传感与检测技术（一）基本信息中文课程名称：传感与检测技术英文课程名称：Sensors&DetectionTechnology课程编号：0311033学分：3学时：56（其中：理论学时46：实验学时：6：上机学时：4）课程性质：必修适用专业：机械电子工程先修课程：《高等数学》、《概率论与数理统计》、《大学物理》、《电工技术》、《电子技术》等开课系（教研部）：机械设计教研部执笔：李冀审核：冯占荣课程简介：《传感与检测技术》是一门以工程实践中常见物理量的电测法为出发点，研究测试技术基础理论及信号变换、测量、试验数据处理方法的专业核心课程。本课程的主要任务是使学生掌握测试系统的设计和分析方法，能够根据工程需求完成传感器的合理选型，并能够对测试系统的性能进行分析、处理由测试系统获得的测量数据。通过本课程的学习，了解测试技术的发展趋势与研究热点，掌握常用传感器的应用场合及测试方法学，为后续专业课程的深入学习及将来从事传感器相关领域的软、硬件的研究与开发工作夯实基础。（二）课程目标本课程的主要培养学生掌握机械工程测试技术中所涉及的相关理论与技术，达到能够针对具体测试对象分析测试任务的技术要求，然后根据其技术要求设计或选择测试系统的各个环节，最后对所设计或选择的测试系统各环节进行组合形成测试系统，还需要对其进行技术经济分析，使设计或选择的系统各环节及其组合系统同时具备良好的测试性能和一定的经济性。课程目标对学生的能力要求如下：1.初步学习位移、振动、温度、力、压力、噪声等常见物理量的测量方法，掌握各类常用传感器的工作原理、基本结构，调理电路和应用场合。了解新时期测试技术的内涵及其发展趋势，为进一步研究和处理复杂的工程技术问题打好基础；2.具备利用软件工具模拟信号分析过程的能力，掌握测试系统静态、动态测试的各种数学处理方法，并能够对测试系统的性能进行分析、对测得的信号进行初步及高级对数据处理：3.培养学生对测试系统的设计和分析方法，能够针对机械装置的性能制定研究或验证实验方案：能够正确分析和解释实验数据与结果，并通过信息综合得到合理有效的结论，能够根据工程需要选用合适的传感器：4.认知和理解测试系统的设计基本原则，具备根据测试系统测量精度要求完成误差分配和校核的能力，了解信号放大与滤波环节及系统抗干扰设计的要点：
传感与检测技术 （一）基本信息 中文课程名称：传感与检测技术 英文课程名称：Sensors & Detection Technology 课程编号：0311033 学分：3 学时：56（其中：理论学时 46；实验学时：6；上机学时:4） 课程性质：必修 适用专业：机械电子工程 先修课程：《高等数学》、《概率论与数理统计》、《大学物理》、《电工技术》、《电子技术》等 开课系（教研部）：机械设计教研部 执笔：李冀 审核：冯占荣 课程简介： 《传感与检测技术》是一门以工程实践中常见物理量的电测法为出发点，研究测试技术基础理 论及信号变换、测量、试验数据处理方法的专业核心课程。本课程的主要任务是使学生掌握测试系 统的设计和分析方法，能够根据工程需求完成传感器的合理选型，并能够对测试系统的性能进行分 析、处理由测试系统获得的测量数据。通过本课程的学习，了解测试技术的发展趋势与研究热点， 掌握常用传感器的应用场合及测试方法学，为后续专业课程的深入学习及将来从事传感器相关领域 的软、硬件的研究与开发工作夯实基础。 （二）课程目标 本课程的主要培养学生掌握机械工程测试技术中所涉及的相关理论与技术，达到能够针对具体 测试对象分析测试任务的技术要求，然后根据其技术要求设计或选择测试系统的各个环节，最后对 所设计或选择的测试系统各环节进行组合形成测试系统，还需要对其进行技术经济分析，使设计或 选择的系统各环节及其组合系统同时具备良好的测试性能和一定的经济性。 课程目标对学生的能力要求如下： 1. 初步学习位移、振动、温度、力、压力、噪声等常见物理量的测量方法，掌握各类常用传 感器的工作原理、基本结构，调理电路和应用场合。了解新时期测试技术的内涵及其发展 趋势，为进一步研究和处理复杂的工程技术问题打好基础； 2. 具备利用软件工具模拟信号分析过程的能力，掌握测试系统静态、动态测试的各种数学处 理方法，并能够对测试系统的性能进行分析、对测得的信号进行初步及高级对数据处理； 3. 培养学生对测试系统的设计和分析方法，能够针对机械装置的性能制定研究或验证实验方 案；能够正确分析和解释实验数据与结果，并通过信息综合得到合理有效的结论，能够根 据工程需要选用合适的传感器； 4. 认知和理解测试系统的设计基本原则，具备根据测试系统测量精度要求完成误差分配和校 核的能力，了解信号放大与滤波环节及系统抗干扰设计的要点；
