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摘要:傳感器示教板包括傳感器模塊、排針座、排針、撥碼開關、三極管、繼電器、蜂鳴器。通過兩個組合撥碼開關的設計使4路傳感器輸出信號可分別控制不同的電路，使學生方便地觀察不同傳感器的不同控制效果。設計的傳感器教學示教板通過演示的方式探討在有限的時間使學生理解和掌握傳感器的基本原理和應用。解決中學物理傳感器教學難度大、學時少、高考又有一定的要求的難題。示教板的制作可作為物理專業、電信專業大學生實習、實訓項目，可培養大學生的動手能力、思維能力和創新能力。

關鍵詞:傳感器;撥碼開關;演示

傳感器在中學物理教學中有一定的章節要求，在高考中涉及的分數較少，其工作原理相對中學生而言難度較大，因此傳感器的教學是中學物理教學的一個難點而非重點內容。如何用少量的學時使學生掌握傳感器的工作原理與應用是中學物理教師較為頭疼的一個問題，本文設計了一個中學物理傳感器示教板，通過對光敏傳感器、熱敏傳感器、電容位移傳感器、霍爾傳感器等傳感器的演示，可以加深學生對傳感器工作原理的理解，有利于學生掌握傳感器的基本應用。示教板的制作可作為物理專業、電信專業大學生實習、實訓項目，可培養大學生的動手能力、思維能力［1－2］和創新能力［3－4］。

1幾種傳感器的基本原理

傳感器可以把不易測量的量轉換為容易測量的量，因為電學量具有容易保存、傳輸、處理、顯示等優點，所以經典的傳感器通常是把非電學量轉換為電學量。中學物理教學中涉及到的傳感器主要有光敏傳感器、熱敏傳感器、電容位移傳感器、霍爾傳感器等。光敏傳感器［5－6］主要是光敏電阻或光敏三極管。光敏電阻、光敏三極管的原理有光電導效應和光生伏特效應，光電導效應是在光線作用下，電子吸收光子能量從束縛狀態過渡到自由狀態，從而引起材料電阻率變化;光生伏特效應是在光線作用下能夠使物體產生一定方向電動勢的現象。熱敏電阻［7］是半導體的電阻值隨溫度變化的一種熱敏元件，通常由一些金屬氧化物采用不同比例的配方，經高溫燒結而成。熱敏電阻有三種:負電阻溫度系數熱敏電阻、正電阻溫度系數熱敏電阻和在某一特定溫度下電阻值會發生突變的臨界溫度電阻。熱敏電阻電阻溫度系數大，靈敏度高，結構簡單。但它的阻值與溫度變化呈非線性，且穩定性較差。霍爾傳感器［8－9］利用霍爾效應產生電動勢。霍爾效應是指置于磁場中的靜止載流導體，當通過導體的電流方向與磁場方向不一致時，載流導體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產生電動勢，該電動勢稱霍爾電勢，半導體薄片稱為霍爾元件。

2傳感器輸出電路

傳感器廠家通常將傳感器的敏感元件集成在一起作成傳感器集成模塊，中學物理中涉及到的集成傳感器模塊如圖1所示，圖中所示模塊分別為光敏電阻模塊、熱敏電阻模塊、光電傳感器模塊、霍爾傳感器模塊。傳感器模塊通常有3個或4個管腳，一個為電源Vcc，一個為GND，一個為數字信號輸出DO，4個管腳的傳感器模塊還有一個模擬信號輸出管腳AO。圖1集成傳感器模塊傳感器模塊的內部電路如圖2所示，以光電傳感器模塊為例，電源電壓為5伏，光電管的輸入端為一個發光二極管，它串接一個1K的保護電阻接電源兩端，光電管的輸出端為一個光敏三極管，它串接一個10K的分壓電阻接電源兩端，其分壓值送入比較器的同向輸入端，10K的固定電阻和可變電阻分壓值送入比較器的反向輸入端，比較結果輸出數字信號DO，光敏三極管上直接輸出模擬信號AO。有物體遮擋光敏三極管時，光敏三極管阻值變大，送入比較器同向輸入端的電壓值變大，輸出數字信號DO為高電平。

3傳感器示教板電路設計

傳感器示教板電路如圖3所示，傳感器示教板電路包括傳感器模塊、排針座、排針、撥碼開關、三極管、繼電器、蜂鳴器等。排針座、排針、撥碼開關、三極管、繼電器、蜂鳴器焊接在萬能板上，排針座有4組，可以插拔4個傳感器模塊，排針座和排針對應管腳相連，排針通過插拔杜邦線進行電路連接或信號測試，撥碼開關有兩個，前一個用于信號的4選1，后一個可把信號分為2路，一路信號可通過繼電器控制發光二極管［10］，另一路信號可通過繼電器控制蜂鳴器，可以設計多路信號，比如控制電動機、數碼管等。圖3傳感器示教板電路焊接好的傳感器示教板實物如圖4所示，演示時，根據教學內容可在排針座上面插入4個不同類型的傳感器，通過前一個4選1撥碼開關可以方便地選取不同傳感器的輸出信號，通過后一個撥碼開關可以方便地把信號送入不同控制電路，觀察不同傳感器的不同控制效果。根據教學需要，可以演示控制LED燈或是蜂鳴器。電路還可以進行拓展，例如增加傳感器控制電動機、風扇、數碼管等環節。圖4傳感器示教板實物。

4結語

中學物理傳感器教學現狀是難度大，學時少，高考又有一定的要求，設計的傳感器教學示教板通過演示的方式探討通過有限的時間使學生理解和掌握傳感器的基本原理和應用。通過兩個組合撥碼開關的設計使4路傳感器輸出信號可分別控制不同的電路，使學生方便地觀察不同傳感器的不同控制效果。示教板的制作可作為物理專業、電信專業大學生實習、實訓項目，可培養大學生的動手能力、思維能力和創新能力。

作者：孫福玉 單位：赤峰學院 物理與電子信息工程學院