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BOB半岛[论文摘要]对数字化变电站中光电互感器的工作原理、结构上的特点和优点进行简单分析,同时阐述光电互感器的应用对电能计量方面的影响。
数字化变电站就是将信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站。全站采用统一的通讯规约构建通信网络,保护、测控、计量、监控、远动、VQC等系统,均用同一网络接收电流、电压和状态信息,各个系统实现信息共享。常规综自站的一次设备采集模拟量,通过电缆将模拟信号传输到测控保护装置,装置进行模数转换后处理数据,然后通过网线上将数字量传到后台监控系统。同时监控系统和测控保护装置对一次设备的控制通过电缆传输模拟信号实现其功能。数字化变电站一次设备采集信息后,就地转换为数字量,通过光缆上传测控保护装置,然后传到后台监控系统,而监控系统和测控保护装置对一次设备的控制也是通过光缆传输数字信号实现其功能。
随着电力工业的不断发展,电网电压等级的不断提高,对电压、电流的测量要求也在不断提高,而互感器作为连接高压与低压的一种电器设备也不断地改进和发展,其中对于衡量互感器先进与否的一个重要指标就是互感器的绝缘问题。对于传统的电磁式互感器来说,由于绝缘成本随着绝缘等级的升高成指数增长,因此原有的空气绝缘、油纸绝缘、气体绝缘和串级绝缘已经不能满足超高压设备的绝缘要求,同时传统互感器存在磁饱和的问题,造成继电保护装置的误动或拒动,而且铁磁谐振、易燃易爆及动态范围小等缺点一直是传统互感器难以克服的困难。于是,各种针对高电压、大电流信号的测量方法便应运而生,其中,基于光学和电子学原理的测量方法,经过近三十年的发展,成为相对比较成熟、最有发展前途的一种超高压条件下的测量方法。
光电互感器指输出为小电压模拟信号或数字信号的电流电压互感器。由于模拟输出的光电互感器仍存在传统互感器的一些固有缺点,现在发展的高电压等级用光电互感器一般都用光纤输出数字信号。光电互感器与传统互感器外形相似,但体积小,重量轻,主要由传感头、绝缘支柱和光缆三部分组成。①传感头部件有罗科夫斯基线圈、采集器、A/D转换器和光发生器LED。工作原理是由罗科夫斯基线圈从一次传变信号,采集器采样后,AD转换器转换为数字信号,由LED转换为光信号,通过光缆送回主控室。罗科夫斯基线圈一般有保护、计量和测量、能量线圈,罗科夫斯基线圈形状是空心螺线管,无铁芯,填充非晶体材料,主要起支撑作用。②绝缘支柱采用硅橡胶绝缘子,内部填充固态硅胶,起到支撑、绝缘和固定光缆作用。③光缆分为数据光缆和能量光缆,从传感头通过绝缘支柱内部引下,送回主控室。④能量问题。传感头部件的电源是光电互感器的难点之一。传感头部件(采集器、A/D转换器和光发生器LED)使用微功耗装置,功率30毫瓦。
光电互感器可分为两种型式。一种是用磁光效应和电光效应直接将电流电压转变为光信号,一般称无源式;另一种是用电磁感应或分压原理将电流电压信号转变为小电压信号,再将小电压信号转换为光信号传输给二次设备,一般称有源式。无源式由于存在稳定性和可生产性较差、电子回路复杂等问题,现在主要处在实验室阶段,推广运用还有待时日。有源式的难点是提供高压端需要的工作电源,但随着激光供能和高压取能技术的突破,已得到根本上的解决。光电互感器传感头部件的能量来源有两种途径。一是从一次取能,由能量线圈感应出电流来提供能量;当一次电流太小,不足以提供能量时,使用能量光缆,由户内激光发生器通过光缆上送能量。两种方式可互为备用,自动切换。
相对于传统的电磁式互感器,光电互感器有明显的优点:(1)在高电压、大电流的测量环境中,光纤或光介质是良好的绝缘体,它可以满足高压工作环境下的绝缘要求;(2)没有传统电流互感器二次开路产生高压的危险,以及传统充油电压、电流互感器漏油、爆炸等危险;(3)不会产生磁饱和及铁磁共振现象,它尤其适用于高电压、大电流环境下的故障诊断;(4)频带宽,可以从直流到几百千赫,适用于继电保护和谐波检测;(5)动态范围大,能在大的动态范围内产生高线)适应了现在电力系统的数字化信号处理要求,它还可用于以保护、监控和测量为目的高速遥感、遥测系统;(7)整套测量装置结构紧凑、重量轻、体积小;(8)各个功能模块相对独立,便于安装和维护,适于网络化测量。由于光电互感器的诸多优点,光电互感器取代传统互感器将只是一个时间问题。国际上,光电互感器已逐步成熟,正已越来越快的速度推广运用。其中ABB、西门子等公司生产的光电互感器已有十几年的成功运行业绩。采用光电互感器的数字化变电站在欧洲也已经投入运行。我国光电互感器的研制和运用相对比较落后,仅有为数不多的变电站使用了一些进口的光电互感器。国内有二十余家企业和高校涉足了光电互感器的开发,经过多年的努力,已有若干套设备在现场试运行。
我国在有源式光电互感器的研究已走在无源式的前面,有的产品已在多个变电站试运行近一年的经验,运行情况良好,可满足保护和计量的要求,并通过了部级鉴定,达到国际先进水平。同时国内的二次设备制造商开发了可与光电互感器直接接口的数字接口继电保护装置、数字接口电能表等二次设备,为光电互感器的实际应用提供了基础。
(1)由于处在研究开发中,光电互感器性能仍不稳定。对于电能计量来说,光电互感器的稳定运行是保障计量准确的前提,尤其是一些在变电站计费的电能表,更加不能忽视光电互感器的性能稳定性。
(2)温度对光电互感器的精度有较大的影响。电能计量是对精度要求较高的专业,其对精度的要求往往要高于其他专业。而绝大多数的光电互感器均是装设在户外,南方春秋两季夜晚与白天温差较大,不可避免的对电能计量带来一定影响。
●领略“观察、实验──提出假说──实验验证──新的假说……”的物理学研究方法。
●学习科学家敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神,培养判断有关信息是否科学的意识。
2.多媒体课件;资料文字;赫兹实验装置示意动画;研究光电效应实验示意动画;光电效应的波动说描述与光子说描述动画;密立根证实光电方程实验示意动画;普朗克、爱因斯坦、密立根资料图片动画;
【设计理念】本课教材蕴含着十分丰富的教学内容:在知识方面,本课作为后牛顿物理两大支柱之一──量子理论的入门,涉及量子物理最基础的内容,同时,还有着厚重的物理学科文化积淀,有物理学史、科学方法、辩证唯物主义思想、创新意识等人文精神教育的题材。教材在知识陈述上较为浅显直接,而关于这些知识的“背景”,则是相当丰满、承赋人文,为实施“科学的人文教育价值”提供了很大的空间。基于教材特点,本教案设计“以人为本”,突出从赫兹发现光电效应,勒纳德研究光电效应规律,爱因斯坦提出光子说解释光电效应规律,到密立根实验验证光电效应方程,物理学家们上下求索三十年的历程,在让学生学到量子论基础知识与基本技能、发展微观思维方法的同时,获得物理课程文化的浸润与陶冶,体现物理教育在个性品质、好奇求知、质疑创新、科学美及责任心等方面的价值导向。
本课总体设计思想是:课堂教学以光电效应三十年精彩历程为线索,通过充分展示围绕“光电效应”所发生的发现现象、研究规律、提出假说、实验验证这样一个科学发现过程,在科学过程展示中推出学科知识,渗透科学思想方法,借助多媒体课件播放、实验装置重现现象及教师解说,着力于撼动青年学生崇尚科学的情感,弘扬深厚的物理课程文化。
引入本课要学习的光电效应,在量子理论的发展中有着特殊的意义。人类对光的本性的认识,到麦克斯韦提出光是一种电磁波,光的波动说似乎已完美无缺了。然而,就是在证实电磁波存在的过程中,人们发现了光具有粒子性的重大事实,这就是光电效应现象。光电效应及其规律的研究,使人类对物质世界的观念发生了变革:大自然在微观层次上是不连续的,即“量子化”的,而不是牛顿物理假设的在一切层次上都是连续的!光电效应最先由赫兹发现,他的学生勒纳德对光电效应的研究卓有成效并获1905年诺贝尔物理学奖,爱因斯坦提出光子论从理论上成功解决了光电效应面临的难题并因此获1921年诺贝尔物理学奖,美国物理学家密立根通过精确实验证实了爱因斯坦的理论,并获1923年诺贝尔物理学奖。光电效应的科学之光经众多物理学家前赴后继,三十年努力求索,在物理学史上成为绚丽夺目的篇章。让我们翻开这炫目的一页,沐浴科学的阳光吧!
