6.压电式传感器（教案）-《传感器应用技术》同步教学（高教版.第2版）

项目六 压电式传感器教案 授课时间 第 周 星期 第 节 授课章节、题目 压电式传感器 课时安排 6 学时 课堂类型 R新授课 £复习课 £习题课 £讲评课 £**课 教学目标 知识目标： 1.掌握压电陶瓷的压电机理； 2.了解压电式传感器的等效电路和测量电路； 3.理解压电式传感器的应用。 技能目标： 1.学会焊接具有压电陶瓷片的振动传感器； 2.学会如何调节振动传感器的灵敏度。 素养目标： 1.通过实践提高学生做事的细心和耐心程度； 2.提高学生之间的团结协作能力。 教学重点 1.了解振动传感器的特性，理解压电陶瓷的压电机理； 2.学会焊接具有压电陶瓷片的振动传感器。 教学难点 1.学会如何调节振动传感器的灵敏度； 2.压电效应的形成原理。 教学方法 R讲授法 R演示法 R讨论法 R练习法 £案例分析法 R探究法 £谈话法 £参观法 教学用具、设备或数字化资源 多媒体课件、压电式振动传感器 教案--教学过程页 教学环节、时间分配 教学内容与教学过程 师生活动 教学方法与手段 导入新课（5 ）min 汽车防盗报警器是一种预防车辆被盗或者车上东西被盗的安全装置。当汽车发生警情，防盗系统就会通过GSM网络立即拨打车主预设的报警电话。汽车防盗器是通过振动传感器来触发信号给报警电路，从而实现防盗器受振动就报警以恐吓阻吓贼的作用。其中的振动传感器，常见的是以压电陶瓷为主要部分的传感器。 教师播放视频资源，学生观看相关视频，了解振动报警器。 £复习导课 £情境导课 R案例导课£**导课 探索新知 1、 相关知识 （一）振动传感器 1．振动 振动是指物体受到周期性的力的作用时出现形状或位置的变化。 2．振动传感器 振动传感器是用于检测冲击力或者加速度的传感器，通常使用的是加上应力就会产生电荷的压电器件，也有采用别的材料和方法可以进行检测的传感器。 （二）压电式传感器 压电式传感器是一种典型的有源传感器（自发电型传感器），以电介质的压电效应为基础，外力作用下在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测量目的。 1.压电材料 明显呈现压电效应的敏感功能材料叫压电材料 。它可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。 压电式传感器中用得最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。播放压电效应微课，了解压电效应的形成过程 教师归纳总结，学生记录笔记 （1）压电陶瓷微课教学 讲授法 压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料，常用的压电陶瓷材料有锆钛酸铅系列压电陶瓷（PZT）及非铅系压电陶瓷 （如BaTiO3等）。 （2）压电陶瓷的压电机理（重点） 在未进行极化处理时，压电陶瓷不具有压电效应；经过极化处理后，压电陶瓷的压电效应非常明显，具有很高的压电系数。 2．压电式传感器的等效电路和测量电路 （1）压电式传感器的等效电路，如图所示。其实际等效电路如图所示。 式中，A为压电元件电极板面积（m2）；d为压电元件厚度（m）；εr为压电材料介电常数（F/m）；ε0为真空中的介电常数（F/m）；ε0 = 8.85×10-12 F/m 。讲述相关电路，学生对相关电路做以了解 （a）电压源 （b）电荷源 （a）电压源 （b ）电荷源 （2）压电式传感器的测量电路 压电式传感器的输出信号十分微弱且内阻抗很高，因此，为了使压电元件正常工作，常在压电式传感器的输出端后面接入一个高输入阻抗的前置放大器，然后接一般的放大电路，再进行检波、输出显示。 多媒体课件图片 3.压电式传感器的应用由课件中大量的图片，使学生直观了解相关应用，教师配以原理介绍 （1）分类 压电式传感器大致可以分为4种，即：压电式测力传感器，压电式压力传感器，压电式加速度传感器及高分子材料压力传感器。 （2）压电式传感器应用实例 ①玻璃打碎报警装置 ②海啸预警系统 提问：什么是振动？ 学生思考并回答，教师简述振动传感器。 简述压电式传感器。 课件展示常见的压电材料，学生对压电材料做出分类 提问，讨论法 课件展示 课堂练习，归纳总结 2、 任务准备 元器件介绍 （1）振动传感器 压电陶瓷片符号如图所示，本电路的振动传感器实物如图所示。 （2）运放LM358 LM358是一个双运放集成电路，其引脚图如图所示。 学生根据相关知识的学习，观察和认识相关元件，教师作以指导 任务教学法 理实结合 3、 任务实施 1．连接电路 按电路图连接电路，接上12V直流电源。 2．调节传感器灵敏度与检测结果 振动传感器的灵敏度可以通过用螺丝刀调节电位器VR1旋钮实现，顺时针为提高灵敏度，逆时针为降低灵敏度。 工作中，信号经LM358运放输出，在没有振动或振动非常轻时运放的7脚输出高电平（约12V），指示灯不亮，蜂鸣器不响；有振动或达到一定强度时输出为低电平（约0V），此时，指示灯LED亮，蜂鸣器报警。 教师指导学生完成元器件的连接，对学生进行分组，学生按要求完成任务，并对传感器进行调试 分组教学 实践操作 4、 任务评价 按任务评价表进行任务评价。 教师对学生完成情况按项目打分，再通过自评和小组互评，得出任务成绩 学生评价 知识延伸（3 ）min 任务拓展 本任务汽车振动报警器除了可安装在汽车、摩托车上使用，也可安装在门上或窗边，作为家用或室内防盗器，如课本图所示。另外，本振动报警器可以改装成智能型的振动报警器，只需把信号输出接单片机的I/O口，通过单片机控制报警器工作。 课堂小结（5 ）min 教师与学生一起回顾本节课的学习内容，引导学生总结如下： 1、 振动传感器。 2、 压电陶瓷的特性。 3、压电式传感器的等效电路。 4、压电式传感器的应用。 布置作业 （3 ）min 1. 什么是压电效应？有哪几种常用的压电材料？ 2. 简述压电陶瓷的结构及其特性。 3. 振动传感器有什么特点和作用？ 板书设计 压电式传感器 1.汽车振动报警器——压电式传感器 2.振动传感器 3.压电式传感器 （1）压电材料 （2）压电效应 （3）测量电路 4.压电传感器应用 教学评价、 教学反思 教研组 审核评价及意见 签名： 年 月 日 学科网（北京）股份有限公司 $$