天津市自考02202传感器与检测技术考试大纲

天津市高等教育自学考试课程考试大纲

课程名称：传感器与检测技术（含实践）                         课程代码：02202 02203

第一部分   课程性质与目标

一、课程性质与特点

传感器与检测技术是机械电子工程本科阶段所开设的一门专业基础课，既具有较强的理论性也具有较强的实践性。该课程主要涉及机械电子工程中常见的一些物理量及这些物理量的描述方法，对这些物理量的检测方法及原理。通过学习使学生能运用检测技术的基本知识对机电产品测试方案进行分析、验证；培养学生的基本专业素养。

二、课程目标与基本要求

设置本课程的目的是使考生获得传感器与检测技术必要的基本理论、基本知识和基本技能,为今后的工作、生产实践打下必要的基础。
    通过本课程学习要求考生:
    1、理解传感器与检测技术基本理论,基本概念,检测被测参量的基本分析方法,能对检测对象进行正确合理选择。理解传感器的基本原理和性能,针对一些相关被测参数能进行简单设计。了解传感器检测被测参数安全使用的基本知识。
    2、理解常用被测参量的基本工作原理和基本特性,了解被测对象主要参数的意义。了解常用传感器的构成原理、转换电路的分析方法、测量参数的基本方法。
    本课程实践性强,被测对象较多,学习时应注意联系实际,完成必要的实验项目,并保证及时完成习题和作业。

三、与相关课程的联系与区别：

本课程先修课程为《概率论与数理统计（工）》等课程，该课程为学科基础课，该课程从常用机电设备及其信号测试出发，研究信号的分类及描述、传感器的基本工作原理、测试的基本方法及特点，为设备运行时的故障分析、机械设计等打下基础。本课程后续《机械制造装备设计》等课程提供理论基础和初步设计方案。

第二部分   考核内容与考核目标

第一章   绪论

一、学习目的与要求

要求通过本章学习，学生应了解检测技术的发展现状和趋势，了解测量的基础知识。

二、考核知识点与考核目标    

（一）检测技术概况（次重点）

识记：检测技术的发展概况。

理解：检测系统的组成及各部分功能。

（二）测量的基础知识（一般）：

识记:量值的传递和计量器具检定，测量、计量、测试的概念，基准和标准。
理解:测量方法、测量装置、测量精度和不确定度、测量器具的误差。

（三）测量误差的概念(次重点)
      识记:测量误差定义、误差的分类、误差表示方法。
      理解:绝对误差、相对误差的区别及计算方法。

                                第二章   信号及其描述

一、学习目的与要求

本章讲授信号的分类及信号的描述方法、信号频域分析方法与意义。要求通过本章学习，学生应掌握信号的分类，理解不同的信号描述的意义，掌握周期信号从时域转化为频域的方法并能熟练运用，掌握瞬变非周期信号从时域转化为频域的方法，了解随机信号的概念及特点。

二、考核知识点与考核目标：       

（一）信号的分类与描述（次重点）

识记：信号的分类。

理解：信号的时域描述、频域描述方法。

（二）周期信号与离散频谱（重点）

识记：周期信号的频域分析方法傅里叶级数三角函数展开式，傅里叶级数的复指数函数展开式。

理解：周期信号的频谱及特点、周期信号的强度表述。

应用：对典型周期信号进行频域分析。

（三）瞬变非周期信号与连续频谱（次重点）

识记：傅里叶变换、傅里叶变换的性质、正余弦函数的概率密度函数、周期单位脉冲序列的频谱。

理解：典型信号的频谱，矩形窗函数的频谱及物理意义，δ函数的定义、性质及δ函数的频谱。

（四）随机信号（一般）

识记：随机信号的概念、随机信号的特征参数、概率密度函数。

第三章   测试装置的基本特性

一、学习目的与要求

要求通过本章学习，学生应理解时不变线性系统主要性质，理解测试装置静态特性、动态特性的相关概念，深刻理解频率响应函数的含义。掌握一阶系统、二阶系统的传递函数并理解其含义，了解其特性。理解不失真测量的条件、负载效应及减小负载效应的措施。