5.培养学生能够根据测试目的选用合适的仪器组建测试系统及装置，使学生初步掌握进行静态测试及动态测试所需的基本知识，初步具备根据测量任务类比成熟案例提出解决方案的能力。课程目标对毕业要求的支撑关系如下：毕业要求毕业要求指标点课程目标指标点3.4：在机电一体化复杂系统设计开发过程中，能够考虑社毕业要求3课程目标1会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。指标点5.3：理解利用现代工程工具解决复杂机械电子工程问题的毕业要求5课程目标2局限性。指标点3.4：在机电一体化复杂系统设计开发过程中，能够考虑社毕业要求3课程目标3会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。指标点5.3：理解利用现代工程工具解决复杂机械电子工程问题的毕业要求5课程目标4局限性。指标点12.2：具有适应社会发展的能力，能够通过学习不断丰富知毕业要求12课程目标5识、解决实际工作中遇到的问题。（三）教学内容教学推荐对应的序号教学内容教学要求学时方式课程目标1）明确传感与检测技术课程的地位和作用，树立学生的家国情单元1：绪论怀;明确传感与检测技术课堂2)1）课程的研究对象、研究内课程的研究对象、研讲授容和学习方法；1究内容和学习方法：课程目标1+22）测试方法的分类与系统组3）熟悉测试方法的分类课程成；与系统组成，明确课讨论3）测试技术的发展；程的研究内容，熟悉4）课程的研究内容。测试技术的发展，培养学生的科学品质点工匠精神。课堂1）掌握信号的基本概念单元2：测试技术基础知识讲授及如何表示与分类，1）信号的表示与分类：培养学生的科学精神x课程目标2课程2）信号的时域分析；和理论联系实际的能+26讨论3）信号的频谱分析：力;课程目标44）信号的时频分析；2）掌握时域信号特征参+上机5）机械信号的测量误差与信数与相关分析，周期实验号预处理。信号、非周期信号与
5. 培养学生能够根据测试目的选用合适的仪器组建测试系统及装置，使学生初步掌握进行静 态测试及动态测试所需的基本知识，初步具备根据测量任务类比成熟案例提出解决方案的 能力。 课程目标对毕业要求的支撑关系如下： 毕业要求 毕业要求指标点 课程目标 毕业要求 3 指标点 3.4：在机电一体化复杂系统设计开发过程中，能够考虑社 会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。 课程目标 1 毕业要求 5 指标点 5.3：理解利用现代工程工具解决复杂机械电子工程问题的 局限性。 课程目标 2 毕业要求 3 指标点 3.4：在机电一体化复杂系统设计开发过程中，能够考虑社 会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。 课程目标 3 毕业要求 5 指标点 5.3：理解利用现代工程工具解决复杂机械电子工程问题的 局限性。 课程目标 4 毕业要求 12 指标点 12.2：具有适应社会发展的能力，能够通过学习不断丰富知 识、解决实际工作中遇到的问题。 课程目标 5 （三）教学内容 序号 教学内容 教学要求 推荐 学时 教学 方式 对应的 课程目标 1 单元 1： 绪论 1） 课程的研究对象、研究内 容和学习方法； 2） 测试方法的分类与系统组 成； 3） 测试技术的发展； 4） 课程的研究内容。 1） 明确传感与检测技术 课程的地位和作用， 树 立 学 生 的 家 国 情 怀； 2） 明确传感与检测技术 课程的研究对象、研 究内容和学习方法； 3） 熟悉测试方法的分类 与系统组成，明确课 程的研究内容，熟悉 测试技术的发展，培 养学生的科学品质与 工匠精神。 2 课堂 讲授 + 课程 讨论 课程目标 1 2 单元 2：测试技术基础知识 1） 信号的表示与分类； 2） 信号的时域分析； 3） 信号的频谱分析； 4） 信号的时频分析； 5） 机械信号的测量误差与信 号预处理。 1） 掌握信号的基本概念 及如何表示与分类， 培养学生的科学精神 和理论联系实际的能 力； 2） 掌握时域信号特征参 数与相关分析，周期 信号、非周期信号与 6 课堂 讲授 + 课程 讨论 + 上机 实验 课程目标 2 + 课程目标 4
