2019-20組學(xué)年下學(xué)期

教

案

課程名稱：傳感器與檢測技術(shù)

授課教師：

江蘇省技工院校

教案首頁

授課日期

班級

課題：緒論_________________________________________________________

教學(xué)目的要求：1.知識與技能:通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)使學(xué)生了解傳感器概念，

組成，分類以及今后的發(fā)展趨勢

2.過程與方法：通過將人的大腦比作CPU,那么感覺器官便是敏感元件，大腦

是轉(zhuǎn)換元件，那么四肢根據(jù)大腦轉(zhuǎn)換的信息去處理事件，就是一個完整的傳感

器的模型了來引入課程。

3.情感、態(tài)度與價值觀：通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)使學(xué)生了解傳感器概念，組成，分

類以及今后的發(fā)展趨勢

教學(xué)重點：傳感器的概念和組成_______________________________________

教學(xué)難點：對傳感器概念的理解_______________________________________

授課方法：教學(xué)中遵循“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，知識為主線，發(fā)展思維

為主旨”的“四主”原則.以恰當(dāng)?shù)膯栴}為紐帶，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主探究、合作

交流的空間。

教學(xué)參考及教具（含多媒體教學(xué)設(shè)備）：板書含多媒體

授課執(zhí)行情況及分析：_______________________________________________

板書設(shè)計或授課提綱

1.傳感器的概念

2.傳感器的組成

3.傳感器的分類

4.傳感器的發(fā)展趨勢

教學(xué)內(nèi)容備注

導(dǎo)入新課

如果將人的大腦比作CPU,那么感覺器官便是敏感元件，大腦是轉(zhuǎn)

換元件，那么四肢根據(jù)大腦轉(zhuǎn)換的信息去處理事件，就是一個完整的傳

感器的模型了。今天我們來學(xué)習(xí)一個新的設(shè)備傳感器。

新課講授

一、傳感器的概念

傳感器：把特定的被測信息（包括物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定

規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出的器件或裝置。

這里“可用信號”是指便于處理、傳輸?shù)男盘?。?dāng)今電信號最易于

處理和便于傳輸，因此，可以把傳感器狹義地定義為：

傳感器（狹義定義）：能將外界非電信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件。

當(dāng)人類進入光子時代，光信息成為更便于快速、高效地處理與傳輸

的可用信號時，傳感器的概念也可以變?yōu)椋耗馨淹饨缧畔⑥D(zhuǎn)換成光信號

輸出的器件。

1、傳感器技術(shù)：是涉及傳感（檢測）原理、傳感器設(shè)計、傳感器開發(fā)

和應(yīng)用的綜合技術(shù)。

傳感技術(shù)的含義則更為廣泛，它是傳感器技術(shù)、敏感功能材料科學(xué)、

細微加工技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)相互交叉滲透而形成的一門新技術(shù)學(xué)科一

一傳感器工程學(xué)。

2、傳感（檢測）原理：是指傳感器工作所依據(jù)的物理、化學(xué)和生物效

應(yīng)，并受相應(yīng)的定律和法則所支配。如：物理基礎(chǔ)的基本定律包括：守

恒定律（能量、動量、電荷等），場的定律（包括動力場運動定律、電

磁場的感應(yīng)定律等，其作用與物體在空間的位置及分布有關(guān)。），物質(zhì)定

律（如虎克定律、歐姆定律、半導(dǎo)體材料的各種效應(yīng)等，表示本身內(nèi)在

性質(zhì)的定律），統(tǒng)計法則（它把微觀系統(tǒng)與宏觀系統(tǒng)聯(lián)系起來的物理法

則，它們常與傳感器的工作狀態(tài)有關(guān)）。

二、傳感器的組成

傳感器一般由三部分組成：敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測量電路組成。

電量

圖0-1傳感器的組成

其中，能把非電信息轉(zhuǎn)換成電信號的轉(zhuǎn)換元件，是傳感器的核心。

敏感元件是傳感器預(yù)先將被測非電量變換為另一種易于變換成電量的

非電量，然后再變換為電量，如彈性元件。因此，并非所有傳感器都包

含這兩部分，對于物性型傳感器，一般就只有轉(zhuǎn)換元件；而結(jié)構(gòu)型傳感

器就包括敏感和轉(zhuǎn)換元件兩部分。

測量電路，將轉(zhuǎn)換元件輸出的電量變成便于顯示、記錄、控制和處

理的有用電信號的電路。傳感器的測量電路，經(jīng)常采用電橋電路、高阻

抗輸入電路、脈沖調(diào)寬電路、振蕩電路等特殊電路。

三、傳感器的分類

按基本效應(yīng)分：物理型、化學(xué)型、生物型等。

按構(gòu)成原理分：結(jié)構(gòu)型、物性型。

按測量原理分：應(yīng)變式、電容式、壓電式、熱電式等。

按能量關(guān)系分：能量轉(zhuǎn)換型（自源型）、能量控制型（外源型）。

按輸入量分：位移、溫度、壓力、流量、加速度等。

按輸出量分：模擬式、數(shù)字式。

傳感器，作為測量與控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，必須具有快速、準(zhǔn)確、

可靠、經(jīng)濟實現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換的基本要求：

1、足夠的容量一一工作范圍或量程足夠大、有一定的過載能力。

2、與測量或控制系統(tǒng)匹配性好，轉(zhuǎn)換靈敏度高。

3、精度適當(dāng)，且穩(wěn)定性高。

4、反應(yīng)速度快、工作可靠性好。

5、適用性和適應(yīng)性強。對被測對象的狀態(tài)影響小，不易受外界干

擾的影響，使用安全。

6、使用經(jīng)濟，成本低，壽命長，且易于使用、維修和校準(zhǔn)。

四、傳感器的發(fā)展趨勢

1、開發(fā)新型傳感器

進一步探索具有新效應(yīng)的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理

的新型物性型傳感器件，物性型傳感器亦稱固態(tài)傳感器，它包括半導(dǎo)體、

電解質(zhì)和強磁性體三類。其中利用量子力學(xué)諸效應(yīng)研制的高靈敏閾傳感

器，用來檢測微弱信號，是傳感器技術(shù)發(fā)展的新趨勢，例如，利用核磁

共振吸收效應(yīng)的磁敏傳感器，可將檢測限擴展到地磁強度的10的7次

方，利用約瑟夫遜效應(yīng)的熱噪聲溫度傳感器，可測量10的負(fù)6次方的

超低溫；以及由于光子滯后效應(yīng)的利用，出現(xiàn)了響應(yīng)速度極快的紅外傳

感器。目前最先進的固態(tài)傳感器，在一塊芯片上可同時集成差壓、靜壓、

溫度三個傳感器，使差壓傳感器具有溫度和壓力補償功能。

2、傳感器的集成化和多功能化

所謂集成化，就是將敏感元件、信息處理或轉(zhuǎn)換單元以及電源等部

分利用半導(dǎo)體技術(shù)將其制做在同一芯片上；多功能化則意味著傳感器具

有多種參數(shù)的檢測功能，如半導(dǎo)體溫濕敏傳感器、多功能氣體傳感器等。

借助于半導(dǎo)體的蒸鍍技術(shù)、擴散技術(shù)、光刻技術(shù)、精密加工及組裝技術(shù)

