项目名称：气象传感器设计理论、关键技术及其应用

第一篇：项目名称：气象传感器设计理论、关键技术及其应用

项目名称：气象传感器设计理论、关键技术及其应用

项目完成人：黄庆安、秦明、黄见秋、王磊、唐洁影、曲来世

项目完成单位：东南大学、凯迈（洛阳）环测有限公司

申报奖种：技术发明奖

项目简介：

气象传感器在天气预报、高速公路、船舶航行、机场、军事等方面有巨大需求，其核心技术长期被国外垄断，严重制约了我国气象传感器及其相关行业的发展，因此，必须解决关键技术难题：①复杂性，气象传感器涉及气压、风速风向、湿度等多种敏感原理，面临复杂的设计、制造、封装等问题；②可靠性，气象传感器需要长期在野外工作，面临灰尘、腐蚀等恶劣环境下工作的可靠性问题。

在国家自然科学基金、国家863计划等支持下，本项目系统地开展了气象传感器设计理论、关键技术研究，较好解决了上述技术难题，并成功应用于气象传感器及其系统研制和批量生产中。

主要创新如下：

1.在国际上率先研究并提出了基于面积变化和介电伸缩效应的MEMS电容式气压传感器结构，保证了传感器输出的线性度；发明了二氧化硅介电伸缩系数的悬臂梁测试结构，获取了介电伸缩系数基础数据；提出了带微孔滤膜的电容式气压传感器封装方法，提高了传感器环境适应性。

2.发明了MEMS风速风向传感器的测温方法和深槽隔热结构，提出了风速风向传感器的温度自平衡测控方法，解决了长期以来风速风向传感器量程难以提高的技术难题；发明了风速风向传感器的陶瓷圆片级封装技术，保障了传感器工作的可靠性。

3.发明了MEMS湿度传感器片上集成多晶硅加热电阻结构，缩短了湿度传感器的脱附时间；发明了氮化硅包覆铝电极的结构，有效防止了聚酰亚胺吸水而腐蚀铝电极，突破了湿度传感器长期工作稳定性的技术瓶颈。

4.建立了MEMS器件-封装结构温度效应模型，提出了微悬臂梁接触长度的测量结构，发明了微悬臂梁疲劳特性的测量方法，实现了MEMS结构与器件的温度、湿度、振动可靠性测试和评估。

5.发明了前向散射式能见度检测器大气散射信号测量技术，开发了前向散射式能见度检测器系统。

获中国发明专利授权43项；制订国家行业标准1项；出版英文丛书1章；发表论文138篇(SCI 26篇、EI 138篇)、SCI他引152次；在国内会议大会报告2次、在国外会议邀请报告2次。

研制与批量生产的气象传感器系列，全部技术指标满足国家标准并已在高速公路等领域应用，推动了我国气象传感器及相关行业的技术进步，包括4位院士在内的项目验收专家组评价：“项目发现了二氧化硅的介电伸缩系数；发明了陶瓷芯片与集成风速风向传感器的倒装封装方法，可测风速达60m/s，是目前国际上公开报导的MEMS风速传感器的最高测量风速”。

项目成果还应用于我国大型通信骨干企业，支撑了MEMS故障器件的分析和评估；应用于加速度传感器研制与生产，支撑了重点领域发展；应用于载人潜水工程中压力传感器的研制，保障了“蛟龙”号7000米载人潜水工程的实施；应用于“雪龙”号极地科学考察船、地面军事气象监测，打破了国外的技术垄断与禁运。

近3年新增：销售额15419.80万元、利润3437.80万元、税收1889.60万元。

第二篇：传感器应用总结

传感器应用总结

信息社会高速发展的今天，人们对信息的提取、处理、传输以及综合等要求愈加迫切。作为信息提取的功能器件——传感器同人们的关系越来越密切。小到智能手机，大到地震海啸预警，传感器广泛应用于社会发展及人类生活的各个领域。传感器种类繁多，其原理也各种各样。传感技术是一门知识密集型技术，它与许多学科相关，传感器技术已经成为各个应用领域，特别是电子信息工程、电气工程、自动控制工程、机械工程等领域中不可缺少的技术。传感技术与信息技术、计算机技术并列称为支撑现代信息产业的三大支柱。下面，我将对所学传感器的应用做一个简要的总结。

传感器是在非电量测量中，能够实现非电量转化为电量的装置。传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需要加辅助电源。（如图1）在自动检测和自动控制环节，传感器是必不可少的，没有传感器对数据的精确测量，必然不会实现对信号的控制及显示。因此，传感器在工业生产以及日常生活中应用广泛。非电量 敏感元件

非电量

传感元件

电量

转换电路

电量 热电偶传感器

图1

1.1 N型热电偶在主蒸汽温度测量中的应用

近年来，N型热电偶在火电厂得到了广泛的应用。N型热电偶在中子辐射环境下具有良好的稳定性, 是因为N型热电偶去除了易蜕变元素Mn、Co等。因此,N型热电偶具有很好的耐核辐射的能力。在一个机组主蒸汽管道上放一个温度保护套管，将N型热电偶放入其内部，测量的温度将其转化为电动势，通过控制电动势来控制温度。

1.2 热电偶对爆炸产物的热响应应用

在炸药的爆炸过程中，温度变化极快，数值极高，且为非稳态传热，冲击波的传播速度远大于热流的传播速度，热电偶技术的迅速发展为研究瞬态热作用提供了简便可靠的测试方法。热电偶温度传感器将温度信号转换为电压信号，经直 流电压放大器放大后通过A/D 转换电路将模拟信号转换为数字信号。采集系统将给出电压值，其变化反映热电偶温度值的变化。数据采集后对信号加以滤波处理，然后根据分度表进行温度转换。