随机信号的频谱分析+作业方法；了解信号的时练习频分析手段，培养学生理论联系实际的能力;3）掌握机械信号的测量误差分类准则，信号的预处理方法。1）理解测量系统的静态特性含义，掌握分析系统静态特性的方课堂法;2）理解线性定常系统的讲授单元3：测试系统的基本特性概念及其基本特性，+课程掌握测量系统频率响1）测量系统的静态特性：课程目标2应函数的构造方法；讨论2）一般测量系统的动态特X+33）掌握一阶系统、二阶5性;上机系统和理想测量系统课程目标43）典型测量系统的动态特的动态特性评估方实验性;法，培养学生的科学+4）动态测量误差及补偿。作业精神和理论联系实际的能力：练习4）了解分析系统的动态测量误差及误差补偿方法。1）掌握电阻式传感器的工作原理及直流电桥调理技术，了解电阻式传感器的应用场课堂合，培养学生的科学精神和理论联系实际讲授的能力；+单元4：参数式传感器及其应课程2）掌握电感式传感器的用工作原理及其调理技讨论课程目标11）电阻式传感器：术，了解电感式传感++48器的应用场合，培养案例2）电感式传感器：课程目标3学生理论联系实际的3）电容式传感器；分析4）电涡流传感器。熊力;+3）掌握电容式传感器的作业工作原理及其调理技练习术，了解电容式传感器的应用场合；4）了解电涡流式传感器的工作原理、调理技
随机信号的频谱分析 方法；了解信号的时 频分析手段，培养学 生理论联系实际的能 力； 3） 掌握机械信号的测量 误差分类准则，信号 的预处理方法。 + 作业 练习 3 单元 3：测试系统的基本特性 1） 测量系统的静态特性； 2） 一般测量系统的动态特 性； 3） 典型测量系统的动态特 性； 4） 动态测量误差及补偿。 1） 理解测量系统的静态 特性含义，掌握分析 系 统 静 态 特 性 的 方 法； 2） 理解线性定常系统的 概念及其基本特性， 掌握测量系统频率响 应函数的构造方法； 3） 掌握一阶系统、二阶 系统和理想测量系统 的 动 态 特 性 评 估 方 法，培养学生的科学 精神和理论联系实际 的能力； 4） 了解分析系统的动态 测量误差及误差补偿 方法。 5 课堂 讲授 + 课程 讨论 + 上机 实验 + 作业 练习 课程目标 2 + 课程目标 4 4 单元 4：参数式传感器及其应 用 1） 电阻式传感器； 2） 电感式传感器； 3） 电容式传感器； 4） 电涡流传感器。 1） 掌握电阻式传感器的 工作原理及直流电桥 调理技术，了解电阻 式 传 感 器 的 应 用 场 合，培养学生的科学 精神和理论联系实际 的能力； 2） 掌握电感式传感器的 工作原理及其调理技 术，了解电感式传感 器的应用场合，培养 学生理论联系实际的 能力； 3） 掌握电容式传感器的 工作原理及其调理技 术，了解电容式传感 器的应用场合； 4） 了解电涡流式传感器 的工作原理、调理技 8 课堂 讲授 + 课程 讨论 + 案例 分析 + 作业 练习 课程目标 1 + 课程目标 3
术及其应用场合。1）了解压电效应和压电材料，压电元件及其等效电路，压电传感器的调理电路及其应用场合：2）了解磁电式传感器的基本原理、测量电路及其应用场合：课堂3）掌握霍尔效应、霍尔单元5：发电式传感器及其应传感器的测量电路及讲授用+误差补偿方法，了解课程目标1课程1）压电式传感器；霍尔传感器的应用场J+102）磁电式传感器；合；讨论课程目标33）霍尔传感器；4）掌握热电偶的工作原+案例理、基本定律、冷端温4）热电偶传感器；度补偿方法、热电势分析5）红外探测器。的测量、热电偶的分类及应用，培养学生解决问题和分析问题的能力：5）了解红外探测器的基本工作原理和应用场合。1）掌握常用光电传感器课堂的工作原理与性能比讲授单元6：光电检测技术较，掌握光源的特性，+1）光电检测器的工作原理与课程相干及非相干光电检性能比较；测方法及应用，培养讨论课程目标12）典型光电检测方法及系统6学生解决问题和分析++4应用；案例问题的能力；课程目标33）固态图像传感器及其应2）掌握固态图像传感器分析用：+的测量原理及应用；4）光纤传感器测量技术；作业3）掌握光纤传感器的测练习量原理及应用。1）掌握超声波检测、工课堂单元7：无损检测技术业CT、磁粉检测技讲授1）超声波检测技术；术、渗透检测技术的+课程目标1原理和应用，培养学课程72）工业CT检测技术；+43）磁粉检测技术；生的科学精神与精益讨论课程目标34）渗透检测技术：求精的工匠精神：+案例5）其他技术在无损检测中的2）掌握电涡流传感器