介绍赫兹实验动画显示赫兹实验示意图如图1所示。1885年,赫兹用如图1所示的装置来证实电磁波的存在:电磁波发生器是在两根铜棒上各焊接一个磨光的黄铜球,另一端各连接一块正方形锌板,它们共轴放置,两球间留有一空隙,它们相当于一个电容器,与感应圈连接,构成了LC电路,感应圈使两黄铜球聚集大量电荷,从而在空隙间产生电火花,形成高频振荡电流,辐射高频电磁波。与这个回路相距一定距离有电磁波接收器,是用一根粗铜导线弯成一开口的圆环,开口端各焊一黄铜球,之间有可作微调的空隙,这个接收器实际上也是一个LC电路。调节间隙改变接收电路的固有频率可与发射过来的电磁波产生共振,从而在接收器的空隙间观察到电火花。
介绍赫兹的发现并演示利用电火花实验装置,赫兹测量了电磁波速、进行了研究电磁波的反射、聚焦、折射、衍射、干涉、偏振等各种波现象的实验,大量反复地实验不但证实了麦克斯韦电磁波理论,同时意外地发现了表明光具有粒子性的一个重要现象:当发射器间隙的火光被阻隔时,原来接收间隙的火花变暗(如图3所示),而用其他任何火花的光照射到接收器铜球,也能促使间隙发生电火花,进一步研究发现这一现象中直接起作用的是火光中的紫外线,当火花的光照到间隙的负极时,作用最强,这种情况下接收器间隙发生的电火花实际上是紫外线的照射使一极铜球上飞出电子到另一极铜球所形成,赫兹称之为“紫外光对放电现象的效应”,也就是光电效应。
演示光电效应现象动画显示光电效应演示仪原理如图4所示,课堂演示,引导学生观察在紫外线照射下,电流计指示电路中出现了电流。
在光的照射下物体发射电子的现象,叫做光电效应,发射出来的电子叫做光电子。
引入赫兹的发现吸引了许多人去深入研究光电效应成因与规律,其中德国物理学家、赫兹的助手勒纳德的研究卓有成效。对光电效应的研究方向就是弄清其发生的条件。
介绍勒纳德实验研究原理动画显示勒纳德研究光电效应规律的实验装置如图5所示。当入射光照射到光洁的金属阴极K表面,就有光电子发射出来,若有光电子到达阳极A,电路中就有电流,所以可通过电流计了解用各种光照射阴极K以及对两极加不同电压时的光电流,从中摸索规律。
1.对各种金属都存在着极限频率和极限波长,低于极限频率的任何入射光强度再大、照射时间再长都不会发生光电效应。
3.只要入射光频率高于金属的极限频率,照到金属表面时光电子的发射几乎是瞬时的,不超过10-9s。
光电效应规律性的演示用如图4所示的光电效应演示仪演示(1)用红光、蓝光照射锌板时,不会产生光电流;(2)用玻璃隔断紫外线)光电流达到饱和后,改变电压,光电流不变,改变入射光强度,光电流增大。
讨论与总结请全班同学议论,由学生尝试定性解释光电效应后,教师概括辅以如图6所示动画显示:光到达金属表面时,连续的电磁波能量分布在其表面,振动的电磁场不断地“摇晃”金属表面的电子,一些结合最松散的电子被摇下来。
由学生提出现有理论与观察事实的矛盾后,教师整理为两大困难,并以文字显示。
之二到达金属表面的光能量连续地分布,对某个电子只能吸收其中很少一部分,应有一段时间积累到足够的能量方能从金属表面挣脱。
光波的振幅表征光能量大小,强光对金属作用足够长时间,有足够能量应该可以使电子从金属表面挣脱。光电效应是否产生存在极限频率(波长)而与光强无关,光电子最大初动能也只与入射光频率成正相关。
引入观察与理论的互动就是科学,观察是科学进程的开端,观察激发思考导致理论以解释观察结果,而理论又在新的观察中受到检验、引发新的理论,对观察结果进行解释或统一。
原来的电磁波理论与光电效应的实验事实不相符合,促使人们改变认识,构建新的思想框架来解释观察结果。1905年,爱因斯坦用突破性的量子化思想对光电效应做出了现在为科学界普遍接受的解释。
介绍爱因斯坦光量子假说教师介绍普朗克对电磁波辐射所作的量子化假设:振动物体的能量只能取特定的一组允许值。这种思想在当时并没有引起人们多少注意,但爱因斯坦敏锐地捕捉了这一思想闪光,并彻底贯穿到光的辐射与吸收问题中。
在空间传播的光(的能量)不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光量子,简称光子,一份光子的能量E=hv。
用光子说对光电效应规律作解释用如图7所示动画辅助描述光子说下的光电效应:光子像下雨一样落在金属表面上,打出电子,就像机从混凝土墙上打下混凝土块一样。
小结在爱因斯坦提出光子模型后,用来解释光电效应变得出奇地简单明了,今天,我们中学生运用光电方程计算光电效应已不是什么难题,但在上个世纪初,科学家对量子化的物理却极不适应,爱因斯坦的独创性、物理洞察力和对简洁解释的追求使他在忙碌的1905年发表了相对论,成功解释了光电效应,建树起近代物理学研究的两座丰碑。
引入至此,研究光电效应的科学活动并未完成,爱因斯坦的光子假设与光电方程作为假说──一种有根据的猜测,一种尝试性的未经确认的看法,要上升为理论,要为人们认同──当时对这一假说的怀疑超过了狭义相对论,甚至包括普朗克本人也持反对态度,还必须经受实验的检验。许多物理学家都想方设法用实验测量普朗克恒量h,验证光电效应方程。
简介密立根的工作一直对光子假设持有保留的美国物理学家密立根,设计了高精确度的实验装置如图8所示,经过十年的试验,不断解决一些技术难点,终于验证了光电方程的直线性,并测出普朗克恒量h=6.56×10-34j·s,在事实面前,密立根服从真理,宣布爱因斯坦假说得到证实。科学就是严峻的怀疑态度和对新思想的开放态度的混合,科学常常会发生这种情况:科学家说:“那的确是个好论据,我错了。”然后真的改变想法,扬弃旧观点,科学就是这样进步的。
全课总结本课学习,我们了解了光电效应现象,了解了进行科学活动的方法。光电效应把我们带进了量子化的物理学,光电效应告诉我们理解微观世界要有新的观念,光电效应引领了近代物理学的发展,对哲学、文化和技术的影响深远。让我们怀着对量子理论先驱们的崇敬心情,从科学回到生活。
[课件简介]本课件采用PowerPointXP-F1ashMX制作,充分发挥PowerPoint媒体展示功能与FIashMX的强大的动画功能。其制作过程如下:
年注定是个不平凡的一年,光电走过了艰难的第一年。。光电从公司架构、组织结构、产品技术更新、市场开拓、人才培养等等各个方面,都迈出了自己极富前瞻性、开拓性、进取性、创造性的每一步。年我与结缘,注定这也将是一段不平凡的经历。来公司数月以来得到了公司领导以及其他各部门的大力支持和积极配合,我深深感激这里支持和培养我的每一个人。松北拥有完善广阔的平台,和谐进取的文化氛围、开拓创新的稳健操守。每一个因素都值得我们为之努力奋斗。年本人业绩平平,无论那个方面的原因我都会去认真总结。为了有更加有美好的年,我会时刻准备着……。
经过一年多时间的沉淀和积累,年我们有了更加强劲的实力去迎接各种挑战。以下我将从六个方面来详述我的年工作计划和销售方案。年我新增市场有:陕西、安徽、山东等地BOB半岛。(陕、皖、鲁)
