一、课程简介

本课程是生物医学工程专业的一门专业基础课，其任务是使学生了解传感器的静、动特性和主要性能指标，掌握常用传感器的工作原理以及在医疗器械中的地位，并掌握传感器典型的测量电路等。

通过本课程的学习，培养学生利用现代电子技术、传感器技术和计算机技术解决生产实际中信息采集以及处理问题的能力，并为医疗器械系统的设计与开发奠定良好的基础。

本课程在第六学期开设，为必修考试课。总学时数72学时，学分3.0，其中理论48学时，实验24学时，理论与实验课比例为2:1。先修课程为电路分析、模拟电子技术、数字电子技术等。

二、课程目标

（一）基本理论知识

了解传感器的特性与性能指标，掌握各种传感器（包括电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、热电式传感器、光学传感器、化学传感器、生物传感器等）的相关知识，熟悉生物医用电极的分类方法。

（二）基本技能

使学生了解典型医学传感器的原理、特点和性能指标；学习正确使用传感器设计检测电路；掌握基本测量技术，为医学仪器设计奠定基础。

（三）基本素质

在教学过程中，促成学生思想品德、良好心理素质的形成。在宏观上，引导学生对课程内容的总体把握，使学生能够触类旁通；在微观上，应启发学生能够从数学概念、物理概念及工程概念去分析问题，解决问题。