术及其应用场合。 5 单元 5：发电式传感器及其应 用 1） 压电式传感器； 2） 磁电式传感器； 3） 霍尔传感器； 4） 热电偶传感器； 5） 红外探测器。 1） 了解压电效应和压电 材料，压电元件及其 等效电路，压电传感 器的调理电路及其应 用场合； 2） 了解磁电式传感器的 基本原理、测量电路 及其应用场合； 3） 掌握霍尔效应、霍尔 传感器的测量电路及 误差补偿方法，了解 霍尔传感器的应用场 合； 4） 掌握热电偶的工作原 理、基本定律、冷端温 度补偿方法、热电势 的测量、热电偶的分 类及应用，培养学生 解决问题和分析问题 的能力； 5） 了解红外探测器的基 本工作原理和应用场 合。 10 课堂 讲授 + 课程 讨论 + 案例 分析 课程目标 1 + 课程目标 3 6 单元 6：光电检测技术 1） 光电检测器的工作原理与 性能比较； 2） 典型光电检测方法及系统 应用； 3） 固态图像传感器及其应 用； 4） 光纤传感器测量技术； 1） 掌握常用光电传感器 的工作原理与性能比 较，掌握光源的特性， 相干及非相干光电检 测方法及应用，培养 学生解决问题和分析 问题的能力； 2） 掌握固态图像传感器 的测量原理及应用； 3） 掌握光纤传感器的测 量原理及应用。 4 课堂 讲授 + 课程 讨论 + 案例 分析 + 作业 练习 课程目标 1 + 课程目标 3 7 单元 7：无损检测技术 1） 超声波检测技术； 2） 工业 CT 检测技术； 3） 磁粉检测技术； 4） 渗透检测技术； 5） 其他技术在无损检测中的 1） 掌握超声波检测、工 业 CT、磁粉检测技 术、渗透检测技术的 原理和应用，培养学 生的科学精神与精益 求精的工匠精神； 2） 掌握电涡流传感器、 4 课堂 讲授 + 课程 讨论 + 案例 课程目标 1 + 课程目标 3
分析应用。霍尔传感器以及红外技术在无损检测中的应用培养学生理论联系实际的能力。1）掌握模拟信号数字化处理的手段，了解数据采集与保持的手段，掌握A/D转换器课堂类型及性能指标，A/D通道方案的确定，培讲授养学生的科学精神与+课程课程目标1精益求精的工匠精单元8：计算机检测技术神；讨论+1）数据采集技术；2）掌握智能仪器的硬件8+课程目标25案例2）智能仪器；结构，软件功能、自动+测量功能，培养学生3）虚拟仪器。分析课程目标3理论联系实际的熊+作业力3）掌握虚拟仪器的概练习念、体系结构、虚拟软件的开发环境，初步了解计算机测试系统的设计流程。1）掌握测试系统的基本架构，测试系统设计的基本原则及步骤培单元9：测试系统设计养学生的科学精神与课程目标11）测试系统设计的基本原精益求精的工匠精X则；神;课程目标22）测试系统的精度设计；2）掌握测试系统的误差9+43）信号的放大与滤波环节设传递、误差分配与校课程目标3核；计：+3）掌握信号的放大环节4）测试系统的抗干扰设计。课程目标4设计、滤波环节设计：4）了解测试系统的干扰因素及传播途径以及常用的抗干扰技术
应用。 霍尔传感器以及红外 技术在无损检测中的 应用培养学生理论联 系实际的能力。 分析 8 单元 8：计算机检测技术 1） 数据采集技术； 2） 智能仪器； 3） 虚拟仪器。 1） 掌握模拟信号数字化 处理的手段，了解数 据 采 集 与 保 持 的 手 段，掌握 A/D 转换器 类型及性能指标，A/D 通道方案的确定，培 养学生的科学精神与 精 益 求 精 的 工 匠 精 神； 2） 掌握智能仪器的硬件 结构，软件功能、自动 测量功能，培养学生 理 论 联 系 实 际 的 能 力； 3） 掌 握 虚 拟 仪 器 的 概 念、体系结构、虚拟软 件的开发环境，初步 了解计算机测试系统 的设计流程。 5 课堂 讲授 + 课程 讨论 + 案例 分析 + 作业 练习 课程目标 1 + 课程目标 2 + 课程目标 3 9 单元 9： 测试系统设计 1） 测试系统设计的基本原 则； 2） 测试系统的精度设计； 3） 信号的放大与滤波环节设 计； 4） 测试系统的抗干扰设计。 1） 掌握测试系统的基本 架构，测试系统设计 的基本原则及步骤培 养学生的科学精神与 精 益 求 精 的 工 匠 精 神； 2） 掌握测试系统的误差 传递、误差分配与校 核； 3） 掌握信号的放大环节 设计、滤波环节设计； 4） 了解测试系统的干扰 因素及传播途径以及 常用的抗干扰技术。 4 课程目标 1 + 课程目标 2 + 课程目标 3 + 课程目标 4