传感技术及应用
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课程评价
spContent=本课程为普通高等教育“十一五”国家级规划教材《传感器》主编——哈尔滨工业大学唐文彦教授团队倾心打造,主讲人是本教材参编成员张晓琳老师。课程按照传感器工作原理分章,条理清晰,内容丰富,适合工科相关专业本科生和研究生学习,也可供相关领域工程技术和研究人员参考。
—— 课程团队
课程概述

传感技术及应用”是具有较强实践性的一门专业技术课程,传感器是信息获取和组成测控系统的首要环节。本课程主要介绍传感器的基本概念,重点讲解各类传感器的基本原理、特性及相应的测量电路,同时也介绍各类传感器的实际应用及传感器技术发展的状况及新成果。


授课目标

课程目标

学生在完成本课程的学习后,将对各类传感器的工作原理、基本结构、特性、应用领域中较重要的敏感技术有相当的认识,对选择、使用或设计传感器的原则和方法有一定程度的掌握,并对传感器目前的发展动态和需求有一定的了解,为组建测控系统正确地选择传感器奠定基础。

课程目标如下:

(1)掌握传感器的定义和分类,了解测量系统的组成。掌握各类常用传感器的工作原理、性能特点、配用电路和实际应用。

(2)掌握测量系统中选用传感器的原则,能根据实际需要选用合适的传感器,可以针对应用需求,分析和设计一些简单的传感器。

(3)了解传感器在工程、科研实例中的重要作用,理解电学、光学、机械学、测量、控制等综合技术的相关性。能够针对传感技术进行有效沟通和交流,具有对传感器的发展动态和新成果的自学能力。


课程大纲

序号

教学内容

教学要求

学时

教学

方式

对应课程

目标

1

绪论

传感器与非电量电测系统、传感器的定义、传感器的分类、传感器的应用领域。

a) 掌握传感器的定义及其输出为电量的传感器组成和各部分的作用;

b) 掌握传感器主要分类。

2

讲课

课程目标1

2

第一章 传感器的一般特性

传感器的性能指标、传感器的静态特性、传感器的动态特性。

a) 掌握传感器的静态特性,重点线性度定义和线性化方法;

b) 理解传感器的动态特性。

-

自学

课程目标1

课程目标3

3

第二章 电阻式传感器

电阻应变式传感器:原理、特性、结构形式、转换电路及应用;

a) 掌握应变式传感器的金属电阻应变效应(原理、定量关系);

b) 掌握电阻丝的应变灵敏度系数与电阻应变片的应变灵敏度系数的关系;

c) 掌握桥式电路(平衡条件、电路的电压灵敏度、非线性误差补偿);

d) 掌握温度特性补偿(电路实现的补偿)。

3

讲课

课程目标1

课程目标2

4

第三章 电感式传感器

自感式:原理、特性、结构形式、转换电路及应用;

差动变压器式:原理、特性、结构形式、转换电路及应用;

涡流传感器:原理、特性、结构形式、转换电路及应用。

a) 掌握自感型:电感与被测量关系,减小非线性的方法(差动形式);

b) 掌握变换电路:交流电桥(重点变压器电桥);

c) 掌握互感型(变压器型)原理;

d) 掌握零点残余电压产生的原因以及减小的措施;

e) 掌握电涡流式原理和特点

3

讲课

课程目标1

课程目标2

5

第四章 电容式传感器

电容式传感器工作原理,分类及各自应用特性;电容式传感器等效电路及转换电路;针对各种影响因素介绍误差去除方法,电容式传感器应用。

a) 掌握电容式传感器工作原理及分类;

b) 掌握电容式传感器转换电路;

c) 理解影响电容式传感器的各种误差因素及处理方法,掌握针对边缘效应的处理方法。

d) 了解电容式传感器的应用

e) 比对电阻、电感、电容式传感器,了解选用传感器的原则,能根据实际需要选用合适的传感器

3

讲课

课程目标1

课程目标2

6

第五章 磁电式传感器

磁电式传感器工作原理及分类

霍尔效应原理,霍尔元件结构形式及特性,霍尔元件的误差及补偿方法

科研实例介绍

a) 掌握磁电感应式传感器基本原理及分类;

