传感器原理及应用

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spContent=随着信息时代的到来，传感器已成为获取人们获取生产和生活中各类信息的主要途径与手段。它负责“感知”现实世界中各类信息的变化，如温度的变化、物体的移动、气体的浓度等，并将这些信息变化转换为可以被电子设备处理和分析的数字信号。作为连接物理世界和数字世界的桥梁，传感器技术在我们生活中无处不在，广泛应用于工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程等各个领域。作为实现智能监测、自动化控制、数据采集和处理的前提，信息技术的关键基础，了解传感器的原理知识及应用方法是机电类、自动控制类、仪器仪表类、电子信息类专业大学生均必须具备的专业能力。 《传感器原理及应用》课程通过学习各种传感器的工作原理和特性，结合工程应用实际，培养大家具备传感器的基础知识，掌握其在各种电量和非电量检测系统中的应用方法，具备常用传感器的工程测量设计方法和实验研究方法，并能够了解传感器技术的发展动向。

随着信息时代的到来，传感器已成为获取人们获取生产和生活中各类信息的主要途径与手段。它负责“感知”现实世界中各类信息的变化，如温度的变化、物体的移动、气体的浓度等，并将这些信息变化转换为可以被电子设备处理和分析的数字信号。作为连接物理世界和数字世界的桥梁，传感器技术在我们生活中无处不在，广泛应用于工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程等各个领域。作为实现智能监测、自动化控制、数据采集和处理的前提，信息技术的关键基础，了解传感器的原理知识及应用方法是机电类、自动控制类、仪器仪表类、电子信息类专业大学生均必须具备的专业能力。 《传感器原理及应用》课程通过学习各种传感器的工作原理和特性，结合工程应用实际，培养大家具备传感器的基础知识，掌握其在各种电量和非电量检测系统中的应用方法，具备常用传感器的工程测量设计方法和实验研究方法，并能够了解传感器技术的发展动向。

—— 课程团队

课程概述

本课程主要介绍传感器的分类、结构、工作原理、系统设计方法和应用方法等内容，分别通过电阻、电容、电感、压电、热电、磁电和光电传感器原理及应用的讲解和学习，培养学生在检测方面的基本知识，建模能力及简单的传感器系统设计和分析能力。

本课程为专业基础必修课程，课程中通过学习检测技术工程应用方法培养学生理论与实践相结合的能力；通过介绍我国检测发展史激发学生爱国热情；结合工程化应用培养学生创新能力和自主学习能力。

本课程与《传感器原理及应用实验》、《传感器及测试技术课程设计》课程相结合，实现了理论、实验和实践的统一。本课程为纯理论课。实验和课程设计另分别设课，分别评分。

授课目标

本课程的课程目标为：

课程目标1：能利用教材和线上课程等资源完成基本知识点的学习，具有文献搜集和总结能力，具备自学意识和能力。培养学生爱国主义情怀、工程素养和创新精神。

课程目标2：能阐述或解释传感器的分类、工作原理、特性等基本概念，具备解决复杂测控领域工程问题所需的传感和检测的相关专业知识；

课程目标3：能对传感器系统中的关键环节问题进行解释、识别、判断；

课程目标4：能够建立传感器及测量电路模型，对传感器系统特性进行建模计算；

课程目标5：能根据工程问题需求选择恰当的传感器，设计简单的传感器系统，具备传感器系统及方案的对比和分析能力；

课程大纲

绪论

课时目标：

1.明确传感器的基本组成及测试的意义；2.明确传感器分类、发展现状；

（1）传感器的定义；

（2）传感器在控制系统中的作用；

（3）传感器的分类；

（4）传感器的发展动态；

测试系统特性

课时目标：

1.能阐述并推导传感器静态特性，明确动态特性；2.能阐述误差处理方法，能进行误差计算；3.能阐述传感器静动态标定和校准方法。

（1）传感器的静态特性；

（2）传感器的动态特性；

（3）传感器的误差处理方法；

（4）传感器的标定和校准。

电阻式传感器

课时目标：

1.能阐述电位计传感器的结构、原理和特性；2.能推导金属和半导体应变片的应变效应原理并分析区别；3.能建模求解直流电桥电路；4.能利用电位计传感器、应变片设计简单的检测系统。

（1）电位计式传感器；

（2）金属和半导体应变片；

（3）应变片测量电路；

（4）应变片的工程应用。

电容传感器

课时目标：

1.能阐述电容式传感器的类型、结构特点；2. 能对电容式传感器的灵敏度进行建模求解；3. 能对电容式传感器的测量电路进行建模分析4. 能利用电容传感器设计简单的检测系统。

（1）电容式传感器的分类；

（2）电容式传感器测量电路；

（3）电容传感器误差补偿方法；

（4）电容传感器的工程应用。

电感传感器

课时目标：

1.能阐述电感式传感器的类型、结构特点；2. 能对电感式传感器的灵敏度进行建模求解；3. 能对电容式传感器的测量电路进行建模分析，能阐述零点残余电压的产生及消除方法；4. 能利用电感传感器设计简单的检测系统。

（1）电感式传感器的分类；

（2）电感式传感器的测量电路；

（3）零点残余电压的消除措施；

（4）电感传感器的工程应用。

压电传感器

课时目标：

1.能阐述压电效应、压电常数矩阵等基本概念；2.能阐述石英和压电陶瓷压电原理和各自特点；3.能对压电传感器等效电路和测量电路进行建模；4. 能利用压电传感器设计简单的检测系统。

（1）压电效应与压电传感器的分类；

（2）压电式传感器的测量电路；

（3）压电式传感器的工程应用。

热电传感器

课时目标：

1.能阐述热电效应，热电偶组成和热电势计算公式；2.能推导热电偶三大定律；3.能阐述热电阻、半导体温度传感器原理和特点，能绘制并分析三线制测量电路；4. 能利用热电传感器设计简单的检测系统。

（1）热电式传感器的分类；

（2）热电偶的工作原理和基本定律；

（3）热电阻的工作原理；

（4）半导体温度传感器的工作原理；

（5）热电传感器的工程应用。

光电传感器

课时目标：

1.能阐述光电效应、内外光电效应及典型器件结构及原理；2.能阐述CCD原理、结构及特点；3. 能利用光电传感器设计简单的检测系统。

（1）光电效应；

（2）光电效应典型元器件；

（3）CCD传感器；

（4）光电传感器的工程应用。

磁电传感器

课时目标：

1.能阐述电磁感应原理，结构和特点；2.能阐述霍尔传感器的组成和原理；能对霍尔电势进行建模求解。3.能利用磁电传感器设计简单的检测系统。

（1）电磁感应式传感器；

（2）霍尔传感器；

（3）磁敏晶体管；

（4）磁阻传感器；

（5）磁电传感器的工程应用。

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证书要求

为积极响应国家低碳环保政策， 2021年秋季学期开始，中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书，仅提供电子版的认证证书服务，证书申请方式和流程不变。

电子版认证证书支持查询验证，可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询，或者访问 https://www.icourse163.org/verify，通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

完成课程教学内容学习和考核，成绩达到课程考核标准的学生（每门课程的考核标准不同，详见课程内的评分标准），具备申请认证证书资格，可在证书申请开放期间（以申请页面显示的时间为准），完成在线付费申请。

认证证书申请注意事项：

1. 根据国家相关法律法规要求，认证证书申请时要求进行实名认证，请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后，系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。

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