《傳感器原理與應用》

內(nèi)容提要和基本要求教學內(nèi)容和重點：傳感器的基本概念及其基本特性（靜態(tài)、動態(tài)特性）；傳感器的標定和校準方法；各類傳感器的轉換原理；特性分析及其設計方法；測量電路；實際應用；實驗。參考學時：

56或64學時，其中講課44~50學時；實驗12~14學時?？己朔椒ǎ浩綍r(作業(yè)、考勤)15%+實驗15%+期末考試70%《傳感器原理與應用》

內(nèi)容提要和基本要求教學內(nèi)容和重點：1Chapter1

1．明確傳感器的定義、組成及其分類；傳感器技術的特點；傳感器與傳感器技術的地位和作用及其發(fā)展趨勢；2．掌握傳感器靜態(tài)特性指標及定量描述方法；3．掌握傳感器動態(tài)特性的描述方法（微分方程，傳遞函數(shù)，頻率特性）及其動態(tài)特性指標（一階傳感器的時間常數(shù)，二階傳感器的固有頻率n和阻尼比）的意義；4．掌握傳感器動態(tài)響應（階躍響應和頻率響應）的分析方法；5．掌握傳感器動態(tài)誤差的意義及其計算方法；6．了解機-電模擬的基本方法和意義。Chapter11．明確傳感器的定義、組成及其分類；2一階傳感器二階傳感器微分方程傳遞函數(shù)頻率特性幅頻特性相頻特性動態(tài)誤差主要計算公式一階傳感器3

Chapter2

被測量應變（）電阻變化（R）電壓(U)1．掌握金屬電阻應變片的結構、原理（電阻-應變效應，K=(R/R)/）及特性：2．掌握壓阻式傳感器工作原理，固態(tài)壓阻式傳感器的設計特點及其應用；

Chapter2被測量應變（）4

Chapter2

3．掌握電阻應變式傳感器測量線路（直流惠斯通電橋）的結構形式（特別是差動結構）及特點，一般情況下，電橋輸出電壓為4．掌握電阻應變式傳感器的組成、應用及其分析方法；彈性敏感元件+電阻應變片電阻應變式傳感器；彈性敏感元件的應變-應力關系：=/E；彈性敏感元件的泊松比：Δd/d=l/l=。5．了解電位計式傳感器結構和基本特性（自學）。Chapter23．掌握電阻應變式傳感器測5

Chapter3

被測量L，M電磁感應自感式傳感器（電感式傳感器）電感式傳感器—差動變壓器互感式傳感器—電渦流式傳感器Chapter3被測量L，M6

Chapter3

1.掌握電感式傳感器結構、原理及其基本特性：

變氣隙型電感式傳感器螺管式電感傳感器電感量

靈敏度

非線性誤差差動結構：靈敏度加倍；非線性誤差減小。Chapter31.掌握電感式傳感器結構、原7

Chapter3

2.掌握電感式傳感器的電橋測量電路的輸出特性：交流電橋輸出：差動電阻平衡臂電橋：或差動變壓器電橋：或Chapter32.掌握電感式傳感器的電橋8

Chapter3

3．掌握差動變壓器組成結構、工作原理、輸出特性及其差動整流電路和相敏檢波電路的工作原理，輸出信號：4．掌握高頻反射式電渦流式傳感器的結構、工作原理及其基本特性；5．掌握各類電感式傳感器的典型應用（位移型傳感器）。Chapter33．掌握差動變壓器組成結9

Chapter4

被測量（d，S，）CU(I,f)1．掌握不同類型的電容傳感器構成原理及其用途，并結合應用設計電容式傳感器：平行板電容器電容量：

柱式電容器電容量：Chapter4被測量（d，S，10

Chapter4

空氣介質(zhì)的變間隙式電容傳感器：靈敏度：非線性誤差：具有固體介質(zhì)的變間隙式電容傳感器：線位移變面積式電容傳感器：

Chapter4空氣介質(zhì)的變間隙式電容傳11

Chapter4

角位移變面積式電容傳感器：

變介電常數(shù)式電容傳感器：(線性)

