傳感器的敏感元件的物理效應(yīng)、變換原理、工作特性、主要結(jié)構(gòu)、信 號(hào)轉(zhuǎn)換電路、誤差及其補(bǔ)償、合理應(yīng)用等.同時(shí)本課程也重視對(duì)新型傳感器技術(shù)及應(yīng)用的介 紹.傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝及所用材料只作一般介紹.本課程主要內(nèi)容可以分為三局部.第一局部是關(guān)于傳感器技術(shù)的根底理論與知識(shí),共15個(gè)學(xué)時(shí)；第二局部是關(guān)于典型傳感器的

3、討論,這是課程的重點(diǎn),共21個(gè)學(xué)時(shí)；第三局部是關(guān)于近年來(lái)出現(xiàn)的新型傳感器、應(yīng)用例如的討論,共6個(gè)學(xué)時(shí).教學(xué)的根本知識(shí)模塊順序及對(duì)應(yīng)的單元教學(xué)任務(wù).課程體系知識(shí)結(jié)構(gòu)學(xué)時(shí)單兀教學(xué)內(nèi)容教學(xué)任務(wù)緒論傳感技術(shù)6傳感器與信息狀?。焊拘g(shù)語(yǔ)； 典型與新型傳感器技術(shù)應(yīng)用了解傳感器在信息獲取 技術(shù)中的重要性與開(kāi)展 趨勢(shì).傳感器輸 入輸出特 性特性評(píng)估5靜態(tài)特性、靜態(tài)校準(zhǔn)及其性能評(píng) 估；主要指標(biāo)及其計(jì)算掌握傳感器的靜、動(dòng)態(tài)特 性的描述及其數(shù)據(jù)處理 方法傳感器敏 感結(jié)構(gòu)的 力學(xué)特性常用敏感元件4敏感元件的一般特性； 常用彈性 敏感元件力學(xué)特性掌握根本彈性敏感兀件 的力學(xué)特性分析及其對(duì) 材料特性的根本要求幾種典型 的

4、模擬式 傳感器電位器式傳感 器1變換原理、特性；負(fù)載誤差及其 補(bǔ)償(1)掌握測(cè)量典型參數(shù)的傳 感器特性,包括其測(cè)量原 理、根本效應(yīng)、設(shè)計(jì)思路及 誤差補(bǔ)償；(2)對(duì)同一測(cè)量參數(shù),能夠 給出幾種基于不同測(cè)量原應(yīng)變式傳感器5應(yīng)變效應(yīng),橫向效應(yīng)；溫度特性 及其補(bǔ)償；典型應(yīng)變片式傳感器 特性與使用壓阻式傳感器2.5壓阻效應(yīng)；壓阻特性與應(yīng)力特 性；典型壓阻式傳感器工作原理 與應(yīng)用熱電式傳感器2.5溫度的“場(chǎng)特性電容式傳感器1電容式傳感器的結(jié)構(gòu)及抗干擾 問(wèn)題；典型電容式傳感器工作原 理與應(yīng)用理或方法的傳感器,并分析 其異同點(diǎn)；(3)熟悉典型傳感器的結(jié)構(gòu) 組成、應(yīng)用特點(diǎn)與選型.變磁路式傳感 器2變換原理,電渦

5、流效應(yīng)與霍爾效 應(yīng),磁路分析壓電式傳感器1壓電材料與壓電效應(yīng), 抗干擾設(shè) 計(jì),典型壓電式傳感器工作原理 與應(yīng)用諧振式傳 感器諧振式傳感器6敏感機(jī)理,諧振狀態(tài)及其評(píng)估, 閉環(huán)自激系統(tǒng)；典型諧振式傳感 器(1)掌握諧振式傳感器敏 感機(jī)理,以及提升機(jī)械品 質(zhì)因數(shù)Q值的方法；(2)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自激系統(tǒng)的 根本結(jié)構(gòu)及幅值、相位條 件開(kāi)展中的 傳感器新 年傳感器的新進(jìn) 展5根本傳感器,傳感器技術(shù)的智能 化,微機(jī)械傳感器技術(shù)(1)熟悉傳感器開(kāi)展的趨 勢(shì)；(2) 了解傳感器系統(tǒng)的典 型應(yīng)用與設(shè)計(jì)方法課程總結(jié)課程總結(jié)1課程內(nèi)容總結(jié),知識(shí)點(diǎn)凝練,考 核要求,問(wèn)題答疑與解析(1)清楚課程內(nèi)容主線與 課程重點(diǎn)；(2)掌握

6、本課程的學(xué)習(xí)方 法；五、教學(xué)安排及方式第1章緒論6學(xué)時(shí),根本掌握,講授為主1.1 傳感器的作用與功能1.2 傳感器的分類(lèi)1.3 傳感器技術(shù)的特點(diǎn)1.4 傳感器技術(shù)的開(kāi)展1.5 與傳感器技術(shù)相關(guān)的一些根本概念1.6 本教材的特點(diǎn)及主要內(nèi)容第2章傳感器的特性5學(xué)時(shí),掌握,講授為主,討論為輔2.1 傳感器靜態(tài)特性的一般描述2.2 傳感器的靜態(tài)標(biāo)定2.3 傳感器的主要靜態(tài)性能指標(biāo)及其計(jì)算第3章根本彈性敏感元件的力學(xué)特性4學(xué)時(shí),掌握,講授為主3.1 概述3.2 彈性敏感元件的根本特性3.3 根本彈性敏感元件的力學(xué)特性3.4 彈性敏感元件的材料第4章電位器式傳感器1學(xué)時(shí),掌握,討論為主,講授為輔4.1 概

