北京工业大学附属中学
课时教案纸
教学过程
声音在干燥、摄氏20度的空气中的传播速度大约为343
厘米/秒，29.15 微秒/厘米。但是发送后到接收到回波，声音走过的是的距离，所以实际距离就是1厘米，对应58.3微秒。
const int TrigPin = 2; // 设定
const int EchoPin = 3;
float distance;
void setup()
{ Serial.begin(9600);
传感器教案. -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
教案
第一章概述—传感器技术基础知识1.1传感器的定义及组成 1.1.1 定义 国家标准（GB/T7665-1987）规定：传感器是一种能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。也叫发送器；传送器；变送器；Transducer/Sensor等。 对定义的理解： 它是测量装置； 输入量是某一被测量（物理、化学、生物等）； 输出量是某种物理量（气、光、电等），主要是电物理量； 输出输入有对应关系，并应有一定的精度 1.1.2 传感器的组成 传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成，组成框图如图示。 1.2传感器的分类 1.2.1按工作机理分 （1）物理型 按构成原理：结构型；物性型电信号 非电物理量 敏感元件转换元件接口电路 辅助电源
结构型：是以结构（如形状、尺寸等）为基础，利用物理学中场的定律构成的，动力场的运动定律、电磁场的电磁定律等。必须依靠精密设计的结构予以保证。如：磁隙型电感传感器、电动式传感器等。 物性型：是利用物质定律构成的，利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应把被测量直接转换为电量。虎克定律、欧姆定律等。主要依靠材料本身的效应来感应信息。如：光电管（外光电效应）、压电晶体（正压电效应）、光敏电阻、所有半导体传感器、以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金的性能变化的传感器。 按能量转换情况：能量控制型、能量转换型 能量控制型：在信息变化过程中，其能量需要外电源供给。如：电阻、电感、电容、基于应变电阻效应、磁阻效应、热阻效应、光电效应、霍尔效应等。 能量转换型：主要由能量变换元件构成，它不需要外电源。如：压电效应、热电效应、光电动势效应等。 按物理原理 电参量式（包括电阻式、电感式、电容式等三个基本形式）、磁电式（包括磁电感应式、霍尔式、磁栅式等）、压电式、光电式（包括一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等）、气电式、热电式、波式（包括超声波式微波式等）、射线式、半导体式、其它原理等。可以是两种以上原理的复合形式。 （2）化学型 利用电化学反应原理，把无机和有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号的传感器。最常用的是离子选择性电极。核心部分是离子选择性敏感膜。广泛应用于化学分析、化学工业的在线检测
目录 实验一金属箔式应片性能——单臂电桥 (1) 实验二移相器实验 (3) 实验三相敏检波器实验 (4) 实验四差动变压器(互感式)的性能 (6) 实验五霍尔式传感器的静态位移特性——直流激励 (7) 实验六光纤位移传感器的动态实验一 (8) 实验七光纤位移传感器的动态实验二 (9) 实验八热敏电阻测温演示实验 (10)
实验一金属箔式应片性能——单臂电桥 实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。 所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、一片应变片、V/F表。 旋钮初始位置：直流稳压电源打N_+2v档，V／F表打到2V档，差动放大增益调到最大。 实验步骤： (1)观察所需单元、部件在实验仪上的所在位置观察梁上的应变片，上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片，测微头在双平行粱右端的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。 (2)将差动放大器调零：用lOom长的连线将差动放大器的正(+)、负(一)、地短接。将差动放大器的输出端与V／F表的输入端Vi相连；开启主、副电源：调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使V／F表显示为零(或接近零)。关闭主、副电源。 (3)实验仪内配备的锁紧式插头线的使用方法：连线时，将连线的插头插入仪器上的插座后顺时针方向旋转30度左右接触就很可靠。并可在此插头的上方可继续插入很多插头，可任意扩展，立体布线。将插头逆时针方向旋转30度左右即可拔出。注意拔出连线时千万不能直接拉导线，要拿住连线头部拨起，以免拉断实验连线。 (4)根据图1接线。R1、B2、R3为电桥单元的固定电阻；Rx=R4为应变片。将稳压电源的切换开关置±4v档，V／F表置20V档。调节测微头脱离双平行梁。开启主、副电源，调节电．桥平衡网络中的P,D(W1)，使V／F显示为零，然后将V／F表置2V档，再慢慢调电桥RD(W1)，使V／F表显示为零。 (5)将测微头转动到10mm刻度附近，按装到双平行梁的右端即自由端(与自由端磁钢吸合)．调节测微头支柱的高度(梁的自由端跟随变化)使V／F表显示值最小，再旋动测微头，使V／F表显示为零(细调零)，这时的测微头刻度为零位的相应刻度。 (6)往下或往上旋动测微头，使粱的自由端产生位移记下V／F表显示的值。每旋动测微头一周即△x=0．5mm衄记一个数值填入下表： (7)据所得结果计算灵敏度△s=△v／△x(式中△x为梁的自由端位移变化，△v为V／F 表显示的电压值的相应变化)。 (8)实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。
