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现代传感器技术课程教学大纲 课程代码：010142062 课程英文名称：Modern Sensor Technology 课程总学时：16 讲课：16 实验：0 上机：0 适用专业：机械设计制造及其自动化 机械电子工程 大纲编写（修订）时间：2010.7 一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标 1课程的地位 现代传感器技术课程是机械设计制造及自动化专业本科的专业必选课。本课程的主要任务是使学生获得在工业、科研等领域中常用传感器工作原理、特性参数、测量电路和典型综合应用等方面的知识；掌握信息获取与处理的基本概念、测试数据处理、检测系统静态与动态特性、参数检测方法、现代测试系统构成以及智能仪器与虚拟仪器在检测系统中的应用等方面的基本知识与基本技能，具备将所学到的现代传感器技术灵活应用于生产实践的能力。2课程的教学目标 学生学完本门课后，掌握传感器与检测技术的基础知识和基本技能，具备检测技术工程师的基本素质与能力，能应用到生产和科研中遇到的检测系统设计以及传感器选型、调试、数据处理等方面的基本问题，初步形成解决科研和生产实际问题的能力。了解本专业发展动向。（二）知识、能力及技能方面的基本要求 1知识要求：了解信息获取与处理的基本概念；掌握传感器与检测系统的基本特性；掌握常用非电量的测量方法；了解常用传感器的工作原理、结构、特性参数、测量电路和典型应用；了解现代检测系统的构成及其设计方法、了解虚拟仪器技术在检测系统中的应用。2能力、技能方面的基本要求：要求掌握物理学上的电磁学理论知识、控制工程基础中的系统分析方法、电工课的电路分析理论；能阅读和分析常用传感器的结构图及测量电路的框图；能正确掌握常用非电量的测量方法；能根据测量任务正确的选用传感器、设计和组建典型实际量测试系统。（三）实施说明 1在教学中针对涉及传感器授课内容单调，逻辑性、连贯性差，单纯的讲解难于引起学生兴趣等问题，在课堂教学过程中，充分利用幻灯、投影仪、音像、CAI 等现代化教学手段开展多媒体教学和实际工程案例教学。将教师的科研项目提炼为具有实际工程应用背景的案例进行课堂教学，加强对学生的工程训练；利用教师自制的多种传感器演示实验系统直接在课堂上演示传感器工作原理和应用，增加学生的感性认识，提高课堂教学效果。2针对目前学生数量太多，实验对课堂教学的支撑失去时效性等问题，让学生参与演示实验，激发学生的学习兴趣，实现互动性实验教学。实现教学方法和教学手段的改革。（四）对先修课的要求 要求学生先修机械工程测试技术基础、大学物理、理论力学、电工学、机械工程控制基础和单片计算机原理等课程，并达到这些课程的基本要求。（五）对习题课、实践环节的要求 课外习题：本课程涉及内容多，需要培养综合解决问题的能力。要求学生完成以下几项作业一：结合你感兴趣的某一领域、某一检测对象写一篇论文。内容可以是论述学科前沿的发展趋势、分析被测物理量的检测原理、设计检测方案或者写出你对本研究方向的认识和理解。二：传感器原理题：了解在工程机械中常用的几种传感器的工作原理，主要测量电路种类及其应用情况。三：学习一种电路仿真软件，并利用软件完成一种典型测量电路如放大电路、滤波电路、调制解调电路的设计、仿真与制作或者一种常用传感器典型检测电路的设计、仿真与制作。四：利用flash或其他软件设计动画，阐述一种传感器的工作原理和典型应用。注：本课程无实验环节。（六）课程考核方式 1考核方式：考查。2考核目标：在考核学生对常用传感器原理及应用的基础上，重点考核学生的传感器应用能力及实际物理量检测系统设计能力。3成绩构成：考试占60%、出勤占10%、作业及平时考核（课堂提问、课后作业、小论文、小测验）占30%。（七）参考书目 机械工程中的测试技术基础，熊诗波编，机械工业出版社，2006 传感器与自动检测技术，张玉莲编，机械工业出版社，2007 传感器原理及应用，王化祥编，天津大学出版社，2007 智能检测技术与系统胡向东等编，高等教育出版社，2008。二、中文摘要 现代传感器技术课程是机械设计制造及自动化专业本科的专业课。