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1、传感器与自动检测技术 教学大纲 传感器与自动检测技术课程教学大纲 一、课程的地位、目的和任务 本课程地位： 传感器与自动检测技术课程是机械设计制造及其自动化专业的专业方向选修课。本课程理论严谨、系统性强。其任务是阐述传感器的基本原理、结构、性能、参数、特点以及传感器的转换、检测电路和传感器技术应用，为学生毕业后从事自动化控制及检测、光电传感及光电检测科学提供一定的适应能力与基础。 本课程目的： 通过对本课程的学习，要求学生掌握传感器的工作原理、基本结构、测量电路及各种应用，熟悉非电量测量的基本知识及误差处理方法，熟悉工业过程主要参数的检测方法，了解传感器的发展趋势及在工业生产和科学技术方面的广
2、泛应用，具有正确应用传感器的能力，为毕业设计及以后工作打下良好的基础。 本课程任务： （1）培养学生掌握各类传感器的基本理论，掌握几何量、机械量及有关量测量中常用的各种传感器的工作原理、主要性能及其特点； （2）能合理地选择和使用传感器； （3）掌握常用传感器的工程设计方法和实验研究方法； （4）了解传感器的发展动向。 二、本课程与其它课程的联系 本课程的先修课是高等数学(上、下)、电工电子技术(、）、理论力学、机械原理，以上课程是本课程的铺垫和基础。 三、课程内容及基本要求 第一章绪论 教学要求： （1）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；
3、 （2）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； （3）了解传感器静动态标定与校准的基本方法。 重点：传感器的静态特性与动态特性基本概念；传感器的数学模型；传感器静态特性基本参数与指标难点：传感器动态特性中的传递函数、频率响应函数分析 教学内容： 第一节传感器概述 （一）传感器的定义 （二）传感器的功能及组成 （三）传感器的分类 （四）传感器的发展趋势 第二节传感器的基本特性 （一）传感器的静态特性 （二）传感器的动态特性 第三节传感器的标定 （一）传感器的静态标定 （二）传感器的动态标定 第二章应变式传感器 教学要求： （1）掌握应变、应变效应的基本概念； （2）牚握应
4、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； （3）掌握产生电阻应变片温度误差的主要原因及其补偿方法； （4）了解应变片的分类、应变电阻式传感器的典型应用； （5）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。 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 教学内容： 第一节应变式传感器的工作原理 （一）金属电阻丝应变效应 （二）应变式传感器的工作原理 第二节应变式传感器的结构类型及特性 （一）应变式传感器的结构类型
5、（二）应变式传感器的特性 第三节应变式传感器的转换电路 （一）直流电桥 （二）交流电桥 第四节应变式传感器的应用 （一）应变式力传感器 （二）应变式压力传感器 （三）应变式扭矩传感器 （四）应变式加速度传感器 第三章电感式传感器 教学要求： （1）掌握变磁阻电感式传感器的工作原理、输出特性和灵敏度； （2）掌握差动变压器电感式传感器的输出特性和灵敏度； （3）掌握比较单线圈和差动两种变磁阻（变气隙）电感式传感器特性的方法； （4）了解电感式传感器的不同测量电路； （5）了解电感式传感器的典型应用。 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
6、 难点：差动整流电路和相敏检波电路 教学内容： 第一节自感式电感传感器 （一）自感式电感传感器的工作原理 （二）自感式电感传感器的结构类型及特性 （三）自感式电感传感器的转换电路 （四）自感式电感传感器的应用 第二节互感式电感传感器 （一）互感式电感传感器的工作原理 （二）互感式电感传感器的结构及特性 （三）互感式电感传感器的转换电路 （四）互感式电感传感器的应用 第三节电涡流式传感器 （一）电涡流式传感器的工作原理 （二）电涡流式传感器的结构及特性 （三）电涡流式传感器的转换电路 （四）电涡流式传感器的应用 第四章电容式传感器 教学要求： （1）掌握平板或圆筒电容式传感器的电容量表示； （2