传感器及检测技术
项目一 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理 1.1.1 测量与测量方法 1.检测 2.测量方法 (1)电测法和非电测法 (2)直接测量和间接测量 (3)静态测量和动态测量 (4)接触性测量和非接触性测量 (5)模拟式测量和数字式测量 1.1.2 测量误差及其表示方法 测量误差：测量值与其真值之间的差值 例：某温度计的量程范围为0-500oC ，校验时该表的最大绝对误差为6oC ，试确定其精度等级？ 查表1.1，精度等级应定为1.5级 任务1： 现有0.5级的0~300oC 和1.0级0~100oC 的两个温度计，欲测量80oC 的温度，试问选用哪一个温度计好？为什么？在选用仪器时应考虑哪些方面？ 实施： 0.5级的0~300oC 的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为： 用其测量80oC 可能出现的最大示值相对误差为： ?? ? ? ? ???? ?引用误差示值（标称）相对误差实际相对误差相对误差绝对误差x γγ%.21%100500 6 %100=?= ??= m m m A x γ5 .1)0300(%5.0111=-?==?m m m A x γ
1.0级的0~100oC 的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为： 用其测量80oC 可能出现的最大示值相对误差为： 结论：选用1.0级的0~100oC 的温度计较好。选用仪器时，不能单纯追求精度，而是要兼顾精度和量程 1.1.3 测量误差的分类及来源 1.系统误差 2.随机误差 3.粗大误差（疏忽误差、过失误差) 4.缓变误差 任务2 传感器特性分析与传感器选用 1.2.1 传感器的组成及其分类 1.2.2 传感器的静态特性与指标 传感器的静态特性指标 1.精密度、准确度和精确度 2.稳定性 1 )0100(%.01222=-?==?m m m A x γ%25.1%10080 1 %10022=?= ??= x x m x γ?? ?动态特性 静态特性
邢台学院 实验教案2013 ～2014 学年度第一学期 课程名称传感器原理与应用实验学时学分18学时 0.5学分 专业班级10级自动化、电科本 授课教师梁丽娟 系部物理与电子工程学院
课程教学日历 课程名称：传感器原理与应用实验授课学期：第7学期
实验一 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能实验 一、实验目的： 1、了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥、半桥、全桥的工作原理和性能 2、比较单臂电桥、半桥、全桥的不同性能，了解其特点 3、比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论 二、基本原理： 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为： εK R R =?/ 式中R R /?为电阻丝电阻的相对变化，K 为应变灵敏系数，l l /?=ε为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位的受力状态变化，电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。 单臂电桥输出电压U O14/εEK =。 不同受力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uo 2=2/εEK 。 全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻值：R 1= R 2= R 3= R 4，其变化值ΔR 1=ΔR 2=ΔR 3=ΔR 4时，其桥路输出电压U o3=εKE 。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。 三、需用器件与单元： 应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表、±15V 电源、±4V 电源 四、实验步骤： 1、根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模块的左上方的R 1、R 2、R 3、R 4。加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R 1= R 2= R 3= R 4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。 固固 图1-1 应变式传感器安装示意图
传感器与检测技术试卷及答案23657