2．分析各種電容式傳感器測量電路特點：交流不平衡電橋，二極管檢波電路，差動脈沖寬度調(diào)制電路，運算法測量電路等；3．了解雜散電容產(chǎn)生原因及減少或消除雜散電容影響的方法；4．明確電容式差壓變送器結構原理，掌握分析計算電容變送器初始電容及靈敏度變化的方法。Chapter4角位移變面積式電容傳感器12

Chapter5

力(F)電荷(Q)1．掌握壓電材料壓電效應的意義及描述方法(Q=dijF)；2．掌握石英及壓電陶瓷材料的壓電機理及其壓電特性；3．掌握壓電式傳感器的等效電路（等效電容器Ca=S/h，或電荷源Q=dijF、電壓源Ua=Q/Ca）及測量電路的特點;分析電壓前置放大器與電荷前置放大器的特性及區(qū)別：Chapter5力(F)電荷(Q13

Chapter5

電壓前置放大器傳感器的電壓靈敏度：輸入電壓Ui與作用力之間的相位差:理想情況：幅值比電壓靈敏度Chapter5電壓前置放大器14

Chapter5

測量電路的時間常數(shù)：，n=1/，幅值比，

相位差；低頻響應動態(tài)誤差：

電荷前置放大器輸出電壓：與之間的相位差：Chapter5測量電路的時間常數(shù)：15

Chapter5

4．學會分析壓電式加速度計的頻率響應特性及其應用頻率范圍的確定方法。加速度計微分方程：靈敏度與頻率關系：

Chapter54．學會分析壓電式加速度計16

Chapter6被測量電動勢

1.掌握磁電式傳感器的結構（恒定磁通式和變磁通式）及其工作原理（電磁感應原理e=NdΦ/dt）；2．掌握磁電式傳感器的設計方法和典型應用（速度型傳感器）；3．掌握磁電式振動傳感器和轉速傳感器的結構和特性分析。Chapter6被測量電動勢17

Chapter7

溫度電信號（電阻、電壓、電流等）1.掌握金屬熱電阻的測溫原理（電阻溫度效應），明確鉑熱電阻和銅熱電阻的熱電特性、測溫范圍、百度電阻比（W(100)＝R100/R0）、分度號（Pt100、Pt50和Cu100、Cu50）和分度表；2.了解熱敏電阻的三種基本類型和NTC熱敏電阻的基本特性；3.掌握PN結型溫度傳感器（晶體二極管、三極管和集成溫度傳感器）的測溫原理及特性；Chapter7溫度電信號（電阻、18

Chapter7

4.熟悉熱電偶的結構和熱電效應，明確熱電偶的熱電勢由接觸電勢和溫差電勢兩部分構成；5.掌握熱電偶的測溫原理及其冷端溫度補償方法；6.了解熱電偶的基本定律及其分度號和分度表；7.熟悉各種熱電式傳感器在溫度測量和控制中的基本應用方法和電路特點。

Chapter74.熟悉熱電偶的結構和熱電19

Chapter8

光電信號

1.明確光電傳感器由光源、光學元件和光電元件組成；2.熟悉光電元件的光-電轉換原理是光電效應，即外光電效應（h=mv02/2+A0）和內(nèi)光電效應（光電導效應和光生伏特效應）；3.掌握主要光電元件（光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管、光電池等）的結構和主要特性(特別是光譜特性、光電特性）；4.理解發(fā)光二極管（LED）的發(fā)光機理：電子空穴復活，所釋放出的光子能量h，即為PN結禁帶寬度Eg，所以Eg=h=hc/，從而，=hc/Eg，禁帶寬度Eg決定LED發(fā)射光的顏色；明確LED的伏安特性和光譜特性；Chapter8光電信號20

