传感器技术

现实世界传感器无处不在。自动路灯,燃气泄漏报警,银行大门的自动开合,汽车自动避障,炸弹智能引爆,飞机姿态自动平衡,机械臂精准定位,以及智能手机的触控、指纹感应、横竖屏自动转换、电子罗盘等等,无一不是传感器的精妙之作。想知道它们是如何实现的吗?来吧,这门课程将会为你解开其中的奥秘。

武汉大学

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传感器技术
  • 分类: 电子
  • 平台: 中国大学MOOC
  • 语言: 中文

课程概述

传感器技术和通信技术、计算机技术构成了当今信息社会的三大支柱,传感器技术是现代检测仪器仪表和自动测控系统的重要技术基础。

在国内外著名高校当中,《传感器技术》课程均作为测控、光电、电子、机电、应用物理等相关专业的一门重要的主干课程。在武汉大学,《传感器技术》是电子信息学院全体本科生的专业基础课程。本课程是武汉大学电子信息学院重点课程,武汉大学2010课程,以及湖北省高等学校教改研究项目课程。

本课程以多种日常生产生活中常用的传感器为素材,详细介绍了其工作原理、基本结构、相应的测量及检测电路和在各个领域中的实际应用。通过本课程的学习,要求学生掌握传感器的基本理论,熟悉所学传感器的基本特征和简单的信号调理方法,具备传感器的初步应用能力。

本课程的主要特点是:
1)注重原理的介绍。让学生熟悉各种常见传感器的基本工作原理,从而能够知悉各种传感器的基本特性和指标特征,能够为以后实际应用中所涉及到的传感器的准确选型提供良好的知识指导。
2) 注重系统应用方法的教学。这门课程不仅仅是原理的介绍,每种传感器,我们会精选一些典型的应用示例,并介绍一些实用的传感器信号调理电路,使学生具备传感器的初步应用能力。
3)密切联系生产生活,注重传感器在工业生产以及日常生活中的实际应用介绍。主要讲授日常生活以及工业生产中常用或常见的传感器,包括常见的力、热、光、声、位移等物理量以及一些湿度、气体等化学量传感器,以及一些新型的传感器技术等。本课程中,学生能够了解诸如自动路灯,燃气泄漏报警,银行大门的自动开合,汽车自动避障,炸弹智能引爆,飞机姿态自动平衡,机械臂精准定位,以及智能手机的触控、指纹感应、横竖屏自动转换、电子罗盘等的工作原理。通过学习,使学生具备利用传感器技术解决一些工业生产和日常生活中自动化系统应用的初步能力。

课时安排:36学时。
预期受众:本课程的内容设置难易适度,适合于电子类相关专业各种不同层次的学生学习。可适合于大专院校在校本科生、考研学生、高职高专以及部分成人教育学生学习。

证书要求

计分方法:满分100分。
平时成绩占50%:单元测试40% + 课后讨论10%
综合设计报告占20%:给定一个测试需求,学生自己提出一个设计方案:包括传感器的选择,测试系统结构,并对系统的工作原理、设计依据和预期的结果等进行描述,形成一个完整的设计报告。

考试占30%:期末考试
按百分制计分,60分至84分者将获得合格证书;85分及高于85分者将获得优秀证书。
证书的形式包括免费证书(电子版)和认证证书(包含可查询验证的电子版和纸质版2个版本),可以在课程结束后根据需要进行申请,认证证书的收费标准为100元/份。

预备知识

需要具有一定的《模拟电路》或《电路分析》基础知识。

授课大纲

绪论
基本概念(定义、传感器系统的组成及特点、传感器的发展)

第1章 传感器的一般特性
传感器静态特性和动态特性的定义、线性度、灵敏度、精确度、温漂、零漂等,传感器动态响应的数学模型。

第2章 应变式传感器
金属应变式传感器;半导体压阻应变式传感器。
应变片的结构、材料、工作原理、特性、参数、测量电桥、温度误差、补偿方法等。

第3章 电容式传感器
工作原理(变面积型、变介质的介电常数型、变极间距离型、差动电容型);
测量电路(测量电桥、差动脉冲调宽电路、电容调频电路、运放测量电路);
主要性能分析及应用举例(误差分析、灵敏度的提高、应用举例)。

第4章 电感式传感器
自感式传感器(自感式传感器分类、气隙型自感传感器、差动型自感传感器及其测量电路);
差动变压器式电感传感器(基本工作原理、工作特性、测量电路);
电涡流式电感传感器(高频反射式电涡流传感器、低频透射式电涡流传感器);
电感式传感器的应用。

第5章 压电式传感器
压电式传感器工作原理(正压电效应与逆压电效应、石英晶体的压电特性、压电陶瓷的压电现象);
压电传感器等效电路和测量电路(压电晶片的连接方式、压电传感器的等效电路、压电传感器的测量电路);
压电传感器的应用举例(压电式力传感器、压电式压力传感器、压电式加速度传感器)。

第6章 磁电式传感器
霍尔传感器、半导体磁敏传感器(磁敏二极管、磁敏三极管)。

第7章热电式传感器
热电偶(热电效应、热电偶基本定律、热电偶实用测量电路、热电偶冷端温度误差及补偿方法、热电偶的应用);
电阻温度传感器(常用的金属热电阻、常用的半导体热敏电阻);
PN结型温度传感器(温敏二极管及其应用、温敏三极管及其应用、集成温度传感器)、数字式温度传感器。

第8章 光电式传感器
光电效应
光电管和光电倍增管
光电池、光敏二极管
CCD与CMOS传感器
位置传感器
码盘式传感器
光栅传感器
光纤传感器

第9章 化学量传感器
气敏传感器
湿度传感器

第10章 传感器新技术
手机传感器、智能传感器、无线传感器网络

参考资料

[1]仪表技术与传感器 http://www.i-s.com.cn
[2]传感器世界 http://www.sensorworld.com.cn
[3]中国传感器 http://www.sensor.com.cn
[4]传感器技术 http://www.sensor-tech.com.cn
[5]传感技术学报网 http://www.cgjs.chinajournal.net.cn
[6]传感器资讯网 http://www.globalsensors.com.cn

常见问题

1、本课程对电路前导知识要求高吗?
答:由于课程会涉及到传感器的信号调理电路,因此,需要具备较好的模拟电路或电路分析基础知识。本课程对数字电路基础知识要求不高,学习完模拟电路相关课程后,只需具备简单的《数字电路》知识即可学习本课程。

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