第6章3实验：传感器的应用
传感器原理及其应用 第6章 磁电式传感器
材料(单晶) N型锗(Ge) N型硅(Si) 锑化铟(InSb)
1/ 2
4000 1840 4200
砷化铟(InAs)
磷砷铟(InAsP) 砷化镓(GaAs)
0.36
0.63 1.47
0.0035
0.08 0.2
25000
10500 8500
100
850 1700
1530
3000 3800
哪种材料制作的霍尔元件灵敏度高
1、8—圆形弹簧片；2—圆环形阻尼器；3—永久磁铁；4—铝架； 5—心轴；6—工作线圈；7—壳体；9—引线 工作频率 固有频率 灵敏度 10～500 Hz 12 Hz 最大可测加速度 5g 可测振幅范围 精度 ≤10％ 45mm×160 mm 0.7 kg
0.1～1000 m 外形尺寸 1.9 k 质量
d E N dt
武汉理工大学机电工程学院
第6章 磁电式传感器
磁通量的变化可以通过很多办法来实现，如磁铁与线圈之间作 相对运动；磁路中磁阻的变化；恒定磁场中线圈面积的变化等， 一般可将磁电感应式传感器分为恒磁通式和变磁通式两类。 6.1.1 恒磁通式磁电感应传感器结构与工作原理 恒磁通式磁电感应传感器结构中，工作气隙中的磁通恒定，感 应电动势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割 磁力线而产生。这类结构有动圈式和动铁式两种，如图所示。
武汉理工大学机电工程学院
第6章 磁电式传感器 磁铁与线圈相对运动使线圈切割磁力线，产生与运动速度dx/dt 成正比的感应电动势E，其大小为
dx E NBl dt
式中：N为线圈在工作气隙磁场中的匝数；B为工作气隙磁感应 强度；l为每匝线圈平均长度。 当传感器结构参数确定后，N、B和l均为恒定值，E与dx/dt成正 比，根据感应电动势E的大小就可以知道被测速度的大小。 由理论推导可得，当振动频率低于传感器的固有频率时，这种传 感器的灵敏度(E/v)是随振动频率而变化的；当振动频率远大于 固有频率时，传感器的灵敏度基本上不随振动频率而变化，而近 似为常数；当振动频率更高时，线圈阻抗增大，传感器灵敏度随 振动频率增加而下降。 不同结构的恒磁通磁电感应式传感器的频率响应特性是有差异的， 但一般频响范围为几十赫至几百赫。低的可到10 Hz左右，高的可 达2 kHz左右。
全国苏科版信息技术九年级全册第6章第3节2.《智能可穿戴设备中的传感器》教学设计
3. 教学媒体和资源的使用
为了支持教学活动，本节课将使用以下教学媒体和资源：
（1）PPT：制作精美的PPT，展示智能可穿戴设备中传感器的图片、图表和案例，帮助学生直观地理解知识点。
听觉上更加直观地了解传感器。
详细介绍智能可穿戴设备中传感器的组成部分或功能，使用图表或示意图帮助学生理解。
3. 智能可穿戴设备中传感器案例分析（20分钟）
目标：通过具体案例，让学生深入了解智能可穿戴设备中传感器的特性和重要性。
过程：
选择几个典型的智能可穿戴设备中传感器案例进行分析。
详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解智能可穿戴设备中传感器的多样性或复杂性。
板书设计
- 传感器：检测环境或生理信号的设备，将信号转换为可读取的信息。
- 智能可穿戴设备：集成了传感器、处理器、通讯模块的便携式设备。
② 智能可穿戴设备中传感器的分类与应用
- 分类：温度传感器、加速度传感器、心率传感器等。
- 应用：健康监测、运动追踪、环境感知等。
③ 智能可穿戴设备中传感器的未来发展
传感器在智能可穿戴设备中发挥着重要的作用，能够帮助用户更好地了解自己的健康状况和活动数据。通过传感器，智能可穿戴设备可以实时监测用户的心率、血压、步数等信息，帮助用户更好地管理自己的健康状况。
传感器在智能可穿戴设备中的应用非常广泛，可以应用于健康监测、运动追踪、环境感知等领域。例如，智能手表中的心率传感器可以帮助用户实时监测自己的心率，提醒用户保持健康的生活方式。智能手环中的步数传感器可以帮助用户记录自己的运动数据，激励用户保持适量的运动。智能眼镜中的环境传感器可以帮助用户感知周围的环境，提供更加舒适的使用体验。
传感器原理及应用-第6章 - 压电式传感器剖析
二、压电效应的基本原理
常见的压电材料可分为两类： 压电单晶体和多晶体压电陶瓷。
压电单晶体： 石英(包括天然石英和人造石 英)、水溶性压电晶体(包括酒石酸钾 钠、酒石酸乙烯二铵、酒石酸二钾、 硫酸锤等)。
多晶体压电陶瓷： 钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铅系 压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷和铌 镁酸铅压电陶瓷等。
天然石英
若在同一切片上，沿机械轴y方向施加应 力，则仍在与x轴垂直的平面上产生电荷为
O
y
q12
d12
a b
Fy
x
b
z
d11
a b
FyxΒιβλιοθήκη yd11 = -d12 ，石英晶体轴对称条件。
产生电荷q11和q12的符号，决定于受压力
c a
还是受拉力。
§6.1 压电效应
二、压电效应的基本原理 4、石英晶体压电效应特点
Fx- -
++
- P1 +
P3 - + x
-
P2
+
- - ++
§6.1 压电效应
二、压电效应的基本原理 2、石英晶体压电效应的微观机理
在x轴的正向出现正电荷，在y、 z方向不出现电荷。
Fx<0 y
Fx- -
+ + Fx
- P1 +
P3 + -
x
-
P2
+
--
++
§6.1 压电效应
二、压电效应的基本原理 2、石英晶体压电效应的微观机理
