题目：角度传感器简单应用系统
学院：信息电子技术学院
年级：08级
专业：生物医学工程
姓名：黄新
学号：0809024109
指导教师：武俊丽(副教授)
摘要
角度测量是技术测量中的一个重要组成部分，随着生产和科学技术的发展，对产品和零部件角度测量应用越来越广泛，对精度要求也越来越高。特别是在现代工业技术中，角度是机械、仪器仪表和电子产品制造业中的重要几何参数之一，它的准确度直接影响着产品的质量与寿命，因而角度测量在现代工业中占有重要的地位。角度传感器是用来测量固定部件和转动部件之间的旋转角度，广泛应用于动态系统的角度精密测量，如惯性导航、机械控制、无人驾驶飞行器、指挥仪和雷达等系统的方位角或俯仰角测量。
本课题设计一个角度传感器应用系统，该系统能控制倾斜角度，保持水平和显示倾斜角度值等功能。硬件部分主要包括STC89C52单片机最小系统，ULN2003电机驱动电路，SCA60C倾角传感器，电源模块,数码管显示模块等。系统通过角度传感器实时采集角度信号，采用STC89C52单片机控制并产生脉冲信号精确控制步进电机的转速和角度，ULN2003作为电机驱动模块，IO口输出具有时序的脉冲信号作为4相5线步进电机的控制信号，进而驱动28BYJ-48步进电机，使步进电机上的平板随着摆杆的摆动而旋转。系统还可以通过键盘输入系统设置步进电机所要达到的角度值。用数码管显示器显示设置角度值。当步进电机达到设置值时，启动报警装置。此时步进电机停止工作，数码管显示设置角度值。
关键词：角度测量；SCA60C角度传感器；STC89C52单片机
Abstract
Angle measurement is an important part of the technical measurement, and measurement applications with the development of production and science and technology, products and parts more widely and increasingly high precision. Particularly in the modern industrial technology, the angle is one of the important geometrical parameters in machinery, instrumentation, and electronic products manufacturing, its accuracy has a direct impact on the quality of the product life, and thus the angle measurement in modern industry occupies an important status. The angle sensor is used to measure the angle of rotation between the fixed parts and rotating parts are widely used in the dynamic system point of view the precision measurement of the azimuth or elevation, such as inertial navigation, machine control, unmanned aerial vehicles, command analyzer and radar systems angle measurements.
This project is to design an angle sensor applications, the system can control the tilt angle, keeping it level and display tilt angle value.Angle sensor applications STC89C52 microcontroller, precise control of speed and angle of the stepper, the stepper motor on the tablet can swing to the preset angle pulse signal generated by the microcontroller. Stepper motor offset angle sensor real-time monitoring. Angle value is displayed in real time through the digital display. The hardware part including STC89C52 smallest single-chip system, the ULN2003 the motor drive circuit, SCA60C tilt sensor, power supply module, digital tube display module. Real-time acquisition system through the angle sensor angle signal using STC89C52 SCM, ULN2003 as motor drive modules, IO port output timing pulse signal as phase 4 wire stepper motor control signals and then drive 28BYJ-48 stepper motor, so that stepper motor plate and rotate with the swing of the pendulum. The system can also set the stepper motor through the keyboard input system to achieve the angle value. Digital tube display to set the angle value. Reaches the set value when the stepping motor to start the alarm device. The stepper motor to stop working, the digital display to set the angle value.
Keywords: angle measurement; the SCA60 angle sensor; STC89C52 microcontroller
目录
第 1 章绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1
1.1 角度测量研究意义 (1)
1.2 角度测量研究现状 (3)
1.3 主要角度传感器介绍 (5)
1.3.1电位器式角度传感器 (5)
1.3.2光栅式角度传感器 (5)
1.3.3磁感应同步器 (5)
1.3.4霍尔角度传感器 (5)
1.4 主要研究内容 (6)
第 2 章开发工具以及需求分析的介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 7
2.1 C语言介绍 (7)
2.2 系统开发用到的工具 (9)
2.2.1 Altium Desiger工具 (9)
2.2.2 Keil工具软件 (12)
2.3 需求分析 (14)
2.3.1角度传感器 (14)
2.3.2步进电机 (16)
2.3.3单片机 (18)
第 3 章系统硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 22
3.1 系统总体设计框图 (22)
3.2 方案比较与论证 (22)
3.2.1角度测量选择与论证 (23)
3.2.2步进电机选择与论证 (24)
3.2.3控制器选择与论证 (24)
3.2.4电机驱动选择与论证 (24)
3.2.5显示装置选择与论证 (25)
