第一篇：項目名稱：氣象傳感器設計理論、關鍵技術及其應用

項目名稱：氣象傳感器設計理論、關鍵技術及其應用

項目完成人：黃慶安、秦明、黃見秋、王磊、唐潔影、曲來世

項目完成單位：東南大學、凱邁（洛陽）環測有限公司

申報獎種：技術發明獎

項目簡介：

氣象傳感器在天氣預報、高速公路、船舶航行、機場、軍事等方面有巨大需求，其核心技術長期被國外壟斷，嚴重制約了我國氣象傳感器及其相關行業的發展，因此，必須解決關鍵技術難題：①復雜性，氣象傳感器涉及氣壓、風速風向、濕度等多種敏感原理，面臨復雜的設計、制造、封裝等問題；②可靠性，氣象傳感器需要長期在野外工作，面臨灰塵、腐蝕等惡劣環境下工作的可靠性問題。

在國家自然科學基金、國家863計劃等支持下，本項目系統地開展了氣象傳感器設計理論、關鍵技術研究，較好解決了上述技術難題，并成功應用于氣象傳感器及其系統研制和批量生產中。

主要創新如下：

1.在國際上率先研究并提出了基于面積變化和介電伸縮效應的MEMS電容式氣壓傳感器結構，保證了傳感器輸出的線性度；發明了二氧化硅介電伸縮系數的懸臂梁測試結構，獲取了介電伸縮系數基礎數據；提出了帶微孔濾膜的電容式氣壓傳感器封裝方法，提高了傳感器環境適應性。

2.發明了MEMS風速風向傳感器的測溫方法和深槽隔熱結構，提出了風速風向傳感器的溫度自平衡測控方法，解決了長期以來風速風向傳感器量程難以提高的技術難題；發明了風速風向傳感器的陶瓷圓片級封裝技術，保障了傳感器工作的可靠性。

3.發明了MEMS濕度傳感器片上集成多晶硅加熱電阻結構，縮短了濕度傳感器的脫附時間；發明了氮化硅包覆鋁電極的結構，有效防止了聚酰亞胺吸水而腐蝕鋁電極，突破了濕度傳感器長期工作穩定性的技術瓶頸。

4.建立了MEMS器件-封裝結構溫度效應模型，提出了微懸臂梁接觸長度的測量結構，發明了微懸臂梁疲勞特性的測量方法，實現了MEMS結構與器件的溫度、濕度、振動可靠性測試和評估。

5.發明了前向散射式能見度檢測器大氣散射信號測量技術，開發了前向散射式能見度檢測器系統。

獲中國發明專利授權43項；制訂國家行業標準1項；出版英文叢書1章；發表論文138篇(SCI 26篇、EI 138篇)、SCI他引152次；在國內會議大會報告2次、在國外會議邀請報告2次。

研制與批量生產的氣象傳感器系列，全部技術指標滿足國家標準并已在高速公路等領域應用，推動了我國氣象傳感器及相關行業的技術進步，包括4位院士在內的項目驗收專家組評價：“項目發現了二氧化硅的介電伸縮系數；發明了陶瓷芯片與集成風速風向傳感器的倒裝封裝方法，可測風速達60m/s，是目前國際上公開報導的MEMS風速傳感器的最高測量風速”。

項目成果還應用于我國大型通信骨干企業，支撐了MEMS故障器件的分析和評估；應用于加速度傳感器研制與生產，支撐了重點領域發展；應用于載人潛水工程中壓力傳感器的研制，保障了“蛟龍”號7000米載人潛水工程的實施；應用于“雪龍”號極地科學考察船、地面軍事氣象監測，打破了國外的技術壟斷與禁運。

近3年新增：銷售額15419.80萬元、利潤3437.80萬元、稅收1889.60萬元。

第二篇：傳感器應用總結

傳感器應用總結

信息社會高速發展的今天，人們對信息的提取、處理、傳輸以及綜合等要求愈加迫切。作為信息提取的功能器件——傳感器同人們的關系越來越密切。小到智能手機，大到地震海嘯預警，傳感器廣泛應用于社會發展及人類生活的各個領域。傳感器種類繁多，其原理也各種各樣。傳感技術是一門知識密集型技術，它與許多學科相關，傳感器技術已經成為各個應用領域，特別是電子信息工程、電氣工程、自動控制工程、機械工程等領域中不可缺少的技術。傳感技術與信息技術、計算機技術并列稱為支撐現代信息產業的三大支柱。下面，我將對所學傳感器的應用做一個簡要的總結。

傳感器是在非電量測量中，能夠實現非電量轉化為電量的裝置。傳感器一般由敏感元件、轉換元件和測量電路三部分組成，有時還需要加輔助電源。（如圖1）在自動檢測和自動控制環節，傳感器是必不可少的，沒有傳感器對數據的精確測量，必然不會實現對信號的控制及顯示。因此，傳感器在工業生產以及日常生活中應用廣泛。非電量 敏感元件

非電量

傳感元件

電量

轉換電路

電量 熱電偶傳感器

圖1

1.1 N型熱電偶在主蒸汽溫度測量中的應用

近年來，N型熱電偶在火電廠得到了廣泛的應用。N型熱電偶在中子輻射環境下具有良好的穩定性, 是因為N型熱電偶去除了易蛻變元素Mn、Co等。因此,N型熱電偶具有很好的耐核輻射的能力。在一個機組主蒸汽管道上放一個溫度保護套管，將N型熱電偶放入其內部，測量的溫度將其轉化為電動勢，通過控制電動勢來控制溫度。

1.2 熱電偶對爆炸產物的熱響應應用

在炸藥的爆炸過程中，溫度變化極快，數值極高，且為非穩態傳熱，沖擊波的傳播速度遠大于熱流的傳播速度，熱電偶技術的迅速發展為研究瞬態熱作用提供了簡便可靠的測試方法。熱電偶溫度傳感器將溫度信號轉換為電壓信號，經直 流電壓放大器放大后通過A/D 轉換電路將模擬信號轉換為數字信號。采集系統將給出電壓值，其變化反映熱電偶溫度值的變化。數據采集后對信號加以濾波處理，然后根據分度表進行溫度轉換。