二、考核知识点与考核目标       

（一）概述（一般）

识记：测试装置静态特性、动态特性、负载特性及抗干扰性的相关概念。

（二）测量装置的静态特性（重点）

识记：主要静态特性如线性度、灵敏度、回程误差、分辨力及零点漂移和灵敏度漂移概念。

理解：灵敏度、分辨力。

（三）测量装置的动态特性（重点）

识记：动态特性的数学描述--传递函数、频率响应函数和脉冲响应函数，环节的串联和并联，一阶、二阶系统所代表的数学描述。

理解：传递函数的特点、频率响应特性、幅频特性和相频特性，一阶、二阶系统的特             性。

应用：一阶、二阶系统的稳态输出相关计算，幅值误差的计算。

（四）测试装置对任意输入的响应（一般）

识记：系统对单位阶跃输入的响应。

理解：系统对任意输入的响应

（五）实现不失真测量的条件（次重点）

理解：不失真测量的实现条件，一阶、二阶系统满足不失真测量的条件。

（六）动态特性的测量（一般）

识记：频率响应法、阶跃响应法。

（七）负载效应（次重点）

理解：负载效应及减轻负载效应的措施。

（八）测量装置的干扰（次重点）

识记：测量装置的干扰源、供电系统干扰及其抗干扰、信道通道的干扰及其抗干扰及接地设计。

第四章   常用传感器与敏感元件

一、学习目的与要求

通过本章的学习，学生应理解传感器的概念，了解传感器的分类，理解各类传感器的工作原理和应用，重点掌握电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器的工作原理和应用，会分析桥式电路，会根据测试量的不同选用合适的传感器。

二、考核知识点与考核目标       

（一）传感器分类（一般）

识记：传感器的分类。

（二）机械式传感器及仪器（一般）

识记：机械式传感器的特点、典型机械式传感器。

（三）电阻式传感器（重点）

识记：电位器式传感器的转换原理、类型及特点。

理解：应变式传感器的原理、类型及结构特点，应变效应、金属应变片、半导体应变片、应变灵敏度、电阻应变仪的工作原理。

应用：应变片的使用方法、应变片测量电路、相关应用及计算。

（四）电容式传感器（重点）

识记：电容式传感器变换原理、电容式传感器的特性、电容式传感器的类型。

理解：电容式传感器用途，变极距式、变面积式及变介质式电容式传感器的特点，电容式传感器的测量电路。

（五）电感式传感器（重点）

识记：电感式（自感式、互感式）传感器的类型、转换原理及特性，电感式传感器的转换电路，电感式传感器用途。

理解：电涡流式传感器工作原理、用途及特点，电涡流式传感器测量电路。

应用：电涡流式传感器对振动的测量。

（六）磁电式传感器（一般）

识记：磁电式传感器转换原理、动圈式传感器特点及应用、磁阻式传感器特点及应用。

（七）压电式传感器（次重点）

识记：压电式传感器转换原理及特点、压电效应、等效电路。

理解：压电式传感器测量电路、压电式传感器应用。

（八）电热式传感器（一般）

识记：热电偶的工作原理与分类、热电阻的工作原理与分类。

理解：热电偶、热电阻的特点及应用。

（九）光电传感器（次重点）

识记：光电传感器工作原理、光电测量原理、主要光电元件。

理解：光电元件的特点及应用，模拟量光电传感器、开关量光电传感器--数字编码器。

（十）光纤传感器（一般）

识记：光纤导光原理、光纤传感器的分类。

理解：光纤传感器的应用、光纤传感器的特点。

（十一）半导体传感器（次重点）

识记：半导体传感器的特点、半导体传感器转换原理。

理解：霍尔效应、霍尔元件特点及用途。

（十二）红外传感器（一般）

识记：红外测试原理、红外探测器类型及红外测试应用。

（十三）激光传感器（一般）

识记：激光干涉式测量仪原理、特点及应用，激光全息测量仪器的转换原理、特点及应用。

（十四）传感器选用原则（重点）

理解：合理选用传感器的原则。

第五章   信号的调理与记录

一、学习目的与要求

通过本章的学习，学生应掌握分析电桥电路的工作原理及应用；理解滤波器的组成及应用；了解调制解调的意义，了解信号放大的功能及基本放大电路。

二、考核知识点与考核目标       

（一）电桥（重点）。

识记：电桥的概念、直流电桥、交流电桥及带感应耦合臂的电桥。

理解：单臂电桥、双臂电桥及全桥接法，电桥的灵敏度，和差特性，电桥的平衡条件。

应用：电桥测量电路应用及计算。

（二）调制与解调（次重点）

识记：调制解调的概念、幅值调制与解调、频率调制与解调。

理解：调幅信号的解调方法、相敏检波特点。

（三）滤波器（次重点）

识记：滤波器的概念、实际滤波电路、带通滤波器。

理解：滤波器性能分析，理想滤波器、实际滤波器的特征参数。

（四）信号的放大（一般）

识记：基本放大电路、仪器放大器、可编程增益放大器。

理解：信号放大的功能、基本放大电路。

（五）测试信号的显示与记录（一般）

识记：信号的显示装置、信号的记录装置。

第六章  信号处理初步

一、学习目的与要求

通过本章的学习，学生应了解把一个连续变化的模拟信号转化为数字信号的过程，了解数字信号处理的基本步骤，了解离散信号及其频谱分析，了解相关分析及其应用，了解功率谱分析及其应用。

