《传感器原理与应用》课程教学大纲

课程代码:  53113610

课程名称：  传感器原理及应用                           

英文名称：  Principles and  Applications of Sensors

课程类型:  专业必修课

总 学 时：  64            讲课学时： 48           实验学时：  16

学　　分：  4

适用对象:  自动化专业

先修课程：大学物理、电路分析、模拟电子电路、数字电路

一、课程性质、目的和任务  

传感器原理是自动化专业的专业必修课。本门课程以各类传感器的工作机理为线索，详细介绍了各类传感器的工作原理、基本结构、相应的测量电路和在各个领域中的应用，使学生掌握传感器的使用方法和设计要点的基本技能。通过对本课程的学习，可使学生获得比较全面而系统的传感器知识，为后续课程提供必要的基础知识，也为以后的工作打下一个坚实的基础。

二、教学基本要求 

本课程系统的阐述各类传感器的工作原理、基本结构、相应的测量电路和在各个领域中的应用。学完本课程应达到以下基本要求：

1． 了解在各个领域中的传感器的作用，掌握传感器的定义、组成、分类和发展动向。掌握传感器的动态特性和动态特性指标，掌握传感器的静特性和技术指标。

2． 掌握各种类型传感器的工作原理、基本结构、相应的测量电路和一些典型的应用。初步掌握各种应用条件下传感器的选用原则和应用电路设计。

3.  掌握测量误差的测量误差分析及处理。了解在实际工程应用中如何选择合适的传感器。

4． 通过实验使学生掌握传感器的基本理论，建立完整的传感器技术的整体概念，培养学生组建非电测量和控制系统的实际能力，并能对测试结果的准确性进行分析。使学生在掌握传感器方面的知识的同时，培养学生的自学能力、动手能力和分析、解决问题的能力。