①陕西市场:陕西是中西部地区较大的一个省份,其led市场的发展主要是集中在省府西安。据阿里巴巴信息资料反馈:西安从事led灯具照明的生产和经销批发商120余家,占西安led产业的15%-18%,其中有实际开发价值的占20%左右。西安做显示屏的相对较多,占到西安整个led行业的40%左右。年开发西安市场主要是针对西安的led日光灯等照明灯饰上。西安市场开发价值还是不错的,西安政府部门也制定和实施了多项促进led产业发展的低碳经济政策,相信这些政策的实施必将推动整个陕西led照明及led其他产业的发展。另外佛山距陕西路途遥远,在开发和跟进客户的时候,有必要做好相关应对措施和准备。
②山东市场:山东市场是一个相对富庶的地方,其led产业发展起步早、发展快。led行业体系发展比较健全。山东半导体照明技术研究和产业化发展起步较早,目前产品涉及衬底材料、外延片、芯片、器件封装和应用产品等领域,在高亮度led、ld外延片及芯片制造、大功率器件封装和led显示屏、路灯、景观照明等已形成一定的产业优势,并具有较强的自主研发能力。半导体照明产业已在济南、潍坊、威海、滨州、济宁、烟台、青岛等地形成了一定的产业聚集。目前山东市场已经形成了两个半导体产业基地,分别是:济南半导体产业基地、潍坊半导体产业基地。另外有青岛半导体背光源生产基地,滨州led显示屏生产基地。目前山东的led产业政策支持还是非常到位的,无论从资金、技术、人才、管理引导等各个方面都做的比较出色。据阿里巴巴信息反映目前针对我司产品3528、5050BOB半岛、大功率有较大开发价值的山东重镇主要是青岛、潍坊、淄博、济南等地。山东全境目前整理的有较大开发价值的led照明厂家120余家,占整个山东led照明产业的15%左右。
③安徽市场:安徽产业链不断延伸,产业发展已具形态。目前led产业已涉及外延生长及芯片制造、器件封装、专用设备制造、配套材料和应用产品生产等领域。目前安徽led照明市场主要集中在安徽合肥、马鞍山、安庆等城市。以合肥为例,比较有开发价值的客户占led照明的12%左右。
①陕西从事led贴片封装的相对较少,目前陕西的led光源供应主要来自于广东、浙江等地。②安徽从事led光源的生产厂家有近百家,本土封装企业间竞争激烈。③山东在高亮度gan蓝色发光二极管研发、smd/功率led生产领域聚集了众多企业。山东在led封装技术研发和产业化方面也处在全国先进行列。
年将对这些市场主推我司3528、5050、大功率。客户目前关注和需求点包括:产品的质量:l亮度、显色指数、光衰,产品性价比等各个方面。未来客户对产品需求的种类和质量的要求还会不断提高!
成交一个客户确实存在一定的风险因素。优势分析:经过1年时间的改革和完善,光电无论从产品质量和产品服务一块,都进入了一个相对稳定的阶段。这些都为成交客户提供了更多的机会和可能性。
劣势分析:led封装企业众多,led封装工艺参差不齐,缺乏统一的标准,行情复杂。多数客户观望心态严重。led光源价位优势逐渐消失并转入劣势。我司led封装水准还有待进一步提高。威胁分析:台资封装企业进驻内陆市场,冲击了内陆led封装市场。且led高端芯片技术多为国外led厂商把持,不利于国内led市场的发展。目前led厂商存在普遍的信誉和信任问题,对方客户对led封装供应商在品质、价位、故障处理等等各个方面存在歧义和纠纷。……led产业成长充分表现出技术和市场共生现象,随着发光效率的提升和产品性能的改进,应用领域不断拓展,建议针对不同细分市场,实施差别化的支持应用措施!未来我司走品牌道路,就必须认清行情,及早作出各方面应急机制!
(销售离不开兄弟部门!)销售部门是企业的一个核心部门,它关系着一个企业的兴衰成败,是企盈利与否的直接影响因素。如果以我们的销售部门为核心,那么影响到她的因素是多方面的。我们光电的销售部门就需要其他的部门的大力支持和配合。未来的销售部门必须是与其他部门相互协调的,只有这样才能铸就光电的品牌大厦。做为销售部门的一员有以下期望:希望其他部门可以多加支持,多多帮助。
4财务部门:做好,支持其他部门资金需求与运转,为产品顺利销售把好金融大关。
采购部门:做好采购工作,为产品的顺利生产提供充足的原材料供应,把好供应关。
从来一个良好的销售业绩和盈利局面的出现都需要其他部门的配合与支持。我们希望与其他部门携手同行,共创佳绩!当然,最重要的是我们销售部门,我们做的每一件时,花的每一分钟。都该想想是不是真的已经竭尽全力BOB半岛。……,作为销售部门的每一个成员,都该庆幸并更加努力的工作,因为在我们后面支撑我们的是光电全体员工和他们期待的眼神!
年工作计划:(争取最大努力完成月完成60000rmb以上业务第一季度:大力开拓陕西、山东、安徽等地市场,挖掘客户资源,发现客户需求。同时建立健全更加完整清晰度客户资料库。为跟进工作的顺利开展打下坚实的基础。与此同时,维护好之前的老客户,并积极促成交易。计划达成交易额:150k以上第二季度:以开发出来的新客户跟进工作为主,寻找客户成交的突破口。始终围绕着以成交客户出业绩为中心,积极开拓维护成交各类新老客户。计划达成交易额:250k以上第三季度:重点维护和发掘老客户的内在需求,向老客户重点推荐我司主打产品,维护好与客户的良好关系。向着更大的业绩和目标奋斗。计划达成交易额:350k以上第四季度:加大工作力度和强度,以更加成熟稳健的销售风格做好每一个客户!一切以销售目标和业绩看齐,增强危机感和紧迫感!计划达成交易额40以上年工作策略:
②勤跟进。对已经联系过或发送过资料、报价单和样品的客户,要按时及时、积极准确地跟进。
③抓重点。人的时间和经历毕竟有限,所以我会合理善时地把握跟进尺度以及跟进对象。在跟进工作中尽量减少和避免无目标、无计划、无想法地穷跟烂跟乱跟行为。
④多分析。对于有明显产品需求和意向的客户,应该多总结、多分析。挖掘客户的潜在需求和实质想法。在工作中及时合理地规避各种不必要的麻烦和失误,减少交易成
⑤成交客户的维护和管理。对于已经成交的客户也要及时询问其使用情况以及出现是问题,充分做好已经成交客户的维护和管理工作。年自身建设方面:
①制订学习计划。学习,对于业务人员来说至关重要,因为它直接关系到一个业务人员与时俱进的步伐和业务方面的生命力。我会适时的根据需要调整我的学习方向来补充新的能量。专业知识、综合能力、都是我要掌握的内容。学习销售知识和产品知识,为成为成熟的业务员做足各方面准备。
②注重自身精神意志的培养,以更加淡定稳健、自信饱满的姿态面对每一天、每一个客户。增强责任感、增强服务意识、增强团队意识。积极主动地把工作做到点上、落到实处。我将尽我最大的能力减轻领导的压力。
①团队建设方面:一个优秀的销售团队无疑对销售业绩会产生直接的影响。因此,希望公司领导在年更加注重销售团队的培养和建设。以获得更富朝气和挑战力的强盛的销售团队。
②销售管理方面:有待于从技术、知识、制度、协同合作等方面达成销售团队的共识。
③产品更新方面:年led封装的销售将面临更大的挑战。所以,光电的产品无论是在品种、品质、技术等方面都该有深远的认识和考虑。为光电赢得更大的市场做准备。
④激励机制的建立和健全:心态决定了一个人的成败。在销售工作中遭遇成败荣辱更是平常之事。建立和健全公司的激励机制有利于促进销售人员心态调整以及销售氛围的改善!
