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* 传感器的简单应用 吕叔湘中学 庞留根 2005年5月 一、传感器的含义 二、传感器的分类 1. 力电传感器 （1）测物体的质量 （2）测物体加速度 （3）测物体角速度 例1. （4）测 力 （5）测 位 移 03年上海理综10. 2. 热电传感器 3. 光电传感器 03年天津理综、 05年盐城二模9. 4. 声电传感器 5. 电容式传感器 例2 6. 电感传感器 实例: 例3 例4 练习1 03年上海高考18 例5 练习2 03年上海理综12 例6 例7 2005年上海卷23 传感器的简单应用 传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如： 一、传感器的含义 非电物理量 转换器件 敏感元件 转换电路 电学量 二、传感器的分类 1.力电传感器 力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等。 （1）测物体的质量 E P A S B R0 A P A S B R0 V E P A S B R0 V E （2）测物体加速度 例题：加速度计是测定物体加速度的仪器，它已成为导弹、飞机、潜艇后宇宙飞船制导系统的信息源。如图为应变式加速度计示意图，当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态，敏感元件由弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件下端的滑动臂可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移，并转化为电信号输出，已知：敏感元件的质量为m，两弹簧的劲度系数为k，电源的电动势为E，内电阻不计，滑动变阻器的总电阻为R，有效长度为L，静态时输出电压为U0。试求加速度a与输出电压U的关系式。 敏感 元件 输出 信号 E R ①滑动触头左右移动过程中，电路中电流如何变化？ ②若车的加速度大小为a，则两弹簧的形变量是多少？ ③求加速度a与输出电压U的关系式 角速度计 （3）测物体角速度 可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示。当系统绕轴OO′转动时，元件A发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l ，电阻分布均匀，系统静止时P在B点，当系统以角速度ω转动时，试写出输出电压U与ω的函数式。 A S P C B ω O O′ 输出电压U 解：设弹簧伸长x , 则 kx=mω2(l+x) ∴ x=mω2l／ ( k-mω2) 设滑动变阻器单位长度 的电阻为r1 U=IRx=Exr1 ／ l r1= Ex/ l ∴ U= Emω2／(k-mω2) 例1. 惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向按装的固定光滑杆上套一个质量为m的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度。滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。1.设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为S，则这段时间内导弹的加速度 （ ） A. 方向向左，大小为 k S/m B．方向向右，大小为 k S/m C．方向向左，大小为 2k S/m D. 方向向右，大小为 2k S/m D 0 10 10 U P 2. 若电位器（可变电阻）总长度为L，其电阻均匀，两端接在稳压电源U0上，当导弹以加速度a沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片P产生位移，此时可输出一个电信号U，作为导弹惯性制导系统的信息源，为控制导弹运动状态输入信息，试写出U与a 的函数关系式。 0 10 10 U P U0 解：a=2kS/m ∴ S=ma/2k U=U0 Rx / R = U0 S / L =maU0 / 2kL =