传感器及检测技术教案全要点.pdf

1 北京理工大学珠海学院 信息学院 教 案 课程名称：传感器与检测技术 课程性质：专业必修 主讲教师：安玉磊 联系电话： 15919243023 E-MAIL ：ylan5qq.com 2 课时分配表 适用专业 : 测控技术与仪器班级： 07 级 1 班， 2 班 章节 标题分配课时备注 1 绪论 1.1 ，1.2 ，1.4 ，1.5 2 2 绪论1.3 测量误差与数据处理2 3 第二章电阻式传感器原理及应用 2.1 应变式传感器（A） 2 4 第二章电阻式传感器原理及应用 2.1 应变式传感器（B） 2 5 第二章电阻式传感器原理及应用 2.2 压阻式传感器 2 6 第三章变阻抗式传感器原理及应用 3.1 自感式传感器 2 7 第三章变阻抗式传感器原理及应用 3.2 差动变压器 2 8 第三章变阻抗式传感器原理及应用 3.3 电容传感器 2 9 第三章变阻抗式传感器原理及应用 3.4 电涡流式传感器 3.5 压磁式传感器 2 10 第四章光电式传感器原理及应用 4.1 光电效应和光电器件 2 11 第四章光电式传感器原理及应用 4.2 光电码盘 4.3 电荷耦合器件 2 12 第四章光电式传感器原理及应用 4.4 光纤传感器 4.5 光栅传感器 2 13 第五章 电动式传感器原理及应用 5.1 磁电式传感器 5.2 霍尔传感器 2 14 第五章 电动式传感器原理及应用 5.3 压电式传感器2 3 15 第六章温度检测 6.1 概述 6.2 热电阻式传感器 2 16 第六章温度检测 6.3 热电偶传感器 2 17 第九章自动检测的共性技术及新发展I2 18 第九章自动检测的共性技术及新发展I 2 19 复习 课程合计38 4 第 1 课 一章节名称 绪论 1.1 ，1.2 ，1.4 ，1.5 二教学目的 1、掌握内容：传感器的静态特性，动态特性； 2、了解内容：传感器的定义，组成，自动检测技术的发展和应用； 三安排课时：2 学时 四教学内容（知识点） 1自动检测系统的组成； 2传感器的定义，组成，传感器的分类； 3. 传感器的静态特性； 4. 传感器的动态特性； 5. 传感器的标定和校准 五教学重点、难点 1传感器的静态特性和动态特性； 2传感器的标定和校准； 六选讲例题 1活塞压力计标定； 2压力传感器的动态标定； 七作业要求 7 什么是传感的静态特性？有那些指标？如何用公式表示？ 8 什么是传感器的动态特性？有那些分析方法？ 八环境及教具要求 多媒体教室、 PowerPoint 九教学参考资料 1 传感器与检测技术，徐科军； 2 传感器原理与应用，程德福； 5 第 2 课 一章节名称 1.3 测量误差和数据处理； 二教学目的 1、掌握内容：测量误差的表示方法，数据处理的基本方法； 2、了解内容：误差的概念和分类，精度； 三安排课时： 2 学时 四教学内容（知识点） 1测量误差的概念和分类； 2. 精度 3. 误差的表示方法； 4. 随机误差的处理方法； 5. 系统误差的处理； 6，粗大误差的处理； 7数据处理的基本方法 五教学重点、难点 1误差的处理方法； 2数据处理的基本方法； 六选讲例题 1补偿法测量高频小电容； 2 对照法消除系统误差； 七作业要求 2 正态分布的随机误差有什么特点？ 3、什么是系统的引用相对误差？它有什么意义？ 八环境及教具要求 多媒体教室、 PowerPoint 九教学参考资料 1 传感器与检测技术，徐科军 6 第 3 课 一章节名称 2.1 应变式传感器； 二教学目的 1、掌握内容：金属应变片的工作特性； 2、了解内容：金属应变片的工作原理； 三安排课时：（2 学时） 四教学内容（知识点） 1金属的应变效益； 2应变片的结构与种类； 3. 