光电检测设备的核心技术包括:光电转化技术、光信息提取与测量以及电信号的处理技术。本文将着重介绍光电转化技术模块中光信号的检测与放大的电路设计,用于微弱信号的提取检测与放大。
光电检测器能够检测出入射在其上面的光功率,并完成光/电信号的转换。对光检测器的基本要求是:在工作波长上具有足够高的响应度、响应速度足够够快、线性良好与噪声较低。目前常用的检测器主要有两种:pin型光电二极管和APD雪崩型光电二极管。
当入射光照射到光电二极管上会产生与入射光量成比例的电流,跨阻放大器作为光电转化的前端放大器其工作原理如下图所示,理论上光电二极管产生的电流Id都要经过图中的反馈电阻RF,输出电压VOUT=Id×RF,虽然电路原理简单,但若使系统具备最佳的性能在选择跨阻放大器时重点考虑以下参数。低输入失调电压:在光电检测前端电路中,因系统所用光电二极管并不是理想器件,在无光的情况下会有少量电流输出(暗电流),而运算放大器的输入失调电压会使得光电二极管输出更多的暗电流,导致光电检测系统的失调误差增大,同时会缩小检测系统的动态范围。所以针对光电检测的前端电路应用,选择输入失调电压越低越好。低输入偏置电流:光电二极管输出电流进入运算放大器输入端或反馈电阻之外的其它地方都会产生误差,而零输入偏置电流的运算放大器时不存在的,所以选择一款低输入偏置电流的放大器对于减小系统误差很关键。此外对于微弱信号的检测应用中还要注意增益带宽的选择,因小信号的采集需要更高的增益,而过高的增益会可能会引起输出信号的振荡,所以在保证信号稳定的前提下需要在反馈电路中增加电容以补偿,但补偿电路的增加所带来的直接后果就是带宽的减小从而引起输出信号的失真,所以在具体的应用中要注意带宽与增益的平衡折中选择。
前级电路实现电流到电压的转换所以二级电路则主要专注于电压放大这一具体任务,所以我们在选择二级放大器时除了要关注上文提到的低失调电压、低偏置电流外还要注意共模抑制比、噪声系数以及温漂参数的选择。如右图所示:二级放大电路选择单端输入模式,按照一定倍数放大前端输出信号与基准GND之间的电压差,RF2、FG2组成的电阻网络作为二级放大电路所需的增益值。因单端输入模式的选择使得当前端信号出现很小的干扰时,二级输出电压值也会出现更大的变化,而选择较低的共模抑制比便可以改善这种问题。随着运算放大器工作时间的增加其温度会缓慢升高,而偏置电流、失调电压以及噪声等会随着温度的升高而增大,导致放大器输出端发生更大的变化,所以选择一款低温漂的放大器对系统的稳定很重要。
在电路设计过程中除了选择性能参数合适的放大器之外,还应注意对信号测量能够产生影响的其他因素,如电源纹波干扰,电磁辐射与干扰等,所以需要设计人员通过优化设计来减小外部因素对放大电路中信号提取与测量的干扰。首先在电路设计过程中增加滤波电路,降低通带外部的干扰,改善通带内的信号质量。其次采用集成电源模块可以增加电路电源的稳定性,且外部所需很少的器件便可实现电源纹波的滤波去耦,对于电路中微弱信号的检测有显著的优势;最后良好的布局布线与接地设计,可以增强屏蔽效果减弱外部因素对信号检测的干扰。
光电检测放大电路是精密光学检测与测量系统的重要构建模块,如何选择正确的运算放大器是系统获得最佳性能的第一步,本文只是简单介绍光信号检测中的一种电路,在实际的应用中还应注意器件与器件之间的匹配连接,以及电路结构的优化使设计更加简洁有效,才能使检测电路对复杂光信号进行高效的处理。
[1]刘彬,张秋蝉.光电检测前置放大电路的设计[J].燕山大学学报,2003,27(3):193-196.
[2]霍戌文,李伟,李进,等.光电探测微弱信号放大器设计[J].浙江理工大学学报,2005,22(3):160-162.
[3]李晓坤.精密光电检测电路设计方案[J].电子产品世界,2003(23):37-39.
领略“观察、实验──提出假说──实验验证──新的假说……”的物理学研究方法。
学习科学家敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神,培养判断有关信息是否科学的意识。
2.多媒体课件;资料文字;赫兹实验装置示意动画;研究光电效应实验示意动画;光电效应的波动说描述与光子说描述动画;密立根证实光电方程实验示意动画;普朗克、爱因斯坦、密立根资料图片动画;
设计理念本课教材蕴含着十分丰富的教学内容:在知识方面,本课作为后牛顿物理两大支柱之一──量子理论的入门,涉及量子物理最基础的内容,同时,还有着厚重的物理学科文化积淀,有物理学史、科学方法、辩证唯物主义思想、创新意识等人文精神教育的题材。教材在知识陈述上较为浅显直接,而关于这些知识的“背景”,则是相当丰满、承赋人文,为实施“科学的人文教育价值”提供了很大的空间。基于教材特点,本教案设计“以人为本”,突出从赫兹发现光电效应,勒纳德研究光电效应规律,爱因斯坦提出光子说解释光电效应规律,到密立根实验验证光电效应方程,物理学家们上下求索三十年的历程,在让学生学到量子论基础知识与基本技能、发展微观思维方法的同时,获得物理课程文化的浸润与陶冶,体现物理教育在个性品质、好奇求知、质疑创新、科学美及责任心等方面的价值导向。
本课总体设计思想是:课堂教学以光电效应三十年精彩历程为线索,通过充分展示围绕“光电效应”所发生的发现现象、研究规律、提出假说、实验验证这样一个科学发现过程,在科学过程展示中推出学科知识,渗透科学思想方法,借助多媒体课件播放、实验装置重现现象及教师解说,着力于撼动青年学生崇尚科学的情感,弘扬深厚的物理课程文化。
引入本课要学习的光电效应,在量子理论的发展中有着特殊的意义。人类对光的本性的认识,到麦克斯韦提出光是一种电磁波,光的波动说似乎已完美无缺了。然而,就是在证实电磁波存在的过程中,人们发现了光具有粒子性的重大事实,这就是光电效应现象。光电效应及其规律的研究,使人类对物质世界的观念发生了变革:大自然在微观层次上是不连续的,即“量子化”的,而不是牛顿物理假设的在一切层次上都是连续的!光电效应最先由赫兹发现,他的学生勒纳德对光电效应的研究卓有成效并获1905年诺贝尔物理学奖,爱因斯坦提出光子论从理论上成功解决了光电效应面临的难题并因此获1921年诺贝尔物理学奖,美国物理学家密立根通过精确实验证实了爱因斯坦的理论,并获1923年诺贝尔物理学奖。光电效应的科学之光经众多物理学家前赴后继,三十年努力求索,在物理学史上成为绚丽夺目的篇章。让我们翻开这炫目的一页,沐浴科学的阳光吧!