1.3 薄膜热电偶传感器测高温物体表面温度

薄膜热电偶(T F T C)作为固体表面温度传感器具有许多优点，其很小的质量使其对表面热传导的干扰极小，对于大多数实际测量而言，被测点的这一热变化是微乎其微的；由于厚度仅为1um 的薄膜对于多数对流换热应用来说尺寸很小，所以薄膜热电偶与被测表面之间的对流换热变化也极其微小。另一方面，由于自身构造上的特点，薄膜热电偶传感器可以贴在某些需要测量温度但又不方便直接测温的物件上。压电传感器

2.1 车辆行驶称重

压电传感器检测经过轮胎施加到传感器上的压力，产生成正比的模拟电压、信号,输出压力信号的周期与轮胎停留在传感器上的时间相同。每当一个轮胎经过传感器时，传感器就会产生一个新的电子脉冲,压电传感器在行驶中称重(WMI)的检测原理是对受力产生的信号积分。2.2 实现超声振动系统的频率自动跟踪

在振动系统设计中加入压电传感片，压电传感片保持与系统谐振。由于压电效应，谐振时压电传感片两端会产生电荷，形成感应电压。这种电压大小与振动强弱成正比，通过检测电压值就能知道振动幅值的大小。感应电压最大值的频率点即为系统谐振点，通过搜寻感应电压最大值就能实现频率自动跟踪。2.3 环境监测

2.3.1压电石英晶体微天平(QCM)压电传感器

当一层外来物沉积于石英晶体表面时,晶体的表面质量增加,从而引起谐振频率的变化。

2.3.2 表面声波(S∧W)压电传感器

S∧W压电传感器是利用表面声波原理实现质量测定的。当ST切型石英晶体中电极的交叉阵列产生局部形变时,后者以机械波传递至接受器阵列,发出的波与任何表面材料的相互作用均能改变S∧W的速度和振幅,于是能定量测定沉 积物的质量。

2.4 确保刀具工作在安全振幅范围内

通过压电传感片返回的电压值大小,系统可以推算出刀具的工作振幅。预先设定安全振动幅值,限制输出功率的大小,就能起到保护刀具的作用。实际采用这种措施以后,刀具的工作寿命得到明显提高。这主要是因为刀具刀齿造成应力高度集中,如不限制振幅,空载或轻载时刀具振幅过大,刀齿的应力超过了安全许可界限,在超高周疲劳情况下很快就达到疲劳极限,引起刀具断裂。电阻传感器

3.1应变式压力传感器

这种传感器可以测量气体或液体压力。当气体或液体压力作用在薄板承压面上时，薄板变形，粘贴在另一面的电阻应变片随之变形，并改变阻值。这时测量电路中电桥平衡被破坏，产生输出电压。此外，它还可以用来制造测量高度、密度、速度的仪表。应变式压力传感器常见的结构有筒式、膜片式和组合式等。3.2 应变式加速度传感器

这种传感器的基本结构由悬臂梁、应变片、质量块、机座外壳组成。悬臂梁（等强度梁）自由端固定质量块，壳体内充满硅油，产生必要的阻尼。当壳体与被测物体一起作加速度 a 运动时，质量块因为在惯性作用下保持相对静止，从而给悬臂梁一个与运动方向相反的作用力，使梁体发生形变，粘贴在梁上的应变片阻值发生变化，电桥平衡被破坏，电桥输出电压。通过测量阻值的变化求出待测物体的加速度。3.3 热电阻式温度传感器 3.3.1 金属热电阻传感器

对于金属导体而言，在一定的温度下，物质的电阻随电阻率的变化而变化，可以把温度对电阻率的影响反映到电阻上，即温度变化会导致电阻变化，从而测出温度变化。

3.3.2 半导体热电阻传感器

半导体是一种晶态固体，其原子结构较为特殊，外层的电子运动时既不像金属导体那样容易脱离原轨迹，也不像绝缘体那样束缚的很紧，这就决定了它的导电特性介于金属导体和绝缘体之间。其导电机理与材料内价电子以及掺人的杂质 有关。电阻取决于掺杂的种类和浓度，并随温度而变化，通过测量电阻的变化而得到温度的改变。电感式传感器

4.1 自感式传感器

自感式传感器是利用自感量随气隙变化而改变的原理制成的，用来测量位移。自感式传感器主要有闭磁路变隙式和开磁路螺线管式，它们又都可以分为单线圈式与差动式两种结构形式。

线圈的自感量等于线圈中通入单位电流所产生的磁链数，只要被测非电量能够引起空气隙长度或等效截面积发生变化，线圈的电感量就会随之变化。自感式传感器的测量电路用来将电感量的变化转换成相应的电压或电流信号，以便供放大器进行放大，然后用测量仪表显示或记录。自感式传感器用于测量位移，还可以用于测量振动、应变、厚度、压力、流量、液位等非电量。4.2 差动变压器式传感器

差动变压器式传感器是把差动变压器的两个次级输出电压分别整流，然后将整流的电压或电流的差值作为输出，这样二次电压的相位和零点残余电压都不必考虑。

差动整流电路同样具有相敏检波作用，两组（或两个）整流二极管分别将二次线圈中的交流电压转换为直流电，然后相加。由于这种测量电路结构简单，不需要考虑相位调整和零点残余电压的影响，且具有分布电容小和便于远距离传输等优点，因而获得广泛的应用。但是，二极管的非线性影响比较严重，而且二极管的正向饱和压降和反向漏电流对性能也会产生不利影响，只能在要求不高的场合下使用。

一般经相敏检波和差动整流后的输出信号还必须经过低通滤波器，把调制的高频信号衰减掉，只允许衔铁运动产生的有用信号通过。

差动变压器不仅可以直接用于位移测量，而且还可以测量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、压力、张力、比重和厚度等。4.3 涡流式传感器

根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，这种现 象称为电涡流效应。

根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。按照电涡流在导体内的贯穿情况，此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，但从基本工作原理上来说仍是相似的。电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另外还具有体积小、灵敏度高、频率响应宽等特点，应用极其广泛。

