高二物理选修传感器的应用

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1、 传感器的应用传感器的应用 传感器应用的一般模式传感器应用的一般模式1.电子秤使用的测力装置是什么电子秤使用的测力装置是什么?它是由什么元件组成的它是由什么元件组成的?2.力传感器的工作原理力传感器的工作原理.金属梁金属梁U1U21.电子秤使用的测力装置是什么电子秤使用的测力装置是什么?它是由什么元件组成的它是由什么元件组成的?3.应变片应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？能够把什么力学量转化为什么电学量？2.力传感器的工作原理力传感器的工作原理.练习练习1.关于电子秤中应变式力传感器的说法正关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是确的是 （）A.应变片常用半导体材料制成应变片常用半导体材

2、料制成B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大当应变片的表面拉伸时，其电阻变大反之，变小反之，变小C.传感器输出的是应变片上的电压传感器输出的是应变片上的电压D.外力越大，输出的电压差值也越大外力越大，输出的电压差值也越大原理原理:热胀冷缩热胀冷缩常温下两触点分离。温度升常温下两触点分离。温度升高，两种金属膨胀性能不同，高，两种金属膨胀性能不同，双金属片形状发生变化，使触双金属片形状发生变化，使触点接触。点接触。电烫斗的构造：电烫斗的构造：问题问题:电饭锅烧饭饭熟电饭锅烧饭饭熟后会自动断开后会自动断开?电饭锅烧水水开电饭锅烧水水开后能自动断开后能自动断开?回顾在家煮饭的过程回顾在家煮饭的过程?构造

3、构造工作原理工作原理:工作原理工作原理:工作原理工作原理:工作原理工作原理:叙述电饭锅的工作过程叙述电饭锅的工作过程?开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持腾后，由于锅内保持1000C不变，故感温磁体不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点居里

4、点1030C”时，感温磁体失去铁磁性，在时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热电源，从而停止加热 练习练习1：如图所示是电饭煲的电路图如图所示是电饭煲的电路图,S1是一个是一个限温开关限温开关,手动闭合手动闭合,当此开关的温度达到居里点当此开关的温度达到居里点(1030C)时会自动断开时会自动断开,S2是一个自动温控开关是一个自动温控开关,当当温度低于约温度低于约700C时会自动闭合时会自动闭合,温度高于温度高于800C时时会自动断开会自动断开,红灯是加热状态时的指示灯红灯是加热状态时的指示灯,黄灯是黄灯是保

5、温状态时的指示灯保温状态时的指示灯,限流电阻限流电阻R1R2500,加加热电阻丝热电阻丝R350,两灯电阻不计两灯电阻不计 (1)根据电路分析根据电路分析,叙述电饭煲煮饭的全过程叙述电饭煲煮饭的全过程(包包括加热和保温过程括加热和保温过程)(2)简要回答简要回答,如果不闭合开如果不闭合开 关关S1,电饭煲能将饭煮熟吗电饭煲能将饭煮熟吗?(3)计算加热和保温两种状计算加热和保温两种状 态下态下,电饭煲的消耗功率之比电饭煲的消耗功率之比.12:1非接触式红外测温仪非接触式红外测温仪 由于物体的温由于物体的温度不同，发射红度不同，发射红外线的情况也不外线的情况也不同，因此利用红同，因此利用红外线敏感

6、元件可外线敏感元件可以实现无接触测以实现无接触测温温热电偶热电偶:T1T2T1T2mA 将两种不同材料的导体或半导体将两种不同材料的导体或半导体A和和B焊接起来，焊接起来，构成一个闭合回路，当导体构成一个闭合回路，当导体A和和B的两个执着点的两个执着点1和和2之之间存在温差时，两者之间便产生电动势间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中因而在回路中形成电流形成电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。一效应来工作的。将微机辅助实验系统所配的温度传感器与计算机将微机辅助实验系统所配的温度传感器与计算机连接连接,可以实现数据采集、处理

