第一篇：項目名稱：氣象傳感器設(shè)計理論、關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用

項目名稱：氣象傳感器設(shè)計理論、關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用

項目完成人：黃慶安、秦明、黃見秋、王磊、唐潔影、曲來世

項目完成單位：東南大學(xué)、凱邁（洛陽）環(huán)測有限公司

申報獎種：技術(shù)發(fā)明獎

項目簡介：

氣象傳感器在天氣預(yù)報、高速公路、船舶航行、機場、軍事等方面有巨大需求，其核心技術(shù)長期被國外壟斷，嚴(yán)重制約了我國氣象傳感器及其相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，因此，必須解決關(guān)鍵技術(shù)難題：①復(fù)雜性，氣象傳感器涉及氣壓、風(fēng)速風(fēng)向、濕度等多種敏感原理，面臨復(fù)雜的設(shè)計、制造、封裝等問題；②可靠性，氣象傳感器需要長期在野外工作，面臨灰塵、腐蝕等惡劣環(huán)境下工作的可靠性問題。

在國家自然科學(xué)基金、國家863計劃等支持下，本項目系統(tǒng)地開展了氣象傳感器設(shè)計理論、關(guān)鍵技術(shù)研究，較好解決了上述技術(shù)難題，并成功應(yīng)用于氣象傳感器及其系統(tǒng)研制和批量生產(chǎn)中。

主要創(chuàng)新如下：

1.在國際上率先研究并提出了基于面積變化和介電伸縮效應(yīng)的MEMS電容式氣壓傳感器結(jié)構(gòu)，保證了傳感器輸出的線性度；發(fā)明了二氧化硅介電伸縮系數(shù)的懸臂梁測試結(jié)構(gòu)，獲取了介電伸縮系數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；提出了帶微孔濾膜的電容式氣壓傳感器封裝方法，提高了傳感器環(huán)境適應(yīng)性。

2.發(fā)明了MEMS風(fēng)速風(fēng)向傳感器的測溫方法和深槽隔熱結(jié)構(gòu)，提出了風(fēng)速風(fēng)向傳感器的溫度自平衡測控方法，解決了長期以來風(fēng)速風(fēng)向傳感器量程難以提高的技術(shù)難題；發(fā)明了風(fēng)速風(fēng)向傳感器的陶瓷圓片級封裝技術(shù)，保障了傳感器工作的可靠性。

3.發(fā)明了MEMS濕度傳感器片上集成多晶硅加熱電阻結(jié)構(gòu)，縮短了濕度傳感器的脫附時間；發(fā)明了氮化硅包覆鋁電極的結(jié)構(gòu)，有效防止了聚酰亞胺吸水而腐蝕鋁電極，突破了濕度傳感器長期工作穩(wěn)定性的技術(shù)瓶頸。

4.建立了MEMS器件-封裝結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)模型，提出了微懸臂梁接觸長度的測量結(jié)構(gòu)，發(fā)明了微懸臂梁疲勞特性的測量方法，實現(xiàn)了MEMS結(jié)構(gòu)與器件的溫度、濕度、振動可靠性測試和評估。

5.發(fā)明了前向散射式能見度檢測器大氣散射信號測量技術(shù)，開發(fā)了前向散射式能見度檢測器系統(tǒng)。

獲中國發(fā)明專利授權(quán)43項；制訂國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項；出版英文叢書1章；發(fā)表論文138篇(SCI 26篇、EI 138篇)、SCI他引152次；在國內(nèi)會議大會報告2次、在國外會議邀請報告2次。

研制與批量生產(chǎn)的氣象傳感器系列，全部技術(shù)指標(biāo)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)并已在高速公路等領(lǐng)域應(yīng)用，推動了我國氣象傳感器及相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進步，包括4位院士在內(nèi)的項目驗收專家組評價：“項目發(fā)現(xiàn)了二氧化硅的介電伸縮系數(shù)；發(fā)明了陶瓷芯片與集成風(fēng)速風(fēng)向傳感器的倒裝封裝方法，可測風(fēng)速達60m/s，是目前國際上公開報導(dǎo)的MEMS風(fēng)速傳感器的最高測量風(fēng)速”。

項目成果還應(yīng)用于我國大型通信骨干企業(yè)，支撐了MEMS故障器件的分析和評估；應(yīng)用于加速度傳感器研制與生產(chǎn)，支撐了重點領(lǐng)域發(fā)展；應(yīng)用于載人潛水工程中壓力傳感器的研制，保障了“蛟龍”號7000米載人潛水工程的實施；應(yīng)用于“雪龍”號極地科學(xué)考察船、地面軍事氣象監(jiān)測，打破了國外的技術(shù)壟斷與禁運。

近3年新增：銷售額15419.80萬元、利潤3437.80萬元、稅收1889.60萬元。

第二篇：傳感器應(yīng)用總結(jié)

傳感器應(yīng)用總結(jié)

信息社會高速發(fā)展的今天，人們對信息的提取、處理、傳輸以及綜合等要求愈加迫切。作為信息提取的功能器件——傳感器同人們的關(guān)系越來越密切。小到智能手機，大到地震海嘯預(yù)警，傳感器廣泛應(yīng)用于社會發(fā)展及人類生活的各個領(lǐng)域。傳感器種類繁多，其原理也各種各樣。傳感技術(shù)是一門知識密集型技術(shù)，它與許多學(xué)科相關(guān)，傳感器技術(shù)已經(jīng)成為各個應(yīng)用領(lǐng)域，特別是電子信息工程、電氣工程、自動控制工程、機械工程等領(lǐng)域中不可缺少的技術(shù)。傳感技術(shù)與信息技術(shù)、計算機技術(shù)并列稱為支撐現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。下面，我將對所學(xué)傳感器的應(yīng)用做一個簡要的總結(jié)。

傳感器是在非電量測量中，能夠?qū)崿F(xiàn)非電量轉(zhuǎn)化為電量的裝置。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測量電路三部分組成，有時還需要加輔助電源。（如圖1）在自動檢測和自動控制環(huán)節(jié)，傳感器是必不可少的，沒有傳感器對數(shù)據(jù)的精確測量，必然不會實現(xiàn)對信號的控制及顯示。因此，傳感器在工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中應(yīng)用廣泛。非電量 敏感元件

非電量

傳感元件

電量

轉(zhuǎn)換電路

電量 熱電偶傳感器

圖1

1.1 N型熱電偶在主蒸汽溫度測量中的應(yīng)用

近年來，N型熱電偶在火電廠得到了廣泛的應(yīng)用。N型熱電偶在中子輻射環(huán)境下具有良好的穩(wěn)定性, 是因為N型熱電偶去除了易蛻變元素Mn、Co等。因此,N型熱電偶具有很好的耐核輻射的能力。在一個機組主蒸汽管道上放一個溫度保護套管，將N型熱電偶放入其內(nèi)部，測量的溫度將其轉(zhuǎn)化為電動勢，通過控制電動勢來控制溫度。

