通用技术《认识传感器》课件及其教案

第一篇：通用技术《认识传感器》课件及其教案

通用技术《认识传感器》课件及其教案 选

修

选修1：电子控制技术

电子控制技术是一门运用电子电路实现信息或能量改变的技术。本模块提供了学习设计和制作电子控制系统的机会，以使学生接触和尝试解决更具有趣味、更富有价值的技术问题。

本模块由“传感器”“数字电路”“电磁继电器”和“电子控制系统及其应用”四个主题组成。前面三个主题分别阐述电子控制系统的三个组成部分，突出各个组成部分的作用。第四个主题是将前三个主题组合成一个控制系统，并通过应用性设计，对“技术与设计1”和“技术与设计2”内容进行应用、综合和拓展。

通过本模块的学习，学生应该了解电子控制电路的构成，知道数字电路的基础知识及其在电子控制技术中的应用；学会设计和安装电子控制电路，能运用系统的方法分析电子控制的过程和可能发生的故障，并用试验的方法进行优化，以提高解决实际技术问题的能力。

教学中应密切结合学生的生活经验和典型实例，把重点放在电子控制电路的实际运用和改进上，强调综合运用系统和控制的方法，分析和解决设计中遇到的问题。

(一)传感器

【课程目标】

1．认识常见的传感器，能用多用电表检测传感器。

2．知道传感器的作用及其应用。

【学习要求】

1．能认识常见传感器的实物外形和电路符号。

2．能使用多用电表检测光敏传感器、热敏传感器等常见传感器。

3．知道传感器的作用和应用。

【教学建议】

1．在教学中，应尽量收集多种传感器实物，让学生从外形上认识常见的传感器。

2．在教学中，可通过人体的感觉器官与传感器的对应类比，引入并认识传感器的特性。

3．在传感器的应用案例教学中，可通过实地观察、调查、咨询、查阅产品说明书或有关的技术资料等多种方式，了解各种传感器在生活、生产、军事等方面的应用，分析它在电子控制系统中的作用。如：热敏传感器可以在自动电饭锅、冰箱等电器中用来控制温度。

(二)数字电路

【课程目标】

1．通过比较数字信号和模拟信号，了解数字信号的特性，知道数字信号的优点。

2．知道数字信号中“1”和“0”的意义，了解数字电路是一种能够方便地处理“1”和“0”两种状态的电路。

3．了解晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用。

4．熟悉与门、或门和非门等三种基本逻辑门的电路符号及各自的逻辑关系，会填写它们的真值表，能画出波形图。

5．知道与非门、或非门的电路符号及各自的逻辑关系，会填写它们的真值表，能画出波形图。

6．知道常见的数字集成电路的类型，并能用数字集成电路安装简单的实用电路装置。

7．能够对数字电路进行简单的组合设计和制作，并进行试验。

【学习要求】

1．通过比较数字信号和模拟信号，了解数字信号的特性，知道数字信号中“1”和“0”表示信号的“有”和“无”或电平的“高”和“低”状态。

2．熟悉“与”“或”和“非”三种基本的逻辑关系，能在生活中发现这三种逻辑关系的实例。用示意图分析、说明三种逻辑关系，并能用逻辑表达式表述。通过实验来判断逻辑门，让学生去感受这些“门”可以控制信息的流动。

3．了解晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用，能在电子线路实验板上搭接晶体三极管的开关作用电路。

4．能够对数字电路进行简单的组合设计和制作，并进行试验。

【教学建议】

1．本主题内容较为抽象，单纯讲解会很枯燥，因此，教学中要密切联系学生生活实际，通过大量的实例让学生学会分析事物之间存在的逻辑关系。还要注意收集数字电子产品的资料，组织“未来世界中数字技术的应用”讨论活动，帮助学生了解数字技术发展的动态和趋势。