Chapter8

5.熟悉光電傳感器的四種基本類型和主要應用；6.熟悉光纖傳感器所用光導纖維的結構及其傳光原理（全反射原理）；7.掌握光纖傳感器結構類型，明確光纖在傳感器中的作用；8.了解光纖傳感器在位移、壓力、流量、液位、溫度、等不同場合的應用方法；9.了解紅外傳感器的基本原理及其主要應用；10.了解電荷耦合器件（CCD）的圖像感光原理及圖像信號的轉移原理。Chapter85.熟悉光電傳感器的四種基本21Capter9磁場電信號1.掌握霍爾效應及霍爾元器件的工作原理，KH=RH/d=1/ned；2.熟悉霍爾傳感器的應用方法；3.了解磁敏電阻的結構原理與應用方法；4.了解磁敏二極管、三極管的結構原理及應用方法。Capter9磁場電信號22Capter10被測量數(shù)字、頻率

1．掌握光柵傳感器結構（照明系統(tǒng)、光柵副、光電元件）及莫爾條紋的形成機理和特性；2.掌握測量光柵傳感器位移的辨向原理及提高測量精度的細分技術；3.了解感應同步器的結構原理及其信號處理方法；4.掌握碼盤式角數(shù)字編碼器的結構和工作原理；5.掌握幾種主要的頻率式數(shù)字傳感器（振筒式、振膜式、振弦式傳感器等）的結構、特點及頻率信號的檢測方法和應用。Capter10被測量數(shù)字、頻率23Capter11氣體成分、濃度電信號1．了解熱導式、熱線式、熱敏電阻式氣體傳感器的測量原理和基本檢測電路；2．掌握接觸燃燒式氣體傳感器、半導體氣體傳感器的結構特點，并會設計簡單的氣體報警器；3．紅外氣體傳感器和濕式氣體傳感器的結構和檢測原理。Capter11氣體成分、濃度電信號24Capter12濕度電阻、電容等

1.明確濕度的定義及其表示方法：絕對濕度V=mV/V(mg/m3)；相對濕度=(V/W)T100%RH2．熟悉濕度傳感器的類型（水分子親和力型和非水分子親和力型）及濕敏元件的主要特性參數(shù)；3．掌握電解質(zhì)濕度傳感器、半導體陶瓷濕度傳感器、高分子材料濕度傳感器的結構特點、感濕原理及其感濕特性。4.了解非水分子親和力型濕度傳感器的測濕原理和特點；5.熟悉濕度傳感器的應用方法及其濕度控制電路的設計。Capter12濕度電阻、電容等25Capter13（自學）

1.了解超聲波的產(chǎn)生及其傳輸特性，熟悉超聲波傳感器的結構和應用；2.了解微波的基本特性及微薄傳感器的的檢測應用；3.了解超導效應及超導傳感器的應用；4.了解智能傳感器基本概念及其實現(xiàn)方法，明確傳感器的發(fā)展方向。Capter13（自學）1.了解超聲波的產(chǎn)生及其傳26Capter14

1.明確傳感器標與校準的意義；2.掌握測量誤差和儀表誤差的基本概念；3.掌握傳感器靜態(tài)特性和動態(tài)特性的標定方法和步驟；4.熟悉壓力、溫度、振動等傳感器的標定裝置與標定方法。Capter141.明確傳感器標與校準的意義；27《傳感器原理與應用》

內(nèi)容提要和基本要求教學內(nèi)容和重點：傳感器的基本概念及其基本特性（靜態(tài)、動態(tài)特性）；傳感器的標定和校準方法；各類傳感器的轉換原理；特性分析及其設計方法；測量電路；實際應用；實驗。參考學時：

