高中物理 5.3　大顯身手的傳感器課件 魯科版選修32.ppt

第3節(jié)大顯身手的傳感器 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解力傳感器在洗衣機(jī)上的應(yīng)用 了解光傳感器在自動(dòng)門上的應(yīng)用 2 了解電容傳感器在指紋識(shí)別器上的應(yīng)用 了解傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用 3 感受傳感器技術(shù)給人類生活帶來(lái)的便利 了解傳感器應(yīng)用的設(shè)計(jì)思路 重點(diǎn)難點(diǎn) 傳感器的應(yīng)用 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第3節(jié) 課前自主學(xué)案 課前自主學(xué)案 一 洗衣機(jī)水位控制裝置全自動(dòng)洗衣機(jī)的水位控制裝置使用了 傳感器 當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定的高度時(shí)自動(dòng) 進(jìn)水電磁閥門 洗滌電動(dòng)機(jī)電源 二 自動(dòng)門1 控制自動(dòng)門開(kāi)關(guān)的是一種 傳感器 2 自動(dòng)門工作流程 壓力 關(guān)閉 接通 紅外線 三 指紋識(shí)別器指紋識(shí)別器是通過(guò) 傳感器來(lái)識(shí)別指紋的 手指皮膚與電容傳感器表面構(gòu)成了 由于指紋的凹凸導(dǎo)致不同位置的電容差異 四 傳感器與機(jī)器人1 機(jī)器人傳感器的分類機(jī)器人傳感器分為 傳感器和 傳感器 電容 電容陣列 外部 內(nèi)部 2 傳感器用途 1 傳感器用于感知外部 和外界事物對(duì)機(jī)器人的 使機(jī)器人擁有類似人的 觸覺(jué) 嗅覺(jué) 味覺(jué)等感覺(jué) 從而使機(jī)器人具有擬人化的特點(diǎn) 2 傳感器 如角度傳感器 等 用于檢測(cè)機(jī)器人的 注意 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中傳感器主要用來(lái)檢測(cè)精確數(shù)據(jù) 檢測(cè)是自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié) 外部 工作環(huán)境 刺激 視覺(jué) 聽(tīng)覺(jué) 關(guān)節(jié)傳感器 內(nèi)部 狀態(tài) 核心要點(diǎn)突破 一 各類傳感器由敏感元件到轉(zhuǎn)換電路的分析1 洗衣機(jī)水位控制裝置使用的壓力傳感器是一種開(kāi)關(guān)型的傳感器 當(dāng)向內(nèi)筒注水時(shí) 部分水進(jìn)入氣室 氣室內(nèi)壓強(qiáng)增大 使傳感器的膜片向上凸起 從而使動(dòng)觸點(diǎn)a與下面的靜觸點(diǎn)b分離 并與上面的靜觸點(diǎn)c接觸 從而接通控制電路 關(guān)閉進(jìn)水電磁閥門 同時(shí)接通洗滌電動(dòng)機(jī)電源 開(kāi)始洗滌衣物 2 自動(dòng)門上的紅外線傳感器 也是一種開(kāi)關(guān)型的傳感器 人走近自動(dòng)門傳感器輸出電壓信號(hào) 信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后 使定時(shí)器工作 由定時(shí)器構(gòu)成的電路使繼電器通電 自動(dòng)門電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 門自動(dòng)打開(kāi) 當(dāng)人通過(guò)自動(dòng)門幾秒鐘后 自動(dòng)門電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) 門自動(dòng)關(guān)閉 3 指紋識(shí)別器的電容傳感器輸出電容變化這一電信號(hào) 經(jīng)過(guò)電路對(duì)電信號(hào)的比較 實(shí)現(xiàn)對(duì)指紋的識(shí)別 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 當(dāng)你走近某些寫字樓 機(jī)場(chǎng) 賓館等大廳的入口時(shí) 大門會(huì)自動(dòng)打開(kāi) 進(jìn)入大廳后 門又會(huì)自動(dòng)關(guān)閉 關(guān)于這種自動(dòng)門的下列說(shuō)法中正確的是 