§6.1 压电效应
二、压电效应的基本原理 5、压电陶瓷的压电效应
压电陶瓷是人工制造的多晶体 压电材料。
高中物理第6章传感器3实验：传感器的应用课件新人教版选修3_2
休息了，结果到了第二天，天很亮了，“灯”并没有熄灭，试
分析导致上述情况的原因．
• 解析： 由题图可知，发光二极管导通发亮时，说 明输出端Y为低电平，输入端A为高电平，由于晚上 RR其G1必阻的须值光调变照的小条很，件大A差端，，电等RG势到电进了阻一白较步天大升，，高R要G，的想Y光A端端照仍为强为高度低电变电平大平，，， 所 会以 得发 到光 解二决极．管不会熄灭．把RG与R1调换，问题就
3．光控开关的问题探究 (1)问题提出：由于集成电路允 许通过的电流比较小，如何使通过
灯泡中的电流更大些？
(2)分析论证：采用小电流通过 继电器控制电流较大的另一灯泡工作，电路如图所示．
天亮时， RG阻值小
→
A端 电势低
→
Y端 电势高
→
线圈 无电流
→
工作电路不 通，灯泡不亮
天暗时， RG阻值大 →
• 答案： 见解析
1－1 工 人在锻压机、冲床、钻床等 机器上劳动时，稍有不慎就 会把手压在里面，造成工伤 事故．工厂中大都是利用光 电控制设备来避免事故发生的．如图所示为光控继电器的示意 图，它由电源、光电管(当有光照射时，在阴极 K 端会放出电 子)、放大器、电磁继电器等几部分组成．这样，当工人不慎将 手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即变 化，使机床停止工作，避免事故发生．光控继电器的原理是： 当光照射光电管时________．
• 2．温度报警器实验 • 斯 大密 阻特 值1触k发Ω)器、、集蜂成鸣电器路、实热验敏板电、阻直、流可电变源电(5阻VR)、1(最导
线若干、烧杯(盛有热水)．
• □ 实验步骤 • 1．光控开关实验步骤 • (1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上． • (2)检查各元件的连接，确保无误． • (普3)通接光通照电条源件，下调不节亮电．阻R1，使发光二极管或灯泡在
新人教版选修3-2高中物理第6章第3讲实验传感器的应用课件
实验
传感器的应用
要求不发声 “非”门
(1) RT的阻值很大 P、X之间电压较大
(2) RT 阻值 减小
P、X 之间电 压降低
“非” 门输出 高电压
电铃 响起
(3) 若R较大，则RT两端的电压 不太高，外界温度不太高时， 就能使P、X之间电压降到低电 压输入，电铃就能发声．因此R 较大，反应较灵敏．
课堂讲义
课堂讲义
实验
传感器的应用
R1 的阻值使斯密 例2 温度报警器电路如图所示，常温下，调整________ 特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过 减小 ， 蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值________ 斯密特触发器的输入端A电势________ 升高 ，当达到某一值(高电平)时，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．R1的阻 值不同，则报警温度不同．
课堂讲义
针对训练2 如图所示，是一个火警 报警装置的逻辑电路图．RT是一个 热敏电阻，低温时电阻值很大，高 温时电阻值很小，R是一个阻值较小 的分压电阻． (1)要做到低温时电铃不响，火警时 产生高温，电铃响起，在图中虚线 处应接入怎样的元件？ (2)为什么温度高时电铃会被接通？ (3)为了提高该电路的灵敏度，即报 警温度调得稍低些，R的值应大一些 还是小一些？
实验
传感器的应用
三、自动控制电路的分析与设计 例3 如图所示，某小型电磁继电器，其中L为 含铁芯的线圈．P为可绕O点转动的铁片，K为 弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线 柱．电磁继电器与传感器配合，可完成自动控 制的要求，其工作方式是( ) A．A与B接信号电压，C与D跟被控电路串联 B．A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联 C．C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联 D．C与D接信号电压，A与B跟被控电路并联 电磁继电器 接信号电压
人教版3-2 第6章 3 实验：传感器的应用 作业
第六章 3 实验：传感器的应用基础达标一、选择题(在每小题给出的四个选项中，第1～4题只有一项符合题目要求，第5～6题有多项符合题目要求)1．如图所示，R T为半导体热敏电阻，其他电阻都是普通电阻，当灯泡L的亮度变暗时，说明( )A．环境温度变高B．环境温度变低C．环境温度不变D．都有可能【答案】B【解析】当灯泡L的亮度变暗时，说明通过灯泡L的电流变小，R T的阻值变大，只有环境温度变低，R T 的阻值才变大，所以选B.2．如图所示为一测定液面高低的传感器示意图，A 为固定的导体芯，B 为导体芯外面的一层绝缘物质，C 为导电液体，把传感器接到图示电路中，已知灵敏电流表指针偏转方向与电流方向相同．如果发现指针正向右偏转，则导电液体的深度h 变化为( )A ．h 正在增大B ．h 正在减小C ．h 不变D ．无法确定 【答案】B【解析】由电源极性及电流方向可知，A 、B 构成的电容器上的电荷量减小，据C ＝Q U，电容C 在减小，可推知正对面积S 减小，即h 在减小．3．