3.3 硬件设计电路 (25)
3.3.1角度采样电路 (25)
3.3.2步进电机驱动电路 (27)
3.3.3主机控制部分 (28)
3.3.4键盘及显示部分 (30)
3.3.5串口部分 (32)
第 4 章系统软件设计与实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 33
4.1 系统主程序设计 (33)
4.2 系统模块设计 (34)
4.2.1键盘及显示程序 (34)
4.2.2步进电机驱动程序 (34)
4.2.3角度采集 (35)
4.2.4单片机控制程序 (35)
结论 (37)
致谢 (38)
参考文献 (39)
附录1 英文参考文献及其译文 (41)
附录2 程序源代码 (56)
附录3 原理图 (61)
第1章绪论
1.1 角度测量研究意义
我国是世界文明发达最早的国家之一，有着悠久的角度计量历史。从现己出土的部分文物及史料记载，在公元前几百年的战国时期，我国就已经有了简单的角度量具—铜矩尺。它与现代测量直角的直角尺形状相似，是我国目前发现的最早的角度量具。随着生产的发展，角度测量技术也在不断地改进和提高。特别是在现代工业技术中，角度是机械、仪器仪表和电子产品制造业中的重要几何参数之一，它的准确度直接影响着产品的质量与寿命，因而角度测量在现代工业中占有重要的地位。特别是近十几年，随着角度感器的发展和微型计算机在这方面的应用，使角度测量技术上升到了一个新的高度，测量范围和精度都有了很大的提高。如何进一步改进角度测量手段对提高加工精度和科学研究等方面都有十分重要的意义。
角度是一个十分重要的物理量。在国际上明确规定弧度(平面角单位)和球面度(立体角单位)是国际单位制中除七个基本物理量以外仅有的两个辅助单位。角度有四种表示形式，分别为弧度制、百进制、密位和六十分制。角度侧量是计量科学的重要组成部分，特别是微小角度的测量在精密加工，航空航天，通讯和军事等许多领域都具有非常重要的作用和意义。
角度测量的重要工具是角度传感器。角度传感器主要用来测量固定部件和转动部件之间的旋转角度。随着自动控制水平的不断提高，作为自动控制系统的重要元件，角度传感器得到了迅速的发展，逐渐成为仪表测量、工业自动化、信号检测和航空航海等领域的一种重要传感器。角度传感器应用范围广泛，已进入我们的生活的方方面面。诸如惯性导航、机械控制、无人驾驶飞行器、指挥仪、雷达、导弹、各种火炮、航天飞机和卫星等，均需要对方位角或俯仰角等多种动态角度进行精密测试。
SSA00系列标准版倾角传感器配合液位传感器用于山体滑坡或雪崩监测，通过无线传感系统将数据传输到中央控制系统，实时监测山体状态，可以有效减小山体滑坡带来的损失。
大坝垮塌事故已经发生过，为了及时发出预警信号，减少财产损失，通过倾角传感器的监测、观测仪器和设备，以及时取得反映大坝和基岩性态变化以及环境对大坝作用的各
种数据的观测和资料处理等工作。其目的是分析估计大坝的安全程度，以便及时采取措施，设法保证大坝安全运行。
为了实现挖掘机的三维空间定位，在安装工作装置个关节角度传感器的基础上，又安装平台回转角度检测装置和平台倾角传感器，并在斗杆上安装激光接收仪用于检测地面激光发射器发射的水平机关相对于接收仪零位的高度。建立挖掘机的运动学模式，推导车体相对于大地的坐标变换矩阵，即完成三维空间的车体定位，并得到常用简单的车体高程定位公式，实现挖掘机挖掘轨迹的三维空间定位为实现挖掘机的三维空间轨迹精确与挖掘机深度控制打下基础。
随着电子技术的发展和应用，汽车的安全性、舒适性和智能性越来越高。汽车侧向倾斜角度传感器的应用是防止汽车在行驶中发生倾翻事过的一种有效方法。是提高汽车安全性的重要措施，特别是越野车。双层客车等重心较高的汽车更有必要性。汽车倾翻的实质是：行驶中向外的倾翻力矩大于向里的稳定力矩，当重心高度一定时，倾斜力矩油倾翻力（向外的侧向力）决定。
近年来机器人技术发展很快，欧美等工业发达国家早就开始对各种机器人进行系统的研究，随着科技的进步和时的推移，取得了大量的研究成果。我们知道机器人上应用了大量的传感器，其中倾角传感器可以实时监测机器人的状态。
目前的轨道测量方式智能程度差,测量精度低,操作时间长,迫切需要设计一种适用于一般工务段使用的便携式智能化轨道检测仪倾角传感器用于轨检仪，用于实时检测铁道的倾斜度和高度差。
输电线铁塔的倒塌事件时有发生，一旦发生倒塌，将会造成巨大的损失，倾角传感器应用于输电线铁塔倾斜角度监测，可以实时监测输电线倾斜角度，一旦因为大风等自然灾害导致倾斜角度过大，实时发出预警信号，由工作人员维修减少损失。
倾角传感器在船载水平平台上应用，用于船载卫星跟踪天线的底座，以保持天线始终处于水平状态，对平台进行实时控制，可以隔离船体的俯仰和横滚运动，使平台处于水平。
太阳能是一种清节的能源，它的应用正在世纪范围内普遍的增长，利用太阳能发电就是一个使用太阳能的方式，因此为了得到充足的利用太阳能，如何选择太阳能电池方位角与倾斜角是一个重要的问题，利用倾角传感器调整角度，将太阳能的利用率进一步提高。
1.2角度测量研究现状
角度测量一般是通过传感器获取转角信号，经转换成电路参数量，再通过转换电路转
换成电信号输出。随着微处理器和集成芯片的发展，对输出信号的处理日趋完善，功能也日益强大，可直接显示、打印、记录、储存或供给控制系统，完成测量或控制的功能。角度传感器的应用十分广泛，涉及众多的行业，如机械加工、航空航天、智能机器人等，在当今的工业技术中占有重要的一席之地。
在机械工业中，处处需要角度测量。例如各种机床部件的水平和垂直位置的调整、生产中各零部件角度的检验、各种圆分度误差的检验以及切削刀具角度的检验等生产操作都离不开角度的测量。一般来说，依靠圆分度的机械式角度测量装置精度较低，但在引入了多齿分度技术后，一般被认为精度不很高的机械式角度测量仪器也有了新的发展。例如一种类似于齿轮端面离合器结构形式的多齿分度盘，己成为圆分度的重要器件。它可使分度差误差本来较大的单个齿盘，通过两个相同齿盘的紧密啮合后的平均效应将分度精度大为提高，目前己能达到跃居高精度圆分度行列。以多齿分度盘为圆分度器件的多齿分度台还具有结构简单、使用方便和对使用环境要求不高等许多优点。而且通过不同啮合齿数的两对以上齿盘的差动或细分装置，可获得较小的分度间隔。多齿分度技术的出现，为提高机械分度精度开辟了新的途径。机械式的角度测量技术发展得相对比较成熟，近几年对角度测量技术的研究和应用大都在光电技术上寻找突破口。特别是随着现代计算机技术的发展，诞生了多种多样的角度传感器。通常按工作原理来分有电位式角度传感器、电阻应变式角度传感器、光栅式角度传感器、磁栅式角度传感器、感应同步器和码盘式角度传感器等。各类角度传感器的主要性能汇总在表1-1，表中数据为近似值，鉴于同种原理有不同测量方法和数据处理方式，故得到的精度和分辨率并不一定相同。以下介绍几种典型的角度传感
器：
表1-1 角度传感器的主要性能量程
1.3主要角度传感器介绍
1.3.1 电位器式角度传感器
电位器是一种常用的电子元件，在仪表与传感器中可作为传感元件，把输入的机械位移(角位移或线位移)转换成与之成一定函数关系的电阻或电压输出。电位器式角度传感器的原理类似一个滑动变阻器，将导线紧密地缠绕在骨架上，导线上装有一电刷，当电刷位置改变时，电阻随之改变且阻值的变化与所转角度成一定函数关系。非线绕式的原理与线绕式的一致，不同的是在骨架上喷导电层或用导电材料制成骨架。骨架的形状可根据需要定制，用作测角传感器时一般做成圆弧形。这类角度传感器市场上比较常见，精度一般不高，适合一般的测量场合。例如上海智松传感科技有限公司生产的WDJ型号的角度传感器，其线性精度最高为0.1%。
1.3.2 光栅式角度传感器
光栅式角度传感器是依据莫尔条纹现象进行测量的。两块栅距相等的光栅夹角为0时，在单侧光源的照射下会产生莫尔条纹现象。光通过两块光栅后光能量的分布是一个近似的正弦波[5J。光栅相对移动一个周期时，莫尔条纹对应变化一个周期。此时在光栅背面设置一个光栏，并用光电元件来接受透过两块光栅的光能量，则光电元件输出的电压信号将随着光栅的移动而变化，移动一个栅距变化一个周期。可根据变化的周期来测量线位移或角位移。光栅式角度传感器的精度主要取决于光栅的刻线密度，密度越大的精度越高，常用的是300一1500线/毫米。受加工水平的影响，其密度不可能无限提高。目前关于光纤光栅的研究比较热门，总的来说，近几年用光栅的干涉原理来测量线位移或角位移的研究比较多而且精度较高，如NPL测角仪的不确定度为0.05秒。
