《传感器原理》教学大纲 一、课程基本信息 课程编号 1070001303 课积中文名称 传成器原理 课程英文名称 Sensor principle 课程类别 大类学科基础和专业基础 适用专业 测控技术与仪署 开课学期 第五学期 总学时 48学时 总学分 3 开课模式 必修 先修课程 高等数学、复变函数与积分变换、大学物理、电路分析基础，数字电路 本课程是测控技术与仪器专业的专业基础课，系统地讲授了各类传感器的测量原 测量特性和测量电路，使学生能合理 地选择和使用传感器， 手掌握常用传 课程简介 器测量系统的工程设计方法和实验研究方法。同时能将传感器技术和自动化仪表 技术有机结合起来，从完整测量系统的角度掌握其基本特性、结构原理，测量数 据处理的方法以及功能实现等多方面的知识和技能，实现参数检测的应用设计。 建议教材 刘利秋等.传感器原理与应用.北京：清华大学出版社，2015 [)卢艳军等.传感与测试技术.北京：清华大学出版社，2012 参考资料 2刘红丽等.传感与检测技术.北京：国防工业出版社，2007 [3)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.知道传感器技术的概念与应用，以及发展趋势。 2.能够利用相关基础理论，分析测量系统的静态特性和动态特性，以及性能指标。 3.知道传感器的一般组成，能够正确分析测量系统的测量过程。 4,掌握传感器的分类、测量特性，及其测量电路设计原则。 5,知道常见传感器信号调理电路、信号转换电路的特点及应用。 6.掌握各种常用传感器的基本原理、结构组成、测量特性、测量电路、工程应用设计方法。 7.知道常见工程参数的定义、测量方法，测量系统原理分析。 8.掌握采用不同类型传感器，实现参数检测的设计原理、系统分析与性能对比。 9,能够利用传感器实现实际工程背景下的参数检测系统的设计，包括系统的安装与调试，电路系统设 计、测量性能分析、性能优化与功能拓展。 10.能够充分考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等因素的影响，利用本课程所学知识和方法解
《传感器原理》教学大纲 一、课程基本信息 课程编号 1070001303 课程中文名称 传感器原理 课程英文名称 Sensor principle 课程类别 大类学科基础和专业基础 适用专业 测控技术与仪器 开课学期 第五学期 总 学 时 48学时 总 学 分 3 开课模式 必修 先修课程 高等数学、复变函数与积分变换、大学物理、电路分析基础，数字电路 课程简介 本课程是测控技术与仪器专业的专业基础课，系统地讲授了各类传感器的测量原 理、测量特性和测量电路，使学生能合理地选择和使用传感器，并掌握常用传感 器测量系统的工程设计方法和实验研究方法。同时能将传感器技术和自动化仪表 技术有机结合起来，从完整测量系统的角度掌握其基本特性、结构原理，测量数 据处理的方法以及功能实现等多方面的知识和技能，实现参数检测的应用设计。 建议教材 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 [1] 卢艳军等.传感与测试技术.北京：清华大学出版社,2012 [2] 刘红丽等.传感与检测技术.北京：国防工业出版社,2007 [3] 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. 知道传感器技术的概念与应用，以及发展趋势。 2. 能够利用相关基础理论，分析测量系统的静态特性和动态特性，以及性能指标。 3. 知道传感器的一般组成，能够正确分析测量系统的测量过程。 4. 掌握传感器的分类、测量特性，及其测量电路设计原则。 5. 知道常见传感器信号调理电路、信号转换电路的特点及应用。 6. 掌握各种常用传感器的基本原理、结构组成、测量特性、测量电路、工程应用设计方法。 7. 知道常见工程参数的定义、测量方法，测量系统原理分析。 8. 掌握采用不同类型传感器，实现参数检测的设计原理、系统分析与性能对比。 9. 能够利用传感器实现实际工程背景下的参数检测系统的设计，包括系统的安装与调试，电路系统设 计、测量性能分析、性能优化与功能拓展。 10. 能够充分考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等因素的影响，利用本课程所学知识和方法解
