高中物理 5.3　大显身手的传感器课件 鲁科选修32.ppt

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1、第第3节大显身手的传感器节大显身手的传感器2021/8/11 星期三1课标课标定位定位学习目标：学习目标：1.了解力传感器在洗衣机上的应用了了解力传感器在洗衣机上的应用了解光传感器在自动门上的应用解光传感器在自动门上的应用2了解电容传感器在指纹识别器上的应用了解传了解电容传感器在指纹识别器上的应用了解传感器在机器人上的应用感器在机器人上的应用3感受传感器技术给人类生活带来的便利，了解传感受传感器技术给人类生活带来的便利，了解传感器应用的设计思路感器应用的设计思路重点难点：传感器的应用重点难点：传感器的应用2021/8/11 星期三2 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练

2、知能优化训练第第3 3节节课前自主学案课前自主学案2021/8/11 星期三3课前自主学案课前自主学案一、洗衣机水位控制装置一、洗衣机水位控制装置全自动洗衣机的水位控制装置使用了全自动洗衣机的水位控制装置使用了_传感传感器当水位达到设定的高度时自动器当水位达到设定的高度时自动_进水电磁进水电磁阀门，阀门，_洗涤电动机电源洗涤电动机电源二、自动门二、自动门1控制自动门开关的是一种控制自动门开关的是一种_传感器传感器2自动门工作流程自动门工作流程压力压力关闭关闭接通接通红外线红外线2021/8/11 星期三4三、指纹识别器三、指纹识别器指纹识别器是通过指纹识别器是通过_传感器来识别指纹的传感器来识

3、别指纹的手指皮肤与电容传感器表面构成了手指皮肤与电容传感器表面构成了_，由，由于指纹的凹凸导致不同位置的电容差异于指纹的凹凸导致不同位置的电容差异四、传感器与机器人四、传感器与机器人1机器人传感器的分类机器人传感器的分类机器人传感器分为机器人传感器分为_传感器和传感器和_传感器传感器电容电容电容阵列电容阵列外部外部内部内部2021/8/11 星期三52传感器用途传感器用途(1)_传感器用于感知外部传感器用于感知外部_和外界和外界事物对机器人的事物对机器人的_，使机器人拥有类似人，使机器人拥有类似人的的_、_、触觉、嗅觉、味觉等感觉，、触觉、嗅觉、味觉等感觉，从而使机器人具有拟人化的特点从而使机

4、器人具有拟人化的特点(2)_传感器传感器(如角度传感器、如角度传感器、_等等)，用于检测机器人的，用于检测机器人的_注意：注意：在自动控制系统中传感器主要用来检测在自动控制系统中传感器主要用来检测精确数据，检测是自动控制的首要环节精确数据，检测是自动控制的首要环节外部外部工作环境工作环境刺激刺激视觉视觉听觉听觉关节传感器关节传感器内部内部状态状态2021/8/11 星期三6核心要点突破核心要点突破一、各类传感器由敏感元件到转换电路的分析一、各类传感器由敏感元件到转换电路的分析1洗衣机水位控制装置使用的压力传感器是洗衣机水位控制装置使用的压力传感器是一种开关型的传感器当向内筒注水时，部分一种开关

5、型的传感器当向内筒注水时，部分水进入气室，气室内压强增大，使传感器的膜水进入气室，气室内压强增大，使传感器的膜片向上凸起，从而使动触点片向上凸起，从而使动触点a与下面的静触点与下面的静触点b分离，并与上面的静触点分离，并与上面的静触点c接触，从而接通控制接触，从而接通控制电路，关闭进水电磁阀门，同时接通洗涤电动电路，关闭进水电磁阀门，同时接通洗涤电动机电源，开始洗涤衣物机电源，开始洗涤衣物2021/8/11 星期三72自动门上的红外线传感器，也是一种开关型的自动门上的红外线传感器，也是一种开关型的传感器人走近自动门传感器输出电压信号；信传感器人走近自动门传感器输出电压信号；信号经过处理后，使定

6、时器工作；由定时器构成的号经过处理后，使定时器工作；由定时器构成的电路使继电器通电，自动门电动机转动，门自动电路使继电器通电，自动门电动机转动，门自动打开；当人通过自动门几秒钟后，自动门电动机打开；当人通过自动门几秒钟后，自动门电动机反转，门自动关闭反转，门自动关闭3指纹识别器的电容传感器输出电容变化这一电指纹识别器的电容传感器输出电容变化这一电信号，经过电路对电信号的比较，实现对指纹的信号，经过电路对电信号的比较，实现对指纹的识别识别2021/8/11 星期三8即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1当你走近某些写字楼、机场、宾馆等大厅的当你走近某些写字楼、机场、宾馆等大厅