1.2 熱電偶對爆炸產(chǎn)物的熱響應(yīng)應(yīng)用

在炸藥的爆炸過程中，溫度變化極快，數(shù)值極高，且為非穩(wěn)態(tài)傳熱，沖擊波的傳播速度遠大于熱流的傳播速度，熱電偶技術(shù)的迅速發(fā)展為研究瞬態(tài)熱作用提供了簡便可靠的測試方法。熱電偶溫度傳感器將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)直 流電壓放大器放大后通過A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。采集系統(tǒng)將給出電壓值，其變化反映熱電偶溫度值的變化。數(shù)據(jù)采集后對信號加以濾波處理，然后根據(jù)分度表進行溫度轉(zhuǎn)換。

1.3 薄膜熱電偶傳感器測高溫物體表面溫度

薄膜熱電偶(T F T C)作為固體表面溫度傳感器具有許多優(yōu)點，其很小的質(zhì)量使其對表面熱傳導(dǎo)的干擾極小，對于大多數(shù)實際測量而言，被測點的這一熱變化是微乎其微的；由于厚度僅為1um 的薄膜對于多數(shù)對流換熱應(yīng)用來說尺寸很小，所以薄膜熱電偶與被測表面之間的對流換熱變化也極其微小。另一方面，由于自身構(gòu)造上的特點，薄膜熱電偶傳感器可以貼在某些需要測量溫度但又不方便直接測溫的物件上。壓電傳感器

2.1 車輛行駛稱重

壓電傳感器檢測經(jīng)過輪胎施加到傳感器上的壓力，產(chǎn)生成正比的模擬電壓、信號,輸出壓力信號的周期與輪胎停留在傳感器上的時間相同。每當(dāng)一個輪胎經(jīng)過傳感器時，傳感器就會產(chǎn)生一個新的電子脈沖,壓電傳感器在行駛中稱重(WMI)的檢測原理是對受力產(chǎn)生的信號積分。2.2 實現(xiàn)超聲振動系統(tǒng)的頻率自動跟蹤

在振動系統(tǒng)設(shè)計中加入壓電傳感片，壓電傳感片保持與系統(tǒng)諧振。由于壓電效應(yīng)，諧振時壓電傳感片兩端會產(chǎn)生電荷，形成感應(yīng)電壓。這種電壓大小與振動強弱成正比，通過檢測電壓值就能知道振動幅值的大小。感應(yīng)電壓最大值的頻率點即為系統(tǒng)諧振點，通過搜尋感應(yīng)電壓最大值就能實現(xiàn)頻率自動跟蹤。2.3 環(huán)境監(jiān)測

2.3.1壓電石英晶體微天平(QCM)壓電傳感器

當(dāng)一層外來物沉積于石英晶體表面時,晶體的表面質(zhì)量增加,從而引起諧振頻率的變化。

2.3.2 表面聲波(S∧W)壓電傳感器

S∧W壓電傳感器是利用表面聲波原理實現(xiàn)質(zhì)量測定的。當(dāng)ST切型石英晶體中電極的交叉陣列產(chǎn)生局部形變時,后者以機械波傳遞至接受器陣列,發(fā)出的波與任何表面材料的相互作用均能改變S∧W的速度和振幅,于是能定量測定沉 積物的質(zhì)量。

2.4 確保刀具工作在安全振幅范圍內(nèi)

通過壓電傳感片返回的電壓值大小,系統(tǒng)可以推算出刀具的工作振幅。預(yù)先設(shè)定安全振動幅值,限制輸出功率的大小,就能起到保護刀具的作用。實際采用這種措施以后,刀具的工作壽命得到明顯提高。這主要是因為刀具刀齒造成應(yīng)力高度集中,如不限制振幅,空載或輕載時刀具振幅過大,刀齒的應(yīng)力超過了安全許可界限,在超高周疲勞情況下很快就達到疲勞極限,引起刀具斷裂。電阻傳感器

3.1應(yīng)變式壓力傳感器

這種傳感器可以測量氣體或液體壓力。當(dāng)氣體或液體壓力作用在薄板承壓面上時，薄板變形，粘貼在另一面的電阻應(yīng)變片隨之變形，并改變阻值。這時測量電路中電橋平衡被破壞，產(chǎn)生輸出電壓。此外，它還可以用來制造測量高度、密度、速度的儀表。應(yīng)變式壓力傳感器常見的結(jié)構(gòu)有筒式、膜片式和組合式等。3.2 應(yīng)變式加速度傳感器

這種傳感器的基本結(jié)構(gòu)由懸臂梁、應(yīng)變片、質(zhì)量塊、機座外殼組成。懸臂梁（等強度梁）自由端固定質(zhì)量塊，殼體內(nèi)充滿硅油，產(chǎn)生必要的阻尼。當(dāng)殼體與被測物體一起作加速度 a 運動時，質(zhì)量塊因為在慣性作用下保持相對靜止，從而給懸臂梁一個與運動方向相反的作用力，使梁體發(fā)生形變，粘貼在梁上的應(yīng)變片阻值發(fā)生變化，電橋平衡被破壞，電橋輸出電壓。通過測量阻值的變化求出待測物體的加速度。3.3 熱電阻式溫度傳感器 3.3.1 金屬熱電阻傳感器

對于金屬導(dǎo)體而言，在一定的溫度下，物質(zhì)的電阻隨電阻率的變化而變化，可以把溫度對電阻率的影響反映到電阻上，即溫度變化會導(dǎo)致電阻變化，從而測出溫度變化。

3.3.2 半導(dǎo)體熱電阻傳感器

半導(dǎo)體是一種晶態(tài)固體，其原子結(jié)構(gòu)較為特殊，外層的電子運動時既不像金屬導(dǎo)體那樣容易脫離原軌跡，也不像絕緣體那樣束縛的很緊，這就決定了它的導(dǎo)電特性介于金屬導(dǎo)體和絕緣體之間。其導(dǎo)電機理與材料內(nèi)價電子以及摻人的雜質(zhì) 有關(guān)。電阻取決于摻雜的種類和濃度，并隨溫度而變化，通過測量電阻的變化而得到溫度的改變。電感式傳感器

4.1 自感式傳感器

自感式傳感器是利用自感量隨氣隙變化而改變的原理制成的，用來測量位移。自感式傳感器主要有閉磁路變隙式和開磁路螺線管式，它們又都可以分為單線圈式與差動式兩種結(jié)構(gòu)形式。

線圈的自感量等于線圈中通入單位電流所產(chǎn)生的磁鏈數(shù)，只要被測非電量能夠引起空氣隙長度或等效截面積發(fā)生變化，線圈的電感量就會隨之變化。自感式傳感器的測量電路用來將電感量的變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓或電流信號，以便供放大器進行放大，然后用測量儀表顯示或記錄。自感式傳感器用于測量位移，還可以用于測量振動、應(yīng)變、厚度、壓力、流量、液位等非電量。4.2 差動變壓器式傳感器

