傳感器與檢測技術(shù)第九章課件

1、20 七月 2022第9章 新型傳感器20 七月 20229.1 光纖傳感器及其應(yīng)用19.2 超聲波傳感器及其應(yīng)用2目 錄20 七月 2022知識目標：（1）了解光纖傳感器和超聲波傳感器的概念。 （2）掌握光纖傳感器的結(jié)構(gòu)原理及超聲波傳感器的物理性質(zhì)。（3）熟悉兩種新型傳感器在工程上的應(yīng)用。教學(xué)目標技能目標：（1）能夠使用常用儀器檢查兩種傳感器性能，判別其好壞。（2）能夠運用所學(xué)知識設(shè)計制作基本檢測單元模塊電路。（3）能夠?qū)χ谱鞯哪K電路進行簡單的測試。20 七月 2022情感目標：（1）養(yǎng)成良好的工作責(zé)任心、堅強的意志力和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。 （2）具有工作與學(xué)習(xí)良好的交流與團隊合作能力。教學(xué)重

2、難點教學(xué)重點：超聲波的物理性質(zhì)和光纖傳感器的結(jié)構(gòu)原理。教學(xué)難點：超聲波的物理性質(zhì)。20 七月 20229.1 光纖傳感器及其應(yīng)用光纖傳感器具有靈敏度高、電絕緣性能好、抗電磁干擾、頻帶寬、動態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕以及耗能少等優(yōu)點。 20 七月 2022 光的全反射實驗 20 七月 2022各種裝飾性光導(dǎo)纖維 20 七月 2022 發(fā)光二極管產(chǎn)生多種顏色的光線，通過光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)到東方明珠球體的表面。在計算機控制下，可產(chǎn)生動態(tài)圖案。上海東方明珠20 七月 20229.1.1 光纖的基本概念（a）光纖的截面圖 （b）光纖的外觀圖圖9-1 光纖的結(jié)構(gòu)1纖芯； 2包層； 3緩沖層； 4加強層；

3、 5PVC護套1.光纖的結(jié)構(gòu)20 七月 2022光纜的外形及光纖的拉制 20 七月 2022光的反射、折射 當一束光線以一定的入射角1從介質(zhì)1射到介質(zhì)2的分界面上時，一部分能量反射回原介質(zhì)；另一部分能量則透過分界面，在另一介質(zhì)內(nèi)繼續(xù)傳播。 20 七月 2022 光的全反射 當減小入射角時，進入介質(zhì)2的折射光與分界面的夾角將相應(yīng)減小，將導(dǎo)致折射波只能在介質(zhì)分界面上傳播。對這個極限值時的入射角，定義為臨界角c。當入射角小于c時，入射光線將發(fā)生全反射。20 七月 2022光在光纖中的全反射 20 七月 2022光纖的類型 階躍型：光纖纖芯的折射率分布各點均勻一致，稱為多模光纖。 20 七月 2022

4、 梯度型：梯度型光纖的的折射率呈聚焦型，即在軸線上折射率最大，離開軸線則逐步降低，至纖芯區(qū)的邊沿時，降低到與包層區(qū)一樣。 20 七月 2022單孔型光纖 單孔型光纖的纖芯直徑較?。〝?shù)微米）接近于被傳輸光波的波長，光以電磁場“?！钡脑碓诶w芯中傳導(dǎo)，能量損失很小，適宜于遠距離傳輸。 20 七月 2022（a） 傳統(tǒng)傳感器9.1.2 光纖傳感器的結(jié)構(gòu)原理20 七月 2022（b）光纖傳感器光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測參數(shù)與進入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強度、波長、頻率、相位、偏正態(tài)等）發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號光，在經(jīng)過光纖送入光探測器，經(jīng)

5、解調(diào)后，獲得被測參數(shù)。 20 七月 2022（a）功能型 1）功能型光纖傳感器1.根據(jù)光纖在傳感器中的作用進行分類分為功能型光纖傳感器、非功能型光纖傳感器和拾光型光纖傳感器 9.1.3 光纖傳感器的分類20 七月 2022優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高。缺點：須用特殊光纖，成本高，典型例子：光纖陀螺、光纖水聽器等20 七月 2022光纖水聽器 20 七月 2022（b）非功能型2）非功能型光纖傳感器20 七月 2022光纖傳感器外形 20 七月 20223）拾光型光纖傳感器（c）拾光型20 七月 2022光纖溫度傳感器 20 七月 20222.根據(jù)光受被測對象的調(diào)制形式進行分類 分為：強度調(diào)制型光纖

