传感器与智能检测技术（一）基本信息中文课程名称：传感器与智能检测技术英文课程名称：SensorsandIntelligentDetectionTechnology课程编号：0307004学分：3学时：48（其中理论学时42，实验学时6）课程性质：必修适用专业：智能制造工程先修课程：《高等数学》、《概率论与数理统计》、《大学物理》、《电工电子技术》等开课系（教研部）：智能制造工程系执笔：熊丽娟审核：冯占荣课程简介：《传感器与智能检测技术》是一门以工程实践中常见物理量的电测法为出发点，系统讲述测试技术及常用传感器应用技术的基础理论、基本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，了解各种传感器的原理与应用，能够根据工程需求正确选择传感器、组建测试系统并处理由测试系统获得的测量数据。通过本课程的学习，使学生对国内外传感器与智能检测技术的新成果和新技术以及发展趋势有所了解，为后续专业课程的深入学习及将来从事智能传感器相关领域的软、硬件研究与开发工作实基础。（二）课程目标本课程的主要培养学生掌握智能检测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，并根据技术要求或处理数据、或设计选择测试系统的各个环节组合形成合格的测试系统。课程自标对学生的具体要求如下：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、调理电路和应用场合，能够根据工程需要选用合适的传感器：能够根据测试目的选用合适的仪器组建测试系统及装置，掌握进行静态测试及动态测试所2.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。3.具备利用软件工具分析信号的能力，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中级数据处理：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1.3：能够将数学、自然科学的基本知识和智能制造工程基毕业要求1课程目标1、2础知识应用于复杂工程问题的描述和解释；工程知识
传感器与智能检测技术 （一）基本信息 中文课程名称：传感器与智能检测技术 英文课程名称：Sensors and Intelligent Detection Technology 课程编号：0307004 学分：3 学时：48（其中理论学时 42，实验学时 6） 课程性质：必修 适用专业：智能制造工程 先修课程：《高等数学》、《概率论与数理统计》、《大学物理》、《电工电子技术》等 开课系（教研部）：智能制造工程系 执笔：熊丽娟 审核：冯占荣 课程简介： 《传感器与智能检测技术》是一门以工程实践中常见物理量的电测法为出发点，系统讲述测试 技术及常用传感器应用技术的基础理论、基本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，了解各种传感器的原理与应用，能够根据工程需求正确选择传感器、 组建测试系统并处理由测试系统获得的测量数据。通过本课程的学习，使学生对国内外传感器与智 能检测技术的新成果和新技术以及发展趋势有所了解，为后续专业课程的深入学习及将来从事智能 传感器相关领域的软、硬件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智能检测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，并根据技术要求或处理数据、或设计选择测试系统的各个环节组合 形成合格的测试系统。 课程目标对学生的具体要求如下： 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、调理电路和应用场合，能够根据工程需要选用合适的传感器； 2. 