差動變壓器式傳感器是把差動變壓器的兩個次級輸出電壓分別整流，然后將整流的電壓或電流的差值作為輸出，這樣二次電壓的相位和零點殘余電壓都不必考慮。

差動整流電路同樣具有相敏檢波作用，兩組（或兩個）整流二極管分別將二次線圈中的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電，然后相加。由于這種測量電路結(jié)構(gòu)簡單，不需要考慮相位調(diào)整和零點殘余電壓的影響，且具有分布電容小和便于遠距離傳輸?shù)葍?yōu)點，因而獲得廣泛的應(yīng)用。但是，二極管的非線性影響比較嚴(yán)重，而且二極管的正向飽和壓降和反向漏電流對性能也會產(chǎn)生不利影響，只能在要求不高的場合下使用。

一般經(jīng)相敏檢波和差動整流后的輸出信號還必須經(jīng)過低通濾波器，把調(diào)制的高頻信號衰減掉，只允許銜鐵運動產(chǎn)生的有用信號通過。

差動變壓器不僅可以直接用于位移測量，而且還可以測量與位移有關(guān)的任何機械量，如振動、加速度、應(yīng)變、壓力、張力、比重和厚度等。4.3 渦流式傳感器

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，此電流叫電渦流，這種現(xiàn) 象稱為電渦流效應(yīng)。

根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。按照電渦流在導(dǎo)體內(nèi)的貫穿情況，此傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類，但從基本工作原理上來說仍是相似的。電渦流式傳感器最大的特點是能對位移、厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進行非接觸式連續(xù)測量，另外還具有體積小、靈敏度高、頻率響應(yīng)寬等特點，應(yīng)用極其廣泛。

線圈阻抗的變化完全取決于被測金屬導(dǎo)體的電渦流效應(yīng)。

而電渦流效應(yīng)既與被測體的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ以及幾何形狀有關(guān)，又與線圈幾何參數(shù)、線圈中激磁電流頻率?有關(guān)，還與線圈與導(dǎo)體間的距離x有關(guān)。因此，傳感器線圈受電渦流影響時的等效阻抗Z的函數(shù)關(guān)系式為Z=F（ρ，μ，R，x）。

渦流式傳感器的特點是結(jié)構(gòu)簡單，易于進行非接觸的連續(xù)測量，靈敏度較高，適用性強。利用位移x作為變換量，可以做成測量位移、厚度、振幅、振擺、轉(zhuǎn)速等傳感器，也可做成接近開關(guān)、計數(shù)器等。利用材料電阻率?作為變換量，可以做成測量溫度，材質(zhì)判別等傳感器。利用導(dǎo)磁率?作為變換量，可以做成測量應(yīng)力，硬度等傳感器；利用變換量x、?、?等的綜臺影響，可以做成探傷裝置。電容傳感器

5.1電容式位移傳感器

電容式位移傳感器可以實現(xiàn)非接觸測量，用來測量各種導(dǎo)電材料的間隙、長度、尺寸或位置、振動位移等。CapaNCD(非接觸電容位移傳感器)測量原理的基礎(chǔ)在于理想平板電容的構(gòu)成，兩個平板電極由傳感器和相對應(yīng)的被測體組成，當(dāng)恒定的交流電加在傳感器電容上時，傳感器產(chǎn)生的交流電壓與電容電極之間的距離成正比，交流電壓經(jīng)檢波器，與一個可設(shè)置的補償電壓疊加，經(jīng)放大，作為模擬信號輸出。capaNCDT610是一個精密的單通道系統(tǒng),它由電容位移傳感器，傳感器電纜和處理信號的前置器組成，用戶可以在現(xiàn)場用二點線性化方法校準(zhǔn)。這種傳感器的特點是工作時無磨損，免維修、對被測體沒有作用力、具有高的零點穩(wěn)定性和精度、與被測體導(dǎo)電性能以及導(dǎo)電性能變化無關(guān)而且?guī)缀醪皇軠囟扔绊?。capaNCDT610可輸出0～10V的電壓，在犧牲精度的情況下，測量范圍還可 以擴大2～3倍。5.2電容式物位傳感器

電容式物位傳感器有兩個導(dǎo)電極板(通常把容器壁作為一個電極)，由于電極間是氣體、液體或固體而導(dǎo)致靜電容發(fā)生變化，因而可以敏感物位。它的敏感元件有三種形式,即棒狀、板狀和線狀,其工作溫度、壓力主要受絕緣材料的限制。電容式物位傳感器可以采取微機控制，實現(xiàn)自動調(diào)整靈敏度,并具有自診斷功能,同時能夠檢測敏感元件的破損、絕緣性的降低、電纜和電路的故障等，并可以自動報警，實現(xiàn)高可靠性的信息傳遞。由于電容式傳感器無機械可動部分，且敏感元件簡單，操作方便，是目前應(yīng)用最廣的一種物位傳感器。5.3固態(tài)電容式指紋傳感器

傳感器技術(shù)的發(fā)展，人們利用電容式傳感器對指紋進行識別，從而識別人的身份，可靠性大大提高，廣泛應(yīng)用于養(yǎng)老金領(lǐng)取、人事工資管理、銀行柜員身份確認(rèn)等很多場合。目前市場上有兩種固態(tài)指紋傳感器，第一種是單次觸摸型傳感器，要求手指在采集區(qū)進行可靠的觸摸；第二種則需要用手指在傳感器表面擦過，傳感器會采集一套特定的數(shù)據(jù)進行快速分析和認(rèn)證。這兩種指紋傳感器都是利用指紋中凸起的部分置于傳感器電容像素電極時電容量會有所增加，從而通過檢測增加的電容來進行數(shù)據(jù)采集的。目前這兩種指紋傳感器都得到了廣泛的應(yīng)用。

6光電傳感器

6.1 煙塵濁度監(jiān)測儀

為了消除工業(yè)煙塵污染，首先要知道煙塵排放量，因此必須對煙塵源進行監(jiān)測、自動顯示和超標(biāo)報警。煙道里的煙塵濁度是用通過光在煙道里傳輸過程中的變化大小來檢測的。如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。

6.2感煙傳感器(火災(zāi)報警器的一部分)由紅外發(fā)光二極管及光電三極管組成，但二者不在同一平面上(有一定角度)。在無煙狀態(tài)時，光電三極管接收不到紅外線；當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，產(chǎn)生大量煙霧，煙霧粒子進入感煙傳感器時，由于紅外線受煙霧粒于折射作用，光電三極管接收到紅外線，給出煙霧報警信號。6.3 光控大門

光控大門需要要用到一種電子元件——干簧繼電器，它由干簧管和繞在干簧管外的線圈組成。當(dāng)線圈內(nèi)有電流時，線圈產(chǎn)生的磁場使密封在干簧管內(nèi)的兩個鐵質(zhì)簧片磁化，兩個簧片在磁力作用下由原來的分離狀態(tài)變成連接狀態(tài)，線圈內(nèi)沒有電流時，磁場消失，瓷片在彈力的作用下，回復(fù)到分離狀態(tài)。把光敏電阻裝在大門上汽車燈光能照到的地方，把帶動大門的電動機接在干簧管的電路中，那么夜間汽車開到大門前，燈光照射光敏電阻時，干簧繼電器接通電動機電路，電動機帶動，大門打開。6.4 液位檢測