a 控制這種自動(dòng)門開(kāi)關(guān)的是一種紅外線傳感器b 控制這種自動(dòng)門開(kāi)關(guān)的是一種普通光電傳感器 能使自動(dòng)門 見(jiàn)光開(kāi) c 大人走近門會(huì)自動(dòng)打開(kāi) 小孩走近門 門不會(huì)自動(dòng)打開(kāi)d 男孩走近門會(huì)自動(dòng)打開(kāi) 女孩走近門 門可能不會(huì)開(kāi) 解析 選a 控制自動(dòng)門開(kāi)關(guān)的傳感器是紅外線傳感器 a對(duì) b錯(cuò) 盡管不同物體 包括大人 孩子 不同溫度發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)不同 但在設(shè)置這個(gè)傳感器范圍時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮到大人 小孩個(gè)體的差異及人體體溫的變化范圍 大人 小孩 男孩 女孩靠近 門都應(yīng)當(dāng)會(huì)自動(dòng)打開(kāi) c d錯(cuò) 二 機(jī)器人傳感器與人的感官1 機(jī)器人的構(gòu)成機(jī)器人主要包括三個(gè)部分 環(huán)境信息采集部分 相當(dāng)于人的感覺(jué)器官 環(huán)境識(shí)別和動(dòng)作控制部分 相當(dāng)于人的大腦 動(dòng)作部分 相當(dāng)于人的手 腳等 2 機(jī)器人的感覺(jué)傳感器是機(jī)器人的感覺(jué)器官 外部傳感器用于感知外部工作環(huán)境和外界事物對(duì)機(jī)器人的刺激 各種傳感器與機(jī)器人的感覺(jué)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表 3 機(jī)器人與人執(zhí)行模擬機(jī)器人由傳感器 控制器和執(zhí)行器三個(gè)模塊組成 其功能作用與人做如下對(duì)比 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 2011年南安高二檢測(cè) 機(jī)器人可以通過(guò)外部傳感器來(lái)感知外部工作環(huán)境和外界事物 下列說(shuō)法有誤的是 a 溫度傳感器讓其感知溫度變化 此傳感器是熱敏電阻 阻值一定隨溫度升高而減小b 光電傳感器可以作為其眼睛 此傳感器是光敏電阻 阻值一定隨光亮度增加而減小c 超聲波傳感器可以作為其耳朵 讓其聽(tīng)到常人聽(tīng)不到的聲音d 壓力傳感器可以使其有 手感 解析 選a 溫度傳感器的敏感元件可以用熱敏電阻 也可以用金屬熱電阻 故a錯(cuò)誤 光敏電阻的阻值隨光照亮度增加而減小 所以 光電傳感器作為眼睛 其中傳感器若是光敏電阻 阻值一定隨光亮度增加而減小 b正確 超聲波傳感器作為機(jī)器人的耳朵 負(fù)責(zé)感知常人聽(tīng)不到的聲音 c正確 壓力傳感器可以使機(jī)器人感知力的大小 類似于人的手感知力一樣 d正確 三 傳感器與自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)傳感器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用 小到兒童玩具 大到宇宙飛船 傳感器的身影隨處可見(jiàn) 如果讓我們來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制裝置 應(yīng)如何設(shè)計(jì)呢 1 要明確設(shè)計(jì)意圖 弄清控制條件和相應(yīng)的自動(dòng)控制原理 2 要明確應(yīng)選用哪種傳感器 該傳感器怎樣感知控制條件及怎樣轉(zhuǎn)化為電學(xué)量輸出 3 選用什么樣的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 該執(zhí)行機(jī)構(gòu)怎樣執(zhí)行自動(dòng)控制 4 采用什么樣的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制 總之要明確傳感器應(yīng)用的一般流程 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 3 有一個(gè)自動(dòng)控制裝置電路如圖5 3 1所示 其中m是質(zhì)量較大的一個(gè)金屬塊 將裝置固定在一輛汽車上 汽車啟動(dòng)時(shí) 燈亮 原理是 汽車剎車時(shí) 燈亮 圖5 3 1 解析 當(dāng)汽車啟動(dòng)時(shí) 由于慣性 金屬塊m后移 接通電路 