检测原理中传感器在自动扶梯中的创新设计

第一篇：检测原理中传感器在自动扶梯中的创新设计

检测原理创新设计班级：

自动扶梯中传感器的创新应用 传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。

创新背景：

随着社会自动化程度越来越高，人们更倾向于选择更多地代步工具，因此在上下楼道间取代楼梯的自动扶梯应用越来越广，包括地铁、机场、卖场、酒店、过街地道和人行天桥等场合。但是扶手电梯的安全问题一直是人们所关注的话题，因为扶手电梯故障或搭乘者个人原因，造成人员伤害。下面是一则关于电梯“伤人”的事件。

本报江门讯（记者王锋通讯员惠峰、吴正俊）某年的某天中午，江门市区某商业广场大厅上演了一起男童被夹扶手电梯的惊险一幕，所幸商场保安人员及时关闭了电梯电源，并果断报警，闻讯赶到的消防官兵和医务人员及时解救，男童脱险。

据了解，当天中午12时许，一名随父母购物的男童顽皮地把右脚放在了自动电梯的梯级和扶手之间，不慎被自动扶手电梯夹住后，丝毫不能动弹，面对突如其来的场面，其母亲见状惊声尖叫，急呼“救命”。

发现险情后，商场保安人员迅速关闭电梯电源，并试图把男童的右脚拔出，但是其右脚被电梯牢牢地夹死，保安人员费了九牛二虎之力也不能将其救出。危急时刻，现场保安遂打“119”、“120”报警求救。

江门市区消防特勤中队8名官兵闻讯后即抵达事故现场，只见该男孩面露痛苦神色，并不时地发出阵阵惨叫。消防官兵迅速运用铁杵、剪扩器、砂轮锯等器材轮番上阵进行破拆。为避免误伤小孩，消防官兵利用各种破拆器材多管齐下，终于在12时30分成功将小男孩的脚抽了出来，并及时送上救护车。

针对此现象，可以应用传感器来检测电梯的安全问题，及时的对发生的问题进行处理操作，防止事故扩大化。对此可以应用电容传感器来检测进而进行监控，在扶手与梯级的空隙之间安装电容压力传感器当发生如上状况不需要保安等人员关闭电梯电源，电梯可以自动检测到故障并及时调整电梯的运行。

电容压力传感器的原理运用

电容传感器，是需要将所测的力学量转换成电压或电流后进行放大和处理。力学量中的线位移、角位移、间隔、距离、厚度、拉伸、压缩、膨胀、变形等无不与长度有着密切联系的量；这些量又都是通过长度或者长度比值进行测量的量，而其测量方法的相互关系也很密切。另外，在有些条件下，这些力学量变化相当缓慢，而且变化范围极小，如果要求测量极小距离或位移时要有较高的分辨率，其他传感器很难做到实现高分辨率要求。

它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器（见图）。若忽略边缘效应，平板电容器的电容为εA/δ，式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积,δ为两电极之间的距离。δ、A、ε 三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化

电容式传感器也常常被人们称为电容式物位计，电容式物位计的电容检测元件是根据圆筒形电容器原理进行工作的，电容器由两个绝缘的同轴圆柱极板内电极和外电极组成，在两筒之间充以介电常数为e的电解质时，两圆筒间的电容量为C=2∏eL/lnD/d，式中L为两筒相互重合部分的长度；D为外筒电极的直径；d为内筒电极的直径；e为中间介质的电介常数。在实际测量中D、d、e是基本

不变的，故测得C即可知道液位的高低，这也是电容式传感器具有使用方便，结构简单和灵敏度高，价格便宜等特点的原因之一。

不仅上述情况，两个梯级之间也很容易发生安全事故，尤其夏天，人们穿的凉鞋，拖鞋，洞洞鞋站立在电梯上，脚趾很容易被夹住，应该对梯级之间设立传感器检测，防止事故的发生或者将事故问题最小化。

