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第五章 傳感器及其應用
3.大顯身手的傳感器
教學目標
CONTENT
01
02
03
了解傳感器在指紋識別、機器人上的應用
了解傳感器在自動門上的應用
了解傳感器在洗衣機水位控制裝置上的應用
裝有傳感器的火星探測器
新課引入
傳感器是現代測量和自動控制中使用的重要元件。
從宇宙探索、海洋開發、環境保護、災情預報到日常生活，傳感器都發揮著重要的作用。
本節我們將通過幾個實例了解傳感器的應用。
裝有傳感器的兒童玩具
自動感應門
一
當你走進寫字樓、賓館、機場等大廳的入口時，大門會自動打開；進入大廳之后，門又會自動關閉。控制這種自動門的開關裝有一種紅外線傳感器。它能探測到較遠距離的人體發出的微弱紅外線。
紅外線傳感器
自動感應門
一
自動感應門系統主要經歷了三個環節:
首先，檢測門前是否有人;
其次，判斷檢測結果，發出相關指令;
最后，執行指令(開、關門)。
人體發出的紅外線
經濾光片
聚焦熱電元件
熱電元件釋放電荷
使電路中電阻、電流、電壓等發生變化
非電學量
電學量
洗衣機水位控制
二
內筒注水
流入外筒
部分水流入氣室
氣室壓強增大
傳感器膜片凸起
非電學量
電路通斷
外筒
內筒
傳感器膜盒
氣室
a與b脫離與c接觸
控制電路關閉進水閥門
壓力傳感器
指紋識別器
三
人的指紋各不相同且終生基本不變。
由于具有唯一性和穩定性，指紋成為識別身份的一種有效手段。
目前，指紋識別器已應用于密碼門、銀行儲戶的身份識別等方面。
指紋識別器
三
手指放在絕緣表面
皮膚為電容另一面
指紋的脊和谷與另一極距離不同
不同位置的電容不同
獲取指紋信息
非電學量
電學量
絕緣表面
轉換成電信號
電容傳感器
脊
谷
1. 機器人是一種擬人化的電子機械裝置。
機器人
四
2. 機器人由機械系統、傳感器系統、信息處理和控制系統組成。
3. 傳感器系統可分為外部傳感器和內部傳感器。
外部傳感器
部位 所用傳感器 作用
眼睛 視覺傳感器（攝像機） 測量距離，識別形狀、顏色
耳朵 超聲波傳感器語音識別裝置 辨別聲音
皮膚 溫度傳感器 感知環境溫度變化
手 壓力、溫度位移 模擬手的感覺
鼻子 氣體傳感器 模擬鼻子功能
內部傳感器
角度傳感器、關節傳感器用于檢測機器人自身的狀態。
安裝在驅動裝置內，用以測量手臂、手爪等的位置和速度，以控制機器人精確定位和平穩運動。
典例精析
例1：光敏電阻在各種自動化裝置中有很多應用,其中就可用于街道路燈的自動控制開關,如圖所示為模擬電路,其中A為光敏電阻,B為電磁繼電器,C為照明電路,D為路燈,請連成正確的電路,達到日出燈熄,日落燈亮的效果。
解析：當天亮時,光敏電阻減小,控制回路電流增大,電磁繼電器B工作,觸點斷開,路燈熄滅。
夜晚降臨,光敏電阻增大．控制回路電流減小,觸點接通,路燈點亮。
課堂小結
一、門窗防盜報警裝置
二、光控開關
三、拓展學習：雙金屬片、煙霧散射式火災報警器
跟蹤練習
1.如圖所示，全自動洗衣機中的排水閥是由程序控制器控制其動作的，當進行排水和脫水工序時，控制鐵芯1的線圈通電，使鐵芯2運動，從而牽引排水閥的閥門排除污水。以下說法中正確的是(　　)
A．若輸入的控制電流由a流入，由b流出，則鐵芯2中A端為N極，B端為S極
B．若輸入的控制電流由a流入，由b流出，則鐵芯2中A端為S極，B端為N極
C．若a、b處輸入交變電流，鐵芯2不能被吸入線圈中
D．若a、b處輸入交變電流，鐵芯2仍能被吸入線圈中
解析：若電流由a流入,b流出,根據右手定則,螺線管左端為N極,鐵芯2被磁化后,A端為N極,A正確；無論接交流電或直流電,鐵芯2都會被通電螺線管磁化,D正確。
AD
2．如圖所示，A是浮子，B是金屬觸頭，C為住宅樓房頂上的蓄水池，M是帶水泵的電動機，D是彈簧，E是銜鐵，F是電磁鐵，S1、S2分別為觸點開關，S為開關，J為電池。請利用上述材料，設計一個住宅樓房頂上的自動注水裝置。
(1)連接電路圖；
(2)簡述其工作原理(涉及的元件可用字母
代替)。
解析：合上開關S，當浮子上升使B接觸到S1時，左側電路(控制電路)工作，電磁鐵F拉下銜鐵E，使S2斷開，電動機M不工作，當水位下降使B與S1脫離，電路停止工作，F無磁性，D拉動E，使S2接通，M工作。
3.演示位移傳感器的工作原理如圖所示，物體M在導軌上平移時，帶動滑動變阻器的金屬滑桿p，通過電壓表顯示的數據，來反映物體位移的大小x。假設電壓表是理想的，則下列說法正確的是 ( )
A. 物體M 運動時，電源內的電流會發生變化
B. 物體M 運動時，電壓表的示數會發生變化
C. 物體M 不動時，電路中沒有電流
D. 物體M 不動時，電壓表沒有示數
B
解析：電壓表測的是如圖所示陰影部分電阻分到的電壓，回路中流過電源的電流不變，M 運動時，電阻變化，分到的電壓也變化，M 不動時，電壓不變。
4.如圖甲為在溫度為10℃左右的環境中工作的某自動恒溫箱原理簡圖，箱內的電阻R1=20 kΩ，R2=10 kΩ，R3=40 kΩ，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示。當 a、b端電壓 Uab<0時，電壓鑒別器會令開關S接通，恒溫箱內的電熱絲發熱，使箱內溫度提高；當Uab>0時，電壓鑒別器使 S斷開，停止加熱，恒溫箱內的溫度恒定在______℃。
35
解析： 時，Uab=0，Rt=20kΩ，由圖，溫度為35℃
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