掌握驱动器特性 低电压AC LED应用放光芒（范文模版）

第一篇：掌握驱动器特性 低电压AC LED应用放光芒（范文模版）

掌握驱动器特性 低电压AC LED应用放光芒

低电压交流电照明系统在市场上愈来愈受欢迎。在零售商和家居建材行大力推广下，已使电源系统纳入特定低电压的使用规则，用户不必经过承包商便能自行安装。此外，低电压交流电LED系统也能实现稳定的电路分析，有助提升产品的可靠性。

低电压交流电照明系统在市场上愈来愈受欢迎，从室内重点照明(Accent Lighting)到一般的轨道灯，乃至于应用在户外照明系统。零售商和家居建材行如IKEA和Home Depot已经将这些技术迅速而广泛的传达给顾客，使电源系统纳入特定低电压的使用规则，使用者

便不必经过承包商而能自行安装。

低电压交流电LED照明应用兴起

所有低电压交流电照明系统使用的是一种独立式主电源，这个主电源提供离线交流电转换成低电压的方案，在任何负载下，即使电路处于开路的情况，其输出均不会超过30伏特有效值(VRMS)。其次，在所有状况下，电路必须有一个25安培(A)的电流限制，这两个条件将决定低电压交流电照明应用的最大电力。典型的输出电压是12或24伏特交流电(VAC)，但仍须保持25安培最大电流值不变，不论是12伏特、300瓦(W)的系统或24伏特600瓦的系统皆是。

鉴于上述原因，低电压交流电照明在发光二极管(LED)照明应用中，相当受到青睐，该技术甚至可应用在300瓦的LED照明功率中，相当于三至四个路灯的输出。此举让设计者在设计上拥有很大的弹性，可允许相对较大型的单一组件或由单一电源提供的多组态灯器设计，亦或是在这两者之间的设计。可确定的是，透过具弹性的LED照明应用设计，将使照明

系统从传统白炽灯大步往前迈进。

而在低压交流电系统中，可考虑三个不同的照明灯具，首先是仅在一到两个个别系统中装置一个大/高输出设计;其次为可支持十到二十个装置于系统小灯源的中型输出设计;最后则是可允许在单一系统中存在五十到一百个照明器的小型输出设计。

大型数组设计打造高灯源输出应用

以大型数组设计而言，在两个不同的范围中，立即能显现出LED独特设计的好处，特别是在更独特的大型照明灯源例子中，可透过大型数组创造出高灯源输出应用。一般而言，在路灯的应用(采用高电压离线解决方案)上会使用100瓦的LED灯源，虽然不建议其使用低电压交流电系统(这会带来整个规则和标准的新设置)，但设计者却有机会以低电压交流电的预算达到同样效果，进而从一个3.5伏特的顺向电压和使用350毫安电流的标准LED着手进行设计，大致上以每个1.2瓦或约八十个LED为基础。

为达到所期待的输出电力，使用单一驱动器并使用多组串联/并联组合方式的LED方案便很有吸引力，但产业界通常不鼓励此种设计规则，原因在于若支持个别控制每一个LED线路，首先遇到的问题为，LED和温度有前馈的关系，当温度上升时，须严格控制顺向电压下降，以避免更多电流流动，进一步使LED的温度升高。其最大的影响就是在不同线路共享相同电流之下，将会很快产生搭配不当的问题，若电流没有被个别安排，以便通过整个线路，便很可能成为系统故障的来源。

利用在线设计工具寻找适合LED驱动器

如同前述，市场上有各式各样的驱动器能符合需求。美国国家半导体(NS)就有几款LED驱动器能够达到所需的最大输入范围，同时也具备简易设计的特性和效能表现。先从24VAC系统谈起，此为最引人注意的特殊大型灯具，目前谈及的驱动器都是直流对直流(DC-DC)转换器，所以在主电源提供的交流电讯号将会有进行一些整流的情形，基于此种情况，对转换器的输入条件须改为：24VRMS=67.88VPP和在调整后驱动器最大的输入电压范围34伏特。

就确实可知的条件来说，在此阶段的设计上，设计者心中可能已有一个特定的LED规格，而本文讨论的所有设计，都可以使用如美国国家半导体的WEBEBCH LED Designer在线设计工具进行开发，可以键入输入电压(34伏特直流电)、LED类型/值及所需的输出组态。此外，在350毫安和Vf=3.5伏特条件下，可驱动九个LED组合而成的24VAC灯串，整流后为34伏特直流电(VDC)。而透过在线工具中的参数搜索工具，看似拥有许多适用的输入范围，然因工作周期的限制，其实并没有大量可支持的线路。在此情况下，仅有美国国家半导体的LM3401和LM3409两款LED驱动器可作支持，若把LED的数量从九颗减少至八颗，在驱动器的选择上才会增加。

值得注意的是，当灯串的LED数量增加时，则须要经由电压的升压来支持，现今大多低电压交流电应用的主要转换器拓扑为降压转换器(输出到LED的驱动电压比输入到转换器的电压还低)，这是对较少LED线路的主要观点。

