62传感器的应用(一)

传感器的应用（一）传感器的应用（一）传感器应用的一般模式：传感器应用的一般模式：一一.力电传感器的应用力电传感器的应用电子称电子称（1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？（2）简述力传感器的工作原理。（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量 例例1 1：（：（20032003上海考题）上海考题）演示位移传感器的工作原演示位移传感器的工作原理如图示，物体理如图示，物体MM在导轨上平移时，带动滑动变阻器在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆的金属滑杆p p，通过电压表显示的数据，来反映物体，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小位移的大小x x。假设电压表是理想的，则下列说法正。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是确的是 ( )( )A. A. 物体物体MM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. B. 物体物体MM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. C. 物体物体MM不动时，电路中没有电流不动时，电路中没有电流D. D. 物体物体MM不动时，电压表没有示数不动时，电压表没有示数B例例2:(1)惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个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。加速度计的构造和原理系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆的示意图如图示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一个质量为上套一个质量为m的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于块原来静止，弹簧处于自然长度自然长度。滑块上有指针，可。滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏导。设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离离O点的距离为点的距离为S，则这段时间内导弹的加速度，则这段时间内导弹的加速度 （ ） A. 方向向左，大小为方向向左，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/m01010UPD(2)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沿水平方向沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片运动时，与滑块连接的滑动片P产生位移，此时可输产生位移，此时可输出一个电信号出一个电信号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状态输入信息，试写出U与与a 的函数关的函数关系式。系式。01010UPU0解解：a=2kS/m S=ma/2kU=U0 Rx / R = U0 S / L=maU0 / 2kL=mU0 a / 2kLa例例3 3:可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构其结构如图所示。当系统绕轴如图所示。当系统绕轴OO转动时，元件转动时，元件A发生位移并发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知的信息源。已知A的质量为的质量为m，弹簧的劲度系数为，弹簧的劲度系数为k、自然长度为自然长度为l，电源的电动势为，电源的电动势为E、内阻不计。滑动变、内阻不计。滑动变阻器总长也为阻器总长也为l ，电阻分布均匀，系统静止时，电阻分布均匀，系统静止时P在在B点点，当系统以角速度，当系统以角速度转动时，试写出输出电压转动时，试写出输出电压U与与的的函数式。函数式。A S PCBOO输出电压输出电压U解解：设弹簧伸长：设弹簧伸长x , 则则 kx=m 2(l+x) x= m 2 l ( k-m 2 )设滑动变阻器单位长度设滑动变阻器单位长度 的电阻为的电阻为r1 U=IRx=Exr1 / l r1= Ex/ l U= Em 2 (k-m 2)二二. . 声传感器的应用话筒 （1）话筒的作用是什么？）话筒的作用是什么？ （2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。阅读教材并思考阅读教材并思考声音信号转化为电信号声音信号转化为电信号 膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。音。（3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么？这种话筒的优点是什么？（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和和固定电极固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电当声形成一个电容器，被直流电源充电当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同两端就输出了与声音变化规律相同的电压优点：保真度好。的电压优点：保真度好。驻极体话筒的原理同电容式话筒，只是其内部感受声驻极体话筒的原理同电容式话筒，只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜优点：体积小，重量轻，价波的是驻极体塑料薄膜优点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低。格便宜，灵敏度高，工作电压低。例题例题4：（：（2003上海试题）唱卡拉上海试题）唱卡拉OK用的话筒，内用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是确的是 ( )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动势膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势B金属金属板板金属金属膜膜振动振动膜膜外电外电路路图5例题例题5 5：如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容：如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压压U U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，发生变化，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化使声音信号被话筒转化为电信号，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 A）距离变化）距离变化 （B B）正对面积变化）正对面积变化（CC）介质变化）介质变化 （D D）电压变化）电压变化A三温度传感器的应用三温度传感器的应用电熨斗电熨斗 （1）常温下，上、下触点应是接触的还是）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？思思考与讨论考与讨论：本节课主要学习了以下几个问题：本节课主要学习了以下几个问题： 1、力传感器的应用、力传感器的应用电子秤电子秤 2、声传感器的应用、声传感器的应用话筒话筒 3、温度传感器的应用、温度传感器的应用电熨斗电熨斗 力传感器是把力信号转换成电信号；声传感器力传感器是把力信号转换成电信号；声传感器是把声音信号转换为电信号，而温度传感器往往是是把声音信号转换为电信号，而温度传感器往往是用来进行自动控制用来进行自动控制.小结：小结：一一. .力电传感器的应用力电传感器的应用 力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及上的惯性导航系统及ABSABS防抱死制动系统等。防抱死制动系统等。1.1.测质量测质量2.2.测测 力力3.3.测物体加（角）速度测物体加（角）速度4.4.测测 位位 移移 声电传感器是指将声音信号转换为电信号的一类传感声电传感器是指将声音信号转换为电信号的一类传感器，常见的电容式话筒和动圈式话筒都是声电传感器。器，常见的电容式话筒和动圈式话筒都是声电传感器。 二二. . 声传感器的应用话筒 三三. .热电传感器热电传感器热电传感器是指将温度信号转换成电信号的一类传感热电传感器是指将温度信号转换成电信号的一类传感器，一般有两类：一类是随温度变化引起传感器中某器，一般有两类：一类是随温度变化引起传感器中某个组件形状的变化（如热胀冷缩）达到转换信号的目个组件形状的变化（如热胀冷缩）达到转换信号的目的；还有一类是随温度变化引起电阻的变化（如半导的；还有一类是随温度变化引起电阻的变化（如半导体材料中热敏电阻随温度升高电阻减小）达到转换信体材料中热敏电阻随温度升高电阻减小）达到转换信号的目的。号的目的。