线圈阻抗的变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。

而电涡流效应既与被测体的电阻率ρ、磁导率μ以及几何形状有关，又与线圈几何参数、线圈中激磁电流频率有关，还与线圈与导体间的距离x有关。因此，传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数关系式为Z=F（ρ，μ，R，x）。

涡流式传感器的特点是结构简单，易于进行非接触的连续测量，灵敏度较高，适用性强。利用位移x作为变换量，可以做成测量位移、厚度、振幅、振摆、转速等传感器，也可做成接近开关、计数器等。利用材料电阻率作为变换量，可以做成测量温度，材质判别等传感器。利用导磁率作为变换量，可以做成测量应力，硬度等传感器；利用变换量x、、等的综台影响，可以做成探伤装置。电容传感器

5.1电容式位移传感器

电容式位移传感器可以实现非接触测量，用来测量各种导电材料的间隙、长度、尺寸或位置、振动位移等。CapaNCD(非接触电容位移传感器)测量原理的基础在于理想平板电容的构成，两个平板电极由传感器和相对应的被测体组成，当恒定的交流电加在传感器电容上时，传感器产生的交流电压与电容电极之间的距离成正比，交流电压经检波器，与一个可设置的补偿电压叠加，经放大，作为模拟信号输出。capaNCDT610是一个精密的单通道系统,它由电容位移传感器，传感器电缆和处理信号的前置器组成，用户可以在现场用二点线性化方法校准。这种传感器的特点是工作时无磨损，免维修、对被测体没有作用力、具有高的零点稳定性和精度、与被测体导电性能以及导电性能变化无关而且几乎不受温度影响。capaNCDT610可输出0～10V的电压，在牺牲精度的情况下，测量范围还可 以扩大2～3倍。5.2电容式物位传感器

电容式物位传感器有两个导电极板(通常把容器壁作为一个电极)，由于电极间是气体、液体或固体而导致静电容发生变化，因而可以敏感物位。它的敏感元件有三种形式,即棒状、板状和线状,其工作温度、压力主要受绝缘材料的限制。电容式物位传感器可以采取微机控制，实现自动调整灵敏度,并具有自诊断功能,同时能够检测敏感元件的破损、绝缘性的降低、电缆和电路的故障等，并可以自动报警，实现高可靠性的信息传递。由于电容式传感器无机械可动部分，且敏感元件简单，操作方便，是目前应用最广的一种物位传感器。5.3固态电容式指纹传感器

传感器技术的发展，人们利用电容式传感器对指纹进行识别，从而识别人的身份，可靠性大大提高，广泛应用于养老金领取、人事工资管理、银行柜员身份确认等很多场合。目前市场上有两种固态指纹传感器，第一种是单次触摸型传感器，要求手指在采集区进行可靠的触摸；第二种则需要用手指在传感器表面擦过，传感器会采集一套特定的数据进行快速分析和认证。这两种指纹传感器都是利用指纹中凸起的部分置于传感器电容像素电极时电容量会有所增加，从而通过检测增加的电容来进行数据采集的。目前这两种指纹传感器都得到了广泛的应用。

6光电传感器

6.1 烟尘浊度监测仪

为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

6.2感烟传感器(火灾报警器的一部分)由红外发光二极管及光电三极管组成，但二者不在同一平面上(有一定角度)。在无烟状态时，光电三极管接收不到红外线；当发生火灾时，产生大量烟雾，烟雾粒子进入感烟传感器时，由于红外线受烟雾粒于折射作用，光电三极管接收到红外线，给出烟雾报警信号。6.3 光控大门

光控大门需要要用到一种电子元件——干簧继电器，它由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成。当线圈内有电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成连接状态，线圈内没有电流时，磁场消失，瓷片在弹力的作用下，回复到分离状态。把光敏电阻装在大门上汽车灯光能照到的地方，把带动大门的电动机接在干簧管的电路中，那么夜间汽车开到大门前，灯光照射光敏电阻时，干簧继电器接通电动机电路，电动机带动，大门打开。6.4 液位检测

在液体未升到发光二极管及光电三极管平面时，红外发光二极管发出的红外线不会被光电三极管接收；当液位上升到发光二极管及光电三极管平面时，出于液体的折射，光电三极管接收到红外信号由此获得液位信号。6.5电影放音

拍摄电影时的配音，是把声音信号转换为光信号，用明暗不同的条纹记录在胶片边缘的声带上。在放映电影时，光源发出的光通过移动的声带后发生了强弱的变化，并被光电管所接收，光电管把强弱变化的光相应地转变为强弱变化的电流，经放大器放大后，由扬声器放出声音。6.6 转速测量

在工业生产中，对转速的检测应用的非常多，尤其是在电机控制领域，将光电传感器应用到转速测量里是运用将转速变换成光通量的变化，再经过光电元件转换成电量的变化即可得到转速的原理。

首先在被测的转动轴上装上光电编码器，它是由光栅盘和光电检测装置组成，编码器随轴转动，当光线通过编码器的夹缝时，光电检测装置就会产生一个电脉冲，转轴连续转动，光电元件就输出一列与转速成正比的电脉冲数。在孔X或齿Y数一定时，脉冲数就和转速成正比。如果调制盘上的孔数为x，测量的时间为t 秒，脉冲数为N，此时被测转速为n(r/min)为：n=60N/xt。

7霍尔传感器

7.1 霍尔式汽车点火器

这种点火器与传统点火器不同,具有点火能量高、高速点火可靠、故障率低、耗油省等优点。霍尔式电子点火系统主要由点火信号发生器、电子点火组件、点火线圈、点火开关和蓄电池等组成。点火信号是由分电器中的霍尔传感器提供的。将开关型霍尔传感器固定在分电器外壳内侧，当分电器的转轴转动时,就带动叶片一起转动，叶片里面有磁铁,且叶片上开有窗口,因此霍尔器件所处磁场的磁场强度大小是突变的，其输出电压也突变,输出为脉冲信号。当汽车气缸中的活塞运行到达上止点时，霍尔电路输出低电平，从而改变了电流方向而流入霍尔电路，故晶体管截止。储存在电感中的磁能就在电路中振荡起来,形成200V以上的交流电压。此电压经点火线圈升压后产生高压电送至相应气缸的火花塞产生电火花，点燃气缸中的燃油。随着汽车发动机旋转,上述过程周而复始。7.2磁场的测量