总结：

传感器的应用不仅是在此方面，上述情况只是对现有设备的改进，对人们的生活有一定的保障作用，人身安全也有了一定的保障。

传感器的前景远不止于此，在工农业生产领域，工厂的自动流水生产线，全自动加工设备，许多智能化的检测仪器设备，都大量地采用了各种各样的传感器，它们在合理化地进行生产，减轻人们的劳动强度，避免有害的作业发挥了巨大的作用。在家用电器领域，象全自动洗衣机、电饭褒和微波炉都离不开传感器。医疗卫生领域，电子脉博仪、体温计、医用呼吸机、超声波诊断仪、断层扫描（CT）及核磁共振诊断设备，都大量地使用了各种各样的传感技术。这些对改善人们的生活水平，提高生活质量和健康水平起到了重要的作用。

传感器是摄取信息的关键器件，它与通信技术和计算机技术构成了信息技术的三大支柱，是现代信息系统和各种装备不可缺少的信息采集手段，也是采用微电子技术改造传统产业的重要方法，对提高经济效益、科学研究与生产技术的水平有着举足轻重的作用。传感器技术水平高低不但直接影响信息技术水平，而且还影响信息技术的发展与应用。目前，传感器技术已渗透到科学和国民经济的各个领域，在工农业生产、科学研究及改善人民生活等方面，起着越来越大的作用。许多尖端科学和新兴技术更是需要新型传感器技术来装备，计算机的推广应用，离不开传感器，新型传感器与计算机相结合，不但使计算机的应用进入了崭新时代，也为传感器技术展现了一个更加广阔的应用领域和发展前景。

当前我国正在重点开发的MEMS（微电子与微机械的结合）、MOMES（MEMS与微光学的结合）、智能传感器（MEMS与CPU、信息控制技术的结合）、生物化学传感器（MEMS与生物技术、电化学的结合）等以及今后将大力开发的网络化传感器（MEMS网络技术的结合）、纳米传感器（纳米技术与传感技术的结合）均是多学科、多种学科技术交叉融合的新一代传感器。

传感器技术是现代科技的前沿技术，是现代信息技术的三大支柱之一，其水平高低是衡量一个国家科技发展水平的重要标志之一。传感器产业也是国内外公认的具有发展前途的高技术产业，它以其技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。

第二篇：传感器原理及检测技术

传感器原理及检测技术

（工程硕士）考试题

1、简要说明非电量电测法的基本思想。

2、简要说明传感元件与敏感元件的作用及区别。

3、简述现代测量系统由那几部分组成及各部分的功能与特点。

4、何为传感器静态特性？静态特性主要技术指标有哪些？何为传感器动态特性？动态特性主要技术指标有哪些？

5、系统误差，随机误差及粗大误差产生的原因是什么？对测量结果有何影响？从提高测量精度来看，应如何处理这些误差？

6、说明误差的分类，以及各类误差的性质，特点及对测量结果的影响？

7、某测量系统的频率响应曲线H(j)1，若输入周期信号10.05j

x(t)2cos10t0.8cos(100t300)，试求其响应y(t)。

8、有一个传感器，其微分方程为30dy其中y为输出电压(mV),x3y0.15x。

为输入温度(0C)，试求传感器的时间常数和静态灵敏度S。

9、根据磁电式传感器工作原理，设计一传感器测量转轴的转速。要求画出原理结构简图并说明原理。

10、谈谈你对传感器原理及检测技术这门课程学习的体会及建议，你认为检测技术将来的发展方向是什么？

要求：每道题必须认真完成。

第三篇：《传感器及其工作原理》的创新教学设计_图文.

《传感器及其工作原理》的创新教学设计 教学依据

①物理(新人教版选修3-2第六章第1节《传感器及其工作原理》(P51-P55;②新物理课程标准(实验.教学流程图

(干簧管的实

环境下电阻值很大,强光照射下电阻值很小。

:光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为工作原理:光敏电阻在光照射下电阻变化的原因。

1.金属导线;

教学设计说明

通过演示实验引入传感器概念,学生列举并讨论生活中的传感器实例,重点探究光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻的工作原理之后展开传感器应用设计活动,在对传感器的应