6、傳感器偏振調(diào)制型光纖傳感器頻率調(diào)制型光纖傳感器相位調(diào)制型光纖傳感器 20 七月 20221）強度調(diào)制型光纖傳感器強度調(diào)制型光纖傳感器是一種利用被測量的變化而引起敏感元件參數(shù)的變化，從而導(dǎo)致光強度的變化來實現(xiàn)測量的傳感器。這種光纖傳感器可利用光纖的微彎損耗、振動膜或者液晶的反射光強度的變化，以及物質(zhì)的熒光輻射或者光路的遮斷等構(gòu)成壓力、振動、溫度、位移等各種強度調(diào)制型光纖傳感器。 20 七月 20222）偏振調(diào)制型光纖傳感器偏振調(diào)制型光纖傳感器是一種利用光偏振的變化來傳遞被測信號的傳感器。這種傳感器可利用光在磁場媒介中傳播的法拉第效應(yīng)做成電流或磁場傳感器，它可以避免光源強度的變化對其產(chǎn)生的影響，因

7、此，靈敏度較高。 20 七月 20223）頻率調(diào)制型光纖傳感器頻率調(diào)制型光纖傳感器是一種利用單色光照射到被測量物體上時反射回來的光的頻率發(fā)生變化來進行監(jiān)測的傳感器。20 七月 20224）相位調(diào)制型光纖傳感器相位調(diào)制型光纖傳感器是利用被測量對敏感元件的作用，使敏感元件的折射率或者傳播常數(shù)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致光的相位發(fā)生變化，通過檢測干涉條紋的變化量來確定光的相位的變化量，從而得到被測量的信息。 20 七月 20221.反射式光纖位移傳感器 圖9-6 反射式光纖位移傳感器的工作原理9.1.4 光纖傳感器的應(yīng)用20 七月 202220 七月 202220 七月 20222.光纖壓力傳感器圖9-7 膜

8、片反射式光纖壓力傳感器的原理圖1Y形光纖束； 2殼片； 3膜片20 七月 20223.光纖溫度傳感器圖9-8 光纖溫度傳感器示意圖1感溫黑色殼體； 2彩色液晶； 3入射光纖； 4出射光纖20 七月 2022 保護管內(nèi)為高溫光纖低溫光纖光纖溫度傳感器 20 七月 20224.熱雙金屬式光纖溫度開關(guān)圖9-9 熱雙金屬式光纖溫度開關(guān)的原理圖1遮光板； 2雙金屬片20 七月 20225.球面光纖液位傳感器（a）不接觸液體的工況 （b）浸在液體中的工況圖9-10 球面光纖液位傳感器的原理圖1入射光纖； 2透明球形端面； 3包層； 4出射光纖20 七月 20226.斜端面光纖液位傳感器（a）在空氣中 （b

9、）在液體中 圖9-11 反射式斜端面光纖液位傳感器的原理圖1、2光纖； 3棱鏡20 七月 20227.單光纖液位傳感器圖9-12 單光纖液位傳感器的結(jié)構(gòu)1光纖； 2耦合器20 七月 2022（a）尖頂磨平的探頭 （b）尖頂磨平并粘上突出物的探頭圖9-13 改進的光纖液位探頭20 七月 20229.2 超聲波傳感器及其應(yīng)用主要學(xué)習(xí)超聲波的物理特性，著重了解超聲波在檢測技術(shù)中的一些應(yīng)用，也涉及無損探傷的設(shè)備及方法。20 七月 20229.2.1 超聲波的物理性質(zhì)1.超聲波的性質(zhì)高于20 KHz的聲波具有指向性好、能量集中、穿透本領(lǐng)大等特點 20 七月 2022蝙蝠依靠超聲波捕食20 七月 2022

10、 超聲波與可聞聲波不同，它可以被聚焦，具有能量集中的特點。超聲波霧化器超聲波加濕器20 七月 2022超聲波塑料焊接機 壓電陶瓷或磁致伸縮材料在高電壓窄脈沖作用下，可得到較大功率的超聲波，可以被聚焦，能用于集成電路及塑料的焊接。 20 七月 2022便攜式超聲波探魚器 超聲波被聚焦后，具有較好的方向性，在遇到兩種介質(zhì)的分界面時，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類似于光波。20 七月 20222.超聲波的傳播方式超聲波的傳播方式主要可分為縱波、橫波、表面波等幾種。20 七月 2022縱波20 七月 2022橫波 20 七月 2022表面波20 七月 20223.聲速和波長1.聲速 取決于介質(zhì)

