《传感器综合实验》教学大纲 一、课程基本信息 课程编号 1070001381 课程中文名称 传感器技术综合实验 课程英文名称 Comprehensive Experiments on Sensors 课程类别 实践性教学环节 话用专业 测控技术与仪器 开课学期 第五学期 总学时 24学时 总学分 10 开课模式 必修 先修课程 高笑教学、大学物理、由路分析基础、伪感翠原理 课程配合《传感器原理》课程开设，通过实验操作加强课堂理论知识的理 解和掌据，使学生们学摆各类传感器的测量原理、特性及应用，和几种常见物理 量的测量方法和系统设计。本实验课程采用实际操作实验方式，使学生通过实验 教学和实践，加深对传感器测量理论及信号调理的理解和掌握，并通过实践熟悉 课程简介 传感测量的系统设计，增强工程分析设计能力，培养学生严谨的科学态度和实验 技能，提高学生分析和解决问题能力。本课程使学生在掌握各类传感器的理论及 其应用特性、信号调理电路设计基础上，能完成传感器的性能测试、合理选择和 利用传感器测量各种工程上常见的物理量，以及参数测量系统工程设计和创新实 践。 建议教材 自编实验指导书 [1刘利秋等.传感器原理与应用.北京：清华大学出版社2015 参考资料 2☒]孙传友等.测控电路及装置.北京：北京航空航天大学出版社，2002 二、课程教学目标 1.通过实验手段深入理解和掌握传感器的测量原理、应用特点，及其测量系统设计。 2.对比分析各类传感器的测量特性，以及测量系统电路的设计原理，以此巩固和升华传感器原理基础 理论和测量系统设计技术，培养学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。 3.理解和掌握常见工程参数测量原理和技术，常用信号调理电路的特性及应用，以及测量系统性能分 析理论、实验方法和技能，培养学生综合运用参数测量技术、信号分析理论和电路设计技术，进行测 量系统分析和设计的实践能力和科学研究能力
《传感器综合实验》教学大纲 一、课程基本信息 课程编号 1070001381 课程中文名称 传感器技术综合实验 课程英文名称 Comprehensive Experiments on Sensors 课程类别 实践性教学环节 适用专业 测控技术与仪器 开课学期 第五学期 总 学 时 24学时 总 学 分 1.0 开课模式 必修 先修课程 高等数学、大学物理、电路分析基础、传感器原理 课程简介 本实验课程配合《传感器原理》课程开设，通过实验操作加强课堂理论知识的理 解和掌握，使学生们掌握各类传感器的测量原理、特性及应用，和几种常见物理 量的测量方法和系统设计。本实验课程采用实际操作实验方式，使学生通过实验 教学和实践，加深对传感器测量理论及信号调理的理解和掌握，并通过实践熟悉 传感测量的系统设计，增强工程分析设计能力，培养学生严谨的科学态度和实验 技能，提高学生分析和解决问题能力。本课程使学生在掌握各类传感器的理论及 其应用特性、信号调理电路设计基础上，能完成传感器的性能测试、合理选择和 利用传感器测量各种工程上常见的物理量，以及参数测量系统工程设计和创新实 践。 建议教材 自编实验指导书 参考资料 [1] 刘利秋等. 传感器原理与应用.北京：清华大学出版社,2015 [2] 孙传友等. 测控电路及装置.北京：北京航空航天大学出版社,2002 二、课程教学目标 1. 通过实验手段深入理解和掌握传感器的测量原理、应用特点，及其测量系统设计。 2. 对比分析各类传感器的测量特性，以及测量系统电路的设计原理，以此巩固和升华传感器原理基础 理论和测量系统设计技术，培养学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。 3. 理解和掌握常见工程参数测量原理和技术，常用信号调理电路的特性及应用，以及测量系统性能分 析理论、实验方法和技能，培养学生综合运用参数测量技术、信号分析理论和电路设计技术，进行测 量系统分析和设计的实践能力和科学研究能力
