浅谈雷达技术的发展概况及应用

浅谈雷达技术的发展概况及应用（精选9篇）

浅谈雷达技术的发展概况及应用 篇1

浅谈雷达技术的发展概况及应用

文学院 潘荟程

雷达一词广义上来讲是指无线电工程的一部分，它研究如何发现并决定各种目标的位置（包括决定本身位置在内）。

在本世纪30年代，无线电技术出现了重大的突破，那就是雷达的发明。雷达又称作无线电测位，是利用无线电波的反射，来测量远处静止或移动目标的距离和方位，并辨认出被测目标的性质和形状。

早在1887年，赫兹进行验证电磁波存在的实验时就曾发现：发射的电磁波会被一大块金属片反射回来，正如光会被镜面反射一样。1897年夏天，在波罗的海的海面上，俄国科学家波波夫在“非洲号”巡洋舰和“欧洲号”练习船上直接进行5千米的通信试验时，发现每当联络舰“伊林中尉号”在两舰之间通过时，通信就中断，波波夫在工作日记上记载了障碍物对电磁波传播的影响，并在试验记录中提出了利用电磁波进行导航的可能性。这可以说是雷达思想的萌芽。1921年业余无线电爱好者发现了短波可以进行洲际通信后，科学家们发现了电离层。短波通信风行全球。1934年，一批英国科学家在R．W．瓦特领导下对地球大气层进行研究。有一天，瓦特被一个偶然观察到的现象吸引住了。它发现荧光屏上出现了一连串明亮的光点，但从亮度和距离分析，这些光点完全不同于被电离层反射回来的无线电回波信号。经过反复实验，他终于弄清，这些明亮的光点显示的正是被实验室附近一座大楼所反射的无线电回波信号。瓦特马上想到，在荧光屏上既然可以清楚地显示出被建筑物反射的无线电信号，那么活动的目标例如空中的飞机，不是也可以在荧光屏上得到反映吗? 根据上述的设想，瓦特和一批英国电机工程师终于在1935年研制成功第一部能用来探测飞机的雷达。后来，探测的目标又迅速扩展到船舶、海岸、岛屿、山峰、礁石、冰山，以及一切能够反射电磁波的物体。

当时研制雷达纯粹是为了军事需要，因此是在保密状态下进行的。实际上，几乎在同一时期，各国的科学家们都在保密的条件下独立地开展这方面的工作，都有杰出的代表人物。R．W瓦特只能说是在这方面已为大家知晓的代表人物而已。

到1939年为止，一些国家秘密发展起来的雷达技术已达到了完全实用的地步。就在这一年，爆发了第二次世界大战，这项新发明在二战中显示出了它的巨大威力。雷达技术首先在美国应用成功。二战中，俄、法、德、意、日等国都独立发展了雷达技术，但除美国、英国外，雷达频率都不超过600MHz。由于雷达的很大作用，产生了针对雷达的电子对抗，研制了大量的对雷达的电子侦察和干扰设备，并成立了反雷达特种兵部队。二战后，特别是五、六十年代，由于航空航天技术的飞速发展，用雷达探测飞机、导弹、卫星、以及反洲际弹道导弹的需要，对雷达提出了远距离、高精度、高分辨率及多目标测量的要求，雷达进入了蓬勃发展的阶段，解决了一系列关键性问题：脉冲压缩技术、单脉冲雷达技术、微波高功率管、脉冲多普勒雷达、微波接收机低噪声放大器（低噪声行波管、量子、参量、隧首二极管放大器等）、相控阵雷达。七十至九十年代，由于发展反弹道导弹、空间卫星探测与监视、军用对地侦察、民用环境和资源勘探等的需要，推动了雷达的发展。出现了合成孔径雷达（SAR），高频超视距雷达（OTHR），双/多基地雷达，超宽带雷达（UWB），逆合成孔径雷达（ISAR），干涉仪合成孔径雷达（InSAR），综合脉冲与孔径雷达等新技术新体制。

在现代社会中，雷达机被广泛地应用和平的和军事的目的。在和平用途中，应用雷达机来作无线电导航具有很大的实际意义。首先，在航空方面，它用来对飞机作远程和近程领航、指挥和监督飞机在空中的飞行、引导飞机着陆（包括盲目着陆），最后，还用来指挥飞机在机场上的运动。在航海方面，雷达机被广泛地用来对船舰作远程和近程领航、防止船舰和冰山以及其他障碍物碰撞、指挥船舰在港口内的运动等等。用无线电定位的方法可以进行地形测量，气象台中可以用它来预测气候（根据气流和暴风雨前沿运动的数据），天文学中可以用它来研究宇宙的空间。

