传感器原理及应用 划重点重点

湖北省高等教育自学考试大纲

课程名称:传感器原理及应用 课程代号:6016 关于大纲的说明与考核实施要求

一. 考核的能力层次表述

在大纲的考核要求中,提出了“识记” 、 “理解” 、 “应用”等三个之间是递进等级关 系,后者必须建立在前者的基础上,它们的含义是:

1、 识记:要求应考者能够记忆本课程中规定的有关知识的主要内容,如有关的名词、 概念、知识的含义,并能正确认识和表述,并根据考核的不同要求,做出正确的理 解,是低层次的要求。

2、 理解:要求应考者应该掌握的课程中得知试点,在识记的基础上,能全面把握基本 概念、基本原理、基本方法,能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系,使较高 层次的要求。

3、 应用:在理解的基础上,能运用基本概念、基本原理、基本方法联系学过的多个知 识分析和解决有关的理论问题和实际问题,是最高层次的要求。

二.关于命题和考试的若干规定

1、本大纲各章所提到的考核要求中,各条细目都是考试的内容,试题覆盖重点章节,加大 重点内容的覆盖密度。

2、试卷对不同能力层次要求的试题所占的比例大致是:“识记” 20%; “理解” 30%; “应用” 50%

3、试题难易程度要合理,可分为四档:易、较易、较难、难,这四档在试卷中不同难度试 题的分数比例一般为:2:3:3:2。

4、每份试卷中,各类考核点所占比例约为:重点占 65%,次重点占 25%,一般占 10%。

5、本课程考试试卷主要题型一般有单项选择题、多项选择题、填空题、名词解释题、简答 题、应用题。

6、考试方式为闭卷、笔试、考试时间为 150分钟,评分采用百分制。 60分为合格。

三. 题型举例

一、单项选择题

1.热电偶可以测量( 。

A .压力 B .电压 C .温度 D .热电

二、多项选择题

1、传感器又称为( 。

A .变换器 B .敏感元件 C .检测器 D .探测器 E. 传感元件

三、填空题

1.热电偶中热电势的大小仅与

状及温度分布无关。

四、名词解释

1.什么叫传感器?它由哪几部分组成?

五、简答题

1. 差动变压器式传感器的等效电路包括哪些元件和参数?各自的含义是什么?

六、应用题

一台变间隙式平板电容传感器,其极板直径 D=8mm,极板间初始间距 d 0=1mm.,

极板间介质为空气,其介电常数 ε0=8.85×10-12F/m。试求:

(1初始电容 C 0;

(2当传感器工作时,间隙减小 ∆d=10µm ,则其电容量变化 ∆C 。

一、考核内容与考核目标

第一章 传感器概论

(一 学习要求

***掌握传感器的定义、组成、分类, 了解传感器在科技发展中的作用及发展动向。 第二章 传感器的一般特性

(一 学习要求

掌握传感器静态特性的性能指标, 掌握传感器的动态特性:频率响应特性和瞬态响 应特性,以及时域动态性能指标,了解传感器的数学模型。

(二 考核知识点与考核要求

1、 传感器的静态特性

1. 1识记:(1传感器的静态特性的含义, (2 线性度、灵敏度、迟滞、 重复性的含义 , (3传感器的动态特性的含义, (4传感器的标定。 1. 2理解:(1传感器的静态特性的重要性能指标 。 (2传感器的数学模 型。 (3传感器的动态特性频率响应和瞬态响应

2、传感器的动态特性

2. 1 识记:(1传感器的动态特性的含义。 (2传感器的数学模型。 2. 2 理解:(1研究传感器的动态特性的方法。 (2 传感器动态特性及其性 能指标的概念。