7、的入口时，大门会自动打开，进入大厅后，门又会入口时，大门会自动打开，进入大厅后，门又会自动关闭，关于这种自动门的下列说法中正确的自动关闭，关于这种自动门的下列说法中正确的是是()A控制这种自动门开关的是一种红外线传感器控制这种自动门开关的是一种红外线传感器B控制这种自动门开关的是一种普通光电传感控制这种自动门开关的是一种普通光电传感器，能使自动门器，能使自动门“见光开见光开”C大人走近门会自动打开，小孩走近门，门不大人走近门会自动打开，小孩走近门，门不会自动打开会自动打开D男孩走近门会自动打开，女孩走近门，门可男孩走近门会自动打开，女孩走近门，门可能不会开能不会开2021/8/11 星期三9解

8、析：解析：选选A.控制自动门开关的传感器是红外线传控制自动门开关的传感器是红外线传感器，感器，A对，对，B错；尽管不同物体错；尽管不同物体(包括大人、孩包括大人、孩子子)不同温度发出的红外线波长不同，但在设置不同温度发出的红外线波长不同，但在设置这个传感器范围时应当充分考虑到大人、小孩个这个传感器范围时应当充分考虑到大人、小孩个体的差异及人体体温的变化范围大人、小孩、体的差异及人体体温的变化范围大人、小孩、男孩、女孩靠近，门都应当会自动打开，男孩、女孩靠近，门都应当会自动打开，C、D错错2021/8/11 星期三10二、机器人传感器与人的感官二、机器人传感器与人的感官1机器人的构成机器人的构成

9、机器人主要包括三个部分：环境信息采集部分机器人主要包括三个部分：环境信息采集部分(相当于人的感觉器官相当于人的感觉器官)、环境识别和动作控制部、环境识别和动作控制部分分(相当于人的大脑相当于人的大脑)、动作部分、动作部分(相当于人的手、相当于人的手、脚等脚等)2机器人的感觉机器人的感觉传感器是机器人的感觉器官，外部传感器用于传感器是机器人的感觉器官，外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激，感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激，各种传感器与机器人的感觉的对应关系如下表：各种传感器与机器人的感觉的对应关系如下表：2021/8/11 星期三11感觉感觉所用传感器所用传感器效果效果

10、当前发展水平当前发展水平视觉视觉视觉传感器视觉传感器(摄摄像机像机)使机器人拥有人使机器人拥有人眼的视觉功能眼的视觉功能离自然人的视觉水平离自然人的视觉水平相差甚远相差甚远听觉听觉超声波传感器超声波传感器语音识别装置语音识别装置使机器人拥有类使机器人拥有类似人耳的听觉功似人耳的听觉功能能能理解一些简单的语能理解一些简单的语句，不能真正实现人句，不能真正实现人机对话机对话嗅觉嗅觉气体传感器气体传感器使机器人拥有类使机器人拥有类似人鼻的功能似人鼻的功能只能识别有限的几种只能识别有限的几种气体，一般机器人没气体，一般机器人没有嗅觉有嗅觉触觉触觉压力传感器、压力传感器、温度传感器、温度传感器、位移传感

11、器位移传感器使机器人拥有类使机器人拥有类似人的皮肤和手似人的皮肤和手的功能的功能发展水平较高，虽不发展水平较高，虽不如人的感觉敏锐，但如人的感觉敏锐，但能完成大部分要求能完成大部分要求2021/8/11 星期三123机器人与人执行模拟机器人与人执行模拟机器人由传感器、控制器和执行器三个模块组成，机器人由传感器、控制器和执行器三个模块组成，其功能作用与人做如下对比：其功能作用与人做如下对比：2021/8/11 星期三13即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2(2011年南安高二检测年南安高二检测)机器人可以通过外部传机器人可以通过外部传感器来感知外部工作环境和外界事物，下列说

12、法感器来感知外部工作环境和外界事物，下列说法有误的是有误的是()A温度传感器让其感知温度变化，此传感器是热温度传感器让其感知温度变化，此传感器是热敏电阻，阻值一定随温度升高而减小敏电阻，阻值一定随温度升高而减小B光电传感器可以作为其眼睛，此传感器是光敏光电传感器可以作为其眼睛，此传感器是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小电阻，阻值一定随光亮度增加而减小C超声波传感器可以作为其耳朵，让其听到常人超声波传感器可以作为其耳朵，让其听到常人听不到的声音听不到的声音D压力传感器可以使其有压力传感器可以使其有“手感手感”2021/8/11 星期三14解析：解析：选选A.温度传感器的敏感元件可以用热敏温度