1.3 薄膜熱電偶傳感器測高溫物體表面溫度

薄膜熱電偶(T F T C)作為固體表面溫度傳感器具有許多優點，其很小的質量使其對表面熱傳導的干擾極小，對于大多數實際測量而言，被測點的這一熱變化是微乎其微的；由于厚度僅為1um 的薄膜對于多數對流換熱應用來說尺寸很小，所以薄膜熱電偶與被測表面之間的對流換熱變化也極其微小。另一方面，由于自身構造上的特點，薄膜熱電偶傳感器可以貼在某些需要測量溫度但又不方便直接測溫的物件上。壓電傳感器

2.1 車輛行駛稱重

壓電傳感器檢測經過輪胎施加到傳感器上的壓力，產生成正比的模擬電壓、信號,輸出壓力信號的周期與輪胎停留在傳感器上的時間相同。每當一個輪胎經過傳感器時，傳感器就會產生一個新的電子脈沖,壓電傳感器在行駛中稱重(WMI)的檢測原理是對受力產生的信號積分。2.2 實現超聲振動系統的頻率自動跟蹤

在振動系統設計中加入壓電傳感片，壓電傳感片保持與系統諧振。由于壓電效應，諧振時壓電傳感片兩端會產生電荷，形成感應電壓。這種電壓大小與振動強弱成正比，通過檢測電壓值就能知道振動幅值的大小。感應電壓最大值的頻率點即為系統諧振點，通過搜尋感應電壓最大值就能實現頻率自動跟蹤。2.3 環境監測

2.3.1壓電石英晶體微天平(QCM)壓電傳感器

當一層外來物沉積于石英晶體表面時,晶體的表面質量增加,從而引起諧振頻率的變化。

2.3.2 表面聲波(S∧W)壓電傳感器

S∧W壓電傳感器是利用表面聲波原理實現質量測定的。當ST切型石英晶體中電極的交叉陣列產生局部形變時,后者以機械波傳遞至接受器陣列,發出的波與任何表面材料的相互作用均能改變S∧W的速度和振幅,于是能定量測定沉 積物的質量。

2.4 確保刀具工作在安全振幅范圍內

通過壓電傳感片返回的電壓值大小,系統可以推算出刀具的工作振幅。預先設定安全振動幅值,限制輸出功率的大小,就能起到保護刀具的作用。實際采用這種措施以后,刀具的工作壽命得到明顯提高。這主要是因為刀具刀齒造成應力高度集中,如不限制振幅,空載或輕載時刀具振幅過大,刀齒的應力超過了安全許可界限,在超高周疲勞情況下很快就達到疲勞極限,引起刀具斷裂。電阻傳感器

3.1應變式壓力傳感器

這種傳感器可以測量氣體或液體壓力。當氣體或液體壓力作用在薄板承壓面上時，薄板變形，粘貼在另一面的電阻應變片隨之變形，并改變阻值。這時測量電路中電橋平衡被破壞，產生輸出電壓。此外，它還可以用來制造測量高度、密度、速度的儀表。應變式壓力傳感器常見的結構有筒式、膜片式和組合式等。3.2 應變式加速度傳感器

這種傳感器的基本結構由懸臂梁、應變片、質量塊、機座外殼組成。懸臂梁（等強度梁）自由端固定質量塊，殼體內充滿硅油，產生必要的阻尼。當殼體與被測物體一起作加速度 a 運動時，質量塊因為在慣性作用下保持相對靜止，從而給懸臂梁一個與運動方向相反的作用力，使梁體發生形變，粘貼在梁上的應變片阻值發生變化，電橋平衡被破壞，電橋輸出電壓。通過測量阻值的變化求出待測物體的加速度。3.3 熱電阻式溫度傳感器 3.3.1 金屬熱電阻傳感器

對于金屬導體而言，在一定的溫度下，物質的電阻隨電阻率的變化而變化，可以把溫度對電阻率的影響反映到電阻上，即溫度變化會導致電阻變化，從而測出溫度變化。

3.3.2 半導體熱電阻傳感器

半導體是一種晶態固體，其原子結構較為特殊，外層的電子運動時既不像金屬導體那樣容易脫離原軌跡，也不像絕緣體那樣束縛的很緊，這就決定了它的導電特性介于金屬導體和絕緣體之間。其導電機理與材料內價電子以及摻人的雜質 有關。電阻取決于摻雜的種類和濃度，并隨溫度而變化，通過測量電阻的變化而得到溫度的改變。電感式傳感器

4.1 自感式傳感器

自感式傳感器是利用自感量隨氣隙變化而改變的原理制成的，用來測量位移。自感式傳感器主要有閉磁路變隙式和開磁路螺線管式，它們又都可以分為單線圈式與差動式兩種結構形式。

線圈的自感量等于線圈中通入單位電流所產生的磁鏈數，只要被測非電量能夠引起空氣隙長度或等效截面積發生變化，線圈的電感量就會隨之變化。自感式傳感器的測量電路用來將電感量的變化轉換成相應的電壓或電流信號，以便供放大器進行放大，然后用測量儀表顯示或記錄。自感式傳感器用于測量位移，還可以用于測量振動、應變、厚度、壓力、流量、液位等非電量。4.2 差動變壓器式傳感器

差動變壓器式傳感器是把差動變壓器的兩個次級輸出電壓分別整流，然后將整流的電壓或電流的差值作為輸出，這樣二次電壓的相位和零點殘余電壓都不必考慮。

差動整流電路同樣具有相敏檢波作用，兩組（或兩個）整流二極管分別將二次線圈中的交流電壓轉換為直流電，然后相加。由于這種測量電路結構簡單，不需要考慮相位調整和零點殘余電壓的影響，且具有分布電容小和便于遠距離傳輸等優點，因而獲得廣泛的應用。但是，二極管的非線性影響比較嚴重，而且二極管的正向飽和壓降和反向漏電流對性能也會產生不利影響，只能在要求不高的場合下使用。