介绍赫兹实验动画显示赫兹实验示意图如图1所示。1885年,赫兹用如图1所示的装置来证实电磁波的存在:电磁波发生器是在两根铜棒上各焊接一个磨光的黄铜球,另一端各连接一块正方形锌板,它们共轴放置,两球间留有一空隙,它们相当于一个电容器,与感应圈连接,构成了LC电路,感应圈使两黄铜球聚集大量电荷,从而在空隙间产生电火花,形成高频振荡电流,辐射高频电磁波。与这个回路相距一定距离有电磁波接收器,是用一根粗铜导线弯成一开口的圆环,开口端各焊一黄铜球,之间有可作微调的空隙,这个接收器实际上也是一个LC电路。调节间隙改变接收电路的固有频率可与发射过来的电磁波产生共振,从而在接收器的空隙间观察到电火花。
介绍赫兹的发现并演示利用电火花实验装置,赫兹测量了电磁波速、进行了研究电磁波的反射、聚焦、折射、衍射、干涉、偏振等各种波现象的实验,大量反复地实验不但证实了麦克斯韦电磁波理论,同时意外地发现了表明光具有粒子性的一个重要现象:当发射器间隙的火光被阻隔时,原来接收间隙的火花变暗(如图3所示),而用其他任何火花的光照射到接收器铜球,也能促使间隙发生电火花,进一步研究发现这一现象中直接起作用的是火光中的紫外线,当火花的光照到间隙的负极时,作用最强,这种情况下接收器间隙发生的电火花实际上是紫外线的照射使一极铜球上飞出电子到另一极铜球所形成,赫兹称之为“紫外光对放电现象的效应”,也就是光电效应。
演示光电效应现象动画显示光电效应演示仪原理如图4所示,课堂演示,引导学生观察在紫外线照射下,电流计指示电路中出现了电流。归纳什么是光电效应
在光的照射下物体发射电子的现象,叫做光电效应,发射出来的电子叫做光电子。
引入赫兹的发现吸引了许多人去深入研究光电效应成因与规律,其中德国物理学家、赫兹的助手勒纳德的研究卓有成效。对光电效应的研究方向就是弄清其发生的条件。
介绍勒纳德实验研究原理动画显示勒纳德研究光电效应规律的实验装置如图5所示。当入射光照射到光洁的金属阴极K表面,就有光电子发射出来,若有光电子到达阳极A,电路中就有电流,所以可通过电流计了解用各种光照射阴极K以及对两极加不同电压时的光电流,从中摸索规律。
1.对各种金属都存在着极限频率和极限波长,低于极限频率的任何入射光强度再大、照射时间再长都不会发生光电效应。
3.只要入射光频率高于金属的极限频率,照到金属表面时光电子的发射几乎是瞬时的,不超过10-9s。
光电效应规律性的演示用如图4所示的光电效应演示仪演示(1)用红光、蓝光照射锌板时,不会产生光电流;(2)用玻璃隔断紫外线)光电流达到饱和后,改变电压,光电流不变,改变入射光强度,光电流增大。
讨论与总结请全班同学议论,由学生尝试定性解释光电效应后,教师概括辅以如图6所示动画显示:光到达金属表面时,连续的电磁波能量分布在其表面,振动的电磁场不断地“摇晃”金属表面的电子,一些结合最松散的电子被摇下来。
由学生提出现有理论与观察事实的矛盾后,教师整理为两大困难,并以文字显示。
之二到达金属表面的光能量连续地分布,对某个电子只能吸收其中很少一部分BOB半岛,应有一段时间积累到足够的能量方能从金属表面挣脱。
光波的振幅表征光能量大小,强光对金属作用足够长时间,有足够能量应该可以使电子从金属表面挣脱。光电效应是否产生存在极限频率(波长)而与光强无关,光电子最大初动能也只与入射光频率成正相关。
引入观察与理论的互动就是科学,观察是科学进程的开端,观察激发思考导致理论以解释观察结果,而理论又在新的观察中受到检验、引发新的理论,对观察结果进行解释或统一。
原来的电磁波理论与光电效应的实验事实不相符合,促使人们改变认识,构建新的思想框架来解释观察结果。1905年,爱因斯坦用突破性的量子化思想对光电效应做出了现在为科学界普遍接受的解释。
介绍爱因斯坦光量子假说教师介绍普朗克对电磁波辐射所作的量子化假设:振动物体的能量只能取特定的一组允许值。这种思想在当时并没有引起人们多少注意,但爱因斯坦敏锐地捕捉了这一思想闪光,并彻底贯穿到光的辐射与吸收问题中。
在空间传播的光(的能量)不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光量子,简称光子,一份光子的能量E=hv。
用光子说对光电效应规律作解释用如图7所示动画辅助描述光子说下的光电效应:光子像下雨一样落在金属表面上,打出电子,就像机从混凝土墙上打下混凝土块一样。
小结在爱因斯坦提出光子模型后,用来解释光电效应变得出奇地简单明了,今天,我们中学生运用光电方程计算光电效应已不是什么难题,但在上个世纪初,科学家对量子化的物理却极不适应,爱因斯坦的独创性、物理洞察力和对简洁解释的追求使他在忙碌的1905年发表了相对论,成功解释了光电效应,建树起近代物理学研究的两座丰碑。
引入至此,研究光电效应的科学活动并未完成,爱因斯坦的光子假设与光电方程作为假说──一种有根据的猜测,一种尝试性的未经确认的看法,要上升为理论,要为人们认同──当时对这一假说的怀疑超过了狭义相对论,甚至包括普朗克本人也持反对态度,还必须经受实验的检验。许多物理学家都想方设法用实验测量普朗克恒量h,验证光电效应方程。
简介密立根的工作一直对光子假设持有保留的美国物理学家密立根,设计了高精确度的实验装置如图8所示,经过十年的试验,不断解决一些技术难点,终于验证了光电方程的直线性,并测出普朗克恒量h=6.56×10-34j·s,在事实面前,密立根服从真理,宣布爱因斯坦假说得到证实。科学就是严峻的怀疑态度和对新思想的开放态度的混合,科学常常会发生这种情况:科学家说:“那的确是个好论据,我错了。”然后真的改变想法,扬弃旧观点,科学就是这样进步的。
全课总结本课学习,我们了解了光电效应现象,了解了进行科学活动的方法。光电效应把我们带进了量子化的物理学,光电效应告诉我们理解微观世界要有新的观念,光电效应引领了近代物理学的发展,对哲学、文化和技术的影响深远。让我们怀着对量子理论先驱们的崇敬心情,从科学回到生活。
[课件简介]本课件采用PowerPointXP-F1ashMX制作,充分发挥PowerPoint媒体展示功能与FIashMX的强大的动画功能。其制作过程如下:
光电传感器最根本的原理是光电效应,光电效应又分为外光电效应和内光电效应外光电效应:在光线作用下,物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。在光线作用下,物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。内光电效应又可分为以下两类:(1)光电导效应。在光线作用下,对于半导体材料吸收了入射光子能量,若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度,就激发出电子-空穴对,使载流子浓度增加,半导体的导电性增加,阻值减低,这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。(2)光生伏特效应。在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。
