1、第五章 传感器1.认识传感器1了解什么是传感器，了解传感器的种类。2.了解传感器的组成与应用的一般模式。一、神奇的传感器1传感器的定义：传感器是指这样一类器件或装置：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。2传感器的特点：把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。二、传感器的种类1传感器的种类(1)物理传感器：利用物质的物理特性或物理效应制作而成。(2)化学传感器：利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号。(3)生物传感器：利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质。2大
2、多数传感器是以物理原理为基础制作的。它们原理各异，分类方法也不同。既可以根据被测量的不同分类，还可以根据具体工作原理的不同分类。三、传感器的组成与应用模式1传感器的基本部分一般由敏感元件、转换元件组成。2传感器应用的一般模式：判一判(1)传感器可以把非电学量转换为电学量。()(2)大多数传感器是以物理原理为基础制作的。()(3)传感器种类繁多，但基本部分一般由敏感元件、执行机构组成。()提示：(1)(2)(3)课堂任务传感器仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：如图甲所示，小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关。如果把磁体B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁体移走，灯泡熄灭。盒子里
3、有什么样的装置，才能出现这样的现象？提示：小灯泡的发光、熄灭与磁场的有、无有关，说明盒子里有一种能够感知磁场的装置，它起到了开关的作用。活动2：小盒子A中起到开关作用的装置叫作“干簧管”，它是一种传感器。如图乙，控制楼道灯亮灭的声控光控开关也用到了传感器。只有当环境的亮度低于某一数值，同时声强高于某一数值时，声控光控开关才会接通，灯才会亮。声控光控开关能感知什么，并将其转换为什么？提示：声控光控开关能感知环境的亮度和声音的强度，并将其转换为电路的通断。活动3：如图丙，一些宾馆安装了自动门，自动门上的红外线传感器可以检测出人体向外辐射的红外线，从而发出使自动门开关启动的命令。红外线传感器能感知什
4、么，并将其转换为什么？提示：红外线传感器能感知红外线，并将其转换为控制自动门开关的电信号。活动4：如图丁，交通警察在检查司机是否酒后开车时，会让司机对着“便携式酒精检测仪”呼气，检测仪就会显示呼出气体中的酒精浓度。检测仪中的乙醇传感器能感知什么，并将其转换为什么？提示：乙醇传感器能感知乙醇的浓度，并将其转换为电信号。活动5：如图戊，传感器的功能与人的感觉器官的功能类似，所以这类装置才叫作传感器。请根据以上例子，总结传感器的功能。提示：传感器能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换
5、为电路的通断。把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。1干簧管电子电路中常用到的一种元件，结构很简单，只是在玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片。如图所示，当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。干簧管是一种能够感知磁场的传感器。2传感器的原理3传感器的种类传感器的种类很多，作为一门知识密集型技术，它与许多学科有关。(1)有的利用物质的物理特性或物理效应制作而成，如力传感器、磁传感器、声传感器等物理传感器；(2)有的利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号，如离子传感器、气体传感
6、器等化学传感器；(3)有的利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质，如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等生物传感器。大多数传感器是以物理原理为基础制作的，根据被测量的不同，可分为声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器；根据具体工作原理的不同，可分为电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。4传感器的组成传感器的基本部分一般由敏感元件、转换元件组成。(1)敏感元件：是指能直接感受或响应外界被测非电学量的部分，完成检测功能。(2)转换元件：是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分，完成转换功能。并不是所有传感器都能够明显地区分敏感元件和转换元件。如果敏感元