一般經相敏檢波和差動整流后的輸出信號還必須經過低通濾波器，把調制的高頻信號衰減掉，只允許銜鐵運動產生的有用信號通過。

差動變壓器不僅可以直接用于位移測量，而且還可以測量與位移有關的任何機械量，如振動、加速度、應變、壓力、張力、比重和厚度等。4.3 渦流式傳感器

根據法拉第電磁感應原理，塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導體內將產生呈渦旋狀的感應電流，此電流叫電渦流，這種現 象稱為電渦流效應。

根據電渦流效應制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。按照電渦流在導體內的貫穿情況，此傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類，但從基本工作原理上來說仍是相似的。電渦流式傳感器最大的特點是能對位移、厚度、表面溫度、速度、應力、材料損傷等進行非接觸式連續測量，另外還具有體積小、靈敏度高、頻率響應寬等特點，應用極其廣泛。

線圈阻抗的變化完全取決于被測金屬導體的電渦流效應。

而電渦流效應既與被測體的電阻率ρ、磁導率μ以及幾何形狀有關，又與線圈幾何參數、線圈中激磁電流頻率?有關，還與線圈與導體間的距離x有關。因此，傳感器線圈受電渦流影響時的等效阻抗Z的函數關系式為Z=F（ρ，μ，R，x）。

渦流式傳感器的特點是結構簡單，易于進行非接觸的連續測量，靈敏度較高，適用性強。利用位移x作為變換量，可以做成測量位移、厚度、振幅、振擺、轉速等傳感器，也可做成接近開關、計數器等。利用材料電阻率?作為變換量，可以做成測量溫度，材質判別等傳感器。利用導磁率?作為變換量，可以做成測量應力，硬度等傳感器；利用變換量x、?、?等的綜臺影響，可以做成探傷裝置。電容傳感器

5.1電容式位移傳感器

電容式位移傳感器可以實現非接觸測量，用來測量各種導電材料的間隙、長度、尺寸或位置、振動位移等。CapaNCD(非接觸電容位移傳感器)測量原理的基礎在于理想平板電容的構成，兩個平板電極由傳感器和相對應的被測體組成，當恒定的交流電加在傳感器電容上時，傳感器產生的交流電壓與電容電極之間的距離成正比，交流電壓經檢波器，與一個可設置的補償電壓疊加，經放大，作為模擬信號輸出。capaNCDT610是一個精密的單通道系統,它由電容位移傳感器，傳感器電纜和處理信號的前置器組成，用戶可以在現場用二點線性化方法校準。這種傳感器的特點是工作時無磨損，免維修、對被測體沒有作用力、具有高的零點穩定性和精度、與被測體導電性能以及導電性能變化無關而且幾乎不受溫度影響。capaNCDT610可輸出0～10V的電壓，在犧牲精度的情況下，測量范圍還可 以擴大2～3倍。5.2電容式物位傳感器

電容式物位傳感器有兩個導電極板(通常把容器壁作為一個電極)，由于電極間是氣體、液體或固體而導致靜電容發生變化，因而可以敏感物位。它的敏感元件有三種形式,即棒狀、板狀和線狀,其工作溫度、壓力主要受絕緣材料的限制。電容式物位傳感器可以采取微機控制，實現自動調整靈敏度,并具有自診斷功能,同時能夠檢測敏感元件的破損、絕緣性的降低、電纜和電路的故障等，并可以自動報警，實現高可靠性的信息傳遞。由于電容式傳感器無機械可動部分，且敏感元件簡單，操作方便，是目前應用最廣的一種物位傳感器。5.3固態電容式指紋傳感器

傳感器技術的發展，人們利用電容式傳感器對指紋進行識別，從而識別人的身份，可靠性大大提高，廣泛應用于養老金領取、人事工資管理、銀行柜員身份確認等很多場合。目前市場上有兩種固態指紋傳感器，第一種是單次觸摸型傳感器，要求手指在采集區進行可靠的觸摸；第二種則需要用手指在傳感器表面擦過，傳感器會采集一套特定的數據進行快速分析和認證。這兩種指紋傳感器都是利用指紋中凸起的部分置于傳感器電容像素電極時電容量會有所增加，從而通過檢測增加的電容來進行數據采集的。目前這兩種指紋傳感器都得到了廣泛的應用。

6光電傳感器

6.1 煙塵濁度監測儀

為了消除工業煙塵污染，首先要知道煙塵排放量，因此必須對煙塵源進行監測、自動顯示和超標報警。煙道里的煙塵濁度是用通過光在煙道里傳輸過程中的變化大小來檢測的。如果煙道濁度增加，光源發出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。

6.2感煙傳感器(火災報警器的一部分)由紅外發光二極管及光電三極管組成，但二者不在同一平面上(有一定角度)。在無煙狀態時，光電三極管接收不到紅外線；當發生火災時，產生大量煙霧，煙霧粒子進入感煙傳感器時，由于紅外線受煙霧粒于折射作用，光電三極管接收到紅外線，給出煙霧報警信號。6.3 光控大門

光控大門需要要用到一種電子元件——干簧繼電器，它由干簧管和繞在干簧管外的線圈組成。當線圈內有電流時，線圈產生的磁場使密封在干簧管內的兩個鐵質簧片磁化，兩個簧片在磁力作用下由原來的分離狀態變成連接狀態，線圈內沒有電流時，磁場消失，瓷片在彈力的作用下，回復到分離狀態。把光敏電阻裝在大門上汽車燈光能照到的地方，把帶動大門的電動機接在干簧管的電路中，那么夜間汽車開到大門前，燈光照射光敏電阻時，干簧繼電器接通電動機電路，電動機帶動，大門打開。6.4 液位檢測

在液體未升到發光二極管及光電三極管平面時，紅外發光二極管發出的紅外線不會被光電三極管接收；當液位上升到發光二極管及光電三極管平面時，出于液體的折射，光電三極管接收到紅外信號由此獲得液位信號。6.5電影放音

拍攝電影時的配音，是把聲音信號轉換為光信號，用明暗不同的條紋記錄在膠片邊緣的聲帶上。在放映電影時，光源發出的光通過移動的聲帶后發生了強弱的變化，并被光電管所接收，光電管把強弱變化的光相應地轉變為強弱變化的電流，經放大器放大后，由揚聲器放出聲音。6.6 轉速測量