1.3.3 磁感应同步器
感应同步器由两个平面绕组组成，一个是连续绕组，另一个是分段绕组，有偶数段，分成A、B两相，两者的分段绕组相互间隔。这是一种多极感应元件，能对误差起补偿作用，精度较高。连续绕组通上稳定的交流电，当两个面的绕组有相对转动时，分段绕组上会产生感应电流，每转动一个栅距电流变化一个周期。A相与B相相差二，可以用鉴相或鉴幅方式确切反映一个空间周期内的任何角度变化。
磁阻式传感器KMZ41的特点： 内部包含有两个有磁阻构成的、位置成正交的、独立的电桥（Wheatstone Bridge）。其内部结构如下图所示： 将KMZ41置于有X轴、Y轴构成的平面上，当旋转磁场强度变化时，KMZ41就会产生两路正弦输出的信号，两信号的相位差就代表芯片轴向与磁场方向的夹角a，输出信号波形如下图所示： 图1 图2 图1为KMZ41产生的两路正弦输出信号；图2为芯片轴向与磁场方向的夹角。UZZ9001的内部结构与工作原理： UZZ9001的芯片内部包括A/D转换器1和A/D转换器2、滤波器、算法逻辑、SPI接口、时钟振荡器、；逻辑控制及复位等。UZZ9001Y与KMZ41连接，能够将磁阻式传感器KMZ41输出的两个有相位差的正弦信号转换成数字信号输出，与微控制器配套构成一个角度测量系统。 *
角度传感器部分设计： 方案一 由UZZ9000和KMZ41构成的角度检测电路： UZZ9000为线性电压输出式角度传感器调理器电路，输出电压与被测角度信号成正比；测量角度的范围是0~180°，且在0~100°范围内；测量误差小于±0.45°分辨力达0.1°；测量范围和输出零点均可调节；电源电压范围为+4.5~+5.5V；电源电流为10mA；工作温度范围是-40~+150℃。 由UZZ9000和KMZ41构成的电压输出式角度检测电路如图所示。改变R2和R3的比值，可以调节传感器1的偏移量；改变R4和R5的阻值，可以调节传感器2的偏移量；改变R6和R7的比值，可以调节零点偏移；改变R8和R9的比值；可以调节测量角度范围。电阻R2~R9可以采用电位器代替。电路输出电压送至数字电压表或者微控制器系统，即可显示出被测角度值。该电路可广泛用于发动机凸轮/曲轴速度及位置检测、节流阀控制、转向操作控制、汽车中的ABS系统等领域。 注：1.设置角度范围。在UZZ9000的引脚端13加上不同的外部电压可以选择0~30到0~180共16个不同的角度范围。
实验十二传感器的简单应用 [实验目的] 1．认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件． 2．了解传感器在科学技术上的简单应用． [实验原理] 1．传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)． 2．工作过程如图： [实验器材] 热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、滑动变阻器、开关、导线等． [实验过程] 1．研究热敏电阻的特性： (1)如图所示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理． (2)把多用电表置于“欧姆”挡,并选择适当的倍率测出烧杯中没有热水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数． (3)向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和热敏电阻的阻值． (4)将热水分几次注入烧杯中,测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录、填表．
(5)画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线． (6)根据实验数据和R-t图线,分析得到热敏电阻的特性． 2．研究光敏电阻的特性： (1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按所示电路连接,其中多用电表置于“欧姆”挡． (2)测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据． (3)接通电源,让小灯泡发光,调节滑动变阻器使小灯泡的亮度逐渐增强,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录． (4)用黑纸遮住光,观察并记录光敏电阻的阻值. 光照强度弱中强无光照射 阻值/Ω (5),光照增强时电阻减小,光照减弱时电阻增大． [注意事项] 1．在做热敏电阻实验时,加开水后要等一会儿再测其阻值,以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温、热敏电阻的阻值． 2．光敏电阻实验中,如果效果不明显,可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的强度． 3．欧姆表每次换挡后都要重新调零． 命题点1 热敏电阻的性质 某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25 ℃～80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性．所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻R T,其标称值(25 ℃ 时的阻值)为900.0 Ω；电源E(6 V,内阻可忽略)；电压表(量程150 mV)；定值电阻R0(阻值20.0 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9 Ω)；单刀
2010年05期（下 ）角度传感器简单应用系统 叶贞贞 （合肥学院电子信息与电气工程系 安徽 合肥 230061） 【摘要】本设计以C8051F005单片机为控制核心，用单轴倾角传感器SCA60C 检测平衡板倾斜角度，通过对步进电机的控制达到了控制平衡板旋转角度的目的。 【关键词】角度传感器；C8051F005单片机；角度预置；步进电机；显示联动 0.引言 传感器在现代信息技术中有着举足轻重的地位，传感器为系统提供进行处理和决策所必需的原始信息，很大程度上影响和决定着系统的性能，本设计采用以单片机为控制单元，用单轴倾角传感器检测平衡板倾斜角度，采取步进电机控制平衡板角度自动旋转目的。 1.硬件电路设计 角度传感器硬件连接图如图1所示，当步进电机带动平衡板倾斜到使角度传感器SCA60C 处于水平位置时，Vo 端输出+0.5V 的模拟电压。传感器SCA60C 仅可精确检测到0~90度的角度范围，当平衡板转到使角度传感器与水平面成90度的角度时，此时Vo 端输出+5V 的模拟电压。在0~90度的倾角范围内，Vo 端输出的是正比于倾角大小的+0.5~+5V 的模拟电压信号，当平衡板转动到使角度传感器与水平面间的角度从90度到180度的范围变化时，输出端Vo 输出的是从+5V 依次变化到+0.5V 的模拟电压信号[1][2]，因此通过测定传感器SCA60C 输出端Vo 电压的大小即可确定平衡板与水平面的夹角。 图1角度传感器硬件连接图 图2步进电机驱动电路原理图 步进电机驱动电路的设计本系统中，我们选择4相5线步进电机，其驱动电路主要由L297+L298组成，该驱动电路集驱动与保护于一体。L297是脉冲分配器，只要步进电机A 、B 、C 、D 四项依次连接到J1的1、2、3、4各点，且将剩下的一条线接地，L297就会自动的将输入到端口CW/CCW 的脉冲分配给步进电机的各个相序，此时步进电机便可转动[3][4]。控制电机时只需单片机通过I/O 口向L297的cw/ccw 和clock 端发送控制信号即可控制它的转速和正反转。驱动电路原理如图2。 本系统主要由主控制器模块、角度检测模块、A/D 转换模块、键盘模块和显示器模块等部分组成，系统连接图如图3所示： 图3系统框图 图4程序流程图（下转第8页 ） 作者简介：叶贞贞（1987.1—），女，汉族，安徽安庆人，就读于合肥学院06级电子信息与电气工程系电子信息工程专业。 ◇高教论述◇