11、2.波長 c = f彈性系數(shù)密度聲阻抗Z：Z=c20 七月 20224.超聲波的反射與折射當超聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時，如果兩者的聲阻抗不同，就會在其分界面上產(chǎn)生反射和透射現(xiàn)象，使一部分能量返回第一種介質(zhì)，另一部分能量穿過分界面進入第二種介質(zhì)。當兩種不同的介質(zhì)聲阻抗相差較大時，便會產(chǎn)生超聲波反射。 20 七月 20229.2.2 超聲波傳感器的應(yīng)用 雙晶直探頭中的壓電晶片發(fā)射超聲振動脈沖，超聲脈沖到達試件底面時，被反射回來，并被另一只壓電晶片所接收。只要測出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時間t，再乘以被測體的聲速常數(shù)c，就是超聲脈沖在被測件中所經(jīng)歷的來回距離，再除以2，就得到厚

12、度 ： 20 七月 2022手持式超聲波測厚儀20 七月 2022超聲波測厚儀石料測厚20 七月 2022超聲波手持式測厚混凝土測厚木材測厚小提琴 木料測厚20 七月 2022雙晶超聲波測厚探頭20 七月 2022雙晶超聲波測厚探頭（續(xù)）20 七月 2022超聲波清洗機當弱的聲波信號作用于液體中時，會對液體產(chǎn)生一定的負壓，即液體體積增加，液體中分子空隙加大，形成許多微小的氣泡；而當強的聲波信號作用于液體時，則會對液體產(chǎn)生一定的正壓，即液體體積被壓縮減小，液體中形成的微小氣泡被壓碎。經(jīng)研究證明：超聲波作用于液體中時，液體中每個氣泡的破裂會產(chǎn)生能量極大的沖擊波，相當于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達上千

13、個大氣壓的壓力，這種現(xiàn)象被稱之為“空化作用”，超聲波清洗正是利用液體中氣泡破裂所產(chǎn)生的沖擊波來達到清洗和沖刷工件內(nèi)外表面的作用。超聲清洗多用于半導(dǎo)體、機械、玻璃、醫(yī)療儀器等行業(yè)。20 七月 2022超聲波清洗原理及清洗器（參考湖南省瀏陽市醫(yī)用儀具廠 、北京德泰隆科技發(fā)展有限責(zé)任公司資料）超聲換能器氣泡波浪清洗物20 七月 20223.超聲波液位計 在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時間，就可測得液體的液面。 20 七月 2022超聲波液位計的原理圖 1液面；2直管；3空氣超聲探頭； 4反射小板； 5電子開關(guān) 20 七月 2022 喇叭形超聲發(fā)生器20 七月 20224

14、.超聲防盜報警器 圖中的上半部分為發(fā)射電路，下面為接收電路。發(fā)射器發(fā)射出頻率 f=40 kHz左右的超聲波。如果有人進入信號的有效區(qū)域，相對速度為 v，從人體反射回接收器的超聲波將由于多普勒效應(yīng)，而發(fā)生頻率偏移f。 20 七月 2022超聲波多普勒測量車速20 七月 2022多普勒效應(yīng) 前進方向的頻率升高 如果波源和觀察者之間有相對運動，那么觀察者接收到的頻率和波源的頻率就不相同了，這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。測出f 就可得到運動速度。20 七月 2022超聲波多普勒測量風(fēng)速風(fēng) 風(fēng)引起超聲波的頻率變大或變小 20 七月 2022A型超聲波探傷起始波 缺陷反射波 底波工件缺陷5.超聲波無損探傷20

15、七月 2022鋼軌探傷車滑板式探頭 20 七月 2022高速鋼軌探傷車鐵路鋼軌探測用的滾軸式探頭（也稱做輪式探頭）20 七月 2022 構(gòu)件的超聲探傷（續(xù)）20 七月 2022謝 謝11醉翁亭記 1反復(fù)朗讀并背誦課文，培養(yǎng)文言語感。2結(jié)合注釋疏通文義，了解文本內(nèi)容，掌握文本寫作思路。3把握文章的藝術(shù)特色，理解虛詞在文中的作用。4體會作者的思想感情，理解作者的政治理想。一、導(dǎo)入新課范仲淹因參與改革被貶，于慶歷六年寫下岳陽樓記，寄托自己“先天下之憂而憂，后天下之樂而樂”的政治理想。實際上，這次改革，受到貶謫的除了范仲淹和滕子京之外，還有范仲淹改革的另一位支持者北宋大文學(xué)家、史學(xué)家歐陽修。他于慶歷五