b) 理解霍尔效应及相关参数意义;

c) 掌握霍尔元件误差及补偿方法,重点掌握温度误差自动补偿电路设计。

2

讲课

课程目标1

课程目标2

课程目标3

7

第六章 压电式传感器

压电效应概念,压电晶体分类及各自特性,通过石英晶体和压电陶瓷分别讲解压电效应工作原理,压电传感器等效电路和转换电路,压电传感器测量电路,压电式传感器应用。

a) 掌握压电效应工作原理;

b) 能够分析比较根据石英晶体和压电陶瓷的异同点;

c) 掌握压电传感器等效电路和转换电路,能够分析测量线路,以及电压、电荷放大器两种测量线路的各自特点及优点。

3

讲课

课程目标1

课程目标2

8

第七章 光电式传感器

光源;

光电效应与光电器件:原理、转换电路及应用;

CCDPSDCCD原理及应用,PSD原理、转换电路及应用;

光纤传感器:原理、特点及应用;

光栅传感器:原理、特点及应用;

激光传感器:原理及应用;

科研实例介绍

a) 掌握光电效应的分类、原理及典型器件;

b) 掌握光源的四种分类、原理及典型代表光源;

c) 掌握CCD基本工作原理,势阱的概念及通过势阱电荷传输过程;

d) 理解PSD工作原理,掌握三角法测量位移方法;

e) 掌握光纤基本结构,掌握导光原理,掌握典型光纤传感器工作原理;

f) 掌握光栅传感器莫尔条纹定义及测量位移原理;

g) 理解激光传感器基本工作原理。

8

讲课

 

课程目标1

课程目标2

课程目标3

9

第八章 热电式传感器

金属热电阻工作原理及典型传感器;

半导体热敏电阻工作原理及分类;

热电偶工作原理、基本定律及冷端温度补偿方法,热式传感器应用

a) 掌握铂热电阻和铜热电阻基本特性;

b) 掌握半导体热敏电阻分类及各自特性;

c) 掌握热电偶工作原理、三大基本定律及冷端补偿方法。

2

讲课

课程目标1

课程目标2

10

第九章 超声波传感器

超声波的波形及基本特性,反射和折射基本定律,超声波传感器基本结构,超声波传感器测厚和探伤原理,超声波传感器测量流量工作原理,环境因素对超声波传感器使用的影响。

科研实例介绍

a) 掌握超声波传感器波形的分类及各自特性;

b) 了解超声波传感器基本结构掌握光源的四种分类、原理及典型代表光源;

c) 理解超声波传感器测厚和探伤原理;

d) 掌握超声波传感器测量流量工作原理,包括传播时间法和多普勒频移法。

2

讲课

课程目标1

课程目标2

课程目标3

11

第十章 传感技术新发展

传感器发展趋势及展望

新型传感器介绍

能够针对传感技术进行有效沟通和交流,具有对传感器的发展动态和新成果的自学能力。

-

自学

大作业

课程目标3


预备知识

先修课程

大学物理、模拟/数字电路、工程光学、信号与系统、精密机械学基础


证书要求

证书要求

考核环节

所占分值

对应课程目标

各章节单元测试

70

课程目标12

大作业

10

课程目标3

期末综合测试

20

课程目标123

  1. 总成绩在85分以下且60分及以上 获得合格证书。

  2. 总成绩在85分及以上者获得优秀证书。



参考资料

主要教材

唐文彦,张晓琳等. 传感器(第5版). 机械工业出版社. 2014 

参考书

1、王化祥,张淑英等传感器原理及应用天津大学出版社. 2014

2、陈建元等传感器技术机械工业出版社. 2008

3、余瑞芬.传感器原理.北京:航空工业出版社,1995

4、王化祥,张淑英.传感器原理及应用天津大学出版社,1999

5、胡向东传感器与检测技术,(2),机械工业出版社,2013


参考网站

1、仪表技术与传感器   http://www.i-s.com.cn

2、传感器世界     http://www.sensorworld.com.cn

3、中国传感器   http://www.sensor.com.cn

4、传感器技术  http://www.sensor-tech.com.cn

5、传感技术学报网  http://www.cgjs.chinajournal.net.cn

6、传感器资讯网   http://www.globalsensors.com.cn