傳感器的應(yīng)用課件

1、傳感器原理及應(yīng)用基礎(chǔ)知識定義、分類發(fā)展趨勢選用原則一般特性傳感器原理檢測技術(shù)溫度傳感器磁敏傳感器光電傳感器應(yīng)變傳感器電感傳感器電容傳感器壓電傳感器其他傳感器智能化網(wǎng)絡(luò)化傳感器課程主要內(nèi)容傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)、檢測電路及其典型應(yīng)用第一節(jié) 傳感器的應(yīng)用目前，在勞動強(qiáng)度大或危險作業(yè)的場所，已逐步使用機(jī)器人取代人的工作。一些高速度、高精度的工作，由機(jī)器人來承擔(dān)也是非常合適的。要使機(jī)器人和人的功能更為接近，有判斷能力，這就要給機(jī)器人安裝物體檢口傳感器，特別是視覺傳感器和觸覺傳感器，對物體進(jìn)行識別和檢測，對物體產(chǎn)生壓覺、力覺、滑動感覺和重量感覺。智能機(jī)器人，它不僅可以從事特殊的作業(yè)，而且一般的

2、生產(chǎn)、事務(wù)和家務(wù)。現(xiàn)代家用電器中普遍應(yīng)用著傳感器?？照{(diào)器、電子熱水器、熱風(fēng)取暖器、風(fēng)干器、報警器、洗衣機(jī)、及家庭影院等方面得到了廣泛的應(yīng)用。家用電器產(chǎn)品的功能及自動化程度的提高。要使用能檢測模擬量的高精度傳感器，以獲取正確的控制信息，再由微型計算機(jī)進(jìn)行控制，由做為中央控制裝置的微型計算機(jī)，通過各種傳感器代替人監(jiān)視家庭的各種狀態(tài)，并通過控制設(shè)備進(jìn)行著各種控制。家庭自動化的主要內(nèi)容包括：安全監(jiān)視與報警、空調(diào)及照明控制、耗能控制、太陽光自動跟蹤、家務(wù)勞動自動化及人身健康管理等。汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)1無人駕駛汽車行駛速度、行駛距離、發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度以由于汽車交通事故的不斷增多和汽車對環(huán)境的危害，傳感器在一些新的

3、設(shè)施，如汽車安全氣囊系統(tǒng)、防盜裝置、防滑控制系統(tǒng)、防抱死裝置、電子變速控制裝置 Design by Nordri非電學(xué)量 電學(xué)量1常用的傳感器元件 光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件 分別能將什么量轉(zhuǎn)化為什么量? 光敏電阻：光照強(qiáng)弱轉(zhuǎn)化為電阻.熱敏電阻：溫度轉(zhuǎn)化為電阻.霍爾元件：磁感應(yīng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電壓.轉(zhuǎn)化為傳感器應(yīng)用的一般模式 一般情況下傳感器產(chǎn)生的電壓（流）等電學(xué)物理量的信號值都相當(dāng)微弱的，難以帶動執(zhí)行機(jī)構(gòu)去實(shí)現(xiàn)控制動作，所以一般都是將傳感器和各種門電路、放大電路等結(jié)合在一起使用的。檢測技術(shù)作為信息科學(xué)的一個重要分支，與計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等一起構(gòu)成了信息技術(shù)的完整學(xué)科。在人類進(jìn)入信

4、息時代的今天，人們的一切社會活動都是以信息獲取與信息轉(zhuǎn)換為中心，傳感器作為信息獲取與信息轉(zhuǎn)換的重要手段，是信息科學(xué)最前端的一個陣地，是實(shí)現(xiàn)信息化的基礎(chǔ)技術(shù)之一。第一章 緒 論“沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點(diǎn)已為全世界所公認(rèn)。以傳感器為核心的檢測系統(tǒng)就像神經(jīng)和感官一樣，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認(rèn)識自然、改造自然的有利工具。第一節(jié) 傳感器的基本概念傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。傳感器是獲取信息的主要途徑與手段。沒有傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)就失去了基礎(chǔ)。 傳感器是邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)?？梢?，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動社會進(jìn)步等方面起著重要作用。傳感器已滲透到諸如

5、工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其廣泛的領(lǐng)域。從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器。一、傳感器的地位與作用二、傳感器的定義 國家標(biāo)準(zhǔn)（GB7665-87）中傳感器（Transducer/Sensor）的定義：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù)；輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等；輸出量是某種物理量，便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，可以是氣、光、電物理量，主要是電物理量；輸出輸入有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有

