超声波传感器教学教材
赣科版八上信息科技 第二单元 第6课 超声波传感器 教案3
超声波传感器 教学设计信息意识：培养学生关注生活中科技应用的习惯，认识到信息技术对日常生活的影响，特别是在节能和资源管理方面的重要性。
通过学习超声波传感器在自动感应风扇中的应用，增强学生对信息技术价值的认识。
计算思维： 通过拆解超声波传感器和继电器模块的工作原理，以及编写控制风扇的脚本，锻炼学生的逻辑思维和问题解决能力。
学生将学会将复杂问题分解为小模块，并依次解决，从而掌握计算思维的基本方法。
数字化学习与创新： 利用编程工具和信息技术资源，学生将亲身体验数字化学习的乐趣。
通过动手实践，学生将掌握如何利用超声波传感器等数字化工具进行创新设计，实现自动感应风扇的功能，培养数字化学习和创新的能力。
信息社会责任： 强调信息技术在节能、环保等方面的社会责任，引导学生思考如何利用所学技术为社会做出贡献。
通过设计自动感应风扇，学生将意识到信息技术在减少资源浪费、保护环境方面的潜力，从而培养起对信息社会责任的意识和担当。
认真听讲，思考教师提出的问题。
尝试回答教师的提问，提出自己的想法和疑问。
••解决问题。
环节一：电机与继电器的介绍 教师活动： 展示电机和继电器的实物或图片，简要介绍它们的特点和功能。
讲解电机在电风扇中的作用，以及继电器在电路控制中的关键作用。
演示电机和继电器的简单工作原理，如电机的旋转和继电器的开关动作。
环节二：超声波传感器的工作原理及使用 教师活动： 详细介绍超声波传感器的工作原理，包括发射超声波、接收反射波和计算距离的过程。
展示超声波传感器的实物或图片，指出其关键部件和接口。
演示如何使用超声波传感器探测距离，并给出示例代码（如上述代码段）。
引导学生理解代码中的关键语句和函数，如urm10.read(0,1)用于读取超声波传感器与前方物体之间的距离。
环节三：利用超声波传感器控制风扇的方法 教师活动： 讲解如何利用超声波传感器探测到的距离信息来控制风扇的开关。
展示完整的脚本搭建流程图，并详细解释每个步骤的意义和作用。
超声波传感器课件
数据处理与分析
使用相关软件对采集 到的数据进行处理和 分析。
数据处理与分析
数据清洗
去除异常值和噪声，确 保数据质量。
数据转换
将原始数据转换为更易 于分析的格式或图表。
数据分析
根据实验目的，对数据 进行统计分析或趋势分
析。
结果解释与结论
根据分析结果，得出结 论并解释实验现象。
06
问题与解答
常见问题及解决方案
02
03
04
工业自动化
用于检测生产线上的物体位置 和距离，实现自动化控制和定
位。
机器人技术
用于机器人导航、避障和定位 ，提高机器人的智能和自主性
。
医疗诊断
用于检测人体内部器官和病变 ，如超声成像和胎儿监测。
环境ห้องสมุดไป่ตู้测
用于检测空气污染、水质污染 等环境问题，实现环境监测和
保护。
02
超声波传感器的设计与制 造
气体检测
超声波传感器能够检测空气中的有害气体和粉尘，如一氧化碳、二氧化硫、PM2.5等。这对于保障公共安全和预 防环境污染具有重要意义。
工业自动化与智能制造
机器人定位
在工业自动化生产线上，超声波传感器常用于机器人的定位和避障。通过向目标物体发射超声波并接 收回声信号，机器人可以精确地判断出目标物体的距离和位置，从而实现高效、精准的操作。
VS
新工艺
新型工艺如纳米压印、光刻技术等在超声 波传感器的制造中得到应用，这些新工艺 能够实现更精细的加工和更高的集成度， 提高传感器的分辨率和响应速度。
多功能化与集成化的发展
多功能化
超声波传感器正朝着多功能化的方向发展， 除了基本的检测功能外，还集成了温度、湿 度、压力等多种传感器，实现多参数的检测 和监控。
认识超声波传感器课件
学习任务
随着电子技术，机械工程技术和人工智能的发展。机器人应用 领域越来越广泛。例如，当地震或火灾等灾情发生时。如果救 援人员第一时间无法直接进入灾害现场，可以派遭机器人进入 灾害现场执行搜索和救援任务，如图4-1所示。
学习任务
这节课，我们将搭建一辆可以自主行走的机器人小车，让它能 完成简单的救援任务，如图4-2所示。
动手实践:调试超声波传感器
超声波传感器在本例的实际应用中，主要用于判断小车和障碍 物之间的距离是否超出设定值。如果超声波传感器检测到的距 离 大 于 设 定 值 ， LED 屏 幕 显 示 “ √”, 如 图 4-12 所 示 ： 否 则 ， 显 示“×”。
实践创新
实践创新
利用超声波传感器和其他辅助器材,制作一个简易的手持超 声波测距仪。
②编写如图4-11所示的程序，用超声波传感器测距，如果超 声波传感器检测到的距离大于设定值（例如5厘米），LED屏 幕显示“√”:否则显示“×”。