了解驱动器角色对症下药

一般来说，尽可能使用单一驱动器来驱动多个LED最符合成本效益，然并不主张在单一驱动器中使用并联线路，而是希望串联线路尽可能延长;其有利条件在于，即使线路受到严格规范和保护，亦可确保通过LED的电流皆相同。如此一来，一个较大的输入电压就能简单驱动大量的LED线路，只是在经过整流后，该线路通常会流失一半的交流电电压值，故其优势大打折扣;为解决此一问题，则可改采升压解决方案(输出电压比输入电压大时)，以减轻

驱动大量LED线路的负担。

另一个观点是，若灯串可维持低于二十个LED(Vf=3.5V和350mA的LED驱动电流)，就能在低电压限制下维持升压输出(在84.85VPP的低电压限制下有70VDC)，可经由美国国家半导体任一款LM342X驱动器达到，它提供过压/欠压保护机制、电流限制，以及依需求选配的过热保护功能。

此外，对于驱动器装置特色的了解在电路设计上扮演重要的角色，如是否须支持脉冲宽度调制(PWM)调光、模拟调光等，或是为改变光源输出是否须加入一些光学要件及过热保护，以上考虑均为选用何种驱动器的因素。

针对上述需求，LM3421/23驱动器具备阻止和察觉额外错误警告的特色，对于欲达到高层级保护及提供微控制器(MCU)反应的应用来说，是很合适的组件。而LM3424内建的过热保护功能有利于光学或过热保护应用(降低与LED温度有关的输出电流);再者，LM3429虽为此系列产品最基本款的驱动器，但仍具有在升压应用中的过压保护和电流限制，协助升压检测。

图1所示为驱动二十个LED，每一个平均电流均为350毫安，3.5伏特顺向电压的电路图，此外，电路也许会因为须要进行模拟调光(当输入减少时光源的输出就会降低)而有所改变，以符合简单又全面受到保护的线路驱动器。如欲寻求更严格的颜色准确度，可采用PWM

调光。

图1 大型数组设计应用LM3429的升压配置，采用24VAC系统，在电流为350毫安的条

件下，可驱动二十个LED

大电容方案降低涟波 延长电解质电容寿命

有一个简单的概念是应用升压解决方案来恢复以交流电整流驱动大量LED灯串时损失的电压，且仍保持在低压限制中，这大约是前端消耗的27瓦(在92%效率下的24.5瓦LED)，故显而易见，系统是如何在单一附件下拓展成每个线路都受到完整保护的高规格设计。

若进一步采用四条这样的电路，则每条线路均能达成完整保护和控制的100瓦设计目标，为实现此一架构，则可能在前端使用一个一般的整流器(只需要×4电流率的桥接二级管和C1/C2的×4电容)。此外，LED照明设计如果在低电压系统下有300～600瓦的可用电力，25安培的总电流对设计人员而言就具有很多选择。举例来说，从D1～D4需要被规范出最大电压和电流的余量(Headroom)。输出的电容可用下列方程式表示：

C=0.7(I)/ΔE(f)

其中，I代表到下游电路的输入电流(直流对直流转换区)，ΔE为可允许的涟波电压，而f则是交流电频率。由于此设计有92%的效率，鉴于LED功率为24.5瓦，这代表前端的直流对直流区将有26.6瓦的功率;而在整流(34VDC)后，从24VAC的电源使用26.6瓦并产生约782毫安的平均输入电流，如此一来，将可适当调整二级管整流器的规格。

另一方面，可接受的涟波也影响着电容的需求，举例来说，执行一个800毫安的输入电流，且在120Hz线路上允许一个1伏特的涟波(因桥接整流器的关系为2×60Hz)需要9,300μF的大电容;如果是3伏特的涟波则只需要1,500μF，由于降低涟波对电解质电容的寿命提供较佳的保护，故此情况下，大电容将是可能采取的选择方案。

小型数组设计挑战重重 降低电容温度势在必行

另一个极端的设计范围是小型数组设计，该设计可能是单一LED组件或是一个单独的组件中包含三个组件，可让1瓦变成3瓦的现代化LED照明效率解决方案，在环境和公园照明

设备中颇受欢迎。

小型数组设计对105℃额定值的电容而言，让它们保持冷却在65℃及更低的温度，为此设计中较薄弱的环节;不过，由于电解质电容每低于额定温度10℃，就能增加一倍的使用寿命，意味着若一个设计师可维持65℃或更佳的温度状况，105℃额定电容将能延长十六倍的额定寿命，在此比率下，5,000小时的额定电容可延长到80,000小时，对小型数组设计来

说，虽为极大的挑战但仍势在必行。

由此可证，良好的热能设计在LED应用扮演关键角色，且使用有效率的驱动器如LM3429，则使设计挑战更容易解决。在此设计上，最热门的装置是单结型场效应晶体管(FET)M1开关，其可达到约65℃的温度表现，虽然并没有多大影响，但是设计者必须确定它与其它重要热源均与电解质电容保持距离，且所有板上的组件都保持在50℃以下，可见从LED散出的热

能永远是最大的挑战，而不是电子学。

小型数组设计获橱柜/展示用照明青睐中国照明网技术论文·LED照明

橱柜和展示用照明是低电压交流电系统中，关于小型数组设计的另一个受欢迎应用，可考虑一个3伏特正向电压、350毫安、1瓦的LED，搭载一个简单的12VAC系统，即可因降压转换器的架构提供充分余量，并可有效率的驱动LED。如图2所示，LM3407提供一个350毫安的输出限制、小型封装，和极少的外部组件，以驱动此类型的LED。由于低功率消耗的设计(在输入端稍为超出1.5W)概念，可在一个单独的低电压12VAC电路支持多达两百个模块，若使用24VAC系统操作，则可超过两百五十个(大部分低电压系统的电流限制最大为2