2．关于数字信号优点的教学，可以让学生动手做数字信号和模拟信号的对比实验，以帮助学生理解。例如：

(1)将计算机中某一幅图片复制(或刻录)到其他存储介质上，比较复制件与原件的图像清晰程度有什么变化。

(2)将普通录像带中的某一段画面翻录到另一盘录像带上，比较翻录带与母带的影像清晰度有什么变化。

3．对复杂的数字集成门电路，建议不作详细的电路结构剖析和逻辑关系的具体分析，只要求学生知道它是由成百上千甚至上万个基本门电路组成的一只“黑箱”，用“黑箱”方法避开对复杂的信息流动过程的解释，将重点放在用数字电路解决实际问题的应用上，以体验数字电路应用的广泛性。

4．在教学中，可以使用电子工作平台(EWB)，用虚拟的方法对基本逻辑门电路、组合门电路等进行逻辑关系实验。

5．对于数字电路简单的组合设计和制作的教学，可组织学习小组，让学生使用数字集成电路设计并搭接2～3个不同的简单电路，如变调的电子音乐门铃、光控报警器、延时路灯等，然后，将其组合成具有新功能的实用电路，并进行小组交流。

(三)电磁继电器

【课程目标】

1．知道常见的继电器可分为电磁继电器和无触点继电器两大类。

2．了解常见的直流电磁继电器的构造、规格和工作原理。

3．学会直流电磁继电器的使用。

4．知道可控硅的构造和电路符号。

5．了解可控硅的简单的工作原理。

【学习要求】

1．知道常见的继电器可分为电磁继电器和无触点继电器两大类，了解常见的直流电磁继电器的构造、符号。

2．知道常见直流电磁继电器的接点有常开、常闭和转换接点等三种类别，以及继电器的额定工作电压、线圈直流电阻、触点数目等参数。学会选用直流电磁继电器。

3．能用有转换触点的直流电磁继电器搭接一个电路，了解常见的直流电磁继电器的工作原理和工作过程，学会直流电磁继电器的使用方法。

4．知道可控硅的构造和电路符号，了解可控硅的简单工作原理，能搭接一个用可控硅控制电灯亮度的电路。

【教学建议】

1．教学中，可准备一张继电器结构挂图,图上不标出名称,让学生根据挂图说出名称。

2．教师可引用继电器在电子控制系统、触电保护、电流过载以及在高压、高温和有毒环境下的应用等实例，引导学生比较电磁继电器和可控硅在应用中的优缺点，并进行交流。

3．可控硅工作原理是本主题教学的难点，因此，可采用演示试验或分组试验的教学方式，让学生在试验中观察、分析现象，总结规律。

(四)电子控制系统及其应用

【课程目标】

1．知道电子控制系统的基本组成。

2．能用方框图分析生活中常见的电子控制系统的工作过程。

3．能用数字集成电路等器件安装简单的实用电路，并进行调试。能用该电路设计和安装开环控制系统。

4．能设计和安装简单的闭环控制系统，并进行调试和改进。

5．了解常见遥控系统的组成、分类及其应用。

6．能用集成电路设计和安装简单的遥控系统，并进行调试。

【学习要求】

1．理解电子控制技术的含义，了解它的广泛应用。知道电子控制系统是以电子技术为核心的系统，要求用系统的思想和方法分析与把握电子控制系统的整体性、相关性和目的性。

2．知道最基本的电子控制系统由输入、控制和输出等三个部分组成，其中输入部分大多由传感器等器件组成；控制部分通常由数字电路(如触发器)、单片机或计算机等组成；输出部分一般由电磁继电器等器件组成。

