《醫(yī)用傳感器原理及應(yīng)用》教學(xué)大綱

適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案

課程代碼：06140981

課程性質(zhì)：專業(yè)必修課

學(xué)分：3學(xué)分

學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)（理論40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)）

先修課程：大學(xué)物理、電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)等

后續(xù)課程：醫(yī)學(xué)圖像處理、醫(yī)學(xué)儀器原理及設(shè)計(jì)等

適用專業(yè)：醫(yī)學(xué)信息工程

開課單位：電子信息工程學(xué)院

一、課程說明

《醫(yī)用傳感器原理及應(yīng)用》是醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)必修的一門專業(yè)課程。本課程主要傳授

各類傳感器原理與應(yīng)用特點(diǎn)，為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程及以后從事技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)。本

課程注重基本原理的掌握，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用原理解決合理選擇和使用傳感器實(shí)際問題的能

力，并兼顧傳感器發(fā)展動(dòng)向的介紹。醫(yī)用傳感器是獲取生物信息的窗口，醫(yī)用傳感淵技術(shù)的

發(fā)展必將成為對21世紀(jì)影響深遠(yuǎn)的技術(shù)。

二、課程目標(biāo)

通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：

課程目標(biāo)1：掌握各類醫(yī)用傳感器的基本理論，掌握幾何量、機(jī)械量及有關(guān)測量中常用

的各種醫(yī)用傳感器的工作原理、主要性能及其特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生“一絲不茍、精益求精”的職

業(yè)素養(yǎng)°

課程目標(biāo)2：掌握常月醫(yī)用傳感器的工程設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)研究方法。了解醫(yī)用傳感器的

發(fā)展動(dòng)向，培養(yǎng)學(xué)生良好的交流、溝通、與人合作的能力。

課程目標(biāo)3：理解有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)以及相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)、

行業(yè)政策，根據(jù)需求能合理地選擇和使用醫(yī)用傳感器，了解醫(yī)用傳感器前沿技術(shù)，鼓段學(xué)生

為我國的醫(yī)學(xué)信息事業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力最。

三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求

《醫(yī)用傳感器原理及應(yīng)用》課程教學(xué)目標(biāo)對醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。

表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系

支撐

畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)

強(qiáng)度

1.工程知識1.3掌握醫(yī)學(xué)信息T程課程目標(biāo)1：掌握各類醫(yī)用傳感M

所需的專業(yè)知識，并能器的基本理論，掌握幾何量、機(jī)

將其綜合應(yīng)用于解決械量及有關(guān)測量中常用的各種醫(yī)

復(fù)雜醫(yī)學(xué)信息工程問用傳感器的工作原理、主要性能

題。及其特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生“一絲不茍、

精益求精”的職業(yè)素養(yǎng)。

2.問題分析2.2能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自課程目標(biāo)2：掌握常用醫(yī)用傳感

然科學(xué)基本原理，對復(fù)器的工程設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)研究方

雜醫(yī)學(xué)信息工程問題法。了解醫(yī)用傳感器的發(fā)展動(dòng)向，

進(jìn)行表述。

培養(yǎng)學(xué)生良好的交流、溝通、與

H

人合作的能力。

5.使用現(xiàn)代工具

5.1能夠了解和合理選課程目標(biāo)3：理解有關(guān)的國家標(biāo)

擇現(xiàn)代醫(yī)學(xué)信息工程準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法律

的技術(shù)資源和現(xiàn)代工

法規(guī)以及相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)、行業(yè)政

程工具、信息技術(shù)工

策，根據(jù)需求能合理地選擇和使M

具，解決亞雜醫(yī)學(xué)信息

工程問題并理解其局用醫(yī)用傳感器，了解醫(yī)用傳感器

限性。前沿技術(shù)，鼓勵(lì)學(xué)生為我國的醫(yī)

學(xué)信息事業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

7.環(huán)境可持續(xù)發(fā)展課程目標(biāo)3：理解有關(guān)的國家標(biāo)

7.1樹立科學(xué)發(fā)展觀，

了解國家、地方關(guān)于環(huán)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法律

境保護(hù)和社會(huì)可持續(xù)法規(guī)以及相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)、行業(yè)政

發(fā)展的相關(guān)政策法規(guī)，策，根據(jù)需求能合理地選擇和使

M

認(rèn)識和理解其對專業(yè)用醫(yī)用傳感器，了解醫(yī)用傳感器

領(lǐng)域發(fā)展的導(dǎo)向和意前沿技術(shù)，鼓勵(lì)學(xué)生為我國的醫(yī)

義。

學(xué)信息事業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。

四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配

1.理論部分

理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表2。

表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配

理論實(shí)驗(yàn)對應(yīng)的課

教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)

學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)程目標(biāo)