课程主要介绍常用传感器工作原理、特性参数、测量电路和典型综合应用，信息获取与处理的基本概念、测试数据处理、现代测试系统构成以及智能仪器与虚拟仪器在检测系统中的应用等知识。三、课程学时分配表 序号 教学内容 学时 讲课 实验 上机 1 概述 1 1 2 传感器的基本特性 2 2 3 电阻式传感器 1 1 4 电感式传感器 2 2 5 电容式传感器 2 2 6 压电式传感器 1 1 7 磁电式传感器 1 1 8 光电式传感器 1 1 9 热电式传感器 1 1 10 多传感器数据融合 2 2 11 自动检测系统与虚拟仪器 2 2 合计 16 16 四、教学内容及基本要求 第 1 部分 概述 总学时(单位：学时):1 讲课:1 实验:0 上机:0 具体内容:1)传感器的定义与组成、分类；2)传感器技术发展趋势。重 点:传感器的定义与组成和分类。第 2 部分 传感器的基本特性 总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0 具体内容:1)静态特性分析与描述；2)动态特性分析与描述；3)传感器的标定与校准。重 点:传感器的静态特性和动态特性指标。第 3 部分 电阻式传感器 总学时(单位：学时):1 讲课:1 实验:0 上机:0 具体内容:1)应变式传感器的概念、工作原理；2)电阻应变片的温度误差及其补偿方法、测量电路及应用。重 点:应变式传感器的基本概念及工作原理；电阻应变片的测量电路。第 4 部分 电感式传感器 总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0 具体内容:1)变磁阻式传感器的工作原理、输出特性、测量电路；2)差动变压器式传感器的工作原理、基本特性、测量电路；3)电涡流式传感器的工作原理、基本特性、测量电路。重 点:变磁阻式传感器的工作原理、差动变压器式传感器的工作原理、基本特性、测量电路。难 点:电涡流式传感器的工作原理、基本特性和测量电路。第 5 部分 电容式传感器 总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0 具体内容:1)电容式传感器（变间隙型、变面积型、变介质型）的工作原理与结构；2)电容式传感器的灵敏度及非线性分析，测量电路、典型应用。重 点:电容式传感器的工作原理、灵敏度及非线性分析、测量电路。难 点:电容式传感器的灵敏度及非线性分析。第 6 部分 压电式传感器 总学时(单位：学时):1 讲课:1 实验:0 上机:0 具体内容:1)压电式传感器的工作原理；2)基本特性、测量电路、应用。重 点:压电式传感器的测量电路。第 7 部分 磁电式传感器 总学时(单位：学时):1 讲课:1 实验:0 上机:0 具体内容:1)磁电式传感器的工作原理、基本特性、测量电路；2)霍尔效应，霍尔元件的测量误差误差及及补偿。重 点:磁电式传感器的工作原理、测量电路。第 8 部分 光电式传感器 总学时(单位：学时):1 讲课:1 实验:0 上机:0 具体内容:1)光电效应及其分类；2)光电器件及其基本特性；3)CCD、光纤、光栅、光电编码器工作原理及特性。重 点:光电效应、光电器件。难 点:CCD 的工作原理。第 9 部分 热电式传感器 总学时(单位：学时):1 讲课:1 实验:0 上机:0 具体内容:1)热电偶的基本原理、结构、热电偶的冷端温度补偿方法、实用测温电路；2)热电阻的分类（铂热电阻、铜热电阻）、特点与工作原理；3)热敏电阻的温度特性。重 点:热电偶的基本工作原理。第 10 部分 多传感器的数据融合 总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0 具体内容:1)数据融合的基本原理、方法；2)数据融合系统的应用。重 点:数据融合的相关概念；数据融合的方法。第 11 部分 自动检测系统与虚拟仪器 总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0 具体内容:1)虚拟仪器的相关概念及开发环境；2)自动检测系统的组成、基本设计方法；3)典型自动检测系统。重 点:自动检测系统的组成、基本设计方法。编写人：慕丽 审核人：慕丽 批准人：丁茹