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
课程性质及其设置目的与要求
课程性质与特点
《传感器原理及应用》是我省高等教育自学考试电子工程、自动化专业（本科段）的一门具有自身的体系，是实践性很强的课程。课程的任务是使应考者获得各种信息、解决工程、生产及科研中遇到的各种具体的检测问题，掌握合理选择和善于应用各种传感器原理及传感技术，培养学生分析问题和解决问题的能力，为以后深入学习相关后续课程，以及工程检测的应用打好基础。
实验是教学的重要环节之一，通过实验可以巩固和丰富已学过的理论知识，发现和探讨新的问题、掌握实验方法、培养操作技能，增强动手能力，缩短书本知识和实际的距离。传感器技术是生产过程中检测、监测各种物理量的方法和手段，通过实验可对各种不同的传感器及测量电路原理和组成有直观的感性认识。
(二)本课程的目标与基本要求
通过本课程的学习，应考者应达到以下要求：
本课程介绍多种传感器，以第四章至第十章论述常见的、应用广泛的传感器，它们是电阻应变式、电容式、电感式、压电式、磁电式、热电式和光电式等传感器；第十一至二十二章介绍国内外近年来研制与开发新型传感器，它们是智能、光纤、图像、气体、湿度、红外、固态电阻、微波、液晶等传感器，因此，第四章至第十章里的传感器是重点要掌握的、基本的。后面章节作为了解。
本课程主要介绍传统传感器的传感机理、结构、测量电路和应用方法，并对当代新型传感器的发展状况与应用作以简要介绍。本课程的任务是使学生在传感技术方面具有较广的知识了解工程中常用传感器的结构、工作原理、特性应用及发展方向。各种常用传感器的结构原理特性及应用。工程检测中的测量电路传感器的静态特性传感器的典型应用电的结构、用途、分类、特性和非线性线绕电位器电阻应变片的结构、材料、工作原理、特性温度误差补偿方法测量电桥掌握电的定义类工作原理和用途一般了解线性电位器的空载和负载特性一般了解应变片的结构和分类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掌握应变桥路的种类电桥的
难点：电阻应变式传感器的特性分析和信号调理技术
（三）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：应变桥路的种类电桥的电容式传感器的工作原理及结构形式电容式传感器的测量电路及应用
难点：差动电容式传感器的特性分析。
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。掌握电容式传感器配用的测量电路了解分布电容对其应用的影响。单线圈变隙式和差动变隙式电感传感器的结构、工作原理、测量范围灵敏度和线性度之间的关系电感式配用测量电路工作原理差动变压器式传感器定义及其结构种类工作原理、输出特性螺线管式差动变压器传感器的结构、工作原理改善线性度的方法电涡流式传感器的分类基本结构工作原理配用测量电路
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、测量范围与灵敏度和线性度之间的关系一般了解差动变压器配用的差动相敏检波电路的工原理和基本特性差动整流电路的工作原理。灵敏度与初始平衡位置的气隙大小的关系。电涡流式传感器的类电涡流式传感器配用测量电路掌握电涡流式传感器的基本结构工作原理及其。
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。
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
课程内容
本章介绍了磁电感应式传感器的原理与应用；磁电式传感器的设计要点。
其主要内容：
磁电式传感器的工作原理及应用，分类：恒磁通式（动圈式磁电传感器）和变磁通式（磁阻式传感器）。
磁电式传感器的频率响应特性
3．磁电式传感器的应用
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。
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
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。
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。
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
课程内容
本章介绍了热电偶的结构、工作原理与应用；热电阻和热敏电阻的结构、工作原理及应用。其主要内容如下：
热电偶。
热电阻。
晶体管和集成温度传感器
学习要求
掌握热电的产生的条件、测温原理定律。
难点：热电偶的热电效应及其冷端补偿技术。
考核知识点和考核要求
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
课程内容
本章介绍了光电效应光电管光敏电阻光敏二极管光敏三管的结构工作原理光谱特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、工作原理光电特性掌握光敏三管的结构、工作原理及其特点(与光敏二极管的关系)掌握硅光电池的结构、工作原理、光电特（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
课程内容
本章介绍了智能式传感器的概述、智能式传感器的构成以及智能式传感器的发展方向与途径。其主要内容为：
智能式传感器的概述；
智能式传感器的构成；
压阻式压力传感器智能化；
智能式传感器的发展方向与途径；
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。
考试知识点及考核要求
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
课程内容
本章介绍了光导纤维传感器的形成及其特点、光导纤维的传输，光调制技术以及各种光纤传感器的应用。其主要内容：
光导纤维传感器的概述；
光导纤维以及光在其中的传输；
光调制技术；
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；
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。
考核知识点与考核要求
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
课程内容
本章介绍固态图像传感器的敏感器件，电荷耦合器件（CCD））-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。