等，使得傳感器的這種發(fā)展趨勢得以實現(xiàn)。

3、傳感器的智能化

傳感器與微型計算機相結(jié)合就形成了智能傳感器，它兼有檢測和信

息處理功能，同時還具有記憶、存儲、解析、統(tǒng)計處理及自診斷、自校

準(zhǔn)、自適應(yīng)等功能和遠距離通訊。將傳感器和計算機的這些功能集成于

同一芯片，就形成智能傳感器。

4、研究生物傳感器和開發(fā)仿生傳感器

大自然是生物傳感器的優(yōu)秀設(shè)計師。如狗的嗅覺（靈敏閾是人的一百萬

倍）、鳥的視覺（視力是人的8~50倍）、蝙蝠、飛蛾、海豚的聽覺（主

動型生物雷達一一超聲波傳感器）、蛇的接近覺（分辨力達0.001度的

紅外測溫傳感器）等。所以，這也是傳感器的一個發(fā)展方向。

課堂小結(jié)

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生初步了解傳感器的一般概念和組成。

課后作業(yè)

課后題

江蘇省技工院校

教案首頁

授課日期

班級

課題:傳感器的一般特征_______________________________________________

教學(xué)目的要求：1.知識與技能：掌握傳感器的一般特征的基礎(chǔ)概念。

2.過程與方法：傳感器的輸入量可分為靜態(tài)量和動態(tài)量兩類。無論對靜態(tài)量

或動態(tài)量，傳感器的輸出量都應(yīng)不失真地復(fù)現(xiàn)輸入量的變化。這主要取決于傳

感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性。

3.情感、態(tài)度與價值觀：通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)使學(xué)生了解傳感器的一般特征

教學(xué)重點：了解傳感器的一般特征_________________________________

教學(xué)難點：理解傳感器的靜態(tài)量和動態(tài)量___________________________

授課方法：教學(xué)中遵循“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，知識為主線，發(fā)展思維為

主旨”的“四主”原則.以恰當(dāng)?shù)膯栴}為紐帶，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主探究、合作交

流的空間。

教學(xué)參考及教具（含多媒體教學(xué)設(shè)備）：課本，多媒體課件

授課執(zhí)行情況及分析：_______________________________________________

板書設(shè)計或授課提綱

1.1靜態(tài)數(shù)學(xué)模型

1.2靜態(tài)數(shù)學(xué)模型

教學(xué)內(nèi)容備注

導(dǎo)入新課

溫故知新法，復(fù)習(xí)上節(jié)課所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，再學(xué)習(xí)新的知識。

新課講授

傳感器的輸入量可分為靜態(tài)量和動態(tài)量兩類。無論對靜態(tài)量或動態(tài)

量，傳感器的輸出量都應(yīng)不失真地復(fù)現(xiàn)輸入量的變化。這主要取決于傳

感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性。

1.1傳感器的靜態(tài)特性

一、靜態(tài)數(shù)學(xué)模型

靜態(tài)模型是指在靜態(tài)條件下（即輸入量對時間t的各階導(dǎo)數(shù)為零）

得到的數(shù)學(xué)模型。不考慮滯后及蠕變，傳感器的靜態(tài)模型可用一代數(shù)方

程表示：

Y=a。+a1X+a,X~+?■?+a“X11

式中：一輸出量；

戶?輸入量；

。0—零位輸出；

為—傳感器的靈敏度，常用4或S表示；

%的，…，明一非線性項待定常數(shù)。

這種多項式方程可分為四種典型情況，見書。表示輸出量與輸入量

之間的關(guān)系曲線稱為特性曲線，圖1T表示了這四種典型曲線。其中，

理想的模型為：

Y=axX

后三種情況表示的是非線性情況，必須采取線性補償措施。

二、靜態(tài)特性指標(biāo)：

1.線性度：表征傳感器曲線與擬合直線間最大偏差與滿量程（F-S）

輸出

值的百分比。

SL=±A^/K.SXIOO%

△由一校準(zhǔn)曲線與擬合直線間最大偏差；

YF.S一傳感器滿量稱輸出；YF.S=Yg-Yo

擬合直線的方法不同，線性度的大小也不同。擬合直線的方法有：

1）端基法（簡單直觀，未考慮數(shù)據(jù)分布、擬合精度低）；

2）理論直線法（與測試值無關(guān)，簡單、方便）；

3）最小二乘法（擬合精度高，可得最佳擬合直線）；

4）端點平移法（最佳直線法）：正、負(fù)偏差最小且相等，擬合精度

最高.

5）平均以率法：精度比端基法高；

6）平均選點法：我國專家提出，等等。

2.靈敏度：在穩(wěn)定工作狀態(tài)時，輸出變化量與引起此變化的輸入

量之比。

3.精度：在規(guī)定條件的最大絕對誤差相對傳感器滿量程輸出的百

分比。表征測量結(jié)果的可靠程度，

[=A2/洛sXlOO%

工程中，經(jīng)常使用精度等級表征傳感器的精度:0.05,0.1,0.5,

1.0,1.5,2.0,5.OetCo

4.分辨率：在規(guī)定的測量范圍內(nèi)，所能檢測出被測輸入量的最

小變化量。也可用該值相對滿量程輸入值之百分?jǐn)?shù)表示。也稱為最小

檢測量。

5.遲滯：在相同工作條件下，傳感器在正、反行程中輸入-輸出

曲線的不重合程度。正、反行程的最大偏差與滿量程之比。

原因：傳感器機械結(jié)構(gòu)、制造工藝上的缺陷；摩擦、軸承間隙、

螺釘松動、元件損壞、積塵等。

6.重復(fù)性：在相同的工作條件下，輸入量按同一方向在全量程

范圍內(nèi)連續(xù)多次所特性曲線的不一致性。數(shù)值上，是各測量值標(biāo)準(zhǔn)偏

差最大值兩倍或三倍與滿量程的百分比表示。

它反映測量結(jié)果偶然誤差的大小。而不表示與真值的誤差。

7.零點漂移：在無輸入時，傳感器輸出偏離零值的大小與滿量

程只比。

8.溫漂：溫度變化時，傳感器輸出值的偏離程度。一般以溫度

每變化1度，輸出最大偏差與滿量程的百分?jǐn)?shù)。

9.閾值：使傳感器輸出產(chǎn)生可測變化量的最小輸入量值。也稱

為死區(qū)。

課堂小結(jié)

