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第三章传感器 在自然界中 各种动物身上都隐藏着很多传感器 视觉听觉触觉嗅觉味觉 用这些感觉器官来感知周围所发生的事情 这些感觉是通过人体身上存在的感知神经 传感器 而获得的 现代信息技术的三大基础学科 传感器技术 感觉器官 准确 可靠的获取信息通信技术 中枢神经 对信息的传输计算机技术 大脑 对信息的处理 征服了传感器 就等于征服了科学技术 认识传感器 当你走近自助银行的自动门时 为什么门会自动打开 地面控制中心的医生怎样才能时刻知道宇航员的身体状况的 警察怎么知道他喝酒了 这一切 都要归功于现代传感器技术的发展和应用 生活中的传感器 农业生产中的传感器 利用湿度传感器判断农田的水分蒸发情况 自动决定供水还是停水 农业生产中的传感器 工业生产中的传感器 工厂自动化生产线监控系统 飞向太空的传感器 什么是传感器 3 实际上 能够完成两种量之间的变换或转换关系 都符合于传感器的定义范畴 1 传感器是一种检测装置 对应于被测量 能给出易于处理的输出信号的变换器 2 电信号易于采集 显示 处理 储存和传输 故现代技术与自动控制通常都需将非电学量转化为电学量 传感器是指这样一类元件 它能感受例如力 温度 光 声 化学成分等非电学量 并能把它们转换成电压 电流等电学量 或转换为电路的通断 从而能方便地进行测量 传输 处理和控制 什么是传感器 1 定义 传感器一般由敏感元件 转换元件和基本转换电路三部分组成 2 组成 敏感元件 转换元件 转换电路 被测量 电学量 非电学量 敏感元件 传感元件 信号调节转换电路 辅助电路 提供电源 电学量 输出 记录 显示 执行机构等 非电学量 传感器的工作原理 传感器是电子控制系统获取外部信息的惟一途径 传感器与人的感觉器官进行对比 眼 耳 鼻 舌 皮肤 光敏传感器声敏传感器气敏传感器味觉传感器压敏 热敏 湿敏传感器 马上行动 力敏传感器 接受 信息 并转换为电信号 接受声信息 并转换为电信号 位移传感器 接受信息 并转换为 超声波传感器 接受信息 并转换为 电信号 力 超声波 声敏传感器 位置变化 电信号 话筒 动圈式话筒 膜片在声波下振动 使得与膜片相连的线圈中产生周期性变化的感应电流 声传感器的应用 电容式话筒 金属膜片M和固定电极N形成一个电容器 M在声波作用下振动 电容器的电容作周期性变化 电阻R两端的电压也做相应的周期性变化 温度传感器的原理 温度传感器 温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置 热敏电阻 负温度系数 正温度系数 R随t的升高而减少 R随t的升高而增大 金属热电阻 温度传感器 热敏电阻 温度系数大灵敏度高响应迅速测量线路简单体积小寿命长价格便宜耐湿耐酸耐碱耐热冲击耐振动可靠性较高 2019 12 27 27 热敏电阻 热敏电阻的阻值会随着温度的升高而 具有负温度系数 热敏电阻R T关系示意图 1 材料 半导体 减小 2 特性 金属热电阻 2 特性 金属热电阻的阻值会随着温度的升高而 具有正温度系数 1 材料 金属热电阻是用金属做成的 金属热电阻R T关系示意图 热敏电阻和金属热电阻能够把 这个热学量转换成为电阻这个电学量 增大 温度 测温仪 温度传感器的应用 测温仪 将微机辅助实验系统所配的温度传感器与计算机连接 可以实现数据采集 处理 画图的智能化功能 温度传感器的应用 电烫斗 双金属片温度传感器 常温下两触点分离 温度升高 两种金属膨胀性能不同 双金属片形状发生变化 使触点接触 温度传感器的应用 电烫斗的构造思考与讨论 