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1、第 1 页/共 8 页传感器技术一、课程说明课程编号：090283Z10 课程名称：传感器技术/Sensor Technology 课程类别：专业教育课程学时/学分：48/3（其中实验学时：8）先修课程：大学物理、模拟电子技术、数字电子技术、自动控制原理适用专业：物联网工程教材、教学参考书：1.,张靖.现代传感器技术-面向物联网应用（第二版）.北京：电子工业出版社.2017年；2.吴亚林.物联网用传感器.北京：电子工业出版社.2012年；3.郭源生 等.物联网用传感器技术及应用.北京：国防工业出版社.2013 年.二、课程设置的目的意义感知技术是物联网的核心和关键技术，传感器是物联网感知世界的
2、“五官”，传感器技术对物联网的应用与发展至关重要。本课程针对侧重于传输和网络应用方向的物联网工程专业学习现代传感器技术而专门设置，目的在于通过对传感器基本原理与技术基础知识的广度学习，以及对物联网用传感器需求特点的认识，使学生基本掌握现代传感器的原理和技术特点以及面向物联网的适用性；通过学习常见参量传感器的构成原理、方法以及物联网中的典型示例与应用方案，结合传感器的实验教学训练，使学生在懂得一般传感器的应用与性能评价的基础上，具备根据物联网应用需求，恰当选用传感器并确定可实现的系统结构原理方案的能力。本课程学习将为物联网专业学生今后从事物联网的感知系统设计和应用开发建立良好的传感器应用技术知识
3、基础，培养分析、解决实际问题的能力以及创新意识。三、课程的基本要求知识：掌握传感器与测量系统的基本概念和一般传感器的基本原理、效应、器件以及传感器的性能评价方法，熟悉传感器输出电参量的一般测量方法；熟知测量机械、热、光、电、化学和生物等参量的典型传感器的构成或工作原理及应用特点；了解适用于物联网的集成、微型和智能传感器的技术优势以及传感器智能化与低功耗的技术方法。能力：综合运用现代传感器技术知识与相关课程知识于一般物联网工程实际感知问题，准确表达感知需求与关键问题；根据环境、资源约束与感知需求，明确具体测量技术目标要求，恰当选择适用传感器并给出有效的系统解决方案或技名师资料总结-精品资料欢迎下
4、载-名师精心整理-第 1 页，共 8 页 -第 2 页/共 8 页术途径；在学习、研究和解决实际问题的过程中，积累经验知识和培养创新意识，提高发现、分析、解决问题的能力。素质：建立对现代传感器技术与应用的整体认识，熟知传感器原理与应用方法、方式的多样性，理解物联网用传感器与一般传感器之间的共性要求与特性差异；树立解决实际测量问题必须考虑环境、资源与经济等条件约束的观念，建立根据物联网应用的具体背景与需求，从多种适用原理、结构与实现方式中确立有效解决方案的思维模式和创新意识。四、教学内容、重点难点及教学设计章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课(含研讨
5、)实践第 1 章绪论传感器的地位和作用；传感器与测量的相关概念；传感器与系统的一般构成；传感器技术的特点与趋势，物联网用传感器的特点和发展趋势2 2 传 感 器与 测 量的 相 关概念；传 感 器的 一 般构 成 及其 接 口标 准 化的意义；物 联 网用 传 感器 的 特点传 感 器定 义 内涵、传 感 器构 成 环节 及 其作 用 关系、物 联 网对 传 感器 功 能与 性 能的 特 殊性要求图文结合举例说明传感器的地位和重要性；结构图与文字结合，讲解相关概念、分析系统构成环节与关系，简介传感器信号调理与接口概念及作用；分析传感器的技术特点和物联网用传感器的基本功能与特定性能要求；配图举例
6、说明典型物联网应用及其传感器应用与需求。讲授中强调对系统构成的认识以及模块化、标准化的意义，突出物联网用传感器的共性说明与特殊性比较。第 2 章传感器的性能与评价及选用原则传感器特性概述；一般数学模型；静态特性与评价；动态特性与评价；传感器标定；传感器的选用3 3 传 感 器误 差 与来 源；静 态 特性 和 动态 特 性的评价；传 感 器标定；传 感 器合 理 选用原则静态性能指标评价方法、典型动态性能参数的评价和作用、传感器标定的相关问题以数学描述为主，分析、讲解传感器的输入输出关系和相关静态技术性能指标概念与评定方法，解析传感器的动态特性与关键性能参数及其评价方法；讲解传感器标定的相关概