能够根据测试目的选用合适的仪器组建测试系统及装置，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。 3. 具备利用软件工具分析信号的能力，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中级数据处理； 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 1 工程知识 指标点 1.3：能够将数学、自然科学的基本知识和智能制造工程基 础知识应用于复杂工程问题的描述和解释； 课程目标 1、2
指标点2.3：能够应用智能制造工程知识和基本原理对智能制造系毕业要求2课程目标1、2统设计控制的复杂工程问题进行识别、表达和分析，以获得结论：问题分析指标点4.2：能够针对智能制造工程中具体复杂问题设计实验，并毕业要求4课程目标2、3对实验数据进行采集、处理和解释：研究（三）教学内容推荐教学对应的序号教学内容教学要求学时方式课程目标1）明确传感器与智能检测技术课程的地位和作用，；课堂2）明确传感器与智能检单元1：绪论测技术课程的研究对讲授1）课程任务、性质和研究内容象、研究内容和学习方+课程目标111课堂2）测试技术的发展动态及其法：3）熟悉测试技术的应用讨论工程应用与发展，树立学生家国情怀，培养学生科学技术上的奋进精神。1）系统了解测试的基本单元2：测试的基础知识课堂概念、分类和测试系统1）测试的基本概念：测量、计的组成；讲授量、测试：测试方法的分类；2）掌握误差分类，误差表+测试系统的组成课堂示方法，重点掌握测量22）测量误差及其不确定度：测课程目标34不确定度的分类及其讨论量误差的分类；测量不确定评定方法：+度及其评定方法作业3）掌握测量数据的各种3）测量数据处理：测量数据的练习表示方法，会用最小二的表述方法：一元线性回归乘法作一元线性回归。1）掌握信号的基本概念单元3：信号分析基础及如何表示与分类，培课堂1）信号的分类与描述养学生的科学精神和讲授2）周期信号与离散频谱：傅立理论联系实际的能力：+叶级数与周期信号的分解；2）掌握时域信号特征参课堂3周期信号频域描述数与相关分析，周期信课程目标35讨论3）非周期信号与连续频谱：傅号、非周期信号与随机+立叶变换与非周期信号频信号的频谱分析方法；作业域描述：傅立叶变换的基本了解信号的时频分析练习性质；典型非周期信号的频手段，培养学生理论联谱系实际的能力：
毕业要求 2 问题分析 指标点 2.3：能够应用智能制造工程知识和基本原理对智能制造系 统设计控制的复杂工程问题进行识别、表达和分析，以获得结论； 课程目标 1、2 毕业要求 4 研究 指标点 4.2：能够针对智能制造工程中具体复杂问题设计实验，并 对实验数据进行采集、处理和解释； 课程目标 2、3 （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） 课程任务、性质和研究内容 2） 测试技术的发展动态及其 工程应用 1） 明确传感器与智能检 测技术课程的地位和 作用，； 2） 明确传感器与智能检 测技术课程的研究对 象、研究内容和学习方 法； 3） 熟悉测试技术的应用 与发展，树立学生家国 情怀，培养学生科学技 术上的奋进精神。 1 课堂 讲授 + 课堂 讨论 课程目标 1 2 单元 2：测试的基础知识 1） 测试的基本概念：测量、计 量、测试；测试方法的分类； 测试系统的组成 2） 测量误差及其不确定度：测 量误差的分类；测量不确定 度及其评定方法 3） 测量数据处理：测量数据的 的表述方法；一元线性回归 1） 系统了解测试的基本 概念、分类和测试系统 的组成； 2） 掌握误差分类，误差表 示方法，重点掌握测量 不确定度的分类及其 评定方法； 3） 掌握测量数据的各种 表示方法，会用最小二 乘法作一元线性回归。 4 课堂 讲授 + 课堂 讨论 + 作业 练习 课程目标 3 3 单元 3：信号分析基础 1） 信号的分类与描述 2） 周期信号与离散频谱：傅立 叶级数与周期信号的分解； 周期信号频域描述 3） 非周期信号与连续频谱：傅 立叶变换与非周期信号频 域描述；傅立叶变换的基本 性质；典型非周期信号的频 谱 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； 5 课堂 讲授 + 课堂 讨论 + 作业 练习 课程目标 3