参考操作步骤: (4)上传程序进行离线实地测试
③单击“上传到设备”按钮，将程序载入micro:bit中。 ④断开数据线,打开机器人小车电源，进行离线实地测试。
参考操操作作步步骤骤:: ((33))用用串串口口实实时时读读取取超超声声波波传传感感器器检检测测到到的的数数据据
②为便于调试，将编程模式切换到“实时模式”，单击“扩展” 按钮，选择“套件”选项中的"micro:Maqueen(麦昆)，如图 4-9所示。
参考操操作作步步骤骤:: ((33))用用串串口口实实时时读读取取超超声声波波传传感感器器检检测测到到的的数数据据
本课的主要学习任务有:
1.了解超声波传感器的工作原理。 2.应用超声波传感器测距。 3.了解电机的应用。 4.搭建简易的救援机器人。 5.编写程序指挥机器人完成救援任务。
超声波传感器测距的教案
超声波传感器测距的教案教案一课题：超声波传感器测距教学目标：1. 让学生理解超声波传感器的工作原理和应用。
2. 学生能够掌握超声波传感器测距的方法和步骤。
3. 通过实验探究，培养学生的科学思维和实践能力。
4. 激发学生对科学技术的兴趣和探索精神。
教学重点与难点：- 教学重点：超声波传感器的工作原理和测距方法。
- 教学难点：理解超声波传播过程中的时间与距离的关系。
教学方法：实验探究法、小组合作法教学过程：一、导入新课展示一些利用超声波传感器的实际应用场景，如倒车雷达、自动门等，引导学生思考超声波是如何实现测距功能的。
二、新课讲授1. 讲解超声波的特性，如方向性好、穿透力强等。
2. 引出超声波传感器，结合实物介绍其结构和组成部分。
3. 阐述超声波传感器测距的原理：通过发射超声波并接收反射波，根据时间差计算距离。
三、实验探究1. 分组进行实验，每组一套超声波传感器实验装置。
2. 教师指导学生进行实验操作，包括连接电路、设置参数等。
对话示例：师：“同学们，现在大家开始分组进行实验，先检查一下实验装置是否齐全，然后按照步骤进行操作。
”生：“好的，老师。
”师：“在连接电路的时候要注意正负极哦，有不明白的随时问老师。
”3. 记录实验数据，如发射和接收的时间差。
四、数据分析与讨论1. 各小组汇报实验数据。
2. 共同分析数据，探讨影响测距精度的因素。
对话示例：师：“请各个小组把你们的实验数据分享一下。
”生：“我们这组测了几个不同距离的数据……”师：“大家一起来分析一下这些数据，看看能发现什么问题。
”五、知识拓展介绍超声波传感器在其他领域的应用，如工业自动化、医疗等。
六、总结归纳1. 回顾本节课的重点内容：超声波传感器的原理和测距方法。
2. 强调实验过程中的注意事项和科学态度。
教材分析：本节课的内容紧密结合实际应用，通过对超声波传感器的学习，使学生了解现代科技在日常生活中的应用。
教材内容循序渐进，从超声波的基本特性到传感器的工作原理，再到具体的测距方法，有利于学生逐步掌握知识。
赣科版八上信息科技 第二单元 第6课 超声波传感器 教案8
超声波传感器教学设计信息意识：学生能够认识到信息技术在日常生活中的广泛应用，理解超声波传感器等技术在实现智能家居、节能减排等方面的重要性。
培养学生关注并思考如何利用信息技术解决实际问题，提高信息敏感度和信息应用能力。
计算思维：通过学习超声波传感器的工作原理和编程控制风扇的方法，学生能够掌握基本的逻辑判断和条件分支结构。
培养学生分析问题、抽象问题、设计算法和解决问题的能力，形成计算思维的习惯。
数字化学习与创新：学生能够利用编程工具和超声波传感器等硬件进行实践操作，通过动手实验和编程实现自动感应风扇的设计。
鼓励学生在实践中探索和创新，培养数字化学习和创新的能力，提高利用信息技术进行自主学习的能力。
信息社会责任：学生应了解并遵守信息技术使用的道德规范和法律法规，确保在设计和使用自动感应风扇等智能设备时，尊重他人隐私和安全。
培养学生关注信息社会的伦理问题，提高信息安全意识和责任感，促进信息技术的健康发展。
论，提出自己的见解和疑问。
明确本课的学习目标，做好学习准备。
培养学生的思维能力和表达能力。
• 明确学习目标，为新课的讲授做好铺垫。
环节一：认识电机、舵机 教师活动： 展示电机和舵机的实物或图片，介绍它们的基本构造和工作原理。
通过演示或视频，展示电机和舵机在实际应用中的效果。
提问学生：“电机和舵机在自动感应风扇的装置中可能起到什么作用？”环节二：了解超声波传感器 教师活动： 展示超声波传感器的实物或图片，介绍其基本构造和工作原理。
通过实验演示，展示超声波传感器如何探测物体的距离。
提问学生：“超声波传感器在自动感应风扇的装置中可能起到什么作用？”环节三：编程实践教师活动：引导学生回顾前面学习的电机、舵机和超声波传感器的知识。
