第3节 信息时代的电子“感官”
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.知道传感器具有将非电学量转化为电学量的特性．对常见的传感器的种类有所了解．
2.了解温度传感器的基本原理．知道温度传感器具有将温度信号转变为电信号的功能．(重点、难点)
3.了解常见传感器在林业、农业、生活和航空航天中的应用，体会传感器的应用给人们带来的方便.
传 感 器 及 其 工 作 原 理
1．传感器
(1)定义：能够感受外部信息，并将其按照一定的规律转换成电信号的器件或装置．
(2)原理：能够将非电学量转化成电学量．它处于被测量信息输入的第一道关口，能够感受到被测量的各种信息，并能将感受到的信息通过电路处理变换成电信号输出．
(3)非电学量：温度、湿度、光线、声音、力、位置、位移、速度、流量等，它们不能直接进行自动化信息处理和交换．
2．传感器的分类
传感器的类型非常多，根据测量的非电学量不同，传感器可分为温度传感器、光传感器、压力传感器、磁传感器、气体传感器、湿度传感器、射线传感器等；按工作原理的不同，传感器有电阻、电容、电感、电压、热电偶、等类型．
3．传感器如何传感信息
传感器是由敏感元件、转换元件(处理电路)及辅助电源组成的．敏感元件是能敏锐地感受某种物理信息并将其转变为电信号的特种电子元件．转换元件是将信号进行放大和滤波处理，随后将电信号转换为数字信号输出的装置．
1．传感器就是传递某种信息的电学元件．(×)
2．所有传感器的工作原理都是一样的．(×)
在一些楼道、走廊等公共场所，都装有一种“节能”灯，白天灯不会发光，晚上安静时灯也不工作．若晚上有一定的声音，如脚步声或击掌声，灯会马上亮起来，过一会儿安静后又自动熄灭．请简单说明它的工作原理．
【提示】 利用光传感器和声传感器控制开关．在光较暗时，若声传感器接收到声音，电路接通，灯泡发光；无声音和在白天时，电路断开，灯不发光．
1．传感器
能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求把这些信息转换成可用于输出信息的器件或装置．
2．人是通过下面五种感觉(如图6-3-1)接收外界信息的，因此人本身就是高级传感器．
图6-3-1
3．组成：传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成．
→→→→
(1)敏感元件是传感器的核心部分，它是利用材料对某一物理量敏感的特性制成的．温度传感器常用的敏感元件有：双金属片、光敏电阻、热敏电阻等．
(2)转换元件的作用是把敏感元件输出的与被测物理量满足一定关系的非电信号转换为电信号的电子元件．
(3)转换电路的作用是将转换元件转换的电信号转换成易于传播或测量的电学量输出．
1．(多选)关于传感器的下列说法正确的是( )
A．电视机遥控器就是一个传感器
B．传感器是一种能够将非电学量转换为电学量的检测装置
C．传感器是实现信息自动检测和自动控制的首要器件
D．无人管理的自动灌溉系统是温度传感器在农业生产中的应用
【解析】 电视机的遥控器是一种发射和接收红外线的装置，不是传感器，故A错；自动灌溉系统是一种利用湿度传感器判断农田水分蒸发情况、自动决定供水和停水的装置，故D错．选B、C.
【答案】 BC
2．唱卡拉OK用的话筒内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号，下列说法正确的是( )
A．该传感器是根据电流的磁效应进行工作的
B．该传感器是根据电磁感应的原理进行工作的
C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电流
【解析】 当声波使膜片前后振动时，膜片后的线圈就跟着振动，从而使处于永磁体磁场的线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量变化，产生感应电流．从而将声音信号转化为电信号．可见这是利用了电磁感应原理，故只有B正确．
【答案】 B
3．关于传感器及其作用，下列说法正确的是( )
A．传感器一定是把非电学量转换为电学量
B．传感器一定是把非电学量转换为电路的通断
C．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便进行测量、传输、处理和控制
D．电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以电磁感应也是传感器
【解析】 传感器是指一种元件或装置，它能感受力、温度、光、声、磁、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；其作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电学量，找出非电学量和电学量之间的对应关系．电磁感应是一种现象，不是元件和装置，不能称为传感器．
【答案】 C
常 用 传 感 器
1．传感器的广泛应用
传感器被广泛应用于工业自动化、农业生产、家用电器和航空、航天领域中．
2．常用传感器
(1)双金属片温度传感器：利用两片金属的热膨胀系数不同，在温度变化时两片金属伸长或缩短量不同而弯曲，从而控制电路的通断．
应用：电熨斗、恒温箱等．
(2)热敏电阻温度传感器：利用热敏电阻器的电阻值随温度变化而改变的特点，在温度变化时，热敏电阻器的电阻值发生变化，从而引起电路中电流和电压的变化．
应用：空调、电冰箱、微波炉、消毒柜等．
(3)光敏电阻传感器：利用光敏电阻器的电阻值随光照的强度变化而改变的特点．无光照时，光敏电阻器的电阻值很大，有光照时，光敏电阻器的电阻值变小，从而引起电路中电流和电压的变化．
应用：工业自动化控制、光电计数器等．
(4)红外线传感器：接收携带信息的红外线，转换成电信号，从而获得红外线辐射源的相关信息．
应用：航空摄影、卫星遥感遥测、自动门、红外线测温仪、防盗防火警报器、家用电器遥控器等．
(5)另外还有压力传感器、生物传感器、气味传感器等．
4．按图6-3-2所示连接好电路，合上S，发现小灯泡不亮，原因是________；用电吹风对热敏电阻加热一会儿，会发现小灯泡________，原因是________；停止吹风，会发现________；把热敏电阻放入冷水中会发现________．
图6-3-2
【解析】 由于热敏电阻温度低时阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁．对热敏电阻加热其阻值减小后，电路电流变大，电磁铁把衔铁吸下后接通右侧电路，灯变亮．停止吹风小灯泡不会立即熄灭，因为热敏电阻温度仍然较高；把热敏电阻放入冷水后，温度降低，小灯泡熄灭．
【答案】 见解析
5．在地震救援行动中，救援队借助“生命探测仪”可以发现深埋在废墟中的伤员，根据所学知识，你认为“生命探测仪”可能用到了( )
A．红外线传感器
B．压力传感器
C．振动传感器
D．电容传感器
【解析】 伤员被深埋在废墟中，借助红外线传感器可以感知人与周围环境的差别，且伤员与尸体的温度不同，借助探测仪可以探测到活着的被困人员，故应选A.
【答案】 A
6．(多选)如图6-3-3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( )
图6-3-3
A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压
B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
【解析】 R1为光敏电阻，当有光照射时，R1的阻值变小，R2上的电压变大，信号处理系统获得高电压．由题意知，当传送带上的物体挡住光时，信号处理系统获得低电压，这种电压高低交替变化的信号转化为相应的数字，实现自动计数的功能，达到自动计数的目的．
【答案】 AC
自动计数器是利用光敏电阻对光的敏感特性将光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量，并将电路中的电压用信号处理系统识别以达到计数的目的.
课件22张PPT。学业分层测评知识点一知识点二外部信息 电信号 非电学量 测量信息输入 各种信息 电路处理 电信号 湿度 声音 位移 流量 自动化 温度传 感器 压力传感器 气体传感器 射线传感器 电阻 电感 红外线 敏感元件 转换元件 物理信息 电信号 电信号 数字信号 × ×