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
课程内容
本章介绍了气体传感器的检测方法、气体传感器的分类、气体传感器的主要特性以及气体传感器的应用。其主要内容：
概述；
半导体气体传感器；
红外吸收式气敏传感器；
接触燃烧式气敏传感器；
热导率变化式气体传感器。
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。
考核知识点与考核要求
概述；
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）、课程内容
本章介绍了湿度基本概念、湿度传感器特性参数、湿度传感器的分类、主要特性以及应用。其主要内容：
湿度及湿度传感器；
电解质系湿度传感器；
半导体及陶瓷湿敏传感器；
有机物及高分子聚合物湿度传感器；
湿度传感器的应用及其发展动向
（二）、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。
重点：湿度传感器的工作原理。
（三）、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。
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
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
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）、课程内容
本章介绍了红外辐射的基本知识、红外传感器的特性参数、主要特性以及应用。其主要内容：
红外辐射的基本知识；
红外传感器及其性能参数；
红外传感器测温、成像、无损探测等应用
（二）、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。
（三）、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）、课程内容
本章介绍了微波的基本概念、产生方法、微波传感器的分类、主要特性以及应用。
其主要内容：
微波的基本知识；
微波传感器及其分类；
微波传感器的应用。
（二）、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。
（三）、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）、课程内容
本章介绍了液晶的基本概念、性质与分类，液晶传感器的种类、主要特性以及应用。
其主要内容：
液晶及其性质
液晶传感器
（二）、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。
（三）、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。
三、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：
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。
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。
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。
课程自学考试大纲与教材的关系
课程自学考试大纲是进行学习和考核的依据，教材是学习掌握课程知识的基本内容与范围，教材的内容是大纲所规定的课程知识和内容的扩展与发挥。
大纲与教材所体现的课程内容应基本一致；大纲里面的课程内容和考核知识点，教材里一般都有。反过来教材里有的内容，大纲里就不一定体现。如第十七章、第十九章、第二十一章、第二十二章在大纲里不作要求，学生可以自学。
关于自学教材与主要参考书
使用教材：《传感器原理设计与应用》（第四版），（2006年）刘迎春、叶湘滨编著。国防科技大学出版社。
参考书：《传感器原理及工程应用》（第二版），郁有文常健程继红编著，西安电子科技大学出版社。
《传感器》，强锡富主编,机械工业出版社，第2版。
关于自学方法的指导
本课程是一门专业基础课，内容较多，应考者在自学过程中应注意以下几点：
在学习前，应仔细阅读课程大纲的第一部分，了解课程的性质、地位和目标的基本要求，一基本课程与有关课程的联系，是以后的学习能紧紧围绕课程的基础来学习。
在阅读某一章教材内容前，应先认真阅读大纲关于该章的考核知识点要求，注意对各知识点的能力层次要求，以便在阅读教材是做到心中有数。
阅读教材时，应根据大纲要求，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，对基本概念必须深刻理解，基本原理必须牢固掌握，在阅读中遇到个别细节问题，在不影响继续学习的前提下，可暂时搁置。
完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节。要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中都存在着不同难度的试题。 1 传感器的概述 2 2、3 传感器的特性分析、弹性敏感元件 4 4 电阻应变式传感器的工作原理 8 5 电容式传感器 4 6 电感式传感器 8 7 压电式传感器 8 8 磁电式传感器 4 9 热电式传感器 4 10 光电式传感器 5 11 智能式传感器 3 12 光导纤维传感器 4 13 图象传感器 4 14、15 气体传感器、湿度传感器 6 16 红外传感器 4 18、20 微波传感器、液晶传感器 4 总计 72
六．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。
七．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．热电势
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的性质、有关，而与热电极尺寸、形状及温度分布无关。
四、名词解释
1．什么叫传感器？它由哪几部分组成？
五、简答题
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d0=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C0；
（2）当传感器工作时，间隙减小(d=10μm，则其电容量变化(C。
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