1．属于传感器动态特性指标的是（D ） A 重复性 B 线性度 C 灵敏度 D 固有频率 2 误差分类，下列不属于的是（B ） A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差 D粗大误差 3、非线性度是表示校准（B ）的程度。 A、接近真值 B、偏离拟合直线 C、正反行程不重合 D、重复性 4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ） A、转换元件 B、敏感元件 C、转换电路 D、放大电路 5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C） A 工作频率宽 B 线性范围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大 6 下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B） A 应变式传感器 B 化学型传感器 C 压电式传感器 D热电式传感器 7 传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D） A 测量 B感知 C 信号调节 D 转换 8 回程误差表明的是在（C）期间输出输入特性曲线不重合的程度 A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量 9、仪表的精度等级是用仪表的（C）来表示的。 A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差 D粗大误差 二、判断 1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按 一定规律变化的误差称为系统误差。（√） 2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。（×） 3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度高的准确度不一定高（×） 4 平均值就是真值。（×） 5 在n次等精度测量中，算术平均值的标准差为单次测量的1/n。（×） 6.线性度就是非线性误差.（×） 7.传感器由被测量，敏感元件，转换元件，信号调理转换电路，输出电源组成.（√） 8.传感器的被测量一定就是非电量（×） 9.测量不确定度是随机误差与系统误差的综合。（√） 10传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，是为了确定传感器静态特性指标和动态特性参数（√） 二、简答题：（50分） 1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。
P/N 57438 C213001A ? 快速简便的按键编程设定，无需电位器调整 ? 开关量和模拟量输出可以同时或单独使用，可选增量或减量输出? 远程设定输入可保证设定安全和方便 ? 检测距离可选150mm ~ 1000mm 和300mm ~ 2000mm 两种? 宽范围操作温度-20oC ~ +70oC ? 开关量输出可选NPN 和PNP 型，模拟量输出可选0 ~ 10V 或4 ~ 20mA ? LED 指示灯可显示电源上电，信号强度和输出? 可选2m 或9m 电缆式或5芯接插件式? 紧凑的自含式外型 ? 防护等级IEC IP67, NEMA 6P ，适应恶劣的外部环境 * 注：9m 电缆式需在型号后加“W/30”后缀，例如：T30UUNA W/30
U-GAGE T30系列开关量和模拟量输出超声波传感器 U-GAGE T30系统是超声波检测方面一种操作简便、效果理想的超声波传感器。简单的按键设定方式可满足各种应用场合。特别是测量方面如液位检测和不同高度物体的分拣等。 每个传感器均有一个模拟量和一个开关量输出端，它们可以设定为具有相同的检测窗口，也可以分别设定为具有不同的检测窗口，每个输出还可设定为以设定点为中心的10mm 宽的检测窗口。 检测窗口 检测窗口可以通过多种方法设定，下面介绍按键编程步骤，远程设定端的使用方法见第4页。 注：当传感器处于编程和工作状态之间时，所有指示灯熄灭，然后根据设定状态，相应指示灯亮。在编程状态时，传感检测窗口为最大范围。 模拟量或开关量窗口设定 1. 选择要设定的输出（模拟量或开关量），按住相应按键2 秒以上，直到绿色 电源指示灯熄灭，相应的黄色输出指示灯亮，此时传感器进入编程状态。2. 将检测物放置在第一个位置并按一下按键，使传感器记忆第一个位置，此时， 黄色输出指示灯闪，表示第一个位置记忆完毕，准备设定第二个位置。 3. 将被测物放置在第二个位置并按一下按键，使传感器记忆第二个位置，此时， 黄色输出指示灯熄灭，绿色电源指示灯亮，此时，传感器进入正常工作状态。 4. 重复以上步骤设定另外一路输出（开关量或模拟量） 注：在设定第二个位置之前，按住相同按键并保持2 秒以上，将退出编程状态，传感器将工作在上次设定的状态下。 使用自动零点特性设定模拟量或开关量输出 在某些应用中，需要以设定点为中心的检测窗口。设定时只需要对相同位置设定两次，就可以将传感器设定为以该位置为中心，检测窗口宽度为10mm （±5mm）。 注：设定时允许有一定误差，如果两次位置并不相同（但小于10mm）中心将位于两个位置的中间。
《超声波位移传感器》教学设计
教学过程 师生互动 设计 意图教师活动学生活动 新课引入（5分钟） 师生互动 教师活动学生活动 概念引入：上课之前，老师先为大家演示一个实 验：拿出手机，打一个，在通话界面用手靠近手 机会发现手机黑屏了，但任然在通话，这就避免 了打的时候误操作，也节省了电量！ 老师提问：为什么靠近过一点距离手机会黑屏？ 是因为手上的温度还是因为遮挡了某种我们看 不见的东西？ 教师讲解：根据现象可以看到，当有物体接近手 机正面的小区域时，手机就会黑屏，远离后又亮 屏。所以决定因素是距离，这就是距离传感器， 也是位移传感器的一种。 【板书】课题：超声波位移传感器 引导学生进行相通的 探究实验，用不同的物 体（温度不同的，透明 度不同的），从不同的 角度和高度接近目标 区域，观察现象。 用 生活家 常见的 现象， 提出问 题，调 动学生 学习的 兴趣， 并积极 思考。 新 课教 学（15分钟）生活中有哪些事物运用了位移传感器呢？老师 为大家准备了几个例子： 能感应自身位移的光电鼠标、能报警的倒车雷达 思考：它们的共同特征在哪里？ 引出位移传感器的概念： 位移传感器：是能够感知并且把物体的运动 位移、空间距离大小，如距离、位置、尺寸、速 度等非电学物理量转换成电学量的装置。 让学生了解生活 中有哪些地方用到传 感器，并思考位移传感 器的共同特征，互相交 流，表达自己的观点。 回答：它们可以通过感 知光照、声波、磁场等 物理量测量距离 让 学生了 解传感 器给生 活带来 的积极 影响， 培养学 生发现 问题的 能力， 体现从 生活走 向物理 的理 念。