展示编程界面和流程图6-8，介绍如何搭建完整的脚本以实现自动感应风扇的功能。
示范编写超声波模块和继电器模块的代码，并解释代码的功能和逻辑。
代码示例：超声波模块代码：• 认真观察电机和舵机的实物或图片，聆听教师的介绍。
超声波传感器课稿课件
在工业自动化领域，超声波传感器可用 于检测工件的位置、尺寸和表面质量等。
在机器人技术领域，超声波传感器可用 于实现机器人对周围环境的感知和定位。
03
超声波传感器技术
信号处理技术
01
02
03
信号增强
通过放大电路或数字信号 处理技术，对微弱的超声 波信号进行增强，提高信 号的信噪比。
医疗领域
超声波传感器在医疗领域主要用于诊 断和监测，如超声成像、血流速度测 量等。
交通领域
超声波传感器可以用于车辆安全系统， 如倒车雷达、碰撞预警等，提高驾驶 安全性。
农业领域
在农业领域，超声波传感器可用于土 壤湿度、植物生长监测等方面，提高 农业生产效率和智能化水平。
06
总结与展望
本课程总结
超声波传感器原理介绍
在化工、石油、制药等领域，超声波传感器能够检测气体成分，如氧 气、氮气、二氧化碳等，实现气体浓度的实时监测和控制。
温度监测
超声波传感器可以用于温度监测，尤其在高温或低温环境下，能够实 现快速、准确的温度测量。
其他领域应用案例
总结词
除了工业检测和环境监测领域，超声 波传感器还广泛应用于医疗、交通、 农业等领域。
气体型超声波传感器主要用于气 体流速、流量和压力等参数的测量。
液体型超声波传感器主要用于液 位、流速和流量等参数的、厚度和形状等参数的测量。
04
超声波传感器的应用领域
超声波传感器广泛应用于工业自动化、 机器人技术、医疗设备、环境监测等领域。
在环境监测领域，超声波传感器可用于 测量空气质量、气体成分和温度等参数。
超声波传感器利用压电效应原理，将高频声波转换为电信号，
EV3 初级课程《超声波传感器》教案
《超声波传感器》教案老师：“测量距离是指测量它与物体之间的距离。
比较距离是指测量出的距离进行比较，是否满足设定的条件。
”老师：“今天我们就要利用超声波传感器，搭建一个能够车辆距离的小车。
小车直行，测量出行驶了多长的距离。
”提出任务一：建构：1）两个大型电机搭建基本车型。
2)竖直固定超声波传感器在车头。
3）固定触动传感器在车上。
程序：1）移动转向模块控制小车行走。
2）超声波传感器模块与显示模块相连显示距离。
一、结构分析。
1.结合图片，分析转盘的结构。
1) 车体2）触动传感器3）超声波传感器二、利用乐高教具，引导学生进行建构操作。
1.车体。
1）教师提问：如何搭建稳定的车体呢？2）制作要求：搭建任意一个之前学过的车体。
2.搭建触动传感器。
1) 教师提问：如何操控小车行走前进呢？2）制作要求：将触动传感器固定在小车上。
3.搭建超声波传感器。
1) 教师提问：如何安装超声波传感器呢？2）制作要求：将超声波传感器竖直固定在车头。
4.编程1）教师提问：如何实现超声波传感器的测量呢？今天老师要给大家介绍等待模块新的模式——超声波传感器模式，与超声波传感器模块。
2）如何把测量数值显示在屏幕上呢？——显示模块。
任务：小车以50功率后退2秒，测量行驶距离。
程序释义：移动转向模块功率50时间2秒——超声波传感器测量模式——连线显示模块。
二、提出任务三：课程回顾。
1.教师课程内容总结1）今天我们学习哪些新零件？它有哪些特点？——超声波传感器传感器。
能够测量距离。
2）分享一下今天你搭建的是哪种车型？——核心固定方式：横向/竖向/垂直/倾斜。
轮子个数：2/4/6等。
3）今天学习了哪些编程模块，它有什么作用？——等待模块中13个模式之一的超声波传感器模式与超声波传感器模块。
能够测量距离与比较距离。
2.《超声波传感器》活动内容分享1）学生以个人为单位，每名学生依次分享本次活动内容。
2)同学之间可以进行提问反馈。
提出任务四：整理教具。
《有趣的超声波传感器》教学设计--郝劲峰
综合实践研究性学习开展创新性活动品位创新的快乐《有趣的超声波传感器》市丰台区丰台第五小学郝劲峰Word资料一、指导思想与理论依据（一）指导思想综合实践的总目标是密切学生与生活的联系,推进学生对自然、社会和自我之在联系的整体认识与体验，发展学生的创新能力、实践能力以及良好的个性品质。
（二）理论依据1. 坚持学生的自主选择和主动参与,发展学生的创新精神和实践能力综合实践活动的实施要以学生的直接经验或体验为基础，将学生的需要、动机和兴趣置于核心地位,充分发挥学生的主动性和积极性,鼓励学生自主选择活动主题,积极开展活动,在活动中发展创新精神和实践能力。
2. 面向学生完整的生活领域,为学生提供开放的个性发展空间综合实践活动的实施是面向学生完整的生活领域，引领学生走向现实的社会生活，促进学生与生活的联系，为学生的个性发展提供开放的空间。