7、念、系统与方法并举例说明；讲授中强调不同处理方法对结果表达的可能影响。第 3 章基本电参量传感原理与测量基本电量测量的作用；电阻传感及其测量中的问题和一般方法；电容传感的原理及特点、测量问题与处理；电容传感器的4 4 传 感 电阻 测 量的 问 题和 一 般方法；不 平 衡电 桥 的应用；电 容 传感 的 结测 电 阻的 常 见问 题 与对策，不平 衡 与差 动 电桥 及 特性，电容传 感 器的 主 要简介电阻、电容和电感传感原理与测量的重要性；图、文结合数学分析，讲解阻值的分类测量法、常见问题与处理法、结合电路图讲解典型测量电阻法及其特性，其中重点分析不平衡电桥的非线性问题与对策、差动电桥及
8、其特点；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 8 页 -第 3 页/共 8 页章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课(含研讨)实践类型、工作方式及特点；可微型化和集成化的电容检测电路；电感传感的基本原理；自感传感器结构原理、类型及特点；互感传感器结构原理与特点；电涡流传感器结构原理与特点；电感传感的测量方式与电路构 类 型及特点、需克 服 的主 要 问题；电 感 传感 的 特点 与 误差因素，差 动 测量方法，电 涡 流传 感 器的原理、构成 及 特点；电 感 传感 器 的应用问 题 及处 理 方法，电 涡 流传 感 器的 特
9、 殊性 及 应用方法图文结合简介电容传感的三种基本形式及特点、电容传感的作用形式和间接作用的差动电容传感原理及差动测量实现方式与作用；简介测电容的一般电路要求、影响因素，重点讲解振荡器式检测电路原理特点、充/放电式电路特点；采用结构图与文字和数学描述结合，以位移传感器为例比较说明三种类型的自感传感器原理与特点、应用中存在的问题问题与对策；重点讲解反射式高频电涡流传感器的原理与系统构成特点及性能影响因素；通过电路分析讲解电感测量方式与典型电路及特点。讲授中注重对三种基本参量传感器的特定问题与其对策或处理方法的分析，并通过提问和练习，增强对基本参量测量方法的学习效果。第 4 章常用效应与器件弹性效
10、应与元件及特性；电阻应变效应与器件；压电效应与器件；光电效应与器件；与磁相关的效应与器件；热阻、热电和热释电效应与器件；与声波有关的效应与器件；13 7 6 电 阻 应变 效 应与 材 料器 件 特性、压电 效 应与 器 件及电路、光 电 效应 与 器件 及 主要特性、霍尔 效 应器 件 与性 能 特点、热 电 效应 与 器件特性、超声 检 测原理金属材料电阻应变效应特点与主要影响因素、压电效应的应用特点及其对测量电路的要求、光电器件的特性参数与用途、霍尔器件的连接与影响补偿、热电效应与器件特性及应用差异文字结合数学描述简介弹性效应与元件、主要参数及性能影响因素；以数学描述为主，结合原理结构图
11、、电路图以及特性曲线讲解，实现物理量电量转换的常见效应与材料、器件特性、基本传感原理、结构、性能与应用特点，主要测量电路及特点；讲授中侧重对各种效应原理及相应传感器的特性分析、异同比较及适用性说明，通过提问、课后练习等增强对不同效应或原理的传感器的性能差异与适用性的认识。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 8 页 -第 4 页/共 8 页章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课(含研讨)实践第 5 章机械量传感器机械量传感器概述；非接触位移传感器；物位传感器；数字编码器；光栅精密位移传感器；速度传感器；转速传感器；加速度传感器
12、；力传感器；压力传感器；扭矩传感器；流量传感器12 10 2 位 移 测量 的 重要性、非 接 触式 线 性位 移 传感 器 原理 与 应用特点；物 位 传感 器 的应 用 特点；测 角 位移 的 绝对 式 和增 量 式数 字 编码器；光 栅 位移 传 感器；流 量 传感 器 的工 作 原理 与 性能特点磁 阻 式线 位 移组 合 测量 传 感器原理、光 电 式三 角 位移 传 感器原理、超声、电容、磁致伸 缩 三种 物 位传 感 器的 原 理与 应 用特点、二进 制 码和 循 环码 的 原理 与 特点、莫尔条 纹 的作 用 和光 栅 位移 传 感的 方 向识别，不 同 原理 的 流量 传 感
