魯科版選修32 大顯身手的傳感器 課件（33張）.ppt

第3節(jié)大顯身手的傳感器 1 能列舉傳感器在生產(chǎn)和生活中的應用 2 理解壓力傳感器的原理 并在實際問題中了解其應用 3 了解自動門和指紋識別器的工作原理 動觸片 體積 紅外線 繼電器 3 指紋識別器 電容式傳感器指紋識別器是通過電容傳感器來識別指紋的 當正對面積 介電常數(shù)一定時 電容與兩極間距離是一一對應的 此識別器表面集合了300 300個電容器極板 其外面是絕緣介質(zhì) 手指的皮膚是電容器的另一極板 由于指紋的脊和谷相對于另一極的距離不同 使電容陣列中不同位置的電容也不相同 通過讀取這些電容的數(shù)值就能獲得指紋信息 再把此信息轉(zhuǎn)化為電信號進行對比 就可以實現(xiàn)指紋的識別 感覺器官 外部傳感器 內(nèi)部傳感器 1 洗衣機水位控制裝置全自動洗衣機的水位控制裝置 是使用壓力傳感器來工作的 圖5 3 2 a 中1和2分別是洗衣機的外筒和內(nèi)筒 3是氣室 4是傳感器的膜盒 氣室下部與外筒連通 上部與軟管 傳感器的膜盒 圖中圓框內(nèi) 連通 向內(nèi)筒中注水時 水通過內(nèi)筒壁上的小孔流入外筒 部分水進入氣室 氣室內(nèi)被密封的空氣壓強增大 使傳感器的膜片向上凸起 如圖5 3 2 b 當筒中水位到達設定的高度時 凸起的膜片使動觸點a與靜觸點b脫離 并與靜觸點c接觸 從而接通控制電路 關(guān)閉進水電磁閥門 接通洗滌電動機電源 開始洗滌衣物 采用壓力傳感器的還有電子秤 它主要由應變片 電壓放大器 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 微處理器和數(shù)字顯示器等組成 當應變片受到力的作用時 它將發(fā)生彎曲形變 應變片的作用是將形變這個力學量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學量 應變片的測力原理 如圖5 3 3所示 彈簧鋼制成的梁形元件右端固定 在梁的上下表面各貼一個應變片 在梁的自由端施加力f 則梁發(fā)生彎曲 上表面拉伸 下表面壓縮 上表面應變片的電阻變大 下表面應變片的電阻變小 f越大 應變片的彎曲形變越大 應變片的阻值變化就越大 如果讓應變片中通過的電流保持恒定 那么上面應變片兩端的電壓變大 下面應變片兩端的電壓變小 傳感器把這兩個電壓的差值輸出 外力越大 輸出的電壓差值也就越大 應變片能夠把物體形變這個力學量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學量 2 自動門控制這種自動門開關(guān)的 是一種紅外線傳感器 它能夠探測到較遠距離的人體發(fā)出的紅外線 自動門的工作流程如圖5 3 4所示 當有人接近自動門時 傳感器接收到人體發(fā)出的紅外線 產(chǎn)生電壓輸出信號 信號經(jīng)過電路處理后 使定時器工作 由定時器構(gòu)成的電路使繼電器通電 自動門電動機轉(zhuǎn)動 門自動打開 當人通過自動門幾秒鐘后 定時器又使繼電器斷電 自動門電動機反轉(zhuǎn) 門自動關(guān)閉 紅外接收管這個光傳感器是將斷續(xù)的光脈沖信號轉(zhuǎn)換為電壓脈沖信號 輸出一種數(shù)字量 適于計算機接收和處理 3 指紋識別器指紋識別器就是應用電容傳感器的裝置之一 指紋識別器表面集合了300 300個電容器極板 其外表面是絕緣表面 當用戶的手指放在絕緣表面上時 皮膚就組成了電容陣列極板的另一面 圖5 3 5 由于指紋的脊和谷相對于另一極之間的距離不同 使電容陣列中不同位置的電容器的電容值也不相同 通過讀取這些電容的差異 就能夠獲取指紋信息 這樣 就把指紋的信息轉(zhuǎn)化成了電信號 再經(jīng)過電路對電信號的比較 就可以實現(xiàn)對指紋的識別 4 傳感器與機器人傳感器系統(tǒng)是機器人的感覺器官 可以分為外部傳感器和內(nèi)部傳感器 外部傳感器用于感知外部工作環(huán)境和外界事物對機器人的刺激 視覺傳感器 主要是攝像機 是機器人的 眼睛 它可以測量物體的距離 識別物體的形狀 顏色等 超聲波傳感器 語音識別裝置等是機器人的 耳朵 溫度傳感器相當于人的皮膚 機器人通過它感知環(huán)境溫度的變化 除此之外 外部傳感器還包括嗅覺傳感器 味覺傳感器等 內(nèi)部傳感器 如角度傳感器 關(guān)節(jié)傳感器等 用于檢測機器人自身的狀態(tài) 它安裝在驅(qū)動裝置內(nèi) 用以測量手臂 手爪等的位置和運動的速度 以控制機器人精確定位和平穩(wěn)運動 實現(xiàn)未來機器人的高智能化 依賴于傳感器技術(shù)的提高 典例1 如圖5 3 6是某同學在科技制作活動中自制的電子秤原理圖 利用電壓表 內(nèi)電阻很大 的示數(shù)來指示物體的質(zhì)量 托盤與電阻可忽略的彈簧相連 托盤與彈簧的質(zhì)量均不計 滑動變阻器的滑動端與彈簧上端連接 當托盤中沒有放物體時 