7、件直接输出的是电学量，它就同时兼为转换元件。5传感器的应用模式传感器输出的电信号一般都很微弱，难以带动执行机构去实现控制动作，因此要把这个电信号放大。如果需要远距离传送，还要把它转换成其他电信号以抵御外界干扰。从传感器获得信号后，可以用指针式电表或数字屏等显示测量的数据；也可以用来驱动继电器或其他元件，来执行指定动作；还可以由计算机对获得的数据进行处理，发出更复杂的指令。传感器应用的一般模式如图所示：6传感器组成与应用模式的实例分析电容式话筒话筒是一种能够将声音信号转换为电信号的传感器，如图甲。(1)传感器结构：如图乙所示是电容式话筒的组成结构示意图，话筒的振动膜片涂有薄薄的金属层，膜后相距几
8、十微米有一个金属片(固定电极)，它们构成电容器的两个极板。电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离的关系来工作。(2)传感器基本部分：声波使振动膜发生振动，振动膜作为敏感元件，感受声音信号的变化，与固定电极组成的电容器相当于转换元件，将声音信号的强弱转换成电容器的电容变化。(3)信号调整与转换电路：把电容器接入含有电阻、电源的转换电路中，由于电容器的电容不断发生变化，电容器产生充、放电电流，加载在电阻R两端的电压也随之变化。这样，信号最后经过转换电路就被输出为便于测量和处理的电压信号，用于显示、记录等。例(多选)关于干簧管，下列说法正确的是()A干簧管接入电路中相当于电阻B干簧管是根据热胀冷缩的
9、原理制成的C干簧管接入电路中相当于开关D干簧管是作为磁控元件以实现自动控制的(1)干簧管在电路中的作用是什么？提示：干簧管在电路中起到开关的作用。(2)干簧管的工作原理是什么？提示：干簧管的两个簧片在外加磁场的作用下被磁化而接通，没有外加磁场时两簧片失去磁性而分开。规范解答干簧管的两个簧片由软磁性材料制成，当周围存在磁场时，两个簧片被磁化，就会相互吸引而使电路接通。故干簧管接入电路中相当于开关，可作为磁控元件以实现自动控制。A、B错误，C、D正确。完美答案CD规律点拨分析传感器时要明确的问题(1)敏感元件与转换元件是什么。(2)是怎样将非电学量转换为电学量的。(3)该电学量的变化对电路有什么影
10、响。(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是()A传感器可以直接用来进行自动控制B传感器可以用来采集信息C传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量D传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量答案BC解析传感器只能把非电学量转换成电学量，不能直接用来进行自动控制，A错误；由于传感器可把非电学量转换成电学量，因此传感器可以用来采集信息，B正确；传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量，故C正确，D错误。很多汽车的车窗有防夹手功能，车窗在关闭过程中碰到障碍时会停止并自动下降。实现该功能可能使用的传感器是()A生物传感器 B气体传感器C温度传感器 D压力传感器答案D解析车窗在关闭过程中碰到障碍时会停
11、止并自动下降，这是因为使用了压力传感器，故D正确。 1. (对干簧管的认识)(多选)如图，关于干簧管，下列说法中正确的是()A磁体靠近干簧管，小灯泡会亮B改变磁体磁极的方向，然后靠近干簧管，小灯泡不亮C干簧管作为磁传感器，经常被用于控制电路的通断D干簧管作为磁传感器，可被用于定量测量磁感应强度答案AC解析干簧管内有两个由软磁性材料制成的簧片，能感知磁场。当周围存在磁场时，两个簧片被磁化，就会相互吸引，从而接通所在电路，且与磁体磁极的方向无关，故B错误，A、C正确；干簧管只能判断足够强的磁场是否存在，不具备定量测量磁感应强度的能力，故D错误。2(对传感器的认识)(多选)传感器担负着信息采集的任务
12、，它可以()A将力学量(如形变量)转变成电学量B将热学量转变成电学量C将光学量转变成电学量D将电学量转变成力学量答案ABC解析传感器能够将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等)按照一定的规律转换为便于测量的电学量，故A、B、C正确，D错误。3(传感器的种类)交通警察用来检测驾驶员酒精含量的检测仪使用的传感器是()A温度传感器 B压力传感器C湿度传感器 D气体传感器答案D解析交通警察用来检测驾驶员酒精含量的检测仪使用的是酒精气体传感器，故D正确。4(传感器的应用)(多选)传感器被广泛应用在日常生活中，下列用电器中，有使用温度传感器的是()A遥控器 B空调机C电冰箱 D电饭锅答案BCD
13、解析各种遥控器均与温度无关，没有使用温度传感器，故A不符合题意；空调机中，当温度低于设定的临界温度时，压缩机会停止工作，说明有温度传感器，故B符合题意；当冰箱内的温度高于设定的临界温度时，电冰箱会工作，说明电冰箱中有温度传感器，故C符合题意；电饭锅中，当温度高于设定的临界温度时，会断开加热电路，说明有温度传感器，故D符合题意。5(传感器的应用)当你走近某些宾馆、酒店的大门时，门就会自动为你打开；当你走进门之后，门又在你身后自动关上。你觉得这可能是将下列哪种外界信息转换为有用的信息()A声音 B运动C可见光 D红外线答案D解析人靠近自动门但不发声时，门也会打开，A错误；人站在自动门前不动时，门也