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解傳感器的一般特征。

課后作業(yè)

課后題

江蘇省技工院校

教案首頁

授課日期

班級

課題：應(yīng)變式傳感器________________________________________________

教學(xué)目的要求：1.知識與技能：掌握應(yīng)變式傳感器的基礎(chǔ)概念

2.過程與方法：傳感器的一般特性放在各種類型的傳感器中，又有不同的應(yīng)

用，今天我們學(xué)習(xí)應(yīng)變片式的傳感器。由此引入課題

3.情感、態(tài)度與價值觀：通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)使學(xué)生了解應(yīng)變式傳感器的一般

特征

教學(xué)重點：綜合應(yīng)變式傳感器的概念______________________________

教學(xué)難點：各傳感器的要點講解__________________________________

授課方法：教學(xué)中遵循“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，知識為主線，發(fā)展思維

為主旨”的“四主”原則.以恰當(dāng)?shù)膯栴}為紐帶，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主探究、合作

交流的空間。

教學(xué)參考及教具（含多媒體教學(xué)設(shè)備）：板書，多媒體課件

授課執(zhí)行情況及分析：_______________________________________________

板書設(shè)計或授課提綱

1.1金屬應(yīng)變片式傳感器

1.2應(yīng)變效應(yīng)

1.3金屬應(yīng)變片

教學(xué)內(nèi)容備注

導(dǎo)入新課

傳感器的一般特性放在各種類型的傳感器中，又有不同的應(yīng)用，今

天我們學(xué)習(xí)應(yīng)變片式的傳感器。

新課講授

電阻式傳感器的種類繁多，應(yīng)用廣泛，其基本原理是將被測物理量

的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再經(jīng)相應(yīng)的測量電路而最后顯示被測量值

的變化。電阻式傳感器與相應(yīng)的測量電路組成的測力、測壓、稱重、測

位移、測加速度、測扭矩、測溫度等測試系統(tǒng)。目前，已成為生產(chǎn)過程

檢測以及實現(xiàn)生產(chǎn)自動化不可缺少的手段之一。

電阻式傳感器的種類主要有：電位器式傳感器和應(yīng)變式傳感器。本

章主要介紹應(yīng)變式傳感器。它包括：金屬應(yīng)變片式傳感器和壓阻式傳感

器。

2.1金屬應(yīng)變片式傳感器

2.1.1應(yīng)變效應(yīng)

金屬應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即在金屬絲產(chǎn)生機械

變形時，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化

圖2-1金屬絲伸長后幾何尺寸變化

由尺=。七兩邊取對數(shù)，微分后得

S

dR_dp_dL_dS_

~R~~p+~L~~S

式中：小一電阻得相對變化；生一電阻率的相對變化;

RP

"一長度相對變化，令￡=絲金屬絲的軸向應(yīng)變（縱向）；

LL

空一截面積的相對變化，空=2.包=2J，￡,即為徑向應(yīng)變（橫

SSr

向）。

￡,=一〃￡

又由生=。四=。（1—2〃）￡

所以，

,JR

——=C（1-2〃）￡+￡+2XZ￡=［（l+2//）+C（l—=K￡

Rs

K,稱為應(yīng)變靈敏度系數(shù)，由兩部分組成：一為幾何尺寸引起，一為電阻

率變化引起；對特定的金屬材料，在一定應(yīng)變范圍內(nèi)為一常數(shù)。

2.1.2金屬應(yīng)變片

1.結(jié)構(gòu)與材料

結(jié)構(gòu)組成：敏感柵、基底、蓋片、粘結(jié)劑、引線。

材料要求：較大靈敏度系數(shù)目為常數(shù)；高而穩(wěn)定的電阻率；電阻溫

度系數(shù)小；機械強度高易于加工；抗氧化耐腐蝕。常用材.料：銅銀合金、

卡瑪合金、伊文合金、鉗和伯合金等。

2.分類

包括：金屬絲式應(yīng)變片、金屬箔式應(yīng)變片（見下圖）、金屬薄膜式

應(yīng)變片。

圖2—2金屬箔式應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)

圖2—3各式箔式應(yīng)變花

課堂小結(jié)

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解到了應(yīng)變式傳感器。

課后作業(yè)

課后題

江蘇省技工院校

教案首頁

授課日期

班級

課題：金屬應(yīng)變式傳感器____________________________________________

教學(xué)目的要求：1.知識與技能：掌握金屬應(yīng)變式傳感器主要特性

2.過程與方法：理解金屬應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用以及特性

3.情感、態(tài)度與價值觀：通過圖片，案例等講解，讓學(xué)生了解金屬應(yīng)變式傳感器,

并且掌握金屬應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用以及特性

教學(xué)重點：了解金屬應(yīng)變式傳感器___________________________________

教學(xué)難點：掌握金屬應(yīng)變式傳感器的主要特征________________________

授課方法：教學(xué)中遵循“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，知識為主線，發(fā)展思維

為主旨”的“四主”原則.以恰當(dāng)?shù)膯栴}為紐帶，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主探究、合作

交流的空間。

教學(xué)參考及教具（含多媒體教學(xué)設(shè)備）：課本，多媒體課件

授課執(zhí)行情況及分析:

板書設(shè)計或授課提綱

1.主要特性

2.溫度誤差及補償

教學(xué)內(nèi)容備注

導(dǎo)入新課

傳感器的一般特性放在各種類型的傳感器中，又有不同的應(yīng)用，今

天我們學(xué)習(xí)應(yīng)變片式的傳感器主要特性。

新課講授

2.1.3主要特性

包括：靈敏度系數(shù)、橫向效應(yīng)、機械滯后，零漂及蠕變、溫度效應(yīng)、

應(yīng)變極限、疲勞壽命、動態(tài)響應(yīng)特性等。

1.靈敏度系數(shù)：K嗡卜,一般K<K,。主要原因：粘結(jié)劑與

基底的傳遞應(yīng)變失真、橫向效應(yīng)等。

2.橫向效應(yīng)：敏感柵由軸向縱柵和圓弧橫柵兩部分組成。所以應(yīng)

