专题七 压电式传感器、超声波传感器（教案）-四川省职教高考《传感器及应用》（高教版）专题复习讲练测

专题七.压电式传感器、超声波传感器（教案）-《传感器及应用》高教版-专题复习讲练测 [考纲要求] 1.理解压电式传感器的基本工作原理，包括压电效应的概念和应用。 2.掌握压电式传感器测量转换电路的构成和作用，了解信号处理过程。 3.了解压电式传感器的结构，包括压电晶体和机械壳体，并能够分析其在不同领域的应用场景。 4.理解超声波传感器的基本工作原理，包括超声波的发射与接收原理，以及利用回波进行距离测量的方法。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 重点一 压电效应 某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用产生变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面产生电荷。当外力去掉后，又重新回到不带电状态，这种现象称为压电效应。反之，在电介质的极化方向上施加交变电场，它会产生机械变形，当去掉外加电场时电介质变形随之消失，这种现象称为逆压电效应或叫做电致伸缩效应。压电式传感器都是利用压电材料的正压电效应。在水声和超声技术中，则利用逆压电效应制作声波和超声波的发射换能器。 重点二 石英晶体根据结构分析 石英晶体结构是结晶六边形体系，棱柱体是它的基本组织，在它上面有三个直角坐标轴，如图3-27所示。图b是石英晶体中间棱柱断面的下半部分，其断面为正六边形;z轴是晶体的对称轴，称它为光轴，在该轴方向上没有压电效应;x轴称为电轴，垂直于x轴晶面上的压电效应最显著;y轴称为机械轴，在电场的作用下沿此轴方向的机械变形最显著。如果从石英晶体上切割出一个平行六面体，使它的晶面分别平行于电轴、光轴和机械轴，如图3-27b中阴影部分所示，那么在垂直于光轴的力(F,或F)的作用下，晶体会发生极化现象，并且其极化矢量是沿着电轴，即电荷出现在垂直于电轴的平面上。 重点三 测量转换电路 压电式传感器的输出信号非常微弱，一般需要将电信号放大后才能检测出来。但因传感器的内阻抗较高，因此它需要与高输入阻抗的前置放大器配合，然后再采用一般的放大、检波、显示、记录电路。根据压电式传感器的工作原理及等效电路，它的输出可以是电荷信号，也可以是电压信号，因此与之相配的前置放大器也有电荷前置放大器和电压前置放大器两种形式。由于电压前置放大器中的输出电压与电缆电容有关，故目前采用电荷前置放大器。 [真题练讲] 1. (2020年四川省统一考试)压电式传感器的基本工作原理是什么？ a) 通过电流变化来测量压力 b) 通过电压变化来测量位移 c) 通过压电效应来转换机械压力为电信号 d) 通过声波来探测物体 正确答案：C 解析：压电式传感器利用压电效应将机械压力转换为电荷，进而产生电压信号。 2. (2019年四川省统一考试)下列哪个元素常被用于制造压电式传感器？ a) 铝 b) 铜 c) 石英 d) 铁 正确答案：C 解析：石英是常见的压电材料，用于制造压电式传感器。 3. (2021年四川省统一考试)压电式传感器的测量转换电路的主要功能是什么？ a) 将电信号转换为机械信号 b) 将机械信号转换为电信号 c) 放大电信号 d) 缓冲电信号 正确答案：B 解析：测量转换电路将压电传感器产生的机械信号转换为电信号。 4. (2022年四川省统一考试)压电式传感器的结构通常包括哪些部分？ a) 晶体和金属电极 b) 金属电极和电容器 c) 电池和线圈 d) 电容器和晶体管 正确答案：A 解析：压电式传感器通常由压电晶体和金属电极构成。 5. (2021年陕西省统一考试)压电式传感器最常见的应用是？ a) 温度测量 b) 声音放大 c) 压力和力的测量 d) 光线检测 正确答案：C 解析：压电式传感器最常见的应用是测量压力和力。 [限时练讲] 1.压电式传感器利用以下哪种效应将机械压力转换为电信号？ a) 电磁效应 b) 压电效应 c) 磁致伸缩效应 d) 热电效应 答案：b) 压电效应 解析：压电式传感器利用压电效应将机械压力转换为电信号。 2.压电式传感器的测量转换电路的主要功能是什么？ a) 将电信号转换为机械信号 b) 将机械信号转换为电信号 c) 放大电信号 d) 缓冲电信号 答案：b) 将机械信号转换为电信号 解析：测量转换电路将压电传感器产生的机械信号转换为电信号。 3.下列哪个元素常被用于制造压电式传感器？ a) 铝 b) 铜 c) 石英 d) 铁 答案：c) 石英 解析：石英是常见的压电材料，用于制造压电式传感器。 4.超声波传感器是通过以下哪种波来测量距离的？ a) 可见光波 b) 声波 c) 电磁波 d) 红外线 答案：b) 声波 解析：超声波传感器通过声波来测量距离。 5.压电式传感器最常用于哪种类型的测量？ a) 温度 b) 压力 c) 光强度 d) 电流 答案：b) 压力 解析：压电式传感器最常用于测量压力。 6.超声波传感器通常使用什么来检测距离？ a) 光