一、课程名称：传感器电子学（传感器及应用、现代传感技术） 二、课程的性质和内容
由于计算机技术及人工智能技术的超前发展和迫切需要，传感器及传感技术已成为必不可少的关键环节。传感器技术已经成为我国重要的科学技术发展项目。
本课程是一门关于非电量的测量技术和信息的变换与处理为主要内容的课程，是一门学位课。
本课程主要是讲授工程检测中常用的传感器，以及用这些传感器测量诸如力、压力、温度、角速度、倾角、加速度和振动等物理量的方法。通过本课程的学习，使学生在传感技术方面具有较广的知识，了解工程检测中常用传感器的结构、工作原理、特性、应用及发展方向，使该学生在工作中具有正确选用传感器的能力。
三、课程的基本要求
（1）掌握各种常用传感器的结构、原理、特性、应用中的主要问题。（发展方向：需要查文献）
（2）初步了解工程检测中的测量电路（提取电路）。 四、本课程与其它课程的关系
与本课程有关的前序课是高等数学、普通物理学、电工技术、电子技术。 五、课程内容的重点和深广度
注意：（1）传感器的种类繁多，传感器技术是一门分散型技术。（2）同时，传感器技术又是一门知识密集型技术，它涉及物理、化学、生物、医学、金属学、机械、电子等几乎所有科学技术。
本课程在内容上应尽量联系实际，着重物理概念的阐述。弄清传感器结构、原理、特性，不进行复杂的数学推导，必要时直接引用公式。 在应用方面介绍几种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。对于更深入的问题，学生可参阅有关参考资料。 六、教材
栾桂冬等.传感器及其应用.西安：西安电子科技大学出版社.2002.1 七、参考教材
（1）孙传友等.感测技术基础.北京：电子工业出版社.2001.8 （2）王化祥等.传感器原理及应用.天津：天津大学出版社.2002.8 （3）张福学.传感器电子学.北京：国防工业出版社.1991.6
八、教学内容安排 第一章 引言（8学时）
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1.1传感器的发展和作用 1.2传感器的定义 1.3传感器的分类
1.4传感器的性能和评价 习题课
第二章 应变式传感器（6学时） 2.1电阻应变效应 2.2应变计的主要特性 2.3应变计的粘贴
2.4电桥原理及电阻应变计桥路 2.5温度误差及其补偿 2.6电阻应变仪 2.7应变式传感器
2.8几种微型的微应变式传感器 第三章光电式传感器（4学时） 3.1光电效应 3.2热释电效应 3.3光电吸收系数
3.4光传感器的特性表示法 3.5光电传感器
第四章光纤传感器（4学时） 4.1光导纤维（光纤）
4.2强度型（振幅型）光纤传感器 4.3干涉型光纤传感器 习题课
第五章变磁阻式传感器（2学时） 5.1电感式传感器 5.2差动式电感传感器 5.3差动变压器式传感器 5.4电动式传感器 习题课
第六章压电传感器（6学时） 6.1晶体的压电效应 6.2压电加速度传感器
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6.3压电谐振式传感器 6.4声表面波传感器
第七章 传感器性能测试（2学时） 倾角、角速度传感器的国标测试方法
第一章 引言
现代信息技术三大支柱：传感器技术、计算机技术和通信技术。
传感器的作用：担负信息采集任务的是传感器，相当于信息技术的眼睛。 传感器的地位：（1）传感器的性能在很大得程度上决定整个信息技术的性能，(2)其生产能力与应用水平直接影响现代信息技术的发展与应用。传感器作为向自然界获取信息的工具，几乎渗透到科学技术和国民经济的每个角落。
1.1 传感器的发展和作用
1.1.1传感器的产生
人类行为过程：人类为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。人类依靠这些器官接受来自外界的刺激，再通过大脑分析判断，发出命令而动作。
传感器出现的必要性：随着科学技术的发展和人类社会的进步，人类为了进一步认识自然和改造自然，只靠这些感觉器官就显得很不够了。于是一系列代替、补充、延伸人的感觉器官功能的各种手段就应运而生，制成了各种用途的传感器。 1.1.2传感器的历史
传感器的历史可以追溯到远古时代，比如：
（1）指南针：公元前一千年左右，中国的指南针已开始使用。 （2）天平：埃及王朝时代开始使用的天平，一直延用到现在。
（3）液体温度计：利用液体膨胀进行温度测量在十六世纪前后就已出现。 1.1.3传感器的发展
目前的传感器特征(现代传感器)：以电量作为输出的传感器。 促进传感器技术的发展的主要原因： （1）电子工业和信息技术促进了传感器产业的相应发展；（外因） （2）国防、空间技术和民用产品有广大的传感器市场；（外因）
（3）在许多高技术领域可获得用于开发传感器的理论（微小尺寸、微小颗粒、超大的一些物理效应）。（内因）
（4）由于微电子技术、微机械加工技术、纳米技术的迅速发展，传感器领域的主要技术也将在现有基础上予以延伸和提高（工艺）：
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（a）微机械加工技术（MEMS）和纳米技术将得到高速发展。采用MEMS制作的传感器和微系统，具有很微小的体积、低成本、高可靠等独特的优点。 （b）新型敏感材料（如PZT）将加速开发，微电子、光电子、生物化学、信息处理等各学科的互相交叉、渗透和综合利用，将会研制出一批新颖、先进的传感器。
（c）敏感元件与传感器的应用领域将得到新的开拓，二次传感器和传感器系统的应用将大幅度增长。（如：惯性组合）（如：国内一些公司的做法）
表1.1 传感器市场结构 应用领域 信息处理与通讯 科学仪器仪表 电力与能源 机械制造设备 家用电器 汽车 运输 空间开发 环保气象安全 资源与海洋开发 医疗卫生 农业渔业 土木建筑与工程 商业金融 其他 百分比（％） 8 11.7 5.3 18.1 13.9 7.3 1.6 2.7 10 1.4 11 0.7 0.7 0.2 7.3 1.1.4传感器的发展方向
传感器的发展方向：小型化、集成化、多功能化（气体检测）、智能化和系统化（敏感元件+电路）。
举例1：集成化和系统化：由微传感器、微执行器、以及信号和数据处理器总装集成的系统
举例2：智能化：最早出现于1978，自动调零、自动平衡、温度补偿、远程通信等。
1.2 传感器的定义
定义： “能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成” （国家标准GB7665-87）。
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敏感元件：指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分（举例） 转换元件：指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和（或）测量的电信号的部分。
举例：图1.1为传感器组成方块图。由图说明了传感器的基本组成和工作原理）。
图1.1 传感器组成方块图
特例：有些传感器并不能明显区分敏感元件和转换元件两个部分，而是二者合为一体。例如，压电传感器、热电偶等，没有中间转换环节，直接将被测量转换成电信号。
1.3 传感器的分类
1. 根据传感器感知外界信息所依据的基本效应：
（1）物理传感器：（基于物理效应如光、电、声、磁、热等效应）； （2）化学传感器：（基于化学反应如化学吸附、选择性化学反应）； （3）生物传感器：（基于酶、抗体、激素等分子识别功能）。 2. 按工作原理：
（1）应变式；（应力变化） （2）电容式； （3）电感式； （4）电磁式； （5）压电式； （6）热电式。
3. 根据传感器使用的敏感材料： （1）半导体传感器； （2）光纤传感器； （3）陶瓷传感器； （4）金属传感器；
（5）高分子材料传感器； （5）复合材料传感器。
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现代传感技术 讲义(第一章)