传感器及应用教学大纲 一、课程说明 课程性质：专业核心课 课程描述： “传感器技术”是电子、机电与自动控制类专业的专业核心课，是必修课。通过本课程的学习，学生能了解传感器的基本概念、传感器的构成、传感器工作的有关定律、传感器的作用、传感器和现代检测技术发展的趋势。其作用是通过本课程的学习，培养学生利用现代电子技术、传感器技术和计算机技术解决生产实际息采集与处理问题的能力，为工业测控系统的设计与开发奠定基础。 知识目标：掌握主要传感器的原理、特性，各种应用条件下传感器的选用原则和应用电路设计。 技能目标：独立分析、解决传感器方面问题的能力；利用网络、数据手册、厂商名录等获取和查阅传感器技术资料的能力。 素质目标：具有较强的专业素质，不断进行创新。 教学重点与难点： 课程重点：电阻式、电感式传感器的原理与应用，霍尔式传感器，电流、电压传感器。 课程难点：各种传感器的温度误差与补偿，电容式传感器的屏蔽技术，光纤传感器的原理。 适用专业：机电一体化、电气自动化专业 学时数：80学时 二、教学目的与容 1 传感器技术基础（2学时） 教学目的与要求： 明确“传感器技术”在专业培养计划中的地位，课程的性质、任务和大体容，传感器在现代生产、生活中的作用。了解检测技术与传感器的定义、组成、作用和分类，了解传感器的静、动态特性，掌握传感器常用的技术指标。 教学重点与难点： 教学重点：传感器的定义、组成和作用 教学难点：传感器的技术指标 教学容： 1）传感器简介 （1）传感器的定义
（2）传感器的组成与作用 2）传感器的分类 （1）按工作原理分 （2）按被测量分 （3）按输出信号性质分 3）传感器的特性及主要技术指标 （1）静态特性和动态特性 （2）主要技术指标 2 电阻式传感器（6学时） 教学目的与要求： 理解电阻式传感器的组成和基本原理，了解电阻式传感器的常用类型。掌握应变片式传感器的形式、特点、应用方法和转换电路。 教学重点与难点： 教学重点：电阻式传感器的组成和基本原理 教学难点：电阻应变片的工作原理 教学容： 1）电位器式传感器（2学时） （1）电位器式传感器的基本工作原理 （2）电位器式传感器的输出特性 （3）电位器式传感器的特性 （4）电位器式位移传感器 2）应变式传感器（2学时） （1）电阻应变片的结构和工作原理 （2）电阻应变片的特性 （3）测量电路 （4）温度误差与补偿 3）压阻式传感器（2学时） （1）压阻效应 （2）结构与特性 （3）固态压阻传感器测量电路 （4）温度补偿 3 变磁阻式传感器（4学时） 教学目的与要求： 掌握三种变磁阻式传感器（电感式传感器、差分变压器式传感器、电涡流式传感器）的基本结构和工作原理，了解上述传感器将非电量信号转换成电信号的过程，了解三种变磁阻式传感器的特点、
位移传感器又称为线性传感器，它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，位移传感器超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。 简介 电感式位移传感器具有无滑动触点，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，并且低功耗，长寿命，可使用在各种恶劣条件下。位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制。 位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量，位移的测量方式所涉及的范围是相当广泛的。小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测，大的位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高（目前分辨率最高的可达到纳米级）、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。 原理 计量光栅是利用光栅的莫尔条纹现象来测量位移的。“莫尔”原出于法文Moire，意思是水波纹。几百年前法国丝绸工人发现，当两层薄丝绸叠在一起时，将产生水波纹状花样；如果薄绸子相对运动，则花样也跟着移动，这种奇怪的花纹就是莫尔条纹。一般来说，只要是有一定周期的曲线簇重叠起来，便会产生莫尔条纹。计量光栅在实际应用上有透射光栅和反射光栅两种；按其作用原理又可分为辐射光栅和相位光栅；按其用途可分为直线光栅和圆光栅。下面以透射光栅为例加以讨论。透射光栅尺上均匀地刻有平行的刻线即栅线，a为刻线宽，b为两刻线之间缝宽，W=a+b称为光栅栅距。目前国内常用的光栅每毫米刻成10、25、50、100、250条等线条。光栅的横向莫尔条纹测位移，需要两块光栅。一块光栅称为主光栅，它的大小与测量范围相一致；另一块是很小的一块，称为指示光栅。为了测量位移，必须在主光栅侧加光源，在指示光栅侧加光电接收元件。当主光栅和指示光栅相对移动时，由于光栅的遮光作用而使莫尔条纹移动，固定在指示光栅侧的光电元件，将光强变化转换成电信号。由于光源的大小有限及光栅的衍射作用，使得信号为脉动信号。 信号处理 辨向原理 在实际应用中，位移具有两个方向，即选定一个方向后，位移有正负之
