天津大学806测控技术基础2024年大纲

天津大学806测控技术基础2025年大纲

一、考试的总体要求

掌握测控技术或智能感知的基础知识和基本理论，并能合理运用解决实际问题。

二、考试的内容及比例

考试内容分为A、B、C三个模块，考生可任选其中一个模块。A模块为精密测量理论与技术基础，B模块为测控电路，C模块为传感技术。

（一）A模块：精密测量理论与技术基础

1．测量技术

主要内容：测量的基本概念；测量系统的组成，测量系统的静态特性。

基本要求：测量、测试、计量的基本概念，国际单位制，测量标准，量值传递与溯源，标定、检定与校准；测量系统的组成及各部分功能；测量系统（仪器）的静态特性。

2．测量误差

主要内容：测量误差的基本概念。

基本要求：测量误差的定义及表示方法、分类和特征；实验标准偏差的求取方法。

3．测量不确定度

主要内容：测量不确定度的概念，测量不确定度的评定。

基本要求：测量不确定度的基本术语，不确定度的来源；标准不确定度的两类评定、合成标准不确定度和扩展不确定度的求取方法；不确定度报告。

4．长度量测量

主要内容：长度测量的标准量和标准环境，阿贝原则，长度尺寸测量，坐标测量，形位误差测量，表面粗糙度测量。

基本要求：长度测量的标准量和标准环境；阿贝原则；长度的直接测量和间接测量、绝对测量和相对测量方法及各种常用测量仪器；三坐标测量机的组成、工作原理、测量数据处理方法；视觉三维测量系统的组成、基本工作原理、工程测量中的应用；形位误差测量的基本概念、测量方法和步骤；直线度误差的概念和评定方法，常用测量方法和仪器；表面粗糙度评定基准和参数，常用测量仪器。

5．角度量测量

主要内容：角度的自然基准、实物基准和圆周封闭原则，角度尺寸的测量，圆分度误差的测量。

基本要求：角度的自然基准、实物基准和圆周封闭原则；角度的接触式测量和非接触式测量方法及常用测量仪器；圆分度误差的评定指标；圆分度误差的绝对测量和相对测量方法。

6．速度、转速和加速度测量

主要内容：速度和加速度测量的基本方法。

基本要求：速度的测量方法；压差测速和多普勒测速原理；陀螺仪基本特性及角速度测量原理；加速度测量原理和方法。

7．力、力矩和压力测量

主要内容：力、力矩和压力测量的基本方法。

基本要求：力的测量方法和常用测量装置；转矩的测量方法和常用测量装置；压力和真空的测量方法和常用测量装置。

8．温度测量

主要内容：温标的概念及各种类型温度计的工作原理和特点。

基本要求：温标的定义；热电偶温度计的工作原理、基本定律和参比端处理方法；热辐射基本定律，热辐射温度计的工作原理及特点。

参考材料：

[1] 孙长库，胡晓东．精密测量理论与技术基础[M]．北京：机械工业出版社，2015．

（二）B 模块：测控电路

1．绪论

主要内容：测控电路的功用，对测控电路的主要要求与特点，测控电路的输入输出信号，测控电路的类型与组成。

基本要求：了解测控电路的功用，测控电路的主要要求与特点，测控电路的输入输出信号及测控电路的类型与组成。

2. 信号放大电路

主要内容：运算放大器的误差及其补偿，噪声的基础知识，典型测量放大电路，隔离放大电路。

基本要求：掌握实际运算放大器的误差及其补偿方法，包括输入失调电压，失调电流，共模抑制比等的影响；掌握典型测量放大电路的设计及计算；了解运算放大器噪声的种类与处理方法，了解隔离放大器的基本工作原理。

3.信号调制与解调电路

主要内容: 调幅式测量电路，调频式测量电路，调相式测量电路，脉冲调制式测量电路。

基本要求: 掌握调幅式测量电路的基本原理和方法，包括包络检波和相敏检波的电路的原理及设计方法；了解调频、调相的方法。

4. 信号分离电路

主要内容: 滤波器基本知识，RC滤波电路，集成有源滤波器

基本要求: 了解滤波器种类，掌握各种滤波器的设计方法，重点掌握二阶滤波器的分析与设计。

5.信号运算电路

主要内容:比例运算放大电路，加/减法运算电路，对数、指数和乘、除运算电路，常用特征值运算电路，函数型运算电路，微分积分运算电路，过程调节器电路。

基本要求: 熟练掌握同相、反相和差分比例放大电路设计方法。掌握加减运算电路，微分、积分电路原理及设计。了解指数、对数电路，常用特征值运算电路和PID 电路的工作原理。