第5讲 实验：传感器的简单应用 ★考情直播 （一）、传感器的含义： 传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能 把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。把非电学量转换 为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。 传感器一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，通过敏感元件获取外界信息并 转换成电信号，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理。 常见的传感器有：光学传感器、热学传感器、加速度传感器、力传感器、气敏传感器、超声 波传感器、磁敏传感器等。 （二）、常见的传感器元件： （1）光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，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，导电性能变好，即光敏电阻值随光照增强而减小。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。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。 （2）金属热电阻金属热电阻的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作温度传感器。 它能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。 （3）热敏电阻：用半导体材料制成，其电阻随温度变化明显，温度 升高电阻减小，如图－1为某一热敏电阻－温度特性曲线。热敏电阻 的灵敏度较好。与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温 范围大，但灵敏度较差。 （4）电容式位移传感器能够把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。 （5）霍尔元件能够把磁感强度这个磁学量转换为电压这个电学量 （三）、传感器的简单应用 1、力电传感器 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、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、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS 防抱死制动系统等。 2、 热电传感器（温度传感器） 热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的升高减小（金属热电阻的电阻率随温度的升高 而增大）的原理制成的, 它能用把温度这个热学量转换为电压这个电学量。如各种家用电器 (空调、冰箱、热水器、饮水机等)的温度控制、火警报警器、恒温箱等。 3、光电传感器 光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。 非电物理敏感元件 转换器件 转换电路 电学量 → → → →
高中物理传感器的简单使用实验检测题 1．现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。 提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过I c时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。 在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V，I c约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω。 (1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。 (2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步骤调节此报警系统： ①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器 的滑片应置于________(选填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②将开关向________(选填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至 ________________________________________________________________________。 (4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。 解析：(1)电路图连接如图。 (2)报警器开始报警时，对整个回路有U＝I c(R滑＋R热)，代入数据可得R滑＝1 150.0 Ω，因此滑动变 阻器应选择R2。 (3)①在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻 的阻值，即为650.0 Ω。滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a 时，闭合开关，则电路中的电流I＝18 650.0 A≈27.7 mA，超过报警器最大电流20 mA，报警器可能损坏。
光电传感器的应用与新技术49303
光电传感器的应用与新技术 --浅谈光电池与CCD 摘要：光电传感器是利用光电效应制成的一类传感器的总称，它能将光学量转变为电学量，广泛应用于检测和自动化系统。光电传感器包括光电池和光电阻传感器。本文将以下几个方面：1. 什么是光电池和光电阻传感器；2.光电池和光电阻传感器的比较；3.光电传感器的实际应用；4.光电传感器在未来的发展方向，详细地介绍光电传感器，并提出本人对光电传感器在未来的预测。 一光电池和光电阻 在介绍光电传感器之前，我们有必要先了解一下光电效应。光电效应是光照射到某些物质上，使该物质的电特性发生变化的一种物理现象，可分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应三种。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应[1]。它是指，在光线作用下物体内的电子逸出物体表面向外发射的物理现象。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。光电导效应是指当入射光射到半导体表面时，半导体吸收入射光子产生电子空穴对，使其自生电导增大。光生伏特效应是指当一定波长的光照射非均匀半导体（如PN结），在自建场的作用下，半导体内部产生光电压的效应[2]。光电传感器都是利用光电效应制成的。 1.光电池 光电池是一种能在光的照射下，不加偏置，产生电动势半导体器件，也属于电能量型传感器。光电池的种类很多，有硒，氧化亚铜，硫化铊，硫化镉，锗，硅，砷化镓光电池等。其中最受重视的是硅光电池，因为它有一系列优