在液體未升到發(fā)光二極管及光電三極管平面時，紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線不會被光電三極管接收；當(dāng)液位上升到發(fā)光二極管及光電三極管平面時，出于液體的折射，光電三極管接收到紅外信號由此獲得液位信號。6.5電影放音

拍攝電影時的配音，是把聲音信號轉(zhuǎn)換為光信號，用明暗不同的條紋記錄在膠片邊緣的聲帶上。在放映電影時，光源發(fā)出的光通過移動的聲帶后發(fā)生了強弱的變化，并被光電管所接收，光電管把強弱變化的光相應(yīng)地轉(zhuǎn)變?yōu)閺娙踝兓碾娏鳎?jīng)放大器放大后，由揚聲器放出聲音。6.6 轉(zhuǎn)速測量

在工業(yè)生產(chǎn)中，對轉(zhuǎn)速的檢測應(yīng)用的非常多，尤其是在電機控制領(lǐng)域，將光電傳感器應(yīng)用到轉(zhuǎn)速測量里是運用將轉(zhuǎn)速變換成光通量的變化，再經(jīng)過光電元件轉(zhuǎn)換成電量的變化即可得到轉(zhuǎn)速的原理。

首先在被測的轉(zhuǎn)動軸上裝上光電編碼器，它是由光柵盤和光電檢測裝置組成，編碼器隨軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)光線通過編碼器的夾縫時，光電檢測裝置就會產(chǎn)生一個電脈沖，轉(zhuǎn)軸連續(xù)轉(zhuǎn)動，光電元件就輸出一列與轉(zhuǎn)速成正比的電脈沖數(shù)。在孔X或齒Y數(shù)一定時，脈沖數(shù)就和轉(zhuǎn)速成正比。如果調(diào)制盤上的孔數(shù)為x，測量的時間為t 秒，脈沖數(shù)為N，此時被測轉(zhuǎn)速為n(r/min)為：n=60N/xt。

7霍爾傳感器

7.1 霍爾式汽車點火器

這種點火器與傳統(tǒng)點火器不同,具有點火能量高、高速點火可靠、故障率低、耗油省等優(yōu)點?；魻柺诫娮狱c火系統(tǒng)主要由點火信號發(fā)生器、電子點火組件、點火線圈、點火開關(guān)和蓄電池等組成。點火信號是由分電器中的霍爾傳感器提供的。將開關(guān)型霍爾傳感器固定在分電器外殼內(nèi)側(cè)，當(dāng)分電器的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時,就帶動葉片一起轉(zhuǎn)動，葉片里面有磁鐵,且葉片上開有窗口,因此霍爾器件所處磁場的磁場強度大小是突變的，其輸出電壓也突變,輸出為脈沖信號。當(dāng)汽車氣缸中的活塞運行到達上止點時，霍爾電路輸出低電平，從而改變了電流方向而流入霍爾電路，故晶體管截止。儲存在電感中的磁能就在電路中振蕩起來,形成200V以上的交流電壓。此電壓經(jīng)點火線圈升壓后產(chǎn)生高壓電送至相應(yīng)氣缸的火花塞產(chǎn)生電火花，點燃氣缸中的燃油。隨著汽車發(fā)動機旋轉(zhuǎn),上述過程周而復(fù)始。7.2磁場的測量

由霍爾效應(yīng)可知，當(dāng)控制電流I0保持不變時,霍爾電勢UH與所感受到的磁感應(yīng)強度B成比例關(guān)系，所以，霍爾傳感器所處位置的磁感應(yīng)強度不同,輸出的電壓值就不同。根據(jù)輸出電壓的大小可測出磁感應(yīng)強度的值。將霍爾傳感器放置在不同的位置，由于磁感應(yīng)強度不同，將輸出不同的電壓信號。7.3位移的測量

霍爾電勢與位移量x成線性關(guān)系，并且霍爾電勢的極性反映了元器件位移方向。同時還表明,當(dāng)x=0時，U=0。利用這一特點可把作微量移動的物體與霍爾傳感器固定在一起，當(dāng)物體在均勻變化的磁場中相對B=0的位置(磁場的中心)發(fā)生x的位移量時霍爾傳感器輸出一定的電壓信號,根據(jù)信號的大小和方向可測出物體移動的大小和方向。7.4不等位電勢測量

測量不等位電勢時,按照不等位電勢的概念進行,使得霍爾元件位于同極性相對放置兩塊永久磁鋼的正中間,不使用電氣零位(RW1為零),直接測量霍爾元件的輸出電壓,約40mV。

第三篇：991-專題三科學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計理論應(yīng)用

專題三

科學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計理論應(yīng)用

1、參加培訓(xùn)教師根據(jù)培訓(xùn)要求，統(tǒng)一確定課題，當(dāng)場完成一節(jié)課的教學(xué)設(shè)計內(nèi)容。

2、分組討論評比推薦小組優(yōu)秀教學(xué)設(shè)計方案。3。獲推薦設(shè)計的教師談本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計過程與方法、專家評點。案例：《動物的生命周期》一課的教育目標(biāo) 情感、態(tài)度、價值觀：通過體驗動物的生命周期，感受地球上生命的循環(huán)和更新；滲透環(huán)境意識，進行珍愛生命、保護環(huán)境的教育；體驗合作與探究的樂趣。過程與方法：面對大量信息，能鑒別、提取、處理各種信息；面對復(fù)雜的生命周期，能簡接、明了地概括出幾個階段，從而建立生命模型，并利用這個模型去認(rèn)識其他動物的生命周期，善于把所學(xué)的知識遷移到相關(guān)的領(lǐng)域，學(xué)習(xí)合作探究的方法。知識與技能：能說出人、青蛙、蝗蟲、蝴蝶的生命周期中的各個時期的名稱；知道青蛙、蝗蟲、蝴蝶等動物在生命周期中經(jīng)歷的是變態(tài)發(fā)育，而人、貓等動物在發(fā)育過程中不變態(tài)，知道二者的區(qū)別；能區(qū)別蝗蟲和蝴蝶雖然都是變態(tài)發(fā)育，但也有一定的區(qū)別，從而更進一步了解生物的多樣性；了解生活環(huán)境變化對動物壽命的影響；掌握實驗設(shè)計和操作的技能、合作探究的基本技能?！秳游锏纳芷凇方虒W(xué)過程