应变片的灵敏系数； 4. 横向效应； 5. 温度误差及其补偿 五教学重点、难点 1横向效益； 2温度误差及其补偿； 六选讲例题 1热敏电阻补偿法； 2双金属丝补偿法； 七作业要求 1、什么是应变效应，用金属的应变效应解释电阻应变片的工作原理。 八环境及教具要求 多媒体教室、 PowerPoint 九教学参考资料 1 传感器与检测技术 ，徐科军； 2. 传感器原理与应用，程德福； 7 第 4 课 一章节名称 2.1 应变式传感器； 二教学目的 1、掌握内容：传感器的测量电路，几种电桥的灵敏度与线性度的分析； 2、了解内容：传感器的应用举例； 三安排课时： 2 学时 四教学内容（知识点） 1电桥电路的工作原理； 2. 电桥电路的非线性误差及其补偿； 3. 半桥差动和全桥差动； 4柱式力传感器； 5. 梁式力传感器； 五教学重点、难点 1电桥电路的工作原理； 2 电桥电路的非线性误差及其补偿； 六选讲例题 1全桥差动； 2等截面梁式应变传感器； 七作业要求 3、 有一金属电阻应变片， 其灵敏度 K=2.5 ， R=120 欧姆， 工作时应变为 1200， 则电阻变化多少？如果电桥的工作电压为2V，那么输出是多少？ 八环境及教具要求 多媒体教室、 MS Office 软件 九教学参考资料 1 传感器与检测技术 ，徐科军； 2. 传感器原理与应用，程德福； 8 第 5 课 一章节名称 2.2 压阻式传感器； 二教学目的 1、掌握内容：传感器的测量电路，几种电桥的灵敏度与线性度的分析； 2、了解内容：传感器的应用举例； 三安排课时： 2 学时 四教学内容（知识点） 1半导体的压阻效益； 2. 体型半导体压阻应变片的结构和特点； 3. 体型半导体压阻应变片的测量电路； 4扩散式压阻应变片传感器的结构和特点； 5. 测量电路及灵敏度温度补偿； 6. 零点温度补偿 五教学重点、难点 1测量电路和灵敏度温度补偿； 2. 零点温度补偿； 六选讲例题 1恒流源电桥； 2温度漂移的补偿； 七作业要求 p.50，no.9；交纸质档 八环境及教具要求 多媒体教室、 MS Office 软件 九教学参考资料 1 传感器与检测技术 ，徐科军； 2. 传感器原理与应用，程德福； 9 第 6 课 一章节名称 3.1 自感式式传感器； 二教学目的 1、掌握内容：自感式传感器的原理与测量电路； 2、了解内容：传感器的应用举例，变面积式传感器和螺线管式传感器； 三安排课时： 2 学时 四教学内容（知识点） 1自感式传感器的工作原理； 2. 变气隙式传感器的灵敏度及线性度分析； 3. 差动变隙式电感传感器； 4变面积式和螺线管式电感传感器的原理与分析； 5. 自感式传感器的测量电路； 6. 应用举例 五教学重点、难点 1变气隙式自感传感器的灵敏度及线性度分析； 2. 测量电路，相敏检波电路； 六选讲例题 1变压器电桥； 2相敏检波电路； 七作业要求 p.99，no.1；交纸质档 八环境及教具要求 多媒体教室、 MS Office 软件 九教学参考资料 1 传感器与检测技术 ，徐科军； 2. 传感器原理与应用，程德福； 10 第 7 课 一章节名称 3.2 差动变压器； 二教学目的 1、掌握内容：差动变压器的的结构，工作原理和相敏检波电路； 2、了解内容：差动变压器的工作原理； 三安排课时： 2 学时 四教学内容（知识点） 1变隙式差动变压器的结构和工作原理以及其灵敏度，输入和输出的关系； 2. 螺线管式差动变压器的原理和工作特性，以及其灵敏度， 线性度的分析； 3. 零点残余电压及其消除方法； 4转换电路：差动整流电路，相敏检波电路，直流差动变压器电路； 5. 