决工程问题 三、课程教学目标与毕业要求的对应关系 指标点 毕业要求 内容 HL 课程教学目标 1.工程知识：能够将数学 自然科学、工程基础和专业知 1.3掌握测控技术与仪器专业技术知识，能 教学目标 识用于解决复杂工程问题。 够综合运用专业知识和技术，解决测控领域 0.4 1、2、3、4、5 的复杂工程问题。 6、7 )间题分折，能够应用数学 自然科学 程科学白 22能够应用数学知识和自然科学 工程利 教学目标 原理，识别、表达并通过文献 学的基本理论，对复杂工程问题进行准确描 2、3、5、6、7、 研究分析测控领域的复杂丁 述，建立数学模型并求解分析。 8 程问题并获得有效结论。 设计针对 测控领域复杂 问题的解决方案，设计满足特 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，并能够在 行工程技术可行性分析，并在设计中体现创 L 设计环节中体现创新意识，考 5、6、7、8、9 新意识。 虑社会、健康、安全、法律 文化及环境等因素 4.研究：能够基于专业理论 知识，采用科学方法对测控领 4.1能够运用测控技术与仪器专业理论，采 教学目标 域的复杂工程问题进行研究， 能够想据问照设计哈，并对 用科学方法对测控领域复杂工程问题进行 0.1 5、6、7、9 实验结果进行综合分析，通过 模拟仿真和实验方案设计。 10 信息综合得到有效结论。 四、理论教学内容与要求 知识模 知识点 敕学要求 计划支撑教学 学时 目标 ①掌握传感器基本概念、测控系统的组成与 ()传感器与测控系统 分类： 1 1传感 ②知道传感器的作用和地位，及其发展 器与测 掌传感器的组成、分类 及传感器的静 态特性、动态特性，及其特性指标： 教学目标 控系统 1、2、3、4 概述(4(2)传感器的组成及分类 ②知道传感器各组成部分的作用，传感器的 学时) 传感器的基本特性 标定与校准，传感器的选用原则： ③知道传感器性能分析方法，对传感器的基 本性能要求
决工程问题。 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 1. 工程知识：能够将数学、 自然科学、工程基础和专业知 识用于解决复杂工程问题。 1.3 掌握测控技术与仪器专业技术知识，能 够综合运用专业知识和技术，解决测控领域 的复杂工程问题。 0.4 教学目标 1、2、3、4、5、 6、7 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。 2.2 能够应用数学知识和自然科学、工程科 学的基本理论，对复杂工程问题进行准确描 述，建立数学模型并求解分析。 L 教学目标 2、3、5、6、7、 8 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 5、6、7、8、9 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。 0.1 教学目标 5、6、7、9、 10 四、理论教学内容与要求 知识模 块 知识点 教学要求 计划 学时 支撑教学 目标 1 传感 器与测 控系统 概述（4 学时） (1)传感器与测控系统 ① 掌握传感器基本概念、测控系统的组成与 分类； ② 知道传感器的作用和地位，及其发展。 1 教学目标 1、2、3、4 (2)传感器的组成及分类、 传感器的基本特性 ① 掌握传感器的组成、分类，及传感器的静 态特性、动态特性，及其特性指标； ② 知道传感器各组成部分的作用，传感器的 标定与校准，传感器的选用原则； ③ 知道传感器性能分析方法，对传感器的基 本性能要求。 2