二、考核知识点与考核目标       

（一）数字信号处理的基本步骤（次重点）

识记：数字信号处理的基本步骤。

理解：信号预处理的主要内容。

（二）离散信号及其频谱分析（一般）

识记：模拟信号的离散化、离散信号的频谱分析。

（三）相关分析及其应用（一般）

识记：信号的自相关函数、信号的互相关函数、相关函数估计及应用。

（四）功率谱分析及其应用（一般）

识记：自功率谱密度函数、互功率谱密度函数及应用。

第七章  测量仪器与数字接口

一、学习目的与要求

通过本章的学习，学生应了解测量仪器的发展概况，信号采集系统的组成原理及组成结构，了解常用的数字接口总线。

二、考核知识点与考核目标       

（一）概述（一般）

识记：测量仪器的发展情况。

（二）测试信号采集的基本原理与装置（一般）。

识记：信号采集系统的组成原理、信号采集系统组成结构的分类。

（三）插卡式测试系统（一般）

识记：不同类型的插卡测试系统。

（四）仪器前端及控制（一般）

识记：仪器控制的概念、仪器控制总线、仪器控制软件。

（五）测量系统的数字接口（一般）

识记：常用的数字接口总线。

第八章  智能仪器与虚拟仪器

一、学习目的与要求

通过本章的学习，学生应了解智能仪器与虚拟仪器在检测技术当中的地位，了解智能仪器与虚拟仪器的应用领域。

二、考核知识点与考核目标       

（一）智能仪器简介（一般）

识记：智能仪器分类、基本结构及主要特点。

（二）虚拟仪器及软件（一般）。

识记：虚拟仪器特点、虚拟仪器的硬件系统构成、虚拟仪器的软件系统构成。

第三部分   有关说明与实施要求

一、考核目标的能力层次表述

本课程的能力考核目标共分为三个能力层次：“识记”、“理解”、“应用”。各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上，其含义是：

识记：能够识别和记忆本课程中的相关专业名词与术语的概念与物理含义、相关重要公式的理解与物理意义，并能够根据考核的不同要求，做出正确的表述、选择和判断。

理解：能够领悟和理解本课程中有关物理概念及规律的内涵，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、技术与方法的区别与联系，并能够根据考核的不同要求，针对机电工程分析、设计中遇到的问题进行分析与讨论，做出正确的选择与判断，并给出正确的解决方案与解决步骤。

应用（包含简单应用和综合应用）：能在理解掌握的基础上，联系实际、运用科学原理与科学方法对机电工程中的物理量进行建模与推导，并分析其基本原理，给出检测方案。

二、指定教材

指定教材为考生自学、社会助学和考试命题的依据。

指定教材：《机械工程测试技术基础》（第4版）  熊诗波主编  机械工业版社. 2018.7

三、自学方法指导

1、自学时必须要认真阅读教材，开始阅读每一章之前，应先认真学习大纲中有关该章的考核知识点、自学要求以及对知识点的能力层次要求和考核要求。以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。

2、使用教材时，应注意将精读与泛读相结合，应在泛读即通读的基础和掌握较全面的知识背景条件下，对考核知识点进行重点地逐段细读，逐句推敲，以求做到对基本概念深刻理解，对历史脉络彻底弄清，对基本理论牢固掌握。切忌在没有全面学习教材的情况下孤立地抓考核知识点，以免生吞活剥，不能真正地理解和灵活地运用。

3、在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念术语、基本理论原理、例题推导过程和控制技术要点加以整理，归纳出要点，从而加深对问题的认知、理解和记忆。有利于突出重点，并涵盖全部课程内容，同时锻炼提高自己的自学能力。

4、在自学过程中，既要注重理论知识，也应重视实际运用能力的培养。要通过完成教材练习题，锻炼自己分析问题与解决问题的能力。

四、对社会助学的要求

1.社会助学者应根据本大纲规定的考试内容和考核目标，认真钻研自学考试指定教材，明确本课程与其他课程不同的特点和学习要求，对自学应考者进行切实有效的辅导，引导他们防止自学中的各种偏向，把握社会助学的正确导向。

2.要正确处理基础知识和应用能力的关系，努力引导自学应考者将识记、理解与应用联系起来，把基础知识和理论转化为应用能力，在全面辅导的基础上，着重培养和提高自学应考者的分析问题和解决问题的能力。