6、一定的精確程度。 傳感器名稱：發(fā)送器、傳送器、變送器、檢測器、探頭傳感器功用：一感二傳,即感受被測信息,并傳送出去。V、I、F、P實(shí)際上，有些傳感器很簡單，有些則較復(fù)雜，大多數(shù)是開環(huán)系統(tǒng)，也有些是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。最簡單的傳感器由一個敏感元件(兼轉(zhuǎn)換元件)組成，它感受被測量時直接輸出電量，如熱電偶。有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，沒有轉(zhuǎn)換電路，如壓電式加速度傳感器，其中質(zhì)量塊m是敏感元件，壓電片（塊）是轉(zhuǎn)換元件。有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不只一個，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。由于空間的限制或者其他原因,轉(zhuǎn)換電路常裝入電箱中。然而，因?yàn)椴簧賯鞲衅饕谕ㄟ^轉(zhuǎn)換電路后才能輸出電信號，從而決定了轉(zhuǎn)換電路是傳感器的

7、組成環(huán)節(jié)之一。 1.電子秤使用的測力裝置是什么? 它是由什么元件組成的?2.簡述力傳感器的工作原理.裝置:力傳感器 元件:金屬梁和應(yīng)變片 （一）、力傳感器的應(yīng)用電子秤二、不同傳感器的應(yīng)用3、應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個 電學(xué)量。1、電子秤的測力裝置是力傳感器，它是由一個金屬梁和兩個應(yīng)變片一起組成了測力部分。 2、在金屬梁沒有力的情況下，金屬梁處于水平狀態(tài)，梁的上下應(yīng)變片的長度沒變且相等，兩應(yīng)變片的電阻大小也相等，當(dāng)給金屬梁施加豎直向下的力時，金屬梁會向下彎曲，使得金屬梁上面的應(yīng)變片被拉長，電阻變大，兩端電壓也變大，而下邊的應(yīng)變片被擠壓收縮，電阻變小，兩端的電壓也減小，使得兩應(yīng)變

8、片兩端電壓值不相等，存在差值，控制電路就通過這個差值，經(jīng)過放大電路將差值信號放大，再在顯示器上顯示出數(shù)字，即力F的大小。原理:熱脹冷縮常溫下兩觸點(diǎn)分離。溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變化，使觸點(diǎn)接觸。(1)雙金屬片溫度傳感器 （二）溫度傳感器的應(yīng)用:（2）電熨斗電燙斗的構(gòu)造：思考與討論：（1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過高時，雙金屬片將怎樣起作用？常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過高時，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源，停止加熱溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣

9、循環(huán)進(jìn)行，起到自動控制溫度的作用 （3）電飯鍋問題提出: 1.開始煮飯時，為什么要壓下開關(guān)按鈕2.電飯鍋燒飯,飯熟后會自動斷開 ，電飯鍋的構(gòu)造 開始煮飯時，用手壓下開關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸引，手松開后，按鈕不再恢復(fù)到初始狀態(tài)，則觸點(diǎn)接通，電熱板通電加熱，水沸騰后，由于鍋內(nèi)保持1000c不變，故感溫磁體仍與永磁體相吸，繼續(xù)加熱，直到飯熟后，水份被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點(diǎn)1030c”時感溫磁體失去磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點(diǎn)分離，切斷電源，從而停止加熱。感溫鐵氧體的特點(diǎn)：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是溫度上升到約103時，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引了。

10、注意：這個溫度在物理學(xué)中稱為 該材料的“居里溫度”或“居里點(diǎn)”。思考： 取一塊電飯鍋用的感溫鐵氧體，使它與一小塊的永磁體吸在一起，用功率較大的電烙鐵給鐵氧體加熱，經(jīng)過一段時間后會發(fā)生什么現(xiàn)象？現(xiàn)象：當(dāng)用電烙鐵給鐵氧體加熱時，經(jīng)過一段時間，鐵氧體就會失去磁性,兩者分離。（三）光傳感器1.光敏電阻-光照越強(qiáng)，電阻越小。（載流子越多，導(dǎo)電性能越好）實(shí)現(xiàn)了光學(xué)量（光照強(qiáng)度）測量轉(zhuǎn)化為熱學(xué)量（電阻）的測量許多會議室、賓館房間的天花板上都裝有火災(zāi)報警器，火災(zāi)報警器是光傳感器應(yīng)用的又一實(shí)例。3.光傳感器的應(yīng)用 煙霧散射式火災(zāi)報警器光電三極管是煙霧火警報警器中的光傳感器工作原理:報警器帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極