1.緒論

教學(xué)要求:使學(xué)生掌握醫(yī)用傳感器的定義、

1.1傳感器的作用

構(gòu)成、用途及分類；了解醫(yī)用傳感器的、

1.2醫(yī)用傳感器的

性能要求和發(fā)展。21、3

定義、構(gòu)成、用途及

重點(diǎn)：醫(yī)用傳感器的構(gòu)成、用途和分類。

分類

難點(diǎn)：醫(yī)用傳感器的性能要求。

1.3醫(yī)用傳感器應(yīng)

具有的性能和特殊

要求

1.4醫(yī)用傳感器的

發(fā)展

2.傳感器的基本特

性教學(xué)要求：使學(xué)生掌握醫(yī)用傳感器靜態(tài)特

2.1傳感器的靜態(tài)性的具體參數(shù)和動(dòng)態(tài)特性的衡量指標(biāo)。了

特性解動(dòng)態(tài)特性的分析方法。11、3

2.2傳感器的動(dòng)態(tài)重點(diǎn)：醫(yī)用傳感器的靜態(tài)特性.

特性及其分析難點(diǎn)：醫(yī)用傳感器的動(dòng)態(tài)特性。

2.3傳感器的誤差

3.應(yīng)變式電阻傳感教學(xué)要求:使學(xué)生掌握應(yīng)變片的工作原理、

器轉(zhuǎn)換電路的形式和計(jì)算方法，溫度誤差與

3.1金屬電阻應(yīng)變補(bǔ)償。理解應(yīng)變片的主要特性，應(yīng)變式傳

式傳感器感器的醫(yī)學(xué)應(yīng)用舉例、壓阻式和電位器式

3.2半導(dǎo)體固態(tài)壓傳感器的工作原理。了解應(yīng)變片類型、粘

621、2、3

阻式傳感器貼工藝。

3.3電阻式傳感器重點(diǎn)：電阻式傳感器的工作原理，直流電

的測量及接口電路橋的計(jì)算。

3.4應(yīng)變式電阻傳難點(diǎn)：電阻式傳感器的測量電路，溫度誤

感器的醫(yī)學(xué)應(yīng)用差的補(bǔ)償方法。

4.電容式傳感器

4.1基本工作原理、

結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

4.2電容式傳感器教學(xué)要求：使學(xué)生掌握電容式傳感器工作

的測量電路原理和結(jié)構(gòu)類型，電容式傳感器的特點(diǎn)和

4.3電容式傳感器誤差分析。理解也容式傳感器的醫(yī)學(xué)應(yīng)用。4】、3

的誤差分析重點(diǎn)：工作原理、特點(diǎn)和應(yīng)用注意事項(xiàng)。

4.4電容式傳感器難點(diǎn)：電容式傳感的測量電路。

的醫(yī)學(xué)應(yīng)用

電感式傳感器

5.教學(xué)要求：使學(xué)生掌握自感式傳感器的工

自感式傳感器

5.1作原理、設(shè)計(jì)原則，差動(dòng)變壓器式傳感器

互感式傳感器

5.2工作原理，主要誤差及其補(bǔ)償方法，電泯

電渦流式變換

23流式傳感器工作原理。理解自感式傳感器

原理

特性分析、等效電路、轉(zhuǎn)換電路，電渦流

測量電路421、2、3

5.4形成范圍。了解差動(dòng)變壓器式傳感器的轉(zhuǎn)

電感式傳感器

5.5換電路，電渦流式傳感器轉(zhuǎn)換電路及其應(yīng)

的應(yīng)用

用。

重點(diǎn)：零點(diǎn)殘余電壓及其補(bǔ)償方法。

難點(diǎn)：自感式傳感器的設(shè)計(jì)原則。

6.壓電式傳感器

6.1壓電效應(yīng)

6.2壓電材料及主教學(xué)要求：掌握壓電效應(yīng)及其物理解釋，

要性能參數(shù)壓電元件常用結(jié)構(gòu)形式，測量電路。了解

6.3壓電傳感器的壓電材料及主要特性、應(yīng)用舉例。超聲波

等效電路和測量電傳感器、探傷儀，無損檢測。421、2、3

路重點(diǎn)：壓電效應(yīng)、測量電路。

6.4壓電傳感器的難點(diǎn)：壓電效應(yīng)的物理解釋、電荷放大器

應(yīng)用與電壓放大器的對比。

7.磁傳感器

磁電式傳感器

7.1教學(xué)要求：掌握磁電式傳感器工作原理，

電磁流量計(jì)

7.2霍爾式傳感器工作原理、誤差及其補(bǔ)償。

7.3霍爾傳感器

理解磁電式傳感器的設(shè)計(jì)，霍爾元件及材

其他類型的磁

7.4料，霍爾元件基本特性。了解磁電式、霍

傳感器321、2、3

爾式傳感器的應(yīng)用。

7.5磁傳感器的生

重點(diǎn)：霍爾式傳感器工作原理，誤差及補(bǔ)

