6.1 传感器及其工作原理

传感器的原理和应用思维导图传感器的定义•传感器是一种能够感知并转换物理量、化学量、生物量等信息的装置或设备。

传感器的分类按照感知的物理量分类•温度传感器•湿度传感器•压力传感器•光敏传感器•加速度传感器•声音传感器•气体传感器•磁场传感器•位移传感器按照工作原理分类•电阻式传感器•压电式传感器•电感式传感器•光电式传感器•双金属式传感器•电子式传感器按照应用领域分类•汽车传感器•工业自动化传感器•医疗健康传感器•环境监测传感器•家用电器传感器•无人机传感器•物流传感器传感器的原理•传感器的原理基于物理、化学或生物量的特性，将其转化为可感知的电信号或其他形式的信号。

传感器的工作过程1.感受环境信息：传感器接收周围环境中的物理量、化学量或生物量等信息。

2.转化信号形式：传感器将感知到的信息转化为电信号或其他形式的信号。

3.信号处理：传感器对转化后的信号进行采样、滤波、放大等处理。

4.输出结果：传感器将经过处理后的信号输出给其他设备或系统，用于进一步分析、计算或控制。

传感器的应用•温度传感器广泛应用于气象、工业过程控制、建筑自动化等领域，用于监测和控制温度。

•湿度传感器常见于农业、气象、环境监测中，用于测量空气中的湿度。

•压力传感器常用于汽车、工程机械等领域，用于测量液体或气体的压力。

•光敏传感器常用于光电开关、光电控制等系统中，用于检测光照强度。

•加速度传感器广泛应用于手机、平板电脑、游戏手柄等设备中，用于检测设备的加速度。

•声音传感器常见于安防、智能家居等领域，用于检测和识别声音信号。

•气体传感器可应用于环境监测、工业安全等领域，用于检测和测量大气中的气体含量和污染程度。

•磁场传感器常用于导航、车辆偏离预警等系统中，用于检测和测量磁场的强度和方向。

•位移传感器常见于工业自动化、机械设备中，用于测量物体的位移、变形等。

传感器的未来趋势与发展•连接性增强：传感器将更多地与无线通信、互联网、物联网等技术结合，实现互联互通的功能。

传感器的工作原理传感器是一种能够感知和测量外部环境特征或物体状态的器件或装置。

它们广泛应用于各个领域，如工业自动化、汽车、医疗设备、家电等。

传感器的工作原理可以分为多种类型，包括电学原理、光学原理、磁学原理、压力原理等。

一、电学原理电学原理传感器利用被测量物理量和电学信号之间的关系，通过将物理量转换为电信号来进行测量。

这类传感器包括压力传感器、温度传感器、湿度传感器等。

以压力传感器为例，它的工作原理是通过被测量物体施加在传感器上的压力，使得传感器内部发生应变。

当应变达到一定程度时，传感器内部的电阻会发生变化。

通过测量电阻的变化，可以确定被测物体的压力值。

二、光学原理光学原理传感器利用光的特性进行测量。

这类传感器包括光电传感器、红外传感器、光纤传感器等。

以光电传感器为例，它的工作原理是通过光源发出光线，当光线遇到被测物体时，会产生反射或透射。

传感器内部的光敏元件可以接收到这些反射或透射的光，并将其转化为电信号。

通过测量电信号的强度，可以确定被测物体的特征，如距离、颜色等。

三、磁学原理磁学原理传感器利用磁场的变化来进行测量。