某仪器内部电路如图所示，其中M 是一个质量较大的金属块，左右两端分别与金属丝制作的弹簧相连，并套在光滑水平细杆上，a 、b 、c 三块金属片间隙很小(b 固定在金属块上)，当金属块处于平衡状态时，两根弹簧均处于原长状态，若将该仪器固定在一辆汽车上，下列说法中正确的是( )A．当汽车加速前进时，甲灯亮B．当汽车加速前进时，乙灯亮C．当汽车刹车时，乙灯亮D．当汽车刹车时，甲、乙两灯均不亮【答案】B【解析】汽车向右加速时，M向左移动，与a接触，乙灯亮；当汽车刹车时，M向右移动，与c接触，甲灯亮．4．某电容式话筒的原理示意图如图所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属极板，对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动，在P、Q间距增大过程中( )A．P、Q构成的电容器的电容增大B．P上电荷量保持不变C ．M 点的电势比N 点的低D ．M 点的电势比N 点的高【答案】D【解析】薄片P 和Q 为两金属极板，构成平行板电容器，由C ＝εr S 4πkd可知，在P 、Q 间距增大过程中即d 增大，电容C 减小，A 错误；电容器始终与电源连接，两极板电压不变，据电容的定义式C ＝Q U知电荷量减少，B 错误；Q 板上的正电荷流向M 点经N 点到电源正极，故φM ＞φN ，C 错误，D 正确．5．(2019·贵州校级检测)传感器是一种采集信息的重要器件，如图所示是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F 作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，引起电容的变化．将电容器、灵敏电流计和电源串接成闭合电路，那么以下说法正确的是( )A ．当F 向上压膜片电极时，电容将减小B ．若电流计有示数，则压力F 发生变化C ．若电流计有向右的电流通过，则压力F 在增大D ．若电流计有向右的电流通过，则压力F 在减小【答案】BC【解析】根据电容的决定式C ＝εS4πkd可知，当F 向上压膜片电极时，电极间的距离d 变小，电容将增大，故选项A 错误；若电流计有示数，说明电容的大小在发生变化，从而使电极上的电荷在不断地充电、放电，而使电容的大小不断变化的因素就是力F 发生变化，从而使电极间的距离变化，故选项B 正确；若电流计有向右的电流，说明电源在对电容充电，电极上的电荷量在增加，由于电极间的电压就是电源电压，是不变的，故根据电容的定义式C ＝Q U可知，电容C 在增大，所以电极间的距离在减小，说明压力F 在增大，故选项C 正确，D 错误．6．有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三个元件，将这三个元件分别接入如图所示电路中的A 、B 两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是( )A ．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这个元件一定是热敏电阻B ．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这个元件一定是定值电阻C ．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这个元件一定是光敏电阻D ．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这个元件一定是定值电阻【答案】AC【解析】热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度变化；光敏电阻的阻值随光照变化而变化，定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照变化．故正确答案为AC.二、非选择题7．如图是热水器中的恒温集成电路，R 0是热敏电阻，温度较低时其阻值很大，温度较高时阻值很小．如图热水器中没有水或水温较高时，继电器会放开弹簧片，发热器断路，反之会吸住簧片接通发热器．如果热水器中没有水时，电路中BC部分就处于__________(填“断路”或“短路”)，则在电路图的虚线框内的门电路应是__________门，当温度较低时，门电路的输入端A是__________电势(填“高”或“低”)．【答案】断路与高【解析】热水器没有水时，电路中BC部分处于断路，B处于低电势，电路图中的虚线框内为“与”门，则继电器中没电流，继电器放开簧片，发热器断路．当热水器有水时，B 处于高电势；若水温较高，R0阻值很小，A处于低电势，因“与”门使继电器放开弹簧片，发热器断路；若水温低，R0阻值很大，A处于高电势，此时继电器接通发热器．8．如图甲所示，斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号，当加在它的输入端A的电势逐渐上升到1.6 V，输出端Y会突然从高电平跳到低电平0.25 V，而当输入端A的电势下降到0.8 V时，输出端Y会从低电平跳到高电平3.4 V.(1)斯密特触发器相当于一种“________”门电路．(2)如图乙所示是一个温度报警器的简易电路图，R T为热敏电阻，R1为可变电阻(最大阻值为1 kΩ)，蜂鸣器工作电压3～5 V，热敏电阻的阻值随温度变化如图丙所示，若要求热敏电阻在感测到80 ℃时报警，则R1应调至________kΩ；若要求热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，R1的阻值应________(选填“增大”“减小”或“不变”)．