由霍尔效应可知，当控制电流I0保持不变时,霍尔电势UH与所感受到的磁感应强度B成比例关系，所以，霍尔传感器所处位置的磁感应强度不同,输出的电压值就不同。根据输出电压的大小可测出磁感应强度的值。将霍尔传感器放置在不同的位置，由于磁感应强度不同，将输出不同的电压信号。7.3位移的测量

霍尔电势与位移量x成线性关系，并且霍尔电势的极性反映了元器件位移方向。同时还表明,当x=0时，U=0。利用这一特点可把作微量移动的物体与霍尔传感器固定在一起，当物体在均匀变化的磁场中相对B=0的位置(磁场的中心)发生x的位移量时霍尔传感器输出一定的电压信号,根据信号的大小和方向可测出物体移动的大小和方向。7.4不等位电势测量

测量不等位电势时,按照不等位电势的概念进行,使得霍尔元件位于同极性相对放置两块永久磁钢的正中间,不使用电气零位(RW1为零),直接测量霍尔元件的输出电压,约40mV。

第三篇：991-专题三科学课堂教学设计理论应用

专题三

科学课堂教学设计理论应用

1、参加培训教师根据培训要求，统一确定课题，当场完成一节课的教学设计内容。

2、分组讨论评比推荐小组优秀教学设计方案。3。获推荐设计的教师谈本节课的教学设计过程与方法、专家评点。案例：《动物的生命周期》一课的教育目标 情感、态度、价值观：通过体验动物的生命周期，感受地球上生命的循环和更新；渗透环境意识，进行珍爱生命、保护环境的教育；体验合作与探究的乐趣。过程与方法：面对大量信息，能鉴别、提取、处理各种信息；面对复杂的生命周期，能简接、明了地概括出几个阶段，从而建立生命模型，并利用这个模型去认识其他动物的生命周期，善于把所学的知识迁移到相关的领域，学习合作探究的方法。知识与技能：能说出人、青蛙、蝗虫、蝴蝶的生命周期中的各个时期的名称；知道青蛙、蝗虫、蝴蝶等动物在生命周期中经历的是变态发育，而人、猫等动物在发育过程中不变态，知道二者的区别；能区别蝗虫和蝴蝶虽然都是变态发育，但也有一定的区别，从而更进一步了解生物的多样性；了解生活环境变化对动物寿命的影响；掌握实验设计和操作的技能、合作探究的基本技能。《动物的生命周期》教学过程

一、导入 背景音乐《真心英雄》（周华键）出示自己的照片：婴儿--幼年--少年--青年--中年（？）--老年（？）

二、新课 1人的生命周期： 小组合作学习，学生填写书中图（3-2）中空白处。

2、动物的生命周期（1）青蛙： 教师活动：播放视频，青蛙的生殖过程； 学生活动：在课本图３－３中找到不同生长时期的蛙，并将它们排序；说出这些不同生长时期蛙的名称；归纳青蛙的生命周期，在课本上完成填图；比较成蛙和蝌蚪在形态结构上的不同之处，完成书上的表格； 教师：小蝌蚪为什么会变成青蛙？ 学生：为了适应环境不得不做出改变。教师：播放视频： 小蝌蚪变成青蛙后，就进入一个完全陌生的生活环境，从原来的水中生活，变成了现在的陆地生活。他很想念曾经在一起玩的小伙伴们，很想告诉他们现在的生活环境、告诉他们自己的身体在哪些方面发生了变化、他在陆地上是如何生活的，他也很希望小伙伴们也能尽快地到陆上上来和他一起生活。教师：小青蛙工作很忙，你能帮他写一封信吗？ 小组合作：给青蛙写信 汇报结果：例： 小伙伴们：大家好！我在陆地上变化可大了，尾巴掉了，长出了四肢，可现在我用肺和皮肤呼吸了。我也可以到水中来寄居了。对了，我能帮助农民伯伯捕获害虫了。我每天工作都很愉快，可是我还是想你们啊。你们能快点上来吗？ 祝你们：快快长大，与我团聚！你们的大哥大：青蛙 例2：学生信：“我现在穿上了绿色的连衣裙，以前伴随我的尾巴已经下岗了，我的新伙伴是四条修长的美腿„„”（2）蝗虫和蝴蝶的生命周期（背景音乐：克莱德曼，秋日丝语）教师：展示有关蝗虫的知识的材料 学生：讨论归纳得出蝗虫的生命周期，结果如下：受精卵→若虫→成虫 教师：播放蝴蝶的生长发育过程的视频 学生绘出蝴蝶的生命周期图，结果如下：受精卵→幼虫→蛹→成虫 学生：讨论找出蝴蝶的生命周期中与蝗虫的不同之处。

三、规纳总结 师生共同归纳，比较人、青蛙、蝗虫、蝴蝶等动物的生命周期，有什么区别和相同之处？ 学生讨论问题：

为什么动物的种类不会随着个体的衰老死亡而绝灭？ 世上寿命最长的动物是什么？寿命最短的动物是什么？ 同一物种的动物，他们的寿命一样吗？影响动物寿命长短的因素有哪些？举例说明生活环境的变化对动物寿命的影响。

四、课外延伸 教师：提供资料，有关中国人的寿命在不同年代的长短，三十年代，五十年代，八十年代。为什么有如此差异？ 学生：医疗水平、生活水平、保健意识、卫生习惯等等。?课外探究活动：