56或64學時，其中講課44~50學時；實驗12~14學時?？己朔椒ǎ浩綍r(作業(yè)、考勤)15%+實驗15%+期末考試70%《傳感器原理與應用》

內(nèi)容提要和基本要求教學內(nèi)容和重點：28Chapter1

1．明確傳感器的定義、組成及其分類；傳感器技術的特點；傳感器與傳感器技術的地位和作用及其發(fā)展趨勢；2．掌握傳感器靜態(tài)特性指標及定量描述方法；3．掌握傳感器動態(tài)特性的描述方法（微分方程，傳遞函數(shù)，頻率特性）及其動態(tài)特性指標（一階傳感器的時間常數(shù)，二階傳感器的固有頻率n和阻尼比）的意義；4．掌握傳感器動態(tài)響應（階躍響應和頻率響應）的分析方法；5．掌握傳感器動態(tài)誤差的意義及其計算方法；6．了解機-電模擬的基本方法和意義。Chapter11．明確傳感器的定義、組成及其分類；29一階傳感器二階傳感器微分方程傳遞函數(shù)頻率特性幅頻特性相頻特性動態(tài)誤差主要計算公式一階傳感器30

Chapter2

被測量應變（）電阻變化（R）電壓(U)1．掌握金屬電阻應變片的結構、原理（電阻-應變效應，K=(R/R)/）及特性：2．掌握壓阻式傳感器工作原理，固態(tài)壓阻式傳感器的設計特點及其應用；

Chapter2被測量應變（）31

Chapter2

3．掌握電阻應變式傳感器測量線路（直流惠斯通電橋）的結構形式（特別是差動結構）及特點，一般情況下，電橋輸出電壓為4．掌握電阻應變式傳感器的組成、應用及其分析方法；彈性敏感元件+電阻應變片電阻應變式傳感器；彈性敏感元件的應變-應力關系：=/E；彈性敏感元件的泊松比：Δd/d=l/l=。5．了解電位計式傳感器結構和基本特性（自學）。Chapter23．掌握電阻應變式傳感器測32

Chapter3

被測量L，M電磁感應自感式傳感器（電感式傳感器）電感式傳感器—差動變壓器互感式傳感器—電渦流式傳感器Chapter3被測量L，M33

Chapter3

1.掌握電感式傳感器結構、原理及其基本特性：

變氣隙型電感式傳感器螺管式電感傳感器電感量

靈敏度

非線性誤差差動結構：靈敏度加倍；非線性誤差減小。Chapter31.掌握電感式傳感器結構、原34

Chapter3

2.掌握電感式傳感器的電橋測量電路的輸出特性：交流電橋輸出：差動電阻平衡臂電橋：或差動變壓器電橋：或Chapter32.掌握電感式傳感器的電橋35

Chapter3

3．掌握差動變壓器組成結構、工作原理、輸出特性及其差動整流電路和相敏檢波電路的工作原理，輸出信號：4．掌握高頻反射式電渦流式傳感器的結構、工作原理及其基本特性；5．掌握各類電感式傳感器的典型應用（位移型傳感器）。Chapter33．掌握差動變壓器組成結36

Chapter4

被測量（d，S，）CU(I,f)1．掌握不同類型的電容傳感器構成原理及其用途，并結合應用設計電容式傳感器：平行板電容器電容量：

柱式電容器電容量：Chapter4被測量（d，S，37

Chapter4

空氣介質(zhì)的變間隙式電容傳感器：靈敏度：非線性誤差：具有固體介質(zhì)的變間隙式電容傳感器：線位移變面積式電容傳感器：

Chapter4空氣介質(zhì)的變間隙式電容傳38

Chapter4

角位移變面積式電容傳感器：

變介電常數(shù)式電容傳感器：(線性)

2．分析各種電容式傳感器測量電路特點：交流不平衡電橋，二極管檢波電路，差動脈沖寬度調(diào)制電路，運算法測量電路等；3．了解雜散電容產(chǎn)生原因及減少或消除雜散電容影響的方法；4．明確電容式差壓變送器結構原理，掌握分析計算電容變送器初始電容及靈敏度變化的方法。Chapter4角位移變面積式電容傳感器39

