传感器技术教学大纲

第一篇：传感器技术教学大纲

《传感器技术》课程教学大纲

一、课程名称：传感器技术

二、课程代码：812117

三、课程类别： 专业课

四、学时 32

五、先修课程：电路理论电子技术

六、适应专业：海洋技术

七、课程的性质和任务

《传感器与测试技术》是一门多学科交叉而成的专业课程，随着科学技术的飞速发展，人们对信息资源的需要日益增长，要及时获取各种信息，解决工程、生产及科研中遇到的检测问题，必须合理的选择和应用各种传感器。本课程在讲清基本概念、基本理论的基础上，强调工程应用。本课程主要为海洋技术专业的本科生重点介绍各种传感器的工作原理和特性，结合工程应用实际，了解传感器在各种电量和非电量检测系统中的应用，培养学生使用各类传感器的技巧和能力，掌握常用传感器的工程测量设计方法和实验研究方法，了解传感器技术的发展动向。

八、教学目的与要求

使学生初步掌握检测技术的基本知识。培养学生使用各类传感器的能力。使学生能够进一步应用传感器方面的知识解决工程检测中的具体问题。对学科发展有初步认识，掌握基本的共性技术。本课程学习基本要求为：

1、通过本课程的学习，学生应了解以下知识：

（1）传感器、检测系统组成、描述。

（2）传感器测量的共性技术，传感技术的新发展。

（3）传感器的一般工程参数测量方法。

2、通过本课程的学习，学生应熟悉以下知识：

（1）传感器分类方法

（2）传感器动、静态特性的定义、测量方法。

（3）不同传感器等效、测量电路。

（4）传感器的数学模型建立和分析方法。

（5）各种物理效应和功能传感器基本特性。

3、通过本课程的学习，学生应掌握以下知识：

（1）常用传感器静态性能检测及数据处理方法；

（2）电桥测量、线性化处理及检测技术一般共性技术；

（3）R、C、L传感器基本原理、测量方法；

（4）主要传感器工作原理、测量电路

要求理解不同原理传感器的物理概念，常用的电路搭配；能够对常用传感器的性能进行检测并正确处理检测数据；掌握正确使用传感器的方法。了解传感器技术发展前沿状况，培养学生科学素养，提高学生分析解决问题的能力。