物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

償。

難點(diǎn)：磁傳感器的設(shè)計(jì)。

8.熱電式傳感器

8.1熱敏電阻式傳

感器

8.2熱電偶式傳感

耀教學(xué)要求：掌握熱電偶工作原理，冷端處

8.3晶體管與集成理方法。了解常用熱電偶，熱電阻傳感器、

溫度傳感器熱敏電阻。41、3

8.4非接觸式溫度重點(diǎn)：熱電偶。

傳感器難點(diǎn)：熱電效應(yīng)。

8.5其他類型的溫

度傳感器

8.6熱電式傳感器

的醫(yī)學(xué)應(yīng)用

9.光學(xué)傳感器

光電傳感器

9.1教學(xué)要求：掌握光電效應(yīng)及其器件，半導(dǎo)

光電耦合器件

9.2體光電元件的特性,掌握光纖的基本原理、

9.3紅外傳感器

光纖傳感器的基本原理。掌握紅外輻射的

光纖傳感器

9.4基本知識，紅外傳感器的工作原理，了解

器件及其應(yīng)41、3

9.5CCD紅外測溫、紅外成像、紅外無損槍測等。

用

重點(diǎn)：光電效應(yīng)，紅外傳感器的工作原理，

光纖傳感器的基本原理，CCD傳感器。

難點(diǎn)：光調(diào)制技術(shù)，CCD的電荷耦合過程。

10.化學(xué)傳感器

10.1電化學(xué)測量基

礎(chǔ)

教學(xué)要求：使學(xué)生掌握常見的氣敏傳感器

離子傳感器

10.2的種類及應(yīng)用場合；掌握常見的濕敏傳感

氣體傳感器

10.3器的種類及測量方法。

光纖化學(xué)傳感31、3

10.4重點(diǎn)：氣敏、濕敏傳感器的工作原理。

器

難點(diǎn)：氣敏、濕敏傳感器的種類及測量電

壓電化學(xué)傳感

10.5路。

器

11.生物醫(yī)用電極

11.1電極的基本概

念

11.2電極的極化

教學(xué)要求：使學(xué)生掌握電極的基本概念、

11.3極化電極與非

分類；了解電極的阻抗特性、微電極。

極化電極21、3

重點(diǎn)：電極的基本概念、分類。

11.4電極的阻抗特

難點(diǎn)：電極的阻抗特性、微電極。

性

11.5檢測電極和刺

激電極

11.6微電極

12.生物傳感器

12.1概述

12.2生物敏感膜和

敏感元件的制備技

教學(xué)要求:使學(xué)生了解生物傳感器的概念、

術(shù)

特點(diǎn)、分類和應(yīng)用，了解生物傳感器的分

12.3酶生物傳感器

類方法和適用場合。31、3

12.4微生物和組織

重點(diǎn)：生物傳感器的概念。

及細(xì)胞器傳感器

難點(diǎn)：生物傳感器的工作原理。

12.5免疫傳感器

12.6基因傳感器

12.7新型的生物傳

感器

合計(jì)408

2.實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表3。

表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)

對應(yīng)的課

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)

程目標(biāo)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：應(yīng)變片單臂、半橋、全橋測試。

實(shí)驗(yàn)要求：了解電阻應(yīng)變片傳感器的轉(zhuǎn)換

1.電阻應(yīng)變片特性

原理；掌握電阻應(yīng)變片直流電橋的工作原21、2、3

實(shí)驗(yàn)

理和特性；利用電阻應(yīng)變片直流電橋測量

傳感器的電壓輸出靈敏度。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：使用壓電傳感器測量振動(dòng)。

2.壓電傳感器振動(dòng)

實(shí)驗(yàn)要求：了解壓電傳感器的測量振動(dòng)原21、2、3

測量實(shí)驗(yàn)

理和方法。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：使用差動(dòng)變壓器式傳感器測量

位移。

3.電感式傳感器位

實(shí)驗(yàn)要求：了解差動(dòng)變壓器式傳感器的原21、2、3

移特性實(shí)驗(yàn)

理和工作情況，了解差動(dòng)螺管式電感傳感

器測量系統(tǒng)的組成和工作情況。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：使用霍爾傳感器測量物體轉(zhuǎn)

4.霍爾傳感器測速速。

21、2、3

實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：掌握霍爾傳感器的工作原理及

特性。

合計(jì)8

五、教學(xué)方法及手段

本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)手段完成課程教

學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)，學(xué)生比較全面地理解醫(yī)用傳感器的特點(diǎn)與基本工作原理，在掌握

傳感器基本理論和主要性能的基礎(chǔ)上，具有進(jìn)行傳感器工程方案設(shè)計(jì)的初步能力。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生傳感器的基本理論、基本知

識和基本技能。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)際動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

六、課程資源

1.推薦教材：

王平.《生物醫(yī)學(xué)傳感與檢測》（第四版）.浙江大學(xué)出版社.2021.