①堂挥传成器系统实现不失真量的条件 (3)传感器不失真测量 ②知道系统实现不失真测量技术的方法和指 施 知道典型系统实现不失真测量的条件。 ①掌握测量电桥的概念、结构、分类，及其 传输特性： ②掌握测量电桥的设计方法，包括单臂半桥 (1)测量电桥 双臂半桥 全桥设计原则、测量特性，以及温 度补偿设计： ③知道测量电桥在测控电路中的作用与地 2常用 位、各种测量电桥的应用特点。 信号调 ①掌握信号方法电路的原理、特性与应用 理电路 了解信号放大电路的 立用特点 掌握典型信号转换电路的原理、特性与应 教学目标 特点及 (2)信号放大与转换 用： 5 应用(6 ③知道各种信号转换电路的作用和应用特 学时) 占 掌握滤波电路的滤波特性、性能参数 知道滤波电路的应用与特点： (3)滤波电路、调制解调电 ③ 掌握调试与解调的概念、原理与方法、时 路 域与频域分析方法，以及调试解调技术在测控 系统中的应用： ④ 知道调制与解调在系统中的作用 掌握电阻应变式、热电阻、典型电阻输出 型半导体传感器的工作原理、测量特性、应用 特占 ()电阻式传感器 ②知道各种电阻式传感器的应用与测量电路 的特点： ③掌握电阻测量电桥的设计与应用、传输特 性、性能特点，以及温度补偿的实现与技术： ④知道各种电阻式传感器在工程中的应用。 3电参 ①堂握电成式传成器的分类及其工作原理、 量型传 测量特性、应用特点： 知道各种电感式传感器在结构、原理、应 教学目标 2 感器(12 (2)电感式传感器 用上的区别，及其测量电路特点： 4 6、7、8 学时) ③掌握电感测量电桥的设计与应用、传输特 性、性能特点： ④知道各种电感式传感器在工程中的应用。 掌握电容式传感器的分类及其工作原理、 测量特性、应用特点： (3)电容式传感器 ②知道各种类型电容式传感器在结构原理、 应用特点的区别，及其在应用中存在的问题和 改进措， ③掌握电容测量电桥的设计与应用、传输特
(3)传感器不失真测量 ① 掌握传感器系统实现不失真测量的条件； ② 知道系统实现不失真测量技术的方法和措 施； ③ 知道典型系统实现不失真测量的条件。 1 2 常用 信号调 理电路 特点及 应用（6 学时） (1)测量电桥 ① 掌握测量电桥的概念、结构、分类，及其 传输特性； ② 掌握测量电桥的设计方法，包括单臂半桥、 双臂半桥、全桥设计原则、测量特性，以及温 度补偿设计； ③ 知道测量电桥在测控电路中的作用与地 位、各种测量电桥的应用特点。 2 教学目标 5 (2)信号放大与转换 ① 掌握信号方法电路的原理、特性与应用； 了解信号放大电路的应用特点； ② 掌握典型信号转换电路的原理、特性与应 用； ③ 知道各种信号转换电路的作用和应用特 点。 2 (3)滤波电路、调制解调电 路 ① 掌握滤波电路的滤波特性、性能参数； ② 知道滤波电路的应用与特点； ③ 掌握调试与解调的概念、原理与方法、时 域与频域分析方法，以及调试解调技术在测控 系统中的应用； ④ 知道调制与解调在系统中的作用。 2 3 电参 量型传 感器（12 学时） (1)电阻式传感器 ① 掌握电阻应变式、热电阻、典型电阻输出 型半导体传感器的工作原理、测量特性、应用 特点； ② 知道各种电阻式传感器的应用与测量电路 的特点； ③ 掌握电阻测量电桥的设计与应用、传输特 性、性能特点，以及温度补偿的实现与技术； ④ 知道各种电阻式传感器在工程中的应用。 4 教学目标 6、7、8 (2)电感式传感器 ① 掌握电感式传感器的分类及其工作原理、 测量特性、应用特点； ② 知道各种电感式传感器在结构、原理、应 用上的区别，及其测量电路特点； ③ 掌握电感测量电桥的设计与应用、传输特 性、性能特点； ④ 知道各种电感式传感器在工程中的应用。 4 (3)电容式传感器 ① 掌握电容式传感器的分类及其工作原理、 测量特性、应用特点； ② 知道各种类型电容式传感器在结构原理、 应用特点的区别，及其在应用中存在的问题和 改进措施； ③ 掌握电容测量电桥的设计与应用、传输特 2
性、性能特点： ④知道冬种申容式传成器在T程中的应用 ① 掌握电参量型传感器测量电路的设计方案 功能框图)，测量系统各电路信号转换过程， (4)测量电路与应用案例分 信号输出波形： 析与设计 ②知道不同辅助能源所决定的测量系统电路 教学目标 的设计： 8、9、10 知道电参量型传感器在工程中的应用，以及 测量系统的综合设计与优化。 ①掌握磁电式传感器、压磁传感器、霍尔传感 器、热电偶传感器的工作原理、测量特性、应 用特占： ()电压输出型传感器 掌握各种电压输出型传感器的结构特征，输 6 出信号特征，以及测量电路的设计方案： 教学目标 ③知道各种电压输出型传感器在工程中的网 用。 6、7、8 4电量 个知道电荷输出型传成器的概念与分类： 型传感 (2)电荷输出型传感器 掌握压电式传感器的工作原理、测量特性 2 器(10 应用特点： 学时) ③知道电荷输出型传感器在工程中的应用。 ①掌握电量型传感器测量电路的设计方案 (功能框图)，测量系统各申路信号转换过程 (3)测量电路与应用案例分 信号输出波形： 析与设计 ② 知道有无辅助能源、不同辅助能源所决定 教学目标 2 的测量系统电路的设计： 8、9、10 ®知道电量型传感器在工程中的应用，以及 测量系统的综合设计与优化。 ①掌握光电传感器的组成、 由应百用 分类及其典型器件、各种光电器件的工作原理、 (1)光电式传感器组成及光 测量特性、应用特点： ②知道光电传感器各组成部分的作用、原理 电器件 与特点： ③知道光电传感器区别于传统电测传感器的 教学目标 5光电 特征与优点。 6、7、8 式传感 ①知道光电传感器的分类与特点： ②掌握各种类型光电传感器的工作原理、输 器(4学 (2)光电式传感器类型 出信号的调理过程： 时) ®知道各种类型光电传感器的特点及其应 用，新型光电器件的原理与应用。 ①掌握不同类型光电传感器测量电路的设计 与应用： 教学目标 (3)应用案例分析与设计 ②知道不同光调制方式所决定的测量系统电 路的设计 8、9、10 ③知道光电传感器在工程中的应用，以及测
性、性能特点； ④ 知道各种电容式传感器在工程中的应用。 (4)测量电路与应用案例分 析与设计 ① 掌握电参量型传感器测量电路的设计方案 （功能框图），测量系统各电路信号转换过程， 信号输出波形； ② 知道不同辅助能源所决定的测量系统电路 的设计； ③ 知道电参量型传感器在工程中的应用，以及 测量系统的综合设计与优化。 2 教学目标 8、9、10 4 电量 型传感 器（10 学时） (1)电压输出型传感器 ① 掌握磁电式传感器、压磁传感器、霍尔传感 器、热电偶传感器的工作原理、测量特性、应 用特点； ② 掌握各种电压输出型传感器的结构特征、输 出信号特征，以及测量电路的设计方案； ③ 知道各种电压输出型传感器在工程中的应 用。 6 教学目标 6、7、8 (2)电荷输出型传感器 ① 知道电荷输出型传感器的概念与分类； ② 掌握压电式传感器的工作原理、测量特性、 应用特点； ③ 知道电荷输出型传感器在工程中的应用。 2 (3)测量电路与应用案例分 析与设计 ① 掌握电量型传感器测量电路的设计方案 （功能框图），测量系统各电路信号转换过程， 信号输出波形； ② 知道有无辅助能源、不同辅助能源所决定 的测量系统电路的设计； ③ 知道电量型传感器在工程中的应用，以及 测量系统的综合设计与优化。 2 教学目标 8、9、10 5 光电 式传感 器（4 学 时） (1)光电式传感器组成及光 电器件 ① 掌握光电传感器的组成、光电效应原理、 分类及其典型器件、各种光电器件的工作原理、 测量特性、应用特点； ② 知道光电传感器各组成部分的作用、原理 与特点； ③ 知道光电传感器区别于传统电测传感器的 特征与优点。 2 教学目标 6、7、8 (2)光电式传感器类型 ① 知道光电传感器的分类与特点； ② 掌握各种类型光电传感器的工作原理、输 出信号的调理过程； ③ 知道各种类型光电传感器的特点及其应 用，新型光电器件的原理与应用。 1 (3)应用案例分析与设计 ① 掌握不同类型光电传感器测量电路的设计 与应用； ② 知道不同光调制方式所决定的测量系统电 路的设计； ③ 知道光电传感器在工程中的应用，以及测 1 教学目标 8、9、10
量系统的综合设计与优化 知道光纤式传感器概述 掌握光纤波导原理、光纤的分类、光纤的 (1)光纤波导原理 主要性能参数： 2 ®知道光的全反射原理与应用、数值孔径的 理论推导。 ①掌握光纤式传感器的组成与分类， 教学目标 种光纤式传感器的工作原理、测量特性、应用 6、7、8 特点： (2)光纤式传感器的组成、 ②知道传光型与传感型光纤传感器的原理与 1 6光纤 分类与应用 风别、光纤的选用原则： 传感器 ③知道各种光调制与解调技术，及其在光 (5学 式传感器的应用与设计 时) ①掌握不同类型光纤传感器测量电路的设计 与应用： ②知道不同光调制方式所决定的测量系统电 的设计 (3)应用案例分析与设计 掌握光纤式传感器在工程中的应用，以及 教学目标 2 测量系统的综合设计与优化： 8、9、10 ④掌握光纤式传感器在振动测量中的应用， 包括系统设计、性能评估及其性能优化，以此 培养学生的实际工程设计的一般思路和方法， 启发创新思维。 