实验三超声波测距电路设计 一．实习的性质：综合 二．实验目的： 通过本实验了解和掌握超声波传感器测量的原理和方法，加深理解超声波传感器的处理电路设计，掌握温度补偿的办法及提高测量精度的方法。 三、实验的时间分配：总学时12学时 1、电路设计4学时 2、电路焊接4学时 3、电路调试4学时 四、实验地点：东一教811和816实验室 五、实验要求： 1、理解超声波测距原理及方法。 2、根据给出的题目，参照附录中给定的题目所需的参考资料，自行设计超声波测距的发射与接收电路，并理解和掌握整体电路的设计思路和电路的工作原理。 3、根据设计的电路图独立完成电路的焊接及调试工作，掌握焊接方法及调试步骤。 扩展练习：采用单片机实现超声波测距的原理、方法及接口电路的设计。 六、实验原理 声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。根据振动频率的不同，可分为次声波、声波、超声波和微波等。 1)次声波：振动频率低于l6Hz的机械波。 2)声波：振动频率在16—20KHz之间的机械波，在这个频率范围内能为人耳所闻。 3)超声波：高于20KHz的机械波。 超声波与一般声波比较，它的振动频率高，而且波长短，因而具有束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远远大于振幅相同的一般声波，并且具有很高的穿透能力。例如，在钢材中甚至可穿透10米以上。 超声波在均匀介质中按直线方向传播，但到达界面或者遇到另一种介质时，也像光波一样产生反射和折射，并且服从几何光学的反射、折射定律。超声波在反射、折射过程中，其能量及波型都将发生变化。 超声波在界面上的反射能量与透射能量的变化。取决于两种介质声阻抗特性。和其他声波一样，两介质的声阻抗特性差愈大，则反射波的强度愈大。例如，钢与空气的声阻抗特性相差10万倍，故超声波几乎不通过空气与钢的介面，全部反射。 超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减，能量的衰减决定于波的扩散、散射 (或漫射)及吸收。扩散衰减，是超声波随着传播距离的增加，在单位面积内声能的减弱；散射衰减，是由于介质不均匀性产生的能量损失；超声波被介质吸收后，将声能直接转换为热能，这是由于介质的导热性、粘滞性及弹性造成的。
第四节：传感器的应用实验学案 【学习目标】 1、知道二极管的单向导电性和发光二极管的发光特性。 2、知道晶体三极管的放大特性。 3、掌握逻辑电路的基本知识和基本应用。［来一网］ 【学习重点】：传感器的应用实例。 【学习难点】：由门电路控制的传感器的工作原理。 【教学过程】 」、问题引入 上节课我们学习了温度传感器、光传感器及其工作原理。请大家回忆一下我们些具体的温度、光 学了哪传感器？ 二、学习新课 阅读下列学习资料总结二极管的特点和作用： （一）、普通二极管和发光二极管 固态电子器件中的半导体两端器件。起源于19世纪末发现的点接触二极管效应，发展于20世纪 30年代，主要特征是具有单向导电性，即整流特性。利用不同的半导体材料、掺杂分布、几何结构，可制成不同类型的二极管，用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。例如稳压二极管可在电源电路中提供固定偏压和进行过压保护；雪崩二极管作为固体微波功率源，用于小型固体发射机中的发射源；半导体光电二极管能实现光-电能量的转换，可用来探测光辐射信号；半导体发光二极管能实现电-光 能量的转换，可用作指示灯、文字-数字显示、光耦合器件、光通信系统光源等；肖特基二极管可用于微波电路中的混频、检波、调制、超高速开关、倍频和低噪声参量放大等。按用途分：检波二极管、整流二极 管、稳压二极管、开关管、光电管。按结构分：点接触型二极管、面接触型二极管 发光二极管简称为LED。由镓（Ga ）与砷（AS ）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射岀可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向 导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN 结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和 空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放岀的能量多少不同，释放岀的能量越多，则发岀的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
xx 职业技术学院 教案 xxxxxxxx学年第二学期 课程名称：传感与检测技术 授课教师： xxxxxx 课程所属系（部）：信息与工程系
课程名称: 传感与检测技术 授课班级： 10应用电子技术 实践课 总学时：52学时 学分：4 使用教材：宋雪臣主编《传感器与检测技术》人民邮电出版社20XX 年5月第1版 教学方法、手段：讲授、实训 考核方式：考试 主要参考书目： 俞志根主编《传感器与检测技术》科学出版社20XX年7月第1版 宋雪臣主编《传感器与检测技术》人民邮电出版社20XX年11月第1版 冯柏群祁和义主编《检测与传感技术》人民邮电出版社20XX 年4月第1版 赵玉刚主编《传感器基础》中国林业出版社北京大学出版社20XX年8月第1版
授课日期：20XX年2月15日第1、2节 标题：第1章传感器的基本知识 教学目的与要求： 掌握传感器的概念及组成，熟悉传感器的分类方法，了解传感器的命名方法，掌握传感器的一般特性。 授课时数：2学时 教学重点和难点： 教学重点：1、传感器的定义与组成。 教学难点：1、传感器的静态和动态特性。 教学内容及过程： 教学内容方法与手段时间分配 第一课时 第1章传感器的基本知识 1.1传感器的作用与地位 PPT 、讲授法 10分钟 世界是由物质组成的，各种事物都是物质的不同形态。人们为了从外界获得信息，必须借助于感觉器官。 人的“五官”——眼、耳、鼻、舌、皮肤分别具有视、听、嗅、味、触觉等直接感受周围事物变化的功能，人的大脑对“五官”感受到的信息进行加工、处理，从而调节人的行为活动。 人们在研究自然现象、规律以及生产活动中，有时需要对某一事物的存在与否作定性了解，有时需要进行大量的实验测量以确定对象的量值的确切数据，所以单靠人的自身感觉器官的功能是远远不够的，需要借助于某种仪器设备来完成，这种仪器设备就是传感器。传感器是人类“五官”的延伸，是信息采集系统的首要部件。 非电量不能直接使用一般的电工仪表和电子仪器进行测量，因为一般的电工仪表和电子仪器只能测量电量，要求输入的信号为电信号。 非电量需要转化成与其有一定关系的电量，再进行测量，实现这种转换技术的器件就是传感器。 传感器是获取自然或生产中信息的关键器件，是现代信息系统和各种装备不可缺少的信息采集工具。采用传感器技术的非电量电测方法，就是目前应用最广泛的测量技术。 随着科学技术的发展，传感器技术、通信技术和计算机技术构成了现代信息产业的三大支柱产业，分别充当信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”，他们构成了一个完整的自动检测系统。
