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1、1认识传感器认识传感器课前前基基础认知知课堂堂重重难突破突破素养素养目目标定位定位随随 堂堂 训 练素养目标定位目目 标标 素素 养养1.了解传感器的定义了解传感器的定义,感受传感器的应用技术在信息时代的作感受传感器的应用技术在信息时代的作用与意义。用与意义。2.知道将非电学量转化为电学量的意义。知道将非电学量转化为电学量的意义。3.知道传感器的组成与应用模式。知道传感器的组成与应用模式。知知 识识 概概 览览课前基础认知一、神奇的传感器一、神奇的传感器1.传感器的定义。传感器的定义。能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量被测量,并能并能把它们按
2、照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量出。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量,或转换或转换为电路的为电路的通断通断。2.非电学量转换为电学量的意义。非电学量转换为电学量的意义。把非电学量转换为电学量把非电学量转换为电学量,可以很方便地进行测量、传输、可以很方便地进行测量、传输、处理和处理和控制控制。二、传感器的种类二、传感器的种类1.物理传感器物理传感器:利用物质的利用物质的物理物理特性或特性或物理物理效应制作而成的传效应制作而成的传感器感器,如力传感器、磁传感器、声传感器等物理传感器。
3、如力传感器、磁传感器、声传感器等物理传感器。2.化学传感器化学传感器:利用利用电化学反应电化学反应原理原理,把无机或有机化学物质把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号的传感器的成分、浓度等转换为电信号的传感器,如离子传感器、气如离子传感器、气体传感器等化学传感器。体传感器等化学传感器。3.生物传感器生物传感器:利用利用生物活性物质生物活性物质的选择性来识别和测定生物的选择性来识别和测定生物化学物质的传感器化学物质的传感器,如酶传感器、微生物传感器、细胞传感如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等生物传感器。器等生物传感器。微思考微思考1在门口前面放置一障碍物在门口前面放置一障碍物,会发现
4、门不停地开关会发现门不停地开关,这是这是由于在门上装有什么传感器由于在门上装有什么传感器?提示提示:在门口前面放置一障碍物在门口前面放置一障碍物,门不停地开关门不停地开关,说明门口有一说明门口有一个光传感器。个光传感器。三、传感器的组成与应用模式三、传感器的组成与应用模式1.传感器的组成。传感器的组成。(1)传感器的基本部分一般由传感器的基本部分一般由敏感敏感元件、元件、转换转换元件组成。元件组成。(2)敏感元件是指能敏感元件是指能直接感受直接感受或响应外界被测非电学量的部或响应外界被测非电学量的部分分;转换元件是指能将敏感元件输出的信号直接转换成转换元件是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电
5、电信信号的部分。它们分别完成检测和转换两个基本功能。号的部分。它们分别完成检测和转换两个基本功能。(3)如果敏感元件直接输出的是电学量如果敏感元件直接输出的是电学量,它就同时兼为转换元它就同时兼为转换元件。例如件。例如,热电偶、压电晶体等都是这种敏感元件和转换元热电偶、压电晶体等都是这种敏感元件和转换元件件二者合一二者合一的传感器。的传感器。2.信号调整与转换电路。信号调整与转换电路。被测非电学量信号经敏感元件和转换元件作用后被测非电学量信号经敏感元件和转换元件作用后,所输出的所输出的电信号一般都很微弱电信号一般都很微弱,难以带动执行机构去实现控制动作难以带动执行机构去实现控制动作,因因此要通
6、过信号调整与此要通过信号调整与转换电路转换电路把这个电信号放大。如果需要把这个电信号放大。如果需要远距离传送远距离传送,还要把它转换成其他电信号以抵御外界干扰。还要把它转换成其他电信号以抵御外界干扰。3.传感器应用的一般模式传感器应用的一般模式。微思考微思考2当你走近某些宾馆、酒楼的大门时当你走近某些宾馆、酒楼的大门时,门会自动为你打门会自动为你打开开;当你走进门之后当你走进门之后,门又在你身后自动关上。你觉得这可能门又在你身后自动关上。你觉得这可能是将哪种外界信息转换为有用的信息是将哪种外界信息转换为有用的信息?提示提示:自动门的自动控制要求灵敏、可靠自动门的自动控制要求灵敏、可靠,若以温度
