传感器技术与应用

《传感器技术与应用》教学大纲第一部分教学大纲说明一、课程性质传感器技术与应用属于电子信息科学与技术本科专业的专业课，是一门专业必修课。注重于培养学生理解使用传感器并设计电子产品的能力。二、教学目的和要求教学目的：通过本课程学习和实践,使学生熟悉和掌握常用的传感器的基本原理和使用方法。教学要求：（1）知识要求：重点掌握常用的常用传感器的原理、性能和使用方法,了解传感器的发展动态。（2）能力要求：培养和提高学生的选择传感器、理解传感器原理、并使用传感器进行设计的能力,为今后电路设计和工作奠定坚实基础。三、学分和课时分配课时分配表篇章名课时数（节）占总课时的比重（%）第一章传感器的特性27%第二章热电传感器829%第三章应变传感器27%第四章磁敏传感器414%第五章压电传感器414%第六章光纤传感器27%第七章光栅传感器27%第八章光电传感器27%第九章气、湿敏传感器27%合计28100%说明：该课时分配只有理论课没有实验课，同时不包含五一、十一机动时间和复习考试时间，特此申明！四、适用范围该大纲限定适用于电子信息科学与技术专业本科生，专科学生和研究生以及其它专业不适用。第二部分教学内容第一章传感器的特性（2课时）教学目的和要求目的：熟悉传感器的基本概念，组成分类和应用领域及国内外概况，掌握传感器的静态特性和动态特性。教学重点和难点重点：什么是传感器，传感器的组成和分类难点：传感器的静态特性和动态特性教学内容第一节传感器的组成与分类（1课时）一、传感器的组成二、传感器的分类第二节传感器的基本特性（1课时）一、静态特性二、动态特性复习思考题1、什么是传感器，传感器的基本概念2、传感器的组成与分类3、什么是传感器的静态特性，什么是传感器的动态特性。第二章热电传感器（8课时）教学目的和要求目的：熟练掌握各类热电传感器包括：热电偶传感器、热电阻是温度传感器、PN结型温度传感器、集成电路温度传感器、及热释电式温度传感器等的工作原理、特性特点、典型应用。教学重点和难点重点：热电偶传感器等温度传感器的工作原理、特性特点、典型应用及温度补偿方法及原理难点：PN结型温度传感器、集成电路温度传感器工作原理教学内容第一节热电势式测温传感器（2课时）一、工作原理二、热电偶中引入第三导体三、标准热电极四、热电偶冷端温度误差及其补偿五、常用热电偶的特性六、热电偶的测量电路第二节热电阻式温度传感器（1课时）一、金属测温电阻器二、半导体热敏电阻器第三节PN结型测温传感器（1课时）一、温敏二极管及其应用二、温敏晶体管及其应用第四节集成电路温度传感器（2课时）一、基本原理及PTAT核心电路二、电压输出型三、电流输出型四、可编程集成数字温度传感器第五节热释电式传感器（1课时）一、热释电效应及其机理二、热释电红外传感器三、热释电探测模块四、典型应用第六节热电传感器应用实例（1课时）复习思考题1、什么是热释电，热电偶基本原理2、金属热电偶和半导体热电偶的特点3、PN结型测温传感器和集成电路温度传感器的原理及应用4、热释电传感器原理第三章应变传感器（2课时）教学目的和要求目的：熟练掌握各种应变传感器的内部结构、基本原理和使用方法包括及温度补偿方法及原理。教学重点和难点重点：金属应变原理、温度补偿方法及原理。难点：薄膜应变传感器的结构教学内容第一节电阻应变传感器（1课时）一、应变片的结构和类型二、常用的应变片第二节薄膜应变电阻及传感器（1课时）一、薄膜分类二、薄膜的工作原理三、薄膜应变传感器的特点四、电阻应变传感器使用中应注意的一些问题五、电阻应变传感器应用——起重量限制器复习思考题1、金属应变的基本原理和计算方法2、应变传感器的基本应用温度补偿3、应用应变传感器测量加速度的工作原理第四章磁敏传感器（4课时）教学目的和要求目的：理解霍尔效应和磁阻及形状效应基本原理；熟练掌握各种磁敏传感器的内部结构、基本原理和使用方法包括及温度补偿方法及原理教学重点和难点重点：理解和掌握霍尔效应和磁阻现象及形状效应的原理。难点：磁敏二极管基本原理的理解教学内容第一节磁敏传感器的物理基础——霍尔、磁阻、形状效应（1课时）一、基础知识二、霍尔效应三、磁阻效应四、形状效应第二节霍尔元件（0.5课时）一、霍尔元件的工作原理二、霍尔元件的结构三、基本电路四、电磁特性五、误差分析及误差补偿第三节磁阻元件（0.5课时）一、长方形磁阻元件二、科尔宾元件三、平面电极元件四、nSb-NiSb共晶磁阻元件五、曲折形磁阻元件六、磁阻元件的温度补偿第四节磁敏二极管（0.5课时）一、磁敏二极管的结构二、磁敏二极管的工作原理三、磁敏二极管的特性四、磁敏二极管的补偿技术第五节磁敏三极管（0.5课时）一、磁敏三极管的结构二、磁敏三极管的工作原理三、磁敏三极管的特性四、温度补偿技术第六节磁敏传感器的应用（1课时）一、霍尔元件的应用二、磁阻元件的应用复习思考题1、霍尔传感器的内部结构、基本原理、温度补偿电路和使用方法2、磁阻元件的基本原理、内部结构、温度补偿电路和使用方法第五章压电效应（4课时）教学目的和要求目的：掌握压石英晶体电效应的基本原理；熟练掌握压电传感器器的材料类型、内部结构、基本原理、等效电路和使用方法。