13、器 特 性差 异 比较简介机械量的特点与学习机械量传感器的意义；选择常见位移、速度、加速度和力传感器示例，图、文结合讲解非接触式位移测量的典型方法、位移测量的重要性、不同位移传感器的结构原理与应用特点；图、文结合数学分析，讲解三类典型测速方法及其传感器构成原理与性能特点、三种原理的转速传感器的性能特点异同、典型加速度传感器的构成类型与原理及性能特点、力参量类型与测量方法、力参量传感器的工作原理、结构与性能特点、流量测量与常见流量传感器的工作原理、结构与性能特点及适用性。讲授中，针对存在于运动中或动态变化的参量的测量问题，选配动画进行分析、讲解；通过提问和练习增强对相同参量的测量方法的多样性及其
14、传感器特性的异同性认识。第 6 章温度传感器温度与测量概述；半导体集成温度传感器；电阻温度传感器；热电偶；光纤温度传感器2 2 测 温 的特殊性、集成 温 度传 感 器核 心 电路、金 属 和半 导 体热 电 阻的 特 性与应用、热电 偶 的构 成 与工 作 定律 及 应用、光 纤 温度 传 感金属电阻的测量方法与接线、热敏电阻的温度特性和测量问题、热电偶冷端问题与处理法、半导体谱带吸收温度传感原理以原理电路图或结构图配合数学描述，讲解各种集成温度传感器和金属热电阻、三类半导体热敏电阻的测温原理与特性、以及各自测量中的问题与处理方法；以结构图配合数学分析，详细讲解热电偶的构成要求、结构类型、基
15、本工作定律与其意义、冷端处理方法和热电偶测温的实现方法；以结构图结合文字简介半导体谱带吸收式光纤温度传感器原理和折射式光纤温度传感器原理及特点。讲授中以典型材料器件为代表，侧重分析、比较名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 8 页 -第 5 页/共 8 页章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课(含研讨)实践原理不同热敏材料器件的测温性能特点的异同，通过提问和练习增强对具体应用方法的学习、认识。第 7 章光、电参量传感器光参量传感器；电参量传感器2 2 典 型 光参 量 传感 器 工作 原 理与 性 能特点、霍 尔 电流、电压
16、传 感器 构 成原 理 与性 能 特点基 于 光敏 元 件测 量 不同 参 量的方式、CCD和CMOS图 像 传感 器 原理 及 特点差异，霍 尔 元件 测 电流、电压的 不 同方法图、表和文字描述结合，讲解光参量传感器涉及的概念和相应传感器的原理与应用特点；结合典型实例简介红外和紫外光传感器的组成结构及性能特点；配电路与结构图介绍基于霍尔效应的磁平衡式电流、电压传感器工作原理与特点；以及基于光纤的电压、电流、电场强度传感器的结构、原理及特点。讲授中侧重比较不同敏感器件的性能特点异同，通过提问和练习增强对应用特点与方法的认识。第 8 章化学传感器化学传感器概述；气敏元件与气体传感器；湿度传感器
17、2 2 化 学 传感 器 的构 成 特点、典型 气 敏元 件 与传 感 器构 成 原理、湿度 概 念与 湿 度传 感 器原理半 导 体材 料 的气 敏 原理、典 型 半导 体 气敏 元 件及 应 用特点、典型 湿 敏元 件 感湿 机 理与 应 用特性在简介化学传感器相关概念及一般构成特点和主要性能评价指标的基础上，配结构和器件特性曲线图，主要讲解：气体传感器的分类与选用、半导体气敏元件原理及特点及应用；在简介湿度的相关概念和湿敏传感器特性参数与选用问题的基础上，主要讲解半导体陶瓷湿敏电阻元件的感湿机理、典型湿敏器件及特性。讲授中侧重对不同气敏元件特性以及湿敏器件的应用问题说明。习题课课后练习问
18、题解答；应用方案设计题讲解2 2 练 习 中的 普 遍性 问 题解答；应 用 方案 设 计题 的 解答方法以不同题例讲解课后练习中简答题的解答方法；以典型应用方案设计题为例讲解设计题的审题与目标要求分析、方案构建与表述。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 8 页 -第 6 页/共 8 页章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课(含研讨)实践第 9 章集成化、微型化和智能传感器技术集成传感器技术；微传感器；智能传感器技术及网络化智能接口标准2 2 微 传 感器概念、和结 构 与性 能 特点、智 能 传感 器 的功 能、性 能 特