在工業生產中，對轉速的檢測應用的非常多，尤其是在電機控制領域，將光電傳感器應用到轉速測量里是運用將轉速變換成光通量的變化，再經過光電元件轉換成電量的變化即可得到轉速的原理。

首先在被測的轉動軸上裝上光電編碼器，它是由光柵盤和光電檢測裝置組成，編碼器隨軸轉動，當光線通過編碼器的夾縫時，光電檢測裝置就會產生一個電脈沖，轉軸連續轉動，光電元件就輸出一列與轉速成正比的電脈沖數。在孔X或齒Y數一定時，脈沖數就和轉速成正比。如果調制盤上的孔數為x，測量的時間為t 秒，脈沖數為N，此時被測轉速為n(r/min)為：n=60N/xt。

7霍爾傳感器

7.1 霍爾式汽車點火器

這種點火器與傳統點火器不同,具有點火能量高、高速點火可靠、故障率低、耗油省等優點。霍爾式電子點火系統主要由點火信號發生器、電子點火組件、點火線圈、點火開關和蓄電池等組成。點火信號是由分電器中的霍爾傳感器提供的。將開關型霍爾傳感器固定在分電器外殼內側，當分電器的轉軸轉動時,就帶動葉片一起轉動，葉片里面有磁鐵,且葉片上開有窗口,因此霍爾器件所處磁場的磁場強度大小是突變的，其輸出電壓也突變,輸出為脈沖信號。當汽車氣缸中的活塞運行到達上止點時，霍爾電路輸出低電平，從而改變了電流方向而流入霍爾電路，故晶體管截止。儲存在電感中的磁能就在電路中振蕩起來,形成200V以上的交流電壓。此電壓經點火線圈升壓后產生高壓電送至相應氣缸的火花塞產生電火花，點燃氣缸中的燃油。隨著汽車發動機旋轉,上述過程周而復始。7.2磁場的測量

由霍爾效應可知，當控制電流I0保持不變時,霍爾電勢UH與所感受到的磁感應強度B成比例關系，所以，霍爾傳感器所處位置的磁感應強度不同,輸出的電壓值就不同。根據輸出電壓的大小可測出磁感應強度的值。將霍爾傳感器放置在不同的位置，由于磁感應強度不同，將輸出不同的電壓信號。7.3位移的測量

霍爾電勢與位移量x成線性關系，并且霍爾電勢的極性反映了元器件位移方向。同時還表明,當x=0時，U=0。利用這一特點可把作微量移動的物體與霍爾傳感器固定在一起，當物體在均勻變化的磁場中相對B=0的位置(磁場的中心)發生x的位移量時霍爾傳感器輸出一定的電壓信號,根據信號的大小和方向可測出物體移動的大小和方向。7.4不等位電勢測量

測量不等位電勢時,按照不等位電勢的概念進行,使得霍爾元件位于同極性相對放置兩塊永久磁鋼的正中間,不使用電氣零位(RW1為零),直接測量霍爾元件的輸出電壓,約40mV。

第三篇：991-專題三科學課堂教學設計理論應用

專題三

科學課堂教學設計理論應用

1、參加培訓教師根據培訓要求，統一確定課題，當場完成一節課的教學設計內容。

2、分組討論評比推薦小組優秀教學設計方案。3。獲推薦設計的教師談本節課的教學設計過程與方法、專家評點。案例：《動物的生命周期》一課的教育目標 情感、態度、價值觀：通過體驗動物的生命周期，感受地球上生命的循環和更新；滲透環境意識，進行珍愛生命、保護環境的教育；體驗合作與探究的樂趣。過程與方法：面對大量信息，能鑒別、提取、處理各種信息；面對復雜的生命周期，能簡接、明了地概括出幾個階段，從而建立生命模型，并利用這個模型去認識其他動物的生命周期，善于把所學的知識遷移到相關的領域，學習合作探究的方法。知識與技能：能說出人、青蛙、蝗蟲、蝴蝶的生命周期中的各個時期的名稱；知道青蛙、蝗蟲、蝴蝶等動物在生命周期中經歷的是變態發育，而人、貓等動物在發育過程中不變態，知道二者的區別；能區別蝗蟲和蝴蝶雖然都是變態發育，但也有一定的區別，從而更進一步了解生物的多樣性；了解生活環境變化對動物壽命的影響；掌握實驗設計和操作的技能、合作探究的基本技能。《動物的生命周期》教學過程

一、導入 背景音樂《真心英雄》（周華鍵）出示自己的照片：嬰兒--幼年--少年--青年--中年（？）--老年（？）

二、新課 1人的生命周期： 小組合作學習，學生填寫書中圖（3-2）中空白處。

2、動物的生命周期（1）青蛙： 教師活動：播放視頻，青蛙的生殖過程； 學生活動：在課本圖３－３中找到不同生長時期的蛙，并將它們排序；說出這些不同生長時期蛙的名稱；歸納青蛙的生命周期，在課本上完成填圖；比較成蛙和蝌蚪在形態結構上的不同之處，完成書上的表格； 教師：小蝌蚪為什么會變成青蛙？ 學生：為了適應環境不得不做出改變。教師：播放視頻： 小蝌蚪變成青蛙后，就進入一個完全陌生的生活環境，從原來的水中生活，變成了現在的陸地生活。他很想念曾經在一起玩的小伙伴們，很想告訴他們現在的生活環境、告訴他們自己的身體在哪些方面發生了變化、他在陸地上是如何生活的，他也很希望小伙伴們也能盡快地到陸上上來和他一起生活。教師：小青蛙工作很忙，你能幫他寫一封信嗎？ 小組合作：給青蛙寫信 匯報結果：例： 小伙伴們：大家好！我在陸地上變化可大了，尾巴掉了，長出了四肢，可現在我用肺和皮膚呼吸了。我也可以到水中來寄居了。對了，我能幫助農民伯伯捕獲害蟲了。我每天工作都很愉快，可是我還是想你們啊。你們能快點上來嗎？ 祝你們：快快長大，與我團聚！你們的大哥大：青蛙 例2：學生信：“我現在穿上了綠色的連衣裙，以前伴隨我的尾巴已經下崗了，我的新伙伴是四條修長的美腿??”（2）蝗蟲和蝴蝶的生命周期（背景音樂：克萊德曼，秋日絲語）教師：展示有關蝗蟲的知識的材料 學生：討論歸納得出蝗蟲的生命周期，結果如下：受精卵→若蟲→成蟲 教師：播放蝴蝶的生長發育過程的視頻 學生繪出蝴蝶的生命周期圖，結果如下：受精卵→幼蟲→蛹→成蟲 學生：討論找出蝴蝶的生命周期中與蝗蟲的不同之處。