常温下两触点是接触还是分离 如何用调温旋钮来升高或降低电烫斗的工作温度 电饭锅 感温铁氧体的 居里点 感温铁氧体在常温下具有铁磁性 但温度升高到103 时便失去了铁磁性 这个温度称为这种材料的 居里温度 或 居里点 电饭锅的构造思考与讨论 开始做饭时为什么要压下开关按钮 若用电饭锅烧水 水在沸腾以后是否会自动断电 温度传感器的应用 光电传感器的原理 光敏电阻实物图 光电传感器 光敏电阻 光敏电阻在暗环境中 电阻值很大 强光照射下 电阻值很小 光敏电阻对光敏感 当改变光照强度时 电阻的大小也随着改变 一般随着光照强度的增大电阻值 2 材料 制作光敏电阻的材料一般为半导体 如 硫化镉 减小 光敏电阻能够把光照强弱这个 转换为电阻这个电学量 光学量 1 特性 硫化镉的电阻率跟光照的强度有关 把硫化镉涂敷在绝缘板上 另涂敷两个栅状电极 不同强度的光照射 两电极间的电阻不同 光敏电阻 光传感器 鼠标器 光传感器的应用 鼠标中的红外接收管就是光传感器 鼠标移动时 滚球带动x y方向两个码盘转动 红外管接收到一个个红外线脉冲 计算机分别统计x y两个方向上的脉冲信号 就能确定鼠标的位置 火灾报警器 光电三极管是烟雾火警报警器中的光传感器 平时 发光二极管发出的光被不透明挡板挡住 当有烟雾时 烟雾对光有散射作用 光电三极管接收到散射光 电阻变小 使报警电路工作 光传感器的应用 认识数码相机 数码相机是近几年中新发展起表的图像捕捉设备 它将所拍摄影像以数字形式保存起来 拍摄的结果 数字化图像 可直接传输到计算机中 它以不使用胶卷 采用数字技术处理图像 易存储等优点对传统相机形成了压倒性的优势 数码相机与光学相机不同 光学相机是通过镜头捕捉来自景物的光 根据其光的强弱在胶片的银盐颗粒上感光 从而将图像记录在胶片上 而数码相机通过光学镜头的作用将光线会聚到图像传感器 电荷耦合器件 CCD 上 它代替了普通相机中胶卷的位置 CCD把光信号转变为电信号 经过电子电路 数字信号处理器 DSP 等对电信号进行转换和压缩处理 使图像文件被存储在内置存储器中 至此 数码相机的主要工作已经完成 然后就可以通过液晶显示器 LCD 查看拍摄到的照片 有一些数码相机为扩大存储容量而使用可移动存储器 如PC卡或软盘 此外 还有连接到计算机 打印机和电视机的视频接口 拓展 电容式位移传感器 电容式位移传感器能够把物体 这个力学量转换为 这个电学量 位移 电容 电子秤 应变片发生形变时其电阻随之发生变化 在恒定电流下 应变片是把形变 几何量 转换为电压 电学量 的元件 力传感器的应用 传感器在机械杠杆秤电子化改造中的应用 在一些城市的主要交通路口 安装有实时显示声强的仪器 试谈谈其原理 光控开关 用传感器制作自控装置 路灯自控开关 自然光 模拟路灯 实验 温度报警器 温度升高到一定程度就会发出报警声 蜂鸣器 5V 热敏电阻 A Y RT R1 1 to 巩固练习 1 传感器能感受一些 量 并把它们按一定的规律转化为 量 就可以方便的测量 传输 处理 控制 2 常见的将光学信号转化为电信号的传感元件是 当光照射它时 它的导电性能 非电学 电学 光敏电阻 增加 3 火灾报警器使用的是 A 光传感器B 温度传感器C 红外线传感器D 超声波传感器4 如图所示是测定位移X的电容式传感器 其工作原理是哪个量的变化造成其电容的变化 A 电介质进入极板的长度B 两极板间距离C 两极板正对面积D 极板所带电量 ABC A 1 传感器的概念 小结 2 传感器的工作原理 3 敏感元件 1 光敏电阻 光电传感器 2 热敏电阻 温度传感器 非电学量 敏感元件 转换器件 转换电路 电学量 传感器是指