点：性能稳定，光谱范围宽，频率特性好，传递效率高（接近理论极限17%），能耐高温辐射等[3]。 1.1光电池的工作原理 光电池的工作原理是光生伏特效应。当光子的能量hγ大于半导体材料的禁带宽度时，半导体材料吸收光而产生电子空穴对，这样在半导体材料内部形成载流子的浓度梯度，进而在受照表面和暗面产生一个开路的光电压。 1.2光电池的特性 光电池的特性主要有光谱特性，光照特性等。 如 图为硒光电池和硅光电池的光谱特性曲 线，即相对灵敏度与入射光的波长的关系曲 线。从图上可知，不同材料的光谱峰值位置 是不同的[4]。硅光电池的峰值在800微米左 右，而锗光电池的峰值在450微米左右。实际使用时，应根据光源性质来选择光电池，而且要注意的是，光电池的光谱特性还与温度有关。 如图为硅光电池的光照特性。光生 电动势与光照间的特性曲线称为开路电 压曲线，光电流密度与光照强度的特性 曲线称为短路电流曲线。由图可知，当 光照足够大时，开路电压趋于饱和，因此，可以将光电池当做电流源使用，这是光电池的主要优点之一[5]。 光电池的特性还有频率特性，温度特性，在这儿就不详细叙述了。
2021届高考物理必考实验十二：传感器的简单使用 1.实验原理 (1)传感器的作用 传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。 (2)传感器的工作过程 通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定的规律转换成便于测量的信号。例如,光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号;热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号。转换后的信号经过电子电路的处理就可达到方便检测、自动控制、遥控等各种目的。 传感器工作的原理可用下图表示: 2.实验器材 热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、滑动变阻器、开关、导线等。 3.实验步骤及数据处理 (1)研究热敏电阻的热敏特性 ①实验步骤 a.按图所示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理。 b.把多用电表置于“欧姆挡”,并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数。 c.向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测出的热敏电阻的阻值。 d.将热水分几次注入烧杯中,测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录。 ②数据处理 a.根据记录数据,把测量到的温度、电阻阻值填入下表中,分析热敏电阻的特性。
次数 123456 待测量 温度/℃ 电阻/Ω b.在坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。 c.根据实验数据和R-t图线,得出结论:热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,随温度的降低而增大。 (2)研究光敏电阻的光敏特性 ①实验步骤 a.将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图所示电路连接好,其中多用电表置于“×100”的欧姆挡。 b.先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据。 c.打开电源,让小灯泡发光,调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录。 d.观察用手掌(或黑纸)遮光时电阻的阻值,并记录。 ②数据处理 把记录的结果填入下表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。 光照强度弱中强无光照射 阻值/Ω 结论:光敏电阻的阻值被光照射时发生变化,光照增强电阻变小,光照减弱电阻变大。 4.注意事项
角度传感器工作原理及应用简介 角度位移传感器是利用角度变化来定位物体位置的电子元件。适用于汽车，工程机械，宇宙装置、导弹、飞机雷达天线的伺服系统以及注塑机，木工机械，印刷机，电子尺，机器人，工程监测，电脑控制运动器械等需要精确测量位移的场合。本文介绍角度位移传感器原理及其应用实例。角度位移传感器原理 角度传感器用来检测角度的。它的身体中有一个孔，可以配合乐高的轴。当连结到RCX 上时，轴每转过1/16圈，角度传感器就会计数一次。往一个方向转动时，计数增加，转动方向改变时，计数减少。计数与角度传感器的初始位置有关。当初始化角度传感器时，它的计数值被设置为0，如果需要，你可以用编程把它重新复位。 角度位移传感器实例 如果把角度传感器连接到马达和轮子之间的任何一根传动轴上，必须将正确的传动比算入所读的数据。举一个有关计算的例子。在你的机器人身上，马达以3:1的传动比与主轮连接。角度传感器直接连接在马达上。所以它与主动轮的传动比也是3:1。也就是说，角度传感器转三周，主动轮转一周。角度传感器每旋转一周计16个单位，所以16*3=48个增量相当于主动轮旋转一周。现在，我们需要知道齿轮的圆周来计算行进距离。幸运地是，每一个LEGO齿轮的轮胎上面都会标有自身的直径。我们选择了体积最大的有轴的轮子，直径是81.6CM（乐高使用的是公制单位），因此它的周长是81.6=81.63.14256.22CM。现在已知量都有了：齿轮的运行距离由48除角度所记录的增量然后再乘以256。我们总结一下。称R 为角度传感器的分辨率（每旋转一周计数值），G是角度传感器和齿轮之间的传动比率。我们定义I为轮子旋转一周角度传感器的增量。即： I=GR 在例子中，G为3，对于乐高角度传感器来说，R一直为16.因此，我们可以得到： I=316=48 每旋转一次，齿轮所经过的距离正是它的周长C，应用这个方程式，利用其直径，你可以得出这个结论。
实验十二传感器的简单使用 1 2 一、研究热敏电阻的特性 3 1.实验原理 4 闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察. 5 2.实验器材 6 半导体热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水. 7 3.实验步骤 8 (1)按图1连接好电路，将热敏电阻绝缘处理； 9 10 图1 11 (2)把多用电表置于欧姆挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻12 的阻值，并记下温度计的示数； 13 (3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数14 和多用电表测量的热敏电阻的阻值； 15 (4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录. 16
4.数据处理 17 在图2坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线. 18 19 图2 20 5.实验结论 21 热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大. 22 6.注意事项 23 实验时，加热水后要等一会儿再测热敏电阻阻值，以使电阻温度与水的温度相24 同，并同时读出水温. 25 二、研究光敏电阻的光敏特性 26 1.实验原理 27 闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察. 28 2.实验器材 29 光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线、电源. 30 3.实验步骤 31 (1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图3所示电路连接好，其中32 多用电表置于“×100”挡； 33