7、述4.2 線繞式電位器的特性4.3 非線性電位器4.4 電位器的負(fù)載特性及負(fù)載誤差4.5 非線繞式電位器4.6 典型的電位器式傳感器第5章應(yīng)變式傳感器5學(xué)時(shí),掌握,講授為主,討論為輔5.1 應(yīng)變式變換原理5.2 金屬應(yīng)變片5.3 應(yīng)變片的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性5.4 應(yīng)變片的溫度誤差及其補(bǔ)償5.5 電橋原理5.6 典型的應(yīng)變式傳感器第6章壓阻式傳感器2.5學(xué)時(shí),掌握,講授為主6.1 壓阻式變換原理6.2 典型的壓阻式傳感器第7章 熱電式傳感器2.5學(xué)時(shí),掌握,講授為主,討論為輔7.1 概述7.2 熱電阻測(cè)溫傳感器7.3 熱電偶測(cè)溫7.4 半導(dǎo)體P-N結(jié)測(cè)溫傳感器7.5 其他測(cè)溫系統(tǒng)第8章 電容式傳感器1

8、學(xué)時(shí),掌握,講授為主,討論為輔8.1 根本電容式敏感元件8.2 電容式敏感元件的主要特性8.3 電容式變換元件的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8.4 典型的電容式傳感器8.5 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)及抗干擾問(wèn)題第9章變磁路式傳感器2學(xué)時(shí),掌握,討論為主,講授為輔9.1 電感式變換原理9.2 差動(dòng)變壓器式變換元件9.3 電渦流式變換原理9.4 霍爾效應(yīng)及元件9.5 典型的變磁路式傳感器第10章 壓電式傳感器1學(xué)時(shí),根本掌握,講授為主10.1 石英晶體10.2 壓電陶瓷10.3 聚偏二氟乙烯10.4 壓電換能元件的等效電路10.5 壓電換能元件的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路10.6 壓電式傳感器的抗干擾問(wèn)題10.7 典型的壓電式傳感器

9、第11章諧振式傳感器6學(xué)時(shí),根本掌握,講授為主11.1 諧振狀態(tài)及其評(píng)估11.2 閉環(huán)自激系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)11.3 振動(dòng)筒壓力傳感器11.4 諧振膜式壓力傳感器11.5 石英諧振梁式壓力傳感器11.6 諧振式科里奧利直接質(zhì)量流量傳感器第12章微機(jī)械與智能化傳感器技術(shù)5時(shí),根本掌握,講授為主,討論為輔12.1 概述12.2 幾種典型的微硅機(jī)械傳感器12.3 幾種典型的智能化傳感器12.4 假設(shè)干新型傳感器應(yīng)用實(shí)例分析課程總結(jié)1學(xué)時(shí),講授為主,討論為輔六、教學(xué)的根本思路“傳感器技術(shù)及應(yīng)用教學(xué)以“一條主線、二個(gè)根底、三個(gè)重點(diǎn)、多個(gè)獨(dú)立模塊的 根本原那么來(lái)進(jìn)行.一條主線：以測(cè)量,即“將被測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎秒娏繛?/p>

10、主線.二個(gè)根底：以傳感器的特性、典型傳感器用彈性敏感元件的力學(xué)特性(包括位移特性、 應(yīng)變特性、應(yīng)力特性和振動(dòng)特性)為根底.三個(gè)重點(diǎn)：重物理效應(yīng)、重變換原理、重不同傳感器各自的特點(diǎn).多個(gè)獨(dú)立模塊：不同的傳感器既有聯(lián)系,又相互獨(dú)立,教師與學(xué)生可以根據(jù)具體教學(xué)需要進(jìn)行選用.總之,本課程既注重介紹傳感器理論根底知識(shí),又適當(dāng)介紹傳感器結(jié)構(gòu)組成、誤差補(bǔ) 償、應(yīng)用特點(diǎn)等；既注重介紹典型的、常規(guī)的傳感器,又適當(dāng)介紹近年來(lái)出現(xiàn)的新型傳感 器技術(shù)；既注重介紹在國(guó)防工業(yè)中應(yīng)用的傳感器,又適當(dāng)介紹在一般工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的傳感器.七、考核方式為能夠全面、綜合地反映學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的效果,考核成績(jī)由期末測(cè)試和平時(shí)成績(jī)組成.總

11、成績(jī)主要以期末測(cè)試閉卷成績(jī)?yōu)橹?占總成績(jī) 80%,測(cè)試時(shí)間2小叱平時(shí)成績(jī)占20%,將綜合考慮課堂表現(xiàn)(占 5%)與平時(shí)作業(yè)(15%).其中,課堂表現(xiàn)主要涉及課堂 小測(cè)驗(yàn)、課堂問(wèn)題與思考題的交互； 平時(shí)作業(yè)主要涉及課后習(xí)題、 設(shè)計(jì)性作業(yè)的學(xué)生講解 等環(huán)節(jié).八、參考教材傳感器技術(shù)及應(yīng)用(第2版),樊尚春,北京航空航天大學(xué)出版社,2021.8新型傳感器技術(shù)及應(yīng)用(第 2版),樊尚春,劉廣玉,電力工業(yè)出版社,2021.2主要參考書(shū)：(1) ) Krzysztof Iniewski. Optical, Acoustic, Magnetic, and Mechanical Sensor Technolog

12、ies. CRC Press, 2021(2) Jacob Fraden. Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs, and Applications. Springer Science Business Media, LLC, 2021(3) Gerard Meijer. Smart Sensor Systems. Wiley, 2021(4) Jon S. Wilson. Sensor Technology Handbook. Newnes, 2004(5) ) Beckwith T. G. and Marangoni R. D. Mechanical Measurements (Fourth E