變片既受到軸向應(yīng)變又受到橫向應(yīng)變的影響，且其影響方向相反，這種

現(xiàn)象為橫向效應(yīng)。一般，敏感柵愈窄、基長愈長，橫向效應(yīng)愈小，誤差

愈小。

3.機械滯后：殘余變形所致，使加載與卸載特性出現(xiàn)偏差。

4.零點漂移和蠕變：溫度效應(yīng)、片內(nèi)應(yīng)力、粘結(jié)劑固化不充分、

膠層間產(chǎn)生滑動等造成。

5.動態(tài)特性：柵長愈短，動態(tài)特性愈好。

2.1.4溫度誤差及補償

在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)a,及柵絲與試件

膨脹系數(shù)（B.及B.）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出有時會產(chǎn)生與真實應(yīng)

變同數(shù)量級的誤差。

愕）=%加+*4-4加

虛假應(yīng)變:

必須采取補償溫度誤差的措施。通常溫度誤差補償方法有兩類:

1.自補償法：單絲自補償法、組合式自補償法

2.電路補償法

c

JU1

以

圖2—4組合式自動補償法圖2-5電橋補償法

圖2-6差動電橋補償法

電路補償法要求：⑴補償電阻與應(yīng)變電阻同一批號，具有相同的a,、B

。和K,初始阻值相同；⑵粘結(jié)補償片的材料與被測試件材料相同；⑶兩

片處于同一溫度環(huán)境。

課堂小結(jié)

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解金屬應(yīng)變式傳感器的主要特性。

課后作業(yè)

課后題

江蘇省技工院校

教案首頁

授課日期

班級

課題：測量電路________________________________________________

教學(xué)目的要求：1.知識與技能：了解傳感器的測量電路_________________

2.過程與方法：通過學(xué)習(xí)傳感器測量電路了解原理，并掌握其應(yīng)用。

3.情感、態(tài)度與價值觀：讓同學(xué)們知道傳感器測量電路及公式，能夠熟練掌握

專業(yè)技能。

教學(xué)重點：了解直流電橋平衡原理___________________________________

教學(xué)難點：掌握橋臂值得應(yīng)用_______________________________________

授課方法：教學(xué)中遵循“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，知識為主線，發(fā)展思維

為主旨”的“四主”原則.以恰當(dāng)?shù)膯栴}為紐帶，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主探究、合作

交流的空間，指導(dǎo)掌握金屬熱電阻傳感器。

教學(xué)參考及教具（含多媒體教學(xué)設(shè)備）：電路模型，板書

授課執(zhí)行情況及分析：_______________________________________________

板書設(shè)計或授課提綱_________________________________________________

測量電路

1.等臂電橋

2.對稱電橋

3.交流測量電橋

教學(xué)內(nèi)容備注

導(dǎo)入新課

傳感器的一般特性放在各種類型的傳感器中，又有不同

的應(yīng)用，今天我們學(xué)習(xí)應(yīng)變片式的傳感器測量電路。

新課講授

(a)當(dāng)負(fù)載為無窮大時，

_口RR-R2R3

0=(a+&)(一+%)

(b)為單臂電橋；(c)為半橋電路；(d)為全橋電路。

1.等臂電橋：4=&=4=&=R

一般情況下，

-^-(^1~￡2~￡3+￡4)

上式表明：

①當(dāng)時，輸出電壓與應(yīng)變呈線性關(guān)系；

②相鄰橋臂，應(yīng)變極性一致時，輸出電壓為兩者之差；應(yīng)變極性相反時,

輸出電壓為兩者之和；

③相對橋臂，應(yīng)變極性一致時，輸出電壓為兩者之和；應(yīng)變極性相反時,

輸出電壓為兩者之差。

對于單臂電橋，輸出為：U0=^Ks

非線性誤差，由下式?jīng)Q定，

所以，5^-Ks；當(dāng)已知非線性誤差時，由此式可計算出最大應(yīng)變值。

2

2.對稱電橋：特性與等臂電橋相近。

第一對稱電橋：&=%=R,&=&=*；特性與等臂電橋相同。

第二對稱電橋：鳥='=尺，R2=&=R；分析方法相同，令k吟,

E

Uo=---------Ks

°k+2+Hk

非線性誤差為：3=」一Ke

1+攵

3.交流測量電橋:

課堂小結(jié)

提問復(fù)習(xí)，學(xué)生回答

1、直流電橋平衡的條件?

2、橋臂比值大少時，靈敏度最大?

課后作業(yè)

課后題

江蘇省技工院校

教案首頁

授課日期

班級

課題:壓阻系數(shù)

教學(xué)目的要求：1.知識與技能：了解壓阻系數(shù)其應(yīng)用

2.過程與方法：通過學(xué)習(xí)了解壓阻系數(shù)原理，并掌握其應(yīng)用。

3.情感、態(tài)度與價值觀：讓同學(xué)們知道壓阻系數(shù)在機器中的重要作用，能夠熟練掌握專業(yè)

技能。

教學(xué)重點:對壓阻系數(shù)的了解

教學(xué)難點:掌握壓阻系數(shù)各向異性特征

授課方法:教學(xué)中遵循“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，知識為主線，發(fā)展思維為主旨”

的“四主”原則.以恰當(dāng)?shù)膯栴}為紐帶，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主探究、合作交流的空間。

教學(xué)參考及教具（含多媒體教學(xué)設(shè)備）:課本，板書

授課執(zhí)行情況及分析:

板書設(shè)計或授課提綱

壓阻系數(shù)

1.什么是壓阻系數(shù)

2.壓阻系數(shù)各向異性特征

教學(xué)內(nèi)容備注

導(dǎo)入新課

溫故知新法，復(fù)習(xí)上節(jié)課所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，再學(xué)習(xí)新的知識。

新課講授

半導(dǎo)體樣品電阻率p的變化（Dp）與應(yīng)變e成比例，則電阻率的

相對變化與應(yīng)力成正比：

Dp/p=ps

式中p是常數(shù)，稱為壓阻系數(shù)（單位是m2/N或者1/Pa）；壓阻系

數(shù)即表征了壓阻效應(yīng)的大小。壓阻系數(shù)與摻雜類型（n型，還是p型）、

摻雜濃度、溫度和晶向有關(guān)

壓阻系數(shù)被定義為單位應(yīng)力作用下電阻率的相對變化。壓阻效應(yīng)有

各向異性特征，沿不同的方向施加應(yīng)力和沿不同方向通過電流，其電阻

率變化會不相同。譬如：在室溫下測定N型硅時，沿（100）方向加應(yīng)