一、導(dǎo)入 背景音樂《真心英雄》（周華鍵）出示自己的照片：嬰兒--幼年--少年--青年--中年（？）--老年（？）

二、新課 1人的生命周期： 小組合作學(xué)習(xí)，學(xué)生填寫書中圖（3-2）中空白處。

2、動物的生命周期（1）青蛙： 教師活動：播放視頻，青蛙的生殖過程； 學(xué)生活動：在課本圖３－３中找到不同生長時期的蛙，并將它們排序；說出這些不同生長時期蛙的名稱；歸納青蛙的生命周期，在課本上完成填圖；比較成蛙和蝌蚪在形態(tài)結(jié)構(gòu)上的不同之處，完成書上的表格； 教師：小蝌蚪為什么會變成青蛙？ 學(xué)生：為了適應(yīng)環(huán)境不得不做出改變。教師：播放視頻： 小蝌蚪變成青蛙后，就進入一個完全陌生的生活環(huán)境，從原來的水中生活，變成了現(xiàn)在的陸地生活。他很想念曾經(jīng)在一起玩的小伙伴們，很想告訴他們現(xiàn)在的生活環(huán)境、告訴他們自己的身體在哪些方面發(fā)生了變化、他在陸地上是如何生活的，他也很希望小伙伴們也能盡快地到陸上上來和他一起生活。教師：小青蛙工作很忙，你能幫他寫一封信嗎？ 小組合作：給青蛙寫信 匯報結(jié)果：例： 小伙伴們：大家好！我在陸地上變化可大了，尾巴掉了，長出了四肢，可現(xiàn)在我用肺和皮膚呼吸了。我也可以到水中來寄居了。對了，我能幫助農(nóng)民伯伯捕獲害蟲了。我每天工作都很愉快，可是我還是想你們啊。你們能快點上來嗎？ 祝你們：快快長大，與我團聚！你們的大哥大：青蛙 例2：學(xué)生信：“我現(xiàn)在穿上了綠色的連衣裙，以前伴隨我的尾巴已經(jīng)下崗了，我的新伙伴是四條修長的美腿??”（2）蝗蟲和蝴蝶的生命周期（背景音樂：克萊德曼，秋日絲語）教師：展示有關(guān)蝗蟲的知識的材料 學(xué)生：討論歸納得出蝗蟲的生命周期，結(jié)果如下：受精卵→若蟲→成蟲 教師：播放蝴蝶的生長發(fā)育過程的視頻 學(xué)生繪出蝴蝶的生命周期圖，結(jié)果如下：受精卵→幼蟲→蛹→成蟲 學(xué)生：討論找出蝴蝶的生命周期中與蝗蟲的不同之處。

三、規(guī)納總結(jié) 師生共同歸納，比較人、青蛙、蝗蟲、蝴蝶等動物的生命周期，有什么區(qū)別和相同之處？ 學(xué)生討論問題：

為什么動物的種類不會隨著個體的衰老死亡而絕滅？ 世上壽命最長的動物是什么？壽命最短的動物是什么？ 同一物種的動物，他們的壽命一樣嗎？影響動物壽命長短的因素有哪些？舉例說明生活環(huán)境的變化對動物壽命的影響。

四、課外延伸 教師：提供資料，有關(guān)中國人的壽命在不同年代的長短，三十年代，五十年代，八十年代。為什么有如此差異？ 學(xué)生：醫(yī)療水平、生活水平、保健意識、衛(wèi)生習(xí)慣等等。?課外探究活動：

1、恐龍

2、蝗蟲

3、青蛙 評課1 本節(jié)課的特點（思考1）： 在學(xué)生已有的認(rèn)識基礎(chǔ)上，很好地把握了這節(jié)課的重點和難點。充分體現(xiàn)了教育目標(biāo)的三個維度（1）知識與技能：把“學(xué)問邏輯”（作為教學(xué)內(nèi)容的學(xué)問知識結(jié)構(gòu)）和“認(rèn)識邏輯”（不同發(fā)展階段學(xué)生的認(rèn)知特點）有機的結(jié)合起來。（2）過程方法：合作學(xué)習(xí)、信息處理、建立生物模型（3）情感、態(tài)度、價值觀:通過體驗動物的生命周期，感受地球上生命的循環(huán)和更新；滲透環(huán)境意識，進行珍愛生命、保護環(huán)境的教育;體驗合作、探究等學(xué)習(xí)科學(xué)活動的樂趣。評課2 本節(jié)課的特色：

1、學(xué)生是課堂的主人，由 “以教師為中心”轉(zhuǎn)向“以學(xué)生為中心”；

2、由學(xué)生的獨立性學(xué)習(xí)向合作性學(xué)習(xí)發(fā)展，由學(xué)生的單方面能力發(fā)展向多方面能力發(fā)展，注重集體協(xié)作學(xué)習(xí)的成功與獲得；

3、由單一傳媒轉(zhuǎn)向多方位、多角度，由單向傳遞的學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)向雙向甚至多項交換的學(xué)習(xí)方式；

4、由居高臨下的教師向平等融洽轉(zhuǎn)變，教師是“積極的旁觀者。?? 建立生物模型 生物學(xué)是研究自然界中生命運動最基本、最普遍的規(guī)律以及生物體的結(jié)構(gòu)，而自然界生物種類繁多、運動錯綜復(fù)雜，幾乎每個具體的問題都要涉及到許多因素。通過建立生物模型能夠排除非本質(zhì)因素的干擾，舍棄次要因素和無關(guān)因素，突出反映事物的本質(zhì)特征，從而使生命現(xiàn)象或過程得到簡化、純化和理想化。啟示（啟發(fā)）（思考2）：

成為一名優(yōu)秀的科學(xué)教師是非常不容易的，必須具備：

一、有課程資源整合的能力：

1、資料的收集和積累。青蛙、蝴蝶的視頻材料，有關(guān)蝗蟲的閱讀資料。A、教師個人的積累；B、不可忽視學(xué)生這一課程資源。如：學(xué)生可能有許多我們教師所沒有的資料等。C、分章分節(jié)開展“師師合作”：上網(wǎng)、圖書館。

2、其它的課程資源：如，人的照片。充分利用學(xué)生的好奇心理。牢牢地吸引學(xué)生的注意力；音樂知識的應(yīng)用起到了畫龍點睛的效果。

二、教師要有很高的科學(xué)和人文素養(yǎng)。

三、真正理解科學(xué)教育的特點，切實把握初中科學(xué)課程的標(biāo)準(zhǔn)。專題四

科學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計的實例剖析 課堂活動：初中科學(xué)教學(xué)過程反思 問題1：回憶自己或同伴的課堂教學(xué)過程，書寫正反兩個科學(xué)課堂教學(xué)片斷，并進行評析。實例1 關(guān)于“物質(zhì)的燃燒”一課的內(nèi)容的生成體現(xiàn) 某老師在上第一冊第一章第7節(jié)“科學(xué)探究”時，并未按教材內(nèi)容展開，而是首先向?qū)W生展示了一個實驗情景：在一塊玻璃上安置了一長一短兩支蠟燭，蠟燭點燃后，又用透明玻璃罩將它們罩了起來。然后向同學(xué)們提出了一個問題：玻璃罩里面的蠟燭哪支先熄滅？ ? ?（見學(xué)習(xí)指南的第10頁）評析：

1、從教學(xué)策略上看，力求知識點（科學(xué)探究的一般過程和基本環(huán)節(jié)）的展開源于實際問題（同一玻璃罩內(nèi)，燃燒的高、矮兩支蠟燭哪一支先熄滅），重在自行探究（動手實驗），止于問題的解決（高的先熄滅）和拓展（假如條件改變了會怎樣），加強情感、態(tài)度、價值觀的滲透（科學(xué)的人文精神的熏陶）。

2、從教學(xué)效果上看，課堂教學(xué)的四大狀態(tài)：情緒狀態(tài)、交往狀態(tài)、思維狀態(tài)、目標(biāo)達成狀態(tài)得到較好的協(xié)調(diào)、統(tǒng)一。