13、传感器的敏感元件可以用热敏电阻，也可以用金属热电阻，故电阻，也可以用金属热电阻，故A错误光敏错误光敏电阻的阻值随光照亮度增加而减小所以，光电阻的阻值随光照亮度增加而减小所以，光电传感器作为眼睛，其中传感器若是光敏电阻，电传感器作为眼睛，其中传感器若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小，阻值一定随光亮度增加而减小，B正确超声正确超声波传感器作为机器人的耳朵，负责感知常人听波传感器作为机器人的耳朵，负责感知常人听不到的声音，不到的声音，C正确压力传感器可以使机器正确压力传感器可以使机器人感知力的大小，类似于人的手感知力一样，人感知力的大小，类似于人的手感知力一样，D正确正确2021/8/11 星

14、期三15三、传感器与自动控制的设计三、传感器与自动控制的设计传感器在自动控制系统中有着广泛的应用，小传感器在自动控制系统中有着广泛的应用，小到儿童玩具，大到宇宙飞船，传感器的身影随处到儿童玩具，大到宇宙飞船，传感器的身影随处可见，如果让我们来设计一个自动控制装置，应可见，如果让我们来设计一个自动控制装置，应如何设计呢？如何设计呢？1要明确设计意图，弄清控制条件和相应的自动要明确设计意图，弄清控制条件和相应的自动控制原理控制原理2要明确应选用哪种传感器，该传感器怎样感知要明确应选用哪种传感器，该传感器怎样感知控制条件及怎样转化为电学量输出控制条件及怎样转化为电学量输出3选用什么样的执行机构，该执

15、行机构怎样执行选用什么样的执行机构，该执行机构怎样执行自动控制自动控制2021/8/11 星期三164采用什么样的电路来实现自动控制，总之采用什么样的电路来实现自动控制，总之要明确传感器应用的一般流程：要明确传感器应用的一般流程：2021/8/11 星期三17即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3有一个自动控制装置电路如图有一个自动控制装置电路如图531所示，其所示，其中中M是质量较大的一个金属块，将装置固定在一辆是质量较大的一个金属块，将装置固定在一辆汽车上，汽车启动时，汽车上，汽车启动时，_灯亮，原理是灯亮，原理是_汽车刹车时，汽车刹车时，_灯亮灯亮图图5312021/

16、8/11 星期三18解析：解析：当汽车启动时，由于惯性，金属块当汽车启动时，由于惯性，金属块M后后移，接通电路，点亮绿灯；同理刹车时，金属移，接通电路，点亮绿灯；同理刹车时，金属块前移，点亮红灯块前移，点亮红灯答案：答案：绿惯性红绿惯性红2021/8/11 星期三19课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图532中的虚线所示它主要由三部分构成：踏板和中的虚线所示它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆压力杠杆ABO、压力传感器、压力传感器R(一个阻值可随压力大小一个阻值可随压力大小而变化的电阻器而变化的电阻器)、显示体重的仪表、

17、显示体重的仪表G(其实质是电流其实质是电流表表)其中其中AO BO5 1.已知压力传感器的电阻与其已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示：所受压力的关系如下表所示：例例例例1 1压力传感器的应用压力传感器的应用图图5322021/8/11 星期三20压力压力F/N050100 150 200 250 300电阻电阻R/300 270 240 210 180 150 120设踏板的杠杆组件的质量不计，接通电源后，压设踏板的杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为力传感器两端的电压恒为4.68V，则：，则：(1)利用表中数据归纳出电阻利用表中数据归纳出电阻R随压力随压力F

18、变化的函数变化的函数关系式；关系式；(2)该秤零刻度线该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线即踏板空载时的刻度线)应标在应标在电流表刻度盘多少毫安处？电流表刻度盘多少毫安处？(3)如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为20mA，这个人的体重是多少？，这个人的体重是多少？2021/8/11 星期三212021/8/11 星期三22【答案答案】(1)R3000.6F(2)15.6(3)550N【方法总结方法总结】本题涉及的压力传感器是通本题涉及的压力传感器是通过压力改变电阻，从而改变电路中的电流，过压力改变电阻，从而改变电路中的电流，通过电流表示数反映压力的大小通