4.了解工程测量系统的设计过程，能采用科学方法对工程问题进行实验方案设计，根据系统性能要求， 科学设计系统原理、实验过程、性能评估，以及性能优化方案，启发创新设计思维和理念，培养创新 设计能力。 三、课程教学目标与毕业要求的对应关系 指标点 毕业要求 课程教学目标 内容 W/L 2问题分折。能铭应用数学 自然科学和工程科学的基 2.3能够围绕测控复杂工程问愿的关键环 教学目标 原理，识别、表达并通过文献 与要素，通过查阅文献，寻找解决测控领姆 的复杂工程问题的方法，并形成解决问题的 0.1 1、2、3 研究分析测控领域的复杂工 有效结论。 程间题并获得有效结论。 3.设计/开发解决方案：能够 设计针对测控领域复杂工程 问顺的解决方室，设计满足封 32能够综合运用专业理论和技术手段设计 针对测控领域复杂工程问题的解决方案，进 教学目标 定需求的测控系统 并能够 1、2、3 设计环节中体现创新意识 行工程技术可行性分析，并在设计中体现创 虑社会、健康、安全、法律 新意识。 文化及环墙等因素。 4.研究：能够基于专业理论 4.1能够运用测控技术与仪器专业理论，采 知识，采用料字万法对测控 用科学方法对测控领域复杂工程问题进行 0.25 域的复杂工程问题进行研究， 模拟仿真和实验方案设计。 教学目标 能够根据问题设计实验，并对 2、3、4 实验结果进行综合分析，通过 4.3能够根据测控领域工程任务需要，对数 信息综合得到有效结论 据信总进行分析和解释，通过信息综合得到 0.2 合理有效的结论。 四、实验教学内容与要求 实 实验项目 实验原理 实验设备及 验 计划 支撑教 必做 教学要求 材料 类 学时 学目标 选做 型 实验 应变式位移传 ①堂据电阻应变传 传感器测 教学目 任实 感器的测量电 感器测量原理、直济 验 CSY.9XX型传感 桥的搭建和性 测量申桥的结物与 必做 金属箔 证 4 能分析 采用 不同类型电桥的 器系统实验仪 型 电阻应变片实 测量特性，包括单臂 、3
4. 了解工程测量系统的设计过程，能采用科学方法对工程问题进行实验方案设计，根据系统性能要求， 科学设计系统原理、实验过程、性能评估，以及性能优化方案，启发创新设计思维和理念，培养创新 设计能力。 三、课程教学目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点 课程教学目标 内容 H/L 2. 问题分析：能够应用数学、 自然科学和工程科学的基本 原理，识别、表达并通过文献 研究分析测控领域的复杂工 程问题并获得有效结论。 2.3 能够围绕测控复杂工程问题的关键环节 与要素，通过查阅文献，寻找解决测控领域 的复杂工程问题的方法，并形成解决问题的 有效结论。 0.1 教学目标 1、2、3 3. 设计/开发解决方案：能够 设计针对测控领域复杂工程 问题的解决方案，设计满足特 定需求的测控系统，并能够在 设计环节中体现创新意识，考 虑社会、健康、安全、法律、 文化及环境等因素。 3.2 能够综合运用专业理论和技术手段设计 针对测控领域复杂工程问题的解决方案，进 行工程技术可行性分析，并在设计中体现创 新意识。 L 教学目标 1、2、3 4. 研究：能够基于专业理论 知识，采用科学方法对测控领 域的复杂工程问题进行研究， 能够根据问题设计实验，并对 实验结果进行综合分析，通过 信息综合得到有效结论。 