3．会用方框图表示信息流动的方向，能用方框图分析生活中常见的电子控制系统的工作过程。

4．知道开环电子控制系统和闭环电子控制系统的区别，知道反馈在电子控制系统中的作用。

5．了解常见的遥控系统由发射电路、接收电路和执行机构等组成，知道常见的遥控系统有红外线遥控系统和无线遥控系统等，了解遥控系统的应用。

6．能用集成电路设计和安装简单的遥控系统，并进行调试。

【教学建议】

1．本主题的教学重点应放在电子控制系统的应用性设计上，教学中采用实用电路的设计，化解设计电路原理图的难点，便于学生较容易地完成多方案设计。

2．虽然学生在《技术与设计2》中已学过对控制量和被控制对象的分析，但它仍是教学中的难点，特别是闭环电子控制系统中输出部分的组成比较复杂，各种控制和被控制的关系不太明显，教学中应结合生活中的实例边演示边讲解。

3．对遥控系统的设计和安装的教学，没有规定用无线电遥控或红外线遥控，建议不要展开，只要求单通道的遥控系统。教学中，可采用小组活动、分工合作的方式，设计和制作一个单通道无线电遥控电路，然后，应用这一电路设计一个具有实用价值的电铃(或电灯等)遥控系统，并在试用过程中加以改进。

4．本主题是将前三个主题组合成一个控制系统,并通过应用性设计,对必修课“技术与设计1”和“技术与设计2”中的内容进行应用、综合和拓展，进行电路的组合、改进和应用设计(即技术的二次开发)。例如用集成电路安装一个电子温控电路,然后用这一电路设计和制作一个能控制水壶煮水的自动控制装置。

选修2：建筑及其设计

“建筑及其设计”是建筑技术的重要内容。本模块有利于进一步增强应用技术的意识，培养学生的人文素养，提高学生的生活情趣。

本模块由“建筑与文化”“建筑结构及其简单设计”“建筑材料及其加工”和“建筑构造及其设计”四个主题组成。通过本模块的教学，学生应该理解建筑与文化的关系；了解常用的建筑材料及其加工设备与工具，学会一些加工技能；了解建筑构造及构件的主要技术知识；能进行简单建筑结构与构造的设计，理解与设计有关的法规。

教学中应引导学生注意，设计每一个构件都要考虑部分与整体以及部分之间的关系。建筑质量和建筑污染是关系到人民生命财产安全的重大问题，应注意利用正反两方面的例子，增强学生的质量意识、环保意识与安全意识。建筑具有丰富的文化内涵，在教学中应注意建筑设计的人文性与时代性。

(一)建筑与文化

【课程目标】

1．理解建筑是民族文化艺术的结晶和时代风貌的写照，了解建筑的发展与人类文明的关系。

2．了解我国和当地房屋建筑的特色，能分析当地房屋建筑特色的产生原因。

3．通过对典型建筑的欣赏，学会从不同的角度对建筑物进行评价。

【学习要求】

1．了解建筑的发展与人类文明的渊源关系，理解建筑是人类走进文明时代的标志之一。

2．知道建筑是技术与文化的结晶，是人类物质文明与精神文明的产物，是社会发展水平的综合反映。

3．了解我国和当地房屋建筑的特色及其产生的原因，进一步体会家乡之美，达到领悟、内化。

4．通过对典型建筑物的欣赏，了解建筑风格与建筑艺术不仅表现了民族文化传统，而且还反映了当时的社会经济发展状况；知道典型建筑所表现出的特有的艺术性、民族性、时代性、地域性等特点，学会从不同的角度去评价建筑物的建筑文化。

5.能根据建筑物类型和人们不同的需要,分析不同的建筑物发挥着各种不同的功能作用，能分析建筑的基本要求和个性特点。

【教学建议】

1．本主题的教学要重视学生的活动和体验。例如：“建筑——走进文明时代的标志之一”这一主题，主要的学习方式是活动体验，教学中要组织学生围绕建筑与文化的关系展开活动，引导学生用自己的生活经历去解读、品味、鉴赏，理解建筑是民族文化艺术的结晶和时代风貌的写照。