4）随机信号：随机信号的特性及分析——概率密度函数相关函数单元4：测试系统的基本特性1）理解测量系统的静态特性指标的含义，掌握1）测试系统与线性系统：测试分析系统静态特性的课堂系统的基本要求；线性系统方法；及其主要特性；测试系统讲授2）理解线性定常系统的的传输特性+概念及其基本特性，掌课堂2）测试系统的静态特性：静态课程目标2、握测量系统频率响应46讨论3特性指标；静态特性的标定函数的构造方法；3）测试系统的动态特性：动态+3）掌握一阶系统、二阶系作业特性数学描述频率响统和理想测量系统的练习应、阶跃响应；测试系统动动态特性评估方法，培态特性的标定养学生的科学精神和4）实现系统不失真测试的条理论联系实际的能力。件；1）了解传感器的分类和单元5：传感器技术概论课堂常用技术性能指标1）传感器的基本概念：定义、2）了解弹性敏感元件的讲授组成及分类：常用技术性能各种结构形式和所需+课程目标152指标课堂的材料特性2）弹性敏感元件：基本特性；3）了解传感器应用和发讨论材料及其结构型式展趋势3）传感器的应用及发展趋势课堂讲授重点掌握电阻应变式传感单元6：电阻应变式传感器+器工作原理、测量电路及1）工作原理、特性、结构、性课堂温度补偿方法，电阻应变能参数讨论课程目标1、62）测量电路及温度补偿4片的布置及接桥方式，培+2、33）电阻应变式传感器的应用养学生理论联系实际的能实验一力、压力等机械量的测力。+量作业练习课堂单元7：电感式传感器重点掌握自感式、差动变讲授1）自感及互感式电感传感器：压器式、涡流传感器的工+工作原理、特性、结构形式、作原理及测量电路，交流课堂测量电路课程目标1、7讨论2）电涡流式传感器：工作原电桥调幅及解调原理，境32理、特性、结构形式、测量+养学生理论联系实际的能实验电路力。+3）电感式传感器的应用作业位移、加速度等测量应用
4 ） 随机信号：随机信号的特性 及分析——概率密度函数； 相关函数 4 单元 4：测试系统的基本特性 1 ） 测试系统与线性系统：测试 系统的基本要求；线性系统 及其主要特性； 测试系 统 的传输特性 2 ） 测试系统的静态特性：静态 特性指标；静态特性的标定 3 ） 测试系统的动态特性：动态 特性数学描述——频率响 应、阶跃响应；测试系统动 态特性的标定 4 ） 实现系统不失真测试的条 件； 1 ） 理解测量系统的静态 特性指标的含义，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 。 6 课堂 讲授+课堂 讨论+ 作业 练习 课程目标 2 、 3 5 单元 5 ：传感器技术概论 1 ） 传感器的基本概念：定义、 组成及分类；常用技术性能 指标 2 ） 弹性敏感元件：基本特性； 材料及其结构型式 3 ） 传感器的应用及发展趋势 1 ） 了解传感器的分类和 常用技术性能指标 2 ） 了解弹性敏感元件的 各种结构形式和所需 的材料特性 3 ） 了解传感器应用和发 展趋势 2 课堂 讲授+课堂 讨论 课程目标 1 6 单元 6 ：电阻应变式传感器 1 ） 工作原理、特性、结构、性 能参数 2 ） 测量电路及温度补偿 3 ） 电阻应变式传感器的应用 ——力、压力等机械量的测 量 重点掌握电阻应变式传感 器工作原理、测量电路及 温度补偿方法，电阻应变 片的布置及接桥方式 ， 培 养学生理论联系实际的能 力。 4 课堂 讲授+课堂 讨论+ 实验+ 作业 练习 课程目标 1 、 2 、 3 7 单元 7 ：电感式传感器 1 ） 自感及互感式电感传感器： 工作原理、特性、结构形式、 测量电路 2 ） 电涡流式传感器：工作原 理、特性、结构形式、测量 电路 3 ） 电感式传感器的应用—— 位移、加速度等测量应用 重点掌握自感式、差动变 压器式、涡流传感器的工 作原理及测量电路，交流 电桥调幅及解调原理 ， 培 养学生理论联系实际的能 力。 3 课堂 讲授+课堂 讨论+ 实验+ 作业 课程目标 1 、 2