力，并沿此方向通電流的壓阻系數(shù)IT數(shù)=102.2x10-11m2/N；而沿（100）

方向施加應(yīng)力，再沿（010）方向通電流時，其壓阻系數(shù)

TT12=53.7x10-11m2/No此外，不同半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)也不同，如

在與上述N型硅相同條件下測出N型錯的壓阻系數(shù)分別為

TT11=5.2x10-11m2/N；TTl2=5.5x10-11m2/No

1.晶體晶向的作用

晶體是具有多面體形態(tài)的固體，沿不同的晶軸方向，匹、￡的值是

不同的。

對于半導(dǎo)體Si：P[111]、N[100]晶向，K=TT「E最大;

對于半導(dǎo)體Ge：P[111]、N[111]晶向，K=~.E最大。

2.影響碼的因素:

②雜質(zhì)濃度，擴散電阻的雜質(zhì)濃度愈高，壓阻系數(shù)愈?。?/p>

②溫度，一般溫度愈高，壓阻系數(shù)愈小。

巧1開12巧2000

藥2為1巧2000

所2巧2藥1000

000叫00

0000耳40

00000—

課堂小結(jié)

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)讓學(xué)生們認(rèn)識與了解了壓阻系數(shù)。

課后作業(yè)

書后習(xí)題

江蘇省技工院校

教案首頁

授課日期

班級

課題：壓阻效應(yīng)

教學(xué)目的要求：1.知識與技能：了解壓阻效應(yīng)的工作原理及其應(yīng)用。

2.過程與方法：通過學(xué)習(xí)觀察了解優(yōu)點

3.情感、態(tài)度與價值觀：讓同學(xué)們知道壓阻效應(yīng)的重要作用，能夠熟練掌握

專業(yè)技能。

教學(xué)重點：了解壓阻效應(yīng)的定義_____________________________________

教學(xué)難點：掌握壓阻效應(yīng)的優(yōu)點以及效應(yīng)_____________________________

授課方法：教學(xué)中遵循“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，知識為主線，發(fā)展思維

為主旨”的“四主”原則.以恰當(dāng)?shù)膯栴}為紐帶，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主探究、合作

交流的空間。

教學(xué)參考及教具（含多媒體教學(xué)設(shè)備）：課本，多媒體課件

授課執(zhí)行情況及分析：_______________________________________________

板書設(shè)計或授課提綱_________________________________________________

壓阻效應(yīng)

壓阻效應(yīng)的定義

壓阻效應(yīng)的優(yōu)點

教學(xué)內(nèi)容備注

導(dǎo)入新課

溫故知新法，復(fù)習(xí)上節(jié)課所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，再學(xué)習(xí)新的知識。

新課講授

壓阻效應(yīng)的強弱可以用壓阻系數(shù)IT來表征。壓阻系數(shù)TT被定義為單

位應(yīng)力作用下電阻率的相對變化。壓阻效應(yīng)有各向異性特征，沿不同的

方向施加應(yīng)力和沿不同方向通過電流，其電阻率變化會不相同。譬如：

在室溫下測定N型硅時，沿（100）方向加應(yīng)力，并沿此方向通電流的

壓阻系數(shù)Tf11=102.2x10-11m2/N；而沿（100）方向施加應(yīng)力，再沿

（010）方向通電流時，其壓阻系數(shù)TTl2=53.7x10-11m2/N。此外，不

同半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)也不同，如在與上述N型硅相同條件下測出N

型錯的壓阻系數(shù)分別為TT11=5.2x10-11m2/N；n12=5.5x10-11m2/N。

壓阻效應(yīng)被用來制成各種壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、速度、加速度傳感器,

把力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電信號。例如：壓阻加速度傳感器是在其內(nèi)腔的硅梁根

部集成壓阻橋（其布置與電橋相似），壓阻橋的一端固定在傳感器基座

上，另一端掛懸著質(zhì)量塊。當(dāng)傳感器裝在被測物體上隨之運動時，傳感

器具有與被測件相同的加速度，質(zhì)量塊按牛頓定律（第二定律）產(chǎn)生力

作用于硅梁上，形成應(yīng)力，使電阻橋受應(yīng)力作用而引起其電阻值變化。

把輸入與輸出導(dǎo)線引出傳感器，可得到相應(yīng)的電壓輸出值。該電壓輸出

值表征了物體的加速度。

①靈敏度與精度高；

②易于小型化和集成化；

③結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，在幾十萬次疲勞試驗后，性能保持不變;

④動態(tài)特性好，其響應(yīng)頻率為103?105Hz。

沿半導(dǎo)體底某一軸向施加一定的載荷產(chǎn)生應(yīng)變時，電阻率會發(fā)生明

顯的變化，這種現(xiàn)象稱作壓阻效應(yīng)。

生="+(1+2〃)￡

Rp'，

對金屬材料，&R較小，有時可忽略不計，故起作用的是應(yīng)變效應(yīng)；

P

對半導(dǎo)體材料，久=可/?￡;可為壓阻系數(shù)，少為彈性模量。

P

由于巧法比(1+2")大幾十到上百倍，故起作用的是壓阻效應(yīng)；

在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力作用使半導(dǎo)體電阻發(fā)生變化，應(yīng)力除去后，電

阻又恢復(fù)到原來的數(shù)值，故壓阻效應(yīng)是可逆的。

課堂小結(jié)

通過此節(jié)課的學(xué)習(xí)讓學(xué)生了解到壓阻效應(yīng)。

課后作業(yè)

書后習(xí)題

江蘇省技工院校

教案首頁

授課日期

班級

課題：____________固態(tài)壓阻器件_____________________________________

教學(xué)目的要求：1.知識與技能：掌握壓阻效應(yīng)概念_____________________

2.過程與方法：理解固態(tài)壓阻器件的結(jié)構(gòu)和壓阻片的擴散原理

3.情感、態(tài)度與價值觀：讓同學(xué)們知道固態(tài)壓阻器件在機器中的重要作用，

能夠熟練掌握專業(yè)技能。

教學(xué)重點：壓阻器件的擴散原理_______________________________________

教學(xué)難點：固態(tài)壓阻器件的結(jié)構(gòu)和壓阻器件的擴散原理___________________

授課方法：教學(xué)中遵循“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，知識為主線，發(fā)展思維

為主旨”的“四主”原則.以恰當(dāng)?shù)膯栴}為紐帶，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主探究、合作

交流的空間。

教學(xué)參考及教具（含多媒體教學(xué)設(shè)備）：課本，多媒體課件

授課執(zhí)行情況及分析：_______________________________________________

板書設(shè)計或授課提綱

固態(tài)壓阻器件

一、結(jié)構(gòu)原理

二、測量電橋及溫度補償

教學(xué)內(nèi)容備注

導(dǎo)入新課

溫故知新法，復(fù)習(xí)上節(jié)課所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，再學(xué)習(xí)新的知識。

新課講授

1.結(jié)構(gòu)原理

利用固態(tài)擴散技術(shù)，在N型Si半導(dǎo)體底層上擴散P型雜質(zhì)的導(dǎo)電

層，形成擴散型半導(dǎo)體應(yīng)變片。

當(dāng)在任意晶向上，受到縱向和橫向應(yīng)力作用時，

A/?

