第二章电子控制系统信息的获取和转换

1、认识常见的传感器及其应用 什么是传感器 传感器的作用 认识常见的传感器类型 传感器的检测 认识常见的传感器 传感器的应用 思考 光控灯 是怎么工作的？思考 声控灯 是怎么工作的？ 我国第一位进入太空的宇航 员杨利伟遨游在遥远的太空 时，地面上的医生怎么样才 知道他的身体状况呢？ 一、什么是传感器 第一节 认识常见的传感器 将非电量转换为与之有确定 关系的电量输出的装置，称为传 感器。 第一节 认识常见的传感器 传感器是如何转换信息的? 声音信息 传感器 电信号 光信息 传感器电信号 第一节 认识常见的传感器 二、传感器的作用 输 入 传 感 器 控制（处理） 电子电路 输出 执行器等 第一节

2、认识常见的传感器 讨论 为什么一定要通过传感器完成信为什么一定要通过传感器完成信 息的检测工作呢？息的检测工作呢？ 因为电子控制系统的控制过程是由电子电路来因为电子控制系统的控制过程是由电子电路来 完成的，电子电路所能处理的只能是电信号。如前完成的，电子电路所能处理的只能是电信号。如前 面所讲的声控灯、光控路灯的控制，声音和光都不面所讲的声控灯、光控路灯的控制，声音和光都不 是电信号，必须把这些非电信号转换为电流、电压是电信号，必须把这些非电信号转换为电流、电压 等电信号后，才能通过电子电路来传输、处理、存等电信号后，才能通过电子电路来传输、处理、存 储和输出，实现电子控制。储和输出，实现电子

3、控制。 传感器能模拟人的感觉器官，可以更为准确的获取外界的输入信息，以便处理。传感器能模拟人的感觉器官，可以更为准确的获取外界的输入信息，以便处理。 第一节 认识常见的传感器 三、常见传感器的类型和作用 传感器的类型很多，常见的有：传感器的类型很多，常见的有： 光敏传感器、光敏传感器、 热敏传感器、热敏传感器、 声敏传感器、声敏传感器、 湿敏传感器、湿敏传感器、 气敏传感器、气敏传感器、 力敏传感器、力敏传感器、 位移传感器等。位移传感器等。 由于它们各自的材料不同和结构上的差异，由于它们各自的材料不同和结构上的差异， 它们所转换的信息也各不相同。它们所转换的信息也各不相同。 第一节 认识常见

4、的传感器 热敏传感器 力敏传感器湿敏传感器 力敏传感器 气敏传感器 观察 p25-26页 小试验 按照以下电路图连接元器件，观按照以下电路图连接元器件，观 察光线的变化对察光线的变化对LEDLED的影响。的影响。 第一节 认识常见的传感器 1. 光敏传感器 R LED 9V 第一节 认识常见的传感器 电路符号和实物图 工作原理 有光照时电阻小有光照时电阻小（几十（几十KK以下），电路接通；以下），电路接通； 无光照时电阻大无光照时电阻大（10M10M以上），电路断开，以上），电路断开， 由此把光信号转换为电信号。由此把光信号转换为电信号。 结果分析 小试验 按照以下电路图连接元器件，按照以下电

5、路图连接元器件， 观察声音对声控灯泡亮、灭的影响。观察声音对声控灯泡亮、灭的影响。 声控灯泡 220V 第一节 认识常见的传感器 2. 声敏传感器 第一节 认识常见的传感器 电路符号和实物图 工作原理 能通过声音引起的振动能通过声音引起的振动 产生微弱的电信号。由此把产生微弱的电信号。由此把 声音信号转换为电信号。声音信号转换为电信号。 结果分析 第一节 认识常见的传感器 3. 磁敏传感器（干簧管）（p21页） 小试验 按照以下电路图连接元器件，按照以下电路图连接元器件， 并将磁铁移近、移出干簧管，观察并将磁铁移近、移出干簧管，观察 灯泡的亮、灭。灯泡的亮、灭。 3V 电路符号和实物图 第一节