6.信号转换电路

主要内容：模拟开关，采样保持电路，电压比较器电路，电压频率转换电路，电压电流转换电路，模拟数字转换电路。

基本要求: 掌握几种常用模拟开关原理，了解采样保持电路原理，掌握电平比较电路、滞回比较电路、窗口比较电路原理及应用。掌握V/f和f/V转换电路原理，运放构成的V/I转换器原理，掌握D/A 和A/D转换的基本原理和方法。

7.信号细分与辩向电路

主要内容: 直传式细分电路，平衡补偿式细分电路。

基本要求: 掌握单稳四细分辩向电路，电阻链分相细分电路原理及设计方法以及计算机细分的原理与方法。掌握平衡补偿式细分中的相位跟踪细分，了解幅值跟踪细分，脉冲调宽型跟踪细分以及频率跟踪细分的原理与方法。

8.连续信号控制电路

主要内容: 脉宽调制控制电路，导电角控制逆变器，变频控制电路。

基本要求: 了解脉宽调制控制电路的工作原理与控制电路；了解导电角逆变器的基本原理；了解变频控制的基本原理。

9.逻辑与数字控制电路

主要内容：二值逻辑控制与驱动电路，异步与步进电动机驱动电路。

基本要求: 了解二值逻辑控制与驱动电路的基本原理和设计方法。了解异步与步进电动机驱动电路的原理。

10. 测控电路设计实例

主要内容: 动力调谐陀螺仪再平衡回路，系统建模，电路设计

基本要求: 了解测控系统基于电路的实现方法。

参考材料：

[1] 李醒飞．测控电路第 5 版[M]．北京：机械工业出版社，2016．

（三）C模块：传感技术

1. 功能材料的结构与性能

主要内容：材料的原子结构，能带理论，材料物理性质产生的原理

基本要求：了解功能材料发展概况，掌握功能材料的特点与分类，掌握材料的原子结构，能带理论，材料物理性质产生的原理，了解有限元仿真软件对材料结构和性能变化进行仿真的方法。

2. 电性材料、磁性材料与光学材料

主要内容：电性材料、磁性材料与光学材料的分类、关键指标及在传感器中的功能

基本要求：掌握导体材料、半导体材料、绝缘体材料的分类、关键指标及功能；掌握软磁材料，硬磁材料的分类、关键指标及功能；掌握激光材料、光纤材料、发光材料、红外材料、液晶材料的分类、关键指标及功能。

3. 功能转换材料与能源材料

主要内容：功能转换材料与能源材料的原理、分类、关键指标及在传感器中的功能基本要求：掌握压电材料、热释电材料、光电材料的原理、分类、关键指标及功能；了解电光材料、磁光材料、热光材料、声光材料的原理和分类；掌握储氢材料、锂离子电池材料、

太阳能电池材料的原理、分类、关键指标及在传感器中的功能；了解自供能技术及其在传感器中的应用。

4. 智能材料与梯度功能材料

主要内容：智能材料与梯度功能材料的定义与内涵、分类、关键指标及在传感器中的功能基本要求：掌握智能材料与梯度功能材料的定义与内涵；掌握智能材料的分类与智能材料系统，掌握金属系智能材料与形状记忆合金、无机非金属系智能材料、高分子系智能材料的关键指标及在传感器中的功能；掌握梯度光折射率材料、热防护梯度功能材料的关键指标及在传感器中的功能；了解智能材料和梯度功能材料的应用。