常用的光电传感器有光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏三极管等。利用这些传感器各自的特点加上巧妙的设计,光电传感器几乎被应用于生活的各个方面。光电传感器特点有:(1)检测距离长。如果在对射型中保留10m以上的检测距离等,便能实现其他检测手段(磁性、超声波等)无法离检测。(2)对检测物体的限制很少。由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理,所以不象接近传感器等将检测物体限定在金属,它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。(3)响应时间短。光本身为高速,并且传感器的电路都由电子零件构成,所以不包含机械性工作时间,响应时间非常短。(4)分辨率高。能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点,或通过构成特殊的受光光学系统,来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。(5)可实现非接触的检测。可以无须机械性地接触检测物体实现检测,因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此,传感器能长期使用。(6)可实现颜色判别。通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质,可对检测物体的颜色进行检测。(7)便于调整。在投射可视光的类型中,投光光束是眼睛可见的,便于对检测物体的位置进行调整。
应用时,将感温头插入被测温环境中,外部法兰安装密封。传感器输出端与二次仪表输入端经辐射至光电转换器接收,转换成毫伏电压信号。感温管一般为经过特殊处理的高刚玉管或特殊材质管。光电转换器由光学透镜、光栏、硅光电池,温度稳定性网络组成。高压密封器将感温管开口端高压密封,防止感温管透气或断裂产生高压泄露,不影响辐射光传输,所以传感器在现场工作时,可拆卸光电转换器通过高压密封器观察感温管状况或检修光电转换器,信号传输导线为双芯屏蔽铜电缆,将传感器输出端按正负端与仪表信号输入端相接,接地端与地线相接,仪表上电即可实现测温。
硫化铅光敏电阻的暗电阻为1MΩ,亮电阻为0.2MΩ,峰值响应波长为2.2μm。硫化铅光敏电阻处于V1管组成的恒压偏置电路,其偏置电压约为6V,电流约为6μΑ。V2管集电极电阻两端并联68μF的电容,可以抑制100Hz以上的高频,使其成为只有几十赫兹的窄带放大器。V2、V3构成二级负反馈互补放大器,火焰的闪动信号经二级放大后送给中心控制站进行报警处理。采用偏置电路是为了在更换光敏电阻或长时间使用后,器件阻值的变化不致于影响输出信号的幅度,确保火焰报警器能长期稳定地工作。
我们都有这样的苦恼每次开车到了小区大门都要等门卫来开门或者等其按动电动门的开关,既费时又费人力,如果巧妙地利用光电传感器就可以实现光控大门。这里要用到一种电子元件——干簧继电器,它由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成。当线圈内有电流时,线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化,两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成连接状态,线圈内没有电流时,磁场消失,瓷片在弹力的作用下BOB半岛,回复到分离状态。把光敏电阻装在大门上汽车灯光能照到的地方,把带动大门的电动机接在干簧管的电路中,那么夜间汽车开到大门前,灯光照射光敏电阻时,干簧继电器接通电动机电路,电动机带动大门打开。公务员之家
以上介绍了光电传感器的基本原理和其特点,并列举了一些在生活实际中的创新应用实例。从这些实例中我们可窥见光电传感器无限的发展应用前景。光电式传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社会对传感器提出的要求越来越高是其发展的强大动力,突飞猛进现代科学技术的则为其提供了坚强的后盾,我们相信在不懈地探索中,光电传感器的应用定会有新的飞跃。
光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料,光纤已经成为通信网的重要传输媒介,现在世界上大约有60%的通信业务经光纤传输,到20世纪末将达到85%,但从目前光纤通信的整体水平来看,仍处于初级阶段,光纤通信的巨大潜力还没有完全开发出来。目前,各种新技术层出不穷,密集波分复用技术(DWDM,在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号,以提高单根光纤的传输能力)、掺铒光纤放大器技术(EDFA,可将光信号直接放大,具有输出功率高、噪声小,增益带宽等优点)已取得突破性进展并得到广泛的应用。现在DWDM系统和光传输设备中,光电技术的比例将从过去比重不到10%达到90%。一种全新的、无需进行任何光电变换的光波通信——“全光通信”,由于波分复用技术和掺铒光纤放大器技术的进展,也日趋成熟,将在横跨太平洋和大西洋的通信系统上首次使用,给全球的通信业带来蓬勃生机。为此提供支撑的就是半导体光电子器件和部件。光电子器件和技术已形成一个快速增长的、巨大的光电子产业,对国民经济的发展起着越来越大的作用。美国光电子产业振兴协会估计,到2003年,光电子产业的总产值将达2000亿美元。
Internet应用的飞速增长对电信骨干网带宽提出越来越高的需求,为满足需求的增长,人们可以铺设更多的光纤,或靠提高单路光的信息运载量(现在主干网可以分别工作在2.5Gbps和10Gbps,并已有40Gbps的演示性设备)。但更主要的方法却是靠发展波分复用技术,增加光纤内通光的路数(光波分复用的实验记录已经达到2.64Tbps)。波分复用技术的普遍运用为光电子器件和部件提供了广阔的、快速增长的市场。无限战略公司的报告指出:“信号传输用1.31μm和1.55μm激光器市场1999年达到13亿美元,比去年增加23%;1.48μm信号放大用激光器1999年市场份额达到1.6亿美元,比去年增加33%;980nm信号放大用激光器销售额达2.9亿美元,比去年增长121%。整个激光器市场的份额1999年达18亿美元,预期2003年将达到30亿美元”。美国通信工业研究公司(CIR)的研究预测,北美市场光电子部件的市场规模将由目前的28亿美元增长到2003年的61亿美元,约每年增长18.5%。密集波分复用设备销售额也将从1998年的22亿美元增加到2004年的94亿美元。报告称虽然10年内全光通信还不会全面商业化,但是全光交换将在几年内成为市场主流,报告也指出尽管光学部件市场被大公司所占据,但仍有创新性公司进入的可能。
近10年来我国光电子技术研究在国家“863”计划和有关部门的支持下有了突飞猛进的进展,在很多领域同国外先进国家只有两三年的距离,个别领域还处于世界领先地位。
国内光电子有关产业基地在光电子器件、部件和子系统(如激光器、探测器、光收发模块、EDFA、无源光器件)等已经占领了国内较大的市场份额,初步具备同国外大公司竞争的能力,在毫无市场保护的情况下,靠自己的力量争得了一席之地,市场营销逐年有较大的增长,个别产品还取得国际市场相关产品中的销量最大的成绩。我国相应研究发展基地和本领域高技术公司的许多产品填补了国内相关产品的空白,打破国外产品在市场上的垄断地位,同时争取进入国际市场。