应用举例 五教学重点、难点 1螺线管式差动变压器的灵敏度及线性度分析； 2. 转换电路，零点残余电压； 六选讲例题 2相敏检波电路； 七作业要求 试说明螺线管式差动变压器的灵敏度和线性度的特点？ 八环境及教具要求 多媒体教室、 MS Office 软件 九教学参考资料 1 传感器与检测技术 ，徐科军； 2. 传感器原理与应用，程德福； 11 第 8 课 一章节名称 3.3 电容式传感器； 二教学目的 1、掌握内容：电容式传感器的工作原理和主要性能，电容式传感器测量电 路； 2、了解内容：电容式传感器的设计特点和应用举例； 三安排课时： 2 学时 四教学内容（知识点） 1工作原理和类型，变极距型电容式传感器，便面积型电容式传感器以及 变介电常数型电容式传感器； 2. 电容式传感器的静态灵敏度和非线性； 3. 电容式传感器的设计特点和设计要点； 4电容式传感器的等效电路； 5. 调频电路，运算放大器电路，双T 型电桥电路，脉宽调制电路； 6. 应用举例 五教学重点、难点 1电容式传感器的等效电路，测量电路； 六选讲例题 1双 T 型电桥电路，脉宽调制电路； 七作业要求 为什么电容式传感器容易受干扰，如何减小干扰？ 八环境及教具要求 多媒体教室、 MS Office 软件 九教学参考资料 1 传感器与检测技术 ，徐科军； 2. 传感器原理与应用，程德福； 12 第 9 课 一章节名称 3.3 电容式传感器； 二教学目的 1、掌握内容：电容式传感器的工作原理和主要性能，电容式传感器测量电 路； 2、了解内容：电容式传感器的设计特点和应用举例； 三安排课时： 2 学时 四教学内容（知识点） 1工作原理和类型，变极距型电容式传感器，便面积型电容式传感器以及 变介电常数型电容式传感器； 2. 电容式传感器的静态灵敏度和非线性； 3. 电容式传感器的设计特点和设计要点； 4电容式传感器的等效电路； 5. 调频电路，运算放大器电路，双T 型电桥电路，脉宽调制电路； 6. 应用举例 五教学重点、难点 1电容式传感器的等效电路，测量电路； 六选讲例题 1双 T 型电桥电路，脉宽调制电路； 七作业要求 为什么电容式传感器容易受干扰，如何减小干扰？ 八环境及教具要求 多媒体教室、 MS Office 软件 九教学参考资料 1 传感器与检测技术 ，徐科军； 2. 传感器原理与应用，程德福； 13 第 10 课 一章节名称 3.4 电涡流式传感器 3.5 压磁式传感器； 二教学目的 1、掌握内容：电涡流传感器的工作原理，等效电路，测量电路，压磁式传 感器的工作原理； 2、了解内容：电涡流传感器的主要类型和应用举例； 三安排课时： 2 学时 四教学内容（知识点） 1电涡流效应，电涡流传感器的工作原理； 2. 电涡流传感器的等效电路； 3. 电涡流传感器的测量电路； 4高频反射式和低频透射式电涡流传感器； 5. 正负磁致伸缩，维捷曼效应； 6. 应用举例 五教学重点、难点 1电涡流传感器的等效电路； 2、维杰曼效应； 六选讲例题 电涡流传感器的厚度测量和振幅测量 七作业要求 简要说明电涡流传感器测量厚度的主要原理。 八环境及教具要求 多媒体教室、 MS Office 软件 九教学参考资料 1 传感器与检测技术 ，徐科军； 2. 传感器原理与应用，程德福； 14 第 11 课 一章节名称 4.1 光电效应和光电器件 二教学目的 1、掌握内容：常见光电器件的工作原理和性能分析； 2、了解内容：应用举例； 三安排课时： 2 学时 四教学内容（知识点） 1外光电效应，内光电效应和阻挡层光电效应； 2. 光电管，光电倍增管，光敏电阻，光电晶体管和光电二极管光电池的原 理和性能分析； 3. 