7、、画图的智能化功能可以实现数据采集、处理、画图的智能化功能.在工农业生产中经常用到自动控制装置，而设在工农业生产中经常用到自动控制装置，而设计自动控制装置很多情况下要用到传感器如光计自动控制装置很多情况下要用到传感器如光电传感器，把光信号转化为电信号，然后对电信电传感器，把光信号转化为电信号，然后对电信号进行放大，再将电信号输入到相应的装置，进号进行放大，再将电信号输入到相应的装置，进而完成相应的自动控制。而完成相应的自动控制。例：例：光控门光控门 光控门原理光控门原理 光控开关电路光控开关电路 练习练习2：计算机光驱的主要部件是激光头计算机光驱的主要部件是激光头,它可以发它可以发射脉冲激光信

8、号射脉冲激光信号,激光扫描光盘信息时激光扫描光盘信息时,激光头利用光激光头利用光敏电阻自动计数将反射回来的脉冲信号传输给信号处敏电阻自动计数将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统理系统,再通过计算机显示出来相应的信息再通过计算机显示出来相应的信息.光敏电阻光敏电阻的自动计数示意图如图所示的自动计数示意图如图所示,其中其中R1为光敏电阻为光敏电阻,R2为为定值电阻定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是此光电计数器的基本工作原理是()A、当有激光照射、当有激光照射R1时时,处理系统获得高电压处理系统获得高电压;B、当有激光照射、当有激光照射R1时时,处理系统获得低电压处理系统获得低电压;C、信号处

9、理系统每获得一次低电压就计数一次、信号处理系统每获得一次低电压就计数一次;D、信号处理系统每获得一次高电压就计数一次、信号处理系统每获得一次高电压就计数一次.信号信号处理处理系统系统R2R1激光激光BD(1)机械式鼠标器的组成机械式鼠标器的组成?哪个元件是光传感器哪个元件是光传感器?(2)机械式鼠标器的工作原理机械式鼠标器的工作原理?(1)机械式机械式鼠标器鼠标器的的组成组成滚球、滚轴与码盘、红外发射管与滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管红外接收管(光传感器光传感器)(2)机械式机械式鼠标器鼠标器的的工作原理工作原理许多会议室、宾许多会议室、宾馆房间的天花板馆房间的天花板上都装有火灾报上

10、都装有火灾报警器，火灾报警警器，火灾报警器是光传感器应器是光传感器应用的又一实例。用的又一实例。(1)烟雾散射火灾烟雾散射火灾报警器的报警器的组成组成?光电三极管光电三极管是是烟雾火警烟雾火警报警器中的报警器中的光传感器光传感器热传感器热传感器常见的常见的光传感器光传感器有：有：【例【例1】如图甲为在温度为】如图甲为在温度为100C左右的环境中工作左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1=20k，R2=10 k，R3=40 k，Rt为热敏电阻为热敏电阻,它的电阻随它的电阻随温度变化的图线如图乙所示温度变化的图线如图乙所示.当当 a、b端电压端电压

11、 Uab0时，电压鉴别时，电压鉴别器使器使 S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在_0C 【例【例2】图示为一实验小车中利用光电脉冲测量】图示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图。车速和行程的装置示意图。A为光源，为光源，B为光电接为光电接收器，收器，A、B均固定在车身上，均固定在车身上，C为小车的车轮，为小车的车轮，D为与为与C同轴相连的齿轮。车轮转动时，同轴相连的齿轮。车轮转动时，A发出的光发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示。接收并转换

12、成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内脉冲数为若实验显示单位时间内脉冲数为n，累计脉冲数为，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量和数据是量和数据是 ，小车速度的表达式为，小车速度的表达式为v=；行程的表达式为行程的表达式为=。4 传感器的应用实验 实验一实验一:光控开关光控开关实验原理及知识准备实验原理及知识准备 （1）如图所示光控电路，）如图所示光控电路，用发光二极管用发光二极管LED模仿路灯，模仿路灯，RG为光敏电阻，为光敏电阻，R1的最大电的最大电阻为阻为51 k，R2为为 330 k，试分析其工作原理。试分析