三、規納總結 師生共同歸納，比較人、青蛙、蝗蟲、蝴蝶等動物的生命周期，有什么區別和相同之處？ 學生討論問題：

為什么動物的種類不會隨著個體的衰老死亡而絕滅？ 世上壽命最長的動物是什么？壽命最短的動物是什么？ 同一物種的動物，他們的壽命一樣嗎？影響動物壽命長短的因素有哪些？舉例說明生活環境的變化對動物壽命的影響。

四、課外延伸 教師：提供資料，有關中國人的壽命在不同年代的長短，三十年代，五十年代，八十年代。為什么有如此差異？ 學生：醫療水平、生活水平、保健意識、衛生習慣等等。?課外探究活動：

1、恐龍

2、蝗蟲

3、青蛙 評課1 本節課的特點（思考1）： 在學生已有的認識基礎上，很好地把握了這節課的重點和難點。充分體現了教育目標的三個維度（1）知識與技能：把“學問邏輯”（作為教學內容的學問知識結構）和“認識邏輯”（不同發展階段學生的認知特點）有機的結合起來。（2）過程方法：合作學習、信息處理、建立生物模型（3）情感、態度、價值觀:通過體驗動物的生命周期，感受地球上生命的循環和更新；滲透環境意識，進行珍愛生命、保護環境的教育;體驗合作、探究等學習科學活動的樂趣。評課2 本節課的特色：

1、學生是課堂的主人，由 “以教師為中心”轉向“以學生為中心”；

2、由學生的獨立性學習向合作性學習發展，由學生的單方面能力發展向多方面能力發展，注重集體協作學習的成功與獲得；

3、由單一傳媒轉向多方位、多角度，由單向傳遞的學習方式轉向雙向甚至多項交換的學習方式；

4、由居高臨下的教師向平等融洽轉變，教師是“積極的旁觀者。?? 建立生物模型 生物學是研究自然界中生命運動最基本、最普遍的規律以及生物體的結構，而自然界生物種類繁多、運動錯綜復雜，幾乎每個具體的問題都要涉及到許多因素。通過建立生物模型能夠排除非本質因素的干擾，舍棄次要因素和無關因素，突出反映事物的本質特征，從而使生命現象或過程得到簡化、純化和理想化。啟示（啟發）（思考2）：

成為一名優秀的科學教師是非常不容易的，必須具備：

一、有課程資源整合的能力：

1、資料的收集和積累。青蛙、蝴蝶的視頻材料，有關蝗蟲的閱讀資料。A、教師個人的積累；B、不可忽視學生這一課程資源。如：學生可能有許多我們教師所沒有的資料等。C、分章分節開展“師師合作”：上網、圖書館。

2、其它的課程資源：如，人的照片。充分利用學生的好奇心理。牢牢地吸引學生的注意力；音樂知識的應用起到了畫龍點睛的效果。

二、教師要有很高的科學和人文素養。

三、真正理解科學教育的特點，切實把握初中科學課程的標準。專題四

科學課堂教學設計的實例剖析 課堂活動：初中科學教學過程反思 問題1：回憶自己或同伴的課堂教學過程，書寫正反兩個科學課堂教學片斷，并進行評析。實例1 關于“物質的燃燒”一課的內容的生成體現 某老師在上第一冊第一章第7節“科學探究”時，并未按教材內容展開，而是首先向學生展示了一個實驗情景：在一塊玻璃上安置了一長一短兩支蠟燭，蠟燭點燃后，又用透明玻璃罩將它們罩了起來。然后向同學們提出了一個問題：玻璃罩里面的蠟燭哪支先熄滅？ ? ?（見學習指南的第10頁）評析：

1、從教學策略上看，力求知識點（科學探究的一般過程和基本環節）的展開源于實際問題（同一玻璃罩內，燃燒的高、矮兩支蠟燭哪一支先熄滅），重在自行探究（動手實驗），止于問題的解決（高的先熄滅）和拓展（假如條件改變了會怎樣），加強情感、態度、價值觀的滲透（科學的人文精神的熏陶）。

2、從教學效果上看，課堂教學的四大狀態：情緒狀態、交往狀態、思維狀態、目標達成狀態得到較好的協調、統一。

3、通過這節課使我們認識到教材不是惟一的課程資源，教師可以根據教學的需要，采用自己認為最合適的教學形式和教學方法，實現課程資源結構和功能上的突破。教學方式的轉變是課改的體現，遵循建構主義及主體教育的理論，注重教學應以學生為主體，以學生主動探究科學的實踐活動為策略，使學生從自己的探究、習得中學會認識并主動構建自己的知識體系。實例2 科學實驗課鏡頭 初中科學課上，教師先向學生提出了一個問題，然后要求學生自己設計一個實驗，并通過實驗操作來解決問題。但是，學生們卻毫無頭緒過了好一會兒，仍無任何動靜。于是，教師便說： ? ?（見學習指南的第11頁）評析： 上述課堂鏡頭放映了一個事實，當我們承認探究是學習科學的基礎時，卻常常容易把探究誤認為是學生按其原生的本能所進行的自在行為。而當這種活動達不到教師預定的期望目標時，則往往會返回傳統的說教狀態，使其異化為機械的順應教師思路的形體動作。因此，科學教學強調探究和體驗必須在具有明確主題的問題情景中進行，而且需要教師適時的點撥與引導。這時教師可以這樣做： 教師加入到一個小組中去，以伙伴的身份參與實驗設計。在教師的具體指導下，一個設計方案很快就形成了。教師巡回于各組之間，并對各組學生說：“××小組的同學已經設計出了一個很不錯的實驗方案，你們可以去看一看。想想能不能在他們的基礎上，設計出一個更好的方案”。問題2：在你的課堂教學中，有沒有為學生創設自主提問的空間和時間？怎樣的問題是有價值的？ 實例3 “生物適應性和多樣性”教學片斷 老師：在保護生物的多樣性的眾多措施中，設立自然保護區是較為有效的。我國政府對自然保護區的建設十分重視，我國自然保護區已增加到1200多個?? 學生甲：我覺得沒有必要。因為生物的生存、發展、絕滅有它自身的規律，如大熊貓，我們國家??（見學習指南第11頁）評析及反思： 傳統的課堂教學是老師提問，學生回答。老師希望學生的回答在自己的準備之中，一旦學生的回答偏離正確答案，尤其遠離預期的軌道時，很少有老師能耐心傾聽學生的發言，分析學生問題所在。學生的創新意識、主動探究意識就這樣不知不覺的被扼殺了。科學課堂如果沒有問題才是最大的問題。讓學生自主提問題，教師要充分尊重、信任每一位學生，學會傾聽和寬容；應強化學生的主體地位，不僅在備課時給學生留有空間，課堂教學時還應遵循學生心理和個性發展的特點，為學生創設一個廣闊、自由、安全的空間，使學生心理獲得解放，并為學生充分提供探索、交流、創造等各種展示的時間和舞臺。問題2 答： 我們在備課時一般給學生留出空間，為學生創設一個廣闊、自由、安全的空間，為學生提供探索、交流創造等的時間和舞臺。如果學生的問題有他合乎邏輯的道理，是真實思想的反映，是智慧的閃光點，是創新的體現等等，我認為都是有價值