【答案】(1)非 (2)0.42 减小【解析】(1)输出状态和输入状态相反，相当于“非”门电路．(2)热敏电阻在80 ℃时的电阻是R T ＝80 Ω，斯密特触发器输入端A 的电势是0.8 V 时，输出端Y 的电压为3.4 V ，这时蜂鸣器开始工作．由串联电路分压特点知：R 1R T ＝U 1U T ＝5－0.80.8所以R 1＝80×4.20.8Ω＝420 Ω＝0.42 k Ω. 由热敏电阻的阻值随温度变化的图象可知，温度升高时，热敏电阻的阻值减小，而斯密特触发器输入端的电压仍保持不变，则电阻R 1的阻值应减小．能力提升9．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特殊性来工作的．如图甲所示，电源的电动势E＝9 V，内阻不计；G为灵敏电流表，内阻保持不变；R为热敏电阻，其电阻阻值与温度的变化关系如图乙所示．闭合开关S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1＝2 mA.当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是( )A．60 ℃B．80 ℃C．100 ℃D．120 ℃【答案】D【解析】在20 ℃时，E＝(R G＋R1)I1，即R G＝500 Ω；当I2＝3.6 mA时，E＝(R G ＋R2)I2，即9 V＝(500＋R2)×3.6×10－3V，所以R2＝2 000 Ω.从题图乙中可以看出t ＝120 ℃，故选D.10．(多选)图甲为斯密特触发器，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端A的电压下降到另一个值的时候(0.8 V)，Y会从低电平跳到高电平(3.4 V)．图乙为一光控电路，用发光二极管LED 模仿路灯，R G为光敏电阻．关于斯密特触发器和光控电路的下列说法中正确的是( )A．斯密特触发器的作用是将数字信号转换为模拟信号B．斯密特触发器是具有特殊功能的非门C．要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些D．当输出端Y突然从高电平跳到低电平时，二极管发光【答案】BCD【解析】斯密特触发器是一种特殊的非门，它把连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号，A项说法错误，B项说法正确．把R1的阻值调大些，只有R G的阻值达更大，才能使斯密特触发器的A端电压达到某个值(1.6 V)，即天更暗；当输出端Y突然跳到低电平时，发光二极管导通就发光，C、D项正确．11．如图所示用电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警．可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线．【答案】如图所示．【解析】将热敏电阻、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a、b端；将学生用电源与电铃、绿灯泡分别接入c、d、e之间．正常时热敏电阻阻值大，ab间电流小，磁性弱，ce接通，绿灯亮．温度升高时，热敏电阻阻值变小，ab间电流变大，磁性变强，吸住衔铁，cd接通，ce断开，绿灯灭，电铃响．12．如图所示，小铅球P系在细金属丝下，悬挂在O点，开始时小铅球P沿竖直方向处于静止状态．当将小铅球P放入水平流动的水中时，球向左摆动一定的角度θ，水流速度越大，θ越大．为了测定水流对小球作用力的大小，在水平方向固定一根电阻丝BC，其长为L，它与金属丝接触良好，不计摩擦和金属丝的电阻，C端在O点正下方处，且OC＝h.图中还有电动势为E的电源(内阻不计)和一只电压表．请你连接一个电路，使得当水速增大时，电压表示数增大．【答案】见解析【解析】电路图如图所示．设CD＝x，P球平衡时，由平衡条件可得tan θ＝Fmg＝x h①根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律可得I＝ER L＝U R x②根据电阻定律可得R L＝ρLS③R x ＝ρx S④ 由①②③④式可得U ＝tan θ·Eh L. 因为水流速度越大，θ越大，所以U 越大．。
第6章压电式传感器原理及其应用
6.1 压电效应和压电材料 6.2 压电元件的常用结构 6.3 压电式传感器等效电路和测量电路 6.4 压电式传感器的应用
压电式传感器概述
压电式传感器的压电元件是利用压电材料制成的， 压电式传感器的压电元件是利用压电材料制成的， 它是一种电量型传感器。 它是一种电量型传感器。 工作原理:以某些电介质的压电效应为基础 以某些电介质的压电效应为基础， 工作原理 以某些电介质的压电效应为基础，在外力 作用下，电介质的表面就会产生电荷，有电压输出， 作用下，电介质的表面就会产生电荷，有电压输出， M 从而实现力—电信号转换 再通过检测电荷量（ 电信号转换， 从而实现力 电信号转换，再通过检测电荷量（或 输出电压）的大小，即可测出作用力的大小。 输出电压）的大小，即可测出作用力的大小。 压电元件是一种典型的力敏感元件， 压电元件是一种典型的力敏感元件，可用来测量最 终可变换为力的各种物理量，如测量压力、应力、 终可变换为力的各种物理量，如测量压力、应力、 加速度等。由于压电元件具有体积小、重量轻、 加速度等。由于压电元Байду номын сангаас具有体积小、重量轻、结 构简单、可靠性高、频带宽、 构简单、可靠性高、频带宽、灵敏度和信噪比高等 优点，压电式传感器也随之得到了飞速发展。 优点，压电式传感器也随之得到了飞速发展。 在声学、力学、 在声学、力学、医学和航空航天等领域都得到了广 泛应用。其缺点是无静态输出， 泛应用。其缺点是无静态输出，要求有很高的输出 阻抗，需用低电容的低噪声电缆等。 阻抗，需用低电容的低噪声电缆等。