掺铒光纤放大器(EDFA)是高速大容量光纤通信系统必需的关键部件,国内企业产品占国内市场40%的份额。我国也是目前国际上少数几个有能力研制PIC和OEIC的国家。808nm大功率激光器及其泵浦的固体绿光激光器,670nm红光激光器已产品化和商品化并批量占领国际市场。国内移动通信的光纤直放站所用的光电器件,90%使用国产器件,国产1.55μmDFB激光器战胜了国外器件,占领了100%的国内市场。
但是,我们应当认识到在我国光电子技术发展中,光电子器件、部件虽是光通信、光显示、光存储等高技术产业的关键部分,但在整个系统和设备成本中所占的比重较小,其产值较低,目前科研开发主要处于跟踪和小批量生产阶段,光电子产业所需的规模化、产业化生产技术目前还未有实质突破;国内研究生产的光电器件和部件有相当部分还未能满足整机和系统的要求,导致国外器件占据国内市场相当多的份额;在机制上仍未摆脱科研、生产、市场相互脱离的状况。
我国在光电子技术方面是与国际水平差距相对较小的一个领域,与世界发达国家几乎同时起步。但是我们应该清醒地认识到我国制造技术的落后和材料水平有限,而国际上光电子产业已经进入加速发展阶段,留给我们的时间只有三到五年,如果我们不在目前产业化的技术发展阶段进入,就会失去大好时机。机不可失,时不再来,到产业化后期时将要花数倍的力量才能弥补,也许会彻底失去时机,受制于人。
如果一个国家在一代元件上没有足够的投资以发展自主能力,就会给外国竞争者提供进入并占领下几代技术市场的机会。因而在关键器件、部件等方面,要通过引进社会资金和风险投资,知识产权入股、开发人员持股等方式加快我国光电子成果的产业化步伐,鼓励科研人员成果转化。只要贯彻有“有所为,有所不为”的方针,狠抓创新和高技术成果转化,打破行业界限,按市场机制联合国内相关研究和开发单位,共同作好光电子产业化的工作,就一定能发展我国的光电子事业,有望在研究上取得突破,在产业上形成规模经济,取得我国在该领域应有的市场份额。
在高科技快速发展的今天,随着光声光热技术深入研究,以激光、红外、光纤等现代光电子器件作为基础研究对象,实现非接触、远距离、高精度测量。光电检测技术课程在工程类特色的学校的本科教学课程体系中地位不可取代。光电检测技术课程的学习,需要具有数学基础、物理基础、传感器理论基础、测控电路基础、模数电路基础、软件编程基础的知识储备。此门课一般开设在大三或者大四年级,采用理论教学和实践教学相结合。理论课教学目的,主要通过课堂教学,让学生充分掌握光电器件的工作原理、特性技术参数以及应用注意事项,学生打下坚实的理论基础;实践教学目的在于锻炼学生动手能力,培养学生分析问题、解决问题能力,为工程实践打下坚实的基础。
在全国高校思想政治工作会议上提出“做好高校思想政治工作,要用好课堂教学这个主渠道,提升思想政治教育亲和力和针对性,满足学生成长发展需求和期待,使各类课程与思想政治理论课同向同行,形成协同效应”。加强思政课程的目的不是改变原有的课程设计,而是巧妙地将有价值的元素和含义融入原有的课堂课程中,使光电检测技术的理论课和实际应用相辅相成,找到最符合理论的点。通过深入了解思政教育的元素,以“同频共振”为目标,为学生提供更专业的知识和概念。
课程思政结合专业课的特点,以专长为载体,自然融合思政元素,实现教育隐形与显性的有机融合,达到“润物细无声”的效果,提高课程的吸引力。通过组织《光电器件设计》的学习内容,力图从以下几个方面结合思政元素。
在《光电检测技术》课程的讲授中,在正确认识中国和世界总体发展趋势的同时,以叙事的形式介绍对中国光电发展的卓越贡献的龚祖同。抗日战争爆发后,国内军方急需大量光学仪器。龚祖同辞去博士学位,回国创办中国第一家军用光学仪器厂。对民族科技进步的毕生追求使他们更深刻地体会到现在难以理解的生活乐趣和历史使命,对学生个人奋斗精神的唤起、培养学生的爱国热情和社会责任感起到了巨大作用。
在学生对课程理论知识有所了解时后,安排实验任务。组织学生分组查阅相关资料,以小组讨论的形式预习并掌握一种光电传感器的原理及使用。三人一组,由组长负责分配并在组内协同工作。意在培养学生团队合作意识,利于他们各尽其能发挥所长。实验过程中,讨论问题、分析问题。最后,由老师总结实际情况,对课堂上无法解决的问题组织讨论及提出建议。提出光电传感器的使用规范、要求,帮助学生熟悉光电检测的流程和规范,同时遵守专业标准、法律法规,恪守职业道德,提高学生对未来工作的适应能力。
光剑检测技术包括光电器件、光电检测方法和光电检测系统的搭建等内容的教学,覆盖物理学科、测控学科、控制类学科的知识,基于理论抽象、公式繁琐、理解困难的教学特点,因此需要突破和探索新的教学模式。每次上课之前寻找最近行业内的新闻和热点问题,对课上的内容进行有益的补充。使用在线课堂预先将课程内容到平台,让学生可以预览课程、了解课程内容并提供反馈。教师利用平台系统了解学生预习的有效性,并快速调整和定位教学内容。同时,帮助学生理解知识、回答问题,调动学生的学习积极性,增加学生独立思考的时间,改善教学效果,培养学生的创新精神。采用案例教学法、问题中心教学法、课程中心教学法、研讨式教学法等,实现师生互动、教与学相辅相成。增加学生对影视材料、认知知识和学习的兴趣。提高课堂教学的有效性,提高学生的科学人文素养,同时提升学生的学习兴趣。在综合设计实践课,指导学生查阅国内外资料,了解光电检测的最新动态,将同学们分组进行设计,并安排进行答辩。运用“翻转课堂”的教学方式。翻转课堂最大的改变是互换了教师和学生的角色。传统课堂上的教师是站在课堂上,是知识的传授者,学生是坐在教室里,无条件地接受知识。而“反转课堂”让学生的思维实现了自我放飞,成为学习的主体,教师只是起到主导作用,引导学生的学习。虽然“反转课堂”能提高学生的积极性,增强教学效果,但学生面对知识的海洋,可能无从下手,或者获取有些糟粕丢弃的知识,这就要求教师把握好尺度,特别是违反辩证唯物主义的知识就要及时的摒弃,引导学生从积极向上的教学资源获取知识,体现课程思政的内涵。
通常是以实验成绩、考试成绩以及平时成绩决定最终成绩,平时成绩以课堂练习课后作业以及分组配合完成的小论文及形式来评定,作业检验教学质量,需要合理化并优化考核方式,在平时成绩的评定过程中,结合学生的静态展示和动态展示,即作业及报告成果来评定学生的学习效果。实验成绩分为预习、操作和数据处理分析环节,着重实验操作和实验过程中问题的分析解决能力培养。
光电幕墙是光伏建筑一体化(BIPV)的一种高端产品,一方面它是建筑的护结构,需要达到建筑美学的要求,同时有承受遮风、挡雨、抵抗台风与地震的能力;另一方面由于它有发电的功能,需要在其经历各种复杂气候环境变化后仍能正常工作;同时还需要考虑光伏发电的同时其对建筑功能可能造成的新影响。因此,成功的光电幕墙系统,不仅体现了光伏组件设计与生产的高水准,也体现了建筑幕墙技术的高水准。
光伏发电原理:太阳电池工作原理:光子照在P-N结内形成电子——空穴对,电子在P-N结内建电场的作用下向电池负极移动,经过外电路达到正极形成电流,见图二所示。
并网光伏系统原理:并网光伏系统由光伏组件、并网逆变器、导线组成。白天光伏组件产生的电能经过并网逆变器转换成交流电,直接输送到电网。