4.1 能够运用测控技术与仪器专业理论，采 用科学方法对测控领域复杂工程问题进行 模拟仿真和实验方案设计。 0.25 教学目标 2、3、4 4.3 能够根据测控领域工程任务需要，对数 据信息进行分析和解释，通过信息综合得到 合理有效的结论。 0.2 四、实验教学内容与要求 实验项目 实验原理 教学要求 实验设备及 材料 实 验 类 型 计划 学时 支撑教 学目标 必做/ 选做 实验一 传感器测 量特性实 验 1. 金属箔 式应变片 单臂、半 应变式位移传 感器的测量电 桥的搭建和性 能分析。采用 电阻应变片实 ① 掌握电阻应变传 感器测量原理、直流 测量电桥的结构与搭 建、不同类型电桥的 测量特性，包括单臂 CSY-9XX型传感 器系统实验仪 验 证 型 4 教学目 标 1 、3 必做
能金预现静态位移的电桥、半桥和全桥测 实 比较测量，采用直流 量电路的输出灵敏度 电桥电路实现 抗干扰性能及补偿 电阻-电压转 原理： 换，实现位移测②知道温度补侠原 量，并对比分析 理与实现。 不同电桥结构 输出特性 采用差动变压 ①掌握差动变压器 器传感器测量 传感器测量原理、输 位移，传感器输 出信号波形及其解调 验 教学目 出的电压调幅 原理、申路实羽，川 器测位移 信号经信号解 及电压调幅原理及解 同实验1 2 标1 必做 特性实验 调电路输出直 调技术： 型 、3 流电压信号，实②知道差动变压器 现位移测量。 传感器侧位移特性。 测量位移原理 的霍尔传感器 激励的霍尔传感器输 实现位移的测 出信号调制及其解调 3.线性霍量，设计相应的原理、解调技术和电 教学目 信号调理申路， 路实现： 向知道不位由 同实验1 2 标1 必做 时位移特 生实验 势补偿电路和 的形成原因和补偿技 型 、3 调幅解调电路， 木： 使输出直流电 ③堂握蛋尔传感界 压信号。 位移测量系统的实哈 调试方法和技术。 磁电传感器测 掌握磁电传感器 量非导磁圆盘 基本原理、测量转过 的转谏，传成黑原理，传成器输出信 4酸由式 验 号调理技术和电路实 教学目 输出信号经调 转速传感 理电路，输美绘 现 同实验1 证 标1 必做 器测转速 速/烦率表进 知道磁电传感器 型 、3 行转速测量和 测量特性和性能改普 显示。 的技术途径。 采用压阻传感 ①堂握扩散硅压阴 器测量压力，传 5.压阻传 感器输出信 传感器基本原理、 压 教学目 压力特性 经测量电路输 力测量原理 同实验1 证 标1 必做 ②知道电阻一电用 出电压信号，实 型 、3 现压力的量。 转换原理、电路设计。 .热电阻 热电阻传感器 ①掌握热电阻传感 同实验1 验 教学目 实验 输出 特测量温度，采用器测温度原理、电桥 证 标16、7
桥、全桥 性能比较 实验 现静态位移的 测量，采用直流 电桥电路实现 电阻 -电压转 换，实现位移测 量，并对比分析 不同电桥结构 输出特性。 电桥、半桥和全桥测 量电路的输出灵敏度 、抗干扰性能及补偿 原理； ② 知道温度补偿原 理与实现。 2. 差 动 变 压器传感 器测位移 特性实验 采用差动变压 器传感器测量 位移，传感器输 出的电压调幅 信号经信号解 调电路输出直 流电压信号，实 现位移测量。 ① 掌握差动变压器 传感器测量原理、输 出信号波形及其解调 原理、电路实现，以 及电压调幅原理及解 调技术； ② 知道差动变压器 传感器侧位移特性。 同实验 1 验证型 2 教学目 标1 、3 必做 3. 线 性 霍 尔传感器 交流激励 时位移特 性实 验 采用交流激励 的霍尔传感器 实现位移的测 量，设计相应的 信号调理电路， 包括不等位电 势补偿电路和 调幅解调电路， 使输出直流电 压信号。 ① 掌握霍尔传感器 测量位移原理、交流 激励的霍尔传感器输 出信号调制及其解调 原理、解调技术和电 路实现； ② 知道不等位电势 的形成原因和补偿技 术；③ 掌握霍尔传感器 位移测量系统的实验 调试方法和技术。 同实验 1 验证型 2 教学目 标1 、3 必做 4. 磁 电 式 转速传感 器测转速 磁电传感器测 量非导磁圆盘 的转速，传感器 输出信号经调 理电路，输送给 转速 /频率表进 行转速测量和 显示。 ① 掌握磁电传感器 基本原理、测量转速 原理，传感器输出信 号调理技术和电路实 现；② 知道磁电传感器 测量特性和性能改善 的技术途径。 同实验 1 验证型 1 教学目 标1 、3 必做 5. 压 阻 传 感器测量 压力特性 采用压阻传感 器测量压力，传 感器输出信号 经测量电路输 出电压信号，实 现压力的测量。 ① 掌握扩散硅压阻 传感器基本原理、压 力测量原理； ② 知道电阻 -电压 转换原理、电路设计。 同实验 1 验证型 1 教学目 标1 、3 必做 6. 热 电 阻 测温原理 及输出特 热电阻传感器 测量温度，采用 ① 掌握热电阻传感 器测温度原理、电桥 同实验 1 验证 2 教学目 标1 实验6、7
电桥电路实现 电路的工作、设计原 型 、3 任选 由阻申压转 做其 换，采用仪用放 知道仪用放大电 大电路进行信 路原理及设计。 号的放大和调 理，输出电压信 号，实现温度的 量和显示 热电偶传感器 ©掌握热电偶传感 测量温度，采用 ,仪用放大申路 器测温度原理、测量 热电 电路的工作原理： 验 教学目 讲行信号的放 输出特 ②知道仪用放大由 大和理输 同实验1 证 2 标1 电压信号 ,实现 路原理及设计 热电 型 、3 偶传感器的冷端补倍 温度的测量和 原理及其标定。 显示。 ①堂握涡流传成 器、尔传成器、 任选 采用电涡流传 容传感器 移测量 做两 感器、霍尔传感 理、测量性能、系统 种类 综 教学目 感器测器、电容传感器 设计： 量位移实测量位移，实现②通过对比分析， 同实验1 合 标1、2 型传 、3、4 感器 位移则量系统 理解各种类型传感器 特性分析。 测量位移的性能 测位 位移测量传感器的 移实 选用原则。 ①掌握压电传感器 任选 采用压电传感 由温流传成、 动变压器 传感器振 做两 器、电涡流传感 器、差动变压器 动测量原理、测量性 综 教学目 种类 感器测 能、系统设计。 式传成器测量 型传 量振动实 @通过对出分折 同实验1 合 标1、2 振动。实现据动 理解各种类型传感要 、3、4 感器 测量系统特性 测报 分析。 测量振动的性能特 振动测量传感器的 动实 选用原则。 采用光纤传感 ①掌握光纤传感器 器实现振动的 振动测量原理与系统 哈四 幅和频率别 安装调试，振幅和频 量系统。实现传 率测量方法和原理 教学目 同实验1 计 4 标1 必做 感器的安装与 测量特性分析，以及 实验 调试、测量电路电路实现方案设计： 型 ,3、4 的设计与搭建、 ②知道工程参数测 测量特性评估， 量系统设计过程、传
性 电桥电路实现 电阻 -电压转 换，采用仪用放 大电路进行信 号的放大和调 理，输出电压信 号，实现温度的 测量和显示。 电路的工作、设计原 理；② 知道仪用放大电 路原理及设计。 型 、 3 任选 做其一 7. 热 电 偶 测温原理 及输出特 性 热电偶传感器 测量温度，采用 仪用放大电路 进行信号的放 大和调理，输出 电压信号，实现 温度的测量和 显示。 ① 掌握热电偶传感 器测温度原理、测量 电路的工作原理； ② 知道仪用放大电 路原理及设计，热电 偶传感器的冷端补偿 原理及其标定 。 同实验 1 验证型 2 教学目 标1 、3 实验二 传感器测 量位移实 验 采用电涡流传 感器、霍尔传感 器、电容传感器 测量位移，实现 位移测量系统 特性分析。 ① 掌握电涡流传感 器、霍尔传感器、电 容传感器位移测量原 理、测量性能、系统 设计； ② 通过对比分析， 理解各种类型传感器 测量位移的性能特点 ，位移测量传感器的 选用原则。 同实验 1 综合型 2 教学目 标1、2 、3、4 任选 做两 种类 型传 感器 测位 移实验 实验三 传感器测 量振动实 验 采用压电传感 器、电涡流传感 器、差动变压器 式传感器测量 振动，实现振动 测量系统特性 分析。 ① 掌握压电传感器 、电涡流传感器、差 动变压器式传感器振 动测量原理、测量性 能、系统设计。 ② 通过对比分析， 理解各种类型传感器 测量振动的性能特点 ，振动测量传感器的 选用原则。 同实验 1 综合型 2 教学目 标1、2 、3、4 任选 做两 种类 型传 感器 测振 动实验 实验四、 光纤传感 器振动测 量系统设 计实验 采用光纤传感 器实现振动的 振幅和频率测 量系统。实现传 感器的安装与 调试、测量电路 的设计与搭建、 测量特性评估， ① 掌握光纤传感器 振动测量原理与系统 安装调试，振幅和频 率测量方法和原理、 测量特性分析，以及 电路实现方案设计 ； ② 知道工程参数测 量系统设计过程、传 同实验 1 设计型 4 教学目 标1 、3、4 必做
以及激字式测 感器测量系统的性能 量系统电路方 评价及优化方案，体 案设计 会创箭设计过程。 测量光敏二极 管的光电特性。 ①堂据光敏二极管 连接暗光街灯 的特性，当光电管的 丁作偏压一定时， 实验五 验 教学目 LED光电 比较电压或老 电管输出光电流与入 CSY-G型光电传 证 特性 采样电阻调节 射光照度的关系： 感器实验仪 标 必做 成应光届的临 ②知道光敏二极管 型 、3 界点，体验光敏 在控制电路中的具体 一极管在控制 应用 电路中的应用 ①掌握光敏三极管 实验六 量光敏三极 测量原理，以及在不 光电探测 同颜色的光源中光洪 验 教学目 管光电特性、伏 CsY-G型光电传 器相光 安特性，以及光 响应特性： 感器实验仪 证 2 标1 必做 谱响应 谱响应特性。 ②知道光敏三极管 型 、3 测试实验 的光电特性、伏安特 性的概念。 五、考核方式 考核环节 权重(% 备注 实验作风 20 实验前的预习情况、出勒、实验基本技能等 实验操作 仪器的使用、实际操作情况、实验记录等 报告及答辩成绩 40 设计答辩、实验报告、结果分析等 执笔者：刘利秋 审核人：徐涛 修订日期： 2016年6月20日
以及数字式测 量系统电路方 案设计。 感器测量系统的性能 评价及优化方案，体 会创新设计过程。 实验五 LED 光 电 转换特性 实验 测量光敏二极 管的光电特性。 连接暗光街灯 控制电路，改变 比较电压或者 采样电阻调节 感应光强的临 界点，体验光敏 二极管在控制 电路中的应用 ① 掌握光敏二极管 的特性，当光电管的 工作偏压一定时，光 电管输出光电流与入 射光照度的关系； ② 知道光敏二极管 在控制电路中的具体 应用。 CSY-G 型光电传 感器实验仪 验 证 型 2 教学目 标1 、3 必做 实验六 光电探测 器相对光 谱响应度 测试实验 测量光敏三极 管光电特性、伏 安特性，以及光 谱响应特性。 ① 掌握光敏三极管 测量原理，以及在不 同颜色的光源中光谱 响应特性； ② 知道光敏三极管 的光电特性、伏安特 性的概念。 CSY-G 型光电传 感器实验仪 验 证 型 2 教学目 标1 、3 必做 五、考核方式 考核环节 权重（%） 备注 实验作风 20 实验前的预习情况、出勤、实验基本技能等 实验操作 40 仪器的使用、实际操作情况、实验记录等 报告及答辩成绩 40 设计答辩、实验报告、结果分析等 执笔者： 刘利秋 审核人： 徐涛 修订日期： 2016年 6 月 20日