铜芯线充当内电极铜网屏蔽层作外电极管状pvdf高分子压电材料为绝缘层最外层是橡胶保护层为承压弹性元件当管状高分子压电材料受压时其内外表面产生电荷可达到测量的目的图620高分子压电电缆2高分子压电电缆的典型应用高分子压电电缆测速系统由两根高分子压电电缆相隔一段距离平行埋设于柏油公路的路面下50mm处如图621所示
《传感器技术》教学课件第6章
沿电轴方向施加作用力Fx时，在与电轴x垂直的平面上将产生电
荷， 其大小为
qx d11Fx
(6-2)
式中, d11为x方向受力的压电系数。
14
若在同一切片上，沿机械轴y方向施加作用力Fy，则电荷仍 在与x轴垂直的平面上产生，其大小为
qy
d12
a b
Fy
(6-3)
式中：d12——y轴方向受力的压电系数，根据石英晶体的对称性， 有d12=-d11；
在自然界中大多数晶体都具有压电效应，但压 电效应十分微弱。随着对材料的深入研究，发现石 英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等材料是性能优良的压 电材料。
7
表6-1 常用压电材料的性能参数
8
6.1.1 压电晶体
以石英晶体为例，它是单晶体中具有代表性同时也是应用 最广泛的一种压电晶体，化学式为SiO2。图6-2（a）表示了天 然结构的石英晶体外形是一个正六面体。
16
石英晶体具有压电效应与内部分子结构有关。图6-3 是一个单元组体中构成石英晶体的硅离子和氧离子，将 硅离子和氧离子在垂直于晶体z轴的xy平面上进行投影， 等效为一个正六边形排列。
当石英晶体未受外力作用时，正、负离子正好分布 在正六边形的顶角上，形成三个互成120°夹角的电偶
极矩P1、P2、P3。 如图6-4（a）所示。
29
压电材料的压电特性可以用压电方程表示，其矩阵形式是： 定义压电系数矩阵D为：
30
压电系数矩阵D是正确选择压电元件、受力状态、变形方 式、能量转换率以及晶片几何切型的重要依据。石英晶体压电 系数矩阵可表示为
式中独立的压电系数是d11和d14；压电系数矩阵可表示为：
其中独立的压电系数是d33、d31和d15三个。
(第6章)磁电式传感器
6.2.2 霍尔元件的应用
1．霍尔式微量位移的测量 ．
由霍尔效应可知，当控制电流恒定时， 由霍尔效应可知，当控制电流恒定时， 霍尔电压U与磁感应强度B成正比，若磁感 成正比， 的函数， 应强度B是位置x的函数，即 UH=kx 13） （6-13） 式中： ——位移传感器灵敏度 位移传感器灵敏度。 式中：ｋ——位移传感器灵敏度。
测量转速时，传感器的转轴1 测量转速时，传感器的转轴1与被测物 体转轴相连接，因而带动转子2转动。 体转轴相连接，因而带动转子2转动。当转 的齿与定子5的齿相对时，气隙最小， 子2的齿与定子5的齿相对时，气隙最小， 磁路系统中的磁通最大。而磁与槽相对时， 磁路系统中的磁通最大。而磁与槽相对时， 气隙最大，磁通最小。因此当转子2转动时， 气隙最大，磁通最小。因此当转子2转动时， 磁通就周期性地变化，从而在线圈3 磁通就周期性地变化，从而在线圈3中感应 出近似正弦波的电压信号， 出近似正弦波的电压信号，其频率与转速 成正比例关系。 成正比例关系。
2．霍尔元件基本结构 ．
霍尔元件的外形结构图，它由霍尔片、 霍尔元件的外形结构图，它由霍尔片、 根引线和壳体组成， 4根引线和壳体组成，激励电极通常用红色 而霍尔电极通常用绿色或黄色线表示。 线，而霍尔电极通常用绿色或黄色线表示。
图6-8阻 ）
I v= nebd
得
IB EH = nebd
IB UH = ned
式中： 称之为霍尔常数， 式中：令RH=1/ne，称之为霍尔常数， 其大小取决于导体载流子密度， 其大小取决于导体载流子密度，则
RH IB = K H IB UH = d
（6-12） 12）
称为霍尔片的灵敏度。 式中： 式中：KH=RH/d称为霍尔片的灵敏度。
传感器原理及应用实验
传感器原理及应用实验
传感器是一种能够感知和测量环境变量的装置或设备，它能够将环境中的物理量转换为电信号或其他方便处理的形式。
传感器原理及应用的实验是为了研究和验证某种传感器的工作原理以及应用场景。
在实验中，我们通常会使用模拟传感器或数字传感器来进行测量和控制。
模拟传感器是指将物理量转换为模拟电压或电流信号的传感器，如温度传感器、压力传感器等。
数字传感器是指将物理量转换为数字信号的传感器，如光电传感器、加速度传感器等。
实验的第一步通常是准备实验装置和所需材料，如传感器、电源、电路板等。
接下来，我们需要按照实验步骤连接电路，并将传感器与电路板相连接。
在实验过程中，我们需要根据传感器的工作原理合理地选择信号放大电路、滤波电路等辅助电路。
同时，对于数字传感器，我们还需要使用单片机或其他数字处理器对信号进行处理和分析。
实验中，我们可以通过改变环境条件或操控实验装置来模拟不同的应用场景。
例如，在温度传感器实验中，可以通过改变热源的温度来观察传感器输出的电信号变化；在光电传感器实验中，可以调节光源的强度或改变测试物体与光源之间的距离来观察传感器的反应。
进行实验后，我们可以通过观察和记录传感器输出的电信号或其他相应数据来分析传感器的性能，并根据实验结果来判断传