34 图3 35 (2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据； 36 (3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察多用电37 表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录； 38 (4)用手掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，39 并记录. 40 4.数据处理 41 根据记录数据分析光敏电阻的特性. 42 5.实验结论 43 (1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小； 44 (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. 45 6.注意事项 46 (1)实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过47 盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的多少来达到实验目的； 48 (2)欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零. 49 50 命题点一温度传感器的应用 51
高中物理专题-实验十一：传感器的简单应用 一、实验目的 1．认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性。 2．了解传感器的简单应用。 二、实验器材 热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。 三、实验步骤 1.热敏特性实验 按如图所示将一热敏电阻连入电路中,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的两支表笔分别与热敏电阻两端相连.将热敏电阻放入有少量冷水并插有温度计的烧杯中,在欧姆挡上选择适当的倍率,观察表盘所示热敏电阻的阻值;再分几次向烧杯中倒入开水,观察不同温度下热敏电阻的阻值,看看这个热敏电阻的阻值是如何随温度变化的. 2.光敏特性实验 按如图所示将一光敏电阻连入电路中,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的两支表笔分别与光敏电阻两端相连.在欧姆挡上选择适当的倍率,观察表盘所示光敏电阻的阻值;将手张开放在光敏电阻上方,挡住部分光线,观察表盘所示光敏电阻的阻值;上下移动手掌,观察表盘所示光敏电阻的阻值,总结一下光敏电阻的阻值随光线发生
怎样的变化. 3.光电计数的基本原理 下图是利用光敏电阻自动计数的示意图,其中A是发光仪器,B是接收光信号的仪器,B中的主要元件是光电传感器——光敏电阻.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变小,供给信号处理系统的电压变高,这种高低交替变化的信号经过信号处理系统的处理,就会自动将其转化相应的数字,实现自动计数的功能. 考点一热敏电阻的原理及应用 [典例1]用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻R T，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将R T和两个适当的固定电阻R1、R2连成如图实-11-1虚线框内所示的电路，以使电路的等效电阻R L的阻值随R T所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下R L的阻值，测量电路器材如图实-11-2所示，图中的电压表内阻很大。R L的测量结果如表所示。 图实-11-1
传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材：传感器技术（第 3 版）贾伯年主编，及其他参考书 第8 章光电式传感器 8-1 简述光电式传感器的特点和应用场合，用方框图表示光电式传感器的组成。 8-2 何谓外光电效应、光电导效应和光生伏特效应？ 答：外光电效应：在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。 光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化的现象。 光生伏特效应：在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象。 8-3 试比较光电池、光敏晶体管、光敏电阻及光电倍增管在使用性能上的差别。答：光电池：光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。它有较大面积的PN 结，当光照射在PN 结上时，在结的两端出现电动势。当光照到PN 结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N 区聚积负电荷，P 区聚积正电荷，这样N 区和P 区之间出现电位差。 8-4 通常用哪些主要特性来表征光电器件的性能？它们对正确选用器件有什么作用？ 8-5 怎样根据光照特性和光谱特性来选择光敏元件？试举例说明。 答：不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测元件，一般在自动控制系统中用作光电开关。 光谱特性与光敏电阻的材料有关，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。 8-6 简述CCD 图像传感器的工作原理及应用。 8-7 何谓PSD ？简述其工作原理及应用。 8-8 说明半导体色敏传感器的工作原理及其待深入研究的问题。 8-9 试指出光电转换电路中减小温度、光源亮度及背景光等因素变动引起输出信号漂移应采取的措施。 8-10 简述光电传感器的主要形式及其应用。 答：模拟式（透射式、反射式、遮光式、辐射式）、开关式。 应用：光电式数字转速表、光电式物位传感器、视觉传感器、细丝类物件的在线检测。 8-11 举出你熟悉的光电传感器应用实例，画出原理结构图并简单说明原理。 8-12 试说明图8-33（b）所示光电式数字测速仪的工作原理。（1 ）若采用红外发光器件为光源，虽看不见灯亮，电路却能正常工作，为什么？（ 2 ）当改用小白炽灯作光源后，却不能正常工作，试分析原因。
倾角传感器的应用 1、什么是倾角传感器？ 倾角传感器可以用来测量相对于水平面的倾角变化量。理论基础就是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。所以它其实是运用惯性原理的一种加速度传感器。 2、倾角传感器有哪些类型？ 种类粗分：单轴的和双轴两种。 从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”三种倾角传感器。 就基于固体摆、液体摆及气体摆原理研制的倾角传感器而言，它们各有所长。在重力场中，固体摆的敏感质量是摆锤质量，液体摆的敏感质量是电解液，而气体摆的敏感质量是气体。 气体是密封腔体内的唯一运动体，它的质量较小，在大冲击或高过载时产生的惯性力也很小，所以具有较强的抗振动或冲击能力。但气体运动控制较为复杂，影响其运动的因素较多，其精度无法达到军用武器系统的要求。 固体摆倾角传感器有明确的摆长和摆心，其机理基本上与加速度传感器相同。在实用中产品类型较多如电磁摆式，其产品测量范围、精度及抗过载能力较高，在武器系统中应用也较为广泛。 液体摆倾角传感器介于两者之间，但系统稳定，在高精度系统中，应用较为广泛，且国内外产品多为此类。 3、倾角传感器有哪些用途？ 倾角传感器用于各种测量角度的应用中。例如，高精度激光仪器水平、工程机械设备调平、远距离测距仪器、高空平台安全保护、定向卫星通讯天线的俯仰角测量、船舶航行姿态测量、盾构顶管应用、大坝检测、地质设备倾斜监测、火炮炮管初射角度测量、雷达车辆平台检测、卫星通讯车姿态检测等等。下面就广泛应用的几个做简略介绍。 l 海事地理 山体滑坡，雪崩——双轴倾角传感器，如NA5200系列倾角传感器配合液位传感器用于山体滑坡或雪崩监测，通过无线传感系统将数据传输到中央控制系统，实时监测山体状态，可以有效减小 山体滑坡带来的损失。