光电式传感器的应用； 五教学重点、难点 1各种光电效应； 六选讲例题 光敏晶体管的工作原理 七作业要求 简要说明如何利用光电传感器检测颜色。 八环境及教具要求 多媒体教室、 MS Office 软件 九教学参考资料 1 传感器与检测技术 ，徐科军； 2. 传感器原理与应用，程德福； 15 第 12 课 一章节名称 4.2 光电码盘 4.3 电荷耦合器件 二教学目的 1、掌握内容：电荷耦合器件； 2、了解内容：光电码盘； 三安排课时： 2 学时 四教学内容（知识点） 1光电码盘的基本原理和编码方式； 2. 电荷耦合器件的基本原理和结构； 3. CCD 图像传感器的种类，转移方式和结构等； 4. CCD 图像传感器的应用举例 五教学重点、难点 1CCD 图像传感器的种类和工作原理； 六选讲例题 线阵 CCD 的尺寸测量原理和结构； 七作业要求 什么叫 CCD 势井，论述 CCD 的电荷转移过程； 八环境及教具要求 多媒体教室、 MS Office 软件 九教学参考资料 1 传感器与检测技术 ，徐科军； 2. 传感器原理与应用，程德福； 16 第 13 课 一章节名称 4.4 光纤传感器 4.5 光栅传感器 二教学目的 1、掌握内容：光纤的结构和工作原理，光纤的主要参数，光纤传感器的结 构原理，光栅传感器的结构和原理； 2、了解内容：光纤传感器的特点，光纤传感器的应用； 三安排课时： 2 学时 四教学内容（知识点） 1光导纤维的结构和导光原理； 2. 数值孔径，光纤模式和传播损耗； 3. 光纤传感器的结构原理； 4. 光纤传感器的分类，特点和应用； 5、光栅传感器的结构原理； 6、莫尔条纹的形成机理； 五教学重点、难点 1光导纤维的结构和导光原理； 2. 光栅传感器的放大作用； 六选讲例题 光导纤维的导光原理推导； 七作业要求 光栅传感器的基本原理？莫尔条纹的形成机理？有何特点？ 八环境及教具要求 多媒体教室、 MS Office 软件 九教学参考资料 1 传感器与检测技术 ，徐科军； 2. 传感器原理与应用，程德福； 17 第 14 课 一章节名称 5.1 磁电式传感器 5.2 霍尔传感器 二教学目的 1、掌握内容：磁电式传感器的工作原理，动圈式磁电传感器，磁阻式磁电 传感器，霍尔传感器的工作原理，霍尔原件的误差补偿； 2、了解内容：磁电式传感器的动态特性，霍尔原件的主要特性参数； 三安排课时： 2 学时 四教学内容（知识点） 1磁电式传感器的工作原理，动圈式和磁阻式磁电传感器； 2. 霍尔效应，金属，半导体对比； 3. 霍尔效应的定量计算； 4. 霍尔效应的误差补偿； 5、霍尔效应的输入输出电阻，控制电流，不等位电势和不等位电阻； 6、磁电式传感器的动态特性； 五教学重点、难点 1霍尔效应的定量计算； 2. 霍尔效应的误差补偿； 六选讲例题 ； 七作业要求 简述霍尔传感器的组成，画出霍尔传感器的输出电路图。 八环境及教具要求 多媒体教室、 MS Office 软件 九教学参考资料 1 传感器与检测技术 ，徐科军； 2. 传感器原理与应用，程德福； 18 第 1课 一章节名称 5.3 压电式传感器 二教学目的 1、掌握内容：压电式传感器的工作原理，压电式传感器的等效电路和信号 变换电路； 2、了解内容：压电式传感器的应用举例； 三安排课时： 2 学时 四教学内容（知识点） 1压电晶体的压电效应，压电陶瓷的压电效应； 2. 压电元件的等效电路：电荷源等效电路，电压源等效电路； 3. 压电片的串并联； 4. 电压放大器，电荷放大器； 5、压电传感器的应用； 五教学重点、难点 1压电效应； 2. 压电元件的等效电路； 六选讲例题 压电元件的电压放大器； 七作业要求 说明压电元件的等效电路及其特点，电荷放大器的特点。 