2．教师在专题教学前要有整体的教学计划，如围绕“建筑与人类文明的渊源”关系，要注意收集人与建筑、建筑与文明、建筑与文化等方面的信息资料，以保证有序有效的课堂教学。

3．中国的历史建筑中反映了中国的灿烂文化，各地的房屋建筑更是反映了当地的风土人情和地理环境，教学中要引导学生通过文本、音像、图片资料的收集，分析其建筑特点及产生的原因，通过调研、走访、游览、参观等校外活动，使学生深入了解祖国的民族建筑和现代建筑及当地的建筑，增进他们热爱祖国和家乡的感情。

4．在引导学生分析建筑文化时，应抓住典型建筑所具有的艺术性、民族性、时代性、地域性等方面的特征。

5．教学中要组织各种活动项目，让学生通过具体的活动，了解建筑物的各种不同功能作用、建筑的基本要求和建筑的个性特征。

6．教学中，要引导学生结合所学知识，对不同风格、不同类型、不同功能的建筑物进行评价。

(二)建筑结构及其简单设计

【课程目标】

1．了解建筑结构的含义，知道某一建筑物的结构类型。

2．了解拱券结构、桁架结构、悬索结构常见的建筑结构受力情况。能通过简单建筑物的案例、分析影响其稳定性和强度的主要因素。

3．能设计简单的建筑结构，并制作模型。

【学习要求】

1．通过对建筑物上荷载的重力作用及建筑结构的基本构件、受力构件、非受力构件的认识，了解建筑结构的含义。

2．了解结构的常见类型，知道某一类建筑物的结构类型。

3．在探索建筑结构的受力过程中，了解拱券结构、桁架结构、悬索结构等常见建筑结构的受力情况，并尝试对所设计的建筑结构进行受力分析。

4．通过对构件的连接方式、建筑材料、结构类型、建筑的高宽比、地基变形等进行分析，了解影响建筑物结构稳定性和强度的主要因素。

5．能根据建筑结构的安全性、适用性、耐久性等的功能要求，会对建筑结构的结构选型、结构布置、结构受力进行分析，能对建筑结构进行简单的设计。

6．能根据建筑结构设计制作的步骤，选择不同的材料进行模型制作。

【教学建议】

1．教学中要注意情景创设，案例分析，引导学生了解荷载的含义和荷载的几种现象。建议采用试验法分别进行各种荷载试验并作正确的判断，将试验结果记入设计好的表格中。

2．通过有组织、有目的、有计划的调研活动，实地了解建筑结构，观察建筑结构中的受力构件和非受力构件，记录文字、图片等资料，并在班级进行交流。

3．对于建筑结构类型的教学，要引导学生了解常见的砖混结构、砖木结构、钢筋混凝土结构等结构类型，并学会对其中的某一类结构进行分析比较，引导学生观察身边的建筑，指出它们的受力构件是由什么材料建造的。

4．试验是解决建筑结构受力分析的最佳途径。教学中要创设情景引导学生对典型结构进行试验，如拱券结构、悬索结构、框架结构等。试验材料的选择要体现多样性，如纸、木、金属、塑料等，通过试验分析观察它们在荷载作用下的受力情况，并作好试验记录，形成试验报告，进行交流。

5．影响结构稳定性和强度的因素很多，教学中要引导学生正确地从构件的连接方式、建筑材料、结构类型、建筑的高宽比、地基变形等方面进行分析、试验，并在此基础上找出影响建筑结构稳定性和强度的其他因素，如外力因素、自然因素、人为因素、技术条件等。

6．教学中要引导学生对结构功能要求的安全性、适用性、耐久性等作具体的分析，分析的形式应体现多样性，可以是间接的图示分析，也可以是直观实体分析。还要引导学生在结构设计中考虑性价比。