这类传感器包括磁感应传感器、地磁传感器等。

以磁感应传感器为例，它的工作原理是通过检测磁场的强弱或方向的变化，来确定被测磁物体的位置、运动状态等。

传感器内部通常包含磁敏材料和磁电元件，它们能够感受到磁场的变化并将其转化为电信号。

四、压力原理压力原理传感器通过测量压力的变化来进行测量。

这类传感器包括气压传感器、液压传感器等。

以气压传感器为例，它的工作原理是通过感受气体施加在传感器上的压力，将压力转化为电信号。

传感器内部通常包含有弹性元件和变电容器。

当气压改变时，弹性元件会发生形变，引起变电容器中电容的变化，从而产生相应的电信号。

总结传感器的工作原理可以根据不同的应用领域和被测量物理量而有所不同。

除了电学原理、光学原理、磁学原理和压力原理，还有许多其他类型的传感器，如声学传感器、化学传感器等。

传感器工作原理及应用实例传感器是一种能够将环境中的物理量、化学量、生物量等转化为可量化的电信号或其他形式信号的装置，以实现对环境信息的感知和获取。

传感器广泛应用于工业控制、医疗健康、环境监测、智能家居等领域。

下面将介绍传感器的工作原理及应用实例。

一、传感器的工作原理传感器的工作原理主要包括两个方面：感知原理和信号转换原理。

1.感知原理传感器的感知原理是指传感器利用特定的感应机制感知环境中的物理量、化学量、生物量等。

常见的感知机制包括光电效应、热敏效应、压电效应、磁敏效应、电化学效应等。

例如，利用热敏电阻作为温度传感器时，测量温度的原理就是根据材料在不同温度下的热敏特性，将温度转化为电阻值的变化。

2.信号转换原理传感器的信号转换原理是指传感器将感知到的物理量、化学量、生物量等转化为可量化的电信号或其他形式信号。

常见的信号转换方式包括电阻变化、电荷变化、电压变化、电流变化等。

例如，利用应变计作为力传感器时，原理就是根据应变导致的电阻或电容的变化，将受力转化为电阻或电容值的变化。

二、传感器的应用实例传感器在各个领域都有广泛的应用。

下面介绍几个常见的传感器应用实例。

1.温度传感器温度传感器广泛应用于工业控制、农业、气象、医疗等领域。

例如，工业中的温度传感器可以用于监测物体的温度，控制生产过程的温度；农业中的温度传感器可以用于监测土壤和空气的温度，为农作物的生长提供参考；医疗中的温度传感器可以用于测量人体的体温，判断患者的健康状态。

2.湿度传感器湿度传感器主要用于测量环境中的湿度。

在农业领域，湿度传感器可以用于监测土壤的湿度，为灌溉提供参考；在气象领域，湿度传感器可以用于测量大气中的湿度，预测天气变化；在建筑物内部，湿度传感器可以用于监测室内的湿度，控制空调系统的运行。

3.光照传感器光照传感器可以用于测量环境中的光照强度。

在智能家居领域，光照传感器可以用于感知室内的光照情况，调节灯光的亮度和色温；在养殖业中，光照传感器可以用于监测光照强度，为动植物的生长提供合适的光照环境；在交通领域，光照传感器可以用于监测路面的光照情况，控制道路照明系统的开关。

传感器技术的原理
传感器技术的原理主要可以归纳为以下几点：
1. 物理效应原理：传感器利用物质在外界刺激下发生的物理效应，通过测量物理量的变化来实现对外界环境的感知。