~=71i^i+25

式中：匹、叫一一縱向應(yīng)力、縱向壓阻系數(shù)；

可、（7,---橫向應(yīng)力、橫向壓阻系數(shù)。

所以，徑向電阻和切向電阻斤，受到應(yīng)力作用時：

郊、

（方）「=可巧+?5

A

坪、

（方＞=??+%，

K

2.測量電橋及溫度補償

測量電橋仍采用金屬應(yīng)變片的測量橋路，為了減少溫度影響，一般

采用恒流源供電。所以，采用全橋測量時

U0=I-^R

溫度補償：①零點溫度補償，采用串并聯(lián)電阻實現(xiàn)；

②靈敏度溫度補償，采用在電源回路中串聯(lián)二極管的方

法實現(xiàn)。

1.靈敏度高

硅應(yīng)變電阻的靈敏因子比金屬應(yīng)變片高50~100倍，故相應(yīng)的傳感

器靈敏度很高，一般滿量程輸出為100mv左右。因此對接口電路無特殊

要求，應(yīng)用成本相應(yīng)較低。由于它是一種非機械結(jié)構(gòu)傳感器，因而分

辨率極高，國外稱之無限，即主要受限于外界的檢測讀出儀表限制及噪

聲干擾限制，一般均可達傳感器滿量程的十萬分之一以下。硅壓阻傳

感器在零點附近的低量程段無死區(qū)，且線性優(yōu)良。

2.精度高

由于固態(tài)壓阻壓力傳感器的感受，敏感轉(zhuǎn)換和檢測三部分由同一個

元件實現(xiàn)，沒有中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，所以不重復(fù)性和遲滯誤差極小。同時由

于硅單晶本身剛度很大，形變很小，保證了良好的線性，因此綜合靜態(tài)

精度很高。

3.體積小、重量輕、動態(tài)頻響高

由于芯體采用集成工藝，又無傳動部件，因此體積小，重量輕。小

尺寸芯片加上硅極高的彈性模數(shù)，敏感元件的固有頻率很高。在動態(tài)應(yīng)

用時，動態(tài)精度高，使用頻帶寬，合理選擇設(shè)計傳感器外型，使用帶寬

可以從零頻至100千赫茲。

4.性能穩(wěn)定、可靠性高

由于工作彈性形變低至微應(yīng)變數(shù)量級，彈性薄膜最大位移在亞微米

數(shù)量級，因而無磨損、無疲勞、無老化。壽命長達107壓力循環(huán)次以上。

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感器、圖爾克傳感器、變頻器、斷路器、繼電器、PLC、工控機、儀器

儀表、氣缸、五金工具、伺服電機、勞保用品等一系列自動化的工控產(chǎn)

品。

課堂小結(jié)

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)學(xué)生們掌握了固態(tài)壓阻器件

課后作業(yè)

課后題

江蘇省技工院校

教案首頁

授課日期

班級

課題：石英晶體的壓電效應(yīng)_______________________________________

教學(xué)目的要求：1.知識與技能：了解石英晶體的的壓電效應(yīng)及其原理

2.過程與方法：通過學(xué)習(xí)觀察了解原理，并掌握其應(yīng)用

3.情感、態(tài)度與價值觀：讓同學(xué)們知道石英晶體的壓電效應(yīng)在機器中的重要作

用，能夠熟練掌握專業(yè)技能。

教學(xué)重點：了解石英晶體的壓電效應(yīng)_______________________________

教學(xué)難點：掌握石英晶體的各項異性_______________________________

授課方法：教學(xué)中遵循“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，知識為主線，發(fā)展思

維為主旨”的“四主”原則.以恰當(dāng)?shù)膯栴}為紐帶，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主探究、合

作交流的空間。

教學(xué)參考及教具（含多媒體教學(xué)設(shè)備）：課本，多媒體教案

授課執(zhí)行情況及分析：_______________________________________________

板書設(shè)計或授課提綱

石英晶體的壓電效應(yīng)

1.了解石英晶體

2.了解石英晶體的各項異性

教學(xué)內(nèi)容備注

導(dǎo)入新課

溫故知新法，復(fù)習(xí)上節(jié)課所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，再學(xué)習(xí)新的知識。

新課講授

石英晶體是正六棱柱體（六面體），如圖所示。Z軸是晶體的對稱軸，

稱為光軸；X軸壓電效應(yīng)最顯著，電軸；丫軸（機械軸，力軸），加力產(chǎn)

生的變形最大。

X軸和丫軸受力后，石英晶體壓電效應(yīng)示意圖如下圖所示,

石英晶體受力方向與電荷極性的關(guān)系，如下所示:

變形狀態(tài)下產(chǎn)生壓電效應(yīng)。例如石英晶體就沒有體積變形壓電效應(yīng)。但

它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應(yīng)，即在X軸和丫軸受力時，

才會產(chǎn)生壓電效應(yīng)，被稱為縱向、橫向壓電效應(yīng)；當(dāng)沿X軸方向施加切

向應(yīng)力時，將在垂直于丫軸的表面上產(chǎn)生電荷，稱為切向壓電效應(yīng)。

假設(shè)在石英晶體上切下一片平行六面體一一晶體切片。

1.當(dāng)X軸方向受力時，垂直X軸平面上產(chǎn)生的電荷為：

么=41工

則極間電壓為：U'="=4i旦

當(dāng)在垂直x軸平面上，外加電場以時，

△tu、

7=41〒=鼐紇.