1、恐龙

2、蝗虫

3、青蛙 评课1 本节课的特点（思考1）： 在学生已有的认识基础上，很好地把握了这节课的重点和难点。充分体现了教育目标的三个维度（1）知识与技能：把“学问逻辑”（作为教学内容的学问知识结构）和“认识逻辑”（不同发展阶段学生的认知特点）有机的结合起来。（2）过程方法：合作学习、信息处理、建立生物模型（3）情感、态度、价值观:通过体验动物的生命周期，感受地球上生命的循环和更新；渗透环境意识，进行珍爱生命、保护环境的教育;体验合作、探究等学习科学活动的乐趣。评课2 本节课的特色：

1、学生是课堂的主人，由 “以教师为中心”转向“以学生为中心”；

2、由学生的独立性学习向合作性学习发展，由学生的单方面能力发展向多方面能力发展，注重集体协作学习的成功与获得；

3、由单一传媒转向多方位、多角度，由单向传递的学习方式转向双向甚至多项交换的学习方式；

4、由居高临下的教师向平等融洽转变，教师是“积极的旁观者。?? 建立生物模型 生物学是研究自然界中生命运动最基本、最普遍的规律以及生物体的结构，而自然界生物种类繁多、运动错综复杂，几乎每个具体的问题都要涉及到许多因素。通过建立生物模型能够排除非本质因素的干扰，舍弃次要因素和无关因素，突出反映事物的本质特征，从而使生命现象或过程得到简化、纯化和理想化。启示（启发）（思考2）：

成为一名优秀的科学教师是非常不容易的，必须具备：

一、有课程资源整合的能力：

1、资料的收集和积累。青蛙、蝴蝶的视频材料，有关蝗虫的阅读资料。A、教师个人的积累；B、不可忽视学生这一课程资源。如：学生可能有许多我们教师所没有的资料等。C、分章分节开展“师师合作”：上网、图书馆。

2、其它的课程资源：如，人的照片。充分利用学生的好奇心理。牢牢地吸引学生的注意力；音乐知识的应用起到了画龙点睛的效果。

二、教师要有很高的科学和人文素养。

三、真正理解科学教育的特点，切实把握初中科学课程的标准。专题四

科学课堂教学设计的实例剖析 课堂活动：初中科学教学过程反思 问题1：回忆自己或同伴的课堂教学过程，书写正反两个科学课堂教学片断，并进行评析。实例1 关于“物质的燃烧”一课的内容的生成体现 某老师在上第一册第一章第7节“科学探究”时，并未按教材内容展开，而是首先向学生展示了一个实验情景：在一块玻璃上安置了一长一短两支蜡烛，蜡烛点燃后，又用透明玻璃罩将它们罩了起来。然后向同学们提出了一个问题：玻璃罩里面的蜡烛哪支先熄灭？ „ „（见学习指南的第10页）评析：

1、从教学策略上看，力求知识点（科学探究的一般过程和基本环节）的展开源于实际问题（同一玻璃罩内，燃烧的高、矮两支蜡烛哪一支先熄灭），重在自行探究（动手实验），止于问题的解决（高的先熄灭）和拓展（假如条件改变了会怎样），加强情感、态度、价值观的渗透（科学的人文精神的熏陶）。

2、从教学效果上看，课堂教学的四大状态：情绪状态、交往状态、思维状态、目标达成状态得到较好的协调、统一。

3、通过这节课使我们认识到教材不是惟一的课程资源，教师可以根据教学的需要，采用自己认为最合适的教学形式和教学方法，实现课程资源结构和功能上的突破。教学方式的转变是课改的体现，遵循建构主义及主体教育的理论，注重教学应以学生为主体，以学生主动探究科学的实践活动为策略，使学生从自己的探究、习得中学会认识并主动构建自己的知识体系。实例2 科学实验课镜头 初中科学课上，教师先向学生提出了一个问题，然后要求学生自己设计一个实验，并通过实验操作来解决问题。但是，学生们却毫无头绪过了好一会儿，仍无任何动静。于是，教师便说： „ „（见学习指南的第11页）评析： 上述课堂镜头放映了一个事实，当我们承认探究是学习科学的基础时，却常常容易把探究误认为是学生按其原生的本能所进行的自在行为。而当这种活动达不到教师预定的期望目标时，则往往会返回传统的说教状态，使其异化为机械的顺应教师思路的形体动作。因此，科学教学强调探究和体验必须在具有明确主题的问题情景中进行，而且需要教师适时的点拨与引导。这时教师可以这样做： 教师加入到一个小组中去，以伙伴的身份参与实验设计。在教师的具体指导下，一个设计方案很快就形成了。教师巡回于各组之间，并对各组学生说：“××小组的同学已经设计出了一个很不错的实验方案，你们可以去看一看。想想能不能在他们的基础上，设计出一个更好的方案”。问题2：在你的课堂教学中，有没有为学生创设自主提问的空间和时间？怎样的问题是有价值的？ 实例3 “生物适应性和多样性”教学片断 老师：在保护生物的多样性的众多措施中，设立自然保护区是较为有效的。我国政府对自然保护区的建设十分重视，我国自然保护区已增加到1200多个„„ 学生甲：我觉得没有必要。因为生物的生存、发展、绝灭有它自身的规律，如大熊猫，我们国家„„（见学习指南第11页）评析及反思： 传统的课堂教学是老师提问，学生回答。老师希望学生的回答在自己的准备之中，一旦学生的回答偏离正确答案，尤其远离预期的轨道时，很少有老师能耐心倾听学生的发言，分析学生问题所在。学生的创新意识、主动探究意识就这样不知不觉的被扼杀了。科学课堂如果没有问题才是最大的问题。让学生自主提问题，教师要充分尊重、信任每一位学生，学会倾听和宽容；应强化学生的主体地位，不仅在备课时给学生留有空间，课堂教学时还应遵循学生心理和个性发展的特点，为学生创设一个广阔、自由、安全的空间，使学生心理获得解放，并为学生充分提供探索、交流、创造等各种展示的时间和舞台。问题2 答： 我们在备课时一般给学生留出空间，为学生创设一个广阔、自由、安全的空间，为学生提供探索、交流创造等的时间和舞台。如果学生的问题有他合乎逻辑的道理，是真实思想的反映，是智慧的闪光点，是创新的体现等等，我认为都是有价值