5安培)。

图2 符合小型数组设计的LM3407采用12VAC系统，可驱动电流为350毫安的3Vf单一

LED

反观交流对直流(AC-DC)的转换则是以大型数组设计处理，基于直流对直流转换区的输入电流，可为输入整流二极管和保持电容选择适当值。在此设计中，小于100毫安的输入电流和允许2伏特涟波约需290μF电容，因此，330μF将能轻易实现这样的需求。

有一项额外考虑系针对较小负载设计而生，主要系一次侧变压器的工作可能需要某一个最低负荷，当处在非常小且低功耗的系统中，便须要特别考虑此问题。以一个60瓦低电压交流变压器而言，可能需10瓦的负载才能正常运行，而LED装置的效率可根据主电源的供

应范围处理该问题。

举例来说，在美国国家半导体的RD-148参考设计中，运用LM3405A展示在12VAC系统下驱动一个3.6Vf、600毫安的单一LED解决方案。而基于该参考设计架构的LM3405A和LM3407均适用于在较小灯光模块中，因其有较小的封装尺寸(LM3405A采SOT23封装)和极少的外部组件。透过RD-148的实例，将能简易实行一个尺寸为14毫米×21.5毫米的完整解决方案，甚至是更小的解决方案也可能实现。

实现中型数组系统 热能管理至为关键

目前中型设计(中型数组，但许多个别系统)已提出最新的进展，藉由使用单一封装的较大多组件数组就能提高照明输出，且有更好的效率和热能管理技术。欲完成此种设计，可考虑一个10.5伏特的Vf暖白光数组，和一个典型的640毫安电流。值得注意的是，维持数组在典型的电流或适当的热能管理设计，特别能延长产品寿命，甚至是在高温有害的环境中，虽然这对许多IC驱动器是很困难的挑战，但在市场需求的推动之下，可预期不久之后就有大量符合此需求的产品出现。然而，在经过几个设计循环后，产业界便发现许多整合FET的驱动器，对于热能设计有处理上的困难。

承续上述论点，许多整合FET的产品在30℃环境温度下操作，其IC接面点温度超过90℃，这代表组件在外部环境建议的操作温度下，只有35℃的余量(到达150～160℃时就会进入热能关机，但最大的建议操作温度是125℃)，这对热能机械设计来说是很难处理的，故须确保该情况不会在LED的应用上发生。

热能挑战迎刃而解 高整合控制器功不可没

总括来说，60℃温差的热能循环(从LED帽到焊接点，一直到驱动板)在设计上并不完美。谈到LED的使用寿命和可靠性，热能永远是必须解决的问题，而图3所示的LM3409控制器就是一个优异的选择，它能让设计者透过各种外部组件将热能排出，以一个低成本的P-Channel金属氧化物半导体场效晶体管(PFET)外部组件为例，藉由使用LM3409就能显著降低系统温度，而其中最热的组件应该是53℃的PFET。

图3 适合中型数组设计的LM3409采用12VAC系统，可驱动640毫安电流和10.4伏特的LED数组封装。

由于LM3409的接面温度是43℃，而所有测试都在30℃环境温度下进行，这表示其拥有充分的热能余量，也使设计者更容易达到热能设计的目标。此外，LM3409系一个高度整合的控制器，特别是用于固定电流的LED驱动应用中，所以只需要少数的外部组件，便可以解

决尺寸问题和降低生产成本。

LM3409亦具有容易进行调光控制的优势，不论是PWM调光(在EN接脚上)或是模拟调光，均可藉由一个电压分压器隔开主要输入轨来获得模拟调光功能，如此一来，就能在输入电压直接降低时，连带使LED电流下降，以达到设计弹性。其次，如果要求绝对色彩准确性或其它特殊的调光功能，则可使用PWM讯号(外部的微控制器或类似装置所提供)或是模拟IADJ

接脚，完成此一需求。

另一方面，LM3409具有两个有效的监视电流回路，一个是设置在高端电流感测电阻RSNS，另一个直接在ISENS。设计者有三个方法经由ISENS来达到模拟调光，首先是透过ISENS开路以让RSNS控制LM3409;再者系提供接脚一个从0～1.24伏特的外部电压(由RSNS设置时1.2伏特是最大输出);或可从接脚到地面连结一个分压器以改变电流(永远将RSNS设置到

最大)。

透过以上三种方式，在交流电转换成直流电后，经由电压分压器到主输入轨就能轻易连结;不过若选择电压分配器在1.24伏特时，则可拥有最大的输入电压(12VAC系统16.97V，24VAC系统33.94V)，因此，当输入电压较低时，理所当然会产生一个较低的光源输出。