7．教学中应引导学生从结构选型、结构布置、结构受力分析及构件设计、连接设计等具体内容中进行科学的分析，并根据现实生活中的实例对房屋的功能、空间、建筑外形等结构类型，结构构件的具体位置以及建筑结构受力和荷载的安全可靠性，不同材料的构件设计等进行具体的分析、试验，在知觉、感受、体验实践中完成建筑结构设计的学习任务。

8．简单建筑结构的设计与模型制作是学生直接感受建筑结构设计的有效途径。教学中应引导学生发挥想像，经过多种类型、多种材料的试验，选择最简单的类型和材料，按照结构设计的步骤进行简单建筑结构模型的制作。

(三)建筑材料及其加工

【课程目标】

1．知道常用建筑材料的种类，熟悉其中1～2类材料的性质、规格型号和用途。

2．能分析使用不合格建筑材料与选用材料不当可能造成的环境污染等危害，初步学会选择适用的建筑材料。

3．初步学会1～2种常用建筑材料的加工方法、连接方法及其工艺。

【学习要求】

1．知道建筑材料的含义，能根据建造房屋、修建道路和桥梁的不同要求，分别列举出它们所需的主要建筑材料。

2．了解建筑材料的不同分类，熟悉1～2类常用建筑材料的性质、规格、型号和用途。

3．了解建筑材料的基本性质，并能够通过小试验，对建筑材料的弹性与塑性、韧性与脆性、强度、硬度等进行测定，理解建筑材料的基本性质对建筑物的重要性，初步学会运用木材、玻璃等建筑材料进行加工和连接，掌握基本的操作。

4．了解建筑材料对建筑物质量、建筑物结构类型、建筑物造价和建筑物美观的影响，通过案例分析由于建筑材料运用不当和不合格建筑材料所造成和环境污染等危害。

5．了解建筑材料在满足使用功能和质量要求外的高性能化、复合化与多功能化等发展趋势，初步学会选择适用的建筑材料。

【教学建议】

1．对建筑物的材料的认识，可采用图片分析和实景分析，引导学生识别房屋建造、道路桥梁建造的主要建筑材料。建筑材料的分类是非常丰富的，教学中应引导学生对常见的建筑材料进行分析，并进一步了解其他建筑材料。熟悉1～2类常用建筑材料的性质、规格、型号和用途。

2．可以通过小试验的方法，对实体建筑材料的物理性质、力学性质和安全使用等进行分析，试验的材料选择最好是常见、易得的，如木材、塑料、砖、石、玻璃等，试验中应做好数据记录与分析。一定要注意安全，防止发生伤害事故。教师要引导学生确定主题结构，制订设计方案，选择可加工或半成品的材料进行连接制作，同时结合制作工艺流程，让学生养成严谨的工作态度和一丝不苟的工作作风。

3．建筑材料对建筑物的质量、结构、造价和美观起着十分重要的作用。教学中要引导学生对校内和周边建筑作调查研究，进行分析交流，指出其不合理之处并提出改进方案。

4．教学中要引导学生通过信息收集，整理归纳出各种不同的新型建筑材料，并选择1～2种典型的新型建筑材料与传统建筑材料进行比较与分析。了解土木工程史上的三次飞跃，并大胆想像可能还会出现哪些变革，提出自己的设计思路。