Chapter5

力(F)電荷(Q)1．掌握壓電材料壓電效應的意義及描述方法(Q=dijF)；2．掌握石英及壓電陶瓷材料的壓電機理及其壓電特性；3．掌握壓電式傳感器的等效電路（等效電容器Ca=S/h，或電荷源Q=dijF、電壓源Ua=Q/Ca）及測量電路的特點;分析電壓前置放大器與電荷前置放大器的特性及區(qū)別：Chapter5力(F)電荷(Q40

Chapter5

電壓前置放大器傳感器的電壓靈敏度：輸入電壓Ui與作用力之間的相位差:理想情況：幅值比電壓靈敏度Chapter5電壓前置放大器41

Chapter5

測量電路的時間常數(shù)：，n=1/，幅值比，

相位差；低頻響應動態(tài)誤差：

電荷前置放大器輸出電壓：與之間的相位差：Chapter5測量電路的時間常數(shù)：42

Chapter5

4．學會分析壓電式加速度計的頻率響應特性及其應用頻率范圍的確定方法。加速度計微分方程：靈敏度與頻率關系：

Chapter54．學會分析壓電式加速度計43

Chapter6被測量電動勢

1.掌握磁電式傳感器的結構（恒定磁通式和變磁通式）及其工作原理（電磁感應原理e=NdΦ/dt）；2．掌握磁電式傳感器的設計方法和典型應用（速度型傳感器）；3．掌握磁電式振動傳感器和轉速傳感器的結構和特性分析。Chapter6被測量電動勢44

Chapter7

溫度電信號（電阻、電壓、電流等）1.掌握金屬熱電阻的測溫原理（電阻溫度效應），明確鉑熱電阻和銅熱電阻的熱電特性、測溫范圍、百度電阻比（W(100)＝R100/R0）、分度號（Pt100、Pt50和Cu100、Cu50）和分度表；2.了解熱敏電阻的三種基本類型和NTC熱敏電阻的基本特性；3.掌握PN結型溫度傳感器（晶體二極管、三極管和集成溫度傳感器）的測溫原理及特性；Chapter7溫度電信號（電阻、45

Chapter7

4.熟悉熱電偶的結構和熱電效應，明確熱電偶的熱電勢由接觸電勢和溫差電勢兩部分構成；5.掌握熱電偶的測溫原理及其冷端溫度補償方法；6.了解熱電偶的基本定律及其分度號和分度表；7.熟悉各種熱電式傳感器在溫度測量和控制中的基本應用方法和電路特點。

Chapter74.熟悉熱電偶的結構和熱電46

Chapter8

光電信號

1.明確光電傳感器由光源、光學元件和光電元件組成；2.熟悉光電元件的光-電轉換原理是光電效應，即外光電效應（h=mv02/2+A0）和內(nèi)光電效應（光電導效應和光生伏特效應）；3.掌握主要光電元件（光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管、光電池等）的結構和主要特性(特別是光譜特性、光電特性）；4.理解發(fā)光二極管（LED）的發(fā)光機理：電子空穴復活，所釋放出的光子能量h，即為PN結禁帶寬度Eg，所以Eg=h=hc/，從而，=hc/Eg，禁帶寬度Eg決定LED發(fā)射光的顏色；明確LED的伏安特性和光譜特性；Chapter8光電信號47

Chapter8

5.熟悉光電傳感器的四種基本類型和主要應用；6.熟悉光纖傳感器所用光導纖維的結構及其傳光原理（全反射原理）；7.掌握光纖傳感器結構類型，明確光纖在傳感器中的作用；8.了解光纖傳感器在位移、壓力、流量、液位、溫度、等不同場合的應用方法；9.了解紅外傳感器的基本原理及其主要應用；10.了解電荷耦合器件（CCD）的圖像感光原理及圖像信號的轉移原理。Chapter85.熟悉光電傳感器的四種基本48Capter9磁場電信號1.掌握霍爾效應及霍爾元器件的工作原理，KH=RH/d=1/ned；2.熟