3. 注重学生的亲身体验和积极实践，促进学习方式的变革综合实践活动的实施强调学生乐于探究、勤于动手和勇于实践，注重学生在实践性学习活动过程中的体验和感受，要求学生超越单一的接受学习，亲身经历实践过程，体验实践活动，实现学习方式的变革。
二、教材分析1.教学容：《有趣的超声波传感器》是我校自主开发的机器人校本课程中的四年级部分。
本课共分为两课时，第一课时，学生学习认识超声波的概念，理解超声波传感器测距的原理，并能够使用超声波进行实际距离的测量。
本节课重点在与超声波在程序中的应用，通过超声波等待模块的使用来实现自动停车，机器人避障的效果，让学生感受程序与传感器共用所带来的神奇与乐趣。
2.知识背景：（1）声波：发声体产生的振动在空气或其他物质中的传播叫做声波。
根据震动频率及人耳朵能够听到的围分为次声波（震动频率20赫兹一下），声波（震动频率在20-20000赫兹之间），超声波（震动频率在20000赫兹以上）（2）超声波：声音的震动频率在20000赫兹以上，超出人耳朵能够听到的围的声波。
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2020/5/27
10
利用压电效应的原理制成，是利用了压电的可逆 效应即施加40KHz高频电压，压电片根据所加的高频电 压极性伸长或缩短，于是发射频率是40KHz的超声波， 利用了压电的逆压电效应。经被测物反射后接收器接 受，再利用压电材料的压电效应，转换成电荷，经测 量转换电路，记录或显示结果。
聚焦探头采用曲面晶片来发出聚焦的超声波； 也可以采用两种不同声速的塑料来制作声透镜；也 可以利用类似光学反射镜的原理制作声凹面镜来聚 焦超声波。
2020/5/27
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聚焦探头原理及外形
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水浸聚焦探头
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（一）以固体为传导介质的超声探头
a单晶直探头
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b双晶直探头
c斜探头 15
1、接触式直探头（纵波垂直入射到被检介质）
常用频率范围：0.5~10MHz
常见晶片直径：5~30mm
保护膜
外壳用金属制 作，保护膜用硬度 很高的耐磨材料制 作，防止压电晶片 磨损。
2020/5/27
2020/5/27
典型外形及符号
11
二、超声波传感器的结构
结构： 超声发射器 超声接收器 发射器的压电片上粘贴了一只锥形共振盘，以提高 方向性。 接收器在共振盘上安装了阻抗匹配器以滤除噪声， 提高效率。
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以空气为传导介质的超声传感器结构
a） 超声发射器 b）超声接收器 1—外壳 2—金属丝网罩 3—锥形共 振盘 4—压电晶片 5—引脚 6—阻抗匹配器 7—超声波束
超声波塑料焊 接机
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超声波用于高效清洗
当弱的声波信号作用于液体中时，会对液体产 生一定的负压，即液体体积增加，液体中分子空隙 加大，形成许多微小的气泡；而当强的声波信号作 用于液体时，则会对液体产生一定的正压，即液体 体积被压缩减小，液体中形成的微小气泡被压碎。 经研究证明：超声波作用于液体中时，液体中每个 气泡的破裂会象被称之为“空化作用”，超声波清洗正是利 用液体中气泡破裂所产生的冲击波来达到清洗和冲 刷工件内外表面的作用。超声清洗多用于半导体、 机械、玻璃、医疗仪器等行业。
超声波传感器 概述：
次声波 声波的分类 声波
超声波 声波是机械波，振动频率为20Hz—20KHz。 1、次声波 是频率低于20赫兹的声波，人耳听不到，但可 与人体器官发生共振，7~8Hz的次声波会引起人的恐 怖感，动作不协调，甚至导致心脏停止跳动。
2020/5/27
1
2.可闻声波：频率20Hz—20KHz。
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超声波清洗原理及清洗器
（参考湖南省浏阳市医用仪具厂 、北京德泰隆科技发展有限责任公司资料）
波浪
气泡
清洗物
超声换能器
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第一节 超声波传感器的结构及工作原理
