鲁科版选修32 大显身手的传感器 课件（33张）.ppt

第3节大显身手的传感器 1 能列举传感器在生产和生活中的应用 2 理解压力传感器的原理 并在实际问题中了解其应用 3 了解自动门和指纹识别器的工作原理 动触片 体积 红外线 继电器 3 指纹识别器 电容式传感器指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的 当正对面积 介电常数一定时 电容与两极间距离是一一对应的 此识别器表面集合了300 300个电容器极板 其外面是绝缘介质 手指的皮肤是电容器的另一极板 由于指纹的脊和谷相对于另一极的距离不同 使电容阵列中不同位置的电容也不相同 通过读取这些电容的数值就能获得指纹信息 再把此信息转化为电信号进行对比 就可以实现指纹的识别 感觉器官 外部传感器 内部传感器 1 洗衣机水位控制装置全自动洗衣机的水位控制装置 是使用压力传感器来工作的 图5 3 2 a 中1和2分别是洗衣机的外筒和内筒 3是气室 4是传感器的膜盒 气室下部与外筒连通 上部与软管 传感器的膜盒 图中圆框内 连通 向内筒中注水时 水通过内筒壁上的小孔流入外筒 部分水进入气室 气室内被密封的空气压强增大 使传感器的膜片向上凸起 如图5 3 2 b 当筒中水位到达设定的高度时 凸起的膜片使动触点a与静触点b脱离 并与静触点c接触 从而接通控制电路 关闭进水电磁阀门 接通洗涤电动机电源 开始洗涤衣物 采用压力传感器的还有电子秤 它主要由应变片 电压放大器 模数转换器 微处理器和数字显示器等组成 当应变片受到力的作用时 它将发生弯曲形变 应变片的作用是将形变这个力学量转换为电压这个电学量 应变片的测力原理 如图5 3 3所示 弹簧钢制成的梁形元件右端固定 在梁的上下表面各贴一个应变片 在梁的自由端施加力f 则梁发生弯曲 上表面拉伸 下表面压缩 上表面应变片的电阻变大 下表面应变片的电阻变小 f越大 应变片的弯曲形变越大 应变片的阻值变化就越大 如果让应变片中通过的电流保持恒定 那么上面应变片两端的电压变大 下面应变片两端的电压变小 传感器把这两个电压的差值输出 外力越大 输出的电压差值也就越大 应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量 2 自动门控制这种自动门开关的 是一种红外线传感器 它能够探测到较远距离的人体发出的红外线 自动门的工作流程如图5 3 4所示 当有人接近自动门时 传感器接收到人体发出的红外线 产生电压输出信号 信号经过电路处理后 使定时器工作 由定时器构成的电路使继电器通电 自动门电动机转动 门自动打开 当人通过自动门几秒钟后 定时器又使继电器断电 自动门电动机反转 门自动关闭 红外接收管这个光传感器是将断续的光脉冲信号转换为电压脉冲信号 输出一种数字量 适于计算机接收和处理 3 指纹识别器指纹识别器就是应用电容传感器的装置之一 指纹识别器表面集合了300 300个电容器极板 其外表面是绝缘表面 当用户的手指放在绝缘表面上时 皮肤就组成了电容阵列极板的另一面 图5 3 5 由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同 使电容阵列中不同位置的电容器的电容值也不相同 通过读取这些电容的差异 就能够获取指纹信息 这样 就把指纹的信息转化成了电信号 再经过电路对电信号的比较 就可以实现对指纹的识别 4 传感器与机器人传感器系统是机器人的感觉器官 可以分为外部传感器和内部传感器 外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激 视觉传感器 主要是摄像机 是机器人的 眼睛 它可以测量物体的距离 识别物体的形状 颜色等 超声波传感器 语音识别装置等是机器人的 耳朵 温度传感器相当于人的皮肤 机器人通过它感知环境温度的变化 除此之外 外部传感器还包括嗅觉传感器 味觉传感器等 内部传感器 如角度传感器 关节传感器等 用于检测机器人自身的状态 它安装在驱动装置内 用以测量手臂 手爪等的位置和运动的速度 以控制机器人精确定位和平稳运动 实现未来机器人的高智能化 依赖于传感器技术的提高 典例1 如图5 3 6是某同学在科技制作活动中自制的电子秤原理图 利用电压表 内电阻很大 的示数来指示物体的质量 托盘与电阻可忽略的弹簧相连 