19、过电流表示数反映压力的大小2021/8/11 星期三23图图533是电饭煲的电路图，是电饭煲的电路图，S1是一个控温是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103)时，会自动断开时，会自动断开S2是一个自动控温开关，当是一个自动控温开关，当温度低于温度低于70时，会自动闭合；温度高于时，会自动闭合；温度高于80时，时，会自动断开红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温会自动断开红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯分流电阻时的指示灯分流电阻R1R2500，加热电阻，加热电阻丝丝R350，两灯电阻不计，两灯电阻不计类型二类型二自动控制的应用自动控制

20、的应用例例例例2 22021/8/11 星期三24图图533(1)分析电饭煲的工作原理；分析电饭煲的工作原理；(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比；电功率之比；(3)简要回答，如果不闭合开关简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗，能将饭煮熟吗？【思路点拨思路点拨】弄懂原理，分清电路结构及各电弄懂原理，分清电路结构及各电阻电键的作用是解题的关键阻电键的作用是解题的关键2021/8/11 星期三25【自主解答自主解答】(1)电饭煲盛上食物后，接上电饭煲盛上食物后，接上电源，电源，S2自动闭合，同时手动闭合自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄

21、，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态加灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态加热到热到80时，时，S2自动断开，自动断开，S1仍闭合，温度仍闭合，温度升高到升高到103时，开关时，开关S1自动断开，这时饭已自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态由于煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态由于散热，待温度降至散热，待温度降至70时，时，S2自动闭合，电自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到饭煲重新加热，温度达到80时，时，S2又自动又自动断开，再次处于保温状态断开，再次处于保温状态2021/8/11 星期三262021/8/11 星期三27(3)如果不闭合开关如果不闭合开关S1，开始，开始S2

22、总是闭合的，总是闭合的，R1被短路，功率为被短路，功率为P1，当温度上升到，当温度上升到80时，时，S2自动断开，功率为自动断开，功率为P2，当温度又降低到，当温度又降低到70时，时，S2自动闭合自动闭合温度只能在温度只能在7080之间之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭变化，不能把水烧开，不能煮熟饭【答案答案】见自主解答见自主解答2021/8/11 星期三28变变式式训训练练电电饭饭锅锅是是应应用用温温度度传传感感器器工工作作的的，它它的的敏敏感感元元件件是是感感温温铁铁氧氧体体，由由氧氧化化锰锰、氧氧化化锌锌和和氧氧化化铁铁粉粉末末混混合合烧烧制制而而成成，其其特特点点是是常常温温下下具具有

23、有磁磁性性，能能够够被被磁磁铁铁吸吸引引，温温度度达达到到103，失失去去磁磁性性，这这个个温温度度叫叫居居里里温温度度，又又称称居居里里点点，电电饭饭锅锅的的自自动动控控制制结结构构如如图图534所所示示，根根据据以以上上信息回答：信息回答：图图5342021/8/11 星期三29(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么后这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度？温度？(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有饭熟后，水分被

24、大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？(4)如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？电？2021/8/11 星期三30解析：解析：(1)煮饭时压下开关按钮，感温铁氧体与煮饭时压下开关按钮，感温铁氧体与永磁体相吸结合在一起，触点相接，电路接通，永磁体相吸结合在一起，触点相接，电路接通，开始加热手松开后，由于锅内的温度低，感开始加热手松开后，由于锅内的温度低，感温铁氧体与磁体相互吸引而不能使按钮恢复到温铁氧体与磁体相互吸引而不能使按钮恢复到图示的状态图示的状态(2)煮饭时水沸腾后锅内的温度基

25、本保持在水的煮饭时水沸腾后锅内的温度基本保持在水的沸点沸点2021/8/11 星期三31(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会升饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会升高，当温度上升到高，当温度上升到“居里温度居里温度”(约约103)时，时，感温铁氧体失去磁性，磁铁与之分离，开关自感温铁氧体失去磁性，磁铁与之分离，开关自动断开，且不能自动复位动断开，且不能自动复位(4)如果用电饭锅烧水，水沸腾后水温保持如果用电饭锅烧水，水沸腾后水温保持100，不会再升高，故不能自动断电，不会再升高，故不能自动断电答案：答案：见解析见解析2021/8/11 星期三32知能优化训练知能优化训练2021/8/11 星期三33本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此点此进进入入课课件目件目录录按按ESC键键退出全屏播放退出全屏播放谢谢谢谢使用使用2021/8/11 星期三342021/8/11 星期三35