九、教学内容及要求

第一章概论

1、了解信息测量的基本知识，掌握测量误差的基础知识。

2、掌握传感器的定义、传感器的一般特性、传感器的重要指标。

重点内容：

测量误差的概念、传感器的定义、传感器的一般特性

教学难点：

随机误差计算、二阶传感器的动态特性及其分析方法。

建议学时数：

4第二章电阻应变传感器

1、了解应变片的结构和材料、电阻应变片的工作特性及参数

2、掌握电阻应变传感器的工作原理、电阻应变传感器测量电桥的分析方法及应用电阻应变传感器的温度误差及线性补偿办法。

3、理解应变式力传感器、应变式压力传感器、应变式加速度传感器的应用 重点内容：

电阻应变传感器的工作原理、差动电桥的概念、测量电桥的分析方法。教学难点：

电阻应变传感器测量电桥的分析方法、电阻应变传感器的温度误差及补偿办法，应变测量电桥性能的提高。

建议学时数：

4第三章电感传感器

1、掌握电感型传感器的工作原理、结构及特点，掌握电感型传感器的工作特性分析方法，带相敏整流测量电桥的工作原理。

2、了解差动变压器零点残余电压消除方法、差动变压器外补偿电路、差动整流电路，电感型传感器的应用。

重点内容：

电感型传感器的工作原理、结构及特点，主要工作特性及测量电路分析方法，带相敏整流测量电桥的工作原理。

教学难点：

电感型传感器测量电路分析方法、带相敏整流测量电桥的工作原理。

建议学时数：

4第四章电容传感器

1、掌握电容传感器的工作原理、结构及特点，差动电容传感器的概念，掌握电容传感器主要工作特性及分析方法

2、了解差动脉冲调宽电路的工作原理，电容传感器的应用及在应用中正确处理所遇到的问题。

重点内容：

电容传感器的工作原理、特点、主要工作特性及配用的测量电路，如何在实际工程测量中正确合理的选择电容传感器。

教学难点：

电容传感器测量电路的分析及（变间隙式）差动电容传感器测量电桥输出电

压的计算、测量误差的分析及减小误差的方法。

建议学时数：

2第五章 热电传感器

1、掌握热电偶的工作原理、工作特性、冷端补偿及测温电路热，电感传感器的基本应用。

2、掌握金属热电阻、半导体热敏电阻工作原理及特性，温敏二级管、温敏晶体管的测温原理，掌握热电传感器的基本应用。

重点内容：

热电偶、半导体热敏电阻、工作特性、测量电路，温度传感器的典型工程应用。

教学难点：

热电传感器测量电路的分析方法及测量误差分析。

建议学时数：

4第六章 压电传感器

1、了解压电材料的压电效应，压电传感器的基本应用。

2、掌握压电传感器工作原理、压电传感器的组成及其测量电路。

重点内容：

压电传感器工作原理及测量电路。

教学难点：

压电传感器测量电路电荷放大器的运用及测量误差的分析。

建议学时数：

2第七章 磁电传感器

1、了解各种霍尔元件、磁敏元件的结构、特点及其基本应用，理解霍尔效应、磁阻效应的基本概念。

2、掌握霍尔传感器的工作原理、主要工作特性、误差及其补偿

重点内容：

霍尔传感器工作原理、主要工作特性、误差分析及其补偿，霍尔传感器的典型应用。

教学难点：

磁敏二极管、磁敏三极管的结构、工作原理，温度特性及补偿，测量误差的分析及计算。

建议学时数：

2第八章 光电传感器

1、理解常用光电器件的光电效应及其应用

2、掌握常用光电器件工作原理、工作特性及典型应用，光栅位移传感器的组成、工作原理、辩向原理及细分技术。

重点内容：

光电效应的基本概念，常用光电器件工作原理、工作特性及典型应用。教学难点：

莫尔条纹的概念，光栅位移传感器的工作原理、辩向原理及细分技术。建议学时数：

4第九章 光纤传感器

1、理解光纤的传光原理与特性，几种光纤传感器的典型应用。

2、掌握光纤作为光的传输媒质所具有的特点，它的结构、组成。光纤传感器的工作原理及特点。

重点内容：

光纤的基本概念，光纤传感器的工作原理及特点。光线能在光纤中传输的必要条件。

教学难点：

传输光的调制技术，偏振调制技术。

建议学时数：

2第十章 其它类型传感器简介

1、掌握气敏传感器、湿敏传感器的工作原理及应用。

2、掌握几种传感器稳压、恒流电源，典型实用信号放大电路。

重点内容：

半导体气敏传感器的基本概念，工作原理及特点，主要特性及其改善。教学难点：

气体分子对气敏材料的吸附、解吸原理，气敏传感器灵敏度的提高与稳定改善。

建议学时数：

4十、考核方式：

结束性闭卷考试80％＋平时考核20％

十一、推荐教材和教学参考资源

（一）教材

郁有文.传感原理及工程应用 西安：西安电子科技大学出版社，第三版

（二）教学参考资源

何道清.传感与传感器技术.北京：科学出版社，2004..Ramon Pallas-Areny JohnG Webster传感器和信号调节 北京：清华大学出版社

制定人：常继生

审定人：黄晓红

第二篇：《现代传感器技术》教学大纲范文

《现代传感器技术》教学大纲

一、课程性质、目的和要求

现代传感器技术是构成现代信息技术系统的三大主要内容之一，传感器在信息的获取和传输中起着关键作用，对于电子信息专业的学生来说是非常重要的一门学科。通过本课程的学习，学生应掌握常用传感器的主要种类和基本工作原理、基本特性和测量方法；能够正确合理的选用传感器和设计数据采集系统，具有分析和处理测试结果的初步能力；了解半导体传感器技术的新进展，为后续课程的学习和今后从事研究工作奠定必要的基础。

二、课程内容及学时分配

第一章引言（2学时）

教学要求：掌握传感器的概念、分类、用途、基本结构；了解传感器的历史、发展趋势；掌握传感器静态特性、动态特性的概念及表示方法；理解动态特性的研究方法。重点：传感器静态特性、动态特性

难点：动态特性及其性能指标

第二章应变式传感器（4学时）

掌握应变式传感器的工作原理、主要特性，测量电路的设计及计算，温度误差与补偿；理解应变片的主要特性、应用，了解应变片类型，粘贴工艺；了解压阻式传感器原理。重点：直流电桥的计算