用方案的总结基础上转入开发传感器的创新思维发展阶段，对本节课的教学思想进行质的 升华。教 后 记 教学内容及行为 反思记录

1、掌握了什么概念？训 练了什么科学思维方 法？培养 了什么科学情 感？

2、学生以什么方式主动 参与了什么内容的研 讨？

3、课堂教学的节奏把握 如何？有哪些具体的、好 的师生情感交流体验？ ①学生彼此介绍生活中的传感器；②学生自己设计音乐茶杯和火灾报警 装置；③学生根据传感器的工作原理自己开发传感器。课堂教学流程主要的三个环节用时各占 15 分钟，基本符合课堂设计； 本 节课充分放手让学生介绍传感器、自学传感器的工作原理、自己设计应用传 感器的适用电路、自己根据传感器工作原理开发传感器，体现了新课程的理 念。①什么是传感器？②传感器的工作原理；③传感器的开发和应用对科技 进步的深层次的意义。

4、课后提出了什么思

考 题？还遗留什么问题？ 计划作怎样的补救？ 研究性课题：向身边的内行人了解生活中有哪些传感器及其工作原理。第 6 页 共 6

第四篇：高压电气设备中的传感器的工作原理和作用

高压电气设备中的传感器的工作原理和作用

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。

根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类 ：

传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。

化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。

有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感

器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。

常见传感器的应用领域和工作原理列于表1.1。

按照其用途，传感器可分类为：

压力敏和力敏传感器 位置传感器

液面传感器 能耗传感器

速度传感器 热敏传感器

加速度传感器 射线辐射传感器

振动传感器 湿敏传感器

磁敏传感器 气敏传感器

真空度传感器 生物传感器等。

以其输出信号为标准可将传感器分为：

模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。

数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。

膺数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。

开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。



在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类：

(1)按照其所用材料的类别分

金属 聚合物 陶瓷 混合物

(2)按材料的物理性质分  导体 绝缘体 半导体 磁性材料

(3)按材料的晶体结构分

单晶 多晶 非晶材料

与采用新材料紧密相关的传感器开发工作，可以归纳为下述三

个方向：

(1)在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后使它们能在传感器技术中得到实际使用。

(2)探索新的材料，应用那些已知的现象、效应和反应来改进传感器技术。

(3)在研究新型材料的基础上探索新现象、新效应和反应，并在传感器技术中加以具体实施。

现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导体以及介质材料的应用密切关联的。表1.2中给出了一些可用于传感器技术的、能够转换能量形式的材料。

按照其制造工艺，可以将传感器区分为：

集成传感器薄膜传感器厚膜传感器陶瓷传感器

集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。

薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。

厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。

陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)生产。

完成适当的预备性操作之后，已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性，在某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。

每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低，以及传感器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。

第五篇：《传感器及其工作原理》教学设计期

江苏省南京市第一中学(210000)郭兴华 1设计思想

随着科学技术的发展，传感器的应用越来越普及，在我们的身边大量地使用着各种各样的传感器，但是很多学生会觉得传感器很神秘，是遥不可及的高科技产品。笔者希望能将学生实验和教师演示实验结合起来，通过对实验的观察、思考和探究，了解什么是传感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量的，传感器在生产、生活中有哪些具体应用，为学生利用传感器制作简单的自控装置作铺垫。在教学内容的设计方面，注重知识问题化，问题层次化，让不同层次的学生都有思考与讨论、交流与合作的空间；关注学生对知识形成过程的理解，让学生亲历思考和探究的过程，领悟科学探究的方法。2教材分析

本节课介绍传感器的概念和一些制造传感器所使用的敏感元件，使学生对传感器的知识有一个初步的了解，体会物理知识在生活中的应用。为传感器的应用和利用传感器制作简单的自控装置作铺垫。3学情分析

学生在物理学习中，一般会做大量的习题，有较强的解题能力。但是，当遇到具体的实际问题和一些简单的有科技含量的产品时，却常常不会分析和处理。教材中即使安排了数量有限的物理实验和有关高新技术发展的阅读材料，在实际教学中往往也难以落实。因为学生对传感器了解较少，所以教学时应避深奥的理论，消除传感器的神秘感。学生之所以会“怕”，就是因为不熟悉，接触多了，问题就很容易解决了。在教学中多举些例子并多做实验，让学生感受传感器的巨大作用，进而提高学生的学习兴趣，培养学生热爱科学的情感和崇尚科学的精神。4教学目标 4.1知识和技能