东北石油大学 课程设计 2015年7 月 8日
任务书 课程传感器课程设计 题目电感式位移传感器应用电路设计 专业测控技术与仪器姓名祖景瑞学号 主要内容： 本设计要完成电感式位移传感器应用电路的设计，通过学习和掌握电感式传感器的原理、工作方式及应用来设计一个电路。电路要能够检测一定范围内位移的测量，并且能够通过LED进行数字显示。位移传感器又称为线性传感器，常用的有电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器等技术。 基本要求： 1、能够检测 0~20cm 的位移； 2、电压输出为 1~5V； 3、电流输出为 4~20mA； 主要参考资料： [1] 贾伯年，俞朴.传感器技术[M].南京：东南大学出版社，2006：68-69. [2]王煜东. 传感器及应用[M].北京：机械工业出版社，2005：5-9. [3] 唐文彦.传感器[M].北京：机械工业出版社，2007: 48-50. [4] 谢志萍.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2002:80-90.完成期限—
指导教师 专业负责人 2015年 7 月 1 日
摘要 测量位移的方法很多，现已形成多种位移传感器,而且有向小型化、数字化、智能化方向发展的趋势。位移传感器又称为线性传感器，常用的有电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器，磁致伸缩位移传感器以及基于光学的干涉测量法，光外差法，电镜法，激光三角测量法和光谱共焦位移传感器等技术。电感式位移传感器具有无滑动触点，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，并且低功耗，长寿命，可使用在各种恶劣条件下。电感式位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制方面。针对目前电感式位移传感器的应用现状，本文提出了一种电感式位移传感器的设计方法，具有控制及数据处理等功能，结构简单、成本低等优点，可以广泛应用于机械位移的测量与控制。 关键词：电感式传感器；自感式传感器；测量位移；位移传感器
第10课扫地机器人 一、教材分析 基于传感器的教育机器人的学习和应用是随着信息技术应运而生的教学内容，本课就从生活出发，将清洁机器人作为教学内容进行设计，综合应用传感器和舵机完成能实现避障和清扫操作的清洁机器人。教学内容主要分为任务分析、模块搭建和程序编写与运行，教师在教学时可以先让学生观察清扫机器人，引导学生分析清扫机器人的任务，再展开教学。扫地机器人的学习是在超声波传感器实践应用的基础上展开的，主要要求学生学习拼搭舵机，再结合已学的避障程序进行舵机程序的添加，因此建议通过迁移应用实践于课堂中。 二、学情分析 根据皮亚杰的认知发展规律可知，本课的学习对象六年级的学生已经具备了一定的逻辑思维能力，能通过任务的铺垫分析清洁机器人的工作任务。学生在本课之前的学习中，已经接触了实体机器人的应用，搭建实现清洁机器人的脚本在学生的实践能力范围内。但本课加入了舵机的拼搭和使用，对学生的操作能力又提高了要求，可以结合学生的实践探究和教师的搭建分享展开学习。 三、教学目标与要求 理解“如果那么否则”语句的含义，学会拼搭清洁机器人，理解超声波测距传感器的应用原理，完成避障程序搭建。通过分析清洁机器人的任务，体验思维和分析的过程，初步掌握问题分析的基本方法。通过清洁机器人，感受机器人的可实践性，感受信息技术发展的变化，形成乐学的学习态度，实现技术发展的愿望。 四、教学重点与难点
1. 重点：理解“如果那么否则”语句。 2. 难点：理解避障程序和清扫程序的顺序关系。 五、教学方法与手段 本课采用任务驱动法，让学生在有引导的教学环境中围绕任务分解任务，在小组讨论的过程中迁移运用已有知识，不断优化各分解任务，最终整合实现清洁机器人的任务效果。 六、课时安排 安排1课时。 七、教学准备 教学课件、教师用演示文稿和学生用演示文稿。 八、教学过程 （一）情境导入 教师：同学们，今天老师到家看到了这样的场景！（出示图片）怎么办？工作一天已经很累了，我想休息一下，能有个机器人帮帮我吗？ 学生提出机器人来清洁。 教师：对呀！有清洁机器人，商场里看到过很多呢！其实清洁机器人我们也能自己做，今天跟着老师一起来做一做清洁机器人！（板书：清洁机器人）【设计意图】通过提出生活实践中的问题，学生初步形成解决问题的意识，并揭示主题“清洁机器人”的搭建。 （二）实践探究 1. 项目分析