電壓表的示數(shù)為零 設變阻器的總電阻為r 總長度為l 電源電動勢為e 內(nèi)阻為r 限流電阻為r0 彈簧的勁度系數(shù)為k 若不計一切摩擦和其他阻力 1 求出電壓表示數(shù)ux與所稱物體質(zhì)量m的關(guān)系式為ux 2 由 1 的計算結(jié)果可知 電壓表示數(shù)與待測物體質(zhì)量不成正比 不便于制作刻度 為使電壓表示數(shù)與待測物體質(zhì)量成正比 請利用原有器材進行改進 在上圖的基礎上完成改進后的電路原理圖 并得出電壓表示數(shù)ux與待測物體質(zhì)量m的關(guān)系式為ux 借題發(fā)揮力傳感器能夠把物體的形變轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化 外力越大 電壓或電流的變化就越大 由變化的差值大小 可以得知外力的大小 力傳感器的種類很多 在具體應用中 能依據(jù)其特性 綜合利用其它知識進行分析與計算 變式1 傳感器是一種采集信息的重要器件 如圖5 3 7所示的是一種測定壓力的電容式傳感器 當待測壓力f作用于可動膜片的電極上時 以下說法中正確的是 若f向上壓膜片電極 電路中有從a到b的電流 若f向上壓膜片電極 電路中有從b到a的電流 若f向上壓膜片電極 電路中不會出現(xiàn)電流 若電流表有示數(shù) 則說明壓力f發(fā)生變化 若電流表有示數(shù) 則說明壓力f不發(fā)生變化a b c d 解析當f向上壓膜片電極時 板間距離減小 電容器的電容將增大 當f變化時 電容變化 而板間電壓不變 由q cu 故帶電荷量q發(fā)生變化 電容器將發(fā)生充 放電現(xiàn)象 回路中有電流 電流計有示數(shù) 反之 電流計有示數(shù)時 壓力f必發(fā)生變化 答案a 典例2 如圖5 3 8所示為一實驗小車中利用光電脈沖測量車速和行程的裝置示意圖 a為光源 b為光電接收器 a b均固定在車身上 c為小車的車輪 d為與c同軸相連的齒輪 車輪轉(zhuǎn)動時 a發(fā)出的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號 被b接收并轉(zhuǎn)換成電信號 由電子電路記錄和顯示 若實驗顯示單位時間內(nèi)脈沖數(shù)為n 累計脈沖數(shù)為n 則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量和數(shù)據(jù)是 小車速度的表達式為v 行程的表達式為s 借題發(fā)揮光傳感器的基本原理都是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號 與電路結(jié)合 可實現(xiàn)自動控制 常見的光傳感器有 光敏電阻 光電二極管 光電三極管等 變式2 在電梯門口放置一障礙物 會發(fā)現(xiàn)電梯門不停地開關(guān) 這是由于在電梯門上裝有的傳感器是 a 光傳感器b 溫度傳感器c 聲傳感器d 壓力傳感器解析在電梯門口放置一障礙物 電梯門不停地開關(guān) 說明電梯門口有一個光傳感器 故a選項正確 答案a 答案a 借題發(fā)揮電容器的電容c決定于極板正對面積s 極板間距離d 以及極板間的電介質(zhì)這幾個因素 如果某一物理量 如角度 位移s 深度h等 的變化能引起以上某個因素的變化 從而引起電容的變化 那么 通過測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化 變式3 如圖5 3 9所示為一測定液面高低的電容傳感器的示意圖 a為固定的導體芯 b為導體芯外面的一層絕緣物質(zhì) c為導電液體 把傳感器接到圖示電路中 已知靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向相同 如果發(fā)現(xiàn)指針向右偏轉(zhuǎn) 則導電液體的深度h的變化為 a h正在增大b h正在減小c h不變d 無法確定 答案b 力傳感器1 電子秤使用的是 a 超聲波傳感器b 壓力傳感器c 溫度傳感器d 紅外傳感器答案b 2 關(guān)于電子秤中應變式力傳感器說法正確的是 a 應變片是由導體材料制成b 當應變片的表面拉伸時 其電阻變大 反之變小c 傳感器輸出的是應變片上的電壓d 外力越大 輸出的電壓差值也越大解析應變片多用半導體材料制成 故選項a錯 b對 傳感器輸出的是應變片上 下兩表面的電壓差 并且隨著外力的增大 輸出的電壓差值也就增大 故c錯 d對 答案bd 解析滑動觸頭p左移 使其電阻減小 流過二極管的電流增大 從而發(fā)光增強 使光敏電阻r減小 最終達到增大流過燈泡的電流的效果 答案a 4 如圖5 3 11為煙霧散射式火災報警器 它主要由帶孔的外罩 發(fā)光二極管led 光電三極管及不透明的擋板組成 請簡述它的工作原理 解析報警器工作時發(fā)光二極管處于發(fā)光狀態(tài) 由于擋板遮擋