3、 传感器的无失真测试条件和传感器的标定

3. 1识记:(1传感器无失真测试满足条件。 (2传感器的标定的方法 第三章 传感器中的弹性敏感元件

(一 学习要求

本章重点掌握弹性敏感元件的基本特性、形式,理解弹性敏感元件的应用范围。了解弹 性敏感元件的材料要求。

(二 考核知识点与考核要求

1、传感器的弹性敏感元件的基本特性

1. 1识记:弹性特性、弹性滞后、弹性后效、固有频率的含义。

1. 2理解:弹性敏感元件的基本特性表示形式及曲线形式。

2、传感器弹性敏感元件的应用范围及参数计算

2. 1 识记:传感器弹性敏感元件部分应用范围,如弹性圆柱、悬臂梁等直接给出计算 公式,不需要推导

第四章 电阻应变式传感器

(一 学习要求

1掌握电阻式传感器的定义、类别、工作原理和用途,一般了解线性电位器的空载 和负载特性。

2一般了解应变片的结构和分类,粘贴工艺。

3掌握电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法

4掌握应变测量桥路的种类,电桥的工作特性。转换电路的形式及计算

重点:电阻应变片(计的工作原理、测量电路及其应用

难点:电阻应变式传感器的特性分析和信号调理技术

(二考核知识点及考核要求

1、电阻应变片的种类和电阻应变片的工作原理。

1. 1识记:金属的应变效应、应变片的结构,电阻应变片的种类、材料、参数。

1. 2 理 解:电阻应变片的特性、工作原理。

2、电阻应变片的温度误差与补偿

2. 1识记:温度误差产生的原因,电阻与温度的关系。

2. 2理解:温度误差的补偿方法,重点桥路补偿法。

3、电阻应变式传感器的测量电路

3. 1识记:测量电桥的工作原理:平衡电桥与 不平衡电桥。

3. 2理解:应变测量桥路的种类,电桥的工作特性。电阻应变仪。

3. 3应用:电阻应变片的测量电路。各电阻应变式传感器的应用应变式力传感器应 变式压力传感器 应变式加速度传感器。

第五章 电容式传感器

(一 学习要求

理解并掌握不同类型的电容传感器构造原理及其用途,并结合应用设计电容式传 感器,

分析各种电容式传感器测量电路特点:交流不平衡电桥、二极管检波电路、 差动 脉宽调制电路和运算法测量电路。理解静态特性, 设计要点, 转换电路,电容式传感器 的应用。 了解容栅式传感器工作原理。 熟悉电容式传感器设计方法及其典型工程应用技 术。

重点 :电容式传感器的工作原理、测量电路及其应用。

难点 :差动电容式传感器的特性分析。

(二 考核知识点与考核要求

1、电容式传感器的工作原理及结构形式

1. 1识记:(1电容式传感器的特点,电容传感器的表达式及结构形式, (2电

容传感器的灵敏度及非线性。

1. 2 理解:掌握变间隙式、变面积式及变介电常数式三种电容传感器的工作原 理,灵敏度与非线性误差的矛盾关系及解决办法。

1. 3 应用:电容传感器的工作原理及计算。

2、电容式传感器的测量电路

2. 1识记:分析各种电容式传感器测量电路特点:交流不平衡电桥、二极管检波 电路、

脉宽调制电路和运算法测量电路。

2. 2理解:掌握电容式传感器配用的测量电路的工作原理 。

3、影响电容传感器精度的因素

3. 1识记:了解分布电容对其应用的影响,温度对结构尺寸的影响,温度对介质 介电常数的影响,漏电阻的影响 。

第六章 电感式传感器

(一 学习要求

掌握自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,主要误差及补 偿方法,电涡流式传感器工作原理。理解自感式传感器特性分析、等效电路、转换电路,电 涡流的形成范围。 了解差动变压器式传感器的转换电路, 电涡流式传感器转换电路, 应用举 例。

重点 :电感式传感器的工作原理及其应用;信号调理电路

难点 :电感式传感器的特性分析。

(三考核知识点与考核要求

1、变磁阻传感器工作原理及特性

1. 1识记:按工作原理分类:变阻式、变压器式和涡流式,理解变磁阻传感器的等效电 路, 单线圈电感传感器和差动式电感传感器的结构、 工作原理、 可测量及测量范围与灵敏度 和线性度之间的关系。

1. 2理解:(1 变磁阻式传感器的工作原理,表达式,电感与气隙的关系。 (2电感 式传感器的输出特性分析和结构,分具有小气隙的电感式传感器和螺管式电感传感器分析。 2、差动变压器

2. 1识记:(1差动变压器的工作原理、输出特性。 (2一般了解差动变压器配用的差 动相敏检波电路的工作原理和基本特性,差动整流电路的工作原理。

2. 2 理解:(1差动变压器式传感器结构种类。 (2差动变压器的灵敏度与初始平衡 位置的气隙大小的关系。

2. 3 应用:差动变压器的信号调节电路。

3、涡流式传感器

3. 1识记:(1电涡流式传感器的类别。 (2电涡流式传感器配用测量电路工作原理。 3. 2 理解:掌握电涡流式传感器的基本结构、工作原理及其工作特性。

第七章 压电式传感器

(一 学习要求

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。超声波传感器、探伤仪,无损检测。

重点:压电效应、测量电路

难点:压电材料的压电机理、电荷放大器与电压放大器的对比。

(二 考核知识点与考核要求

1、压电式传感器的工作原理

1. 1识记:压电效应的概念,纵向压电效应和横向压电效应;石英晶体在直角坐标系 中的三个轴名称;