三、教学内容及要求 

第一章   传感与检测技术的理论基础

教学内容：

1．测量概论     

2．测量数据的估计和处理

教学要求：了解本课程的性质和任务；了解测量的基础知识；掌握测量误差分析及处理。

第二章   传感器概述

教学内容：                                             

1．传感器的组成和分类

2．传感器的基本特性

教学要求：了解在各个领域中的传感器的作用，掌握传感器的定义、组成、分类。重点掌握传感器的静态、动态特性指标。

第三章   应变式传感器 

教学内容：                                                

1．工作原理

2．应变片的种类、材料及粘贴

3．电阻应变片的特性

4．电阻应变片的测量电路

5．应变式传感器的应用

教学要求：掌握应变效应、压阻效应、金属丝灵敏系数和应变片灵敏系数、电阻式传感器的工作原理及测量电路。了解应变式传感器的应用。

第四章   电感式传感器

教学内容：                                                    

1．变磁阻式传感器

2．差动变压器式传感器

3．电涡流式传感器

教学要求：了解电感式传感器的种类与应用特点；掌握其工作原理、灵敏度定义及零残电压产生的原因和减小措施和转换电路；了解各种类型传感器的应用。

第五章   电容式传感器

教学内容：                                                    

1．电容式传感器的工作原理和结构

2．电容式传感器的灵敏度及非线性

3．电容式传感器的等效电路

4．电容式传感器的测量电路

5．电容式传感器的应用

教学要求：掌握电容传感器的工作原理、类型和结构；掌握各种测量电路基本的测量电路。

第六章   压电式传感器

教学内容：

1．压电效应及压电材料

2．压电式传感器测量电路

3．压电式传感器的应用

教学要求：掌握压电式传感器的压电效应、测量电路；了解常用压电材料的种类与特性；了解压电式传感器应用。

第七章   磁电式传感器

教学内容：                                                    

1．磁电感应式传感器

2．霍尔式传感器

教学要求：掌握磁电感应式，霍尔式传感器的工作原理；了解传感器的应用。

第八章   光电式传感器

教学内容：                                                    

1．光电器件

2．光纤传感器

教学要求：掌握各种类型的光电器件的工作原理；了解各种器件的基本特征；掌握光纤传感器的工作原理；了解传感器的应用。

第九章   半导体传感器

教学内容：                                                    

1．气敏传感器

2．湿敏传感器

3．色敏传感器

4．半导体式传感器应用

教学要求：掌握气敏、湿敏、色敏传感器的工作机理；了解气敏、湿敏、色敏传感器的类型及其特性；了解气敏、湿敏、色敏传感器的应用。

第十章  超声波传感器

教学内容：

1．超声波及其物理性质  

2．超声波传感器

3．超声波传感器应用

教学要求：掌握超声波传感器的结构；了解其应用。

第十一章  微波传感器

教学内容：

1．微波概述

2．微波传感器的原理和组成

3．微波传感器的应用

教学要求：掌握微波传感器的结构；了解微波传感器的应用。

第十二章  辐射式传感器

教学内容：

1．红外传感器

2．核辐射传感器

教学要求：重点掌握红外探测器的工作机理；掌握核辐射探测器的工作机理；了解红外探测器、核辐射探测器的应用。

第十三章  数字式传感器

教学内容：                                                    

1．光栅传感器

2．编码器

3．感应同步器

教学要求：掌握光栅传感器、编码器、感应同步器的工作机理。了解其特点及应用。

第十四章  智能式传感器 

教学内容：               

1．概述

2．传感器的智能化

3．集成智能传感器

教学要求：了解传感器的智能化，了解集成智能传感器的发展方向。

第十五章  传感器在工程检测中的应用

教学内容：

1．温度测量

2．压力测量

3．流量测量

4．物位测量

5. 气体成分测量

6. 振动测量

教学要求：掌握温度、压力、压力、物位等物理量测量的方法。了解各种类型的传感器再实际工程中的应用。

四、实践环节  

传感器实验安排在传感器课程内，开设8个实验：

1．金属箔式传感器性能实验                   2学时

2．差动变压器式传感器位移实验               2学时

3．电容式传感器位移实验                     2学时

4．压电式传感器振动测量实验                 2学时

5．霍尔式传感器位移实验                     2学时

6．光电式传感器转速测量                     2学时

7．气敏传感器性能实验                       2学时

8．热电偶传感器性能实验                     2学时

五、课外习题及课程讨论 

为达到本课程的教学基本要求，课外习题（包括自测题）不应少于60题。本课程宜采用讲授与讨论相结合的形式。大部分内容由教师“精讲”，在此基础上，部分内容可由学生自学，然后由学生在课堂上讲解、讨论，最后由教师补充、概括和总结。在自学中，指导学生多方面收集资料，开阔视野，不局限于教材的内容。目的在于调动学生的主观能动性，既掌握知识，又培养能力。

六、教学方法与手段

利用网络资源、多媒体等教学手段提高教学的信息量。理论联系实际，结合实际应用分析和讲解。采用实物、图片、幻灯、录象片、等手段，加大课堂信息量，提高课堂教学效果，培养学生的学习兴趣。

七、各教学环节学时分配 

八、考核方式  

闭卷笔试

九、推荐教材和教学参考书 

教 材：

《传感器原理及工程应用》（第四版），郁有文、常健、程继红编著，西安科技大学出版社，2014；

参考书：

1．《传感器原理及应用》王化祥 张淑英编著 天津大学出版社，2007；

2．《传感器原理及应用实例》刘伟，电子工业出版社，2009；

3．《传感器与单片机接口及实例》，来清民，北京航空航天大学出版社，2008。

4．《传感器实验讲义》，郑州大学西亚斯国际学院实验中心编，2007。

十、说明

大纲制订人：胡代弟

大纲审定人：

制订日期：

传感器原理与应用  课程提纲

（2018 ---2019学年第1学期）

级别：2016        学院： 电院       专业：自动化     班级：1、2、3          

一、【课程信息】

课程名称：传感器原理与应用

课程代码：53113610

讲课学时：48        实验学时：16              学分：4

考试性质：考试

二、【教师信息】：

三、【课程描述（课程简介）】              

传感器原理及应用是自动化专业的专业课。本课程的目的是在于通过本课程的学习使学生掌握各种类型传感器的结构、工作原理、测量电路和应用，并通过实验使学生掌握传感器的基本理论，建立完整的传感器技术的整体概念，培养学生组建非电测量和控制系统的实际能力，掌握传感器的标定和校准方法。

四、【课程目的】

传感器是获取信息的重要设备，是自动控制系统中的首要环节。自动化专业的学生必须知晓信息获取的方法与途径。通过学习各类传感器的工作原理、基本结构、相应的测量电路和应用，能掌握传感器的选型与使用方法和设计要点。在实际工程应用中能结合传感器建立完整的检测系统。

