【导与练】高中物理 4.1 传感器的原理同步教学课件 新人教版选修3.ppt

1 4 1传感器的原理 第4章传感器与现代社会 2 1 知道什么是传感器 3 通过实物认识光敏电阻 了解光传感器的工作原理 了解光传感器的用途 4 利用传感器制作简单的自动控制装置 通过实验认识传感器 体会非电学量转换成电学量的好处 2 知道传感器的种类及其一般结构 3 人体对外界的感觉可分为哪几种 分别由什么器官承担 视觉 眼睛 听觉 耳朵 味觉 舌头 嗅觉 鼻子 触觉 皮肤 如果把人体看做一个信息系统的话 那么 眼 耳 鼻 舌 皮肤等感觉器官就是这个信息系统的传感器 4 人们购买瓷器和西瓜时 是通过敲击听它们所发出的声音的音调来判断其质量的好坏的 但仅依靠听觉判断是难以把握的 能否用仪器来代替人听 准确地判断西瓜的成熟程度呢 随着科学技术的进步 社会的发展 单凭人们的感觉器官来获得信息已经远远不能满足人们的需要 于是人们研制出了各种传感器 使人们获取信息的领域更宽广 更深入 5 传感器是把非电学物理量 如位移 速度 压力 温度 湿度 流量 声强 光照强度等 转换成易于测量 传输 处理的电学量 如电压 电流 电容等 的一种装置 起自动控制作用 一般由敏感元件 转换器件 转换电路三个部分组成 如 转换器件 敏感元件 转换电路 1 什么是传感器 能感受外界信息 并将其按一定的规律转换成电信号的器件或装置 叫做传感器 6 敏感元件是传感器的核心 是利用材料的某种敏感效应制成的 它可以利用各种物理 化学 生物效应 将非电学参数的变化转换成电学参数的变化 转换器件将敏感元件采集的信息进行处理 以电压或电流的形式输出 转换电路的作用是将此电信号转换成易于传输或测量的电学量输出 当转换电路采用计算机进行信息处理 并输出数字信息时 这种传感器就叫做智能传感器 如机器人中使用的各种传感器大都是智能传感器 7 日常生活中传感器几乎处处可见 夜晚楼梯上漆黑一片 但随着我们的脚步声响 楼梯灯亮了 我们登上一层楼 灯光照亮一层楼 而身后的灯则依次熄灭 这种楼梯灯控制装置好像能 听到 我们的到来 开灯迎接 又好像能 看到 我们的离去 关灯节能 它之所以能这样做 是因为在电路中安装了一种能将声 光信息转换成电学量的传感器 声光控延时开关 8 用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关 只有在天黑以后 当有人走过楼梯通道 发出脚步声或其他声音时 楼道灯会自动点亮 提供照明 当人们进入家门或走出公寓 楼道灯延时几分钟后会自动熄灭 在白天 即使有声音 楼道灯也不会亮 可以达到节能的目的 声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道 而且也适用于工厂 办公楼 教学楼等公共场所 它具有体积小 外形美观 制作容易 工作可靠等优点 适合广大电子爱好者自制 9 声光控延时开关电路的工作原理 顾名思义 声光控延时开关就是用声音来控制开关的 开启 若干分钟后延时开关 自动关闭 因此 整个电路的功能就是将声音信号处理后 变为电子开关的开动作 10 光电转换器 声电转换器 电子线路 被控制线路 声光控延时开关电路原理图 11 光电传感器 光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管 光电传感器如果是由光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理制成的 如自动冲水机 路灯的控制 光电计数器 烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理 探究传感器的原理 光敏电阻 12 探究传感器的原理 光照越强 电阻越小 光信息 电信息 光敏电阻 13 实验1 光控开关 发光二极管 斯密特触发器 1 单向导电性 2 发光 当输入端电压上升到某值 1 6v 输出端突然由高电平跳到低电平 0 25v 当输入端电压下降到某值 0 8v 输出端突然由低电平跳到高电平 3 4v 14 15 工作原理 白天 光强度较大 光敏电阻rg电阻值较小 加在斯密特触发器a端的电压较低 则输出端y输出高电平 发光二极管led不导通 当天色暗到一定程度时 rg的阻值增大到一定值 斯密特触发器的输入端a的电压上升到某个值 1 6v 输出端y突然从高电平跳到低电平 则发光二极管led导通发光 相当于路灯亮了 这样就达到了使路灯天明熄灭 天暗自动开启的目的 思考 要想在天更暗时路灯才会亮 应该把r1的阻值调大些还是调小些 大 16 电磁继电器的工作原理 当线圈a中通电时 铁芯中产生磁场 吸引衔铁b向下运动 从而带动触点d向下与e接触 将工作电路接通 当线圈a中电流为零时 电磁铁失去磁性 衔铁b在弹簧作用下拉起 带动触点d与e分离 自动切断工作电路 17 实验2 如图是天花板上装的火灾报警器 平时 发光二极管led发出的光被挡板挡住 光电三极管收不到光 呈现高电阻状态 当有烟雾进入罩内后 使光线向各个方向散射 使部分光线照射到光电三极管上 其阻值变小 与传感器连接的电路检测到这种变化 就会警报 18 传感器的分类 1 物理型传感器 得用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测物信息的传感器 如电容传感器 电感传感器 光电传感器 压电传感器等 2 化学型传感器 利用化学反应识别和检测信息的传感器 如气敏传感器 湿敏传感器等 3 生物型传感器 利用生物化学反应识别和检测信息的传感器 如组织传感器 细胞传感器等 19 常见传感器中的敏感元件 1 光敏电阻 光电传感器 2 热敏电阻和热电阻 温度传感器 3 电容式传感器 位移传感器 4 霍尔元件 磁传感器 20 例1 如图所示 r1 r2为定值电阻 l是小灯泡 r3为光敏电阻 当照射光强度增大时 a 电压表的示数增大b r2中电流减小c 小灯泡的功率增大d 电路的路端电压增大 abc 21 练习 如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图 其中r1为光敏电阻 r2为定值电阻 此光电计数器的基本工作原理是 a 当有光照射r1时 信号处理系统获得高电压b 当