(四)建筑构造及其设计

【课程目标】

1．了解建筑构造的含义，知道某一类建筑物的构造类型。

2．理解各类公共建筑和居住建筑构造与人的行为、生理及心理要求之间的关系。

3．了解2～3类建筑构件的用途、特点，理解设计该构件时要注意的问题(包括建筑设计中的安全要求及有关建筑法规)。

4．能设计或改进简单建筑构件，并能绘制设计草图。

5．能根据设计方案选择加工工具、量具、设备及加工方法，并制作所设计建筑物的模型或构件(或模型)。

6．能考虑多方面的因素对设计方案及其制作品进行评价。

【学习要求】

1．认识建筑构造，知道建筑物是由基础、楼梯、门、窗、墙体、屋顶等构件组成的，能对建筑物的构造类型进行分析。

2．能围绕建筑物的基本建筑构件，了解建筑物主要构件的功能和构造特点，使学生对各个常见构件有更准确的认识。

3．通过对建筑构造的外力因素、自然因素、人为因素和技术条件的分析，能够明确在影响建筑构造时应有针对性地采取相应的构造措施。

4．学会观察并发现生活中建筑构造设计是怎样体现以人为本的思想，通过对建筑构造设计具体要求的学习，理解建筑是为了人而设计的。

5．通过对建筑构件的设计理念的理解，学会围绕门窗或楼梯构件进行设计，能用木、纸等材料制作设计模型。

6．学会设计过程中的草图、正规图的绘制，通过多方面的分析、比较，能对设计过程、设计构件进行修改完善，同时还要适时地对设计情况和制作情况进行有效的评价。

7．在学习与设计建筑物构件时还要了解我国已经制定的各种规范标准，例如：在我国建筑设计时必须首先满足《民用建筑设计通则》〔JGI37—87〕等规范要求，在构件的构造设计时也有一些相关的设计规范等。

8．要学会根据构件设计方案选择使用的工具、量具和专业设备以及科学的加工方法。

9．能够利用石材、水泥、木材、玻璃、塑料、金属等建筑材料，根据设计要求和加工方法制作建筑物的模型或构件。

【教学建议】

1．对于建筑物的构造类型的教学，可以采用分组活动的教学形式，确定主题方案，到社区、家庭、厂矿、学校、公共场所、商店等地方进行调研，进行实践体验，获得信息，并在全班进行交流，还可以通过网络获取相关的信息。

2．对于建筑物的基本构件的教学，可以采取观察法、对比法、讨论法，有条件的学校可采用试验法，选择基础、墙体、楼梯、屋顶、门窗等构件中的1～2个基本建筑构件进行分析或试验，并对结果进行评议。

3．教学中要注意收集网络信息、图片资料或实例，引导学生观察、分析影响建筑物构件的因素有外力因素、自然因素、人为因素、技术条件因素等。

4．理解建筑构造设计中以人为本的思想。教学中要引导学生熟悉一些科学的建筑构造，应用对比的方法对身边不合理的建筑物构造进行调研，并用摄影或摄像的方法将资料收集起来，在班级交流，让学生更直观地了解建筑物构造的设计必须考虑人的因素。

5．对于建筑物构件设计的教学，要引导学生通过查找建筑设计、建筑施工、建筑构件标准等规范文件，学习了解相关建筑法规，并知道这些法规在建筑构造中的作用。

6．在建筑构造施工中，工具、设施、设备是不可缺少的组成部分，教学中要利用网络、图片和实物帮助学生了解这些工具、设备。

7．教学中要引导学生学会用一般的建筑材料，如：水泥、黄砂、石膏、玻璃、塑料、金属材料、木材等，进行建筑模型或建筑基本构件的设计与制作。同时还要学会这些材料的加工方法，选择材料时不宜太多，一般以1～2种建筑材料为宜。

选修3：简易机器人制作

本模块为学生提供了宽广而丰富的想像空间，有利于学生创新精神的培养和实践能力的提高。简易机器人制作所用的材料价格低廉，对学校设备要求不高，容易在一般中学开设和推广。

本模块由“单片机及其控制程序”“单片机与控制电路”和“单片机与传动机械”三个主题组成。内容涵盖了计算机、传感、智能信息处理、控制和机械等基础技术，体现了现代信息技术与传动机械技术的综合、软件技术与硬件技术的结合，有利于拓展学生技术学习的视野。