难点：温度误差的补偿方法

第三章光电式传感器（4学时）

掌握光电式传感器工作原理和结构类型，光电式传感器的特点、应用；了解光电耦合器件、光导摄像管、CCD图像传感器的原理和应用。

重点：光电效益、光传感器的特性

难点：光电传感器的物理效应

第四章光纤传感器（4学时）

掌握光纤的基本原理、光纤传感器的基本原理。了解光纤机械量传感器、光纤热传感器、光纤电磁量传感器、医用光纤传感器、监测大气污染传感器的工作原理及应用。

重点：光纤传感器的基本原理

难点：光调制技术

第五章变磁阻式传感器（3学时）

掌握电感式传感器工作原理、设计原则，差动变压器式传感器工作原理，电动式传感器工作原理；了解差动变压器式传感器的转换电路。

重点：差动变压器式传感器的输出特性

难点：螺管形差动变压器基本原理

第六章压电传感器（2学时）

掌握压电效应及其物理解释，压电元件常用结构形式，测量电路；了解压电材料及主要

特性、应用举例；了解声表面波传感器的基本原理；了解超声波传感器、探伤仪，无损检测等原理。

重点：压电效应、测量电路

难点：压电效应的物理解释、电荷放大器与电压放大器的对比

第七章半导体传感器（5学时）

掌握半导体温度传感器的原理和测量电路；了解半导体湿度、气体传感器的原理及主要特性、应用举例。

重点：半导体温度传感器的原理、传感器特性、测量电路

难点：半导体温度传感器的测量电路

第八章传感器电路（2学时）

掌握传感器电路的匹配、放大、信号处理、信号传输电路以及抗干扰的一般性设计；应用举例。

重点：传感器电路的匹配、信号处理方法

难点：信号处理电路设计

三、本门课程与其它课程关系

学生学完电路、模拟电子技术基础、普通物理学等课程后可以学习本课程。

四、课程教学方法与手段

本课程在内容上应尽量联系实际，在讲解上着重物理概念的阐述，讲清结构、原理、特性，在应用方面介绍相关典型物理量测量的例子，使学生对传感器有一个实用的概念。对于更前沿、深入的问题，学生可参阅相关参考资料。教学以课堂讲授为主，为培养学生的操作技能，安排6个学时实验时间，以增强学生的电路设计能力，加深对传感器原理和特性的理解，要求学生体会各种传感器的特点，借助各种参考书，扩大知识面，加深理解，了解半导体传感器技术的新进展。

五、课程考核要求及方式

考核方式采用平时成绩与期终成绩相结合的方式。平时成绩包括课外作业和实验成绩等，占40%；期终成绩为闭卷考试成绩，占60%。

六、实践教学内容安排

本课程安排6个学时实验，通过实验系统动手实现。

1． 电阻式传感器的应用（2学时）

内容：熟悉传感器实验系统，应变片的布置与粘贴，设计金属箔式应变片检测电路实验，并对半桥、全桥测量电路的性能比较。

目的：通过实验使学生熟悉传感器实验系统，进一步掌握各种电阻式传感器的工作过程及基本结构，学会位移、压力信号的检测方法和常用仪表，了解位移、压力测量的重要性和普遍性，掌握一定的调节技能。

要求：加深对电阻式传感器原理的理解，熟悉传感器的构造原理、使用方法、性能参数和选用原则，学会应变测量的方法。

方式：在实验系统上实验

2． 差动变压器式电感传感器的应用（2学时）

内容：设计差动变压器式电感传感器的测量电路，并进行测量。

目的：通过本次实验使同学们进一步了解差动变压器式传感器的结构原理，掌握这种传感器的常用测量电路的工作原理和性能特点。

要求：掌握这种传感器基本性能的标定方法。

3． 压电加速度传感器的应用（2学时）

内容：设计压电加速度传感器的测量电路并进行测量。

目的：通过本次实验使同学们进一步了解压电加速度传感器的结构原理，掌握这种传感器的常用测量电路的工作原理和性能特点。

要求：设计出测量电路并进行测量。

方式：在实验系统上实验

七、推荐教材及参考书

教材：

栾桂冬等编著：《传感器及其应用》，西安电子科技大学出版社，2002年第1版。参考书：

1．刘迎春等编著：《传感器原理、设计与应用》，国防科技大学出版社，2004年第4版。

2．徐科军等编著：《传感器与检测技术》，电子工业出版社，2006年。

3．郁有文等编著：《传感器原理及工程应用》，西安电子科技大学出版社，2000年。

4．宋文绪等编著：《传感器与检测技术》，高等教育出版社，2004年。

第三篇：《传感器原理》实验教学大纲

《传感器原理》课程实验教学大纲

一、适用专业: 自动化

二、教学目标：通过实验验证和巩固所学的理论知识，能够运用所学的理论知识掌握分析和处理问题的方法。训练实验技能，掌握传感器的应用方法与技巧。认真观察现象，正确检查和判断。正确地书写实验报告，分析实验结果。培养实际动手能力和严谨、实事求是的科学态度。

要求：

1．熟悉传感器的基本原理，掌握应用的领域与和范围，能够正确组成控制系统

2．掌握基本实验技能，能够正确使用实验仪并对实验现象加以分析和判断。

3．能正确连接实验电路，合理布线和安排仪器，分析并排除故障。

4.正确地书写实验报告，分析实验结果

三、实验教学学时数：6学时

四、实验内容：

实验一三种桥路性能比较（验证性）（2学时）

1、实验目的：熟悉实验设备，掌握箔式应变片式传感器及组桥原理。

2、基本技能训练内容：熟悉实验设备及应片式传感器的工作原理及应用软件的使用方法,观察金属箔式应变片的结构、贴片方式以及接桥方式；测试应变梁变形的应变输出；比较应变片不同接桥方式对电桥输出结果的影响,。