1 知道数字式传感器的概念、特点及分类： ②掌握感应同步器的结构与分类、工作原理、 (1)感应同步器 测量特性、应用特点： ③知道感应同步器的应用与测量电路的设 计 掌握编码器的分类与特点、工作原理、测 量特性、应用特点： 7数字 (2)编码器 ②知道编码器的应用与测量电路的设计： 式传感 ③掌握脉冲输出传感器的测量电路设计，脉 冲信号的频率或周期的测量方法，以及各种 教学目标 器(6学 量方法的特点与应用。 6、7、8 时) ①掌握光橱的组成与分类、工作原理、测量 特性、应用特点、辨向原理、细分电路原理与 (3)光栅传感器 设计： ②知道光橱传感器的应用与测量电路的设 ①知道其他橱式传感器、谐振式传感器的工 (4)其他类型数字式传感器 作原理与应用特性： ②知道数字式传感器的工程应用。 8其他波与射线传感器、其他新 ①知道波与射线传感器、其他新型传感器的 教学目标 1 现代传型传感器 工作原理与应用特性： 6、7、8
量系统的综合设计与优化。 6 光纤 传感器 （5 学 时） (1)光纤波导原理 ① 知道光纤式传感器概述； ② 掌握光纤波导原理、光纤的分类、光纤的 主要性能参数； ③ 知道光的全反射原理与应用、数值孔径的 理论推导。 2 教学目标 6、7、8 (2)光纤式传感器的组成、 分类与应用 ① 掌握光纤式传感器的组成与分类，以及各 种光纤式传感器的工作原理、测量特性、应用 特点； ② 知道传光型与传感型光纤传感器的原理与 区别、光纤的选用原则； ③ 知道各种光调制与解调技术，及其在光纤 式传感器的应用与设计。 1 (3)应用案例分析与设计 ① 掌握不同类型光纤传感器测量电路的设计 与应用； ② 知道不同光调制方式所决定的测量系统电 路的设计； ③ 掌握光纤式传感器在工程中的应用，以及 测量系统的综合设计与优化； ④ 掌握光纤式传感器在振动测量中的应用， 包括系统设计、性能评估及其性能优化，以此 培养学生的实际工程设计的一般思路和方法， 启发创新思维。 2 教学目标 8、9、10 7 数字 式传感 器（6 学 时） (1)感应同步器 ① 知道数字式传感器的概念、特点及分类； ② 掌握感应同步器的结构与分类、工作原理、 测量特性、应用特点； ③ 知道感应同步器的应用与测量电路的设 计。 1 教学目标 6、7、8 (2)编码器 ① 掌握编码器的分类与特点、工作原理、测 量特性、应用特点； ② 知道编码器的应用与测量电路的设计； ③ 掌握脉冲输出传感器的测量电路设计，脉 冲信号的频率或周期的测量方法，以及各种测 量方法的特点与应用。 2 (3)光栅传感器 ① 掌握光栅的组成与分类、工作原理、测量 特性、应用特点、辨向原理、细分电路原理与 设计； ② 知道光栅传感器的应用与测量电路的设 计。 2 (4)其他类型数字式传感器 ① 知道其他栅式传感器、谐振式传感器的工 作原理与应用特性； ② 知道数字式传感器的工程应用。 1 8 其他 现代传 波与射线传感器、其他新 型传感器 ① 知道波与射线传感器、其他新型传感器的 工作原理与应用特性； 1 教学目标 6、7、8
感器(1 ②知道其他现代传感器的工程应用。 学时) 五、考核要求及考核方式 1.考核要求 (1)课程考核应能够切实考核是否达成各项课程目标： (2)考核内容至少覆盖本课程知识点的60%： (3)同一学期试卷中(A、B)试题重复率不超过20%，近三个学年内的试卷试题重复率不 超过30%： (4)考核难度：基本难度题目约60%，中等难度题目约30%，高等难度题目约10%。 2.考核方式 考核环节 权重(%) 备注 期末考试 90 闭卷考试 平时考核10作业、出勤、课堂小测验 执笔者：刘利秋 审核人：徐涛 修订日期： 2016年6月20日
感器（1 学时） ② 知道其他现代传感器的工程应用。 五、考核要求及考核方式 1. 考核要求 （1）课程考核应能够切实考核是否达成各项课程目标； （2）考核内容至少覆盖本课程知识点的60%； （3）同一学期试卷中（A、B）试题重复率不超过20%，近三个学年内的试卷试题重复率不 超过30%； （4）考核难度：基本难度题目约60%，中等难度题目约30%，高等难度题目约10%。 2. 考核方式 考核环节 权重（%） 备注 期末考试 90 闭卷考试 平时考核 10 作业、出勤、课堂小测验 执笔者： 刘利秋 审核人： 徐涛 修订日期： 2016年 6月 20日