五、【课程目标】

学习本门课，学生应在以下方面达到一定的能力：

1．重点掌握常用传感器的工作原理，掌握其结构、性能及应用，初步掌握选择、测试、调试、使用各种传感器的技能。

2．熟悉测量误差的基本知识和检测的基本转换电路。

3．熟悉自动检测系统的组成，对常用检测系统应具有一定的分析与维护能力。

4．掌握各种传感器的常用转换处理电路。

5．了解抗干扰技术及检测系统的可靠性问题。

6．了解国内外传感器技术的最新发展状况和发展趋势。

六、【课程内容】（主要涉及的要点；所具备的基础知识，包括：先修课程等）

传感器的种类很多，各种传感器的原理不尽相同，总体来说，先修课程主要应包括：大学物理、电路分析、模拟电子电路、数字电路等。以下是本门课各章节的要点：

第一章   传感与检测技术的理论基础

教学内容：

1．测量概论     

2．测量数据的估计和处理

教学要求：了解本课程的性质和任务；了解测量的基础知识；掌握测量误差分析及处理。

第二章   传感器概述

教学内容：                                             

1．传感器的组成和分类

2．传感器的基本特性

教学要求：了解在各个领域中的传感器的作用，掌握传感器的定义、组成、分类。重点掌握传感器的静态、动态特性指标。

第三章   应变式传感器 

教学内容：                                                

1．工作原理

2．应变片的种类、材料及粘贴

3．电阻应变片的特性

4．电阻应变片的测量电路

5．应变式传感器的应用

教学要求：掌握应变效应、压阻效应、金属丝灵敏系数和应变片灵敏系数、电阻式传感器的工作原理及测量电路。了解应变式传感器的应用。

第四章   电感式传感器

教学内容：                                                    

1．变磁阻式传感器

2．差动变压器式传感器

3．电涡流式传感器

教学要求：了解电感式传感器的种类与应用特点；掌握其工作原理、灵敏度定义及零残电压产生的原因和减小措施和转换电路；了解各种类型传感器的应用。

第五章   电容式传感器

教学内容：                                                    

1．电容式传感器的工作原理和结构

2．电容式传感器的灵敏度及非线性

3．电容式传感器的等效电路

4．电容式传感器的测量电路

5．电容式传感器的应用

教学要求：掌握电容传感器的工作原理、类型和结构；掌握各种测量电路基本的测量电路。

第六章   压电式传感器

教学内容：

1．压电效应及压电材料

2．压电式传感器测量电路

3．压电式传感器的应用

教学要求：掌握压电式传感器的压电效应、测量电路；了解常用压电材料的种类与特性；了解压电式传感器应用。

第七章   磁电式传感器

教学内容：                                                    

1．磁电感应式传感器

2．霍尔式传感器

教学要求：掌握磁电感应式，霍尔式传感器的工作原理；了解传感器的应用。

第八章   光电式传感器

教学内容：                                                    

1．光电器件

2．光纤传感器

教学要求：掌握各种类型的光电器件的工作原理；了解各种器件的基本特征；掌握光纤传感器的工作原理；了解传感器的应用。

第九章   半导体传感器

教学内容：                                                    

1．气敏传感器

2．湿敏传感器

3．色敏传感器

4．半导体式传感器应用

教学要求：掌握气敏、湿敏、色敏传感器的工作机理；了解气敏、湿敏、色敏传感器的类型及其特性；了解气敏、湿敏、色敏传感器的应用。

第十章  超声波传感器

教学内容：

1．超声波及其物理性质  

2．超声波传感器

3．超声波传感器应用

教学要求：掌握超声波传感器的结构；了解其应用。

第十一章  微波传感器

教学内容：

1．微波概述

2．微波传感器的原理和组成

3．微波传感器的应用

教学要求：掌握微波传感器的结构；了解微波传感器的应用。

第十二章  辐射式传感器

教学内容：

1．红外传感器

2．核辐射传感器

教学要求：重点掌握红外探测器的工作机理；掌握核辐射探测器的工作机理；了解红外探测器、核辐射探测器的应用。

第十三章  数字式传感器

教学内容：                                                    

1．光栅传感器

2．编码器

3．感应同步器

教学要求：掌握光栅传感器、编码器、感应同步器的工作机理。了解其特点及应用。

第十四章  智能式传感器 

教学内容：               

1．概述

2．传感器的智能化

3．集成智能传感器

教学要求：了解传感器的智能化，了解集成智能传感器的发展方向。

第十五章  传感器在工程检测中的应用

教学内容：

1．温度测量

2．压力测量

3．流量测量

4．物位测量

5. 气体成分测量

6. 振动测量

教学要求：掌握温度、压力、压力、物位等物理量测量的方法。了解各种类型的传感器再实际工程中的应用。

七、【授课方式（教法）】

1．授课、报告与研讨相结合，授课以启发方式为主，坚持用任务驱动方式调动同学们自主学习的积极性。

2．安排第4周的1次课为研讨课，第9周期中考试，第2次测试为每人上交一篇论文，题目自定，内容要求按照杂志科技论文的形式对某种传感器系统进行功能和技术描述，独立完成PPT进行讲解。此外还会在第6周安排一次小论文或测验。