1. 2 理解:(1压电式传感器的工作原理。 (2正压电效应与逆压电效应的区别。 (3 压电效应的表达式即力与电荷的关系。 (4压电效应的物理解释。

2、压电材料

2. 1 识记:压电材料分两类:压电晶体和压电陶瓷;单晶体和多晶体;压电材料的特 性要求。

2. 2 理解:(1多晶体的压电特性,压电陶瓷的极化:未加电场和加电场。 (2压 电陶瓷力与电荷的关系。 (3压电元件的基本变形。

3、压电式传感器的等效电路

3. 1 识记:压电元件两电极间的压电陶瓷或石英晶体为绝缘体,因此可以构成一个电 容器,其电容量的表达式

3. 2 理解:(1压电式传感器的等效电路可等效两种形式:电荷等效电路和电压等效 电路。 (2 压电材料的并联和串联的两种形式。

4、压电式传感器的调节电路

4. 1 识记:前置放大器的两个作用。

4. 2 理解及应用:电压前置放大器与电荷前置放大器的区别及特点;

5、压电式传感器的应用

5. 1 识记:压电式加速度传感器的结构,

5. 2理解:(1压电式加速度传感器的工作原理, (2压电式加速度传感器的频率响 应特性及其应用频率范围的确定方法。

第八章 磁电式传感器

(一 学习要求

理解并掌握磁电式传感器的工作原理及应用,熟悉磁电式传感器的设计方法。 重点:磁电式传感器的工作原理及其应用。

难点:磁电式传感器的特性分析。

(二 考核知识点与考核要求

1、磁电式传感器的工作原理及应用

1. 1识记:(1磁电式传感器基于电磁感应原理的传感器,其表达式。 (2磁电式传 感器的分类。

1. 2理解:(1动圈式磁电式传感器的工作原理,结构组成,产生感应电势的表达式。 (2磁阻式磁电传感器的工作原理,结构组成,产生感应电势的表达式。

1. 3应用:动圈式磁电式传感器和磁阻式磁电传感器的应用和应用场合。

2、磁电式传感器的频率响应特性

2. 1 识记:了解磁电式传感器的频率响应特性, 磁电式传感器是惯性拾振器,磁电式速度

传感器与相对速度的关系。

第九章 热电式传感器

(一 学习要求

掌握热电偶的结构、热电势产生的条件、测温原理、基本定律及使用。掌握热电阻、热 敏电阻的工作原理及工作特性。

重点 :热电式传感器的工作原理及其应用。

难点 :热电偶的热电效应及其冷端补偿技术。

(二 考核知识点和考核要求

1、 热电偶传感器

1. 1 识记:(1 热电偶的工作原理、热电效应、热电极、工作端和自由端、冷端 和热端。 (2热电偶的类型和结构。

1. 2 理解:(1产生热电势有两部分组成:温差电势和接触电势。 (2温差电势和接 触电势的区别, 温差电势与接触电势的表达式。 (3 热电偶的基本定理:均质导体定律、 中间导体定律、中间温度定律。

1. 3 应用:热电偶温度补偿方法:热电偶补偿导线、 参考端温度修正法、参考端 0℃ 恒温法、参考端温度自动补偿法(补偿电桥法 。

2、热电阻传感器

2. 1 识记:(1热电阻传感器定义、优点。 (2热电阻传感器分为金属热电阻和半导 体热电阻两大类 , (3常用热电阻的材料:铜电阻和铂电阻。

2. 2 理解:(1铜电阻的特点,铜电阻的特性方程。 (2铂电阻的特点、铂电阻的特 性方程。

2. 3 应用:(1热电阻传感器测量电路, (2测量电路最常用的是电桥电路。其内部 引线方式有两线制、 三线制和四线制三种。 (3三线制测温消除导线产生误差原理, 目的 :为避免或消除导线电阻对测温的影响。