感器的可行性、精度和稳定性。
在实验结束后，如果有必要，我们还可以根据实验结果对传感器进行调整和优化，以适应更广泛的应用场景。
传感器的原理及应用实验对于探索和理解传感器的工作原理和应用具有重要意义。
通过实验，我们可以深入了解传感器的特性和性能，为传感器应用领域的研究和开发提供实验数据和依据。
传感器及其应用PPT
问题引入
音乐茶杯：茶杯平放桌上时，无声无息，提起茶杯，茶杯边播放 悦耳的音乐，边闪烁着五彩的光芒。怎么回事
用书挡住底部（不与底部接触），音乐停止，可见音乐 茶杯受光照强度的控制。
光照变化（光强变化）光照时光敏电阻阻值减小 电路接通，音乐响起。
列举生活中的一些自动控制实例，
遥控器控制电视开关；日光控制路灯的开关 声音强弱控制走廊照明灯开关；自动门安检门等
热敏电阻能够把 温度这个热学量转换成为电阻 这个电学量
3）应用：电阻温度计、报警器等
例题2、如图是一个温度传感器的原理示意图,Rt 是一个热敏电阻器。试说明传感器是如何把温度
值转变为电信号的。
Rt
R
V
思考方向：1、两电阻采取什么连接方式？ 2、转变的电信号应该是哪个电学量？ 3、电压表测的是哪个电阻的电压？
两端的电压U的变化情况是（B ）
A. I 变大，U 变大 B. I 变小，U 变小
C. I 变小，U 变大 D. I 变大，U 变小
a E r
b
A
R2
R1
R3
4、电容式位移传感器
电容器极板
x
电介质板
被测物体
电容式位移传感器示意图
电容式位移传感器能够把物体_位__移__这个力学量 转换为__电_容__这个电学量
现有下列器材：力电转换器、质量为 m0 的砝码、电压表、 滑动变阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可 置于力电转换器的受压面上）。请完成对该物体的测量 m 。 （1）设计一个电路，要求力转换器的输入电压可调，并且使 电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。
音乐茶杯的工作开关又在哪里？开启的条件是什么？
传感器原理与应用实验报告
传感器原理与应用实验报告实验名称：传感器原理与应用实验实验目的：1. 了解传感器的基本原理；2. 学习传感器的应用。
实验器材：1. Arduino开发板；2. 温度传感器；3. 光敏传感器；4. 气体传感器；5. 电位器。
实验原理：传感器是一种能够感知或测量特定物理量的装置，它能够将感知到的物理量转化为电信号输出。
传感器的工作原理根据不同的物理量而有所不同，常见的传感器包括温度传感器、光敏传感器、气体传感器等。
温度传感器是一种能够测量温度的传感器，它利用温度对电阻值的影响来测量温度。
常见的温度传感器有热敏电阻和热电偶等。
光敏传感器是一种能够感知光强的传感器，它利用光敏元件对光的敏感性来测量光强。
常见的光敏传感器有光敏电阻和光电二极管等。
气体传感器是一种能够检测、测量和监测气体浓度和组成的传感器。
常见的气体传感器有气敏电阻和气敏传感器等。
电位器是一种能够调节电阻值的装置，它通过改变电阻值来改变电路中的电流或电压。
实验步骤：1. 将温度传感器连接到Arduino开发板的模拟输入引脚；2. 将光敏传感器连接到Arduino开发板的模拟输入引脚；3. 将气体传感器连接到Arduino开发板的模拟输入引脚；4. 将电位器连接到Arduino开发板的模拟输入引脚；5. 编写Arduino代码，读取传感器的电信号，并将其转换为温度、光强、气体浓度等物理量；6. 将物理量通过串口输出或显示到LCD屏幕上。
实验结果：通过实验，我们成功地读取了温度传感器、光敏传感器、气体传感器和电位器的电信号，并将其转换为相应的物理量。
实验结果显示，温度传感器测得的温度为25℃，光敏传感器测得的光强为100 lux，气体传感器测得的气体浓度为200 ppm，电位器调节后的电阻值为500欧姆。
实验总结：通过本实验，我们深入了解了传感器的工作原理和应用。
传感器在现代科技中起着重要的作用，广泛应用于环境监测、工业自动化、智能家居等领域。
传感器原理及应用第六章 磁电式传感器
两者工作原理是完全相同的。 当壳体随被测振动体一起 振动时, 由于弹簧较软, 运动部件质量相对较大。当振动频率 足够高（远大于传感器固有频率）时, 运动部件惯性很大, 来 不及随振动体一起振动, 近乎静止不动, 振动能量几乎全被弹 簧吸收, 永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振 动速度, 磁铁与线圈的相对运动切割磁力线, 从而产生感应电 势为
（一）磁电感应式传感器的工作原理
电磁式传感器工作原理
当一个W匝线圈相对静止地处于随时间变化的磁场中时，设穿 过线圈的磁通为Ф，则整个线圈中所产生的感应电动势e为
e W d dt
（二）磁电感应式传感器的结构及特点
1、磁电感应式传感器的结构
磁电式传感器基本上由以下三部分组成： ①磁路系统：它产生一个恒定的直流磁场，为了减小传感器 体积，一般都采用永久磁铁； ②线圈：它与磁铁中的磁通相交产生感应电动势； ③运动机构：它感受被测体的运动使线圈磁通发生变化。
式(7 - 7)可得近似值:
γt ≈(-4.5%)/10 ℃
(Hale Waihona Puke - 8)这一数值是很可观的, 所以需要进行温度补偿。 补偿通常采
用热磁分流器。热磁分流器由具有很大负温度系数的特殊磁
性材料做成。它在正常工作温度下已将空气隙磁通分路掉一
小部分。当温度升高时, 热磁分流器的磁导率显著下降, 经它
分流掉的磁通占总磁通的比例较正常工作温度下显著降低, 从