而值得讨论的是，该情况与不具典型调光装置驱动器的差别，或没有这个连结的话，LM3409将如何表现。

由于上述情况均是针对直流对直流的调节器，所以会有输入到输出改变的自然情形，有鉴于此，想要对一个固定的电压或电流加以控制的想法便应运而生。举例来说，若不提供一个调光讯号，电路就会尝试维持电流的规格，直到输入电压接近输出电压(LED驱动电压)，且输出电平将不会改变，直到输入端进入电路讯号损耗区(通常是在降压调节器运作下驱动电流时，输入的伏特数高于所要求的输出)，当输入电压开始下降时，输出电压也随着快速

减少。

反观在PFET控制器的调节下，LM3409只有小范围的改变，能够在整个工作周期下，维持非常低的损失，其使用模拟调光功能可以线性方式降低LED电流，使LED具备可调光的设计，在开关关闭前达到欠压锁定设定(或者可以用极小的输出电压驱动LED)。藉由改变电压的方式来达到调光功能，已能有效的控制输入线路，而在交流对直流的前端，则需要额外的电容以达到光源输出后，所造成的输入涟波最小化。

此外，透过直接连结调光功能到输入电压，可不须顾虑LED驱动器的稳定度。除非充分过滤，否则输入线路的任何暂时状态都会显示在输出上。因此，该连结方式较不受到支持，除非须要使用调光功能，让IADJ维持开路。

另一方面，低电压TRIAC调光装置也可能会带来设计上的挑战。使用调压变压器或以交流低电压波形降低峰值的低电压调光系统，若使用类似的电路就可以良好的运作，不过，TRIAC调光系统需要额外的电路用以适当的译码截波波形。

低电压交流电系统结合LED 照明解决方案大小通吃

总结而言，低电压交流电系统结合LED照明效能，可提供设计者创造各式各样从小型到大型照明解决方案的能力。美国国家半导体拥有适用于24VAC和12VAC系统广泛的产品组合，以协助实现其设计，在五花八门的产品阵容下，决定使用那种解决方案则取决于组件的特色，以及所需的解决方案尺寸。

尤其须要注意的是，整体系统的设计须透过现今驱动器的一些特性与进展，才能作出正确的决定，并使设计变得更简易、更健全和有效降低成本。拥有完备的解决方案知识，将能够进一步实现兼具快速及成本效益的解决方案，亦让设计人员拥有许多可用的选择。

不仅如此，低电压交流电LED在简化设计方面也提供稳定的电路分析，有关这些优点都能节省设计时间和金钱，同时也能提升产品的可靠性。

第二篇：服饰礼仪—掌握色彩的特性

色彩，是服装留给人们记忆最深的印象之一，而且在很大程度上往往也是服装穿著成败的关键所在。在服装的三大要素之中，色彩对他人的刺激最快速、最强烈、最深刻，所以被称为“服装之第一可视物”，故应引起高度重视。

人们在穿著服装时，在色彩的选择上往往既要考虑个性、爱好、季节，又要兼顾他人的观感和所处的场合。所以世界著名服装设计师伊迪丝•里德才说：“也许在取得衣着成功方面，色彩是最有帮助的要素。色彩可以是您最好的朋友，也可以是您最凶恶的敌人。”

对一般人而言，在服装的色彩上要想得获得成功，最重要的是要掌握色彩的特性，色彩的搭配、色彩的调节以及正装的色彩的选择这四个方面的问题。

色彩的特性

从本质上讲，色彩乃是人的眼睛对物体反射的不同波长的光所产生印象。从色彩的功能上来看，它具有如下基本特性。

（1）色彩的冷暖

每种色彩都有区别于其它色彩的独特的相貌特征，它叫作色相。色彩因色相不同，而使人产生温暖或寒冷的感觉。使人有温暖、热烈、兴奋之感的色彩，叫暖色，如红色、黄色。使人有寒冷、抑制、平稳之感的色彩，则叫冷色，如蓝色、黑色。

（2）色彩的轻重

色彩的明暗变化的程度，被称为明度。不同明度的色彩，往往给人以轻重不同的感觉。色彩越浅，明度就越强，它使人有上升感、轻感。色彩越深，明度就越弱，它使人有下垂感、重感。人们平日的着装，通常就讲究上浅下深。

（3）色彩的软硬

色彩鲜艳明亮的程度，叫作纯度。色彩纯度越高，就越鲜艳纯粹，并给人以软的感觉。色彩纯度越低，就越为深、暗，并给人以硬的感觉。前者适用于喜庆场合的着装，后者则适用于庄重场合的着装。

（4）色彩的缩扩

色彩的波长不同，给人收缩或扩张的感觉便有所不同。一般来讲，冷色、深色属收缩色，暖色、浅色则为扩张色。运用到服装上，前者使人苗条，后者使人丰满。二者皆可使人在形体方面避短遮羞，但若运用不当，也会令人在形体上出丑露怯。

第三篇：激光的特性及应用教案

《6.2 激光的特性及应用》教学设计

【教学内容】

第六单元第2节。

【教学目标】

知识与技能：了解激光的产生机理，掌握激光的基本特性，知道激光的常见应用；通过延伸阅读，收集整理行业内激光应用的相关资料，了解行业内对激光的应用。

过程与方法：通过对激光的特点及应用的学习，培养应用物理知识解决实际问题的意识与能力；通过课外阅读收集整理有关激光应用的资料，培养学生收集、加工、整理、应用信息的能力。