本模块中，虽然编程语言和传动机械占了比较多的篇幅，但教学重点还是在设计和制作上。在教学中，应加强系统思想方法和技术试验方法在新的学习情景中的应用和指导。

(一)单片机及其控制程序

【课程目标】

1．知道单片机的特点及应用。

2．知道单片机的基本组成及工作过程。

3．知道单片机集成电路引脚的功能。

4．了解一种单片机编程语言，掌握一种单片机常用的编程指令。

5．学会用指令编制简单控制的程序，并能根据试验进行修正。

6．能操作单片机编程器将编写的程序烧结固化。

【学习要求】

1．了解单片机的特点、应用以及产生的原因。知道单片机实际上是一台微型计算机，它具有一般计算机的主要结构，但又比PC机要简单很多。

2．了解单片机的基本组成及工作过程。

3．能结合电路图和实物认识引脚的功能。

4．理解机器语言、汇编语言、高级语言的区别；了解单片机编程语言的选择过程。掌握一些最基本的指令。如：汇编语言的常用指令一般在10条左右。学会一般单片机的选用。

5．理解程序指令执行的一般过程；掌握一种汇编语言中的一些常用汇编指令(如：mov、load、add、sub等；亦可使用某一种高级语言)。

6．能结合实际例子会使用一些常用的特殊寄存器。

7．会画程序流程图、能读懂简单程序，并能调试、检查程序；能通过试验发现编程中的问题，然后探究如何去修改。

8．能通过编程器把程序烧结到单片机的存储器中，使单片机能按照程序进行工作。

【教学建议】

1．对于单片机的特点和应用的教学，可在列举单片机的特点的基础上，介绍单片机在工业、农业等领域和日常生活中的应用实例。

2．在教学过程中要避免过于专业化，简易机器人语言部分的教学，只要求对汇编语言作简要介绍，编程则采用学生方便使用的图形化语言。但建议教师在教材的基础上进一步学习有关的基础知识和操作技能。

3．在讲解编程的过程中，教师可以结合实际开展相关活动，如调查一个交通路口的行人流量、自行车流量和汽车流量，制定出交通红绿灯翻转时间间隔的合理方案，设计和制作一个用单片机控制的交通信号灯控制模型，并进行模拟试验。

4．在单片机的编程的教学中，可采用分组的形式，设计不同的程序，使单片机控制的彩灯组出现各种不同的发光形式，如奇数发光二极管发出闪光、偶数发光二极管发出闪光和逐个发光。在电子实验板上搭接电路进行试验，并将这些设计成果应用于实际。比如，为广告牌四周设计和制作一个逐个闪烁发光的循环彩灯组。教师可以给出基本的外围实验电路，由学生编写相应程序，进行调试、检查、烧结等。