高中物理《传感器的应用实验》教案转载 一、教材分析 本节继第三节介绍四种传感器的应用实例之后，再进一步拓展学生的视野，提高学生的认识和分析能力以及动手能力，并通过实验的方法，让学生在组装和调试中，更为深入地认识传感器的应用。 二、教学目标 1．知识目标： （1）、知道二极管的单向导电性和发光二极管的发光特性。 （2）、知道晶体三极管的放大特性。 (3)、掌握逻辑电路的基本知识和基本应用。 2．能力目标： 通过实验的方法，让学生在组装和调试中，更为深入地认识传感器的应用。 3．情感、态度和价值观目标： 培养学生的学习兴趣，倡导以创新为主，实践为重的素质教育理念。 三、教学重点难点 重点：传感器的应用实例。 难点：由门电路控制的传感器的工作原理。 四、学情分析 我们的学生属于理解较差，动手能力不好，尽量让学生多动手，必要时需要教师指导并借助动画给予直观的认识。 五、教学方法 PPT课件，演示实验，讲授 六、课前准备 1．学生的学习准备：预习新课，初步把握实验原理及方法步骤。 2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。3．教学环境的设计和布置：四人一组，课前准备好斯密特触发器或非门电路，二极管，三极管，蜂鸣器，滑线变阻器，热敏电阻，光敏电阻等材料用具。 七、课时安排：1课时 八、教学过程 （一）预习检查、总结疑惑 检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。 （二）情景导入、展示目标。 上节课我们学习了温度传感器、光传感器及其工作原理。请大家回忆一下我们学了哪些具体的温度、光传感器？
学生思考后回答：电饭锅，测温仪，鼠标器，火灾报警器 这节课我们将结合简单逻辑电路中的知识学习由门电路以及传感器控制的电路问题。（三）合作探究、精讲点拨。 探究一：（！）普通二极管和发光二极管 1、二极管具有单向导电性 2、发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能发光，普通发光二极管使用磷化镓或磷砷化镓等半导体材料制成，直接将电能转化为光能，该类发光二极管的正向导通电压大于1.8V。 （2）晶体三极管 1、三极管具有电流放大作用。 2、晶体三极管能够将微弱的信号放大，晶体三极管的三个极分别是发射极e，基极b和集电极c。 3、传感器输出的电流和电压很小，用一个三极管可以放大几十倍或几百倍，三极管的放大作用表现为基极b的电流对集电极c的电流起了控制作用。 （三）逻辑电路 逻辑门电路符号图包括与门，或门，非门， 1．与逻辑 对于与门电路，只要一个输入端输入为0，则输出端一定是0，只有当所有输入端输入都同为1时，输出才是1. 2．或逻辑 对于或门电路，只要一个输入端输入为1，则输出一定是1，反之，只有当所有输入端都为0时，输出端才是0. 3.非门电路 对于非门电路，当输入为0时，输出总是1，当输入为1时，输出反而是0，非门电路也称反相器。 4.斯密特电路： 斯密特触发器是特殊的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值1.6V时，输出端Y会突然从高电平调到低电平0.25V，而当输入端A的电压下降到另一个值的时候0.8V，Y会从低电平跳到高电平3.4V。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。而这正是进行光控所需要的。 探究点二：应用实例 1、光控开关 电路组成：斯密特触发器，光敏电阻，发光二极管LED模仿路灯，滑线变阻器，定值电阻，电路如图所示。
传感器与检测技术 传感器与检测技术 第一章概述 传感器：是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 1.1 机电一体化系统常用传感器 1.1.1 传感器的组成 传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。 ①敏感元件：是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力、力矩转换为位移或应变输出）。 ②转换元件：是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻、电感、电容）及电流或电压等电信号。 ③基本转换电路：是将该电信号转换成便于传输，处理的电量。 大多数传感器为开环系统，也有带反馈的闭环系统。 1.1.2 传感器的分类 1．按被测量对象分类： （1）内部信息传感器：主要检测系统内部的位置、速度、力、力矩、温度以及异常变化。 （2）外部信息传感器：主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距）。 2．传感器按工作机理： （1）物性型传感器:利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的
（主要有：光电式传感器、压电式传感器）。 （2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有 电感式传感器、电容式传感器、光栅式传感器）。 3．按被测物理量分类 如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。 4. 按工作原理分类 可分为电阻式、电感式、电容式、光电式、磁电式、压电式、热电式、陀螺式、机械式、流体式。有利于传感器的设计和应用： 5. 按传感器能量源分类： （1）无源型：不需外加电源，而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转换型； （2）有源型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。电阻式包括光敏电阻、热敏电阻、湿敏电阻等形式。 6. 按输出信号的性质分类： （1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开(ON)和关（OFF）； （2）模拟型：输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性； （3）数字型：①计数型：又称脉冲数字型，它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比，加上计数器可对输入量进行计数；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化。其代码“1”为高电平，“0”为低电平。 ①开关型（二值型）：包括接触型（微动开关、行程开关、接触开关）、非接触型（光电开关、接近开关）； ②模拟型：包括电阻型（电位器、电阻应变片）、电压\电流型（热电偶、光电电池）、电容\电感型（电容、电感式位置传感器）； ③数字型：包括计数型（脉冲或方波信号+计数器）、代码型（回转编码器、礠尺）。