3、通過這節(jié)課使我們認(rèn)識到教材不是惟一的課程資源，教師可以根據(jù)教學(xué)的需要，采用自己認(rèn)為最合適的教學(xué)形式和教學(xué)方法，實現(xiàn)課程資源結(jié)構(gòu)和功能上的突破。教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變是課改的體現(xiàn)，遵循建構(gòu)主義及主體教育的理論，注重教學(xué)應(yīng)以學(xué)生為主體，以學(xué)生主動探究科學(xué)的實踐活動為策略，使學(xué)生從自己的探究、習(xí)得中學(xué)會認(rèn)識并主動構(gòu)建自己的知識體系。實例2 科學(xué)實驗課鏡頭 初中科學(xué)課上，教師先向?qū)W生提出了一個問題，然后要求學(xué)生自己設(shè)計一個實驗，并通過實驗操作來解決問題。但是，學(xué)生們卻毫無頭緒過了好一會兒，仍無任何動靜。于是，教師便說： ? ?（見學(xué)習(xí)指南的第11頁）評析： 上述課堂鏡頭放映了一個事實，當(dāng)我們承認(rèn)探究是學(xué)習(xí)科學(xué)的基礎(chǔ)時，卻常常容易把探究誤認(rèn)為是學(xué)生按其原生的本能所進行的自在行為。而當(dāng)這種活動達不到教師預(yù)定的期望目標(biāo)時，則往往會返回傳統(tǒng)的說教狀態(tài)，使其異化為機械的順應(yīng)教師思路的形體動作。因此，科學(xué)教學(xué)強調(diào)探究和體驗必須在具有明確主題的問題情景中進行，而且需要教師適時的點撥與引導(dǎo)。這時教師可以這樣做： 教師加入到一個小組中去，以伙伴的身份參與實驗設(shè)計。在教師的具體指導(dǎo)下，一個設(shè)計方案很快就形成了。教師巡回于各組之間，并對各組學(xué)生說：“××小組的同學(xué)已經(jīng)設(shè)計出了一個很不錯的實驗方案，你們可以去看一看。想想能不能在他們的基礎(chǔ)上，設(shè)計出一個更好的方案”。問題2：在你的課堂教學(xué)中，有沒有為學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主提問的空間和時間？怎樣的問題是有價值的？ 實例3 “生物適應(yīng)性和多樣性”教學(xué)片斷 老師：在保護生物的多樣性的眾多措施中，設(shè)立自然保護區(qū)是較為有效的。我國政府對自然保護區(qū)的建設(shè)十分重視，我國自然保護區(qū)已增加到1200多個?? 學(xué)生甲：我覺得沒有必要。因為生物的生存、發(fā)展、絕滅有它自身的規(guī)律，如大熊貓，我們國家??（見學(xué)習(xí)指南第11頁）評析及反思： 傳統(tǒng)的課堂教學(xué)是老師提問，學(xué)生回答。老師希望學(xué)生的回答在自己的準(zhǔn)備之中，一旦學(xué)生的回答偏離正確答案，尤其遠離預(yù)期的軌道時，很少有老師能耐心傾聽學(xué)生的發(fā)言，分析學(xué)生問題所在。學(xué)生的創(chuàng)新意識、主動探究意識就這樣不知不覺的被扼殺了?？茖W(xué)課堂如果沒有問題才是最大的問題。讓學(xué)生自主提問題，教師要充分尊重、信任每一位學(xué)生，學(xué)會傾聽和寬容；應(yīng)強化學(xué)生的主體地位，不僅在備課時給學(xué)生留有空間，課堂教學(xué)時還應(yīng)遵循學(xué)生心理和個性發(fā)展的特點，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個廣闊、自由、安全的空間，使學(xué)生心理獲得解放，并為學(xué)生充分提供探索、交流、創(chuàng)造等各種展示的時間和舞臺。問題2 答： 我們在備課時一般給學(xué)生留出空間，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個廣闊、自由、安全的空間，為學(xué)生提供探索、交流創(chuàng)造等的時間和舞臺。如果學(xué)生的問題有他合乎邏輯的道理，是真實思想的反映，是智慧的閃光點，是創(chuàng)新的體現(xiàn)等等，我認(rèn)為都是有價值

第四篇：傳感器的應(yīng)用論文

文獻檢索與科技論文寫作

結(jié) 課 作 業(yè)

姓名：安 班級： 學(xué)號： 濱

2013級本科三班

201315110101

光纖溫度傳感器的設(shè)計

光纖溫度傳感器的設(shè)計

論文分析：

意義：光纖傳感技術(shù)是一門新興的應(yīng)用物理技術(shù)，它在石油、通信、化工檢測以及各種參量測量方面具有許多獨特的優(yōu)點，有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，光纖技術(shù)已逐漸滲透到各研究領(lǐng)域，其應(yīng)用范圍日漸廣泛。隨著光纖傳感系統(tǒng)在國防軍事、航空航天、工礦企業(yè)、土木建筑、能源環(huán)保、生物醫(yī)學(xué)、計算測量、自動控制等各領(lǐng)域的應(yīng)用，對光纖傳感系統(tǒng)的性能也不斷提出新的要求。光纖溫度傳感器特別適用于易燃易爆的工作環(huán)境，從而彌補了傳統(tǒng)的點溫度傳感器的不足。主要內(nèi)容及研究思路：本文從光纖的基礎(chǔ)入手，首先介紹了光纖的基礎(chǔ)知識，然后結(jié)合傳感器引入了光纖溫度傳感器的定義，分類及工作原理。本課題研究的是一種非功能性光纖溫度傳感器，它是利用高度敏感的雙金屬片作為感溫元件，金屬片的變化改變了光纖的通光強度。

目標(biāo)：光纖溫度傳感器可以達到不但測溫對象廣，從監(jiān)測相對低溫的生物過程到監(jiān)測高溫的發(fā)動機零件，而且測量準(zhǔn)確度、靈敏度高，抗電磁能力強，傳輸距離遠，使用壽命長，價格相對低廉，使用更加經(jīng)濟。今后光纖溫度傳感器研究方向?qū)M一步提高傳感器的精度、可靠性；提高抗干擾能力、穩(wěn)定性，并簡化器件結(jié)構(gòu)，降低成本。

光纖溫度傳感器的設(shè)計

目 錄

第1章 前 言

1.1選題背景及研究意義 1.2光纖傳感器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.3光纖傳感器及其組成與分類 1.4本論文的主要內(nèi)容 第2章 光纖溫度傳感器理論 2.1光纖基礎(chǔ)知識介紹 2.2熱敏元件雙金屬片工作原理 2.3光纖探頭的原理

2.4纖端光場的光強分布函數(shù)選取

2.5光纖溫度傳感器的特點及應(yīng)用 第3章 光纖溫度傳感器系統(tǒng)組成與實驗步驟 3.1 實驗原理

3.2實驗主要設(shè)備和材料 3.3實驗搭建與調(diào)試 第4章 實驗結(jié)果分析

4.1 位移光強曲線的測定及其與理論曲線的對比 4.2 溫度光強曲線的測定及出現(xiàn)的問題和解決辦法 4.3 測溫曲線的選取及傳感器測溫范圍的確定 第5章 結(jié)論與展望