5．关于单片机型号的选用，由于只涉及简易机器人的制作，所以只要求使用一块单片机。至于单片机型号的选择，可以根据学校实际情况选用。

6．在教学过程中要充分应用“任务驱动”的思想，先提出任务，创设一定的情景，让学生产生主动探究的欲望。

(二)单片机与控制电路

【课程目标】

1．了解电子控制系统的基本组成，知道单片机是一种使用广泛的控制电路。

2．知道常见的传感器及其作用。

3．了解继电器的结构和工作原理，并能掌握简单的使用方法。

4．能用传感器、单片机和继电器等安装一个简单控制装置，并进行试验。

【学习要求】

1．知道常见的传感器，认识常见传感器的外形和电路符号。

2．认识传感器的作用是能够采集和检测外界非电量变化的信号，并把它转换成为电信号。

3．了解直流电磁继电器的结构。并能通过阅读直流电磁继电器的结构图，了解其工作原理。掌握直流电磁继电器简单的使用方法。

4．能用传感器、单片机和继电器等安装一个简单控制装置，并进行试验。

【教学建议】

1．对于传感器的教学，仅要求了解传感器的外部特性，对内部结构、工作原理不作深究。

2．可以指导学生设计由传感器、单片机和发光二极管等组成的1～3种在夜晚才能工作的循环彩灯控制系统，并在电子实验板上搭接电路后进行试验。

3．可以指导学生设计一辆遇到障碍就转弯的碰碰车，加深对单片机控制电路的理解。教师可事先准备好基本机械部分，学生完成传感器、继电器的安装以及控制程序的编写与调试。

4.在继电器的教学过程中，结合单片机与控制程序，利用继电器对直流电动机进行转动方向和速度控制；建议补充脉宽调制知识。

5.使用了传感器以后，对编程的设计要求较高。教师要加强对学生的指导。

(三)单片机与传动机械

【课程目标】

1．知道一般机械的组成，了解常见的机械传动的方式。

2．了解常见齿轮传动的特点、形式和应用，会计算简单的齿轮传动比。

3．能按照装配图样安装简单的齿轮装置，并进行调试。

4．了解常见的连杆传动机构的结构及其应用，能设计和制作简单的连杆装置。

5．能设计一个简单的电动机械，并进行安装和调试。

6．能设计和制作一个由传感器、单片机、继电器、电动机和传动机械等组成的简易机器人或简单的自动控制系统，并能通过试验完成2～3个规定的动作。

【学习要求】

1．知道一般机械的组成，了解常见的机械传动方式。

能从系统的整体性、相关性和目的性等特性出发，了解一般机械的组成。

知道传动机械在一般机械中的作用，了解常见的机械传动。

2．知道常用的平行连杆机构，掌握四连杆机构形成的条件。

3．了解常见齿轮传动的特点、形式和应用，会计算简单的齿轮传动比，能根据装配图安装简单的齿轮传动装置，并进行调试。

4．了解常见的连杆传动机构的结构及其应用，能设计和制作简单的连杆装置。

5．能设计和制作一个由传感器、单片机、继电器、电动机和传动机械等组成的简易机器人或简单的自动控制系统，并能通过试验完成2～3个规定的动作。

【教学建议】

1．对于机械部分的教学，应根据实际情况组织学生调查周围环境中的机械传动装置，分析其结构和工作过程，画出简单的结构草图。如伸缩晒衣架、挖土机的机械手臂、消防车的升降云梯等。

2．齿轮传动是机械传动的一种重要形式，需要重点讲解。可以利用现有的机器人器材进行教学，让学生对齿轮传动有感性的认识。

3．在连杆传动机构的教学中，教师应留出足够的时间让学生自己动手操作，在做中了解连杆传动机构的结构和应用范围。

4．机器人技术是一门综合性非常强的课程，它所涉及的知识非常广，包括程序设计、电子技术、传感器技术、机械传动技术等。可借助当前成熟的教育机器人平台组织教学。

第二篇：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

第三篇：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．

第四篇：《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。

第五篇：传感器原理及检测技术

传感器原理及检测技术

（工程硕士）考试题

1、简要说明非电量电测法的基本思想。

2、简要说明传感元件与敏感元件的作用及区别。

3、简述现代测量系统由那几部分组成及各部分的功能与特点。

4、何为传感器静态特性？静态特性主要技术指标有哪些？何为传感器动态特性？动态特性主要技术指标有哪些？

5、系统误差，随机误差及粗大误差产生的原因是什么？对测量结果有何影响？从提高测量精度来看，应如何处理这些误差？

6、说明误差的分类，以及各类误差的性质，特点及对测量结果的影响？

7、某测量系统的频率响应曲线H(j)1，若输入周期信号10.05j

x(t)2cos10t0.8cos(100t300)，试求其响应y(t)。

8、有一个传感器，其微分方程为30dy其中y为输出电压(mV),x3y0.15x。

为输入温度(0C)，试求传感器的时间常数和静态灵敏度S。

9、根据磁电式传感器工作原理，设计一传感器测量转轴的转速。要求画出原理结构简图并说明原理。

10、谈谈你对传感器原理及检测技术这门课程学习的体会及建议，你认为检测技术将来的发展方向是什么？

要求：每道题必须认真完成。