6、 认识常见的传感器 工作原理 无磁场时，两个簧片相互无磁场时，两个簧片相互 分离，干簧管处于分离，干簧管处于“关断关断”状状 态；当有磁场时，铁合金簧片态；当有磁场时，铁合金簧片 被磁化，两个簧片相互吸引，被磁化，两个簧片相互吸引， 干簧管处于干簧管处于“接通接通”状态。由状态。由 此把磁信号转换为电信号。此把磁信号转换为电信号。 结果分析 小试验 4. 热敏传感器（热敏电阻） 第一节 认识常见的传感器 按照以下电路图连接元器件，按照以下电路图连接元器件， 接通电源，再用手握住热敏电阻，接通电源，再用手握住热敏电阻， 观察灯泡的亮度的变化。观察灯泡的亮度的变化。 R LED 3V K 热敏电阻

7、 电路符号和实物图 工作原理 热敏电阻的阻值随着温度热敏电阻的阻值随着温度 的变化而变化，从而控制电路的变化而变化，从而控制电路 中电流通断或大小，由此把温中电流通断或大小，由此把温 度信号转换为电信号。度信号转换为电信号。 第一节 认识常见的传感器 马上行动（P22） 第一节 认识常见的传感器 力敏传感器 接受 信息，并转换为电信号 接受声信号，并转换为电信号 位移传感器接受并转换为 超声波传感器接受并转换为 力 声敏传感器 位移信息电信号 超声波信息电信号 第一节 认识常见的传感器 四、传感器的检测 为了确定传感器的质量好坏，必须对它进为了确定传感器的质量好坏，必须对它进 行检测。在精度要

8、求不高的检测时，通常可以行检测。在精度要求不高的检测时，通常可以 用多用电表。用多用电表。 第一节 认识常见的传感器 分组试验1 按照课本第按照课本第2323页的页的 试验要求和步骤分小组试验要求和步骤分小组 进行试验，并认真记录进行试验，并认真记录 试验数据。试验数据。 光敏电阻的检测光敏电阻的检测 第一节 认识常见的传感器 分析总结 请三个小组代表上黑板呈现试验结果。 通过以上试验，总结检测传感器有哪几种方法。 测量电阻和测量电压 第一节 认识常见的传感器 分组试验2 热敏电阻的检测热敏电阻的检测 按照课本第24页 的试验要求和步骤， 分小组进行试验，并 认真记录试验数据。 。 。 S 3

9、V R2 470 R1 热敏电阻 测量点 温度计 铁架台 第一节 认识常见的传感器 试验总结 请三个小组代表上黑板画出在不同温度下，热 敏电阻的阻值和两端电压值变化的曲线。 通过以上曲线分析热敏电阻的阻值变化的规律。 能力展示 空调的温度自动控制过程应该选择什么传感器？ 第一节 认识常见的传感器 第一节 认识常见的传感器 控制箱 水泵 磁 环 传感器 图为水位自动图为水位自动 控制系统，磁环可控制系统，磁环可 以随着水位沿着传以随着水位沿着传 感器上下移动，将感器上下移动，将 水位信息转换为电水位信息转换为电 信号后送给控制箱，信号后送给控制箱， 实现闭环控制。你实现闭环控制。你 认为选择什么

10、传感认为选择什么传感 器比较合适。器比较合适。 能力展示 第一节 认识常见的传感器 参考答案参考答案 空调使用的传感器是空调使用的传感器是热敏传感器。热敏传感器。 水位自动控制系统可以采用水位自动控制系统可以采用磁敏传感器磁敏传感器 （干簧管传感器）。（干簧管传感器）。 第一节 认识常见的传感器 小结小结 自然界中的信息大都是以非电量信息存在，在自然界中的信息大都是以非电量信息存在，在 实现电子控制时，就需要通过传感器将这些非电量实现电子控制时，就需要通过传感器将这些非电量 信息转换为电量信息，实现电子系统控制。不同的信息转换为电量信息，实现电子系统控制。不同的 非电量信息在实现电子系统控制时