7、控制若以温度控制,人的人的体温与夏季气温接近体温与夏季气温接近,则在夏季自动门将无法使用。自动门则在夏季自动门将无法使用。自动门实际使用的是红外线传感器实际使用的是红外线传感器,红外线属于不可见光红外线属于不可见光,人在白天人在白天或黑夜均发出红外线或黑夜均发出红外线,传感器接收到人体发出的红外线后传传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机给自动控制装置的电动机,实现自动开、关门。实现自动开、关门。课堂重难突破一一 传感器感器的种的种类重难归纳1.人的感觉器官与传感器的类比。人的感觉器官与传感器的类比。2.生活中常见传感器生活中常见传感器。3.分类分类。种类工作原理举例物理传感器
8、利用物质的物理特性或物理效应感知并检测出待测对象信息力传感器、磁传感器、声传感器等化学传感器利用电化学反应识别和检测信息离子传感器、气体传感器等生物传感器利用生物活性物质的选择性来识别和检测信号酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等如图所示的机器人装有作为眼睛的如图所示的机器人装有作为眼睛的“传感器传感器”,犹如大脑的犹如大脑的“控控制器制器”,以及可以行走的以及可以行走的“执行器执行器”,在它碰到障碍物前会自动避在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。该机器人让并及时转弯。该机器人“眼睛眼睛”用的是什么传感器用的是什么传感器?提示提示:该传感器可以作为机器人的眼睛该传感器可以作为机器人的眼睛,则
9、说明它应是通过感则说明它应是通过感光原理来确定障碍物的光原理来确定障碍物的,故应为光传感器。故应为光传感器。典例剖析【例【例1】一台电风扇一台电风扇,只有白天有人接近时只有白天有人接近时,电风扇才转动电风扇才转动,实实现这一功能所需要的传感器为现这一功能所需要的传感器为()A.声传感器和声传感器和温度传感器温度传感器B.光传感器和红外线传感器光传感器和红外线传感器C.温度传感器和触发温度传感器和触发传感器传感器D.声传感器和触发传感器声传感器和触发传感器答案答案:B解析解析:白天电风扇才转动和光传感器有关白天电风扇才转动和光传感器有关;有人接近时有人接近时,电风扇电风扇才转动才转动,与人体向外
10、辐射的红外线有关与人体向外辐射的红外线有关,是红外线传感器是红外线传感器,选项选项B正确。正确。学以致用1.交通警察交通警察用来检测驾驶员酒精含量的检测器使用的传感器用来检测驾驶员酒精含量的检测器使用的传感器是是()A.温度传感器温度传感器B.压力传感器压力传感器C.湿度湿度传感器传感器D.气体传感器气体传感器答案答案:D二二 传感器感器的工作原理的工作原理重难归纳1.传感器的核心元件。传感器的核心元件。(1)敏感元件敏感元件:相当于人的感觉器官相当于人的感觉器官,直接感受被测量直接感受被测量,并将其变并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量。换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量。
11、(2)转换元件转换元件:也称为传感元件也称为传感元件,通常不直接感受被测量通常不直接感受被测量,而是将而是将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出。敏感元件输出的物理量转换成电学量输出。(3)信号调整与转换电路信号调整与转换电路:将转换元件输出的电学量放大或转将转换元件输出的电学量放大或转换成易于测量的电学量换成易于测量的电学量,如电压、电流等。如电压、电流等。2.传感器的工作原理。传感器的工作原理。传感器感受的通常是非电学量传感器感受的通常是非电学量,如压力、温度、位移、浓度、如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等速度、酸碱度等,而它输出的通常是电学量而它输出的通常是电学量,如电压、电流、如