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消除或削弱背景光及温度等因素的影响。 二、应用举例 1．光电比色温度计（光源本身是被测物） （1）问题的提出：高温测量，物体辐射出的光波与温度有关。（2）原理：根据热辐射定律，使用光电池进行非接触测温。根据有关的辐射定律，物体在两个特定波长λ1、λ2上的辐射程度 Iλ1、Iλ2之比与该物体的温度成指数关系。 Iλ1/Iλ2=K1e-K2/T 由光路图及电路原理框图介绍其原理，注意参比信号。2．光电式烟尘浓度计（透射式） （1）问题的提出：为了控制和减少烟尘的排放量和节能 的要求，对烟尘的监测是必须的。 （2）通过光路及电路原理框图介绍其原理，注意参比信 号，由于两个通道结构完全一样，所以在最后运算U1/U2值时，上述误差可自动抵消，减小了测量误差。 3．光电式转速表（反射式） （1）问题的提出：由于机械式转速表和接触式电子转速 表精度不高，且影响被测物的运转状态，已不能满足自动化的要求。光电式转速计可用于测量高转速而又不影响被测物； （2）通过光路及电路原理框图介绍其原理： a）选用光电二极管（响应时间短）用于高频调制信号测量；
b）数字量测量，不用参比信号。 4．光电式边缘位置检测器（遮挡式） （1）问题的提出：光电式边缘位置检测器是用来检测带 型材料在生产过程中偏离正确位置的大小及方向，从而为纠偏控制电路提供纠偏信号。 （2）通过光路及转换电路介绍其原理： a）光路一半遮挡一半透过； b）桥路及运算放大器组成，接入参比光敏电阻； c）光敏电阻一般不能作模拟量测量，这里限用于控制。 三、总结以上各例使学生建立光路系统与电路结合的概念，并能 举一反三、灵活应用。 小结： 1、光电式传感器的应用类型 2、应用举例
光电传感器 概况: 在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。 现代电测技术日趋成熟，由于具有精度高、便于微机相连实现自动实时处理等优点，已经广泛应用在电气量和非电气量的测量中。然而电测法容易受到干扰，在交流测量时，频率响应不够宽及对耐压、绝缘方面有一定要求，在激光技术迅速发展的今天，已经能够解决上述的问题。 磁光效应传感器就是利用激光技术发展而成的高性能传感器。激光，是本世纪60年代初迅速发展起来的又一新技术，它的出现标志着人们掌握和利用光波进入了一个新的阶段。由于以往普通光源单色度低，故很多重要的应用受到限制，而激光的出现，使无线电技术和光学技术突飞猛进、相互渗透、相互补充。现在，利用激光已经制成了许多传感器，解决了许多以前不能解决的技术难题，使它适用于煤矿、石油、天然气贮存等危险、易燃的场所。 比如说用激光制成的光导纤维传感器，能测量原油喷射、石油大罐龟裂的情况参数。在实测地点，不必电源供电，这对于安全防爆措施要求很严格的石油化工设备群尤为适用，也可用来在大型钢铁厂的某些环节实现光学方法的遥测化学技术。 磁光效应传感器的原理主要是利用光的偏振状态来实现传感器的功能。当一束偏振光通过介质时，若在光束传播方向存在着一个外磁场，那么光通过偏振面将旋转一个角度，这就是磁光效应。也就是可以通过旋转的角度来测量外加的磁场。在特定的试验装置下，偏转的角度和输出的光强成正比，通过输出光照射激光二极管LD，就可以获得数字化的光强，用来测量特定的物理量。 正文 一、工作原理
传感器 传感器在生活中的应用之十大实例及应用： 1.楼梯走道：电灯的触摸开关。功能：使在人手或是其他的导电物 体的接触下方能通电（这是我自己想的，不知事实是否如此。），此举为节约能源做出巨大贡献。 2.电饭锅：功能：到达沸腾温度（居里点）即停止加热。在某种材 料的硬件支持下，使得具有这种功能，才使得人类做出伟大的进步！ 3.电子天平：功能：无需复杂操作，就能很快称出物体的质量，而 且一般来说很精确。这是因为在电子称下安装压力传感器再加上一些电子系统，使得能又快又好的称出质量，一切都得益于传感器的发展。 4.电子温度计：功能：简单快捷精确测量人体体温。在电子温度计 内部加入红外传感器，由于人体在不同温度下发射红外线的强度等因素皆有不同，利用此特点即可使用红外传感器。 5.mp4上的触摸键：功能：无需原来的机械按压，即可进行操作，使 机身的寿命更长久，尤其是“按键”更是长久！原理暂时还不是很清楚，不过可想而知应该是传感器的功劳！ 6.手机的触摸屏：功能：分好几种，有的是点触摸，有的是面触摸， 不尽相同，不过原理应该是差不多，只是硬件材料上的支持有所不同，所以出现不同的操作方式，不过说回来还是传感器在发挥
作用。 7.电熨斗：功能：熨烫衣物，使衣物保持整洁。不过在加热中有一 个问题需要解决，那就是加热温度的问题，所以另一种温度传感器应运而生，在达到一定温度时，就会出现断电使温度保持在一定的范围内，此举与电饭锅有异曲同工之妙！ 8.汽车称重：功能：在渡口为汽车称重，既是用上此种传感器，压 力传感器使得即使是很重的物体也能在短时间内准确称出，此为大型的压力应变片的应用。 9.自动门：功能：在一些重要场合就会有自动门的身影，当人靠近 时就会自动根据情况开关门。这些门上应该是会安装上人体传感器，当有人靠近时，就会有情况发生，所以会自动开门，当然这也是结合了若干电子系统的成果。 10.厕所小便池：功能：当人靠近时就会现有一股水流出现，当人离 开时就会第二次冲水，此举为厕所的节水以及洁净做出了巨大贡献，应该是结合光电传感器以及电子系统的成果。 综上：我们可以发现，每一种先进元件在进行应用时，都应该要结合以电子系统，才能发挥作用。
角度传感器工作原理与使用方法 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 一、简介 角度位移传感器是利用角度变化来定位物体位置的电子元件。适用于汽车，工程机械，宇宙装置、导弹、飞机雷达天线的伺服系统以及注塑机，木工机械，印刷机，电子尺，机器人，工程监测，电脑控制运动器械等需要精确测量位移的场合。本文介绍角度位移传感器原理及其应用实例。 二、角度位移传感器原理 角度传感器用来检测角度的。它的身体中有一个孔，可以配合乐高的轴。当连结到RCX 上时，轴每转过1/16圈，角度传感器就会计数一次。往一个方向转动时，计数增加，转动方向改变时，计数减少。计数与角度传感器的初始位置有关。当初始化角度传感器时，它的计数值被设置为0，如果需要，可以用编程把它重新复位。 三、角度位移传感器实例 如果把角度传感器连接到马达和轮子之间的任何一根传动轴上，必须将正确的传动比算入所读的数据。举一个有关计算的例子。在机器人身上，马达以3:1的传动比与主轮连接。角度传感器直接连接在马达上。所以它与主动轮的传动比也是3:1。也就是说，角度传感器转三周，主动轮转一周。角度传感器每旋转一周计16个单位，所以16*3=48个增量相当
于主动轮旋转一周。 ①每一个LEGO齿轮的轮胎上面都会标有自身的直径。我们选择了体积最大的有轴的轮子， 直径是81.6CM(乐高使用的是公制单位)，因此它的周长是81.6×π=81.6×3.14≈256.22CM。 ②现在已知量都有了：齿轮的运行距离由48除角度所记录的增量然后再乘以256。我们 总结一下。称R为角度传感器的分辨率(每旋转一周计数值)，G是角度传感器和齿轮之间的传动比率。我们定义I为轮子旋转一周角度传感器的增量。即：I=G×R 四、角度位移传感器应用 使用角度传感器来控制你的轮子可以间接的发现障碍物。原理非常简单：如果马达角度传感器构造运转，而齿轮不转，说明机器已经被障碍物给挡住了。此技术使用起来非常简单，而且非常有效;唯一要求就是运动的轮子不能在地板上打滑(或者说打滑次数太多)，否则你将无法检测到障碍物。如果是一个空转的齿轮连接到马达上就可以避免这个问题，这个轮子不是由马达驱动而是通过装置的运动带动它:在驱动轮旋转的过程中，如果惰轮停止了，说明碰到障碍物了。 在许多情况下角度传感器是非常有用的：控制手臂，头部和其它可移动部位的位置。值的注意的是，当运行速度太慢或太快时，RCX在精确的检测和计数方面会受到影响。事实上，问题并不是出在RCX身上，而是它的操作系统，如果速度超出了其指定范围，RCX就会丢失一些数据。Steve Baker用实验证明过，转速在每分钟50到300转之间是一个比较合适的范围，在此之内不会有数据丢失的问题。然而，在低于12rpm或超过1400rm的范围内，就会有部分数据出现丢失的问题。