第四篇：傳感器的應用論文

文獻檢索與科技論文寫作

結 課 作 業

姓名：安 班級： 學號： 濱

2013級本科三班

201315110101

光纖溫度傳感器的設計

光纖溫度傳感器的設計

論文分析：

意義：光纖傳感技術是一門新興的應用物理技術，它在石油、通信、化工檢測以及各種參量測量方面具有許多獨特的優點，有廣闊的應用前景。近年來，光纖技術已逐漸滲透到各研究領域，其應用范圍日漸廣泛。隨著光纖傳感系統在國防軍事、航空航天、工礦企業、土木建筑、能源環保、生物醫學、計算測量、自動控制等各領域的應用，對光纖傳感系統的性能也不斷提出新的要求。光纖溫度傳感器特別適用于易燃易爆的工作環境，從而彌補了傳統的點溫度傳感器的不足。主要內容及研究思路：本文從光纖的基礎入手，首先介紹了光纖的基礎知識，然后結合傳感器引入了光纖溫度傳感器的定義，分類及工作原理。本課題研究的是一種非功能性光纖溫度傳感器，它是利用高度敏感的雙金屬片作為感溫元件，金屬片的變化改變了光纖的通光強度。

目標：光纖溫度傳感器可以達到不但測溫對象廣，從監測相對低溫的生物過程到監測高溫的發動機零件，而且測量準確度、靈敏度高，抗電磁能力強，傳輸距離遠，使用壽命長，價格相對低廉，使用更加經濟。今后光纖溫度傳感器研究方向將會進一步提高傳感器的精度、可靠性；提高抗干擾能力、穩定性，并簡化器件結構，降低成本。

光纖溫度傳感器的設計

目 錄

第1章 前 言

1.1選題背景及研究意義 1.2光纖傳感器國內外研究現狀 1.3光纖傳感器及其組成與分類 1.4本論文的主要內容 第2章 光纖溫度傳感器理論 2.1光纖基礎知識介紹 2.2熱敏元件雙金屬片工作原理 2.3光纖探頭的原理

2.4纖端光場的光強分布函數選取

2.5光纖溫度傳感器的特點及應用 第3章 光纖溫度傳感器系統組成與實驗步驟 3.1 實驗原理

3.2實驗主要設備和材料 3.3實驗搭建與調試 第4章 實驗結果分析

4.1 位移光強曲線的測定及其與理論曲線的對比 4.2 溫度光強曲線的測定及出現的問題和解決辦法 4.3 測溫曲線的選取及傳感器測溫范圍的確定 第5章 結論與展望

5.1 實驗結論

5.2光纖溫度傳感器存在的不足和展望 參考文獻 致謝

光纖溫度傳感器的設計

第1章 前言

1.1 選題背景及研究意義

1.2光纖傳感器國內外研究現狀

1.2.1 國外研究現狀

1.2.2 國內研究現狀

1.3 光纖傳感器及其組成與分類

1.4 本論文的主要內容

本文所采用的溫度變換器為U型雙金屬片，依據雙金屬片的位置隨溫度的變化而變化的原理，利用雙金屬片的縱向位置改變來調制光纖探頭接收到的光強，從而實現溫度對光強的間接調制。與傳統的指針式雙金屬片溫度計相比，本傳感器具有快速、靈敏、便于實現與計算機接口連接等優點。研究從基本的概念入手。

光纖溫度傳感器的設計

第2章 光纖溫度傳感器理論

2.1光纖基礎知識介紹

2.1.1 光纖的結構和分類

2.1.2 光纖的傳輸原理

2.2熱敏元件雙金屬片工作原理

2.2.1 雙金屬片彎曲機理及其選取

2.2.2 雙金屬片得到選取及其補償和調制機理

光纖溫度傳感器的設計

2.2.3雙金屬片溫度變換對位移的補償機理及其位移的計算

2.3光纖探頭的原理

2.3.1 光纖反射式調制原理及與光強分布的關系

2.3.2 光纖傳輸信號準共路理論

2.4纖端光場的光強分布函數選取

2.5光纖溫度傳感器的特點及應用

光纖溫度傳感器的設計

第3章 光纖溫度傳感器系統組成與實驗步驟

3.1 實驗原理

3.2實驗主要設備和材料

3.3實驗搭建與調試

3.3.1 LED光源I-P特性曲線測試

3.3.2 反射式光纖位移傳感實驗

3.3.3 光纖溫度傳感器實驗

光纖溫度傳感器的設計

第4章 實驗結果分析

4.1 位移光強曲線的測定及其與理論曲線的對比

4.2 溫度光強曲線的測定及出現的問題和解決辦法

4.3 測溫曲線的選取及傳感器測溫范圍的確定

光纖溫度傳感器的設計

第5章 結論與展望

5.1 實驗結論

5.2光纖溫度傳感器存在的不足和展望

光纖溫度傳感器的設計

參考文獻

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致 謝

第五篇：傳感器的應用教案

傳感器的應用教案

【教學目標】 1.知識與技能:(1)、了解傳感器應用的一般模式;(2)、理解應變式力傳感器的應用――電子秤的工作原理。(3)、理解聲傳感器的應用――話筒的工作原理。