12、电压、电流、电荷量等电荷量等,这些输出信号是非常微弱的这些输出信号是非常微弱的,通常要经过放大后再通常要经过放大后再输送给控制系统产生各种控制动作输送给控制系统产生各种控制动作,传感器的工作原理如下传感器的工作原理如下所示所示:非电学量非电学量敏感元件敏感元件转换元件转换元件信号调整信号调整与转换与转换电路电路电电学量学量如图电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的如图电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层薄膜导体层,再在导体层外加上一块保护玻璃再在导体层外加上一块保护玻璃,电容式触摸屏电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极在触摸屏四边均镀上狭长的电极,在导体层内
13、形成一个低电在导体层内形成一个低电压交流电场压交流电场,在触摸屏幕时在触摸屏幕时,由于人体是导体由于人体是导体,手指与内部导体手指与内部导体层间会形成一个特殊电容层间会形成一个特殊电容(耦合电容耦合电容),四边电极发出的电流会四边电极发出的电流会流向触点流向触点,而电流强弱与手指到电极的距离成正比而电流强弱与手指到电极的距离成正比,位于触摸位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱,准确算出触摸点准确算出触摸点的位置的位置。由以上信息由以上信息,思考思考:(1)电容式触摸屏的两个极板分别是什么电容式触摸屏的两个极板分别是什么?(2)手触摸屏幕如何改变了电容
14、的大小手触摸屏幕如何改变了电容的大小?(3)该传感器将什么物该传感器将什么物理量转变为电信号理量转变为电信号?提示提示:(1)电容式触摸屏在原理上把人的手指当作一个电容器电容式触摸屏在原理上把人的手指当作一个电容器元件的一个极板元件的一个极板,把导体层当作另一极板。把导体层当作另一极板。(2)手指和屏的接手指和屏的接触面积大小会影响到电容大小触面积大小会影响到电容大小,接触面积越大接触面积越大,即两极板的正即两极板的正对面积越大对面积越大,电容越大。电容越大。(3)将手指对屏的压力转变为电信号。将手指对屏的压力转变为电信号。典例剖析【例【例2】(2023陕西榆林高二期末陕西榆林高二期末)下列关
15、于传感器的说法正下列关于传感器的说法正确的是确的是()A.金属热电阻是一种可以将热学量转换为电学量的传感器金属热电阻是一种可以将热学量转换为电学量的传感器B.电饭锅是通过压力传感器实现温度的自动控制电饭锅是通过压力传感器实现温度的自动控制C.干簧管是一种能够感知电场的传感器干簧管是一种能够感知电场的传感器D.火灾报警器能够在发生火灾时报警是利用了压力传感器火灾报警器能够在发生火灾时报警是利用了压力传感器答案答案:A解析解析:金属金属热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻随温度热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻随温度变化来测量温度的一种温度敏感元件变化来测量温度的一种温度敏感元件,是可以将热学量
16、转换是可以将热学量转换为电学量的传感器为电学量的传感器,选项选项A正确正确;电饭锅是通过温度传感器实电饭锅是通过温度传感器实现温度的自动控制现温度的自动控制,选项选项B错误错误;干簧管是一种能够感知磁场干簧管是一种能够感知磁场的传感器的传感器,选项选项C错误错误;火灾报警器能够在发生火灾时报警是火灾报警器能够在发生火灾时报警是利用了光传感器利用了光传感器,在发生火灾时有烟雾挡住了光传感器接收在发生火灾时有烟雾挡住了光传感器接收光源光源,选项选项D错误。错误。规律总结规律总结对对传感器的进一步理解。传感器的进一步理解。(1)不同的传感器的原理不同不同的传感器的原理不同,但都是通过敏感元件感受被测但都是通过敏感元件感受被测非电学量的。非电学量的。(2)传感器输出的可能为电流、电压、电路通断等传感器输出的可能为电流、电压、电路通断等,不一定是不一定是电压。电压。(3)敏感元件只是传感器的一个关键部分敏感元件只是传感器的一个关键部分,并不一定就是一个并不一定就是一个完整的传感器完整的传感器。学以致用2.图图甲为一种家用门磁防盗报警器甲为一种家用门磁防盗报警器,由磁条和主机组成由磁条和主机组成,