情感态度价值观：通过对激光应用的学习，使学生感受到科学知识的无穷力量，感受科技进步对社会文明进程的推进作用，培养学生热爱科学、献身科学的品质。

【教学重点】

激光的特性及应用。

【教学难点】

激光的产生机理。

【教具准备】

激光器等。

【教学过程】

◆创设情境──引出课题

1．引导学生说说自然界及生产生活中见到的各种光现象

太阳光，烛光，各式各样的电灯发光，物体燃烧发光，炽热的固体、液体、气体发光，霓虹灯发光，雷电发光等等。

2．光是怎样产生的？

是由光源发出的。

3．光源是怎样发光的？

各种光源发光的机理不同，发出的光的特性也会不同。这节课我们了解一种在自然界本来不存在，在人们使用了一种特殊刺激的方法，从原子内部激发出光的方法及激发出的光的特性和应用。

◆合作探究──新课学习

一、激光

1．什么是激光？

学生阅读课文，归纳小结，得出结论：

激光：原子受到特定刺激，内部结构发生变化时发出的光。对于激光的理解，有三个方面，一是激光在自然界原本不存在，二是激光是从原子内部发出的，三是原子内部发出激光不是自发进行的，需要特定的刺激。

1964年，我国科学家钱学森建议，中文中用“激光”一词。

2．世界上第一台激光器

1964年，人类制造出了第一台红宝石激光器。

3．激光技术

将激光应用于生产、生活、科技、军事等的技术。

二、激光的特性

1．学生阅读课文，思考问题：激光具有什么特性？各个特性有何应用？

2．组织学生讨论，得出结论

（1）方向性好

激光器发出的光是较好的平行光，传播过程中可以较好的保持平行，不发生散射。利用激光的这一特性，人类从地球表面向月球表面发射激光，成功接收到了被月面反射回的激光，利用光速和测出的激光从发出到接受经历的时间，计算出了月地距离。

（2）亮度极高

激光的能量极高，如果将激光束利用特殊“透镜”聚焦到一点上，这一点的能量极高，可以融化物质。利用激光的这一特性，加工行业中可以用激光进行切割、焊接、打孔，医学上可以利用激光切除病灶或杀死病变组织。

（3）单色性好

激光的颜色纯，可以获得特定颜色的单色光，作为光学研究中的单色光，也可制作广告牌、装饰舞台等等。

（4）相干性好

光是电磁波，具有波的一切特性，比如两列频率相等、振动方向相同、相位一致的两列光波相遇，会发生干涉现象。由于激光的单色性好，容易获得满足干涉条件的两列光波。

三、激光的应用

1．医学应用

（1）激光美容：利用激光去除皮肤色斑、纹身图案等。

（2）激光手术：利用激光束作为手术刀，完成手术，手术创口小、出血少、愈合快。

（3）激光治癌：利用激光束杀死癌变组织。

（4）激光戒烟：激光束刺激人体特定穴位，提高烟民体内吗啡激素的分泌水平，减少戒烟初期造成的各种不适反应。

2．工业应用

机等焊接，激光切割，激光钻孔等。

3．信息技术中的应用

传输信息：光纤通讯中，将传输的信息通过调制加载在激光上，利用激光在光纤中的全反射传递出去。

记录、读取信息：利用激光束在光盘上刻录信息，读取信息，实现海量信息的方便存储与读取；制作商品的防伪标识，读取商品条码信息。

激光全息照相：利用激光束的干涉，拍摄物体的全息照片；在利用激光的干涉立体显示拍摄物体的像，即使照片损伤，利用激光干涉，从照片任一碎片，也可显出物体的整个立体像。

4．测量地形地貌，获取地理信息。

5．军事应用──激光武器：

（1）激光炮、激光枪：发射高能激光束，利用激光能量摧毁目标。

（2）激光瞄准：狙击步枪等配置激光瞄准器，提高射击精度。

（3）地形地貌测绘：了解战场情况，敌情侦查等。

6．农业上的应用

利用激光照射农作物种子，改善作物品质，提高产量等。

◆交流评价──巩固总结

1．讨论问题：课本第172页“复习与巩固”1、2、3。

2．归纳小结本节要点（见板书设计）。

【布置作业】

1．复习课文，书面完成课本第172页“复习与巩固”1。

2．查阅有关激光特性与应用的资料，撰写小论文《激光的工业（或医学、农业、军事）应用》。

【板书设计】

第四篇：遥感技术的特性及应用

遥感技术的特性及应用

姓名：XX单位：XXXXXXXXX

【摘要】：文章通过介绍遥感技术的基本理论和特性，着重介绍了遥感技术在国民经济各方面的应用，以及对人类生活的影响。

【关键词】：遥感技术；特性 ；应用

[abstract] : this article through the introduction of the remote sensing technology in the basic theory and characteristics are introduced, and the remote sensing technology in national economic aspects of application, and the influence of human life.[key words] : remote sensing technology, Character;application