5. 生物医学材料与薄膜材料

主要内容：生物医学材料的性能要求，功能薄膜材料的制备技术与表征方法

基本要求：掌握生物医学材料的性能要求，了解生物医学材料的分类；掌握薄膜材料的制备

原理和机械物理性质，了解各种成膜技术的原理和应用范围；了解薄膜材料的基本表征方法；

掌握基于功能材料的传感器件设计方法，了解典型传感器件的加工与集成方法。

6. 电参量转换及传感器

主要内容：电阻及其效应，静电场与电容，热电传感器

基本要求：了解电阻应变效应、压阻效应、霍尔效应、热电效应，掌握应变片、热敏电阻、湿敏电阻工作原理，掌握电桥转换电路，掌握自感式传感器、互感式传感器、电涡流式传感器、热电偶的工作原理、特性及其应用。

7. 光电传感器

主要内容：光电效应与光电传感器，图像传感器，光栅与数字式位移传感器基本要求：了解光电效应，掌握光电管与光电倍增管、光敏电阻，光电二极管、光电三极管、CCD图像传感器、CMOS图像传感器、光栅及角度编码器等工作原理、特性及应用。

8. 机电传感器

主要内容：机电效应，声波传感器

基本要求：了解压电效应、摩擦电效应、磁致伸缩效应、磁电感应、声波特性、声波传感器材料、声波产生与接收特性、声波效应，掌握声波传感器工作原理与典型应用。

9. MEMS传感器

主要内容：微尺度效应集成传感器，微悬臂梁型传感器

基本要求：了解硅的弹性模量，薄板结构及相关特性，微流体特性悬臂梁及其工作原理，掌握微悬臂偏转检测方法，悬臂梁物理量传感器工作原理及应用。

10. 化学与生物传感器

主要内容：化学传感器，生物传感器

基本要求：了解气敏传感器的类型及检测气体种类、半导体气敏传感器的工作原理，了解能斯特方程、电极体系、常用电极介绍，三电极式电化学传感器原理、氧化还原反应、葡萄糖传感应用，场效应型传感器结构、原理、典型应用，酶反应生物传感器原理、结构、特点、应用，免疫传感器原理、结构及特点。

参考材料：

[1] 陈玉安，王必本，廖其龙．现代功能材料第3版[M]．重庆：重庆大学出版社，2018．

[2] 雅各布·弗雷登著，宋萍，隋丽译．现代传感器手册：原理、设计及应用[M]．北京：

机械工业出版社，2021．

一、考试的总体要求

掌握测控技术或智能感知的基础知识和基本理论，并能合理运用解决实际问题。

二、考试的内容及比例

考试内容分为A、B、C三个模块，考生可任选其中一个模块。A模块为精密测量理论与技术基础，B模块为测控电路，C模块为传感技术。

（一）A模块：精密测量理论与技术基础

1．测量技术

主要内容：测量的基本概念；测量系统的组成，测量系统的静态特性。

基本要求：测量、测试、计量的基本概念，国际单位制，测量标准，量值传递与溯源，标定、检定与校准；测量系统的组成及各部分功能；测量系统（仪器）的静态特性。

2．测量误差

主要内容：测量误差的基本概念。

基本要求：测量误差的定义及表示方法、分类和特征；实验标准偏差的求取方法。

3．测量不确定度

主要内容：测量不确定度的概念，测量不确定度的评定。

基本要求：测量不确定度的基本术语，不确定度的来源；标准不确定度的两类评定、合成标准不确定度和扩展不确定度的求取方法；不确定度报告。

4．长度量测量

主要内容：长度测量的标准量和标准环境，阿贝原则，长度尺寸测量，坐标测量，形位误差测量，表面粗糙度测量。

基本要求：长度测量的标准量和标准环境；阿贝原则；长度的直接测量和间接测量、绝对测量和相对测量方法及各种常用测量仪器；三坐标测量机的组成、工作原理、测量数据处理方法；视觉三维测量系统的组成、基本工作原理、工程测量中的应用；形位误差测量的基本概念、测量方法和步骤；直线度误差的概念和评定方法，常用测量方法和仪器；表面粗糙度评定基准和参数，常用测量仪器。