14、会打开，B错误；周围环境的光线很复杂，而自动门的自动控制要求灵敏、可靠，故C错误；一切物体都在发射红外线，温度越高，发射的红外线越强，所以人体一般比自动门周围物体发射的红外线强，自动门实际使用的是红外线传感器，故D正确。6(传感器的应用)电热水器在使用过程中能按设置温度自动跳闸断电，是因为电热水器中安装了()A光传感器 B温度传感器C红外传感器 D湿度传感器答案B解析电热水器在使用过程中能按设置温度自动跳闸断电，即能感知温度，所以电热水器中安装了温度传感器，故选B。7(传感器的应用)2008年5月12日我国四川省汶川县发生了8.0级的大地震，救援队员用多种生命探测仪搜寻废墟下幸存者发出的具有生
15、命迹象的信息。有一种生命探测仪与自动门、家电遥控系统应用的是同一种类型的传感器。这种传感器是()A湿度传感器 B气体传感器C红外传感器 D压力传感器答案C解析自动门和家用遥控器使用的是红外线传感器，故C正确，A、B、D错误。8(传感器)(多选)下列有关传感器的说法，正确的是()A交警使用的酒精测试仪是一种物理传感器，是靠吹气的压力来工作的B红外线传感器是靠接收物体发出的红外线来工作的C红外线传感器就是温度传感器D传感器是将非电学量转换成电学量的一种元件答案BD解析交警使用的酒精测试仪不是靠吹气的压力来工作，而是依靠感知乙醇浓度来工作的，故A错误；红外线传感器是靠接收物体发出的红外线来工作的，红
16、外线传感器不一定是温度传感器，故B正确，C错误；传感器是将非电学量转换成电学量的一种元件，故D正确。9. (对传感器的认识)(多选)如图所示，在电路中接一段钨丝，闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗，根据钨丝的上述特性，可用钨丝来制作一个温度传感器，下列说法中正确的是()A该传感器利用了钨丝的物理性质B该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性C该传感器能够把热学量(温度)转换为电学量(电阻)D该传感器能够把电学量(电阻)转换为热学量(温度)答案ABC解析由题中的实验现象可知，钨丝的电阻随温度的升高而增大，故根据上述特性用钨丝制作的传感器，利用了钨丝电阻随温度变化而
17、变化的特性，利用了钨丝的物理性质，该传感器能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，故A、B、C正确，D错误。10(传感器)关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是()A非电学量敏感元件转换电路电学量转换器件B电学量敏感元件转换电路转换器件非电学量C非电学量敏感元件转换器件转换电路电学量D非电学量转换电路转换器件敏感元件电学量答案C解析传感器是通过把非电学量转换成电学量来传递信号的，传感器工作的一般流程为：非电学量被敏感元件感知，然后通过转换器件转换成电信号，再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量。所以C正确，A、B、D错误。11(传感器的应用)人类发射的绕地球运转的所有航天器
18、，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能是由太阳能电池提供的。要求太阳能电池板总是对准太阳，应利用下列哪种传感器来感知太阳方位()A力传感器 B光传感器C温度传感器 D生物传感器答案B解析对比四个选项可知，只有光传感器能感知太阳方位，B正确，A、C、D错误。12(传感器的应用)电视机中有一个传感器，能将遥控器发出的红外线信号转化为电信号。下列装置中也利用了这种传感器的是()A电话机的话筒 B楼道里的声控开关C空调中的遥控接收器 D冰箱中的温控器答案C解析用遥控器调换电视机频道的过程，是传感器把光信号转换为电信号的过程。电话机的话筒将声音信号转换为电信号，故A错误；楼道中照明灯的声控开关将声音信
19、号转换为电信号，故B错误；空调中的遥控接收器将光信号转换为电信号，故C正确；冰箱中控制温度的温控器将温度信号转换为电信号，故D错误。13(传感器的种类)某些牛奶制品中被检测出化学原料三聚氰胺。在多种检测三聚氰胺的方法中有一种“酶标法检测”，这种检测方法使用的传感器为()A物理传感器 B化学传感器C生物传感器 D温度传感器答案C解析酶标法利用了生物酶，故这种检测方法使用的传感器应为生物传感器，故选C。14. (传感器的应用)图为火灾报警器，在会议室、宾馆房间的天花板上均有安装。当有烟雾进入这种有孔的罩内时即会发出警报，则该报警器中装有的传感器是()A光传感器 B压力传感器C声音传感器 D温度传感器答案A解析当有烟雾进入这种有孔的罩内时，烟雾对光有散射作用，使光线的光路发生变化，从而改变传感器上的光照强度来发出警报，则该报警器中装有的传感器是光传感器，故A正确。