2.參考書：

（1）張玉蓮.《傳感器與自動(dòng)檢測技術(shù)》（第3版）.機(jī)械工業(yè)出版社.2019.

（2）高成等.《傳感器與檢測技術(shù)》.機(jī)械工業(yè)出版社.2015.

（3）葉廷東等.《傳感器與檢測技術(shù)》.清華大學(xué)出版社.2016.

（4）童敏明等.《傳感器原理與檢測技術(shù)》.機(jī)械工業(yè)出版社.2014.

3.期刊:

（I）物理學(xué)報(bào)，中國物理學(xué)會(huì);中國科學(xué)院物理研究所.

（2）高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，吉林大學(xué).

（3）機(jī)械工程學(xué)報(bào)，中國機(jī)械工程學(xué)會(huì).

（4）MaterialsResearchBullctin,O/\JRC.

（5）Engineering,中國CAE戰(zhàn)略研究中心;中國高等教育出版社.

（6）儀器儀表學(xué)報(bào)，中國儀器儀表學(xué)會(huì).

4.網(wǎng)絡(luò)資源：

（1）傳感器技術(shù).武漢大學(xué)一中國大學(xué)MOOC（慕課），

/courseWHU-100l549001?tid=l206873235.

（2）傳感器原理及應(yīng)用_北京交通大學(xué).中國大學(xué)MOOC（慕課），

/coursc/NJTU-10025500（）1?tid=1206824213.

七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐

課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價(jià)細(xì)則及對課程

目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。

表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐

考核占課程目標(biāo)

考核/評價(jià)細(xì)則

環(huán)節(jié)比123

課

（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂問答問題情況進(jìn)行考VV

堂

核,滿分100分。

表12

（）以平時(shí)考核成績乘以其在總評成績中所占的比

現(xiàn)2552

例計(jì)入課程總評成績。

（1）根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告VV

過質(zhì)量單獨(dú)評分，滿分100分。

程實(shí)（2）每次實(shí)驗(yàn)單獨(dú)評分，取各次實(shí)驗(yàn)成績的平均值

16

性驗(yàn)作為此環(huán)節(jié)的最終成績。664

考（3）以實(shí)驗(yàn)成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)

核入課程總評成績。

（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和V

掌握程度，滿分100分。

作（2）每次作業(yè)單獨(dú)評分，取各次成績的平均值作為

12

業(yè)此環(huán)節(jié)的最終成績。

462

（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)

入課程總評成績。

（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成VV

績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。

（2）主要考核醫(yī)用傳感器的基本理論，掌握幾何量、

期末

60機(jī)械量及有關(guān)測量中常用的各種醫(yī)用傳感器的工作

考核

原理、主要性能及其特點(diǎn)等內(nèi)容。252510

（3）考試題型為：填空題、選擇題、判斷題、簡答

題、綜合分析題等。

合計(jì)：100分404218

八、考核與成績評定

1.考核方式及成績評定

考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)、期末考試等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價(jià)。

考核基本要求：考核總成績由期末試卷成績和過程性考核成績組成。其中：期末試卷成

績?yōu)?00分(權(quán)重60%),試題類型為填空題，選擇題，判斷題，簡答題，綜合分析題等類

型，試卷中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50樂綜合應(yīng)用題、分析題不

低于50%；課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?0()分(權(quán)重40%)；過程性考核和考

試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時(shí)基本成比例。

2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)

過程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。

表5過程性考核方式評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

所占

考核方式比重100>x^9090>x>8080>x>7070>x>60x<60

(%)

積極參與教

認(rèn)真參與教偶爾參與教上課不認(rèn)

學(xué)活動(dòng)，踴躍上課不認(rèn)

學(xué)活動(dòng)，回學(xué)活動(dòng)，回真，偶爾參

課堂表現(xiàn)30回答問題，準(zhǔn)真，不參與

答問題準(zhǔn)確答問題準(zhǔn)確與教學(xué)活

確率大于教學(xué)活動(dòng)。

率大于80%o率大于70%動(dòng)。

90%oo

作業(yè)基本

作業(yè)完整，思作業(yè)完整，作業(yè)基本完作業(yè)不完

完整，平均

路清晰，平均平均準(zhǔn)確率整，平均準(zhǔn)整，平均掂

作業(yè)30準(zhǔn)確率大

準(zhǔn)確率大于大于等于確率大于等確率小于

于等于

等于90%。80%于70%。60%。

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