5．角度量测量

主要内容：角度的自然基准、实物基准和圆周封闭原则，角度尺寸的测量，圆分度误差的测量。

基本要求：角度的自然基准、实物基准和圆周封闭原则；角度的接触式测量和非接触式测量方法及常用测量仪器；圆分度误差的评定指标；圆分度误差的绝对测量和相对测量方法。

6．速度、转速和加速度测量

主要内容：速度和加速度测量的基本方法。

基本要求：速度的测量方法；压差测速和多普勒测速原理；陀螺仪基本特性及角速度测量原理；加速度测量原理和方法。

7．力、力矩和压力测量

主要内容：力、力矩和压力测量的基本方法。

基本要求：力的测量方法和常用测量装置；转矩的测量方法和常用测量装置；压力和真空的测量方法和常用测量装置。

8．温度测量

主要内容：温标的概念及各种类型温度计的工作原理和特点。

基本要求：温标的定义；热电偶温度计的工作原理、基本定律和参比端处理方法；热辐射基本定律，热辐射温度计的工作原理及特点。

参考材料：

[1] 孙长库，胡晓东．精密测量理论与技术基础[M]．北京：机械工业出版社，2015．

（二）B 模块：测控电路

1．绪论

主要内容：测控电路的功用，对测控电路的主要要求与特点，测控电路的输入输出信号，测控电路的类型与组成。

基本要求：了解测控电路的功用，测控电路的主要要求与特点，测控电路的输入输出信号及测控电路的类型与组成。

2. 信号放大电路

主要内容：运算放大器的误差及其补偿，噪声的基础知识，典型测量放大电路，隔离放大电路。

基本要求：掌握实际运算放大器的误差及其补偿方法，包括输入失调电压，失调电流，共模抑制比等的影响；掌握典型测量放大电路的设计及计算；了解运算放大器噪声的种类与处理方法，了解隔离放大器的基本工作原理。

3.信号调制与解调电路

主要内容: 调幅式测量电路，调频式测量电路，调相式测量电路，脉冲调制式测量电路。

基本要求: 掌握调幅式测量电路的基本原理和方法，包括包络检波和相敏检波的电路的原理及设计方法；了解调频、调相的方法。

4. 信号分离电路

主要内容: 滤波器基本知识，RC滤波电路，集成有源滤波器

基本要求: 了解滤波器种类，掌握各种滤波器的设计方法，重点掌握二阶滤波器的分析与设计。

5.信号运算电路

主要内容:比例运算放大电路，加/减法运算电路，对数、指数和乘、除运算电路，常用特征值运算电路，函数型运算电路，微分积分运算电路，过程调节器电路。

基本要求: 熟练掌握同相、反相和差分比例放大电路设计方法。掌握加减运算电路，微分、积分电路原理及设计。了解指数、对数电路，常用特征值运算电路和PID 电路的工作原理。

6.信号转换电路

主要内容：模拟开关，采样保持电路，电压比较器电路，电压频率转换电路，电压电流转换电路，模拟数字转换电路。

基本要求: 掌握几种常用模拟开关原理，了解采样保持电路原理，掌握电平比较电路、滞回

比较电路、窗口比较电路原理及应用。掌握V/f和f/V转换电路原理，运放构成的V/I转换器

原理，掌握D/A 和A/D转换的基本原理和方法。

7.信号细分与辩向电路

主要内容: 直传式细分电路，平衡补偿式细分电路。

基本要求: 掌握单稳四细分辩向电路，电阻链分相细分电路原理及设计方法以及计算机细分的原理与方法。掌握平衡补偿式细分中的相位跟踪细分，了解幅值跟踪细分，脉冲调宽型跟踪细分以及频率跟踪细分的原理与方法。

8.连续信号控制电路

主要内容: 脉宽调制控制电路，导电角控制逆变器，变频控制电路。

基本要求: 了解脉宽调制控制电路的工作原理与控制电路；了解导电角逆变器的基本原理；了解变频控制的基本原理。

9.逻辑与数字控制电路

主要内容：二值逻辑控制与驱动电路，异步与步进电动机驱动电路。

基本要求: 了解二值逻辑控制与驱动电路的基本原理和设计方法。了解异步与步进电动机驱动电路的原理。

10. 测控电路设计实例

主要内容: 动力调谐陀螺仪再平衡回路，系统建模，电路设计

基本要求: 了解测控系统基于电路的实现方法。

参考材料：

[1] 李醒飞．测控电路第 5 版[M]．北京：机械工业出版社，2016．

（三）C模块：传感技术

1. 功能材料的结构与性能

主要内容：材料的原子结构，能带理论，材料物理性质产生的原理

基本要求：了解功能材料发展概况，掌握功能材料的特点与分类，掌握材料的原子结构，能带理论，材料物理性质产生的原理，了解有限元仿真软件对材料结构和性能变化进行仿真的方法。