13、其工作原理。（2）要想在天更暗时路灯才会亮，应该把）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？为什么？的阻值调大些还是调小些？为什么？图乙中，用白炽图乙中，用白炽灯模仿路灯，为何灯模仿路灯，为何要用到继电器要用到继电器？由于集成电路允许通过的电流较小，由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯泡模仿路灯，就要使用继电器要用白炽灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭工作电路。来启闭工作电路。如图所示电磁继电器如图所示电磁继电器工作电路，图中虚线框内工作电路，图中虚线框内即为电磁继电器，即为电磁继电器，D为动为动触点，触点，E为静触点试分为静触点试分析电磁继电器的工作原理。析电磁继电

14、器的工作原理。当线圈当线圈 A中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁铁B向下运动，从而带动动触点向下运动，从而带动动触点D向下与向下与E接触，将接触，将工作电路接通，当线圈工作电路接通，当线圈A中电流为零时，电磁铁失中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁去磁性，衔铁B在弹簧作用下拉起，带动触点在弹簧作用下拉起，带动触点D与与E分离，自动切断工作电路分离，自动切断工作电路 实验：实验：试说明控制电路的工作原理。试说明控制电路的工作原理。实验二实验二:温度报警器温度报警器 上一节我们学习了火灾报警器，它是利上一节我们学习了火灾报警器，它是利用烟雾对光的散射作用，使火灾发出的

15、光用烟雾对光的散射作用，使火灾发出的光引起光敏电阻的阻值变化，从而达到报警引起光敏电阻的阻值变化，从而达到报警的目的这种设计其敏感性是否值的怀疑，的目的这种设计其敏感性是否值的怀疑，你想过吗？既然发生火灾时，环境温度要你想过吗？既然发生火灾时，环境温度要升高，我们能不能用温度传感器来做成火升高，我们能不能用温度传感器来做成火灾报警器呢？灾报警器呢？如图所示为温度如图所示为温度报警器的工作电路，报警器的工作电路，试分析其工作原理试分析其工作原理。常温下，调整常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂

16、处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻阻值减小，斯密特触发器输入端值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到某电势升高，当达到某一值（高电平），其输出端由高电平跳到低电平，蜂一值（高电平），其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，鸣器通电，从而发出报警声，Rl的阻值不同，则报警的阻值不同，则报警温度不同。温度不同。怎样使热敏电阻怎样使热敏电阻在感测到更高的温在感测到更高的温度时才报警？度时才报警？要使热敏电阻在感测到更高的温度时才要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小报警，应减小R R1 1的

17、阻值，的阻值，R R1 1阻值越小，要使阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。阻阻值要求越小，即温度越高。三三:课堂总结课堂总结光控开关光控开关温度报警器温度报警器传感器的应用实例传感器的应用实例四四:实例探究实例探究 电磁继电器与自动控制电磁继电器与自动控制【例【例1 1】现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电】现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干如图所示，试器、滑动变阻器、开关和导线若干如图所示，试设计一个温控电路要求温度低于某一温度时，电设计一个温控电路要求温度低于某一温度时，电炉

18、丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图说明工作过程断电，画出电路图说明工作过程分析：热敏电阻分析：热敏电阻R1与滑动变阻器及电磁继电器构成与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路低压控制电路解析：解析：（1 1）电路图如图所示）电路图如图所示 （2 2）工作过程：闭合）工作过程：闭合S S当温度低于设计值时热敏电阻当温度低于设计值时热敏电阻阻值大，通过电磁继电器电流不能使它工作，阻值大，通过电磁继电器电流不能使它工作，K K接通电接通电炉丝加热当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某炉丝加热当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，通过