前言

随着人类生存环境的变化和国际竞争的日益激烈,对自然资源、地理资源和太空资源的开发和争夺已经成为影响人类和民族发展进程的重要因素。遥感正是为了满足这样的需求所产生的一门综合性应用技术, 它是以航空摄影技术为基础，在本世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。经过几十年的发展，遥感技术已经从航空时代进入航天时代。由于遥感技术能够全面、立体、快速有效地探明地上和地下资源的分布情况，其效率之高是以前各种技术无法企及的。因此，遥感技术已成为一门实用的，先进的空间探测技术。伴随遥感技术在国民经济中发挥着越来越重要的作用，由此带来了新一轮遥感应用的热潮。现在，卫星应用覆盖了减灾、健康、环境监测、能源调查等，影响了人类生活的方方面面。因此，在许多领域，遥感对地观测技术有着无限光明的应用前景。

1.遥感技术的涵义

遥感是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的，它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物，具有遥远感知事物的意思。也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，并从中获取信息，经记录、传送、分析和判读来识别地物。

当前遥感形成了一个从地面到空中，乃至空间，从信息数据收集、处理到判读分析和应用，对全球进行探测和监测的多层次、多视角、多领域的观测体系，成为获取地球资源与环境信息的重要手段。

2.遥感技术主要特点

2.1 可获取大范围数据资料。

遥感用航摄飞机飞行高度为10km左右，陆地卫星的卫星轨道高度达910km左右，从而，可及时获取大范围的信息。例如，一张陆地卫星图像，其覆盖面积可达3万多km2。这种展示宏观景象的图像，对地球资源和环境分析极为重要。

2.2 获取信息的速度快，周期短。

由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。例如，陆地卫星4、5，每16天可覆盖地球一遍，NOAA气象卫星每天能收到两次图像。Meteosat每30分钟获得同一地区的图像。

2.3 获取信息受条件限制少。

在地球上有很多地方，自然条件极为恶劣，人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻岭等。采用不受地面条件限制的遥感技术，特别是航天遥感可方便及时地获取各种宝贵资料。

2.4 获取信息的手段多，信息量大。

根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。例如可采用可见光探测物体，也可采用紫外线，红外线和微波探测物体。利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息。例如，地面深层、水的下层，冰层下的水体，沙漠下面的地物特性等，微波波段还可以全天候的工作。

3.遥感技术的实际应用

3.1 遥感技术在地质灾害中的应用

遥感技术应用于大面积的地质灾害调查, 可达到及时、详细、准确且经济的目的。在不同地质地貌背景下能监测出地质灾害隐患区段, 还能对突发性地质灾害进行实时或准实时的灾情调查、动态监测和损失评估。为此，我国设立了专门的“地质灾害遥感综合调查”课题, 经过近20年的实践,已摸索

了一套较为合理、有效的滑坡、泥石流等地质灾害遥感调查方法。在“5.12”汶川大地震的后续救援工作中，遥感技术就发挥了突出作用，第一时间提供了地质地貌变化情况，为政府作出正确决策提供了依据。

3.2 遥感技术在生态环境中的应用

伴随着社会的进步和发展，气候变化、环境污染成为了人类世界所面临的发展瓶颈。遥感技术应用于宏观生态环境要素的监测,具有视野广阔、获取的信息量多、效率高、适应性强、可用于动态监测等众多优点,同时其技术方法成熟。为此,采用卫星遥感这一面向全球的先进技术,是环境科学研究的必要途径,它不仅可以为我们提供大面积、全天时、全天候的环境监测手段,更重要的是能够为我们提供常规环境监测手段难以获得的全球性的环境遥感数据,这些数据将成为我们进行环境监测、预报和科学研究不可缺少的基础。

遥感技术应用于环境监测上既可宏观观测空气、土壤、植被和水质状况,为环境保护提供决策依据,也可实时快速跟踪和监测突发环境污染事件的发生、发展,及时制定处理措施,减少污染造成的损失。其从空中对地表环境进行大面积同步连续监测,突破了以往从地面研究环境的局限性。

如赤潮遥感监测。1995年至1997年国家海洋局第二海洋研究所开展了“海洋水产养殖区赤潮监测及其短期预报试验研究” ,该项目成功地监测和预报了1997年11月发生在广东沿海和1997年7月发生在浙江的赤潮。开创了国内赤潮卫星遥感实时监测和预测的先河。

3.3 遥感技术在农业气象灾害中的应用

目前我国农业生产基础设施薄弱,抗灾能力差, 对气象环境的依赖性很大。农业气象灾害对国民经济,特别是农业生产造成了极为不利的影响。利用遥感技术，可以绘制更加清晰、形象的气象图；进行气候资源监测评价；气象灾害评估；气象灾害预警、气候分析评价等等气象服务；建设基于遥感技术和地理信息系统(geographic information system)GIS支持下农业气象灾害监测系统开发；利用气象数据,结合GIS背景资料对危害区域、危险程度、受害作物面积进行分析、计算、评估，预测洪涝灾害的演进规律，提供受灾区域、受灾人口与损失估算报告, 并根据已有的抗洪措施形成后期应急反应方案以及防灾系统建设方案。

3.4 遥感技术在海洋渔业中的应用

近年来,海洋渔业遥感技术的研究和应用, 受到国内外各渔业相关科研单位和大学的广泛关注和重视。遥感技术应用于海洋渔业，具有大面积观测和实时动态监测的优点, 可以获取多种海洋环境要素信息,对预报渔场渔情信息是一种十分理想的手段。