3、主要仪器设备和药品：CSY2000传感器与检测技术实验台，应变式传感器实验模板、数显表、万用表、计算机。

4、实验方法：根据测量原理，将应片式传感器桥路与实验台连接，并运行软件进行主要测试。

5、实验报告要求：写出应片式传感器和桥路测量的工作原理、运行分析和说明。

实验二差动变压器性能实验（验证性）（2学时）

1、实验目的：熟悉实验设备，掌握差动变压器原理和特性。

2、基本技能训练内容：熟悉实验设备及差动变压器的工作原理及应用软件的使用方法。

3、主要仪器设备和药品：CSY2000传感器与检测技术实验台，差动变压器模板，测微头，示波器，差动变压器，音频信号源、万用表、计算机。

4、实验方法：根据测量原理，将差动变压器与差动变压器模板及实验台连接，并运行软件进行主要测试。

5、实验报告要求：写出差动变压器的工作原理、运行分析和说明。

实验三压力传感器的压力测量实验（验证性）（2学时）

1、实验目的：熟悉实验设备，掌握扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。

2、基本技能训练内容：熟悉实验设备及压力传感器的工作原理及应用软件的使用方法。

3、主要仪器设备和药品：CSY2000传感器与检测技术实验台，压力源，压力表，压力传感器及实验模板，流量计，数显单元，计算机。

4、实验方法：根据测量原理，将压力传感器模板与实验台连接，并运行软件进行主要测试。

5、实验报告要求：写出压力传感器测量的工作原理、运行分析和说明

实验四电容式传感器的特性实验（综合性）（2学时）

1、实验目的：熟悉实验设备，掌握掌握电容式传感器的工作原理和测量方法。

2、基本技能训练内容：熟悉实验设备及电容式传感器的工作原理及应用软件的使用方法。

3、主要仪器设备和药品：CSY2000传感器与检测技术实验台，低通滤波模板，示波器，数显单元，计算机。

4、实验方法：根据测量原理，将传感器安装在模板上并与实验台连接，并运行软件进行主要测试。

5、实验报告要求：写出电容式传感器测量的工作原理、运行分析和说明。

五、考核方式：

根据实验报告、实验中的动手能力和解决实际问题的能力以及实验报告进行综合考核。实验教学部分成绩占课程总成绩的10%。

六、实验教科书、参考书：

《CSY2000传感器与检测技术实验台实验指南》杭州赛特传感技术有限公司 说明：大纲中列举的4个实验题目每学期可根据实际情况选择3个题目做为实验题目，教师根据实际情况选择实验题目。

第四篇：新型传感器技术

前

言

传感器工作原理的分类：

物理传感器应用的是物理效应

化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象

以其输出信号为标准可将传感器分为：

模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。

数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。

开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。

应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类：

(1)按照其所用材料的类别分 金属 聚合物 陶瓷 混合物

(2)按材料的物理性质分  导体 绝缘体 半导体 磁性材料

(3)按材料的晶体结构分 单晶 多晶 非晶材料

按照其制造工艺，可以将传感器区分为：

集成传感器薄膜传感器厚膜传感器陶瓷传感器

集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。

薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。

厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。

第1章 传感器敏感材料

1半导体硅材料

1.1 单晶硅：固态传感器的材料，优点：

优良的机械、物理性质，材质纯，内耗低、功耗小。机械品质因数高达106数量级，滞后和蠕变极小，机械稳定性好。

各向异性，具有很好的热导性，应变灵敏系数高。

1.2 多晶硅：是许多单晶的聚合物。晶粒的排列是无序的，不同的晶粒有不同的单晶取向，而每一晶粒内部具有单晶的特征。晶粒与晶粒之间的部位称为晶界，其对压阻效应的影响可通过控制掺杂浓度来降低。晶粒越大，压阻效应越大。

1.3 非晶体硅：在光电器件、传感器中应用。与晶体材料相比，非晶体硅具有：

（1）在可见光范围内具有高的光吸收系数。（2）淀积温度低（200-300ºC），可用多种材料作衬底，感受大面积淀积。（3）材料性能稳定，具有较高的机械强度。（4）具有高的塞贝克系数

（5）纯非晶硅没有压阻效应，利用微晶相与非晶相混合可产生压阻效应，灵敏系数高。（6）非晶硅的弹性模量和多晶硅一样，取决于制备和热处理，一般为（150—170）×103MPa。