第四篇：传感器的应用论文

文献检索与科技论文写作

结 课 作 业

姓名：安 班级： 学号： 滨

2013级本科三班

201315110101

光纤温度传感器的设计

光纤温度传感器的设计

论文分析：

意义：光纤传感技术是一门新兴的应用物理技术，它在石油、通信、化工检测以及各种参量测量方面具有许多独特的优点，有广阔的应用前景。近年来，光纤技术已逐渐渗透到各研究领域，其应用范围日渐广泛。随着光纤传感系统在国防军事、航空航天、工矿企业、土木建筑、能源环保、生物医学、计算测量、自动控制等各领域的应用，对光纤传感系统的性能也不断提出新的要求。光纤温度传感器特别适用于易燃易爆的工作环境，从而弥补了传统的点温度传感器的不足。主要内容及研究思路：本文从光纤的基础入手，首先介绍了光纤的基础知识，然后结合传感器引入了光纤温度传感器的定义，分类及工作原理。本课题研究的是一种非功能性光纤温度传感器，它是利用高度敏感的双金属片作为感温元件，金属片的变化改变了光纤的通光强度。

目标：光纤温度传感器可以达到不但测温对象广，从监测相对低温的生物过程到监测高温的发动机零件，而且测量准确度、灵敏度高，抗电磁能力强，传输距离远，使用寿命长，价格相对低廉，使用更加经济。今后光纤温度传感器研究方向将会进一步提高传感器的精度、可靠性；提高抗干扰能力、稳定性，并简化器件结构，降低成本。

光纤温度传感器的设计

目 录

第1章 前 言

1.1选题背景及研究意义 1.2光纤传感器国内外研究现状 1.3光纤传感器及其组成与分类 1.4本论文的主要内容 第2章 光纤温度传感器理论 2.1光纤基础知识介绍 2.2热敏元件双金属片工作原理 2.3光纤探头的原理

2.4纤端光场的光强分布函数选取

2.5光纤温度传感器的特点及应用 第3章 光纤温度传感器系统组成与实验步骤 3.1 实验原理

3.2实验主要设备和材料 3.3实验搭建与调试 第4章 实验结果分析

4.1 位移光强曲线的测定及其与理论曲线的对比 4.2 温度光强曲线的测定及出现的问题和解决办法 4.3 测温曲线的选取及传感器测温范围的确定 第5章 结论与展望

5.1 实验结论

5.2光纤温度传感器存在的不足和展望 参考文献 致谢

光纤温度传感器的设计

第1章 前言

1.1 选题背景及研究意义

1.2光纤传感器国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 光纤传感器及其组成与分类

1.4 本论文的主要内容

本文所采用的温度变换器为U型双金属片，依据双金属片的位置随温度的变化而变化的原理，利用双金属片的纵向位置改变来调制光纤探头接收到的光强，从而实现温度对光强的间接调制。与传统的指针式双金属片温度计相比，本传感器具有快速、灵敏、便于实现与计算机接口连接等优点。研究从基本的概念入手。