例如，温度传感器利用温度变化引起的电阻、电容、热敏电阻等物理特性的变化来测量温度。

2. 电磁原理：传感器利用电磁场的影响来检测和测量某些物理量。

例如，磁力传感器利用磁场对磁敏材料的作用力（磁感应强度）进行测量，光电传感器利用光电二极管或光敏电阻对光的强度变化进行测量。

3. 光学原理：传感器通过光的干涉、散射、衍射、吸收等特性，利用光波与物质相互作用的变化来测量目标物体的性质和参数。

例如，光电传感器利用光的吸收、散射、反射等特性测量目标物体的颜色、形状、距离、速度等信息。

4. 化学原理：传感器利用化学敏感元件与被测物质发生化学反应后产生的电流、电压变化等来检测和测量目标物质的成分、浓度等特性。

例如，气体传感器利用电化学原理测量气体的浓度，pH传感器利用离子选择性电极原理测量溶液的酸碱度。

总的来说，传感器技术的原理就是通过利用物理、电磁、光学、化学等特性和效应来感知、检测和测量外界环境的信息。

不同类型的传感器根据测量原理和物理特性的不同，可以用来测量
的物理量也不一样，如温度、湿度、压力、速度、光强度、化学成分等。

传感器的原理是什么
传感器根据不同的原理来感知环境的物理量，并将其转化为可测量或可感知的电信号、光信号或其他形式的信号。

常见的传感器原理包括：
1. 电阻式原理：根据变化的电阻值来测量物理量，如温度传感器。

2. 电容式原理：通过测量电容的变化来感知物理量，如接近传感器。

3. 压阻式原理：根据物理量导致的材料形变程度来测量压力，如应变传感器。

4. 电感式原理：根据电感的变化来感知物理量，如速度传感器。

5. 磁敏式原理：利用物理量对磁场的影响来测量物理量，如磁力传感器。

6. 光敏式原理：根据物理量对光的影响来感知物理量，如光电传感器。

此外，还有声敏传感器、气敏传感器等等，它们都根据不同的物理原理来实现对环境的感知和测量。

这些传感器的应用范围广泛，涉及到工业控制、自动化、医疗仪器、环境监测等诸多领域。

传感器的主要作用及工作原理传感器是一种能够感知并测量外部环境信号的设备，主要用于从物理、化学、光学、电磁、声音、地质等领域中提取信息。

传感器主要作用是将外部现象转化为可量化的电信号，并通过与之连接的系统进行处理和分析。

它们在许多领域中发挥着重要作用，包括工业生产、农业、医疗保健、环境监测、安全等。

传感器的工作原理根据不同的传感器类型有所不同，下面将详细介绍一些常见的传感器及其工作原理。

1.位移传感器：位移传感器用于测量物体的位移或位置变化。

最常见的位移传感器是电阻式、电容式和感应式传感器。

电阻式传感器利用导电材料的电阻随着位移的变化而改变的特性。

电容式传感器是通过测量电容随着位移的变化而改变的原理。

感应式传感器则利用感应线圈中感应的电压或电流随着位移的变化而改变。

2.压力传感器：压力传感器用于测量气体或液体的压力变化。

常见的压力传感器有压阻式传感器和压电式传感器。

压阻式传感器通过测量导电材料的电阻随着压力的变化而改变的原理工作。

压电式传感器则是利用压电材料在加压条件下产生电荷的特性来测量。

3.温度传感器：温度传感器用于测量物体的温度变化。

常见的温度传感器有热敏电阻传感器和热电偶传感器。

热敏电阻传感器通过测量电阻随着温度的变化而改变的原理工作。

热电偶传感器是利用两种不同金属连接在一起产生温差时产生电压的特性来测量温度。

4.光传感器：光传感器用于测量光线的强度或光线的变化。

常见的光传感器有光电二极管传感器和光敏电阻传感器。

光电二极管传感器通过测量光照射到二极管上产生的电流大小来测量光线的强度。

光敏电阻传感器是利用光敏材料的电阻随着光照强度的变化而改变的原理。

5.加速度传感器：加速度传感器用于测量物体的加速度变化。

常见的加速度传感器有压电式传感器和运动传感器。

压电式传感器是通过测量压电材料在加速度作用下产生的电荷大小来测量加速度。

运动传感器则是通过测量物体的位移或速度的变化来计算加速度。

传感器的工作原理多种多样，但总体来说，它们都是将外部信号转化为电信号，并通过与之连接的系统进行处理和分析。

传感器的工作原理和过程传感器这玩意儿,说起来挺玄乎,其实就是个感知世界的小东西。

它就像咱们的眼睛、鼻子、耳朵,只不过是机器的。

