传感器与检测技术电气自动化专业教学大纲.docx
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传感器与检测技术电气自动化专业教学大纲.docx
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传感器与检测技术电气自动化专业教学大纲
传感器与检测技术课程教学大纲
英文名称:
SensorandDetectionTechnology
课程代码:
1702211616
学时数:
48(讲课学时:
实验学时:
)
学分:
3
课程类别:
专业课程
课程性质:
必修适用专业:
电气工程及其自动化
先修课程:
《电路》、《数字电路》、《模拟电路》
考核方式:
闭卷笔试
一、课程的性质、地位和作用
本课程是机械设计制造及其自动化专业学生的重要专业课程。
本课程设置的目的是通过对传感器的一般特性与分析方法,传感器的工作原理、特性及应用,检测系统的基本概念的学习,通过本课程的学习,使学生掌握检测系统的设计和分析方法,能够根据工程需要选用合适的传感器,并能够对检测系统的性能进行分析、对测得的数据进行处理。
二、教学内容及要求
(一)概述
【教学要求】了解《传感器与检测技术》课程的性质和学习要求,熟练掌握传感器的定义、组成,掌握传感器的分类,了解传感器技术的发展趋势。
【教学内容】
1.课程简介
2.传感器的定义、传感器的共性、传感器的基本功能;
3.传感器的组成
4.传感器的分类
5.传感器技术的发展趋势
【教学重点与难点】
1.传感器的定义、组成、分类。
2.传感器技术的发展趋势。
(二)传感器的基本特性
【教学要求】
熟练掌握传感器静态特性与动态特性的基本概念、传感器的数学模型、传感器静态特性基本参数与指标;掌握传感器动态响应的特性指标与分析、频率响应的特性指标与分析;了解传感器静动态标定与校准的基本方法。
【教学内容】
1.传感器静态特性、动态特性的基本概念;
2.传感器的数学模型;传感器静态特性基本参数与指标;
3.传感器动态响应的特性指标与分析;
4.频率响应的特性指标与分析;
5.传感器静态标定与校准的基本方法;
6.传感器动态标定与校准的基本方法。
【教学重点与难点】
1传感器的静态特性与动态特性基本概念
2传感器的数学模型
3传感器静态特性基本参数与指标等。
4传感器动态特性中的传递函数、频率响应函数分析。
(三)电阻式传感器
【教学要求】
掌握应变、应变效应的基本概念;牚握应变电阻式传感器的工作原理、直流电桥与交流电桥的平衡条件与电压灵敏度特性;掌握产生电阻应变片温度误差的主要原因及其补偿方法;了解应变片的分类、应变电阻式传感器的典型应用;会分析半桥差动、全桥差动对非线性误差和电压灵敏度的改善。
【教学内容】
1.工作原理
应变效应、电阻应变片种类、压阻效应。
2.电阻应变片的温度误差及补偿
应变片的温度误差、试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响、线路补偿、应变片自补偿。
3.电阻应变片的测量电路
直流电桥、交流电桥
4.电阻式传感器的应用
应变式力传感器、应变式压力传感器、电阻式差压传感器、应变式容器内液体重量传感器、电阻式加速度传感器
【教学重点与难点】
重点:
应变与应变效应的涵义;电阻应变片的温度误差及其补偿方法;应变电阻式传感器的工作原理;电阻应变片的测量电路。
难点:
电阻应变片的温度误差及其补偿方法、直流电桥的非线性误差及其补偿方法。
(四)电感式传感器
【教学要求】
掌握变磁阻电感式传感器的工作原理、输出特性和灵敏度;掌握差动变压器电感式传感器的输出特性和灵敏度;会比较单线圈和差动两种变磁阻(变气隙)电感式传感器的特性;了解电感式传感器的不同测量电路;了解电感式传感器的典型应用。
【教学内容】
1.变磁阻电感式传感器
变磁阻电感式传感器的工作原理、输出特性、测量电路及典型应用
2.差动变压器电感式传感器
差动变压器电感式(变隙式、螺线管式)传感器的工作原理、输出特性
差动整流电路和相敏检波电路;
3.电涡流电感式传感器
电涡流电感式传感器的工作原理、等效电路、测量电路与典型应用。
【教学重点与难点】
重点:
变磁阻、差动变压器电感式传感器的工作原理、输出特性,电涡流电感式传感器的工作原理、等效电路。
难点:
差动整流电路和相敏检波电路。