7、）掌握电容式传感器的三种类别； （3）掌握变面积型电容器的分类及其测量原理； （4）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； （5）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； （6）了解电容式传感器的典型应用。 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 教学内容： 第一节电容式传感器的工作原理 （一）平板电容器工作原理 （二）电容式传感器的等效电路 第二节电容式传感器的结构及特性 （一）变极距型电容式传感器 （二）变面积型电容式传感器 （三）变介质型电容式传感器 第三节电容式传感
8、器的转换电路 （一）调频转换电路 （二）运算放大器式电路 （三）二极管双T形交流电桥 （四）脉冲宽度调制电路 第四节电容式传感器的应用 （一）电容式压力传感器 （二）差动式电容测厚传感器 （三）电容式料位传感器 （四）电容式位移传感器测距电路 第五章压电式传感器 教学要求： （1）掌握压电效应、正压电效应、逆压电效应的含义； （2）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；（3）了解压电材料的主要特性参数及其含义、压电材料的选取； （4）掌握压电式传感器的等效电路与测量电路； （5）掌握压电元件并联或串联特性； （6）了解压电式传感器的典型应用。 重点：压电式传感器的
9、工作原理、测量电路 难点：压电式传感器的测量电路 教学内容： 第一节压电式传感器的工作原理及等效电路 （一）压电式传感器的工作原理 （二）压电式传感器的等效电路 第二节压电式传感器的结构及特性 （一）压电式传感器的结构 （二）压电式传感器的特性 第三节压电式传感器的转换电路 （一）电压放大器 （二）电荷放大器 第四节压电式传感器的应用 （一）压电式力传感器 （二）振动的监控、检测 （三）压电引信 （四）压电式玻璃破碎报警器 （五）压电式料位测量系统 第六章磁电式传感器 教学要求： （1）熟练掌握电磁感应、霍尔效应的基本概念； （2）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； （
10、3）掌握霍尔式传感器的工作原理； （4）了解霍尔元件的基本结构、基本特性、误差及其补偿； （5）了解磁电感应式传感器、霍尔式传感器的应用。 重点：电磁感应、霍尔效应的基本概念；磁电式传感器工作原理、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 教学内容： 第一节磁电感应式传感器 （一）磁电感应式传感器的工作原理 （二）磁电感应式传感器的结构及特性 （三）磁电感应式传感器的转换电路 （四）磁电感应式传感器的应用 第二节霍尔传感器 （一）霍尔传感器的工作原理 （二）霍尔传感器的结构及特性 （三）霍尔传感器的转换电路 （四）霍尔传感器的应用 第三节磁敏电阻 （一）磁敏电阻的工
11、作原理 （二）磁敏电阻的结构及特性 （三）磁敏电阻的应用 第四节磁敏二极管和磁敏晶体管 （一）磁敏二极管 （二）磁敏晶体管 第七章光电式传感器 教学要求： （1）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； （2）了解光电式传感器的类别、基本形式； （3）了解各种光电器件的基本特性； （4）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； （5）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； （6
12、）掌握二进制与循环码的相互转换方法； （7）了解光电式传感器的应用。 重点：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 教学内容： 第一节光电式传感器的工作原理 （一）外光电效应 （二）内光电效应 第二节光电式传感器的结构及特性 （一）基于外光电效应光电式传感器的结构及特性 （二）基于内光电效应光电式传感器的结构及特性 第三节光电式传感器的应用 （一）光电转速计 （二）烟尘浊度连续监测仪 （三）燃气热水器中脉冲点火控制器 （四）条形码扫描笔 第四节红外线传感器 （一）红外线传感器的基本原理 （二）红外线传感器的结构及特性 （三）红外线传感器的应用 第五节光纤传感器 （一）光纤传感器的基本原理 （二）光纤传感器的结构及特性 （三）光纤传感器的应用 第六节光栅传感器 （一）光栅传感器的基本原理 （二）光栅传感器的结构及特性 （三）光栅传感器的转换电路 （四）光栅传感器的应用 第八章热电式传感器 教学要求： （1）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