而保持空气隙的工作磁通不随温度变化, 维持传感器灵敏度为
常数。
（三）磁电感应式传感器的转换电路
磁电式传感器直接输出感应电势, 且传感器通常具有较高 的灵敏度, 所以一般不需要高增益放大器。但磁电式传感器是 速度传感器, 若要获取被测位移或加速度信号, 则需要配用积 分或微分电路。 图为一般测量电路方框图
新人教版选修3-2高中物理第6章第2讲传感器的应用课件
移测量，从而实现对零部件的精密加工．
课堂讲义
例2 关于电子秤中应变式力传感器说法正确的是( A．应变片是由导体材料制成
传感器的应用
)
B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之变小
C．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
课堂讲义
传感器的应用
针对训练1
为解决楼道的照明，在楼道内安装
一个传感器与电灯的控制电路相接．当楼道内
有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发
声控 传感器，它输入的 光，这种传感器为________
声音 信号，经传感器转换后，输出的是 是________ 电 ________ 信号．
课堂讲义
二、常见传感器的应用实例
下列说法中正确的是( )
A．0～t1时间内，升降机一定匀速运动
B．0～t1时间内，升降机可能减速上升
C．t1～t2时间内，升降机可能匀速上升 D．t1～t2时间内，升降机可能匀加速上升
压力在增大
加速度变化
对点练习
传感器的应用
温度传感器的应用
2．传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，
空调机在室例1 下列说法中不正确的是( )
传感器的应用
A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为 声信号 B．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片 C．电子秤所使用的测力装置是力传感器
D．热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
话筒是声传感器，能将声音信号转换成电信号，故A错
F=400 N 时，由 F＝kΔx，则 Δx＝4 cm，
U RaP＝20 Ω，RPb＝5 Ω，则 I＝ ＝0.3 A R0＋RPb
人教版高中物理选修3-2课件高二：第6章第2节《传感器的应用》(选修3—2)
四、温度传感器的应用——电饭锅 1．感温铁氧体 (1)组成：氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成． (2)特点：常温下具有铁 磁性，能够被磁体吸引，温
度达到约103℃，失去铁磁性． (3)居里点：又称居里 温度，即指103℃. 2．电饭锅的结构如图 所示．
3．电饭锅的工作原理 开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，
工作原理；
(2)计算加热和保
温两种状态下，电饭
煲消耗的电功率之比；
(3)如果不闭合开
关S1，能将饭煮熟吗？
解析：(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同 时手动闭合S1，这时黄灯被短路不亮，红灯亮，电饭煲处于加 热状态．加热到80℃时，S2自动断开，S1仍闭合．水烧干后， 温度升高至103℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯 亮，电饭煲处于保温状态．由于散热，待温度降至70℃时，S2 自动闭合，电饭煲重新加热；温度达到80℃时，S2又自动断开， 再次处于保温状态．
线照射到光电三极管上，
其电阻变小，与传感器连
接的电路检测出这种变化，
就会发出警报．
如图所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻， LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED距 离不变，下列说法正确的是( )
A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大 B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小 C．当滑动触头P向右移 动时，L消耗的功率可能不变 D．无论怎样移动触头 P，L消耗的功率都不变
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，饭熟后，水分被吸收，当温度上升到居里温度时， 感温磁体失去磁性，开关便会自动断开．
下图是电饭煲的电路图，S1是一个磁钢限温开关，手动闭合后， 当此开关温度达到居里点(103℃)时，会自动断开，且不能自 动闭合．S2是一个双金属片自动控温开关，当温度低于70℃时， 会自动闭合；温度高于80℃时，会自动断开．红灯是加热指 示灯，黄灯是保温指示灯，分流电阻R1＝R2＝500Ω，加热电 阻丝R3＝50Ω，两灯电阻不计． (1)分析电饭煲的
高中物理 第六章 传感器 第1节 传感器及其工作原理(含解析)2
第1节传感器及其工作原理1．传感器按照一定的规律把非电学量转化为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。
2．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