4、理解溫度傳感器的應用――電熨斗的工作原理(5)、會設計簡單的有關傳感器應用的控制電路。2.過程與方法: 通過實驗結合物理學的知識,探究電子秤、話筒、電熨斗等的工作原理,從而了解力傳感器、聲傳感器和溫度傳感器的一般應用,進一步總結出傳感器應用的一般模式。

3.情感、態度與價值觀 激發學生的學習興趣,培養動手能力,提高創新意識,提高物理理論知識與實際相結合的綜合實踐能力。

【教學重點】:各種傳感器的應用原理及結構。【教學難點】:各種傳感器的應用原理及結構。【教學方法】:PPT課件,演示實驗,講授

【教學用具】:小型電子秤,話筒,電熨斗、示波器。【教學過程】

一、引入新課

師:上節課我們學習了傳感器及其工作原理。傳感器是能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量,并把它們按照一定的規律轉化成電壓、電流等電學量,或轉化為電路通斷的一類元件。請大家回憶一下光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件各是把什么物理量轉化為電學量的元件? 學生思考后回答:光敏電阻將光學量轉化為電阻這個電學量。熱敏電阻將溫度這個熱學量轉化為電阻這個電學量。霍爾元件把磁感應強度這個磁學量轉化為電壓這個電學量。這節課我們來學習傳感器的應用

二、進行新課

1、傳感器應用的一般模式

師:閱讀教材開頭幾段,然后合上書,在練習本上畫出傳感器應用的一般模式示意圖。提示:一般情況下,傳感器產生的信號非常微弱,要想觸發控制電路,此信號必須進一步放大才可以,所以需要放大電路,即放大器。

生:閱讀教材并在練習本上畫出傳感器應用的一般模式示意圖。

師:下面學習幾個傳感器應用的實例。2.力傳感器的應用----電子秤

師:閱讀教材61頁最后一段,思考并回答問題。

(1)電子秤使用的測力裝置是什么?它是由什么元件組成的?(2)簡述力傳感器的工作原理。

(3)應變片能夠把什么力學量轉化為什么電學量? 生:閱讀教材,思考并回答問題。

生1:電子秤的測力裝置是力傳感器,它是由一個金屬梁和兩個應變片一起組成了測力部分。

生2:在金屬梁沒有力的情況下,金屬梁處于水平狀態,梁的上下應變片的長度沒變且相等,兩應變片的電阻大小也相等,當給金屬梁施加豎直向下的力時,金屬梁會向下彎曲,使得金屬梁上面的應變片被拉長,電阻變大,兩端電壓也變大,而下邊的應變片被擠壓收縮,電阻變小,兩端的電壓也減小,使得兩應變片兩端電壓值不相等,存在差值,控制電路就通過這個差值,經過放大電路將差值信號放大,再在顯示器上顯示出數字,即力F的大小。生3:應變片能夠將形變這個力學量轉化為電阻這個電學量。

師:總結點評,結合板畫強調講解應變片測力原理。3.聲傳感器的應用-----話筒

師:閱讀教材62頁有關內容,思考并回答問題。(1)話筒的作用是什么?(2)說明動圈式話筒的工作原理和工作過程。

(3)說明電容式話筒的工作原理和工作過程。這種話筒的優點是什么?(4)駐極體話筒的工作原理是什么?有何優點? 生:閱讀教材,思考并回答問題。

生1:話筒的作用是把聲音信號轉化為電信號。

生2:動圈式話筒的工作原理是電磁感應現象。膜片接收到聲波后引起振動,連接在膜片上的線圈隨著一起振動,線圈在永磁體的磁場里振動從而產生感應電流(電信號),感應電流的大小和方向都變化,振幅和頻率的變化都由聲波決定,這個信號電流經擴音器放大后傳給揚聲器,從揚聲器中就發出放大的聲音。

生3:電容式話筒的工作原理:利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜M和固定電極N形成一個電容器,被直流電源充電.當聲波使膜片振動時,電容發生變化,電路中形成變化的電流,于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規律相同的電壓.優點:保真度好。

生4:駐極體話筒的原理同電容式話筒,只是其內部感受聲波的是駐極體塑料薄膜.優點:體積小,重量輕,價格便宜,靈敏度高,工作電壓低。

師:指出:駐極體話筒利用了電介質的極化現象:將電介質放入電場中,在前后兩個表面上會分別出現正電荷與負電荷的現象.某些電介質在電場中被極化后,去掉外加電場,仍然會長期保持被極化的狀態,這種材料稱為駐極體.師:演示實驗: 按照如圖所示的連接駐極體話筒的工作電路,話筒的輸出端經過隔直電容接到示波器。對著話筒喊話,觀察示波器的熒光屏上的波形,再用另外一人同樣對話筒喊話,比較兩次聲音產生的波形有什么不一樣。上述過程,就是話筒將聲音信號轉換為電信號的過程。生:觀察實驗現象。現象:不同的聲波信號,熒光屏上顯示的波形不同。說明話筒產生的電信號是由接收到的聲波控制的。4.溫度傳感器的應用---電熨斗

師:溫度傳感器是應用最廣泛的傳感器之一,它能把溫度的高低轉變成電信號,通常是利用物體的某一物理性質隨溫度的變化而改變的特性制成的.電熨斗就是靠溫度傳感器來控制溫度的。實驗:取一個報廢的日光燈啟輝器,去掉外殼,敲碎氖泡的玻璃,可以看到一個U型的雙金屬片,雙金屬片的旁邊有一根直立的金屬絲,兩者構成一對觸點,常溫下觸點是分離的,用火焰靠近金屬片,可以看到雙金屬片的形狀變化,與金屬絲接觸,熄滅火焰,雙金屬片逐漸恢復原狀,兩個觸點分離。把這個啟動器用到溫控開關,可以控制小燈泡的亮和滅。生:做實驗,觀察實驗現象。