独立光伏系统原理:独立光伏系统(交流负载)由光伏组件、控制器、蓄电池、逆变器、导线及负载组成。白天光伏组件产生的电能经过控制器储存在蓄电池内,负载工作时逆变器将蓄电池的直流电转换成交流电,提供给负载使用。系统原理如图四所示。
南玻大厦位于南山区南海大道与工业六路交叉口,为南玻集团的总部大楼。建筑标高26.60米,此次建造的南玻大厦光电幕墙系统是在既有建筑幕墙的基础上改建而成。光电幕墙面积为59平方米,安装方位为南偏西45度,与地面垂直夹角为90度,光伏系统设计峰值功率:6.0kWp,其中约5.0kWp采用光伏并网方式接入大厦供电系统,约1.0kWp采用独立发电给大厦前台业绩液晶电视机供电。工程全部采用6mm钢化超白玻+EVA+电池片+EVA+6mm钢化超白玻璃双玻光伏组件。
并网光伏系统配置1台容量为6kW的并网逆变器及一个交流配电箱,配电箱含电度表、避雷器及空气开关。
独立光伏系统配置1台48V100A控制器,一台1KVA逆变器,4个12V200Ah蓄电池。设备如图七右边所示。
1.建筑效果方面。为保持原有建筑风格,从颜色与分格上作了充分考虑。如选择颜色均匀的多晶硅电池片,克服了普通多晶硅电池的花斑效果与常用单晶硅电池片的深黑效果。选择隐框构造及与同一立面玻璃幕墙相同的板块分格。
2.组件选择方面。为了做成隐框并达到抵抗地区的台风要求,选用了双面玻璃组件(6mm钢化超白玻+EVA+电池片+EVA+6mm钢化超白玻璃),为克服组件做成隐框时的密封性能与EVA类夹胶玻璃的低结构性能,专门设计了边框构造。
3.幕墙构造方面。结合光电部位的剪力墙结构,采用开放式的双层幕墙结构,即一层铝板幕墙(原有部分),一层光电幕墙。光电幕墙不打密封胶,保持光伏组件良好通风,一方面解决了光伏组件由于温度升高效率下降的问题,另一方面铝板幕墙的隔热作用保证了不会因为光伏组件的吸热而增加建筑热负荷。
4.系统设计方面。为增强示范效果,采用并网发电系统与独立发电系统共存的方式,同时有利于收集两种系统的运行数据,便于提高我们的系统设计水平。
5.系统展示方面。项目采用了数据自动采集、显示系统,能将系统的运行参数直观地显示在电脑及液晶电视机上。
1.采用外循环的双层幕墙型式,成功解决了地区幕墙应用光伏组件的散热及建筑热负荷增加的问题;
2.采用隐框双玻组件,创建材型光伏组件应用先河,解决了与原建筑效果一致的问题;
3.采用新型的构造设计,解决组件密封、接线盒的隐蔽与EVA的在高温与台风作用下的结构受力问题;
4.采用单块组件最大规格为2460X1160,面积2.85平方米,功率280W。为双玻组件大板块大功率国内幕墙应用首创;
5.采用并网系统与独立系统共存,为首个两套系统共存的光电幕墙工程,具有较强的展示与研究价值;
7.采用了数据自动采集、显示系统,能将系统的运行参数显示在电脑及液晶电视机上。
本光伏幕墙系统自投入运行起,系统运行稳定,各项技术参数均达到设计要求。月号早上8点到10:30更换并网系统市电接入点的配电箱,并网系统停机2个半小时。
并网系统夏季晴天及多云天气平均每天发电7.2kWh,每1kWp组件每天的发电量为1.41kWh;阴雨天平均每天发电4.45kWh,每1kWp组件每天的发电量为0.873kWh。
独立光伏系统最高每天发电15Ah(720Wh),负载最高每天用电15Ah。由于液晶电视机每天开的时间不一样,独立光伏系统每天消耗的电量及每天产生的电量都会有所变化,在此给出独立光伏系统每天的发电量曲线图没有太大意义。从最高每天发电量就可以看出系统的供电能力,本独立系统夏季每天的发电能力约为15Ah/day。
组件类型:双玻组件,6mm钢化超白玻璃+EVA+电池片+EVA+6mm钢化超白玻璃
光电子技术是现代化新技术,具有无可比拟的先进性,它是光子技术和电子技术结合而成的新技术,涉及光的显示、光的存储以及激光等众多领域。它不仅是未来信息产业的核心技术,也是煤炭安全生产的重要技术保障。该技术涉及的课程体系众多,包括光学与物理、IED的生产与检测、生产管理、3D显示、光电半导体元件等内容,与多种学科交叉渗透。该技术的兴起运用也带动了它在煤炭生产企业中的运用,它能够为生产安全性提供保障。但是据调查统计,由于该技术在我国的发展时间尚短,我国又缺乏与该技术相关的专业人才,导致其应用面临严峻的困难,它的效能难以得到发挥。提高我国该领域的核心技术能力,培养高技术人才,并在煤炭安全生产中科学发挥它的作用,就成为我国煤炭企业降低事故发生率、减少企业资金浪费、切实提升企业竞争力的关键。
瓦斯爆炸是造成煤炭生产不安全的最重要的因素之一,做好瓦斯的检测工作,明确气体的浓度就显得极其重要。利用光电子技术中的近红外波长瓦斯浓度检测手段,能够准确检测出煤炭井下的气体浓度,改善原有瓦斯传感器只能检测黑白元件的弊端,并且不需要每隔一周进行调试,从而减小误差,缓解人员工作压力,大大降低瓦斯爆炸事故发生的可能性。此外,由于光电子元件的发展,近红外波长瓦斯浓度检测技术还具有相对的稳定性,使用操作简便易行,使用年限也更长。
LED矿灯在井下的安装,起到照明的巨大作用,过去的照明器材的燃点高,极其容易达到煤尘燃点,引发煤炭事故。对此,我国相关部门已经规定,在煤炭生产中不宜使用燃点高的矿灯,要使用新型灯具。LED矿灯是代替过去老旧器材的有效设备,它具有较高的科技含量,其先进性主要表现在安全性、冷光源、低温度、节能、环保、杜绝火花等优势上,是光电子技术在具体设备中的有效运用。
瓦斯突出传感器具有传感和预测的功能,它可以防护煤炭与瓦斯突出造成的爆炸事故,在问题爆发之前就预测事故,然后通过有效的预防降低故障发生的概率,提高企业的经济效益。突出预测包括区域预测和局部预测两大种类,所谓的区域预测就是指对煤炭矿井和煤层区域的不安全因素进行预测,局部预测则是在区域预测的基础上,对重点部位和隐秘部位进行的预测。在具体的检测过程中包含声发射监测技术、电磁辐射监测技术以及环境监测三种类别,对预防事故,提高生产安全性具有十分重要的意义。煤岩界面传感器技术是光电子技术的重要组成部分之一,它能够减少原煤中岩石和其他矿产物的含量,提升企业的经济效益。它最先进的技术就是使用采煤机具备的自动跟踪手段,判断煤岩界面的能力水平,实现自动化采煤。具体而言,煤岩界面传感器技术是使用红外线记录仪器对地质的地表温度进行测试的手段,它能够对坚硬的顶板实施检测,并且反应时间迅速,减衰率小,能够穿透灰尘和水雾。据试验表明,波长为3um-5um的红外成像仪器可以在能见度仅为5米的满是烟雾的巷道中成功的利用采煤机实施定位,探测的距离可以达到80米以上。
由于我国煤炭行业的迅猛发展,国家对其的重视度越来越高,加强监督管理也就成为相关人员探讨的重点。然而经过调查研究发现,我国一些较小的煤炭生产企业和偏远地区的单位,不具备较好的安全检测系统,在具体实施管理的过程中也存在严重的不足,不利于及时掌握煤矿井下作业的实际情况,危险事故一经发生很难做到安全救援,企业面临着巨大的安全隐患。采用光电子技术中的红外考勤对策能够对矿井工作人员进行跟踪,对他们的动向进行考察,监测他们的生产开采行为。一旦发生危险事故,可以在短时间内采取定位系统找到故障点,为事故救援提供精准的信息。并将计算机网络系统、地理信息系统、通信技术有效的结合在一起,做好考核工作和测评工作,保证煤矿的安全生产。
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