（1）了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义。（2）知道常见的传感器的类型。

（3）了解两种常见的敏感元件光敏电阻、热敏电阻及其工作原理。4.2过程和方法

学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力。4.3情感态度价值观

（1）体会传感器在生活、生产、科技领域中的种种益处，激发学生的学习兴趣，拓展学生的视野。

（2）通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。5教学重难点

（1）重点：理解并掌握传感器的3种常见敏感元件的工作原理。（2）难点：分析并设计传感器的应用电路。6教学仪器

音乐茶杯、光敏电阻、热敏电阻、光敏电阻演示仪、开关、导线、多用电表、手电筒、小灯泡、干簧管、磁铁等。7教学方法

实验法、探究法、讨论法等。8教学过程 8.1引入课题 上课前，先让学生观看一段机器人大赛的视频，机器人在自动搜寻火源。

看完这个视频，学生心中都有一个问题：机器人是如何自动找到火源的呢？进而引入课题。8.2新课教学 师：“在大家看来传感器非常神秘，其实传感器对我们而言再熟悉不过了，因为我们人体本身就是传感器。”

人类制造的传感器，就像人的感觉器官一样，也可以感觉到外界的信息，然后把它转化为生物电信号。其实传感器的工作原理就是一感、二传。它可以感受到外界的非电学量，然后把它转为电学量。

（1）问题1：传感器的定义是什么呢？

传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、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。

师：在我们的生活中，传感器的应用其实非常广泛，请大家看如图1所示的图片。这些物体中有哪些是你们认识的？

生：图片1是摄像头，可以将图像画面转化为电信号。

生：图片5是火灾报警器，发生火灾的时候可以发出报警声。生：图2是一个测温仪，它不需要和人体接触，就能测出体温。生：图6是电子秤，可以称量物品的重量。

师：同学们说得都很好，上面图片中的这些物体都应用了传感器的原理。图片1和5是光电传感器的应用，图片2是温度传感器的应用，图片3是声音传感器的应用，图片4是电容传感器的应用，图片6是力传感器的应用。

演示实验1：教师出示一只音乐茶杯，茶杯平放于桌上时，无声无息，提起茶杯便播放悦耳的音乐。

（2）问题2：音乐茶杯的工作开关又在哪里？开启的条件是什么？ 学生猜测：在茶杯底部，所受压力发生改变。

实验探究：提起茶杯，用手压杯的底部，音乐并没有停止。学生猜测：是由于光照强度的改变。

实验探究：用一个纸盒挡住底部（不与底部接触），音乐停止，可见音乐茶杯受光照强度的控制。这是因为在音乐茶杯的底部有一个光敏电阻。（3）问题3：光敏电阻能够将什么量转化为什么量？ 生：光敏电阻能够将光学量转化为电阻等电学量。学生实验：

①实验目的：设计一个电路，使得小灯泡的亮度随手电筒的光照强度发生变化； ②实验器材：干电池(4节)、小灯泡、光敏电阻、手电筒、导线等。

师：同学们刚才设计的其实是一个光电报警电路，当光敏电阻所受光强发生变化时，小灯泡就会发光报警。接下来我来演示一下如图2所示的光电报警电路。演示实验 ：展示光电报警电路。

（4）问题4：请同学们来解释一下这个光电报警电路的工作原理？

生：当光敏电阻受到光照时，阻值减小，通过电磁继电器的电流增大，电磁继电器具有了磁性，将继电器上方的衔铁吸引下来。使得接触点由a、b接触变为b、c接触，从而将1、2接线柱的电路接通，蜂鸣器发出了鸣叫。

师：因为光敏电阻的阻值随光强发生改变，我们常用光敏电阻做光电传感器的敏感元件。那么温度传感器的敏感元件是什么呢？接下来，我们来介绍热敏电阻。（5）问题5：热敏电阻的阻值与温度变化有什么关系？ 生：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。