3.5 遥感技术在流行病学研究中的应用

遥感及其相关分析技术为流行病学研究开辟了新的途径。周晓农等人利用1989年与1995年两次全国血吸虫病抽样调查资料和我国黄河以南1∶100万数字化地图建立了我国钉螺分布的GIS,显示了我国不同地区血吸虫病的流行强度、分布范围、数据来源及时间等。

为应付未来突发事变,可利用遥感技术提供目标地区的流行病学疾病预测资料,以制订卫勤保障计划,保障部队战斗力。美国军方从1982年以来就运用遥感技术开展了大量研究,他们以降雨量和气温以及从LANDSAT-3MSS获取的数据为参数预测了菲律宾血吸虫病的流行区分布,并用来计算美军军事演习期间可能由于血吸虫病而导致的潜在伤亡数;另外还将遥感技术应用于战争时区别自然状态的疾病暴发与由于使用生物战剂引起的疾病暴发的研究。

结束语

遥感作为一门蒸蒸日上的科学技术，在国家中长期科技发展规划中的地位已突显出来，近年国家特别强调以产业需求为导向，以行业应用的标准化规范化技术流程建立为重点，全面推进遥感技术的发展，国家的重视，社会的需求给遥感工作者带来了前所未有的发展机遇

参考文献：

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第五篇：纳米固体材料的特性及应用

纳米固体材料的特性及应用

摘要

本文阐述了纳米固体材料的概念及历史，说明了纳米固体材料的结构和由它引起的特性，介绍了纳米固体材料的各种应用。

关 键 词：纳米固体材料

特性

应用

纳米材料是目前材料科学研究的一个热点, 是21 世纪最有前途的领域。由于纳米材料具有特异的光、电、磁、热、声、力、化学等性能, 广泛应用于宇航、国防工业、磁记录材料、计算机工程、环境保护、化工、医药、建材、生物工程和核工业等领域, 其市场前景相当广阔。

目前我国从事纳米材料生产的企业有100 多家, 并建立了几个纳米材料研究基地, 有关科研部门和生产企业还对纳米复合塑料、纳米涂料、纳米橡胶和纤维的改性以及纳米材料在能源和环保等方面的应用进行了深入的研究和开发, 并取得一定的成果。近年来一些重大的研究成果不断问世, 如成功合成世界最长的碳纳米管, 制成性能优良的纳米扫描显微镜, 合成出高质量的储氢碳纳米材料等, 具有国际领先水平。我国已能生产铁、镍、锌、银、铜、铝、钴等金属纳米粉和氧化物粉末以及陶瓷粉末等30 多种, 有些产品已达国际先进水平。中国科学院化学研究所工程塑料国家重点实验室用天然粘土矿物蒙脱土作为分散相, 成功开发以聚酰胺、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯、环氧树脂、聚氨酯等为基材的一系列纳米材料, 并实现了部分纳米塑料的工业化生产。

纳米材料一般分为：纳米微粒、纳米薄膜（多层膜和颗粒膜）、纳米固体。

其中纳米固体材料是一类有广阔应用前景的新型材料,它是由纳米量级的超细微粒压制烧结而成的人工凝聚态固体。这种材料具有新型的固态结构,其性质与处于晶态或非晶态的同种材料大不一样,因此将它称为纳米固体材料。1963年，日本名古屋大学教授田良二首先用蒸发冷凝法获得了表面清洁的纳米粒子。1984年，由德国H.格莱特教授领导的小组首先研制成第一批人工金属固体（Cu、Pa、Ag和Fe）。同年美国阿贡实验室研制成TiO2纳米固体。20世纪80年代末，合金、半导体和陶瓷离子晶体等人工纳米固体相继问世。纳米固体材料具有全新的“类气态”结构，性能十分奇特。如纳米固体铁的断裂应力比常规铁材料一下子提高了近12倍；纳米固体铜又比一般铜材料的热扩散增强了近一倍。更为奇怪的是，普通状态下呈脆性的陶瓷，在纳米固体材料中却能被弯曲，其塑性形变竟然高达100%……来自太空的陨石和海底的锰结核中，都有超细微粒成分。人和动物的牙齿之所以特别坚硬，也与构成它们的物质是纳米尺度的超细微粒密切相关……

纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒间界面，如5纳米颗粒所构成的固体每立方厘米将含1019个晶界，原子的扩散系数要比大块材料高1014～1016倍，从而使得纳米材料具有高韧性。由于纳米粒子特有的结构，纳米粒子或纳米固体表现出一系列奇异而独特的性质，例如：①颗粒为6纳米的铁晶体，其断裂强度比普通多晶铁提高约12倍。普通陶瓷在常温下很脆，而纳米陶瓷不仅强度高，而且具有良好的韧性。②纳米金属的比热容比是普通金属的2倍，热膨胀率提高1～2倍。纳米晶体熔化时具有所谓准熔化相的中间相变过程。纳米铜晶体的自扩散率是普通点阵扩散的106～1019倍，这与纳米固体中存在较大空隙有关。③金属是电的良导体，纳米态下可能变为绝缘体。无极性的氮化硅是典型的共价键结构和绝缘体，在纳米态下不再是共价键结构，而且具有很强的极性，其高频交流电导急剧增大。一些典型的铁电体（见电介质物理学）在纳米态下变为顺电体。④铁磁性物质在纳米态下矫顽力几乎增大1000倍，但当尺寸减小到5纳米时，磁有序向磁无序转变，铁磁性消失变为顺磁性（见磁介质）。磁性金属的磁化率和饱和磁化强度均有很大改变。⑤纳米固体在较宽的波长范围内显示出对光的均匀吸收，几十纳米厚的薄膜相当于几十微米厚的普通材料的吸收效果。普通金属对光的反射率很高，而纳米金属微粒的反射率显著下降，通常低于1％。因等离子共振频率随粒子尺寸而变，当粒子尺寸改变时，对微波的吸收峰将发生频移。