目前投入使用的对空情报雷达的共同特点是探测距离远，分辨率高，反有源干扰 和无源干扰能力比较强，能对抗反辐射导弹的攻击，工作可靠，情报容量比较大，可在 2000年后继续服役。随着各种空袭兵器和反雷达技术的迅猛发展，雷达与反雷达的相对平衡状态也随之被打 破，使雷达的有效工作和生存面临严重挑战。目前国外正在加紧开发雷达高新技术，研制性 能更为先进的新一代对空情报雷达。预计，这些新型雷达将在2000年前后陆续投入实战使 用。其中比较有代表性的型号有：美国的ARSR-4和ASTAR雷达系列，法国的TRS-2140(Flair)以及西班牙的“伦赛”三坐标监视雷达。这些雷达的战术技术特点主要有：

①综合采用一系列新技术、新体制，如全相参、全固态、超低副瓣天线、数字波束形 成、捷变频、脉压及大时宽—带宽等先进技术。

②发射机将增加一系列输出功率管理系统，以便自适应于各种作战环境。

③可靠性指标将进一步提高，如美国在研的W-2100雷达的致命故障间隔时间将大于 5000h。另外雷达的自检功能将渗透到各个分系统，故障检知率可超过98%，从而可使雷达 的可用性大幅度提高。

④将具备探测诸如隐身飞机这样的小雷达散射截面目标的能力。例如W-2100雷达，对 目标的有效探测距离可达170km以上。它还采用了一种新型滤波器，将最大时速为1389km的高速鸟群和昆虫群滤波，从而把与这些鸟群和昆虫群具有同样雷达 截面积的“隐身”目标探测出来。

⑤电子防御措施比较齐全。新型三坐标雷达一般都从体制、参数选择和附加措施三个方 面来提高电子防御能力。

新型防空情报雷达大-都兼有数种新技术体制的优点，如层叠波 束、相控阵等。参数选择有波形可变、脉宽可变、重频可变、极化可变以及自适应发射频率 选择、瞬时寂静、反辐射诱饵等。综合运用上述措施，将会大大提高雷达的有效性和生存能 力。

雷达技术对国防科技和武器装备发展的影响主要体现在下列三方面：1.是军事上实时、主动、全天候获取各类目标信息不可缺少的技术探测手段，是收集各种军事情报的传感器技术之一，是“千里眼”。在当今高技术条件下，对一个战区乃至全球多方面的情报收集、处理、分发是指挥员做出正确决策和快速响应必不可少的前提，在防空及各军兵种与各个级别上的战略、战术指挥控制与通信(C3I)系统中，雷达技术是主动获取信息的重要手段，是其它探测手段不能替代的。2.雷达是先进作战平台的组成部分，其作用是人们研制各类武器系统最为关心的。例如，先进的机载脉冲多普勒火控雷达是战斗机火控系统的关键设备，西方主要国家早已将其装备部队，它们还在为更先进的战斗机研制固态相控阵雷达，以提高战斗机的多目标、多功能及远程攻击能力；机载轰炸雷达是轰炸机提高轰炸成功率的重要保证，使轰炸可以不受气象条件和白天黑夜的限制，并可与激光瞄准设备相配合，实现精确打击的目的；地形跟踪和地形回避雷达可使轰炸机、战斗机和巡航导弹实现低空、超低空安全隐蔽接近作战地域和要攻击的目标。3.雷达技术是发展先进武器系统测试评估的技术手段。例如各种精密打击武器，在其研制过程及最终性能评估中，必须要有精密测量雷达对其飞行轨迹、落点精度等进行测量与鉴定；在导弹和卫星的研制和发展中，雷达是弹道参数测量、真假目标识别、突防能力检验、卫星安全控制及轨道测量等必不可少的手段。由此可见，雷达技术是一个国家国防和武器装备现代化以及国防科技发展必不可少的技术。

我国雷达技术发展的现状较发达国家而言还较为落后。雷达门类较多，发展历程不尽相同，起步有早有晚，仿制和自行设计互有交叉。为常规武器配套的雷达一般是仿制与自行设计并举，新体制的雷达、自动化作战指挥系统、激光红外雷达和导弹、卫星无线电测控系统等则是随着雷达技术的发展在自力更生基础上自行设计研制开发而成的。但从我国雷达技术和产品发展总体来说，大致经历了修配、仿制、自行设计和发展提高四个阶段。

修配阶段(1949年～1953年)