可制成多种传感器，如光传感器，成象传感器，高灵敏度温度传感器，微波功率传感器，触觉传感器等。

1.4 硅蓝宝石：是在蓝宝石衬底上应用外延生长技术形成的硅薄膜。衬底是绝缘体，可实现元件之间的分离，且寄生电容小。

蠕变极小，优于单晶硅；耐辐射能力强；化学稳定性好，耐腐蚀性强。具有耐环境性强的优势。

2化合物半导体材料

先进的成象传感器材料。如碲镉汞、锑化铟、砷化镓等。开发长波段的应用。

无源探测的红外光敏技术，广泛应用。如红外夜视、火控、跟踪定位、精确制导

3石英敏感材料

3.1石英晶体 晶态sio2 特点：各向异性，具有压电特性；绝缘体；和单晶硅一样，具有优良的机械物理性质。

工作温度为２００℃－２５０℃

3.2 石英玻璃：非晶态SIO2，物理特性与方向无关。机械物理性能和化学性能极优。在７００ ℃－８００ ℃以前，弹性模量随温度的增高而增大，以后随温度的升高而下降。

最高使用温度为1100 ℃。适宜制造高精度传感器

4精密陶瓷材料

以化学合成的物质为原料，控制其中的组分比，经过精密的成型烧结，可制成适合传感器需要的多种精密陶瓷材料----功能陶瓷材料。

特点：耐热性，耐腐蚀性，多孔性，光电性，压电性等独特的性能。新开发陶瓷温度、气体、温度、光电、离子、加速度、陀螺等传感器 ZnO薄膜

作为压电体、光导体、光波导和半导体的多用途材料； 六角晶结构，各向异性体，有大的压电常数，大的声光、电光和非线性光学系数。淀积ZnO膜技术最广泛的方法是磁控溅射方法，可获得压电性能、光学性能优良，表面平坦而透明的致密薄膜层。6 铁电聚合物

是指含有铁电晶体组织的特殊高分子聚合物，如聚氯乙烯、聚偏二佛乙烯（PVF2)。

PVF2优良，具有压电、热释电特性。

应用在电-声和机-电传感器，如声频、超声波等。非晶态磁性合金

结构为长程无序，短程有序；

在旋转磁场中的各个方向的相对磁导率较高；

电阻率高，在交变磁场作用下，涡流损耗小，响应快，高频特性好； 磁致伸缩效应大；

机械强度高，高达2000-3500MPa。

根据传感器的具体特性要求确定这类材料的组分和形状。

8形状记忆合金

新的传感器材料，具有热弹性和超弹性；

过程：把某种记忆合金在高温下定形后，若冷却到低温产生形变，只要温度稍微升高就可以使形变迅速消失，并回到高温下所具有的形状。代表性材料有：NiTi ,CuZnAl,CuAlNi。复合材料

原子合成法通过控制材料的特性可以合成理想传感器材料;晶体合成法:多层结构,材料的混合在原子级上进行控制,合成的材料也叫人造晶格或超晶格;超晶格结构具有全新的材料特性;超晶格结构可随意控制物理常数,具有很大的发展前景。

硅材料的质量轻,密度为不锈钢的1/3,而弯曲强度为不锈钢得3.5倍,具有高强度比和高密度比;热导性为不锈钢7倍,而热膨胀系数不到不锈钢的1/7;

第2章 微机械加工技术

分为三类：硅微机械加工技术、超精密机械加工技术和X射线深层光刻电铸成型（LIGA)技术。

2.1硅微机械加工技术 硅微机械加工技术是硅集成电路工艺的扩展技术。主要用于制造以硅材料为基底、层与层之间有很大差别的三维微结构，包括膜片、悬臂梁、探针等微结构与特殊薄膜和高性能的电路相结合，成功制造出固态传感器 1.刻蚀技术

（１）体型结构腐蚀加工

腐蚀加工是形成微型传感器结构的关键技术，分为化学腐蚀（湿法）和离子刻蚀（干法）两种。

（2）表面腐蚀加工---牺牲层技术 利用硅表面微机械加工技术，开发、研制出尺寸小的悬式结构 工艺过程:

通过淀积法（溅射、蒸发）

在Si基片表面上生成SiO2牺牲层(微米级)

根据要求的形状刻蚀一部分SiO2

再剩下的SiO2层上通过淀积生成Si层

用刻蚀法刻蚀淀积的Si层

溶解SiO2牺牲层,获得与Si基片略连接或完全分离的悬臂式结构 2.薄膜技术

多晶硅膜、二氧化硅膜、金属膜等作为微型传感器结构的复合材料。制作方法：物理气相淀积和化学气相淀积。物理气相淀积是利用蒸镀和溅射。

化学气相淀积是让气体与衬底材料在加热的表面进行化学反应，使另一种物质在表面上形成膜。

(1)真空蒸镀：用蒸发铝和金的方法来获得电极的欧姆接触区，可直接制造敏感元件的薄膜。

(2)溅射成膜工艺,最流行工艺,设备较复杂,成膜速度慢,但形成的膜牢固,制出高熔点的金属膜和化合物膜,且化学成分不变。溅射方式有射频溅射、直流溅射和反应溅射等，射频溅射应用广泛。(3)化学气相淀积(CVD)：是使含有待淀积物质的化合物升华成气体，与另一种气体化合物在一个反应室中进行反应，生成固态的淀积物质，使之淀积在基底上而生成薄膜。