托盘与弹簧的质量均不计 滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接 当托盘中没有放物体时 电压表的示数为零 设变阻器的总电阻为r 总长度为l 电源电动势为e 内阻为r 限流电阻为r0 弹簧的劲度系数为k 若不计一切摩擦和其他阻力 1 求出电压表示数ux与所称物体质量m的关系式为ux 2 由 1 的计算结果可知 电压表示数与待测物体质量不成正比 不便于制作刻度 为使电压表示数与待测物体质量成正比 请利用原有器材进行改进 在上图的基础上完成改进后的电路原理图 并得出电压表示数ux与待测物体质量m的关系式为ux 借题发挥力传感器能够把物体的形变转换为电压或电流的变化 外力越大 电压或电流的变化就越大 由变化的差值大小 可以得知外力的大小 力传感器的种类很多 在具体应用中 能依据其特性 综合利用其它知识进行分析与计算 变式1 传感器是一种采集信息的重要器件 如图5 3 7所示的是一种测定压力的电容式传感器 当待测压力f作用于可动膜片的电极上时 以下说法中正确的是 若f向上压膜片电极 电路中有从a到b的电流 若f向上压膜片电极 电路中有从b到a的电流 若f向上压膜片电极 电路中不会出现电流 若电流表有示数 则说明压力f发生变化 若电流表有示数 则说明压力f不发生变化a b c d 解析当f向上压膜片电极时 板间距离减小 电容器的电容将增大 当f变化时 电容变化 而板间电压不变 由q cu 故带电荷量q发生变化 电容器将发生充 放电现象 回路中有电流 电流计有示数 反之 电流计有示数时 压力f必发生变化 答案a 典例2 如图5 3 8所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图 a为光源 b为光电接收器 a b均固定在车身上 c为小车的车轮 d为与c同轴相连的齿轮 车轮转动时 a发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号 被b接收并转换成电信号 由电子电路记录和显示 若实验显示单位时间内脉冲数为n 累计脉冲数为n 则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量和数据是 小车速度的表达式为v 行程的表达式为s 借题发挥光传感器的基本原理都是将光信号转换为电信号 与电路结合 可实现自动控制 常见的光传感器有 光敏电阻 光电二极管 光电三极管等 变式2 在电梯门口放置一障碍物 会发现电梯门不停地开关 这是由于在电梯门上装有的传感器是 a 光传感器b 温度传感器c 声传感器d 压力传感器解析在电梯门口放置一障碍物 电梯门不停地开关 说明电梯门口有一个光传感器 故a选项正确 答案a 答案a 借题发挥电容器的电容c决定于极板正对面积s 极板间距离d 以及极板间的电介质这几个因素 如果某一物理量 如角度 位移s 深度h等 的变化能引起以上某个因素的变化 从而引起电容的变化 那么 通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化 变式3 如图5 3 9所示为一测定液面高低的电容传感器的示意图 a为固定的导体芯 b为导体芯外面的一层绝缘物质 c为导电液体 把传感器接到图示电路中 已知灵敏电流表指针偏转方向与电流方向相同 如果发现指针向右偏转 则导电液体的深度h的变化为 a h正在增大b h正在减小c h不变d 无法确定 答案b 力传感器1 电子秤使用的是 a 超声波传感器b 压力传感器c 温度传感器d 红外传感器答案b 2 关于电子秤中应变式力传感器说法正确的是 a 应变片是由导体材料制成b 当应变片的表面拉伸时 其电阻变大 反之变小c 传感器输出的是应变片上的电压d 外力越大 输出的电压差值也越大解析应变片多用半导体材料制成 故选项a错 b对 传感器输出的是应变片上 下两表面的电压差 并且随着外力的增大 输出的电压差值也就增大 故c错 d对 答案bd 解析滑动触头p左移 使其电阻减小 流过二极管的电流增大 从而发光增强 使光敏电阻r减小 最终达到增大流过灯泡的电流的效果 答案a 4 如图5 3 11为烟雾散射式火灾报警器 它主要由带孔的外罩 发光二极管led 光电三极管及不透明的挡板组成 请简述它的工作原理 解析报警器工作时发光二极管处于发光状态 由于挡板遮挡