练习课堂讲授重点掌握各种形式电容传+单元8：电容式传感器感器的工作原理及测量电课堂课程目标1、1）工作原理与特性8路，尤其是差动脉宽调制22讨论2）测量电路电路，培养学生理论联系实+3）电容式传感器的应用际的能力.。作业练习单元9：压电式传感器课堂1）压电效应及压电材料重点掌握压电式传感器的讲授2）测量电路：等效电路及测量工作原理、等效电路及测+电路（电压、电荷放大器）课堂量电路，超声检测原理和课程目标1、93）压电式传感器的应用一32讨论应用，培养学生理论联系实加速度等测量应用+际的能力。4）超声波传感器：超声检测的作业物理基础、超声波探头、超练习声波传感器的应用课堂讲授单元10：磁敏式传感器+1）霍尔传感器：原理、特性、重点掌握霍尔传感器的工课堂材料及结构形式、转换电路作原理、等效电路及测量讨论课程目标1、及温度误差补偿、应用10电路，培养学生的科学精神4+2、32）磁敏电阻：原理、结构与特和理论联系实际的能力。实验性、应用3）磁敏二极管和磁敏三极管：+作业原理、结构与特性、应用练习单元11：光电式传感器1）光电效应2）光电管及光电倍增管：原重点掌握光电器件的原课堂理、结构及特性理、结构特点、基本特性讲授3）光敏电阻：原理、结构及特课程目标1、11性及其应用方式，培养学生的+32课堂4）光电池：原理、结构及特性科学精神和理论联系实际讨论5）光电式传感器及其应用的能力。6）固态图像传感器：CCD工作原理、分类、特性参数和应用课堂单元12：热电式传感器重点掌握热电式传感器的讲授1）概述：测温方法、热电式传种类，热电偶传感器的原课程目标1、12+感器的分类42、3理、结构、特性及测量电课堂2）热电阻：原理、特性路，培养学生的科学精神和讨论3）热电偶：原理、结构、性能；
练习 8 单元 8 ：电容式传感器 1 ） 工作原理与特性 2 ） 测量电路 3 ） 电容式传感器的应 用 重点掌握各种形式电容传 感器的工作原理及测量电 路，尤其是差动脉宽调制 电路，培养学生理论联系实 际的能力。 2 课堂 讲授+ 课堂 讨论+ 作业 练习 课程目标 1 、 2 9 单元 9 ：压电式传感器 1 ） 压电效应及压电材料 2 ） 测量电路：等效电路及测量 电路（电压、电荷放大器） 3 ） 压电式传感器的应用—— 加速度等测量应用 4 ） 超声波传感器：超声检测的 物理基础、超声波探头、超 声波传感器的应用 重点掌握压电式传感器的 工作原理、等效电路及测 量电路，超声检测原理和 应用 ，培养学生理论联系实 际的能力。 3 课堂 讲授+ 课堂 讨论+ 作业 练习 课程目标 1 、 2 10 单元 10 ：磁敏式传感器 1 ） 霍尔传感器：原理、特性、 材料及结构形式、转换电路 及温度误差补偿、应用 2 ） 磁敏电阻：原理、结构与特 性、应用 3 ） 磁敏二极管和磁敏三极管： 原理、结构与特性、应用 重点掌握霍尔传感器的工 作原理、等效电路及测量 电路 ，培养学生的科学精神 和理论联系实际的能力。 4 课堂 讲授+ 课堂 讨论+ 实验+ 作业 练习 课程目标 1 、 2 、 3 11 单元 11 ：光电式传感器 1 ） 光电效应 2 ） 光电管及光电倍增管：原 理、结构及特性 3 ） 光敏电阻：原理、结构及特 性 4 ） 光电池：原理、结构及特性 5 ） 光电式传感器及其应用 6 ） 固态图像传感器：CCD 工 作原理、分类、特性参数和 应用 重点掌握光电器件的原 理、结构特点 、基本特性 及其应用方式 ，培养学生的 科学精神和理论联系实际 的能力。 3 课堂 讲授+ 课堂 讨论 课程目标 1 、 2 12 单元 12 ：热电式传感器 1 ） 概述：测温方法、热电式传 感器的分类 2 ） 热电阻：原理、特性 3 ） 热电偶：原理、结构、性能； 重点掌握热电式传感器的 种类，热电偶传感器的原 理、结构、特性及测量电 路，培养学生的科学精神和 4 课堂 讲授+ 课堂 讨论 课程目标 1 、 2 、 3