3．热敏电阻和金属热电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。
4．电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量。
5．霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。
一、传感器1．传感器的定义能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等电学量)，或转换为电路的通断的元件。
2．非电学量转换为电学量的意义把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制。
二、光敏电阻1．特点光照越强，电阻越小。
2．原因无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。
3．作用把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
三、热敏电阻和金属热电阻1．热敏电阻热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变化明显，温度升高电阻减小，如图所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线。
2．金属热电阻有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。
四、霍尔元件1．霍尔元件如图所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E 、F 、M 、N ，它就成为一个霍尔元件。
霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。
2．霍尔电压U H ＝k IB d(1)其中d 为薄片的厚度，k 为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关。
(2)一个霍尔元件的厚度d 、霍尔系数k 为定值，再保持I 恒定，则U H 的变化就与B 成正比，因此霍尔元件又称磁敏元件。
1．自主思考——判一判(1)所有传感器的材料都是由半导体材料做成的。
(×)(2)传感器是把非电学量转换为电学量的元件。
传感器技术及应用第6章 霍尔式传感器
第 霍尔元件在两磁铁中间产生相对位移，霍尔元件感受到的
6 磁感应强度也随之改变，这时有输出U，其量值大小反映出
章 霍尔元件与磁铁之间相对位置的变化量。这种结构的传感
器，其动态范围可达5mm，当位移小于2mm时，输出霍尔电
霍 压与位移之间有良好的线性关系。图6-4（b）所示的是一
尔 种结构简单的霍尔位移传感器，是由一块永久磁铁组成磁
感
器
传
感
器
技
术
及
6.2.3 构成金属计数器
应
用
第•
如图6-6所示是应用于计数的霍尔接近开
6 关原理图。当带磁性的物体接近霍尔元件时，
章 霍尔元件就输出一个脉冲电压，经过放大整形
后驱动光电管工作，计数器便进行计数，并由
霍 显示器进行显示。
尔
式
传
感
器
传 感 器 技 术 及 应 用
第
6 章
霍
尔
图6-6 霍尔式接近开关应用于计数电原理图
第
6 章
霍 尔 式 传 感 器
传
感 器
6.1 霍尔效应及霍尔元件
技
术
及 应
6.1.1 霍尔效应
用
第•
霍尔式传感器是利用半导体在磁场中的霍
6 尔效应制成的一种传感器。1879年美国物理学
章 家霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应，但
由于金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用。
霍 随着半导体技术的发展，开始用半导体材料制
及 应 用
EH
IB nebd
（6-6）
第 将式（6-6）代入式（6-1），得
6
章
IB
霍
U H ned
传感器原理及应用第三版第6章
下一页
2n （
26 ? 64 ）
② 二进制码为有权码，编码若是 CnCn?1 ? ? C1 ，则对应于零位转
? 过的转角为 ：
n
Ci 2 i?1? 1
i?1
③ 码盘转动中，CK
若变化时，则所有
C
(
j
j
?
K
)应同时变化。
二进制码存在的问题：
① 提高分辨力困难。例如：二进制码盘，为了达到1〞左右的分辨力，需
倍，当位数很多时，光电元件位置安装困难。
〈2〉采用循环码码盘
右图为一个六位的循环码码盘，对于
n位的循环码码盘有下列特点：
上
① n位的循环码有2n种不同编码：
其容量为：2 n
下 对 称
最小分辨力：? 1
?
360 0 2n
最外圈角节距：4?1（比二进制大一倍）
② 循环码为无权码，Rn Rn?1 ? ? R1 不产生粗误差；
10 1× 0
01 ×1
0
01 1
10 1
11 00
Ci
因此就大大降低了粗误产生的概率，只要由刻划等因素造成的总
误差不超过相应码道（本码道） ai , bi 之间的间隔即可做到高位不出 现误差。由此可见，在不发生粗误差的前提下，整个编码器的精度
由它最低位（即C1 位码道）决定。双读数头的缺点是读数头多了一
C nCn?1C n? 2 ? ? C1
CnCn?1 ? ? C2
? ——————
二进制码 右移一位并舍去末位 不进位加法
Rn Rn?1Rn?2 ? ? R1
循环码
举例：
0110 ? 011
0101
十进制6 循环码6