这一阶段以开创基业和修配美、日旧雷达为主要标志。1949年5月，我军接管了国民党的雷达研究所，标志着我国雷达工业的发展从此揭开了序幕。

新中国成立后，盘踞在台湾和沿海岛屿上的国民党部队不断突袭大陆沿海城市，我防空部队急需雷达。不久，抗美援朝战争开始，前方十分需要各种雷达设备，国家对雷达研究所从人力、物力等方面大力支持，利用缴获的雷达器材和美、日在二次大战中留下的旧雷达进行维修和补缺配套，装备部队使用。这些修复的雷达绝大多数是警戒雷达，也有炮瞄雷达、用于高炮或探照灯引导的美国早期单目标跟踪雷达、舰艇上搜索海面活动目标雷达。后期也修理过少量苏式雷达。

以仿制为主的发展阶段(1953年底～60年代初)这一阶段以建立雷达生产基地和仿制苏式雷达产品为主要标志。新中国诞生后，苏联援助的100多个项目中雷达占了7项，新建了雷达、指挥仪生产厂，后又与苏联签订了有关协定，开始仿制苏式雷达产品。仿制出了警戒雷达、炮瞄雷达、舰用雷达、机载雷达、指标仪、制导雷达和末制导雷达等。地面防空雷达的仿制和自行设计几乎是同时开始的。1954年仿制成功的中程警戒雷达是我国第一批装备部队的国产雷达，1956年设计成功我国第一部微波对海远程警戒雷达。

仿制的海用雷达有海军警戒雷达、舰艇搜索雷达、搜索攻击雷达、导弹制导雷达、鱼雷快艇攻击雷达和鱼雷潜艇攻击雷达。1960年苏联专家全部撤退，停止援助合同，给仿制工作带来很大损失和困难。经努力，绝大多数有资料、样机或只有样机的苏式产品都仿制成功。

这一阶段仿制的雷达大多数相当于苏联50年代初、中期装备水平。仿制的成功扩展了我国装备部队雷达产品的门类系列，形成了雷达为陆、海、空部队服务的雏型，通过多部雷达的引进仿制，掌握了雷达试制生产的全过程。

经过五十年的艰苦奋斗，雷达行业已成为我国国防现代化建设和参与国民经济主战场的一支实力雄厚的产业大军，形成了中央与地方相结合、沿海与内地相结合、军用与民用结合、专业和门类比较齐全的工业体系。一批产品的性能指标已跨入先进行列。同时，培养和造就了一支素质高、能打硬仗的技术队伍。更可喜的是涌现了一大批年轻有为的雷达科技人员，培养和造就了一批高素质的跨世纪科技人才，从而使我国雷达工业以崭新的姿态迈入21世纪。但我们还应清醒地看到，我国的雷达技术与装备水平距发达国家还有一定的差距，在某些领域还相当落后，落后就要挨打，这就要求我们的雷达科研人员牢记自己所肩负的神圣使命，刻苦攻关，发奋努力，研制出具有世界一流水平的雷达装备，为我国国防现代化事业作出应有的贡献。

浅谈雷达技术的发展概况及应用 篇2

一、滴灌技术及其发展

滴灌是通过安装在毛管上的滴头、孔口或滴灌带灌水器, 将水一滴一滴均匀而又缓慢地滴入作物根区的土壤中的灌水方法。灌水是仅滴头下土壤得到了水分, 灌后延作物种植形成一个一个湿润源, 其余部分是干燥的。由于滴头流量小, 滴水缓慢入渗, 仅滴头下的土壤水分处于饱和状态, 其他部位的土壤处于非饱和状态。土壤水分主要借助毛管张力作用湿润土壤。滴灌不破坏土壤结构, 土壤内部水、肥、气、热能经常保持在适宜于植物生长的良好状态, 蒸发损失小, 不产生地面径流, 几乎没有深层渗漏, 是一种省水的灌水方法。据测试, 滴灌比地面灌溉节水30%~50%, 较喷灌节水15%~25%。

㈠国内滴灌技术的发展概况

20世纪70年代中期, 我国从墨西哥引进了现代滴灌技术。滴灌特别适用于树木或其他高大植物, 果园和葡萄园已经大量使用滴灌, 大约90%的灌水量可以被植物利用。近二十年, 微灌面积平均每年都以33%的速度增长, 发展中国家的微灌发展速度惊人[2]。

㈡膜下滴灌技术

膜下滴灌技术是工程节水—滴灌技术和农艺技术—覆膜种植技术的有机结合形成一种新型田间灌溉方法, 兼有地膜栽培技术和先进的滴灌技术的优点, 既能根据作物根系分布进行局部灌溉, 较好地保持土壤良好结构, 防止水分深层渗漏和地面径流损失, 又可以利用地膜的保温、保墒作用, 最大限度地减少地面蒸发, 提高作物对水肥的利用率。