19、点，智能 传 感器 构 成和 实 现技术MEMS传 感 器构 成 原理 与 实现方式，智 能 传感 器 的实 现 途径 和 方式，基 本 传感 器 的选用，实 现 智能 化 的处 理 技术图文结合简介：现代集成传感器的主要技术与特点、以单轴MEMS 加速度芯片为例介绍微传感器的制造技术和结构性能特点；图文结合详细讲解智能传感器的定义、结构、功能与性能特点和智能化传感器的方法、技术；图、表、文结合简介网络化传感器以及智能传感器 接 口 标 准 IEEE 1451。讲授中主要通过典型实例的分析说明现代传感器技术及其优势，以增强对现代传感器技术优势、特点的认识。第 10章传感器低功耗技术信号调理电路
20、及其低功耗技术；信号调理集成器件及应用；低功耗电源管理技术；低功耗的数据获取方式2 2 传 感 器信 号 调理 电 路低 功 耗技术、动 态 电源 管 理技术、传 感 器获 取 数据 的 低功 耗 方式 与 实现技术调 理 电路 低 功耗 设 计原则、动态 电 源管 理 设计方法、具 有 低功 耗 的时 间 调制 信 号测量法以文字结合表格，介绍信号调理与低功耗的意义、调理电路功能与类型、低功耗设计原则，强调集成信号调理对提升传感器性能的作用；图文结合，讲解典型专用或多功能集成调理器的特点与用法、电源管理对实现低功耗的意义与一般设计方法；图文结合数学描述，讲解准数字传感器的数据转换与测量问题和
21、实现技术、详细讲解时间调制信号的典型测量法及系统工作原理及特点。讲授中，通过提问和练习，增强对不同技术、方法性能差异性与适用性的理解。第 11章物联网中应用的传感器和典型传感节点方案物联网中传感器的应用领域；传感器应用于物联网的典型实例；传感器网络节点典型方案示例2 2 物 联 网中 传 感器 应 用的 典 型实例、典 型 传感 网 节点 实 现方 案 及特点无 线 传感 器 节点 满 足性 能 与实 现 低功 耗 的有 效 方式 和 设计思路图文结合，简介物联网中传感器的主要应用领域和智能家居、环境监测、人体健康监护的典型测量方法与适用传感器；以结构框图结合电路原理图，分析、讲解三种不同要求
22、的低功耗无线传感器节点设计思路与实现方案；讲授中突出对具体示例的技术分析，加强对实现节点低功耗及微型化的方案设计思路及所用技名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 8 页 -第 7 页/共 8 页章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课(含研讨)实践术方法的讲解，以增加对解决实际问题的创新思维和方法的认识。注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求实验名称实验内容学时基本要求应变片与测量电桥的原理与应用使用电阻应变片配合测量电桥测机械应变和力；2 通过学习和操作，熟悉实验系统设备及规范操作方法，了解电阻应变片的原理特性和测
23、量电桥的构成特点及两者的应用方法；电涡流传感器原理与应用利用电涡流传感器测位移2 通过学习和实验操作，掌握电涡流传感器的基本原理与系统构成特点、了解被测对象材料性质对测量灵敏度的影响和该类传感器的应用特点；霍尔式、磁电式或光电式传感器的原理与应用使用霍尔式、磁电式或光电式传感器测量转速和角位移2 通过学习和实验操作，掌握不同敏感元件的敏感特性和利用其构成传感器系统的原理与结构方法，进一步了解角位移与转速的转化测量方法，通过比较，了解不同类别传感器测量性能特点的异同；力参量的检测利用电阻应变式力传感器检测力或重力2 通过学习和实验操作，掌握综合利用电阻应变计和测量电桥及其他传感器检测力或重力的方
24、法及系统结构，分析影响实际测量的因素和提高系统测量精度的途径与方法。六、考核方式及成绩评定本课程考核方式以书面解题为主，重点检查学生对本课程讲授的基本知识及一般方法的掌握程度和问题分析与应用设计等解决实际问题的能力，同时考查实践环节的学习效果和对平时学习的综合测评（参与课堂教学的主动性以及表现和课外练习完成质量），其中包括对学习过程中所表现出的能力与素质的考查。考核方式考核内容成绩比例（%）备注平时学习综合测评出勤；在课内答问、讨论中表现的基本知识、分析能力、交流素质；课外练习完成情况及平时学习中表现出的主动性20 实验考查操作技能和项目完成情况及报告质量30 开卷笔试课程基本知识和一般方法的掌握程度，及应用分析、设计能力以及创新能力50 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 8 页 -第 8 页/共 8 页七、大纲主撰人：大纲审核人：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 8 页 -