點(diǎn)亮綠燈 同理剎車時(shí) 金屬塊前移 點(diǎn)亮紅燈 答案 綠慣性紅 課堂互動(dòng)講練 有一種測(cè)量人體重的電子秤 其原理圖如圖5 3 2中的虛線所示 它主要由三部分構(gòu)成 踏板和壓力杠桿abo 壓力傳感器r 一個(gè)阻值可隨壓力大小而變化的電阻器 顯示體重的儀表g 其實(shí)質(zhì)是電流表 其中ao bo 5 1 已知壓力傳感器的電阻與其所受壓力的關(guān)系如下表所示 壓力傳感器的應(yīng)用 圖5 3 2 設(shè)踏板的杠桿組件的質(zhì)量不計(jì) 接通電源后 壓力傳感器兩端的電壓恒為4 68v 則 1 利用表中數(shù)據(jù)歸納出電阻r隨壓力f變化的函數(shù)關(guān)系式 2 該秤零刻度線 即踏板空載時(shí)的刻度線 應(yīng)標(biāo)在電流表刻度盤多少毫安處 3 如果某人站在踏板上 電流表刻度盤示數(shù)為20ma 這個(gè)人的體重是多少 答案 1 r 300 0 6f 2 15 6 3 550n 方法總結(jié) 本題涉及的壓力傳感器是通過(guò)壓力改變電阻 從而改變電路中的電流 通過(guò)電流表示數(shù)反映壓力的大小 圖5 3 3是電飯煲的電路圖 s1是一個(gè)控溫開(kāi)關(guān) 手動(dòng)閉合后 當(dāng)此開(kāi)關(guān)溫度達(dá)到居里點(diǎn) 103 時(shí) 會(huì)自動(dòng)斷開(kāi) s2是一個(gè)自動(dòng)控溫開(kāi)關(guān) 當(dāng)溫度低于70 時(shí) 會(huì)自動(dòng)閉合 溫度高于80 時(shí) 會(huì)自動(dòng)斷開(kāi) 紅燈是加熱時(shí)的指示燈 黃燈是保溫時(shí)的指示燈 分流電阻r1 r2 500 加熱電阻絲r3 50 兩燈電阻不計(jì) 圖5 3 3 1 分析電飯煲的工作原理 2 計(jì)算加熱和保溫兩種狀態(tài)下 電飯煲消耗的電功率之比 3 簡(jiǎn)要回答 如果不閉合開(kāi)關(guān)s1 能將飯煮熟嗎 思路點(diǎn)撥 弄懂原理 分清電路結(jié)構(gòu)及各電阻電鍵的作用是解題的關(guān)鍵 自主解答 1 電飯煲盛上食物后 接上電源 s2自動(dòng)閉合 同時(shí)手動(dòng)閉合s1 這時(shí)黃燈短路 紅燈亮 電飯煲處于加熱狀態(tài) 加熱到80 時(shí) s2自動(dòng)斷開(kāi) s1仍閉合 溫度升高到103 時(shí) 開(kāi)關(guān)s1自動(dòng)斷開(kāi) 這時(shí)飯已煮熟 黃燈亮 電飯煲處于保溫狀態(tài) 由于散熱 待溫度降至70 時(shí) s2自動(dòng)閉合 電飯煲重新加熱 溫度達(dá)到80 時(shí) s2又自動(dòng)斷開(kāi) 再次處于保溫狀態(tài) 3 如果不閉合開(kāi)關(guān)s1 開(kāi)始s2總是閉合的 r1被短路 功率為p1 當(dāng)溫度上升到80 時(shí) s2自動(dòng)斷開(kāi) 功率為p2 當(dāng)溫度又降低到70 時(shí) s2自動(dòng)閉合 溫度只能在70 80 之間變化 不能把水燒開(kāi) 不能煮熟飯 答案 見(jiàn)自主解答 變式訓(xùn)練電飯鍋是應(yīng)用溫度傳感器工作的 它的敏感元件是感溫鐵氧體 由氧化錳 氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒制而成 其特點(diǎn)是常溫下具有磁性 能夠被磁鐵吸引 溫度達(dá)到103 失去磁性 這個(gè)溫度叫居里溫度 又稱居里點(diǎn) 電飯鍋的自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)如圖5 3 4所示 根據(jù)以上信息回答 圖5 3 4 1 開(kāi)始煮飯時(shí)為什么要壓下開(kāi)關(guān)按鈕 手松開(kāi)后這個(gè)按鈕是否會(huì)恢復(fù)到圖示的狀態(tài) 為什么 2 煮飯時(shí)水沸騰后鍋內(nèi)是否會(huì)大致保持一定的溫度 3 飯熟后 水分被大米吸收 鍋底的溫度會(huì)有什么變化 這時(shí)電飯鍋會(huì)自動(dòng)地發(fā)生哪些動(dòng)作 4 如果用電飯鍋燒水 能否在水沸騰后自動(dòng)斷電 解析 1 煮飯時(shí)壓下開(kāi)關(guān)按鈕 感溫鐵氧體與永磁體相吸結(jié)合在一起 觸點(diǎn)相接 電路接通 開(kāi)始加熱 手松開(kāi)后 由于鍋內(nèi)的溫度低 感溫鐵氧體與磁體相互吸引而不能使按鈕恢復(fù)到圖示的狀態(tài) 2 煮飯時(shí)水