(4)等离子化学气相淀积(PECVD):在温度３５０－４００ ℃利用等离子体的活性。

过程：在反应过程中，为了产生等离子体，可加上直流或射频高电压，反应室通入一定量气体，使之发光放电，反应室内的气体将被电离而等离子化。3.固相键合工艺

把两个固态部件直接键合在一起的加工工艺，也就是把微机械部件装配在一起的一种技术。

典型例子就是硅－玻璃或金属－玻璃间的静电键合。

过程：把表面抛光的硅和热膨胀系数相近的玻璃紧密接触，在４００℃高温下，接上硅为正、玻璃为负的直流电压（５００－１５００伏）；在静电力作用下，使硅与玻璃在界面处接近到分子级的距离而形成牢固的、永久性的分子键合

2.2 传感器用石英、陶瓷、高分子聚合物和金属材料为基底时，用到超精密机械加工技术，如激光精密加工等。

2.3X射线深层光刻电铸成型技术

是深层同步辐射X射线光刻与电铸工艺相结合的制造技术。与牺牲层技术结合可制造出微型悬式结构。

工艺过程如下：

在硅基片上溅射牺牲层

用紫外光通过掩膜照射牺牲层，制作平面图形

在牺牲层上涂一层钛、镍组成的薄膜作为电铸的金属基底 在金属基底上淀积光致抗蚀剂层，覆盖掩膜

利用深层同步辐射X射线光刻技术对光致抗蚀剂层进行曝光 用化学蚀刻法蚀刻光致抗蚀剂层，制成电铸用的初级模板

在金属基底上，以初级模板为模型进行电铸，形成了与模板形状互为凹凸的三维结构

用化学溶剂溶解掉初级模板、金属基底和牺牲层，获得悬式结构

第3章 传感器的建模

3.1原因和过程

建立传感器的模型,在原理分析、结构设计、样机研制中有重要作用。

建模过程：（1）根据本质特征建立传感器的物理模型；（2）建立传感器的数学模型；（3）求解数学模型。

建模的方法：主要有能量法、概率法、状态法等

3.2受轴向力两端固支梁

建模步骤：１）几何方程；

２）物理方程；

３）弹性势能、弹性方程（对体积）；

４）动能；

５）梁上的任一点横截面处的初始应力；

６）由初始应力引起的初始弹性势能；

７）建立总的弹性势能；

８）建立泛函；

９）利用泛函原理；

１０）求解微分方程。

3.3改进悬臂梁

改进型悬臂梁的特征是：

在载荷F的作用下，梁的根部区域和端部区域的应力状态是相反的； 梁的根部受力情况优于典型悬臂梁，测力范围增大； 梁上布置测力元件优于典型悬臂梁。

第4章 硅电容式集成传感器

灵敏度高，稳定性好，量程宽

平行板式

C=ε0εA/d 通过改变极板间距d ,极板相对面积A（或长度L）和介电常数ε，可以使电容器的电容发生变化。

基于阻抗测量技术的电容信号检测，其测量线路有：（１）交流电桥式；（２）充放电式；（３）调频式；（４）谐振式。

硅电容式集成压力传感器的接口电路

1.开关-电容接口电路：由差动积分器和循环运行的A/D变换器组成。电路的工作过程：复位、检测、换算和转换。2.电容—频率变换电路

采用电容—频率变换电路，可将电容输出的电压变换为频率 信号输出。可直接接入计算机。

第5章 谐振式传感器

由ERD组成的电—机—电谐振子环节，是谐振式传感器的核心。适当地选择激励和拾振手段，构成一个理想的ERD，对设计谐振式传感器至关重要。由ERDA组成的闭环自激环节，是构成谐振式传感器的条件。

由RDO(C)组成的信号检测、输出环节，是实现检测被测量的手段。

每周平均储存的能量Q每周由阻尼损耗的能量值反映了谐振子振动中阻尼比的大小及消耗能量快慢的程度。同时也反映了幅频特性曲线谐振峰的陡峭的程度，即谐振敏感元件选频能力的强弱。

双激单拾

单激双拾

稳定的自激振荡：

1、幅度平衡条件|AF|=1

2、相位平衡条件φA+φF=(2n+1)π（n=0,1,2,3···）

采用电磁方式作为激励、拾振手段最突出的优点是与壳体无接触，但也有一些不足。如电磁转换效率低，激励信号中需引入较大的直流分量，磁性材料的长期稳定性差，易于产生电磁耦合等。