2.丫軸方向受力時，垂直x軸平面上產(chǎn)生的電荷為：09，=-4，月，

逆壓電效應(yīng)：牛=-4禺

所以，有如下結(jié)論：

①無論正和逆壓電效應(yīng)，其作用力（或應(yīng)變）與電荷（電場強度）之間成

線性關(guān)系；

②晶體在哪個方向有正壓電效應(yīng)，則在此方向上一定存在逆壓電效應(yīng)；

③石英晶體不是在任何方向上都存在正壓電效應(yīng)。

課堂小結(jié)

通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)學(xué)生們對石英晶體壓電效應(yīng)有所了解。

課后作業(yè)

書后習(xí)題

江蘇省技工院校

教案首頁

授課日期

班級

課題：傳感器接口電路______________________________________________________

教學(xué)目的要求：1.知識與技能：了解傳感器輸出信號的處理方法及檢測電路的組成

2.過程與方法：通過學(xué)習(xí)觀察了解原理，并掌握其應(yīng)用

3.情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)分析和解決問題的能力

教學(xué)重點：阻抗匹配器、電橋電路、放大電路的組成______________________________

教學(xué)難點：傳感器接口電路的應(yīng)用分析__________________________________________

授課方法：教學(xué)中遵循“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，知識為主線，發(fā)展思維為主旨”的

“四主”原則.以恰當(dāng)?shù)膯栴}為紐帶，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主探究、合作交流的空間。

教學(xué)參考及教具（含多媒體教學(xué)設(shè)備）：課本，多媒體課件

授課執(zhí)行情況及分析：_______________________________________________________

板書設(shè)計或授課提綱

傳感器接口電路

1.傳感檢測系統(tǒng)的組成

2.電橋

教學(xué)內(nèi)容備注

導(dǎo)入新課

傳感器的一般特性放在各種類型的傳感器中，又有不同的應(yīng)用，今

天我們學(xué)習(xí)傳感器接口電路。

新課講授

一、傳感檢測系統(tǒng)的組成：

傳感『中間轉(zhuǎn)換（信號調(diào)理）確微機接施路

分析處理及控制顯示電路（模擬顯示、數(shù)字顯示、圖象顯示）等部分組

成，分別完成信息的獲取、轉(zhuǎn)換（調(diào)理）、傳輸、分析處理、顯示記

錄。

傳感器處于被測對象與檢測系統(tǒng)的界面位置，構(gòu)成信號輸入的主要

窗口，為檢測系統(tǒng)提供必須的原始信號。

二、電橋

電橋是把電阻、電感、電容等元件參數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓或電流的一種測

量電路。

L特點：電路簡單直接，精度和靈敏度較高，在檢測系統(tǒng)應(yīng)用較多。

2.分類：

⑴按電橋不同的激勵電源，可分為直流和交流電橋。

直流電橋

主要用于電阻式傳感器，例如熱敏電阻、電位器等。電橋線路是由

聯(lián)接成環(huán)形的四個電阻所組成，如圖示。

u

&+%

u

&+4

豈M=U

\十N2

DA~1興43V

I-U觸+UAD=U歐-UBA

u

、舄+衣2&+&/

&&-及2&JJ

(居+&)(&+&)

交流電橋

主要用于測量電容式傳感器和電感式傳感器的電容和電感的變化。

圖示為交流電橋的一般形式，開路輸出電壓

下面給出一些交流電橋的具體電路

⑵按電橋的工作方式可分為平衡電橋（零測法）和不平衡電橋（偏

差測量法）。

⑶按被測電阻（阻抗）的接入方式，可分為單臂電橋、差動電橋和

全橋。

課堂小結(jié)

通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)學(xué)生們掌握了傳感器接口電路。

課后作業(yè)

課后習(xí)題

江蘇省技工院校

教案首頁

授課日期

班級

課題：機器人傳感器_____________________________________________________

教學(xué)目的要求：1.知識與技能：了解機器人的發(fā)展歷程_________________________

2.過程與方法：通過學(xué)習(xí)觀察圖片，并掌握其應(yīng)用。

3情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)了學(xué)生聯(lián)系實際解決問題的能力________________________

教學(xué)重點：機器人傳感器的組成和各種傳感器的用途____________________________

教學(xué)難點：各種機器人的組成和基本原理______________________________________

授課方法：教學(xué)中遵循“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，知識為主線，發(fā)展思維為主旨”

的“四主”原則.以恰當(dāng)?shù)膯栴}為紐帶，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主探究、合作交流的空間。

教學(xué)參考及教具（含多媒體教學(xué)設(shè)備）：課本，多媒體教案

授課執(zhí)行情況及分析：_______________________________________________________

板書設(shè)計或授課提綱

機器人傳感器

1.機器人按代分類可分成三代

2.一般機器人控制系統(tǒng)的組成

3.機器人的作用

4.機器人傳感器的分類

教學(xué)內(nèi)容備注

導(dǎo)入新課

傳感器的一般特性放在各種類型的傳感器中，又有不同

的應(yīng)用，今天我們來學(xué)習(xí)機器人傳感器。

新課講授

機器人與傳感器

1.機器人按代分類可分成三代

第一代機器人一一工業(yè)機器人：它只能以“示教一一再現(xiàn)”方式工

作，由兩部分組成：機械手和程控器，目前商品化、實用化的機器人大

多還屬于第一代。

第二代機器人一一感覺機器人：它的主要標(biāo)志是自身配備有相應(yīng)的

感覺傳感器，并采用計算機對之進行控制。也稱“自適應(yīng)機器人”。它

開始進入實用時期，主要從事焊接、裝配、搬運等作業(yè)。

第三代機器人一一智能機器人：也稱“管理控制型自律機器人”。

它是人工智能的綜合成果，它應(yīng)具備以下三方面的能力：

?感知環(huán)境的能力：這種機器人具有形形色色的感覺傳感器：

視覺、聽覺、觸覺、嗅覺。通過這些傳感器，能識別周圍環(huán)

境。

?作用于周圍環(huán)境的能力：使機器人的手、腳等各種肢體行動

起來，以執(zhí)行某種任務(wù)。第三代要求更完善、敏捷靈巧。

?思考的能力：在智能機器人中，相當(dāng)發(fā)達的“大腦”是主要

的，通過思考，把感知和行動聯(lián)系起來，進行合乎目的的動

作。

2.一般機器人控制系統(tǒng)的組成

驅(qū)