教学重点和难点重点：石英晶体电效应的基本原理、正压电效应及逆压电效应、压电传感器应用。难点：压电材料切形，压电传感器等效电路教学内容第一节压电效应（1课时）一、石英晶体的压电效应二、压电常数三、压电陶瓷的压电效应第二节压电材料（1课时）一、压电晶体二、压电陶瓷三、新型压电材料第三节等效电路与测量电路（1课时）一、等效电路二、测量电路第四节压电传感器及其应用（1课时）一、压电传感器中压电片的连接二、压电式力传感器三、压电式压力传感器四、压电式加速度传感器五、应用实例复习思考题1、正压电效应和你压电效应的基本原理，晶体振荡器的工作原理2、压电传感器的等效电路第六章光纤传感器（2课时）教学目的和要求目的：熟练掌握光纤传感器的各种结构、基本原理、工作特性和使用方法。教学重点和难点重点：光纤工作原理、功能型光纤传感器和非功能型光纤传感器得基本结构。难点：光纤传光特性、探针型光纤传感器教学内容第一节基础知识（0.5课时）一、光纤的结构二、光纤的种类三、光纤的传光原理四、光纤的特性五、光纤的耦合第二节光纤传感器的分类及构成（0.5课时）一、分类二、构成部件第三节功能型光纤传感器举例（0.5课时）一、相位调制型光纤传感器二、光强调制型光纤传感器三、偏振态调制型光纤传感器第四节非功能型光纤传感器举例（0.5课时）一、传输光强调制型光纤传感器二、反射光强调制型光纤传感器三、频率调制型光纤传感器四、光纤液位传感器复习思考题1、光纤为什么可以导光，数值孔径的基本概念2、光纤传感器分类结构及基本原理第七章光栅基础（2课时）教学目的和要求目的：理解并熟练掌握莫尔条纹的原理，熟练掌握光栅的内部结构、基本原理、工作方式和使用方法。教学重点和难点重点：莫尔条纹的基本原理、工作特性和使用方法。难点：莫尔条纹的辨向原理、莫尔条纹细分技术教学内容第一节光栅基础（0.5课时）一、光栅的分类及结构二、莫尔条纹的原理三、莫尔条纹的特点第二节光栅传感器的工作原理（0.5课时）一、光电转换原理二、莫尔条纹测量位移的原理三、辨向原理第三节莫尔条纹细分技术（0.5课时）一、细分方法二、光电元件直接细分三、CCD直接细分四、光栅传感器的误差第四节常用光学系统（0.5课时）一、透射直读式光路二、反射直读式光路三、反射积分式光路复习思考题1、光栅的分类及结构，莫尔条纹的基本原理2、莫尔条纹的辨向原理、莫尔条纹细分技术及应用第八章光电传感器（2课时）教学目的和要求目的：理解并熟练掌握半导体光电效应的原理，熟练掌握光电的内部结构、基本原理、工作方式和使用方法。教学重点和难点重点：半导体光电效应的基本原理、工作特性和使用方法。难点：半导体光电伏特效应，CCD传感器工作原理教学内容第一节光电传感器的基本效应及外光电效应光电器件（0.5课时）一、半导体的粒子特性二、半导体光电效应三、光电管四、光电倍增管第二节光电导效应及光电元件、光电伏特效应及光电元件（0.5课时）一、光敏电阻的结构及原理二、光敏电阻的特性三、光电导结型光电元件四、光电伏特型光电元件第三节CCD图像传感器（0.5课时）一、CCD图像传感器第四节应用光路及光电传感器应用（0.5课时）一、反射式二、透射式三、光电导结型光电元线纹瞄准用光电传感器四、脉冲式光电传感器五、光电传感器应用复习思考题1、半导体光电效应、爱因斯坦光电效应方程2、CCD传感器工作原理第九章气、湿敏传感器（2课时）教学目的和要求目的：熟练掌握气敏传感器的内部结构、基本原理、工作特性和使用方法；熟练掌握湿敏传感器的内部结构、基本原理、工作特性和使用方法。教学重点和难点重点：半导体气敏元件的基本原理和使用方法；电解质式湿敏元件的基本原理和使用方法。难点：基于MEMS的新型微结构气敏传感器教学内容第一节气敏传感器（1课时）一、半导体气敏元件的分类及必备条件二、表面控制型电阻式半导体气敏元件三、基于MEMS的新型微结构气敏传感器四、应用举例第二节湿敏传感器（1课时）一、湿度及其表示二、对湿敏传感器的基本要求三、电阻式湿敏传感器四、陶瓷湿敏传感器五、电容式湿敏传感器六、电解质式湿度传感器七、应用范围及应用实例复习思考题1、半导体气敏元件的基本原理和使用方法2、电解质式湿敏元件的基本原理和使用方法第三部分参考文献1.林占江.电子测量技术基础.电子工业出版社,2007.2.魏岫昆.电子测量技术.天津科技大学出版社,1986.3.任庆.电子测量原理.电子科技大学出版社,1989.4.宋伟.电子仪器与测量技术.高等教育出版社,1993.5.申业刚.电子测量.江苏科技出版社,1986.6.张学庄.电子测量与仪器.湖南科技出版社,1993.7.节东伟.万用表使用维修手册.中国计量出版社,1995.8.张永瑞.电子测量技术基础.西安电子科技大学出版社,1994.9.邓泰林.新型万用表实用手册.福建科学技术出版社,1998.10.孙焕根.电子测量与智能仪器.浙江大学出版社,1991.