第6章 声表面波传感器

特点：高精度；与微处理器连接，简单；可批量生产等。纵波是质点的振动方向与传播方向同轴的波

横波 质点的振动方向与波的传播方向垂直

声表面波的衰减

波束偏离和衍射效应引起的． 原因：

材料固有的衰减；

材料表面粗糙引起散射； 向外辐射声波．

叉指换能器

功能是激励瑞利表面波（１）基本特性：

基本结构：叉指电极、叉指周期、换能器孔径。物理过程：压电效应和逆压电效应。

基本性能：频率高、对称性、带宽取决于指对数、互易性、内加权、制造简单，重复性、一致性好。

第7章 薄膜传感器

薄膜与传感器特性的关系: 1)选择性;2)可靠性;3)响应时间;4)分辨率;5)其它特性

厚膜与薄膜：区别不在于膜的厚度，而是制备工艺的不同。薄膜（真空蒸镀，溅射，气相淀积）

第8章 气体传感器

主要参数与特性

响应时间 选择性 稳定性 温度特性 湿度特性

电源电压特性

应变效应：导体或半导体电阻随其机械变形而变化的物理现象。

光纤数值孔径：入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度α的正弦值就称为光纤的数值孔径（NA = sinα）

SAW模式转换：针对瑞利波，其质点作椭圆振动，有横振动又有纵振动，遇到阻抗不连续时，入射波一部分以瑞利波形式反射回来，还有一部分能量在反射时转换为体波

压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。

逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。

单模光纤芯径小（10m m左右），仅允许一个模式传输，色散小，工作在长波长（1310nm和1550nm），与光器件的耦合相对困难

多模光纤芯径大（62.5m m或50m m），允许上百个模式传输，色散大，工作在850nm或1310nm。与光器件的耦合相对容易

压阻效应，是指当半导体受到应力作用时，由于载流子迁移率的变化，使其电阻率发生变化的现象

速度劲化：压电晶体，由于压电效应，在声波传播过程中，将有一个电势随同传播，且使声波速度变快。

与频率无关--非色散波

金属赛贝克效应：在两种不同导电材料构成的闭合回路中，当两个接点温度不同时，回路中产生的电势使热能转变为电能的一种现象。

波束偏离－－各向异性固体，波的相速度与群速度不一致；或相位传播方向与能量传播方向不一致．

第五篇：通用技术—教学大纲

《通用技术》课程教学大纲

课程名称：通用技术

英文名称：General Technology 课程编号：060099

学时数及学分：

课堂教学：16学时； 实验学时：16学时； 2学分

教材名称及作者、出版社、出版时间 ：《通用技术》，周晓林主编，科学出版社，2012年。大纲执笔人：

大纲审定人：

一、课程的目的和要求

通用技术是指除信息技术以外的、较为广泛的、体现基础性和通用性并与专业技术相区别的技术。通用技术课程属于普通高中新课程技术科目中的模块，是一门全新的、高度综合性的课程。该课程不是单纯的技能练习课程，而是一门立足于实践、高度综合、注重创造、教学与人文融合的课程，对个人的发展和民族的复兴有着积极的意义。其主要目的是进一步提高学生的技术素养，促进学生全面而富有个性的发展为目标。

本课程要求学生熟练掌握通用技术的基本知识和基本技能，掌握技术及其设计的一般思想和方法；具有一定的技术探究、运用技术原理解决实际问题以及终身进行技术学习的能力；形成和保持对技术的兴趣和学习愿望，具有正确的技术观和较强的技术创新意识；养成积极、负责、安全地使用技术的行为习惯，发展初步的技术能力和一定的职业规划能力。

二、大纲的基本内容及学时分配

（一）概述（1学时）

1．通用技术课程开设的积极意义 2．通用技术课程开设情况 3．通用技术课程体系结构 4．通用技术课程教育价值 说明：

（1）要求学生了解通用技术课程在现行高中阶段开设的积极意义，同时明确大学中开设这门课程的目的。

（2）了解我国通用技术课程开设的情况，对国外通用技术课程开设情况也应有初步的了解。

（3）要求学生掌握高中通用技术课程体系及相互关系。（4）明确通用技术课程的教育价值，理解并掌握主体价值和共同价值。

（二）技术与设计（8学时）

1．技术及其本质 2．设计过程 3．设计的交流 4．设计的评价 5．结构与设计 6．流程与设计 7．系统与设计 8．控制与设计

说明：前面4项内容针对高中通用技术课程中“技术与设计1”，后面4项针对高中通用技术课程中“技术与设计2”，该部分内容是在高中《通用技术》中“技术与设计1”和“技术与设计2”内容上的延伸和提高。具体要求如下：

（1）要求学生从“技术指技艺”、“技术是物质手段”和“技术是指系统性行动知识”三个层面理解技术的概念；理解并掌握技术的性质。

（2）理解并掌握技术与设计的关系；了解设计的分类；理解设计的一般原则。（3）要求学生理解设计的流程与方法，理解技术试验的概念以及与科学实验的区别。（4）要求学生学会设计的表达方法以及设计的测试与评价。