热电势的测量电路及冷端+理论联系实际的能力。实验温度补偿+作业练习单元13：数字式传感器1）光栅数字传感器：原理、结重点掌握四种数字式传感构、特性、辨向与细分电路、课堂器的的原理、结构、特性应用讲授课程目标1、2）感应同步器：原理、结构、及测量电路，培养学生的科13+22特性、处理电路、应用学精神和理论联系实际的课堂3）光电编码器：原理、结构、能力。讨论特性、应用4）容栅传感器：原理、结构、特性、测量电路、应用重点掌握光纤传感器的传课堂单元14：光纤传感器讲授光原理、工作原理和应用，课程目标1、141）光纤的结构及传光原理；+2培养学生的科学精神和理2课堂2）光纤传感器工作原理；论联系实际的能力。讨论3）光纤传感器的应用。课堂单元15：辐射式传感器重点掌握红外辐射和核辐射传感器的原理、特性、讲授1）红外辐射传感器：物理原课程目标1、分类和应用，培养学生的+152理、红外探测器及其应用：课堂科学精神和理论联系实际2）核辐射传感器：物理特性、讨论的能力.．.核辐射传感器及其应用。课堂单元16：计算机辅助测试技术讲授1）概述；重点掌握计算机辅助测试+2）计算机辅助测试系统的设的硬件设计、抗干扰设计课堂课程目标2、16计：硬件设计和抗于扰设和LabVIEW设计，培养学2讨论3计：生的科学精神和理论联系+3）虚拟仪器：硬件结构、软件实际的能力．案例开发平台、LabVIEW设计分析实例：（四）实践教学安排项目实验实验每组实验实验项目课程目标编号学时类型要求人数2综合1电感传感器的应用选修1课程目标1、322验证选修1信号调制与解调实验课程目标2
热电势的测量电路及冷端 温度补偿 理论联系实际的能力。 + 实验 + 作业 练习 13 单元 13：数字式传感器 1） 光栅数字传感器：原理、结 构、特性、辨向与细分电路、 应用 2） 感应同步器：原理、结构、 特性、处理电路、应用 3） 光电编码器：原理、结构、 特性、应用 4） 容栅传感器：原理、结构、 特性、测量电路、应用 重点掌握四种数字式传感 器的的原理、结构、特性 及测量电路，培养学生的科 学精神和理论联系实际的 能力。 2 课堂 讲授 + 课堂 讨论 课程目标 1、 2 14 单元 14：光纤传感器 1） 光纤的结构及传光原理； 2） 光纤传感器工作原理； 3） 光纤传感器的应用。 重点掌握光纤传感器的传 光原理、工作原理和应用， 培养学生的科学精神和理 论联系实际的能力。 2 课堂 讲授 + 课堂 讨论 课程目标 1、 2 15 单元 15：辐射式传感器 1） 红外辐射传感器：物理原 理、红外探测器及其应用； 2） 核辐射传感器：物理特性、 核辐射传感器及其应用。 重点掌握红外辐射和核辐 射传感器的原理、特性、 分类和应用，培养学生的 科学精神和理论联系实际 的能力。 1 课堂 讲授 + 课堂 讨论 课程目标 1、 2 16 单元 16：计算机辅助测试技术 1） 概述； 2） 计算机辅助测试系统的设 计：硬件设计和抗干扰设 计； 3） 虚拟仪器：硬件结构、软件 开发平台、LabVIEW 设计 实例； 重点掌握计算机辅助测试 的硬件设计、抗干扰设计 和 LabVIEW 设计，培养学 生的科学精神和理论联系 实际的能力。 2 课堂 讲授 + 课堂 讨论 + 案例 分析 课程目标 2、 3 （四）实践教学安排 项目 编号 实验项目 实验 学时 实验 类型 实验 要求 每组 人数 课程目标 1 电感传感器的应用 2 综合 选修 1 课程目标 1、3 2 信号调制与解调实验 2 验证 选修 1 课程目标 2