光纤温度传感器的设计

第2章 光纤温度传感器理论

2.1光纤基础知识介绍

2.1.1 光纤的结构和分类

2.1.2 光纤的传输原理

2.2热敏元件双金属片工作原理

2.2.1 双金属片弯曲机理及其选取

2.2.2 双金属片得到选取及其补偿和调制机理

光纤温度传感器的设计

2.2.3双金属片温度变换对位移的补偿机理及其位移的计算

2.3光纤探头的原理

2.3.1 光纤反射式调制原理及与光强分布的关系

2.3.2 光纤传输信号准共路理论

2.4纤端光场的光强分布函数选取

2.5光纤温度传感器的特点及应用

光纤温度传感器的设计

第3章 光纤温度传感器系统组成与实验步骤

3.1 实验原理

3.2实验主要设备和材料

3.3实验搭建与调试

3.3.1 LED光源I-P特性曲线测试

3.3.2 反射式光纤位移传感实验

3.3.3 光纤温度传感器实验

光纤温度传感器的设计

第4章 实验结果分析

4.1 位移光强曲线的测定及其与理论曲线的对比

4.2 温度光强曲线的测定及出现的问题和解决办法

4.3 测温曲线的选取及传感器测温范围的确定

光纤温度传感器的设计

第5章 结论与展望

5.1 实验结论

5.2光纤温度传感器存在的不足和展望

光纤温度传感器的设计

参考文献

[1]王剑锋,刘红林,张淑琴,余向东,孙忠周,金尚忠,张在宣.基于拉曼光谱散射的新型分布式光纤温度传感器及应用[J].光谱学与光谱析,2013,04:865-871.[2]廖国珍,张军,蔡祥,谭绍早,唐洁媛,肖毅,陈哲,余健辉,庞其昌.基于石墨烯的全光纤温度传感器的研究[J].光学学报,2013,07:26-32.[3]宋海峰,龚华平,倪凯,董新永.基于波长与强度双解调的光纤温度传感器[J].光电子.激光,2013,09:1694-1697.[4]李涛,戴玉堂,赵前程.一种新型微结构高灵敏度光纤温度传感器[J].光电子.激光,2014,04:625-630.[5]李强,王艳松,刘学民.光纤温度传感器在电力系统中的应用现状综述[J].电力系统保护与控制,2010,01:135-140.[6]伍铁生,王丽,王哲,刘玉敏,胡署阳,尹丽丹.一种Sagnac干涉仪结构的光子晶体光纤温度传感器[J].中国激光,2012,11:217-221.[7]程继兴,刘霞.一种基于AT89C51的光纤温度传感器的软硬件实现[J].电子测量技术,2012,12:102-107.[8]周广丽,鄂书林,邓文渊.光纤温度传感器的研究和应用[J].光通信技术,2007,06:54-57.[9]张颖,张娟,郭玉静,王庆华.分布式光纤温度传感器的研究现状及趋势[J].仪表技术与传感器,2007,08:1-3+9.[10]方曼.分布式拉曼光纤温度传感器系统及温度分辨率提高的研究[D].电子科技大学,2004.[11]吕宗岩.分布式光纤温度传感器的系统设计[D].燕山大学,2006.[12]匡绍龙,朱学斌.分布式光纤温度传感器原理及其在变电站温度监测中的应用[J].电力自动化设备,2004,09:79-81.[13]徐申翔,刘南生,张华.光纤温度传感器原理及应用[J].南昌大学学报(工科版),2004,04:9-14.[14]刘凡凡.SMS结构光纤温度传感器[D].浙江大学,2013.[15]陈艳,王海燕,张朋,王宁.简述光纤温度传感器的原理及应用[J].传感器世界,2008,12:23-27.[16]邵嫄琴.分布式光纤温度传感器校准中参考温度的研究[D].中国计量学院,2013.[17]沈永行.从室温到1800℃全程测温的蓝宝石单晶光纤温度传感器[J].光学学报,2000,01:83-87.[18]虞倩.高精度医用光纤温度传感器的研制及其特性研究[D].中国计量学院,2012.[19]孟庆民.光纤温度传感器用于电力高压开关在线监测的研究[D].东南大学,2005.[20]王喜光.分布式光纤温度传感器信号处理的研究[D].燕山大学,2006.光纤温度传感器的设计

致 谢

第五篇：传感器的应用教案

传感器的应用教案

【教学目标】 1.知识与技能:(1)、了解传感器应用的一般模式;(2)、理解应变式力传感器的应用――电子秤的工作原理。(3)、理解声传感器的应用――话筒的工作原理。

4、理解温度传感器的应用――电熨斗的工作原理(5)、会设计简单的有关传感器应用的控制电路。2.过程与方法: 通过实验结合物理学的知识,探究电子秤、话筒、电熨斗等的工作原理,从而了解力传感器、声传感器和温度传感器的一般应用,进一步总结出传感器应用的一般模式。

3.情感、态度与价值观 激发学生的学习兴趣,培养动手能力,提高创新意识,提高物理理论知识与实际相结合的综合实践能力。

【教学重点】:各种传感器的应用原理及结构。【教学难点】:各种传感器的应用原理及结构。【教学方法】:PPT课件,演示实验,讲授

【教学用具】:小型电子秤,话筒,电熨斗、示波器。【教学过程】

一、引入新课

师:上节课我们学习了传感器及其工作原理。传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量,并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量,或转化为电路通断的一类元件。请大家回忆一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件? 学生思考后回答:光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。热敏电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。这节课我们来学习传感器的应用

二、进行新课

1、传感器应用的一般模式

师:阅读教材开头几段,然后合上书,在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。提示:一般情况下,传感器产生的信号非常微弱,要想触发控制电路,此信号必须进一步放大才可以,所以需要放大电路,即放大器。

生:阅读教材并在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。

师:下面学习几个传感器应用的实例。2.力传感器的应用----电子秤

师:阅读教材61页最后一段,思考并回答问题。

(1)电子秤使用的测力装置是什么?它是由什么元件组成的?(2)简述力传感器的工作原理。

(3)应变片能够把什么力学量转化为什么电学量? 生:阅读教材,思考并回答问题。

生1:电子秤的测力装置是力传感器,它是由一个金属梁和两个应变片一起组成了测力部分。

生2:在金属梁没有力的情况下,金属梁处于水平状态,梁的上下应变片的长度没变且相等,两应变片的电阻大小也相等,当给金属梁施加竖直向下的力时,金属梁会向下弯曲,使得金属梁上面的应变片被拉长,电阻变大,两端电压也变大,而下边的应变片被挤压收缩,电阻变小,两端的电压也减小,使得两应变片两端电压值不相等,存在差值,控制电路就通过这个差值,经过放大电路将差值信号放大,再在显示器上显示出数字,即力F的大小。生3:应变片能够将形变这个力学量转化为电阻这个电学量。

师:总结点评,结合板画强调讲解应变片测力原理。3.声传感器的应用-----话筒

师:阅读教材62页有关内容,思考并回答问题。(1)话筒的作用是什么?(2)说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。

(3)说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么?(4)驻极体话筒的工作原理是什么?有何优点? 生:阅读教材,思考并回答问题。

生1:话筒的作用是把声音信号转化为电信号。

生2:动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象。膜片接收到声波后引起振动,连接在膜片上的线圈随着一起振动,线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流(电信号),感应电流的大小和方向都变化,振幅和频率的变化都由声波决定,这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器,从扬声器中就发出放大的声音。

生3:电容式话筒的工作原理:利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电.当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流,于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压.优点:保真度好。

生4:驻极体话筒的原理同电容式话筒,只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜.优点:体积小,重量轻,价格便宜,灵敏度高,工作电压低。

师:指出:驻极体话筒利用了电介质的极化现象:将电介质放入电场中,在前后两个表面上会分别出现正电荷与负电荷的现象.某些电介质在电场中被极化后,去掉外加电场,仍然会长期保持被极化的状态,这种材料称为驻极体.师:演示实验: 按照如图所示的连接驻极体话筒的工作电路,话筒的输出端经过隔直电容接到示波器。对着话筒喊话,观察示波器的荧光屏上的波形,再用另外一人同样对话筒喊话,比较两次声音产生的波形有什么不一样。上述过程,就是话筒将声音信号转换为电信号的过程。生:观察实验现象。现象:不同的声波信号,荧光屏上显示的波形不同。说明话筒产生的电信号是由接收到的声波控制的。4.温度传感器的应用---电熨斗