19、电磁继电器的电流达到工作电流，值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K K断开，电断开，电炉丝断电，停止供热当温度低于设计值，又重复前炉丝断电，停止供热当温度低于设计值，又重复前述过程述过程 白天，光强度较大，光敏电阻白天，光强度较大，光敏电阻RG电阻值电阻值较小，加在斯密特触发器较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，端的电压较低，则输出端则输出端Y输出高电平，发光二极管输出高电平，发光二极管LED不不导通；当天色暗到一定程度时，导通；当天色暗到一定程度时，RG的阻值的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端增大到一定值，斯密特触发器的输入端 A的的电压上升到某个值（电压上升到某个值（1.6V）

20、，输出端），输出端Y突然突然从高电平跳到低电平，则发光二极管从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到了通发光（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使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的.应该把应该把R1的阻值调大些，这样要使斯的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端密特触发器的输入端A电压达到某个值（如电压达到某个值（如1.6V，就需要，就需要RG的阻值达到更大，即天色的阻值达到更大，即天色更暗。更暗。天较亮时，光敏电阻天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触阻值较小，斯密特触发器输入端发器输入端A电势较低，则输出端电势较低，则输

21、出端Y输出高电平，输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，电势升高，当升高到一定值，输出端当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，作电路，使路灯自动开启；天明后，RG阻值减小，阻值减小，斯密特触发器输入端斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，电势逐渐降低，降到一定值，输出端输出端 Y突然由低电平跳到高电平，则线圈

22、突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭。路灯熄灭。五：书后习题五：书后习题1 1当门闭着时，永久磁铁使干簧管接通，斯密当门闭着时，永久磁铁使干簧管接通，斯密特触发器输入端与电源负极相连，处于低电平，特触发器输入端与电源负极相连，处于低电平，则输出端为高电平，故蜂鸣器不发声；当开门时，则输出端为高电平，故蜂鸣器不发声；当开门时，没有磁铁作用，干簧管不通，斯密特触发器输入没有磁铁作用，干簧管不通，斯密特触发器输入端为高电平，则输出端为低电平，则蜂鸣器通电，端为高电平，则输出端为低电平，则蜂鸣器通电，发

23、声报警发声报警2当被测点为高电平时，斯密特触发器输入端当被测点为高电平时，斯密特触发器输入端A为高电平，则输出端为高电平，则输出端Y应为低电平，故应为低电平，故LED发发光；当被测点为低电平时，光；当被测点为低电平时，A即为低电平，则输即为低电平，则输出端出端Y为高电平，为高电平，LED不发光不发光 例题例题1：（：（2003上海考题）上海考题）演示演示位移传感器位移传感器的工作的工作原理如右图示，物体原理如右图示，物体M在导轨上平移时，带动滑动在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆变阻器的金属滑杆p，通过电压表显示的数据，来反，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小映物体位移的大小x。

24、假设电压表是理想的，则下列。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是说法正确的是 ()A.物体物体M运动时，电源内的电流会发生变化运动时，电源内的电流会发生变化B.物体物体M运动时，电压表的示数会发生变化运动时，电压表的示数会发生变化C.物体物体M不动时，电路中没有电流不动时，电路中没有电流D.物体物体M不动时，电压表没有示数不动时，电压表没有示数B 例例2.惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计。个系统的重要元件是加速度计。加速度计加速度计的构造和原的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向按装的固定光滑理的示意图如图示，沿导弹长

25、度方向按装的固定光滑杆上套一个质量为杆上套一个质量为m的滑块，滑块的两侧分别与劲度的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为系数均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度。滑块上有指连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度。滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。进行制导。1.设某段时间内导弹沿水平方向运动，指设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离针向左偏离O点的距离为点的距离为S，则这段时间内导弹的加，则这段时间内导弹的加速度速度 （）A.方向向左，大小为方