5.1 實驗結(jié)論

5.2光纖溫度傳感器存在的不足和展望 參考文獻 致謝

光纖溫度傳感器的設(shè)計

第1章 前言

1.1 選題背景及研究意義

1.2光纖傳感器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.2.1 國外研究現(xiàn)狀

1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

1.3 光纖傳感器及其組成與分類

1.4 本論文的主要內(nèi)容

本文所采用的溫度變換器為U型雙金屬片，依據(jù)雙金屬片的位置隨溫度的變化而變化的原理，利用雙金屬片的縱向位置改變來調(diào)制光纖探頭接收到的光強，從而實現(xiàn)溫度對光強的間接調(diào)制。與傳統(tǒng)的指針式雙金屬片溫度計相比，本傳感器具有快速、靈敏、便于實現(xiàn)與計算機接口連接等優(yōu)點。研究從基本的概念入手。

光纖溫度傳感器的設(shè)計

第2章 光纖溫度傳感器理論

2.1光纖基礎(chǔ)知識介紹

2.1.1 光纖的結(jié)構(gòu)和分類

2.1.2 光纖的傳輸原理

2.2熱敏元件雙金屬片工作原理

2.2.1 雙金屬片彎曲機理及其選取

2.2.2 雙金屬片得到選取及其補償和調(diào)制機理

光纖溫度傳感器的設(shè)計

2.2.3雙金屬片溫度變換對位移的補償機理及其位移的計算

2.3光纖探頭的原理

2.3.1 光纖反射式調(diào)制原理及與光強分布的關(guān)系

2.3.2 光纖傳輸信號準(zhǔn)共路理論

2.4纖端光場的光強分布函數(shù)選取

2.5光纖溫度傳感器的特點及應(yīng)用

光纖溫度傳感器的設(shè)計

第3章 光纖溫度傳感器系統(tǒng)組成與實驗步驟

3.1 實驗原理

3.2實驗主要設(shè)備和材料

3.3實驗搭建與調(diào)試

3.3.1 LED光源I-P特性曲線測試

3.3.2 反射式光纖位移傳感實驗

3.3.3 光纖溫度傳感器實驗

光纖溫度傳感器的設(shè)計

第4章 實驗結(jié)果分析

4.1 位移光強曲線的測定及其與理論曲線的對比

4.2 溫度光強曲線的測定及出現(xiàn)的問題和解決辦法

4.3 測溫曲線的選取及傳感器測溫范圍的確定

光纖溫度傳感器的設(shè)計

第5章 結(jié)論與展望

5.1 實驗結(jié)論

5.2光纖溫度傳感器存在的不足和展望

光纖溫度傳感器的設(shè)計

參考文獻

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致 謝

第五篇：傳感器的應(yīng)用教案

傳感器的應(yīng)用教案

【教學(xué)目標(biāo)】 1.知識與技能:(1)、了解傳感器應(yīng)用的一般模式;(2)、理解應(yīng)變式力傳感器的應(yīng)用――電子秤的工作原理。(3)、理解聲傳感器的應(yīng)用――話筒的工作原理。

4、理解溫度傳感器的應(yīng)用――電熨斗的工作原理(5)、會設(shè)計簡單的有關(guān)傳感器應(yīng)用的控制電路。2.過程與方法: 通過實驗結(jié)合物理學(xué)的知識,探究電子秤、話筒、電熨斗等的工作原理,從而了解力傳感器、聲傳感器和溫度傳感器的一般應(yīng)用,進一步總結(jié)出傳感器應(yīng)用的一般模式。

3.情感、態(tài)度與價值觀 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)動手能力,提高創(chuàng)新意識,提高物理理論知識與實際相結(jié)合的綜合實踐能力。

【教學(xué)重點】:各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)?！窘虒W(xué)難點】:各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)?！窘虒W(xué)方法】:PPT課件,演示實驗,講授

【教學(xué)用具】:小型電子秤,話筒,電熨斗、示波器?！窘虒W(xué)過程】

一、引入新課

師:上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了傳感器及其工作原理。傳感器是能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量,并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量,或轉(zhuǎn)化為電路通斷的一類元件。請大家回憶一下光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件各是把什么物理量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的元件? 學(xué)生思考后回答:光敏電阻將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量。熱敏電阻將溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量?；魻栐汛鸥袘?yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學(xué)量。這節(jié)課我們來學(xué)習(xí)傳感器的應(yīng)用

二、進行新課

1、傳感器應(yīng)用的一般模式

師:閱讀教材開頭幾段,然后合上書,在練習(xí)本上畫出傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖。提示:一般情況下,傳感器產(chǎn)生的信號非常微弱,要想觸發(fā)控制電路,此信號必須進一步放大才可以,所以需要放大電路,即放大器。

生:閱讀教材并在練習(xí)本上畫出傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖。

師:下面學(xué)習(xí)幾個傳感器應(yīng)用的實例。2.力傳感器的應(yīng)用----電子秤

師:閱讀教材61頁最后一段,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? 生:閱讀教材,思考并回答問題。

生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。

生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。生3:應(yīng)變片能夠?qū)⑿巫冞@個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量。

師:總結(jié)點評,結(jié)合板畫強調(diào)講解應(yīng)變片測力原理。3.聲傳感器的應(yīng)用-----話筒

師:閱讀教材62頁有關(guān)內(nèi)容,思考并回答問題。(1)話筒的作用是什么?(2)說明動圈式話筒的工作原理和工作過程。

(3)說明電容式話筒的工作原理和工作過程。這種話筒的優(yōu)點是什么?(4)駐極體話筒的工作原理是什么?有何優(yōu)點? 生:閱讀教材,思考并回答問題。

生1:話筒的作用是把聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號。

生2:動圈式話筒的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。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)擴音器放大后傳給揚聲器,從揚聲器中就發(fā)出放大的聲音。

生3:電容式話筒的工作原理:利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜M和固定電極N形成一個電容器,被直流電源充電.當(dāng)聲波使膜片振動時,電容發(fā)生變化,電路中形成變化的電流,于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓.優(yōu)點:保真度好。

生4:駐極體話筒的原理同電容式話筒,只是其內(nèi)部感受聲波的是駐極體塑料薄膜.優(yōu)點:體積小,重量輕,價格便宜,靈敏度高,工作電壓低。

師:指出:駐極體話筒利用了電介質(zhì)的極化現(xiàn)象:將電介質(zhì)放入電場中,在前后兩個表面上會分別出現(xiàn)正電荷與負電荷的現(xiàn)象.某些電介質(zhì)在電場中被極化后,去掉外加電場,仍然會長期保持被極化的狀態(tài),這種材料稱為駐極體.師:演示實驗: 按照如圖所示的連接駐極體話筒的工作電路,話筒的輸出端經(jīng)過隔直電容接到示波器。對著話筒喊話,觀察示波器的熒光屏上的波形,再用另外一人同樣對話筒喊話,比較兩次聲音產(chǎn)生的波形有什么不一樣。上述過程,就是話筒將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的過程。生:觀察實驗現(xiàn)象。現(xiàn)象:不同的聲波信號,熒光屏上顯示的波形不同。說明話筒產(chǎn)生的電信號是由接收到的聲波控制的。4.溫度傳感器的應(yīng)用---電熨斗

師:溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一,它能把溫度的高低轉(zhuǎn)變成電信號,通常是利用物體的某一物理性質(zhì)隨溫度的變化而改變的特性制成的.電熨斗就是靠溫度傳感器來控制溫度的。實驗:取一個報廢的日光燈啟輝器,去掉外殼,敲碎氖泡的玻璃,可以看到一個U型的雙金屬片,雙金屬片的旁邊有一根直立的金屬絲,兩者構(gòu)成一對觸點,常溫下觸點是分離的,用火焰靠近金屬片,可以看到雙金屬片的形狀變化,與金屬絲接觸,熄滅火焰,雙金屬片逐漸恢復(fù)原狀,兩個觸點分離。把這個啟動器用到溫控開關(guān),可以控制小燈泡的亮和滅。生:做實驗,觀察實驗現(xiàn)象。

師:電熨斗就裝有雙金屬片溫度傳感器。這種傳感器的作用是控制電路的通斷。

投影:電熨斗結(jié)構(gòu)圖(如圖所示)思考與討論:(1)常溫下,上、下觸點應(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?(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)溫旋鈕來實現(xiàn)的? 參考答案:(1)常溫下,上、下觸點應(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,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,從而改變觸點接觸的難易,達到控制在不同溫度的目的.拓展:溫度傳感器的另一應(yīng)用----電冰箱的溫控裝置

如圖所示是某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu),銅質(zhì)的測溫泡1,細管2和彈性金屬膜盒3連成密封的系統(tǒng),里面充有氯甲烷盒它的蒸汽,構(gòu)成一個溫度傳感器,膜盒3為扁圓形,右表面固定,左表面通過小柱體與彈簧片4連接,盒中氣體的壓強增大時,盒體就會膨脹,測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中。

5、6分別是電路的動觸點盒靜觸點,控制制冷壓縮機的工作,拉簧7的兩端分別連接到彈簧片4盒連桿9上。連桿9的下端是裝在機箱上的軸。凸輪8是由設(shè)定溫度的旋鈕控制的,逆時針旋轉(zhuǎn)時凸輪連桿上端右移,從而加大對彈簧7的拉力。自動控溫原理:如圖所示是某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu),銅制的測溫泡

1、細管2和彈性金屬膜盒3連通成密封的系統(tǒng),里面充有氯甲烷和它的蒸汽,構(gòu)成了一個溫度傳感器,膜盒為扁圓形,右表面固定,左表面通過小柱體與彈簧片4連接,盒中氣體的壓強增大時,盒體就會膨脹,測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中。

5、6分別是電路的動觸點和靜觸點,控制制冷壓縮機的工作,拉簧7的兩端分別連接到彈簧片和連桿9上,連桿9的下端裝在機箱上的軸,凸輪8是由設(shè)定溫度的旋鈕控制的,逆時針旋轉(zhuǎn)時凸輪連桿上端右移,從而加大對彈簧7的拉力。當(dāng)冷藏室里的溫度升高時,1、2、3中的氯甲烷受熱膨脹,彈性金屬膜盒3的左端膨脹,推動彈簧片4向左轉(zhuǎn)動,使5、6接觸,控制的壓縮機電路開始工作制冷,當(dāng)溫度下降到一定程度,氯甲烷受冷收縮,5、6又分開,制冷結(jié)束,直到下次溫度升高再重復(fù)上述過程。溫度設(shè)定原理:將凸輪8逆時針旋轉(zhuǎn),凸輪將連桿9向右頂,使得彈簧7彈力增大,此時要將5、6觸點接通,所需要的力就要大些,溫度要高一些,即溫控擋應(yīng)低一些(例如1級),順時針旋轉(zhuǎn)凸輪8,控制的溫度低一些,控溫擋要高一些。

(三)典型例題 例1.用如圖所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運動的加速度.該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個由力敏電阻組成的壓力傳感器.用兩根相同的輕彈簧夾著一個質(zhì)量為2.0 kg的滑塊可無摩擦滑動,兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上,其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出.現(xiàn)將裝置沿運動方向固定在汽車上,傳感器b在前,傳感器a在后.汽車靜止時,傳感器a、b在的示數(shù)均為 10 N(取g10 m/s2).(1)若傳感器a的示數(shù)為 14 N、b的示數(shù)為6.0 N,求此時汽車的加速度大小和方向.(2)當(dāng)汽車以怎樣的加速度運動時,傳感器a的示數(shù)為零.分析:傳感器上所顯示出的力的大小,即彈簧對傳感器的壓力,據(jù)牛頓第三定律知,此即為彈簧上的彈力大小,亦即該彈簧對滑塊的彈力大小.解:(1)如圖所示,依題意:左側(cè)彈簧對滑塊向右的推力 F114N,右側(cè)彈簧對滑塊的向左的推力 F26.0 N.滑塊所受合力產(chǎn)生加速度a1,根據(jù)牛頓第二定律有 得4 m/s2 a1與F1同方向,即向前(向右).(2)a傳感器的讀數(shù)恰為零,即左側(cè)彈簧的彈力,因兩彈簧相同,左彈簧伸長多少,右彈簧就縮短多少,所以右彈簧的彈力變?yōu)镹?；瑝K所受合力產(chǎn)生加速度,由牛頓第二定律得,a210m/s2,方向向左.例

2、如圖5是電容式話筒的示意圖,它是利用電容制作的傳感器,話筒的振動膜前面鍍有薄薄的金屬層,膜后距膜幾十微米處有一金屬板,振動膜上的金屬層和這個金屬板構(gòu)成電容器的兩極,在兩極間加一電壓U,人對著話筒說話時,振動膜前后振動,使電容發(fā)生變化,導(dǎo)致話筒所在電路中的其它量發(fā)生變化,使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號,其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是容器兩板間的(A)(A)距離變化(B)正對面積變化(C)介質(zhì)變化(D)電壓變化

【課堂總結(jié)】 本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個問題: 力傳感器的應(yīng)用---電子秤

聲傳感器的應(yīng)用---話筒

溫度傳感器的應(yīng)用---電熨斗 力傳感器是把力信號轉(zhuǎn)換成電信號;聲傳感器是把聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號,而溫度傳感器往往是用來進行自動控制.【布置作業(yè)】課本P58-59 1、2、3 【板書設(shè)計】 第二節(jié):傳感器的應(yīng)用

一、傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖

二、力傳感器的應(yīng)用---電子秤

三、聲傳感器的應(yīng)用----話筒

四、溫度傳感器的應(yīng)用---電熨斗

【教學(xué)反思】

思維方法是解決問題的靈魂,是物理教學(xué)的根本;親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵,離開了思維方法和實踐活動,物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花,水中月。