16、年被貶謫到滁州，也就是今天的安徽省滁州市。也是在此期間，歐陽修在滁州留下了不遜于岳陽樓記的千古名篇醉翁亭記。接下來就讓我們一起來學(xué)習(xí)這篇課文吧！【教學(xué)提示】結(jié)合前文教學(xué)，有利于學(xué)生把握本文寫作背景，進而加深學(xué)生對作品含義的理解。二、教學(xué)新課目標導(dǎo)學(xué)一：認識作者，了解作品背景作者簡介：歐陽修(10071072)，字永叔，自號醉翁，晚年又號“六一居士”。吉州永豐(今屬江西)人，因吉州原屬廬陵郡，因此他又以“廬陵歐陽修”自居。謚號文忠，世稱歐陽文忠公。北宋政治家、文學(xué)家、史學(xué)家，與韓愈、柳宗元、王安石、蘇洵、蘇軾、蘇轍、曾鞏合稱“唐宋八大家”。后人又將其與韓愈、柳宗元和蘇軾合稱“千古文章四大家”。關(guān)

17、于“醉翁”與“六一居士”：初謫滁山，自號醉翁。既老而衰且病，將退休于潁水之上，則又更號六一居士?？陀袉栐唬骸傲缓沃^也？”居士曰：“吾家藏書一萬卷，集錄三代以來金石遺文一千卷，有琴一張，有棋一局，而常置酒一壺?！笨驮唬骸笆菫槲逡粻枺魏?？”居士曰：“以吾一翁，老于此五物之間，豈不為六一乎？”寫作背景：宋仁宗慶歷五年(1045年)，參知政事范仲淹等人遭讒離職，歐陽修上書替他們分辯，被貶到滁州做了兩年知州。到任以后，他內(nèi)心抑郁，但還能發(fā)揮“寬簡而不擾”的作風(fēng)，取得了某些政績。醉翁亭記就是在這個時期寫就的。目標導(dǎo)學(xué)二：朗讀文章，通文順字1初讀文章，結(jié)合工具書梳理文章字詞。2朗讀文章，劃分文章節(jié)奏，標

18、出節(jié)奏劃分有疑難的語句。節(jié)奏劃分示例環(huán)滁/皆山也。其/西南諸峰，林壑/尤美，望之/蔚然而深秀者，瑯琊也。山行/六七里，漸聞/水聲潺潺，而瀉出于/兩峰之間者，釀泉也。峰回/路轉(zhuǎn)，有亭/翼然臨于泉上者，醉翁亭也。作亭者/誰？山之僧/曰/智仙也。名之者/誰？太守/自謂也。太守與客來飲/于此，飲少/輒醉，而/年又最高，故/自號曰/醉翁也。醉翁之意/不在酒，在乎/山水之間也。山水之樂，得之心/而寓之酒也。節(jié)奏劃分思考“山行/六七里”為什么不能劃分為“山/行六七里”？明確：“山行”意指“沿著山路走”，“山行”是個狀中短語，不能將其割裂。“望之/蔚然而深秀者”為什么不能劃分為“望之蔚然/而深秀者”？明確：“

19、蔚然而深秀”是兩個并列的詞，不宜割裂，“望之”是總起詞語，故應(yīng)從其后斷句?！窘虒W(xué)提示】引導(dǎo)學(xué)生在反復(fù)朗讀的過程中劃分朗讀節(jié)奏，在劃分節(jié)奏的過程中感知文意。對于部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜的句子，教師可做適當?shù)闹v解引導(dǎo)。目標導(dǎo)學(xué)三：結(jié)合注釋，翻譯訓(xùn)練1學(xué)生結(jié)合課下注釋和工具書自行疏通文義，并畫出不解之處。【教學(xué)提示】節(jié)奏劃分與明確文意相輔相成，若能以節(jié)奏劃分引導(dǎo)學(xué)生明確文意最好；若學(xué)生理解有限，亦可在解讀文意后把握節(jié)奏劃分。2以四人小組為單位，組內(nèi)互助解疑，并嘗試用“直譯”與“意譯”兩種方法譯讀文章。3教師選擇疑難句或值得翻譯的句子，請學(xué)生用兩種翻譯方法進行翻譯。翻譯示例：若夫日出而林霏開，云歸而巖穴暝，晦明變