八环境及教具要求 多媒体教室、 MS Office 软件 九教学参考资料 1 传感器与检测技术 ，徐科军； 2. 传感器原理与应用，程德福； 19 第 16 课 一章节名称 6.1 概述 6.2 热电阻式传感器 二教学目的 1、掌握内容：温度的概念，和温度的测量方法，金属热电阻，半导体热电 阻； 2、了解内容：温标，热电阻的应用； 三安排课时： 2 学时 四教学内容（知识点） 1温度的物理意义，接触式测温和非接触式测温常用的方法； 2. 温标的建立，热力学温标，经验温标，国际温标； 3. 金属热电阻材料的性能要求，铂热电阻，铜电阻的特性，金属热电阻的 结构； 4. 半导体热敏电阻的工作特性，以及主要参数； 5、热敏电阻的线性化； 6、热敏电阻应用举例； 五教学重点、难点 1半导体热敏电阻的主要特性； 2. 半导体热敏电阻的线性化； 六选讲例题 半导体热敏电阻的线性化； 七作业要求 半导体热敏电阻随温度变化的典型特性有哪些？ 八环境及教具要求 多媒体教室、 MS Office 软件 九教学参考资料 1 传感器与检测技术 ，徐科军； 20 2. 传感器原理与应用，程德福； 21 第 17 课 一章节名称 6.3 热电偶温度传感器 二教学目的 1、掌握内容：热电偶测温的基本原理，热电偶的基本特性，热电偶的冷处 理和补偿； 2、了解内容：标准热电偶和非标准热电偶，热电偶的应用； 三安排课时： 2 学时 四教学内容（知识点） 1接触电势，温差电势，热电偶回路的总电势； 2. 匀质导体定律，连接导体定律和中间导体定律； 3. 金属热电阻材料的性能要求，铂热电阻，铜电阻的特性，金属热电阻的 结构； 4. 补偿导线法，冷端处理法，温度补偿法； 5、标准化热电偶，非标准化热电偶； 6、热敏电阻应用举例； 五教学重点、难点 1热电偶的基本定律； 2. 热电偶的冷端处理和补偿； 六选讲例题 用热电偶测量一温度，若参比端温度为30 度，热电势为7.5 毫伏，求实际 测量温度。 七作业要求 用热电偶测量一温度，若参比端温度为20 度，热电势为 8 毫伏，求实际测 量温度。 八环境及教具要求 多媒体教室、 MS Office 软件 九教学参考资料 22 1 传感器与检测技术 ，徐科军； 2. 传感器原理与应用，程德福； 23 第 18 课 一章节名称 6.4 非接触式测温 二教学目的 掌握各种非接触式测温的基本原理，了解非接触式测温的应用范围，处理方 法等。 三安排课时： 2 学时 四教学内容（知识点） 1热辐射的重要参数：辐射能，辐射通量，辐射强度等； 2. 辐射能的分配，基尔霍夫定律，黑体辐射定律； 3. 光学高温计的原理和结构； 4. 光电高温计的工作原理和结构； 5、辐射温度计的原理和结构； 6、比色温度计的原理和结构； 五教学重点、难点 1黑体辐射定律； 六选讲例题 无 七作业要求 简述各种非接触式测温的工作原理。 八环境及教具要求 多媒体教室、 MS Office 软件 九教学参考资料 1 传感器与检测技术 ，徐科军； 2. 传感器原理与应用，程德福； 24 第 19 课 一章节名称 自动检测的共性技术及新发展 二教学目的 了解最新的自动检测技术的进展 三安排课时： 2 学时 四教学内容（知识点） 1误差修正技术； 2. mems 技术及微型传感器； 3. 虚拟仪器和无线传感器； 4. 多传感器数据融合； 5、软测量技术； 五教学重点、难点 1误差修正技术 2多传感器数据融合 六选讲例题 无 七作业要求 八环境及教具要求 多媒体教室、 MS Office 软件 九教学参考资料 1 传感器与检测技术 ，徐科军； 2. 传感器原理与应用，程德福；