11、，就需要通过不非电量信息在实现电子系统控制时，就需要通过不 同的传感器实现电量信息的转换。同的传感器实现电量信息的转换。 思考思考 为什么传感器比人的感觉系统精确性、可靠性更好？（为什么传感器比人的感觉系统精确性、可靠性更好？（2828页思考）页思考） 传感器在生活、生产中有哪些应用？（传感器在生活、生产中有哪些应用？（3030页马上行动）页马上行动） 第一节 认识常见的传感器 知识回顾 光敏传感器光敏传感器 声敏传感器声敏传感器 气敏传感器气敏传感器 味敏传感器味敏传感器 压敏、热敏、湿敏、传感器压敏、热敏、湿敏、传感器 眼睛眼睛 耳朵耳朵 鼻子鼻子 舌头舌头 皮肤皮肤 传感器传感器控制器控

12、制器执行器执行器 五官五官大脑大脑肢体肢体 为什么传感为什么传感 器比人的感觉系器比人的感觉系 统精确性、可靠统精确性、可靠 性更好？性更好？ 思考思考 3. 3. 传感器转换的信号与它获取的信息有严格的一一对应关系。传感器转换的信号与它获取的信息有严格的一一对应关系。 4. 4. 传感器产品都是经过精确测试、检验和校正的。传感器产品都是经过精确测试、检验和校正的。 5. 5. 传感器测量数据重复性好。传感器测量数据重复性好。 1. 1. 人的感觉系统容易受到内外各种因素的影响，从而产生不稳定性。人的感觉系统容易受到内外各种因素的影响，从而产生不稳定性。 2. 2. 同时感觉的信息也难以准确表

13、达。同时感觉的信息也难以准确表达。 车辆驾驶人员血车辆驾驶人员血 液中的酒精含量大于液中的酒精含量大于 或等于或等于2020毫克毫克/100/100毫毫 升、小于升、小于8080毫克毫克/100/100 毫升为饮酒驾车；血毫升为饮酒驾车；血 液中的酒精含量大于液中的酒精含量大于 或者等于或者等于8080毫克毫克/100/100 毫升为醉酒驾车。毫升为醉酒驾车。 中华人民共和国道路交通安全法中华人民共和国道路交通安全法规定：严规定：严 禁酒后驾车。为了防止酒后驾车，交通警察使用酒禁酒后驾车。为了防止酒后驾车，交通警察使用酒 精浓度测试仪检测可疑驾驶员是否酒后驾驶。酒精精浓度测试仪检测可疑驾驶员是

14、否酒后驾驶。酒精 浓度测试仪中就使用了浓度测试仪中就使用了对酒精敏感的气敏传感器对酒精敏感的气敏传感器。 气敏传感器可以将获取的气体信气敏传感器可以将获取的气体信 息转换为电信号。利用不同的半导息转换为电信号。利用不同的半导 体材料对不同气体敏感的特性，可体材料对不同气体敏感的特性，可 以制造出检测不同气体的气敏传感以制造出检测不同气体的气敏传感 器。气敏传感器的电阻值随被检测器。气敏传感器的电阻值随被检测 气体的浓度和成分而变化。气敏传气体的浓度和成分而变化。气敏传 感器的灵敏度很高即使空气中待测感器的灵敏度很高即使空气中待测 气体的含量不到千分之一，气敏传气体的含量不到千分之一，气敏传 感

15、器的电阻值也会产生很大变化。感器的电阻值也会产生很大变化。 一、气敏传感器的应用一、气敏传感器的应用 思考思考 这样称重准确吗？什么秤能够提高准确性呢？这样称重准确吗？什么秤能够提高准确性呢？ 二、力敏传感器的应用二、力敏传感器的应用 当电阻应变片（力敏传感器）当电阻应变片（力敏传感器） 受到力的作用时，它的电阻值就会受到力的作用时，它的电阻值就会 发生变。电子秤就是货物重量的变发生变。电子秤就是货物重量的变 化转换为电阻的变化、电压的变化，化转换为电阻的变化、电压的变化， 再经过电压放大器、模数转换器后再经过电压放大器、模数转换器后 把模拟量转换为数字量，最后送到把模拟量转换为数字量，最后送