3．随堂随时就某类问题进行讨论。

4．通过SAKAI平台的聊天室等在线或离线讨论。

八、【课程网站】

http://cas.sias.edu.cn/

九、【教材及教辅】

教材：

郁有文等编著.《传感器原理及工程应用》（第四版），西安电子科技大学出版社，2018

参考书：

1. 王化祥，张淑英编著.《传感器原理及应用》（少学时），天津大学出版社，2004

2. 孙克军主编.《常用传感器应用技术问答》，机械工业出版社，2009

3. 孟立凡，蓝金辉主编.《传感器原理与应用》，电子工业出版社，2007

十、【教学要求】

预习、听课、复习、实验、习题、总结和中期报告相结合，勇于牺牲课余时间，对本门课投入相当的精力。

上课时，不许睡觉、玩手机、交头接耳，每次扣平时成绩（包括期中考试、两次测验成绩）的10%；上课时不允许迟到，迟到一次扣1分，早退一次扣1分，旷课一次扣3分，连续请假从第四次起每次扣1分。

上课时，鼓励同学们即时讨论，根据所提问题或回答问题的水平给予平时成绩5%~10%的加分奖励。

十一、【考核方式】

总成绩=（平时成绩15%）+（期中考试25%）+（期末考试成绩60%）

十二、【教学安排】

见附件《教学进度表》。

十三、【诚信要求】

对抄袭和作弊的惩罚，按照学校相关政策执行。

十四、【教室文明】

不能在课堂吃东西、不丢垃圾，着装要整洁，对于一些不文明的行为，必将得到扣分、乃至学校纪律的惩罚。

十五、【特殊情况】

特殊情况及时商榷处理。

附表：教学进度表

教师（签字）：胡代弟      教研室主任（签字）：        系(部)主任（签字）：

     2018.08.25

《课程名称：传感器原理与应用》

_2018—2019学年第1_学期期末考试大纲

概述：本课程是一门专业选修课。着力培养学生的思维能力，综合分析问题的能力。通过对本课程的学习，使学生获得比较全面而系统的传感器知识，且能理论联系实际，建立完整的传感器技术的整体概念，培养学生组建非电测量和控制系统的能力。学完本课程应达到的基本要求：

1.掌握传感器的概念、组成，掌握传感器的静态特性及动态特性指标及系统的特性分析。

1. 2.掌握应变式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器、半导体传感器、超声波传感器、微波传感器、辐射式传感器、数字式传感器、智能式传感器等各种传感器的结构、工作原理、测量电路，及做出相应的特性分析。

2. 3.掌握传感器在各种工程检测中的应用，可据实际的测试要求合理的选择传感器。

4．具有综合应用能力能力。

一、考试目的

   通过考试促进学生全面系统掌握所学传感器的相关知识，建立系统的概念。掌握传感器的结构、原理及相关的测量电路。检查教学效果，分析教学中存在的问题，进一步改进教学方法。

二、考试范围及形式

   考试范围：以第1章至第15章；采用填空题、选择题、问答题、计算题、分析题、设计题等形式进行考试。

三、考试内容

本考试共有__4___个部分，考试时间为__2__个小时。

I．第一部分(每题分值比重×题数＝第一部分比重)25%

1．测试目的：检查基本知识的掌握情况

2．测试要求：覆盖面要全，传感器的基本概念及静态和动态指标参数，各种类型传感器的定义

3．题型：填空、选择、判断题。

4．评分标准：对者满分，错者零分。

II．第二部分(每题分值比重×题数＝第二部分比重)25%

1．测试目的：检查传感器基本原理和结构的掌握情况。

2．测试要求：点面结合，突出重点：各种类型传感器的基本原理、结构及一些典型测量电路

3．题型：选择、问答、计算题。

4．评分标准：对者满分，错者零分。

III．第三部分(每题分值比重×题数＝第三部分比重)30%

1．测试目的：检查对各种类型传感器特性的掌握情况。

2．测试要求：能对各种类型传感器进行特性分析。

3．题型：问答与分析

4．评分标准：按知识点的难易程度分配分值，对者得满分，错者得零分，二者之间的视情况得相应分值。

IV．第四部分(每题分值比重×题数＝第四部分比重)20%

1．测试目的：检查系统综合设计能力

2．测试要求：结合传感器的知识在实际的工程应用中合理的选择传感器，并能进行简单的测量系统的设计。

3．题型：设计题

4．评分标准：按系统模块的复杂程度分配分值，对者得满分，错者得零分，二者之间的视具体情况得分。

                                                   胡代弟

                                                  2018.08.29

郁有文等编著.《传感器原理及工程应用》（第四版），西安电子科技大学出版社，2018

1. 王化祥，张淑英编著.《传感器原理及应用》（少学时），天津大学出版社，2004

2. 孙克军主编.《常用传感器应用技术问答》，机械工业出版社，2009

3. 孟立凡，蓝金辉主编.《传感器原理与应用》，电子工业出版社，2007