三、学时分配

单元

名称

理论学时

实验学时

1

绪论

3

2

电阻式传感器

6

6

3

电容式传感器

6

3

4

电感式传感器

6

3

5

压电式传感器

6

6

磁电式传感器

6

3

7

热电式传感器

3

6

8

光学传感器

3

3

9

化学传感器

3

10

生物传感器

3

11

医用电极

3

合 计

48

24

四、理论教学目标与内容

绪论

目标

1.掌握 传感器及其特性。

2.熟悉 认识传感器的主要性能及其用途。

3.了解 它的发展概况和发展趋势。

内容

1.重点阐述 传感器的概念、组成、发展方向以及应用。

2.详细了解 传感器的特性指标。

3.一般介绍 发展概况。

电阻式传感器

目标

1.掌握（1）电阻式传感器的电阻应变效应；（2）应变片的测量电路与温度误差补偿方法。

2.熟悉（1）金属应变片的类型、特点、静态特性；（2）压阻式传感器的工作原理与结构。

内容

1.重点阐述 金属应变片式传感器的特性与工作原理。

2.详细了解 压阻式传感器的特性与工作原理。

3.一般介绍 电阻式传感器的应用。

电容式传感器

目标

1.掌握 （1）电容式传感器的工作原理；（2）电容压力式传感器的作用。

2.熟悉 电容式传感器测量电路的结构与特点。

内容

1.重点阐述 （1）变间隙式、变面积式和变介电常数式电容传感器的工作原理； （2）电容式压力传感器的特性与工作原理；（3）电容式传感器的作用。

2.详细了解（1）电容式传感器的四种常用测量电路；（2）电容式传感器的误差分析及抗干扰措施。

电感式传感器

目标

1.掌握 电感式传感器的工作原理及其结构特点。

2.熟悉 电涡流式传感器的工作原理及测量电路。

3.了解 电感式传感器在医学中的作用。

内容

1.重点阐述 （1）自感式电感传感器的工作原理；（2）差动变压器的工作原理。

2.详细了解 电涡流式传感器的工作原理。

3.一般介绍 电感式传感器在医学中的作用。

压电式传感器

目标

1.掌握 压电式传感器的工作原理、性能特点。

2.熟悉 压电材料的基本特性。

3.了解 压电式传感器在医学中的应用。

内容

1.重点阐述 （1）压电效应的产生原理；（2）压电效应的相关知识点。

2.详细了解 主要压电材料的基本特性。

3.一般介绍 压电式传感器在医学中的应用。

磁电式传感器

目标

1.掌握 （1）磁电式传感器的工作原理；（2）霍尔效应的原理。

2.熟悉 （1）电磁血流量计；（2）磁敏二极管和磁敏三极管的工作原理、使用方法。

3.了解 磁电式传感器在医学中的应用。

内容

1.重点阐述 （1）磁电式传感器的工作原理；（2）理解霍尔效应的原理。

2.详细了解 （1）电磁血流量计，霍尔式传感器的静、动特性；（2）磁敏二极管和磁敏三极管的工作原理、使用方法。

3.一般介绍 磁电式传感器在医学中的应用。

热电式传感器

目标

1.掌握 （1）热电式传感器的工作原理；（2）热电偶的四个基本定则。

2.熟悉 常用热电式传感器的组成和性能特性。

内容

1.重点阐述 （1）热敏电阻的工作原理；（2）主要热电式传感器的工作原理。

2.详细了解 （1）热电阻及热电敏电阻的材料和性能特性；（2）热电偶的四个定则。

3.一般介绍 热电式传感器在医学中的应用。

光学传感器

目标

1.掌握 光电传感器基本理论及基本特性。

2.熟悉 光电倍增管的原理、特性及应用。

内容

1.重点阐述 （1）光电传感器的基本理论及特性；（2）光电倍增管、光电管的异同点以及光电场效应管的工作原理及使用方法。

2.详细了解 （1）光电器件的基本特性；光电管、光电倍增管及其应用；（2）光敏二极管及其应用；（3）光敏三极管及其应用；（4）光敏场效应管。

3.一般介绍 光学传感器在医学中的应用。

化学传感器

目标

1.掌握 离子传感器、气体传感器的工作原理。

2.熟悉 光纤化学传感器、压电化学传感器的构成及原理。

内容

1.重点阐述 （1）电化学测量系统，电极种类；（2）离子传感器、气体传感器的工作原理。

2.详细了解 （1）离子选择性电极，离子敏场效应晶体管；（2）电化学气体传感器，半导体气体传感器；（3）光纤化学传感器；（4）压电化学传感器。

3.一般介绍 化学传感器在医学中的应用。

生物传感器

目标

1.掌握 生物传感器的构成及原理，生物传感器的分类、生物活性物质固定化技术。

2.熟悉 酶传感器、微生物传感器、免疫传感器的工作原理及特点。

内容

1.重点阐述 （1）生物传感器的概念，构成；（2）酶传感器、微生物传感器、免疫传感器的工作原理。

2.详细了解 （1）酶传感器的工作原理及特点；（2）微生物传感器工作原理及特点；（3）免疫传感器的工作原理及特点；（4）生物活性物质固定化技术。

3.一般介绍 生物传感器在医学中的应用。

医用电极

目标

1.掌握 一些常用的检测电极以及微电极。

2.熟悉 医用电极的分类方法。

3.了解 电极的阻抗特性。

内容

1.重点阐述 （1）检测电极和刺激电极；（2）电极的阻抗特性。

2.详细了解 极化现象及其对生物电检测和电刺激的影响。

五、实验教学目标与内容

每个实验项目3学时，具体内容如下。

金属箔式应变片——半桥性能实验

目标

了解 金属箔式应变片的应变效应，半桥工作原理和性能。

内容

1.金属箔应变片的外形、性质、工作原理。

2.金属箔应变片半桥性能测定。

直流全桥的应用——电子秤实验

目标

了解 应变直流全桥的应用及电路的标定。

内容

1.研究直流全桥的性能测定。

2.对比分析半桥与全桥的差异。

电容式传感器的位移特性实验

目标

了解 电容式传感器结构及其特点。

内容

1.绘制电容式传感器的特性曲线。

2.计算灵敏度及非线性误差。

差动变压器的性能测定

目标

1.了解 差动变压器的工作原理和特性。

2.了解 三段式差动变压器的结构。

内容

1.测定差动变压器的性能。

2.分析差动变压器与一般电源变压器的异同。

直流激励时霍尔传感器位移特性

目标

了解霍尔式传感器原理与应用。

内容

1.霍尔式传感器的工作原理及位移特性。

2.分析霍尔传感器在直流激励下的输出特性。

集成温度传感器的特性

目标

了解 常用的集成温度传感器的基本原理、性能与应用。

内容

1.AD590的工作原理，性能特点。

2.比较电流输出型和电压输出型集成温度传感器的优缺点。

热敏电阻的特性研究

目标

了解 热敏电阻的特性与应用。

内容

1.NTC、PTC型热敏电阻的电阻温度特性。

2.NTC热敏电阻的线性化处理。

光学传感器

目标

了解 光电二极管和光敏电阻的特性与应用。

内容

1.光敏电阻和硅光电池的特性。

2.研究光学传感器的动态应用。

六、措施与评价

（一）措施

1.以教学目标的要求和教学大纲来指导教学的各个环节（包括备课、授课、实验、考试等），教师应根据教学目标的要求进行教学活动。

2.适当组织课堂讨论，逐步开展专题讲座，充分应用多媒体教学手段，以利于开拓学生的视野，激发学生的学习兴趣。

3.加强课外辅导，指定参考资料，注意培养同学的自学能力、独立思考和独立解决问题的能力及科学思维能力。

4.定期召开学生座谈会，师生交流教学信息，根据反馈情况，进一步改进教学工作，努力提高教学质量。

（二）评价

1.授课质量评价“教师教学质量评价表”，由督导组、同行、学生和教研室予以评定。

2.学生成绩评价依据教学大纲和理论课考试权值分配进行期末理论考试；期末实验考核以操作为主，结合问卷，并参考平时实验操作和实验报告，进行综合评价。学科满分100分，期末闭卷考试占70%，实验占30%。

【注】

课程使用的教材和主要参考书

《医用传感器》（第2版）   陈安宇主编  科学出版社

《传感器原理及应用》  王化祥、张淑英编 天津大学出版社

《传感器原理与应用》  贤钨主编 电子科技大学出版社

《传感器原理及工程应用》  郁有文主编  西安电子科技大学出版社

编写 刘艳 任琼琼

审校 秦鑫