(五)电容式传感器
【教学要求】
掌握平板或圆筒电容式传感器的电容量表示;掌握电容式传感器的三种类别;掌握变面积型电容器的分类及其测量原理;掌握变介质型、变极距型、差动变极距型电容式传感器的测量原理;掌握变极距型、差动变极距型电容式传感器的灵敏度及其相对非线性误差分析方法;
了解电容式传感器的典型应用。
【教学内容】
1.电容式传感器的工作原理
平板电容式传感器(变面积型、变介质型、变极距型)以及圆筒电容式传感器(变介质型)的工作原理
2.变极距型电容式传感器的非线性
3.电容式传感器的等效电路
调频电路、运算放大器、变压器式交流电桥、二极管双T型交流电桥、脉冲宽度调制电路等测量电桥.电容式传感器的信号调节电路
4电容式传感器的应用
【教学重点与难点】
重点:
电容式传感器的工作原理、测量电路、灵敏度及非线性分析。
难点:
二极管双T型交流电桥、脉冲宽度调制电路
(六)压电式传感器
【教学要求】
掌握压电效应、正压电效应、逆压电效应的含义;掌握石英晶体具有压电效应特性的分子结构特性、压电陶瓷的压电特性机理;了解压电材料的主要特性参数及其含义、压电材料的选取;掌握压电式传感器的等效电路与测量电路;掌握压电元件并联或串联特性;了解压电式传感器的典型应用。
【教学内容】
1.工作原理
压电效应、正压电效应、逆压电效应的基本概念
2.压电式传感器测量电路
压电式传感器的等效电路、电荷放大器与电压放大器的测量电路
3.压电式传感器的应用
【教学重点与难点】
重点:
压电式传感器的工作原理、测量电路。
难点:
压电式传感器的测量电路。
(七)磁敏式传感器
【教学要求】
熟练掌握电磁感应、霍尔效应的基本概念;掌握磁电感应式传感器的工作原理、分类、基本特性、测量电路;掌握霍尔式传感器的工作原理;了解霍尔元件的基本结构、基本特性、误差及其补偿;了解磁电感应式传感器、霍尔式传感器的应用。
【教学内容】
1.磁电感应式传感器
电磁感应、霍尔效应的基本概念;磁电感应式传感器的工作原理、分类(恒磁通式:
动圈式和动铁式结构,变磁通式:
开磁路和闭磁路结构)、基本特性、测量电路与应用
2霍尔式传感器
霍尔式传感器的工作原理、测量电路与应用;霍尔元件的基本结构、基本特性、误差及其补偿
【教学重点与难点】
重点:
电磁感应、霍尔效应的基本概念,磁敏式传感器工作原理、分类、测量电路,霍尔式传感器的工作原理。
难点:
磁敏式传感器的基本特性。
(8)热电式传感器
【教学要求】
熟练掌握热电效应、热电偶、热电阻、热敏电阻、接触电动势、温差电动势工作端(热端)、自由端(冷端)、分度表等概念;掌握热电偶的测温原理、基本定律、热电偶的结构与种类、热电偶的冷端温度补偿、热电偶的测温电路;掌握热电阻(铂热电阻、铜热电阻)的温度特性、测量电路(两线制、三线制、四线制);掌握热电偶、热电阻的度表的使用方法;掌握热敏电阻的温度特性;了解热电偶、热电阻和热敏电阻的应用。
【教学内容】
1热电偶传感器
热电效应、热电偶、热电阻、热敏电阻、接触电动势、温差电动势、工作端(热端)、自由端(冷端)、分度表等概念;热电偶的测温原理、基本定律、热电偶的结构与种类、热电偶的冷端温度补偿、热电偶的测温电路;
2热电阻传感器
热电阻(铂热电阻、铜热电阻)的温度特性、测量电路(两线制、三线制、四线制)
3热敏电阻传感器
热敏电阻的温度特性
【教学重点与难点】
重点:
基本概念;热电偶的测温原理、基本定律、冷端温度补偿方法、实用测温电路;热电阻的温度特性、测量电路;热敏电阻的温度特性。
难点:
热电偶的种类及冷端温度补偿方法。
(9)光电式传感器
【教学要求】
熟练掌握光电效应、内光电效应、外光电效应、亮电阻、暗电流、全反射、数值孔径、粗误差、莫尔条纹、辨向与细分等基本概念;了解光电式传感器的类别、基本形式;了解各种光电器件的基本特性;
掌握CCD图像传感器、光纤、光电式编码器(码盘式、脉冲盘式)和计量光栅的工作原理;了解CCD图像传感器的分类、特性参数,光纤的主要特性、光纤传感器的组成、分类,光电式编码器(码盘式、脉冲盘式)的结构和计量光栅的结构、组成;掌握二进制与循环码的相互转换方法;了解光电式传感器的应用。
【教学内容】
1.光电式传感器
类别、基本形式;光电器件及其基本特性;
2.CCD图像传感
工作原理、分类、特性参数与应用;
3光纤
传光原理、光纤的主要特性、光纤传感器的组成、分类与应用;
4.光电式编码器