商

器

控

制

對

象

3.機器人的作用

節(jié)省勞動力：這是機器人的最主要功能。

進行極限作業(yè)：在工廠的噴漆和鑄造等的惡劣環(huán)境中，在精練車間、

冷藏室、核電站、宇宙空間、海底等人類難以進入的場合。在農(nóng)藥噴灑、

不停電電力檢修及大廈墻面的清洗和檢查等。

用于醫(yī)療、福利：機器人協(xié)助手術(shù)，輔助步行，飲食等的搬送工作

安全運行的智能輪椅，盲人引導(dǎo)，假肢等。

與人協(xié)調(diào)作業(yè)：在重物場合，用機器人支撐重量，由人工進行仔細

定位。協(xié)助老年人和殘疾人進行體力勞動及手的準(zhǔn)確動作等。

制作寵物：向著亮光移動的機器人，象小狗樣動作的寵物機器人等。

4.機器人傳感器的分類機器人傳感器的分類

1.接觸和非接觸式

2.內(nèi)部傳感器和外部傳感器

內(nèi)部傳感器：自身狀態(tài)檢測（如：位置、姿態(tài)、運動、力等），用到的

傳感器主要有：位置、角度、力、姿態(tài)、速度傳感器等；

外部傳感器：對外部環(huán)境的感覺（如：距離、接近程度、接觸狀態(tài)等）。

主要集中在外部傳感器上，因為這是機器人升代的重要標(biāo)志。

3.感覺類型：視覺、聽覺、接觸覺、嗅覺、味覺。

9.4.3觸覺傳感器

1.觸覺分類：

?接觸覺：手指與被測物是否接觸，接觸圖形的檢測。

?壓覺：垂直于機器人和對象物接觸面上的力感覺。

?力覺：機器人動作時各自由度的力感覺。

?滑覺：物體向著垂直于手指把握面的方向移動或變形。

?熱覺：對象物的溫度及其分布。

?材質(zhì)感覺：目前還難以實現(xiàn)。

2.觸覺傳感器的要求

?空間分辨率為1?2mm,這種分辨率接近人指尖可區(qū)別皮膚上

用作分離刺激的兩點；

?陣列尺寸是每個指尖有5X10?10X20個點（人的指尖有約

10X15個接觸敏感點）；

?一個力敏元件的閾值靈敏度約0.5?10G；

?傳感器的穩(wěn)定性、線性度和重復(fù)度好，無滯后；

取樣頻率100Hz?1kHz；

?傳感器結(jié)實、價廉，類似皮膚。

課堂小結(jié)

通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)學(xué)生們了解了機器人傳感器。

課后作業(yè)

書后習(xí)題

江蘇省技工院校

教案首頁

授課日期

班級

課題：_________超聲波傳感器__________________________________________________

教學(xué)目的要求：L知識與技能：a.了解超聲波的物理基礎(chǔ)____________________

b.掌握超聲波換能器及其耦合技術(shù)和應(yīng)用

2.過程與方法：通過學(xué)習(xí)觀察超聲波傳感器了解原理，并掌握其應(yīng)用。

3.情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學(xué)生的理解與分析能力

教學(xué)重點：超聲波換能器的原理、種類_________________________________________

教學(xué)難點：工作原理分析_____________________________________________________

授課方法：教學(xué)中遵循“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，知識為主線，發(fā)展思維為主旨”的

“四主”原則.以恰當(dāng)?shù)膯栴}為紐帶，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主探究、合作交流的空間。

教學(xué)參考及教具（含多媒體教學(xué)設(shè)備）：課本，多媒體課件_____________________

授課執(zhí)行情況及分析：_______________________________________________________

板書設(shè)計或授課提綱

超聲波傳感器

1、超聲波傳感器的的物理基礎(chǔ)

2、超聲波換能器

教學(xué)內(nèi)容備注

導(dǎo)入新課

溫故知新法，復(fù)習(xí)上節(jié)課所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，再學(xué)習(xí)新的知識。

新課講授

超聲波傳感器的的物理基礎(chǔ)

1.超聲波的概念：

超聲波:高于20KHz的機械波（次聲波：振動頻率低于16Hz的機械

波。聲波：振動頻率在16Hz—20KHz之間的機械波）

2.超聲波的特征：

頻率高（可達2X10'Hz?10'Hz）,因而波長短，繞射現(xiàn)象小，方向

性好，能夠成為射線而定向傳播；

超聲波在液體、固體中衰減很小，穿透本領(lǐng)大，碰到雜質(zhì)或分界面

就會有顯著的反射。

3.超聲波的波型

①縱波。②橫波。

③表面波（亦稱瑞利波）。

③蘭姆波。

超聲波換能器：用于檢測的超聲波換能器有壓電型、磁致伸縮型、

電磁型、有振板型、彈性表面波型等。

壓電型超聲波換能器的結(jié)構(gòu)隨應(yīng)用目的的不同而不同，（a）是探傷用超

聲波換能器，（b）是超聲波診斷用陣列型超聲波換能器，（c）是水中用

超聲波換能器，（d）是空氣中用超聲波換能器。

1.磁致伸縮型超聲波換能器

磁致伸縮型振子的形狀

1一發(fā)射接收波面2一偏置用磁頭

磁致伸縮型超聲波換能器的工作原理是基于對磁性材料加上磁場

后，就在磁場方向產(chǎn)生應(yīng)力的磁致伸縮效應(yīng)和加上應(yīng)力后就發(fā)生磁化的

逆磁致伸縮效應(yīng)，磁致伸縮效應(yīng)與電致伸縮效應(yīng)同樣是二次非線性效

應(yīng)，使用中加直流偏置磁場。上圖所示即為典型的結(jié)構(gòu)，圖（a）是角

型振子，圖（b）是圓筒型振子，圖（c）是采用鐵氧體角型振子。這種

換能器上限頻率到lOOKHz左右，主要用于海洋測量魚群探測器和聲納。

2.電磁型超聲波換能器

電磁型超聲波傳感器是當(dāng)交流電流流過置于金屬表面的線圈時，由

于在金屬內(nèi)感應(yīng)的渦流電流與磁場的相互作用，以非接觸方式在金屬內(nèi)

產(chǎn)生超聲波，又用線圈檢測因超聲波與磁場的相互作用而產(chǎn)生的電流的

特殊傳感器，這種傳感器用于金屬的探傷。

3.有振動板的超聲波換能器

就空氣中用超聲波傳感器而言，除采用振動模本身具有轉(zhuǎn)換功能的雙壓

電晶片型外，也可利用由薄金屬板的振動功能檢測電磁性或靜電性機

構(gòu)，其結(jié)構(gòu)在原理上與動電型（移動線圈）麥克風(fēng)或靜電型麥克風(fēng)等聲

頻或聲壓測量用的

1.磁致伸縮型超聲波換能器

磁致伸縮型振子的形狀

1—沒射接收波面2—儡置用B頭

磁致伸縮型超聲波換能器的工作原理是基于對磁性材料加上磁場

后，就在磁場方向產(chǎn)生應(yīng)力的磁致伸縮效應(yīng)和加上應(yīng)力后就發(fā)生磁化的

逆磁致伸縮效應(yīng)，磁致伸縮效應(yīng)與電致伸縮效應(yīng)同樣是二次非線性效

應(yīng)，使用中加直流偏置磁場。上圖所示即為典型的結(jié)構(gòu)，圖（a）是角