16、到 液晶显示器显示出被称物体重量，液晶显示器显示出被称物体重量， 实现快速、准确称重目的。实现快速、准确称重目的。 马上行动马上行动 (P29)(P29) 在学习曹冲称象的故事时，你一定很佩在学习曹冲称象的故事时，你一定很佩 服他的睿智。现在，你能不能用一种更方便、服他的睿智。现在，你能不能用一种更方便、 更快捷、更准确的方法来称象呢？并简要说更快捷、更准确的方法来称象呢？并简要说 明原理。明原理。 轨道衡是称量大宗货物的计量器具，能够准确而高效地称量铁路车轨道衡是称量大宗货物的计量器具，能够准确而高效地称量铁路车 辆装载的货物重量。它的工作原理就是通过力敏传感器把车和货物的重辆装载的货物重量

17、。它的工作原理就是通过力敏传感器把车和货物的重 量信息转换为电信号，经过电压放大器、模数转换器后把模拟量转换为量信息转换为电信号，经过电压放大器、模数转换器后把模拟量转换为 数字量最后送到液晶显示器显示出被称物体重量，实现快速、准确称重数字量最后送到液晶显示器显示出被称物体重量，实现快速、准确称重 目的。目的。 举例举例 还有哪些通过力敏传感器还有哪些通过力敏传感器 称量大宗货物的计量器具？称量大宗货物的计量器具？ 思考思考 如何对生产线上高速流动的啤酒进行快速、准确地计数呢？如何对生产线上高速流动的啤酒进行快速、准确地计数呢？ 三、光敏传感器的应用三、光敏传感器的应用 光源光源光敏传感器光敏

18、传感器 在传送带的两侧分别安装光源和光敏传感器，当被测在传送带的两侧分别安装光源和光敏传感器，当被测 瓶子位于光源和传感器之间时，传感器无光照；被测瓶子瓶子位于光源和传感器之间时，传感器无光照；被测瓶子 不在光源和传感器之间时，传感器有光照，这样，通过它不在光源和传感器之间时，传感器有光照，这样，通过它 输出的电信号发生的变化便可以计数。输出的电信号发生的变化便可以计数。 案例分析案例分析 （P30P30） 光光 源源 传传 感感 器器 思考（思考（P30P30） 在自动检测的传送带上，在自动检测的传送带上， 若利用光的反射原理检测瓶子若利用光的反射原理检测瓶子 上是否有瓶盖，应如何安装传上是

19、否有瓶盖，应如何安装传 感器？感器？ 对于一些简单的重复性工作，时间一长，人们容易对于一些简单的重复性工作，时间一长，人们容易 疲劳，甚至导致工作失误。传感器可以在减轻工作强度疲劳，甚至导致工作失误。传感器可以在减轻工作强度 的同时，做出更精确、快捷的判断。的同时，做出更精确、快捷的判断。 马上行动马上行动 （P30P30） 就你的经验而言，日常生活和工作中哪就你的经验而言，日常生活和工作中哪 些重复性工作可以采用光敏传感器做帮手？些重复性工作可以采用光敏传感器做帮手？ 1.1. 2.2. 3.3. 进入场、馆人数的统计。进入场、馆人数的统计。 对生产和工作环境的安全监控和报警。对生产和工作环

20、境的安全监控和报警。 对轧制钢板或纸张厚度的检验。对轧制钢板或纸张厚度的检验。 观察思考观察思考 人走近自动门时，门为什么能自动打开？人走近自动门时，门为什么能自动打开？ 思考思考 以上探讨的光敏传感器，是对可见光敏感的普通光敏以上探讨的光敏传感器，是对可见光敏感的普通光敏 传感器。还有一种传感器是对红外线敏感的，称为红外光传感器。还有一种传感器是对红外线敏感的，称为红外光 传感器。当红外光传感器接传感器。当红外光传感器接 受到红外光（线）时，电阻受到红外光（线）时，电阻 值产生变化，如果接在电路值产生变化，如果接在电路 则会产生电压或电流的变化，则会产生电压或电流的变化， 从而将红外光信息转

21、换为电从而将红外光信息转换为电 信号，自动门就是利用红外信号，自动门就是利用红外 光传感器实现自动开关的。光传感器实现自动开关的。 红外光传感器还有哪些应用？ 四、红外光传感器的应用四、红外光传感器的应用 应用夜视仪能够帮助人们在漆黑的夜里看到周围的景物。应用夜视仪能够帮助人们在漆黑的夜里看到周围的景物。 五、超声波传感器的应用五、超声波传感器的应用 超声波有两个重要超声波有两个重要 特性。一是它的方向性特性。一是它的方向性 好，它的频率比音频高，好，它的频率比音频高， 遇到物体后超声波会反遇到物体后超声波会反 射，物体的密度不同，射，物体的密度不同， 反射程度也不同，通过反射程度也不同，通过