20、化者，山間之朝暮也。野芳發(fā)而幽香，佳木秀而繁陰，風(fēng)霜高潔，水落而石出者，山間之四時也。直譯法：那太陽一出來，樹林里的霧氣散開，云霧聚攏，山谷就顯得昏暗了，朝則自暗而明，暮則自明而暗，或暗或明，變化不一，這是山間早晚的景色。野花開放，有一股清幽的香味，好的樹木枝葉繁茂，形成濃郁的綠蔭。天高氣爽，霜色潔白，泉水淺了，石底露出水面，這是山中四季的景色。意譯法：太陽升起，山林里霧氣開始消散，煙云聚攏，山谷又開始顯得昏暗，清晨自暗而明，薄暮又自明而暗，如此暗明變化的，就是山中的朝暮。春天野花綻開并散發(fā)出陣陣幽香，夏日佳樹繁茂并形成一片濃蔭，秋天風(fēng)高氣爽，霜色潔白，冬日水枯而石底上露，如此，就是山中的四季

21、?！窘虒W(xué)提示】翻譯有直譯與意譯兩種方式，直譯鍛煉學(xué)生用語的準確性，但可能會降低譯文的美感；意譯可加強譯文的美感，培養(yǎng)學(xué)生的翻譯興趣，但可能會降低譯文的準確性。因此，需兩種翻譯方式都做必要引導(dǎo)。全文直譯內(nèi)容見我的積累本。目標導(dǎo)學(xué)四：解讀文段，把握文本內(nèi)容1賞析第一段，說說本文是如何引出“醉翁亭”的位置的，作者在此運用了怎樣的藝術(shù)手法。明確：首先以“環(huán)滁皆山也”五字領(lǐng)起，將滁州的地理環(huán)境一筆勾出，點出醉翁亭坐落在群山之中，并縱觀滁州全貌，鳥瞰群山環(huán)抱之景。接著作者將“鏡頭”全景移向局部，先寫“西南諸峰，林壑尤美”，醉翁亭坐落在有最美的林壑的西南諸峰之中，視野集中到最佳處。再寫瑯琊山“蔚然而深秀”，

22、點山“秀”，照應(yīng)上文的“美”。又寫釀泉，其名字透出了泉與酒的關(guān)系，好泉釀好酒，好酒叫人醉?！白砦掏ぁ钡拿直惆抵型赋觯缓笠觥白砦掏ぁ眮?。作者利用空間變幻的手法，移步換景，由遠及近，為我們描繪了一幅幅山水特寫。2第二段主要寫了什么？它和第一段有什么聯(lián)系？明確：第二段利用時間推移，抓住朝暮及四季特點，描繪了對比鮮明的晦明變化圖及四季風(fēng)光圖，寫出了其中的“樂亦無窮”。第二段是第一段“山水之樂”的具體化。3第三段同樣是寫“樂”，但卻是寫的游人之樂，作者是如何寫游人之樂的？明確：“滁人游”，前呼后應(yīng)，扶老攜幼，自由自在，熱鬧非凡；“太守宴”，溪深魚肥，泉香酒洌，美味佳肴，應(yīng)有盡有；“眾賓歡”，投壺下

23、棋，觥籌交錯，說說笑笑，無拘無束。如此勾畫了游人之樂。4作者為什么要在第三段寫游人之樂？明確：寫滁人之游，描繪出一幅太平祥和的百姓游樂圖。游樂場景映在太守的眼里，便多了一層政治清明的意味。太守在游人之樂中酒酣而醉，此醉是為山水之樂而醉，更是為能與百姓同樂而醉。體現(xiàn)太守與百姓關(guān)系融洽，“政通人和”才能有這樣的樂。5第四段主要寫了什么？明確：寫宴會散、眾人歸的情景。目標導(dǎo)學(xué)五：深入解讀，把握作者思想感情思考探究：作者以一個“樂”字貫穿全篇，卻有兩個句子別出深意，不單單是在寫樂，而是另有所指，表達出另外一種情緒，請你找出這兩個句子，說說這種情緒是什么。明確：醉翁之意不在酒，在乎山水之間也。醉能同其樂，醒能述以文者，太守也。這種情緒是作者遭貶謫后的抑郁，作者并未在文中袒露胸懷，只含蓄地說：“醉能同其樂，醒能述以文者，太守也?！贝司渑c醉翁亭的名稱、“醉翁之意不在酒，在乎山水之間也”前后呼應(yīng)，并與“滁人游”“太守宴”“眾賓歡”“太守醉”連成一條抒情的線索，曲折地表達了作者內(nèi)心復(fù)雜的思想感情。目標導(dǎo)學(xué)六：賞析文本，感受文本藝術(shù)特色1在把握作者復(fù)雜感情的基礎(chǔ)上朗讀文本。2反復(fù)朗讀，請同學(xué)說說本文讀來有哪些特點，為什么會有這些特點。(1)句法上大量運用駢偶句，并夾有散句，既整