师:温度传感器是应用最广泛的传感器之一,它能把温度的高低转变成电信号,通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的.电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。实验:取一个报废的日光灯启辉器,去掉外壳,敲碎氖泡的玻璃,可以看到一个U型的双金属片,双金属片的旁边有一根直立的金属丝,两者构成一对触点,常温下触点是分离的,用火焰靠近金属片,可以看到双金属片的形状变化,与金属丝接触,熄灭火焰,双金属片逐渐恢复原状,两个触点分离。把这个启动器用到温控开关,可以控制小灯泡的亮和灭。生:做实验,观察实验现象。

师:电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。

投影:电熨斗结构图(如图所示)思考与讨论:(1)常温下,上、下触点应是接触的还是分离的?当温度过高时,双金属片将怎样起作用?(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,这是如何使用调温旋钮来实现的? 参考答案:(1)常温下,上、下触点应是接触的,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,上部金属膨胀大,下部金属膨胀小,则双金属片向下弯曲,使触点分离,从而切断电源,停止加热.温度降低后,双金属片恢复原状,重新接通电路加热,这样循环进行,起到自动控制温度的作用.(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,此时可通过调温旋钮调节升降螺丝,升降螺丝带动弹性钢片升降,从而改变触点接触的难易,达到控制在不同温度的目的.拓展:温度传感器的另一应用----电冰箱的温控装置

如图所示是某种电冰箱内温度控制器的结构,铜质的测温泡1,细管2和弹性金属膜盒3连成密封的系统,里面充有氯甲烷盒它的蒸汽,构成一个温度传感器,膜盒3为扁圆形,右表面固定,左表面通过小柱体与弹簧片4连接,盒中气体的压强增大时,盒体就会膨胀,测温泡1安装在冰箱的冷藏室中。

5、6分别是电路的动触点盒静触点,控制制冷压缩机的工作,拉簧7的两端分别连接到弹簧片4盒连杆9上。连杆9的下端是装在机箱上的轴。凸轮8是由设定温度的旋钮控制的,逆时针旋转时凸轮连杆上端右移,从而加大对弹簧7的拉力。自动控温原理:如图所示是某种电冰箱内温度控制器的结构,铜制的测温泡

1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封的系统,里面充有氯甲烷和它的蒸汽,构成了一个温度传感器,膜盒为扁圆形,右表面固定,左表面通过小柱体与弹簧片4连接,盒中气体的压强增大时,盒体就会膨胀,测温泡1安装在冰箱的冷藏室中。

5、6分别是电路的动触点和静触点,控制制冷压缩机的工作,拉簧7的两端分别连接到弹簧片和连杆9上,连杆9的下端装在机箱上的轴,凸轮8是由设定温度的旋钮控制的,逆时针旋转时凸轮连杆上端右移,从而加大对弹簧7的拉力。当冷藏室里的温度升高时,1、2、3中的氯甲烷受热膨胀,弹性金属膜盒3的左端膨胀,推动弹簧片4向左转动,使5、6接触,控制的压缩机电路开始工作制冷,当温度下降到一定程度,氯甲烷受冷收缩,5、6又分开,制冷结束,直到下次温度升高再重复上述过程。温度设定原理:将凸轮8逆时针旋转,凸轮将连杆9向右顶,使得弹簧7弹力增大,此时要将5、6触点接通,所需要的力就要大些,温度要高一些,即温控挡应低一些(例如1级),顺时针旋转凸轮8,控制的温度低一些,控温挡要高一些。

(三)典型例题 例1.用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度.该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器.用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块可无摩擦滑动,两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上,其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出.现将装置沿运动方向固定在汽车上,传感器b在前,传感器a在后.汽车静止时,传感器a、b在的示数均为 10 N(取g10 m/s2).(1)若传感器a的示数为 14 N、b的示数为6.0 N,求此时汽车的加速度大小和方向.(2)当汽车以怎样的加速度运动时,传感器a的示数为零.分析:传感器上所显示出的力的大小,即弹簧对传感器的压力,据牛顿第三定律知,此即为弹簧上的弹力大小,亦即该弹簧对滑块的弹力大小.解:(1)如图所示,依题意:左侧弹簧对滑块向右的推力 F114N,右侧弹簧对滑块的向左的推力 F26.0 N.滑块所受合力产生加速度a1,根据牛顿第二定律有 得4 m/s2 a1与F1同方向,即向前(向右).(2)a传感器的读数恰为零,即左侧弹簧的弹力,因两弹簧相同,左弹簧伸长多少,右弹簧就缩短多少,所以右弹簧的弹力变为N。滑块所受合力产生加速度,由牛顿第二定律得,a210m/s2,方向向左.例

2、如图5是电容式话筒的示意图,它是利用电容制作的传感器,话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层,膜后距膜几十微米处有一金属板,振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极,在两极间加一电压U,人对着话筒说话时,振动膜前后振动,使电容发生变化,导致话筒所在电路中的其它量发生变化,使声音信号被话筒转化为电信号,其中导致电容变化的原因可能是容器两板间的(A)(A)距离变化(B)正对面积变化(C)介质变化(D)电压变化

【课堂总结】 本节课主要学习了以下几个问题: 力传感器的应用---电子秤

声传感器的应用---话筒

温度传感器的应用---电熨斗 力传感器是把力信号转换成电信号;声传感器是把声音信号转换为电信号,而温度传感器往往是用来进行自动控制.【布置作业】课本P58-59 1、2、3 【板书设计】 第二节:传感器的应用

一、传感器应用的一般模式示意图

二、力传感器的应用---电子秤

三、声传感器的应用----话筒

四、温度传感器的应用---电熨斗

【教学反思】

思维方法是解决问题的灵魂,是物理教学的根本;亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花,水中月。