（6）问题6：热敏电阻能够将什么量转化为什么量？ 生：热敏电阻能够将温度转化为电阻这个电学量。

经过进一步研究发现，热敏电阻的阻值随温度的变化遵循如图3所示的变化规律。

在电学部分学习过小灯泡的欧姆定律，我们知道小灯泡的阻值随温度的增大而增大。小灯泡的灯丝是由钨丝制成的，经研究发现，金属材料的阻值都随温度的升高而增大，有一一对应的关系，因而可以用来制作温度计，把它称为金属热电阻。（7）问题7：热敏电阻和金属热电阻有何异同？

生：热敏电阻和金属热电阻的阻值都随温度发生变化。但是热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，金属热电阻的阻值随温度的升高而增大。而且在一定范围内，热敏电阻随温度的变化比较灵敏。

（8）问题8：电容式位移传感器（见图4）能够将什么量转为什么量？ 生:电容式位移传感器能够将位移这个力学量转化为电容这个电学量。

师：当被测物体的位移发生改变时，电容器极板间的电介质发生改变，从而改变电容器的电容值。我们知道影响电容的因素除了电介质还有板间距d，以及正对面积S。下面介绍几类电容器传感器的应用实例，如图5~9所示。

当电容器的动片转动时，电容器的正对面积发生改变，从而改变了电容的值。将它制成传感器，就可以将转过的角度这个非电学量转化为电容这个电学量。图6改变正对面积2 当导电液体的深度发生改变时，电容器的正对面积发生改变。如果将它制成传感器就可以将液体深度这个非电学量转化为电容这个电学量。

当施加在可动电极上的力发生改变时，电容器间的距离发生改变，从而改变了电容的值。如果将它制成传感器就可以将力这个非电学量转化为电容这个电学量。

声波使得电容器的金属薄膜发生振动，电容器间的距离发生改变，从而改变了电容值。如果将它制成传感器就可以力这个非电学量转化为电容这个电学量。

现在的触摸式手机大多数都使用了电容屏，当按键的上的压力发生改变时，电容器间的距离发生改变，从而改变了电容值。如果将它制成传感器就可以力这个非电学量转化为电容这个电学量。

师：最后，我们再来看这样的一个盒子，这个盒子的内部结构我们不清楚，但是在盒子的旁边有一个小孔，小孔处露出一个灯泡。当我把一个磁铁靠近盒子时，灯泡发光了。谁能解释一下这是什么原因呢？

生：我觉得里面有一个磁性开关，当磁铁靠近开关时，开关就闭合了。

生：我觉得里面有一个线圈，当磁铁靠近时，产生了感应电流，所以灯泡就发光了。

生：我觉得里面有一个对磁敏感的元件，当磁铁靠近时，它的某个量发生改变，从而灯泡发光了。师：同学们刚才讲的都非常的好，这个盒子里面的确有一个对磁敏感的元件，它叫做干簧管，如 图10干簧管

当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到控制开关的作用。（9）问题9：干簧管能够将什么量转化为什么量？

生：干簧管能够将磁感应强度这个磁学量转化为电路的通断。师：我们今天学习了传感器的概念，常见的传感器的类型，以及常见的敏感元件的工作原理。同学们思考一下家庭中有哪些物体应用了传感的原理。8.3教学反思

本节课从学生感兴趣的机器人灭火大赛入手，设置悬念，提出问题，激发学生兴趣，增强学生的求知欲。在进行“什么是传感器”的教学中以人体为例，让学生知道传感器就在我们的身边，从而消除传感器在学生心目中的神秘感。在对光敏电阻、热敏电阻这些制作传感器的元器件教学中，注重将教师演示实验与学生动手实验相结合，注重理论与实践相结合。尤其是通过教师演示光电报警电路，让学生知道传感器在生活中的应用非常重要和广泛。整个教学过程符合新课程的三维目标，体现新课程的理念，注意培养学生的自主、合作、探究能力，注意从生活走向物理，从物理走向生活，以此增进学生的学习能力和科学素养。