综合实践研究性学习 开展创新性活动品位创新的快乐 《有趣的超声波传感器》 北京市丰台区丰台第五小学 郝劲峰
一、指导思想与理论依据 （一）指导思想 综合实践的总目标是密切学生与生活的联系,推进学生对自然、社会和自我之内在联系的整体认识与体验，发展学生的创新能力、实践能力以及良好的个性品质。 （二）理论依据 1. 坚持学生的自主选择和主动参与,发展学生的创新精神和实践能力 综合实践活动的实施要以学生的直接经验或体验为基础，将学生的需要、动机和兴趣置于核心地位,充分发挥学生的主动性和积极性,鼓励学生自主选择活动主题,积极开展活动,在活动中发展创新精神和实践能力。 2. 面向学生完整的生活领域,为学生提供开放的个性发展空间 综合实践活动的实施是面向学生完整的生活领域，引领学生走向现实的社会生活，促进学生与生活的联系，为学生的个性发展提供开放的空间。 3. 注重学生的亲身体验和积极实践，促进学习方式的变革 综合实践活动的实施强调学生乐于探究、勤于动手和勇于实践，注重学生在实践性学习活动过程中的体验和感受，要求学生超越单一的接受学习，亲身经历实践过程，体验实践活动，实现学习方式的变革。 二、教材分析 1.教学内容： 《有趣的超声波传感器》是我校自主开发的机器人校本课程中的四年级部分。本课共分为两课时，第一课时，学生学习认识超声波的概念，理解超声波传感器测距的原理，并能够使用超声波进行实际距离的测量。本节课重点在与超声波在程序中的应用，通过超声波等待模块的使用来实现自动停车，机器人避障的效果，让学生感受程序与传感器共用所带来的神奇与乐趣。 2.知识背景： （1）声波：发声体产生的振动在空气或其他物质中的传播叫做声波。根据震动频率及人耳朵能够听到的范围分为次声波（震动频率20赫兹一下），声波（震动频率在20-20000赫兹之间），超声波（震动频率在20000赫兹以上） （2）超声波：声音的震动频率在20000赫兹以上，超出人耳朵能够听到的范围的声波。超声波具有良好的指向性、传导性。 （3）超声波传感器：将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。，多用于测距、医疗检查、金属探伤、雷达等设计，为人们的工作和生活提供了方便。 作为教师，选择的活动载体，一定要既具有普遍性，同时又能够突显出教育目标。在活动过程中，学生的主要精力应放在对方法的掌握和运用上，尽量避免过难的知识对主要教学目标的达成产生较大的干扰和阻碍。本次活动方案选择“超声波”作为活动的载体，有两层含义：从生活中看，超声波是声音的一种，源于学生的生活；从科学上看超声波又具有很多有神奇的特性，激发学生对科学的兴趣和求知欲。
第六章传感器 6． 4 传感器的应用实验 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．了解两个实验的基本原理。 2．通过实验，加深对传感器作用的体会，培养自己的动手能力。 （二）过程与方法通过实验培养动手能力，体会传感器在实际中的应用。 （三）情感、态度与价值观 在实验中通过动手组装和调试，增强理论联系实际的意识，激发学习兴趣，科学态 培养良好的度。 ★教学重点 1．了解斯密特触发器的工作特点，能够分析光控电路的工作原理。2．温度报警器的电路工作原理。 ★教学难点 光控电路和温度报警器电路的工作原理。 ★教学方法
实验法、观察法、讨论法。 ★教学工具 实验过程中用到的有关器材、元器件等，由实验室统一准备
★教学过程来源学科网ZXXK] （一）引入新课 师：随着人们生活水平的提高，传感器在工农业生产中的应用越来越广泛，如走廊里的声、光控开关、温度报警器、孵小鸡用的恒温箱、路灯的自动控制、银行门口的自动门等，都用到了传感器.传感器的工作离不开电子电路，传感器只是把非电学量转换成电学量, 对电学量的放大，处理均是通过电子元件组成的电路来完成的. 这节课我们就来动手组装光控开关或温度报警器。 （二）进行新课 实验1、光控开关 1 ?实验原理及知识准备 Y//十 LED 1 +5V 师：（投影）如图所示光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，R G为光敏电阻，R i的 最大电阻为51 k Q , R2为330 k Q,试分析其工作原理. 生：白天，光强度较大，光敏电阻R G电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y 输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，R G的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值（1.6V）,输出端Y突然从高电 平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光（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. 师：要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R i的阻值调大些还是调小些？为什么？ 生：应该把R i的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值（如 1.6V，就需要R G的阻值达到更大，即天色更暗。。 师：用白炽灯模仿路灯，为何要用到继电器？ 生：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，就要使用继电器来启闭工作电路. 师：（投影）如图所示电磁继电器工作电路，图中虚线框内即为电磁继电器，D为动触点，E为静触 V ri . 'U Rg 低压控制电路