11、管LED、光電三極管和不透明的擋板.平時,光電三極管收不到LED發(fā)出的光,呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變小與傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會發(fā)出警報 動圈式話筒：音圈四、聲音傳感器的應(yīng)用話筒金屬膜片永久磁鐵工作原理:電磁感應(yīng)（1）話筒的作用是什么？ （2）動圈式話筒的工作原理和工作過程？聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號 膜片接收到聲波后引起振動，連接在膜片上的線圈隨著一起振動，線圈在永磁體的磁場里振動從而產(chǎn)生感應(yīng)電流（電信號），感應(yīng)電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化都由聲波決定，這個信號電流經(jīng)擴(kuò)音器放大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)聲器中就發(fā)出放大的聲音。

12、傳感器應(yīng)用的一般模式一、力傳感器的應(yīng)用1 電子秤閱讀教材，思考并回答問題：（1）電子秤使用的測力裝置是什么？它是由什么元件組成的？（2）簡述力傳感器的工作原理。（3）應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學(xué)量（輸出應(yīng)變片上下表面的電壓差值） 形變（力學(xué)量） 電 壓（電學(xué)量） 轉(zhuǎn)換金屬梁1.關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說法正確的是（ ）A.應(yīng)變片多用半導(dǎo)體材料制成B.當(dāng)應(yīng)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(yīng)變片上的電壓D.外力越大，輸出的電壓差值也越大A B D1、動圈式話筒：膜片在聲波下振動，使得與膜片相連的線圈中產(chǎn)生周期

13、性變化的感應(yīng)電流。二、聲傳感器的應(yīng)用話筒2、電容式話筒：金屬膜片M 和固定電極 N 形成一 個電容器,M 在聲波作用下振動,電容器的電容作周期性變化，電阻R 兩端的電壓也做相應(yīng)的周期性變化。絕緣支架例題：（2003上海試題）唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當(dāng)聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。下列說法正確的是 ( )A 該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的B 該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C 膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變D 膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢B常溫下兩觸點(diǎn)分

14、離。溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變化，使觸點(diǎn)接觸。三、溫度傳感器的應(yīng)用1.電熨斗雙金屬片溫度傳感器：電燙斗的構(gòu)造思考與討論：常溫下兩觸點(diǎn)是接觸還是分離？如何用調(diào)溫旋鈕來升高或降低電燙斗的工作溫度？練習(xí)、 如圖所示是一種熱敏電阻（PTC元件）的電阻R隨溫度t變化的關(guān)系圖線，這種元件具有發(fā)熱、控溫雙重功能常見的電熱滅蚊器中就使用這種元件來加溫并控制溫度如果將該元件接到220V恒定電壓下，則A通電后，其電功率先增大后減小B通電后，其電功率先減小后增大C當(dāng)其發(fā)熱功率等于散熱功率時，溫度保持在t1不變D當(dāng)其發(fā)熱功率等于散熱功率時，溫度保持在t1 到t2之間的某一值不變t/Rt2t1A

15、D感溫鐵氧體的“居里點(diǎn)”：感溫鐵氧體在常溫下具有鐵磁性，但溫度升高到103時便失去了鐵磁性，這個溫度稱為這種材料的“居里溫度”或“居里點(diǎn)”。4 .電飯鍋電飯鍋的構(gòu)造思考與討論：開始做飯時為什么要壓下開關(guān)按鈕？若用電飯鍋燒水，水在沸騰以后是否會自動斷電？5、測溫儀用溫度傳感器可以把溫度轉(zhuǎn)換為電信號。測溫元件可以是熱敏電阻、金屬熱電阻、熱電偶、紅外線敏感元件等。電信號可以遠(yuǎn)距離輸送，因而溫度傳感器可以遠(yuǎn)距離讀取溫度。熱電偶：將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個焊接點(diǎn)1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢,因而在回路中形成一定大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱

16、電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。 將微機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所配的溫度傳感器與計算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、畫圖的智能化功能。四、光傳感器的應(yīng)用1.鼠標(biāo)器鼠標(biāo)中的紅外接收管就是光傳感器。鼠標(biāo)移動時，滾球帶動 x、y 方向兩個碼盤轉(zhuǎn)動，紅外管接收到一個個紅外線脈沖。計算機(jī)分別統(tǒng)計 x、y 兩個方向上的脈沖信號，就能確定鼠標(biāo)的位置。2. 火災(zāi)報警器光電三極管是煙霧火警報警器中的光傳感器。平時，發(fā)光二極管發(fā)出的光被不透明擋板擋住。當(dāng)有煙霧時，煙霧對光有散射作用，光電三極管接收到散射光，電阻變小，使報警電路工作。小 結(jié)1、溫度傳感器 的應(yīng)用（1）電飯鍋（2）測溫儀2、光傳感器 的應(yīng)用（1）鼠標(biāo)器

17、（2）火災(zāi)報警器溫度傳感器的應(yīng)用【例1】如圖甲為在溫度為10左右的環(huán)境中工作的某自動恒溫箱原理簡圖，箱內(nèi)的電阻R1=20 k，R2=10 k，R3=40 k，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示當(dāng) a、b端電壓 Uab0時，電壓鑒別器使 S斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在_ 35解：設(shè)電路兩端電壓為為U，當(dāng)Uab=0時， 有解得Rt=20 k由圖乙可知，當(dāng)Rt=20 k時，t=352.加速度計 問題與練習(xí)21、兩個電池的電動勢一樣大2、滑片在中間位置電壓表的讀數(shù)為零3、P 點(diǎn)電勢高與 Q點(diǎn)時，指針向右偏轉(zhuǎn)傳感器應(yīng)用的一般模式一、力傳感器的應(yīng)用1 電子秤閱讀教材，思考并回答問題

18、：（1）電子秤使用的測力裝置是什么？它是由什么元件組成的？（2）簡述力傳感器的工作原理。（3）應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學(xué)量（輸出應(yīng)變片上下表面的電壓差值） 形變（力學(xué)量） 電 壓（電學(xué)量） 轉(zhuǎn)換金屬梁1.關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說法正確的是（ ）A.應(yīng)變片多用半導(dǎo)體材料制成B.當(dāng)應(yīng)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(yīng)變片上的電壓D.外力越大，輸出的電壓差值也越大A B D1、動圈式話筒：膜片在聲波下振動，使得與膜片相連的線圈中產(chǎn)生周期性變化的感應(yīng)電流。二、聲傳感器的應(yīng)用話筒2、電容式話筒：金屬膜片M 和固

19、定電極 N 形成一 個電容器,M 在聲波作用下振動,電容器的電容作周期性變化，電阻R 兩端的電壓也做相應(yīng)的周期性變化。絕緣支架例題：（2003上海試題）唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當(dāng)聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。下列說法正確的是 ( )A 該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的B 該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C 膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變D 膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢B常溫下兩觸點(diǎn)分離。溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變化，使觸點(diǎn)接觸。三

20、、溫度傳感器的應(yīng)用1.電熨斗雙金屬片溫度傳感器：電燙斗的構(gòu)造思考與討論：常溫下兩觸點(diǎn)是接觸還是分離？如何用調(diào)溫旋鈕來升高或降低電燙斗的工作溫度？思考與討論：（1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過高時，雙金屬片將怎樣起作用？常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過高時，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源，停止加熱溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動控制溫度的作用 （2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來實(shí)現(xiàn)的？熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定

21、不同的溫度，此時可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動彈性鋼片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的難易，達(dá)到控制在不同溫度的目的 練習(xí)、 如圖所示是一種熱敏電阻（PTC元件）的電阻R隨溫度t變化的關(guān)系圖線，這種元件具有發(fā)熱、控溫雙重功能常見的電熱滅蚊器中就使用這種元件來加溫并控制溫度如果將該元件接到220V恒定電壓下，則A通電后，其電功率先增大后減小B通電后，其電功率先減小后增大C當(dāng)其發(fā)熱功率等于散熱功率時，溫度保持在t1不變D當(dāng)其發(fā)熱功率等于散熱功率時，溫度保持在t1 到t2之間的某一值不變t/Rt2t1AD感溫鐵氧體的“居里點(diǎn)”：感溫鐵氧體在常溫下具有鐵磁性，但溫度升高到103時便失去了鐵磁性，這個溫度稱為這種材料的“居里溫度”或“居里點(diǎn)”。4 .電飯鍋電飯鍋的構(gòu)造思考與討論：開始做飯時為什么要壓下開關(guān)按鈕？若用電飯鍋燒水，水在沸騰以后是否會自動斷電？5、測溫儀用溫度傳感器可以把溫度轉(zhuǎn)換為電信號。測溫元件