频率高于20kHz的机械振动波称为超声波。 它的指向性很好，能量集中，因此穿透本领大， 能穿透几米厚的钢板，而能量损失不大。在遇到 两种介质的分界面（例如钢板与空气的交界面） 时，能产生明显的反射和折射现象，超声波的频 率越高，其声场指向性就愈好。
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2
3.超声波：频率高于20KHz
蝙蝠能发出和听见超声波。蝙蝠依靠超声波捕食
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2、超声波应用举例
超声波与可闻声波不同，它可 以被聚焦，具有能量集中的特 点。
超声波加湿器
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超声波雾化器
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压电陶瓷或磁致伸缩材料在高电压窄脉冲作用下， 可得到较大功率的超声波，可以被聚焦，能用于集成 电路及塑料的焊接。
接插件
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2、双晶直探头
双晶直探头与单晶直探头的区别是： 结构： 由两个直探头组合而成，一个晶片是发射超声波， 另一个晶片接受超声波，两晶片间有隔离系统，发 射和接受互不影响。 延迟块可以减少盲区，提高分辨能力。 优点： 虽然结构比单晶直探头复杂，检测精度高。控制电 路简单。
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接触法双晶直探头
结构：
将两个单晶探头组合装 配在同一壳体内，其中一片 发射超声波，另一片接收超 声波。两晶片之间用一片吸 声性能强、绝缘性能好的薄 片加以隔离。
优点：
发射晶片
双晶探头的结构虽然复 杂些，但检测精度比单晶直 探头高，且超声信号的反射 和接收的控制电路较单晶直 探头简单。 接收晶片
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以空气为传导介质的超声传感器结构
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三、超声波探头
超声波换能器又称超声波探头。超声波换能器 的工作原理有压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种， 在检测技术中主要采用压电式。超声波探头又分为 直探头、斜探头、双探头、表面波探头、聚焦探头、 冲水探头、水浸探头、高温探头、空气传导探头以 及其他专用探头等。
2020/5/27
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一、超声波的传感器的工作原理
目前市场销售的超声波传感器有两种形式：
专用型 、兼用型
产品通常标有谐振中心频率：
23KHz、40KHz、75KHz、200KHz、 400KHz。
超声波传感器有发射、接收两部分
发射元件—利用压电材料的逆压电效应，将 高频电振动转换为机械振动产生超声波。
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各种接触式斜探头
常用频率范围：1~5MHz
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双晶斜探头
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4、水浸探头
（可用自来水作为耦合剂）
选择声透 镜形状，可决定 聚焦形式为点聚 焦或线聚焦。
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5、聚焦探头
由于超声波的波长很短（毫米数量级），所以 它也类似光波，可以被聚焦成十分细的声束，其直 径可小到1mm左右，可以分辨试件中细小的缺陷， 这种探头称为聚焦探头。
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各种双晶直探头
焦距范围：5~40mm, 频率范围：2.5~5MHz， 钢中折射角：45 ~70
2020/波、瑞利波或兰姆波探头）
接插件 底部耐磨材料
压电晶片粘贴在与底面成一定角度（如30、 45等）的有机玻璃斜楔块上，当斜楔块与不同材 料的被测介质（试件）接触时，超声波将产生一 定角度的折射，倾斜入射到试件中去，可产生多 次反射，而传播到较远处去。