你别看它个头不大,作用可不小。

没有它,咱们的手机、电脑、汽车啥的,都得变成瞎子聋子。

这传感器的工作原理,其实也不复杂。

就拿最常见的温度传感器来说吧。

它里面有个小元件,叫热敏电阻。

这玩意儿有个特点,就是温度一变,它的电阻值也跟着变。

温度越高,电阻越小;温度越低,电阻越大。

传感器里还有个电路,专门负责测量这个电阻值。

一旦电阻值变了,电路就立马知道温度也变了。

然后它就把这个变化转换成电信号,传给控制器。

控制器再根据这个信号,决定下一步该干啥。

比如说,你家的空调里就有个温度传感器。

夏天热得不行,你把空调打开,设定个26度。

传感器一测,发现屋里30度,比设定值高。

它就赶紧给控制器发信号,控制器就指挥压缩机使劲儿工作,把屋里的温度降下来。

等降到26度了,传感器一测,温度合适了,就给控制器发个信号,让它别那么卖力了,歇会儿。

你看,就这么个小小的传感器,就能让空调乖乖听话,该干活干活,该歇着歇着。

你说神奇不神奇?其实,传感器的种类多了去了。

除了温度传感器,还有湿度传感器、压力传感器、光传感器、声音传感器等等。

它们的工作原理都差不多,就是感知外界的变化,然后转换成电信号,传给控制器。

比如说,你开车的时候,要是前面突然冒出个人,你还没反应过来呢,车里的传感器早就发现了。

它一测,发现距离太近了,就赶紧给控制器发信号。

控制器立马就指挥刹车系统,啪的一下把车停住,避免了一场车祸。

所以说,传感器这东西,虽然不起眼,但作用可大了。

它就像咱们的五官,帮着机器感知世界,做出正确的判断。

没有它,咱们的世界可就乱套喽。

不过,传感器也有不靠谱的时候。

比如说,你家的温度传感器要是坏了,空调就不知道该咋办了。

它可能一个劲儿地吹冷风,把你冻得直哆嗦;也可能一个劲儿地吹热风,把你热得满头大汗。

这时候,你就得赶紧找个师傅来修修,不然日子可就不好过了。

6.1 磁电感应式传感器磁电感应式传感器又称电动势式传感器，是利用电磁感应原理将被测量(如振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传感器。

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磁力线而产生。

这类结构有动圈式和动铁式两种，如图所示。

磁铁与线圈相对运动使线圈切割磁力线，产生与运动速度d x/d t 成正比的感应电动势的可达2kHz左右。

6.1.2 变磁通式磁电感应传感器结构与工作原理变磁通式磁电感应传感器一般做成转速传感器，产生感应电动势的频率作为输出，而电动势的频率取决于磁通变化的频率。

式中：Z为齿轮齿数；电动势频率(Hz)。

这样当已知被测转轴带动椭圆形测量轮5在磁场气隙中等速转动，使气隙平均长度周期性地变化，因而磁路磁阻和磁通也同样周期性地变化，则在线圈3中产生感应电动势，其频率2．振动测量0.7kg 质量1.9工作线圈内阻mV ·s ·cm -45mm×160mm 外形尺寸0.1～1000可测振幅范围≤10％精度5g 最大可测加速度10～500Hz m k 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6.1.3 磁电感应式传感器的应用1．转速测量当转轴不受扭矩时，两线圈输出信号相同，相位差为零。

当被测轴6.2 霍尔式传感器霍尔式传感器是基于一种传感器。

霍尔器件是一种磁传感器，用它们可以检测磁场及6.2.1 霍尔传感器的工作原理1．霍尔效应半导体薄片置于磁感应强度为BC DA磁感应强度B为零时的情况当有图示方向磁场B作用时作用在半导体薄片上的磁场强度霍尔效应演示BCDA当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内、B方向的端面之间建立起霍尔电式中：2．霍尔元件霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片(一般为4经研磨抛光，然后用蒸发合金法或其他方法制作欧姆接触电极，(a) 霍尔元件外形(b)电路符号(c) 基本应用电路3．霍尔元件的主要特性及材料1) 霍尔元件的主要特性参数制所对应的激励电流称为最大允许激励电流。