師:電熨斗就裝有雙金屬片溫度傳感器。這種傳感器的作用是控制電路的通斷。

投影:電熨斗結構圖(如圖所示)思考與討論:(1)常溫下,上、下觸點應是接觸的還是分離的?當溫度過高時,雙金屬片將怎樣起作用?(2)熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設定不同的溫度,這是如何使用調溫旋鈕來實現的? 參考答案:(1)常溫下,上、下觸點應是接觸的,但溫度過高時,由于雙金屬片受熱膨脹系數不同,上部金屬膨脹大,下部金屬膨脹小,則雙金屬片向下彎曲,使觸點分離,從而切斷電源,停止加熱.溫度降低后,雙金屬片恢復原狀,重新接通電路加熱,這樣循環進行,起到自動控制溫度的作用.(2)熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設定不同的溫度,此時可通過調溫旋鈕調節升降螺絲,升降螺絲帶動彈性鋼片升降,從而改變觸點接觸的難易,達到控制在不同溫度的目的.拓展:溫度傳感器的另一應用----電冰箱的溫控裝置

如圖所示是某種電冰箱內溫度控制器的結構,銅質的測溫泡1,細管2和彈性金屬膜盒3連成密封的系統,里面充有氯甲烷盒它的蒸汽,構成一個溫度傳感器,膜盒3為扁圓形,右表面固定,左表面通過小柱體與彈簧片4連接,盒中氣體的壓強增大時,盒體就會膨脹,測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中。

5、6分別是電路的動觸點盒靜觸點,控制制冷壓縮機的工作,拉簧7的兩端分別連接到彈簧片4盒連桿9上。連桿9的下端是裝在機箱上的軸。凸輪8是由設定溫度的旋鈕控制的,逆時針旋轉時凸輪連桿上端右移,從而加大對彈簧7的拉力。自動控溫原理:如圖所示是某種電冰箱內溫度控制器的結構,銅制的測溫泡

1、細管2和彈性金屬膜盒3連通成密封的系統,里面充有氯甲烷和它的蒸汽,構成了一個溫度傳感器,膜盒為扁圓形,右表面固定,左表面通過小柱體與彈簧片4連接,盒中氣體的壓強增大時,盒體就會膨脹,測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中。

5、6分別是電路的動觸點和靜觸點,控制制冷壓縮機的工作,拉簧7的兩端分別連接到彈簧片和連桿9上,連桿9的下端裝在機箱上的軸,凸輪8是由設定溫度的旋鈕控制的,逆時針旋轉時凸輪連桿上端右移,從而加大對彈簧7的拉力。當冷藏室里的溫度升高時,1、2、3中的氯甲烷受熱膨脹,彈性金屬膜盒3的左端膨脹,推動彈簧片4向左轉動,使5、6接觸,控制的壓縮機電路開始工作制冷,當溫度下降到一定程度,氯甲烷受冷收縮,5、6又分開,制冷結束,直到下次溫度升高再重復上述過程。溫度設定原理:將凸輪8逆時針旋轉,凸輪將連桿9向右頂,使得彈簧7彈力增大,此時要將5、6觸點接通,所需要的力就要大些,溫度要高一些,即溫控擋應低一些(例如1級),順時針旋轉凸輪8,控制的溫度低一些,控溫擋要高一些。

(三)典型例題 例1.用如圖所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運動的加速度.該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個由力敏電阻組成的壓力傳感器.用兩根相同的輕彈簧夾著一個質量為2.0 kg的滑塊可無摩擦滑動,兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上,其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出.現將裝置沿運動方向固定在汽車上,傳感器b在前,傳感器a在后.汽車靜止時,傳感器a、b在的示數均為 10 N(取g10 m/s2).(1)若傳感器a的示數為 14 N、b的示數為6.0 N,求此時汽車的加速度大小和方向.(2)當汽車以怎樣的加速度運動時,傳感器a的示數為零.分析:傳感器上所顯示出的力的大小,即彈簧對傳感器的壓力,據牛頓第三定律知,此即為彈簧上的彈力大小,亦即該彈簧對滑塊的彈力大小.解:(1)如圖所示,依題意:左側彈簧對滑塊向右的推力 F114N,右側彈簧對滑塊的向左的推力 F26.0 N.滑塊所受合力產生加速度a1,根據牛頓第二定律有 得4 m/s2 a1與F1同方向,即向前(向右).(2)a傳感器的讀數恰為零,即左側彈簧的彈力,因兩彈簧相同,左彈簧伸長多少,右彈簧就縮短多少,所以右彈簧的彈力變為N。滑塊所受合力產生加速度,由牛頓第二定律得,a210m/s2,方向向左.例

2、如圖5是電容式話筒的示意圖,它是利用電容制作的傳感器,話筒的振動膜前面鍍有薄薄的金屬層,膜后距膜幾十微米處有一金屬板,振動膜上的金屬層和這個金屬板構成電容器的兩極,在兩極間加一電壓U,人對著話筒說話時,振動膜前后振動,使電容發生變化,導致話筒所在電路中的其它量發生變化,使聲音信號被話筒轉化為電信號,其中導致電容變化的原因可能是容器兩板間的(A)(A)距離變化(B)正對面積變化(C)介質變化(D)電壓變化

【課堂總結】 本節課主要學習了以下幾個問題: 力傳感器的應用---電子秤

聲傳感器的應用---話筒

溫度傳感器的應用---電熨斗 力傳感器是把力信號轉換成電信號;聲傳感器是把聲音信號轉換為電信號,而溫度傳感器往往是用來進行自動控制.【布置作業】課本P58-59 1、2、3 【板書設計】 第二節:傳感器的應用

一、傳感器應用的一般模式示意圖

二、力傳感器的應用---電子秤

三、聲傳感器的應用----話筒

四、溫度傳感器的應用---電熨斗

【教學反思】

思維方法是解決問題的靈魂,是物理教學的根本;親自實踐參與知識的發現過程是培養學生能力的關鍵,離開了思維方法和實踐活動,物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質的培養就成了鏡中花,水中月。