光电传感器的应用及其发展趋势 摘要：光电传感器是把被测量的变化转换成光信号的变化，然后，借助光电元件把光信号转换成电信号来实现控制。如光电开关、光感电阻、光感二极管、光电池、光纤等。光电式传感器在检测和控制领域中应用非常广泛，它是采用光电元件作为检测元件的传感器，具有反应快、精度高、非接触等优点，而且可测参数多，结构简单，形式灵活多样。本文列举了光电传感器技术在一些领域里的应用。并阐述了当前传感器技术的发展现状以及发展趋势。 关键词：光电效应；光电器件；常见故障；检测控制；发展趋势 光电传感器，一般由光源、光学通路和光电元件等3部分组成，是通过将光电信号转换为电信号检测被测目标的一种装置。近年来，新的光电器件不断涌现，光电传感器的应用范围更加广泛。 一、光电传感器的原理 光电传感器的工作原理是：首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号。光电传感器的工作基础是光电效应。由光通量对光电元件作用的不同原理所制成光学测控系统是多种多样的，按光电元件输出量性质可分为两类，即模拟式光电传感器和脉冲式光电传感器，前者是将被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量问呈单值关系。按被测量方法可分为透射式、漫反射式、遮光式三类：①透射式。被测物体放在光路中，恒光源发出的光能量穿过被测物，部分被吸收后，透射光投射到光电元件上；②漫反射式。恒光源发出的光投射到被测物上，再从被测物体表面反射后投射到光电元件上；③遮光式。当光源发出的光通量经被测物遮挡其中一部分，使投射到光电元件上的光通量改变，改变的程度与被测物体在光路位置相关。光敏二极管是最常见的光传感器，不同于一般二极管的是其管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，为增加射入光线的受光面积，PN结的面积做得较大。光敏二极管工作在反向偏置的状态下，并与负载电阻相串联。当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小，称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成的比暗电流大得多的反向电流，称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。 光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对
实验十二传感器的简单使用 一、研究热敏电阻的特性 1.实验原理 闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察. 2.实验器材 半导体热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水. 3.实验步骤 (1)按图1连接好电路，将热敏电阻绝缘处理； 图1 (2)把多用电表置于欧姆挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数； (3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值； (4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录. 4.数据处理 在图2坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线. 图2 5.实验结论 热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大. 6.注意事项 实验时，加热水后要等一会儿再测热敏电阻阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温.
二、研究光敏电阻的光敏特性 1.实验原理 闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察. 2.实验器材 光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线、电源. 3.实验步骤 (1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图3所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡； 图3 (2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据； (3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录； (4)用手掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录. 4.数据处理 根据记录数据分析光敏电阻的特性. 5.实验结论 (1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小； (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. 6.注意事项 (1)实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的多少来达到实验目的； (2)欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零. 命题点一温度传感器的应用 例1(2016·全国卷Ⅰ·23)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警.提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过I c时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，
光电传感器的认识与应用 内容摘要：传感器是衡量一个国家科学技术发展的重要标志。光电传感器作为传感器中的重要一员，广泛应用于社会生活的各个方面。本文简单介绍了光电传感器的理论基础，以及光电传感器相较于其他传感器的特点及优点和常见的五种光电传感器，同时结合传感器的工作原理，举例说明了传感器在日常生活的常见应用。 关键词：光电传感器、光电效应、光敏材料 一、理论基础 1.光电效应 光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应，大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都属于内光电效应类传感器。 2.工作原理 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。一般情况下，有三部分构成，分别为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 二、光电传感器的认识 1.结构分析 光电传感器通常由三部分构成，它们分别为：发送器、接收器和检测电路。 发射器带一个校准镜头，将光聚焦射向接收器，接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。在金属圆筒内有一个小的白炽灯做为光源，这些小而坚固的白炽灯传感器就是如今光电传感器的雏形。 接收器有光电二极管、光电三极管及光电池组成。光敏二极管是现在最常见的传感器。光电传感器光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小称为光敏二极管的暗电流;当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。 此外，光电传感器的结构元件中还有发射板和光导纤维。角反射板是结构牢固的发射装置，它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射