固体的许多性能，在很大程度上取决于原子近邻间的状况。纳米固体的结构和原子排列的特殊性必将使其与结构相关的性能发生相当大的变化。纳米晶体物质的性能与通常的大晶粒多晶物质作比较，其差异是远远大于由晶态到非晶态的结构变化所引起性质的变化。

不同的化学组分在原子尺度的合金，是被限制在相图上所允许的范围内，即严格限制于一些在固态或熔融态中能互溶的化学成分之间。而大多数化学组分却是不互溶的……但是对于纳米固体，二元甚至多元的复合材料，可以通过把不同化学成分的超细微粒压制成多晶固体来获得，而不必考虑组成部分是否互溶。这样获得的纳米相复合材料，还不是在原子尺度上的合金，而是在纳米微粒尺度上的合金。但是如果微粒的尺寸达到有限几个原子间隙的大小时，两类合金的差异就大为缩小了。

由较大颗粒制备的常规材料中，相邻颗粒界面上的固态反应，由于参与反应的物质的颗粒和层厚较大，界面附近的原子与体内原子数量量比很小。所以，只能引起固体局部结构性质的改变。而纳米固体中存在的浓度极大且具有高度无序结构的界面，使得内部原子输运出现异常现象，导致自扩散系数的剧烈增大。加之纳米尺度的层厚及粒度使反应的距离变短，使相邻微粒之间的固态反应在较低的温度下就能进行。这将足以使纳米固体材料的界面组元中实现原子的混合，形成各种不同的亚稳相，实现材料的整体转变。这样，人们就有可能按预定的目的来改造和设计材料的性能。除了自扩散外，纳米固体中的量子隧道效应还使电子输运反常，某些合金的电导率可下降百倍以上，而其电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。

纳米固体在较宽的频谱范围内，显示出对电磁波均匀的吸收性能……“隐身飞机”需在其外壳包上某种吸波材料（又称隐身材料）。而几十纳米的纳米固体薄膜的吸收效果，与比它厚1000倍的现有吸波材料相同。

纳米陶瓷TiO2在常温下具有很好的韧性和延展性能。由于其高纯度的边界及小尺寸的晶粒，可在较低温度下烧结，并大大改善其性能。室温下的纳米陶瓷TiO2在压实中已结合得很好。当烧结温度高于500℃时就迅速增稠，而晶粒尺度却仅有微小增加。所以它能在比大晶粒样品低600℃的温度下达到类似于普通陶瓷的硬度……在冷加工成形后，可使之转变到常规陶瓷。若采用表面退火的办法，就能制成一种表面保持常规陶瓷的硬度和稳定性，而内部仍具有纳米材料的延展性的高性能陶瓷……

利用纳米粒子的高度活性可制备活性极高的催化剂，应用较多的是半导体光催化剂, 特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒, 可近似地看成是一个短路的微型电池, 用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时, 半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下, 电子与空穴分离,分别迁移到粒子表面的不同位置, 与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。

纳米铝粉是一种纳米金属催化剂, 因粒径小, 烃类与催化剂的混合接触充分, 传质效果好。无锡威孚吉大应用开发研究所, 投入资金约500 万元, 进行纳米铝粉应用于改进三元催化剂的研究和开发。同时公司还将纳米技术应用于汽车尾气净化, 应用前景较乐观。武汉塑料工业集团股份有限公司以中科院化学所工程塑料国家重点实验室为技术依托, 建设两条纳米材料生产线, 制造高性能聚合物/ 粘土纳米复合材料。该材料具有高强度、耐热、高阻隔及自熄灭性等优点, 在汽车、电子、建材、包装等领域有较大的应用潜力。另外, 江苏五菱常泰纳米材料股份有限责任公司也进行纳米材料及其产品的研究、制造及营销。江苏和陕西等地也分别建成纳米氧化锌生产线。

在火箭固体燃料中掺入铝的纳米微粒，可提高燃烧效率若干倍。利用铁磁纳米材料具有很高矫顽力的特点，可制成磁性信用卡、磁性钥匙，以及高性能录像带等。利用纳米材料等离子共振频率的可调性可制成隐形飞机的涂料。纳米材料的表面积大，对外界环境（物理的和化学的）十分敏感，在制造传感器方面是有前途的材料，目前已开发出测量温度、热辐射和检测各种特定气体的传感器。在生物和医学中也有重要应用。

Nano solid material properties and applications

Tiansainan Chemistry engineering of Beijing Institute of Petrochemical Technology Beijing 1026174；化092

090040 This paper expounds the concept and nano solid materials history, explained the structure of solid materials and nanotechnology caused by its characteristics, this paper introduces the application of nano solid materials.参考文献

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