3、热敏电阻

3. 1 识记:热敏电阻的材料和结构

3. 2 理解:负温度系数热敏电阻的特性,热敏电阻的伏安特性。

3. 3 应用:热敏电阻温度补偿。

第十章 光电式传感器

(一 学习要求

1掌握外光电效应及其两个基本概念。

2掌握光电管的结构、测量光强度的工作原理,了解光电管的光谱特性,掌握光电管 光谱特性的用途、光电特性和暗电流的定义,一般了解光电倍增管的特性。

3掌握内光电效应、光导效应原理,了解光敏电阻的结构;掌握光敏电阻的工作原理、 灵敏度与暗亮电阻的关系和光电特性的特点。

4掌握光敏二极管的结构、工作原理及光电特性。

6掌握光敏三极管的结构、工作原理及其特点 (与光敏二极管的关系 。

7掌握硒、硅光电池的结构、工作原理、光电特性。

(二考核知识点和考核要求

1、光电管与光电倍增管

1. 1 识记:内光电效应、外光电效应、阻挡层光电效应。

1. 2 理解:(1光电管的结构, (2光电倍增管的结构、原理。

2、光敏电阻

2. 1识记:(1 光敏电阻的结构, (2 光敏电阻的工作原理:无极性、 是一个电阻器件、 无关照时,光敏电阻值(暗电流很大,电流很小。

2. 2 理解:(1光敏电阻的主要参数:暗电流、亮电阻、光电流。光敏电阻的暗电阻 越大,而亮电阻越小,则性能越好,也就是说,暗电流要小,光电流要大,光敏电阻的 灵敏度就高。 (2光敏电阻的基本特性:伏安特性,①一定光照,电阻一定,电 流正比于电压。②一定电压,电流随着光照强度增强而增大。光照特性,光敏电阻的光 电流与光强之间的关系。呈非线性。光谱特性,光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长 的关系称为光谱特性。 亦称为光谱响应。响应时间和频率特性。温度特性,温度变化 影响光敏电阻的光谱响应。

3、光敏二极管和光敏晶体管

3. 1识记:(1光敏二极管的结构,光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。 利用光子引起的电子跃迁将光信号转变成电信号,光生电流与光强成正比。

(2光敏晶体管的结构,光电三极管比具有相同有效面积的光电二极管的光电流大几 十至几百倍,但相应速度较二极管差。

3. 2 理解:(1光敏二极管的原理,没有光照射时 , 反向电阻很大 , 反向电流很小 , 这 反向电流称为暗电流。二极管处于截止状态。当光照射在 PN 结上时 , 它们在 PN 结处的 内电场作用下作定向运动 , 形成光电流。二极管处于导通状态。光的照度越大 , 光电流 越大。

(2光敏晶体管的原理, (1光电转换, (2电流放大

4、光电池

4. 1识记:光电池的原理:光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。

4. 2 理解:光电池的基本特性:光谱特性、 光照特性,反映短路电流、开路电压与

光照度的关系。温度特性, 光电池的温度特性是描述光电池的开路电压和短路电流随温度 变化的情况。

5、光电式传感器

5. 1 应用:光电式传感器在监测与控制中应用广泛, 模拟量光电传感器检测系统,开 关量光电传感器,光电式转速表。

第十一章 智能式传感器

(一 学习要求

了解智能式传感器的定义、形式、构成、特点,传感器的智能化与集成智能化 传感器的区别。

(二 考试知识点及考核要求

1、 智能式传感器的概述

1. 1识记:智能式传感器的定义

2、智能式传感器的构成

2. 1识记:智能式传感器的构成、组成。

3、压阻式压力传感器智能化。

3. 1识记:压阻式压力传感器硬件结构,压阻式压力传感器的软件结构。

4、智能式传感器的发展方向与途径。

4. 1识记:传感器的智能化与集成智能化传感器的区别。

第十二章 光导纤维传感器

(一 学习要求

掌握光纤的基本原理、光纤传感器的基本原理。了解光纤位移传感器、光纤速度、加 速度传感器、光纤振动传感器、光纤温度传感器、光纤压力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。

(二 考核知识点与考核要求

1、 光导纤维传感器的概述。

1. 1识记:(1光纤传感器技术的形成及其特点, (2光纤传感器的光源。

1. 2 理解:(1光纤传感器的光探测器,有光敏二极管、光敏三极管、光电倍增管等。 (2光线传感器的分类,功能型传感器和传光型传感器。按传输模式分单模光纤、多模光 纤。

2、光导纤维以及光在其中的传输。

2. 1 识记:光导纤维的结构。

2. 2 理解:光导纤维的传输原理。光的全内反射是光纤传输光的基, (1光的全反射条件,

(2数值孔径 NA 。

3、光调制技术。

3. 1 识记:(1光调制方式分类:强度调制、相位调制、偏振调制、 频率调制和波长调制 等。 (2相位调制与干涉测量, (3频率调制。

4、光纤传感器的应用

4. 1 识记:(1光纤传感器结构原理,光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的 光信号的装置。 由光发送器、敏感元件 (光纤或非光纤的 、光接收器、信号处理系统以及光 纤构成。