(码盘式、脉冲盘式)的结构、工作原理与应用;计量光栅的结构、组成、工作原理与应用。
【教学重点与难点】
重点:
基本概念;光电器件的基本特性;光电式传感器的工作原理。
难点:
CCD图像传感器的工作原理、码盘的辨向原理、计量光栅的辨向原理与细分技术
(10)辐射与波式传感器
【教学要求】
了解红外辐射、微波、超声波的概念与特性;了解红外探测器的分类与工作原理;了解微波传感器的分类、组成、特点;了解超声波传感器的工作原理;了解红外传感器、微波传感器与超声波传感器的应用。
【教学内容】
1.红外辐射、微波、超声波的概念与特性;
2.红外探测器的分类与工作原理:
热探测器和光子探测器;
3.微波传感器的分类(反射式和遮断式)、组成、特点;
4.超声波传感器的工作原理;
5.红外传感器、微波传感器与超声波传感器的应用
【教学重点与难点】
重点:
基本概念;红外辐射、微波、超声波的基本特性;红外传感器、微波传感器与超声波传感器的工作原理。
难点:
红外热释电传感器工作原理。
(11)化学传感器
【教学要求】
了解化学传感器、气敏传感器、湿敏传感器的定义及湿度的表示方法;了解气敏传感器、湿敏传感器的主要参数和特性、类型、特点;掌握半导体式气敏传感器、电阻式湿敏传感器的工作原理;了解气敏传感器、湿敏传感器的应用
【教学内容】
1.气敏传感器
气敏传感器的定义;气敏传感器特性、类型、特点;半导体式气敏传感器的工作原理;气敏传感器的应用。
2.湿敏传感器
湿敏传感器的定义;湿度的表示方法(绝对湿度、相对湿度和露点);
湿敏传感器的主要参数和特性、类型、特点;电阻式湿敏传感器的工作原理;湿敏传感器的应用。
【教学重点与难点】
重点:
基本概念;气敏传感器、湿敏传感器的主要参数和特性、类型、特点;导体式气敏传感器、电阻式湿敏传感器的工作原理。
难点:
半导体陶瓷湿敏材料的导电机理。
(12)生物传感器
【教学要求】
了解生物传感器的概念、特点、分类;了解生物传感器的工作原理;了解生物芯片的含义与分类;了解生物传感器的发展。
【教学内容】
1.生物传感器
概念、特点、分类;生物传感器的工作原理;生物传感器的发展
2.生物芯片的含义与分类
【教学重点与难点】
重点:
生物传感器的概念、特点、分类;生物传感器的工作原理;生物芯片的含义与分类。
难点:
生物传感器的工作原理;生物芯片的工作机理。
(13)新型传感器
【教学要求】
了解新型传感器(智能传感器、模糊传感器、微传感器与网络传感器)的概念、特点;了解新型传感器的结构、作用;了解新型传感器涉及的主要技术;了解典型新型传感器的特性与应用
【教学内容】
1.智能传感器
智能传感器的定义、特点、作用、设计与实现
2.模糊传感器
模糊传感器的概念、基本功能、结构;
3.微传感器
MEMS与微加工、微传感器的特点、典型微传感器介绍
4.网络传感器
网络传感器的概念、类型、体系结构。
【教学重点与难点】
重点:
新型传感器(智能传感器、模糊传感器、微传感器与网络传感器)的概念、特点。
难点:
新型传感器涉及的主要技术。
(14)参数检测
【教学要求】
熟练掌握测量、测量系统的基本概念;熟练掌握测量方法的分类;
熟练掌握测量系统的结构、基本类型;掌握参数测量的一般方法(过程参数、机械量参数和其他参数);了解同一被测参数的不同检测方法的性能比较;了解检测技术的发展。
【教学内容】
1.测量
测量系统的基本概念;测量方法的分类;测量系统的结构、基本类型;
2.参数测量的一般方法
过程参数、机械量参数和其他参数
3.检测技术的发展。
【教学重点与难点】
重点:
测量、测量系统的基本概念;测量方法的分类;测量系统的结构、基本类型。
难点:
参数测量的一般方法。
(15)微弱信号检测
【教学要求】
了解微弱信号、微弱信号检测、噪声的概念;了解噪声的概率分布和相关函数;了解微弱信号的检测方法(相关检测法、同步积累法)。
【教学内容】
1.微弱信号
微弱信号检测
2.噪声
概率分布和相关函数;
3.微弱信号的检测方法
相关检测法、同步积累法
【教学重点与难点】
重点:
微弱信号、微弱信号检测、噪声的概念。
难点:
微弱信号的检测方法。
(16)软测量
【教学要求】
了解软测量的概论;了解软测量的方法;了解软测量的意义及其适用条件。
【教学内容】
1.软测量
概论,软测量的方法;软测量的意义及其适用条件。
【教学重点与难点】
重点:
软测量的概论;软测量的方法。