学案1传感器及其工作原理[目标定位] 1.了解什么是传感器，感受传感技术在信息时代的作用与意义.2.知道将非电学量转化为电学量的意义.3.了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻和霍尔元件的性能，知道其工作原理及作用．一、什么是传感器[问题设计]如图1所示，小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡熄灭．图1盒子里有什么样的装置，才能消灭这样的现象？答案盒子里用到了干簧管．把干簧管串入电路，当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用．[要点提炼]1．干簧管结构：如图2所示，它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片．图2作用：在电路中起到开关的作用，它是一种能够感知磁场的传感器．2．传感器定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们依据肯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．3．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以便利地进行测量、传输、处理和把握．4．在分析传感器时要明确：(1)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转化为电学量的；(3)是如何显示或把握开关的．二、光敏电阻[问题设计]在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以精确得知生产产品的数量，如图3所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是什么？图3答案当光被产品拦住时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次．[要点提炼]1．光敏电阻：把电阻率与所受光照强度有关的物质(如硫化镉)涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极，这样就制成了一个光敏电阻．2．原理：无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增加，载流子增多，导电性变好．3．特点：光照越强，电阻越小．4．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[问题设计]如图4所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻R T(温度上升，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中心．若在R T上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？图4答案 由于酒精挥发，热敏电阻R T 温度降低，电阻值增大，指针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻R T 温度上升，电阻值减小，指针将向右偏． [要点提炼]1．热敏电阻：用电阻随温度变化格外明显的半导体材料如(氧化锰)制成．按热敏电阻阻值随温度变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻． (1)正温度系数的热敏电阻随温度上升电阻增大．(2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度上升电阻减小．2．金属热电阻：金属的电阻率随温度上升而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成温度传感器，称为热电阻．3．热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差． 四、霍尔元件 [问题设计]如图5所示，在矩形半导体薄片E 、F 间通入恒定的电流I ，同时外加与薄片垂直的磁场B ，则薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向移动，使M 、N 间消灭了电压，称为霍尔电压U H .试推导其表达式．图5答案 设薄片厚度为d ，EF 方向长度为l 1，MN 方向长度为l 2，薄片中的载流子受到洛伦兹力发生偏转，使半导体内部消灭电场，载流子同时受到电场力和洛伦兹力的作用，当洛伦兹力与电场力平衡时，M 、N 间电势差达到稳定． 即q Ul 2＝q v B再依据电流的微观表达式I ＝nq v S ，S ＝l 2d 整理得：U ＝IB nqd令k ＝1nq ，其中n 为材料单位体积的载流子的个数，q 为单个载流子的电荷量，它们均为常数．则有U ＝k IBd .[要点提炼]1．组成：在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E 、F 、M 、N ，就成为一个霍尔元件． 2．原理：E 、F 间通入恒定的电流I ，同时外加与薄片垂直的磁场B 时，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M 、N 间消灭电压．霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受电场力和洛伦兹力二力平衡．3．作用：霍尔电压U H ＝k IBd (d 为薄片的厚度，k 为霍尔系数)．其中U H 与B 成正比，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． 4．霍尔电势凹凸的推断方法由左手定则推断带电粒子的受力方向，假如带电粒子是正电荷，则拇指所指的面为高电势面，假如是负电荷，则拇指所指的面为低电势面，但无论是正电荷还是负电荷，四指指的都是电流方向，即正电荷定向移动的方向，负电荷定向移动的反方向．一、对传感器的生疏例1 如图6是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．图6其中电源电压保持不变，R 是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端．(1)若把一只电压表接在c 、d 之间当油箱中油量削减时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)． (2)将电压表接在b 、c 之间，当油箱中油量削减时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)． 解析 (1)当油量削减时，R 的数值会增大，电路中的电流会减小，c 、d 间的电压会减小．当把电压表接在c 、d 两点间，电压表示数减小时，表示油量在减小．(2)把电压表接在b 、c 之间，油量削减时，R 增大，电压表的示数增大． 答案 (1)减小 (2)增大二、对光敏电阻、热敏电阻的生疏及应用例2 如图7所示，R 1、R 2为定值电阻，L 为小灯泡，R 3为光敏电阻，当入射光强度增大时( )图7。