3.要正确处理重点、次重点和一般的关系。课程内容有重点、次重点和一般之分，但考试内容是全面的，而且三者之间是相互联系的，不是截然分开的。社会助学者应指导自学应考者全面系统地学习教材，掌握全部考试内容和考核知识点，在此基础上再突出重点。总之，要把重点学习同兼顾一般结合起来，切勿孤立地抓重点，把自学应考者引向猜题押题。

4．助学学时建议。本课程共5学分（含实践1学分），助学建议不少于90学时，课程学时分配见下表，考生也可参考该表安排自学时间。

五、关于命题考试的若干规定

1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试的内容。

2、试卷中对不同能力层次要求和试题所占的比例大致是：“识记”为30%，“理解”为40%，“应用”为30%。

3、试题难易程度要合理，可分为四档：易、较易、较难、难，这四档在每份试卷中所占比例依次为2：3：3：2左右。

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、试题题型一般分为：填空题、选择题（单项选择题）、判断题、简答题、计算题等。

6、考试采用闭卷笔试，考试时需携带没有任何存储功能的普通计算器。考试时间为150分钟，采用百分制评分，60分为及格。

六、 题型示例（样题）

（一） 填空题

1. 涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在        磁场中的         效应。

（二）单项选择题

1. 瞬变非周期信号的频谱是（    ）。

（A）连续的     （B）离散的     （C）周期性的    （D）随机的

（三）判断题

1. 压电式传感器只适宜静态测量，不能用于测量动态信号。（     ）

2. 测量装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。（     ）

（四）简答题

1. 什么是负载效应？如何减小负载效应？

（五）计算题

1. 已知低通滤波器的频响函数，式中，当输入信号x(t)=0.5cos(10t)+0.2cos(100t-45⁰)时，求稳态输出，并比较与的幅值与相位有何区别。

七、 实践考核内容与实施要求

实验一  应变式传感器测应力实验

1、考核目的与要求

通过该实验考生应进一步掌握应变式传感器结构及工作原理，比较单臂电桥、双臂电桥、全桥三种桥路的接线方法，分析试验结果。培养考生的实验基本技能和严谨的科学作风。
    2、考核的内容
    应变片受力后，通过转换电路，测量输出电压，用理论分析计算的方法，验证检测的正确性。

3、主要操作内容:
（1）单臂电桥：按给定电路图接线，加电压源，记录测得数据。
（2）双臂电桥：按给定电路图接线，加电压源，记录测得数据。
（3）全桥：按给定电路图接线，加电压源，记录测得数据。

实验二  电涡流传感器测振动实验

1、考核目的与要求

通过该实验考生应进一步巩固电感传感器工作原理的理解，了解电涡流传感器测量振动的原理和方法，并达到正确使用检测仪表。
    2、考核的内容
    验证电涡流传感器转换原理及测量振动的原理、方法。
    3、主要操作内容:
    按给定电路图接线，加电压源，调整振动频率，依次记录测得数据。

实验三  霍尔传感器测速实验

1、考核目的与要求

通过该实验考生应进一步加深对霍尔传感器的工作原理的理解，了解霍尔传感器测量转速的测量电路。
    2、考核的内容
    通过霍尔传感器转速测量验证检测电路的正确性。
    3、主要操作内容:
    按霍尔元件使用要求接线，加电源，调整驱动电压进行测量，依次记录结果。
   

实验四  电容传感器测位移实验

1、考核目的与要求
    通过该实验考生加深理解电容传感器的转换原理、结构及特点。扩大考生的实际操作接触面。

2、考核的内容

掌握电容传感器测量位移的方法，根据测量要求合理选择电容传感器。

3、主要操作内容:
按给定电路图接线，加直流源，旋转测微头，依次记录测得数据。

实验五  热电式传感器测温实验

1、考核目的与要求

通过该实验考生应掌握温度参数的测量方法。应达到能根据不同温度环境正确选择检测方法。
    2、考核的内容
    掌握热电式传感器测量温度的方法，根据测量要求合理选择热电式传感器（热电偶、热电阻）
    3、主要操作内容:
    （1）按热电偶使用要求，接入热电偶放大电路，加电源,选热源，对温度进行测量，记录结果。
    （2）按热电阻使用要求，接入热电阻放大电路，加电源,选热源，对温度进行测量，记录结果。

以上实践环节的考核方式与环境要求

1、考核环境:

以上实验均在相应实验室进行考核。所需设备为:传感器综合实验装置,直流可调稳压电源,万用表,直流数字电压表,交流电压表和电流表,毫伏表,信号源,示波器等仪器仪表。
    2、考核方式:
    实践环节的考核采用形成性考核,考生在实验前应结合实验内容和实验指导书认真预习,实验中正确进行实验操作和读取实验数据,实验后应认真分析实验结果,编写准确、整洁的实验报告。
    实践环节考核采用"优、良、中、及格、不及格"五级评分制。