难点:
建立软测量模型及软测量模型的在线校正。
(17)多传感器数据融合
【教学要求】
了解数据融合的目的、定义、特性及优点;了解数据融合的基本原理;了解数据融合的方法;了解数据融合系统的应用。
【教学内容】
1.数据融合的目的、定义、特性及优点;
2.数据融合的基本原理
数据融合的层次、处理形态、模型、关键技术
3.数据融合的方法
随机类方法、人工智能类方法
4.数据融合系统的应用。
【教学重点与难点】
重点:
数据融合的相关概念;数据融合的基本原理、方法。
难点:
数据融合的基本原理、方法。
(18)测量不确定度与回归分析
【教学要求】
掌握真值、测量误差、测量不确定度的相关概念;掌握误差的来源、分类与表示;掌握误差的处理(系统误差、随机误差、粗大误差);掌握测量误差的传递、合成与分配的基本方法;了解测量不确定度的评定方法;掌握最小二乘法与一元线性拟合,了解多元线性拟合与曲线拟合。
【教学内容】
1测量误差概述
真值、测量误差、测量不确定度的相关概念;误差的来源、分类与表示
2.测量误差的处理
系统误差、随机误差、粗大误差;测量误差的传递、合成与分配;
3测量不确定度
测量不确定度的评定方法;最小二乘法与回归分析(一元线性拟合、多元线性拟合与曲线拟合)
【教学重点与难点】
重点:
真值、测量误差、测量不确定度的相关概念;误差的来源、分类与表示;误差的处理(系统误差、随机误差、粗大误差);最小二乘法与一元线性拟合。
难点:
测量不确定度的评定方法、多元线性拟合和曲线拟合。
(19)虚拟仪器
【教学要求】
了解虚拟仪器的概念、构成、特点;了解虚拟仪器的开发环境;了解虚拟仪器的数据采集系统;会初步设计基于虚拟仪器的工程项目
【教学内容】
1.概述
虚拟仪器的概念、构成、特点
2.虚拟仪器的开发环境
虚拟仪器的数据采集系统
3基于虚拟仪器的综合工程实例
工业自动化、仪器产业改造、实验室应用
【教学重点与难点】
重点:
虚拟仪器的概念、构成、特点;虚拟仪器的开发环境。
难点:
基于虚拟仪器的综合工程的开发。
(20)自动检测系统
【教学要求】
了解自动检测系统的组成;掌握自动检测系统的基本设计方法(包括传感器的选型、微处理器及A/D转换器的选择、采样速率的确定、标度变换的方法);会设计简易的自动检测系统;了解自动检测系统的发展趋势。
【教学内容】
1.自动检测系统的组成
数据采集系统、输入输出通道、自动检测系统的软件
2.自动检测系统的基本设计方法
系统需求分析、系统总体设计、采样速率的确定、标度变换、硬件设计、软件设计、系统的集成与维护
3.典型自动检测系统举例;
4.自动检测系统的发展。
【教学重点与难点】
重点:
自动检测系统的基本设计方法。
难点:
A/D转换器的选择、标度变换。
三、教学方法与手段
采用示教模型与多媒体课件相结合,辅以传统的板书,课堂教学为主的教学模式。
4、实验(上机、习题课或讨论课)内容和基本要求
习题课以教材习题为主进行重点讲解,难点分析;讨论课围绕各章节的内容进行展开,穿插相关实例和问题,了解学生的理解情况和扩散思维情况。
五、课程学时分配
教学环节
学时
内容
讲课
实验
实习
课程
设计
习题课
社会
调查
课堂
讨论
学年
论文
概述
2
传感器的基本特性
2
电阻式传感器
2
电感式传感器
2
电容式传感器
2
压电式传感器
2
磁敏式传感器
2
热电式传感器
2
光电式传感器
2
辐射与波式传感器
2
化学传感器
2
生物传感器
2
新型传感器
2
参数检测
2
微弱信号检测
2
软测量
2
多传感器数据融合
2
测量不确定度与回归分析
2
虚拟仪器
2
自动检测系统
2
总计
注:
如有涉及不到的栏目可以自行删除,如有遗漏可自行添加。
6、考核方式
本课程的考核分为平时考核成绩和期末考核成绩两大部分,其中平时考核包括考勤、课堂表现、作业、实验等,期末考核根据实际教学情形灵活采用开卷考试、闭卷考试、课程论文、课程设计等多种形式。
总成绩按以下公式计算:
总成绩=平时考核成绩×(20∼30)%+期末考核成绩×(80∼70)%
七、参考资料
《传感器与检测技术》,胡向东等编,机械工业出版社,2015年
八、说明
制订(修订)人:
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- 关 键 词:
- 传感器 检测 技术 电气 自动化 专业 教学大纲