26、向向左，大小为 k S/m B方向向右，大小为方向向右，大小为 k S/m C方向向左，大小为方向向左，大小为 2k S/m D.方向向右，大小为方向向右，大小为 2k S/mD01010UP2.若电位器（可变电阻）总长度为若电位器（可变电阻）总长度为L，其电阻均匀，其电阻均匀，两端接在稳压电源两端接在稳压电源U0上，当导弹以加速度上，当导弹以加速度a沿水平方沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片向运动时，与滑块连接的滑动片P产生位移，此时可产生位移，此时可输出一个电信号输出一个电信号U，作为导弹惯性制导系统的信息源，作为导弹惯性制导系统的信息源，为控制导弹运动状态输入信息，试写出为控制导弹运动

27、状态输入信息，试写出U与与a 的函数的函数关系式。关系式。01010UPU0解解：a=2kS/m S=ma/2kU=U0 Rx/R=U0 S/L=maU0/2kL=mU0 a/2kLa思考与讨论：思考与讨论：1、为什么温度较高时压缩机自动工作，达到设、为什么温度较高时压缩机自动工作，达到设定低温后就自动停止工作？定低温后就自动停止工作？2、凸轮为什么可以改变设定的温度？、凸轮为什么可以改变设定的温度？氯甲烷及它的蒸气氯甲烷及它的蒸气思考与讨论：思考与讨论：1、应该把恒温箱中的加热器接在、应该把恒温箱中的加热器接在 A、B 还是还是 C、D 之间呢？之间呢？2、要使箱内温度保持、要使箱内温度保持

28、100，可变电阻，可变电阻R值应调值应调节多大？节多大？膜片在声波下振动，使得与膜片相连的膜片在声波下振动，使得与膜片相连的线圈中产生随声波变化的感应电流。线圈中产生随声波变化的感应电流。1、动圈式话筒：、动圈式话筒：音圈音圈金属膜片金属膜片永久永久磁铁磁铁工作原理工作原理:电磁感应电磁感应.练习练习2:(2003上海试题上海试题)唱卡拉唱卡拉OK用的话筒用的话筒,内内有传感器有传感器.其中有一种是动圈式的其中有一种是动圈式的,它的工作它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈属线圈,线圈处于永磁体的磁场中线圈处于永磁体的磁场中,当声波使当声波使膜片

29、前后振动时膜片前后振动时,就将声音信号转变为电信就将声音信号转变为电信号号.下列说法正确的是下列说法正确的是()A.该传感器是根据电流的磁效应工作的该传感器是根据电流的磁效应工作的B.该传感器是根据电磁感应原理工作的该传感器是根据电磁感应原理工作的C.膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D.膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势动势2、电容式话筒：、电容式话筒：原理原理:Q是绝缘支架是绝缘支架,薄金属膜薄金属膜M 和固定电极和固定电极N 形成一个电容器形成一个电容器,被被直流电源充电直流电源充电.当声波当声波使膜片振动时

30、使膜片振动时,电容发电容发生变化生变化,电路中形成变电路中形成变化的电流化的电流,于是电阻两于是电阻两端就输出了与声音变化端就输出了与声音变化规律相同的电压规律相同的电压.优点：保真度好优点：保真度好绝缘绝缘支架支架薄金薄金属膜属膜固定固定电极电极练习练习3：电容式话筒将声音信号被话：电容式话筒将声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是容器两板间的的原因可能是容器两板间的()A.距离变化距离变化 B.正对面积变化正对面积变化C.介质变化介质变化 D.电压变化电压变化3、驻极体驻极体话筒：话筒：原理原理:它由内部的驻极体塑料它由内部的驻极体塑料膜感受声波膜感受声波.工作电压工作电压:36 V.)特点：特点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，常用在盒式录音机、声控玩具等便宜的家电上常用在盒式录音机、声控玩具等便宜的家电上驻极体驻极体背极背极塑料膜塑料膜空隙空隙较弱的声音扩音器扩音器扬声器扬声器1.话筒的作用是把话筒的作用是把_信号转化为信号转化为_信号。信号。2.动圈式话筒的工作原理：动圈式话筒的工作原理：3.电容式话筒的工作原理：电容式话筒的工作原理：4.驻极式话筒的工作原理：驻极式话筒的工作原理：