（5）了解生活中的结构，认识结构的特点，熟悉结构的分类；重点掌握结构的强度与稳定性；了解结构的连接方式；结合前面设计的流程与方法，认识结构设计的步骤。

（6）要求学生认识生活中的流程，学会流程的设计，并能对生活中的流程进行优化。（7）认识生活生产中的典型系统，知道系统的分类，理解系统的基本特性；学会系统的主要分析与设计方法。

（8）要求学生认识生活、生产中的各种控制，理解并掌握闭环控制和开环控制的结构与特点，初步掌握控制系统的设计方法。

（三）技术与设计应用（7学时）

1．电子控制技术 2．简易机器人制作技术 3．现代农业技术 4．服装及其设计 5．建筑及其设计 6．汽车驾驶与保养 7．家政与生活技术

说明：技术与设计应用部分主要针对高中通用技术七个选修模块，是在高中通用技术七个选修模块的基础上的提高和延伸，可根据实际情况重点讲解其中的2-3个模块，也可以每个模块讲解1个学时，让学生初步了解各个模块的基本内容，认识各个模块与“技术与设计1”、“技术与设计2”的联系，为学生以后作为通用技术教师奠定一定的基础。各模块具体情况如下：

（1）“电子控制技术”模块主要要求学生初步掌握传感器、数字电路和电磁继电器相关知识，并能设计制作简易电子控制系统，通过电子控制系统设计及应用，让学生进一步对“技术与设计”部分的内容进行应用、综合和拓展。该部分重点要求学生掌握电子控制系统的简易设计方法与应用。

（2）“简易机器人制作技术”模块要求学生认识机器人的概念、分类，了解现代机器人的特点、关键技术及发展；了解机器人基本结构与组成，熟悉机器人中常用传感器；了解机器人简单控制程序设计过程与方法。本部分重点在于简易机器人的制作与调试、测试。

（3）“现代农业技术”模块要求学生了解品种资源的保护与引进；掌握无土栽培的概念、分类、优点以及管理；掌握病虫害的预测与综合治理；认识绿色食品的涵义、生产与加工等；了解农副产品的营销。

（4）“服装及其设计”模块主要要求学生了解服装史及发展趋势；认识服装的造型与色彩；了解服装材料、服装结构与工艺。

（5）“建筑及其设计”模块主要要求学生了解建筑历史与发展；认识建筑材料的基本性质与常见种类；理解建筑结构中的内力，了解建筑结构形式、构造及设计。

（6）“汽车驾驶与保养”模块主要要求学生初步了解汽车构造与工作原理，了解汽车驾驶的相关法规；理解汽车驾驶技术，了解汽车的选购与保养。

（7）“家政与生活技术”模块主要要求学生理解家庭含义，学会基本家庭教育方法，掌握家事管理的基本内容，了解家庭理财的含义与意义。

三、课程的实验环节

实验1：结构强度与稳定性探究实验

4学时

主要任务：巩固结构与设计，探究影响结构强度与稳定性的主要因素，动手搭建教学结构模型； 实验2：纸桥设计与制作实验

4学时

主要任务：通过纸桥的设计，进一步掌握设计的流程、设计的方法以及设计的评价，提高学生的设计能力和创新能力。

实验3：扫地机器人设计与制作实验

4学时

主要任务：学习控制与设计，学习XLAB图形化编程软件，分析各个部分的功能作用，实现扫地机器人的制作与控制软件设计。

实验4：恒温控制系统设计与制作实验（选作）

4学时

主要任务：掌握恒温控制系统的工作原理，设计并制作简易恒温控制系统，并学会调试与测试方法。

实验5：汽车模拟与驾驶实验（选作）

4学时

主要任务：了解汽车驾驶考试系统，进行驾驶基本知识和道路安全知识练习熟悉汽车各个环节的基本工作原理，了解汽车模拟驾驶器的操作。

四、与其它课程的关系

1．前期课程：大学物理、大学物理实验、电子技术、计算机基础及高级语言程序设计 2．该课程是前期课程的综合实践应用。

五、考试方式

考试方式：考查。

1．期末随堂开卷考试

占总成绩的60% 2．平时成绩（考勤、作业、课堂讨论、实验等）

占总成绩的40%

六、参考书

1．技术课程标准研制组：《普通高中技术课程标准（实验）解读》，湖北教育出版社，2004年。

2．马开剑：《普通高中技术教育研究》，华东示范大学2006届博士学位论文，2006年。3．顾建军：《技术与设计1》，江苏教育出版社，2009年。4．李蓉：《技术与设计2》，广东科技出版社，2008年。

5．黄坚：《自动控制原理及其应用》（第三版），高等教育出版社，2010年。6．顾建军：《电子控制技术》，江苏教育出版社，2008年。7．芮延年：《机器人技术及其应用》，化学工业出版社，2008年。8．王华芳：《花卉无土栽培》金盾出版社，1997年。

9．杨静：《服装材料学》（第二版），高等教育出版社，2007年。