4. 2 应用:光纤位移传感器。光纤速度、加速度传感器。 光纤振动传感器。光纤温度传感 器。光纤流量、流速传感器。光纤压力传感器。

第十三章 固态图像传感器

(一 学习要求

掌握固态图像传感器的敏感器件的原理,了解其应用。

重点:CCD 传感器;

难点:CCD 的电荷耦合过程。

(二 考核知识点与考核要求

1、 固态图像传感器引言。

1. 1 识记:图象传感器是利用光电器件的光 -电转换功能 , 将其感光面上的光像转换为

与光像成相应比例关系的电信号图像的一种功能器件。

2、固态图像传感器的敏感器件。

1. 1识记:固态图像传感器的敏感器件分类:电荷耦合器件、电荷诸如器件

理解:电荷耦合器件 (CCD 的原理:CCD 器件的基本单元结构是 MOS (金属 — 氧化 物 — 半导体 结构, (1 MOS 光敏单元, (2读出移位寄存器, 是电荷图像的输出电路。 3、固态图像传感器。

3. 1识记:固态图像传感器的分类。固态图像传感器的主要特性。

3. 2 理解:线型固态图像传感器、面型固态图像传感器。

第十四章 气体传感器

(二 学习要求

掌握气体的检测方法,了解气体传感器的种类及应用。

重点:气体传感器的工作原理。

(三 考核知识点与考核要求

1、 概述;

1. 1识记:(1气体传感器及气体检测方法; (2气体传感器的分类。

2、半导体气体传感器;

2. 1 识记:半导体气体传感器及其分类;

理解:不同类型半导体气体传感器工作原理

3 、红外吸收式气敏传感器工作;

理解:红外吸收式传感器工作原理

4、接触燃烧式气敏传感器;

理解:接触燃烧式气敏传感器工作原理

第十五章 湿度传感器

(一 、学习要求

掌握湿度及基本概念,湿度传感器的特性参数,了解湿度传感器的种类及应用。度传感器的工作原理。

重点:湿

(二 、考核知识点与考核要求

1、湿度及湿度传感器

1. 1 识记:(1湿度概念; (2湿度传感器的分类。 (3湿度传感器的特性参数:湿 度量程、特征量温度系数、灵敏度、相对湿度特性曲线、响应时间。

2、 电解质系湿度传感器

2. 1 理解:无机电解质湿度传感器和高分子电解质湿度传感器工作原理

3、 半导体及陶瓷湿敏传感器

3. 1 理解:薄膜型和烧结体型陶瓷湿敏传感器工作原理

4、 有机物及高分子聚合物湿度传感器

4. 1 理解:涨缩性有机物和高分子聚合物传感器工作原理

第十六章 红 外传感器

(一 、学习要求

掌握红外辐射的基本概念,红外辐射源的产生,常见红外传感器及其特性参数,了解 红外

传感器应用,了解红外测温、红外成像、红外无损检测等。

重点:红外传感器的工作原理

重点:红外传感器的工作原理。

(二 、考核知识点与考核要求

1.红外辐射的基本知识

1. 1 识记:(1红外辐射概念; (2红外辐射源产生。

2.红外传感器

2. 1 识记:(1常见红外传感器; (2红外传感器的性能参数。

3.红外测温

3. 1识记:红外测温的特点。

3．1 理解：红外传感器测温的工作原理。 4．红外成像 4．1 理解：红外成像的基本原理 5．红外无损检测 5．1 理解：焊接缺陷的无损检测工作原理 第十八章 微波传感器 （一）学习要求 掌握微波的性质及特点，微波振荡器工作原理，理解微波传感器的特性参数，了解微 波传感器的种类及应用。 重点：微波传感器的工作原理。 （二） 、考核

知识点与考核要求 1、微波的基本知识 1．1 识记： （1）微波概念； （2）微薄的性质与特点； （2）微波产生原理。 2、微波传感器及其分类 2．1 理解：反射式微波传感器和遮断式微波传感器的工作原理。 3、微波传感器的应用 3．1 识记：微波湿度传感器、微波液位计、微波物位计、微波测厚仪。 第二十章 液晶传感器 （一） 、学习要求 掌握液晶的性质及特点，液晶的分类与性质，理解液晶传感器的特性参数，了解液晶 传感器的种类及应用。 重点：液晶传感器的工作原理。 （二） 、考核知识点与考核要求 1、液晶及其性质 1．1 识记： （1）液晶概念； 2．1 理解：液晶的分类与性质。 2、液晶传感器 2．1 识记：液晶电磁场、液晶电压、液晶超声波、液晶温度微波传感器的工作原理， 了解这些传感器的应用领域。 - 11 -