22、 接收和处理反射波就可接收和处理反射波就可 以知道物体的方位和距以知道物体的方位和距 离。二是它在水里可以离。二是它在水里可以 传播很远的距离，因此传播很远的距离，因此 可用超声波检测人体内可用超声波检测人体内 部的病变。部的病变。 案例分析案例分析 （P31） 你知道超声波传感器还有哪些应用？你知道超声波传感器还有哪些应用？举例举例 声呐的应用声呐的应用超声波测距超声波测距 超声波清洗超声波清洗 超声波检测焊缝超声波检测焊缝 超声波测海底超声波测海底超声波测鱼群超声波测鱼群 思考（思考（P32） 1.1.阅读以下材料，分析声呐的工作原理：阅读以下材料，分析声呐的工作原理： 第一次世界大战时，

23、法国科学家朗之万发明了能探测水下目标的第一次世界大战时，法国科学家朗之万发明了能探测水下目标的 仪器，叫声呐。它不仅能够确定目标的方位、距离，甚至还能分析潜仪器，叫声呐。它不仅能够确定目标的方位、距离，甚至还能分析潜 水艇的许多性能。另外，它也可用于港口导航、探测暗礁和鱼群等。水艇的许多性能。另外，它也可用于港口导航、探测暗礁和鱼群等。 2.2.火星探测器已登上了火星，并对火星进行了探测。你认为火星火星探测器已登上了火星，并对火星进行了探测。你认为火星 探测器上需要使用哪些传感器？请填写下表。探测器上需要使用哪些传感器？请填写下表。 参考答案参考答案 第第1 1题答：题答：声呐根据超声波在水下

24、发射至目标物和声呐根据超声波在水下发射至目标物和 反射回来所用的时间及在超声波水中的传播速度，反射回来所用的时间及在超声波水中的传播速度， 就可以计算目标的距离。就可以计算目标的距离。 第第2 2题答：题答： 想一想想一想 在这里，热敏电阻随着在这里，热敏电阻随着 室内温度的变化而变化，并室内温度的变化而变化，并 把温度信息转换为电信号，把温度信息转换为电信号， 从而控制空调的自动调温过从而控制空调的自动调温过 程。程。 六、热敏传感器的应用六、热敏传感器的应用 220V220V 。 热敏传感器热敏传感器还有哪些应用还有哪些应用 热敏电阻热敏电阻 讨论（讨论（P33） 炼钢炉中，钢水炼钢炉中，

25、钢水 的温度可达的温度可达10001000以以 上。要检测灼热的钢上。要检测灼热的钢 水的温度，能否使用水的温度，能否使用 热敏传感器直接测量？热敏传感器直接测量？ 热敏电阻的温度计测量的温度范围为热敏电阻的温度计测量的温度范围为0 0 400400， 故不能用热敏电阻测量。可用铂锗故不能用热敏电阻测量。可用铂锗- -铂热电偶，其使用温度铂热电偶，其使用温度 可达可达14001400；也可使用光学高温系统与标准温度想比较，；也可使用光学高温系统与标准温度想比较， 测定温度。因为任何物质都辐射出其波长与所处温度相对测定温度。因为任何物质都辐射出其波长与所处温度相对 应的电磁波，当温度超过应的电磁波，当温度超过700700时，物体将辐射可见光，用时，物体将辐射可见光，用 肉眼即可观察到发光。肉眼即可观察到发光。 参考答案参考答案 声音放大的原理是声敏传感器（声音放大的原理是声敏传感器（话筒）的膜片在声话筒）的膜片在声 波下产生振动使得处于磁波下产生振动使得处于磁 场中的与膜片相连的线圈场中的与膜片相连的线圈 中产生变化的感应电流。中产生变化的感应电流。 从而把声音信息转换为电从而把声音信息转换为电 信号，再经过功率放大器，信号，再经过功率放大器， 把声音放大。把声音放大。 七、声敏传感器的应用七、声敏传感器