2. 电性材料、磁性材料与光学材料

主要内容：电性材料、磁性材料与光学材料的分类、关键指标及在传感器中的功能

基本要求：掌握导体材料、半导体材料、绝缘体材料的分类、关键指标及功能；掌握软磁材料，硬磁材料的分类、关键指标及功能；掌握激光材料、光纤材料、发光材料、红外材料、液晶材料的分类、关键指标及功能。

3. 功能转换材料与能源材料

主要内容：功能转换材料与能源材料的原理、分类、关键指标及在传感器中的功能基本要求：掌握压电材料、热释电材料、光电材料的原理、分类、关键指标及功能；了解电光材料、磁光材料、热光材料、声光材料的原理和分类；掌握储氢材料、锂离子电池材料、

太阳能电池材料的原理、分类、关键指标及在传感器中的功能；了解自供能技术及其在传感器中的应用。

4. 智能材料与梯度功能材料

主要内容：智能材料与梯度功能材料的定义与内涵、分类、关键指标及在传感器中的功能基本要求：掌握智能材料与梯度功能材料的定义与内涵；掌握智能材料的分类与智能材料系统，掌握金属系智能材料与形状记忆合金、无机非金属系智能材料、高分子系智能材料的关键指标及在传感器中的功能；掌握梯度光折射率材料、热防护梯度功能材料的关键指标及在传感器中的功能；了解智能材料和梯度功能材料的应用。

5. 生物医学材料与薄膜材料

主要内容：生物医学材料的性能要求，功能薄膜材料的制备技术与表征方法

基本要求：掌握生物医学材料的性能要求，了解生物医学材料的分类；掌握薄膜材料的制备

原理和机械物理性质，了解各种成膜技术的原理和应用范围；了解薄膜材料的基本表征方法；

掌握基于功能材料的传感器件设计方法，了解典型传感器件的加工与集成方法。

6. 电参量转换及传感器

主要内容：电阻及其效应，静电场与电容，热电传感器

基本要求：了解电阻应变效应、压阻效应、霍尔效应、热电效应，掌握应变片、热敏电阻、湿敏电阻工作原理，掌握电桥转换电路，掌握自感式传感器、互感式传感器、电涡流式传感器、热电偶的工作原理、特性及其应用。

7. 光电传感器

主要内容：光电效应与光电传感器，图像传感器，光栅与数字式位移传感器基本要求：了解光电效应，掌握光电管与光电倍增管、光敏电阻，光电二极管、光电三极管、CCD图像传感器、CMOS图像传感器、光栅及角度编码器等工作原理、特性及应用。

8. 机电传感器

主要内容：机电效应，声波传感器

基本要求：了解压电效应、摩擦电效应、磁致伸缩效应、磁电感应、声波特性、声波传感器材料、声波产生与接收特性、声波效应，掌握声波传感器工作原理与典型应用。

9. MEMS传感器

主要内容：微尺度效应集成传感器，微悬臂梁型传感器

基本要求：了解硅的弹性模量，薄板结构及相关特性，微流体特性悬臂梁及其工作原理，掌握微悬臂偏转检测方法，悬臂梁物理量传感器工作原理及应用。

10. 化学与生物传感器

主要内容：化学传感器，生物传感器

基本要求：了解气敏传感器的类型及检测气体种类、半导体气敏传感器的工作原理，了解能斯特方程、电极体系、常用电极介绍，三电极式电化学传感器原理、氧化还原反应、葡萄糖传感应用，场效应型传感器结构、原理、典型应用，酶反应生物传感器原理、结构、特点、应用，免疫传感器原理、结构及特点。

参考材料：

[1] 陈玉安，王必本，廖其龙．现代功能材料第3版[M]．重庆：重庆大学出版社，2018．

[2] 雅各布·弗雷登著，宋萍，隋丽译．现代传感器手册：原理、设计及应用[M]．北京：

机械工业出版社，2021．

变化情况：无变化