㈢膜下滴灌的优点

膜下滴灌具有显著的淋盐、节水、节肥、增产的优点。滴灌带铺设在膜下, 不仅减少了水分的棵间蒸发, 而且水滴进入土壤后使盐分溶解, 并向滴头四周迁移, 一直把盐分淋洗到湿润锋的边缘。而作物根区即湿润锋中心部分则形成了一个有利于作物生长的淡化脱盐区。膜下滴灌不但能使可溶性肥料随水滴施入土壤, 而且还可以定时定量地满足植株的水肥要求, 水肥直接灌到作物主根区, 作物主根区上有地膜覆盖, 下有湿润锋, 杜绝了水分深层渗漏和地表径流;同时覆膜技术的应用, 不但节水而且抑制了盐化的动力, 同时所灌入土壤的水量, 绝大部分被作物蒸腾所消耗, 田间深层渗漏量很少, 具有明显的节水效果和显著的压盐作用, 水肥基本上在这个相对封闭的空间运移, 这种可控性使水、肥、盐、光、热、气优化耦合, 并使作物的光能利用率趋于最大, 达到淋盐丰产、提高质量的目的。另外, 膜下滴灌还具有自动化程度高、劳动强度低和抑制杂草孳生等优点。其具体表现在三个方面:一是节约田间劳动力, 机耕、播种、铺滴灌带、铺膜等程序可一次全部完成;二是提高土地利用率;三是保护农业生态环境, 促进农业可持续发展。

二、马铃薯覆膜栽培的历史

马铃薯的老家, 在南美洲安第斯山山区, 明朝末年传入我国, 距今已有400余年。由于马铃薯适应性强, 喜冷凉的气候条件, 抗灾、早熟、高产且易于种植, 更重要的是它既能做粮又能做菜, 营养价值高。因此, 在我国马铃薯发展很快, 已经扎根于全国东西南北各地。我国于1978年自日本引进地膜覆盖栽培技术, 以来, 发展迅速, 并取得了巨大的经济效益和社会效益。目前, 我国的地膜覆盖种植面积已居世界首位[3]。

地膜覆盖栽培技术在马铃薯上发展也很迅速, 其具有明显的增湿、保墒效果, 还能够保肥、保全苗、抑制杂草生长、减少虫害、促进马铃薯生长发育、早熟和增产[4]。

三、马铃薯膜下滴灌的节水机理

滴灌作为一种节水措施, 已有不少研究, 近年来, 把地膜覆盖和滴灌两项技术结合在一起的膜下滴灌已被证明是有效的增产和节水技术, 而且在棉花等作物上得到了应用[5,6], 然而在马铃薯生产中尚未进行节水和生产效率等方面的深入研究。由于马铃薯不同于棉花等作物, 块茎生长要求相对低温和通气良好等环境, 因此不能简单将在棉花、小麦上的试验结果直接应用到马铃薯。因此有必要系统研究膜下滴灌马铃薯的生长发育、产量形成规律以及水分利用效率, 进而为马铃薯生产中推广膜下滴灌技术提供依据。

㈠有效杜绝深层渗漏损失, 提高田间水利用率

常规灌溉时, 当水进入农田湿润土壤后, 一部分作为毛管水留在土壤中形成土壤的有效水分, 供作物生长需要, 如灌水量过多, 超出田间持水率的部分在重力作用下入渗成为无效的深层渗漏水。经实际测定, 采取沟灌时, 耕层40厘米以下的渗漏水占灌溉水的35%~50%, 而膜下滴灌的水分多集中在4O厘米以上土层, 一般没有深层渗漏现象。

膜下滴灌利用毛管将水直接送到作物根部, 施水量的大小可通过调节工作压力和灌水器的间距, 灌水均匀度可达90%以上, 比常规灌水提高10%以上, 减少了地面灌水上部渗透过深的无效消耗。滴灌在灌水定额较小时, 也能对作物普遍施水, 克服了常规灌在灌水定额较小时, 无法保证灌水均匀和对作物普遍施水的现象。

㈡有效地抑制田间无效水分的蒸发

抑制土壤水分蒸发, 保墒效果好。采用膜下滴灌可改变对作物生长不利的气候因素, 滴入膜下土体中的水分, 仅消耗于植株的蒸腾, 抑制了土壤水分的蒸发, 保墒效果明显。

㈢有效抑制了杂草的繁衍, 减少了杂草的耗水

膜下滴灌, 通过系统过滤后, 随水而来的杂草种子无法进入田间, 避免了杂草丛生。在整个生育期株间被地膜覆盖, 膜内温度高, 使原有杂草种子和杂草无法生长, 减少了杂草的耗水。

㈣控制土壤次生盐渍化, 减少生育期压盐用水量较低。

滴灌以频繁小流量灌水方式使作物根区土壤经常保持在较高含水量状况之下, 同时在地膜覆盖下, 土壤水的毛细管运动和土壤蒸发减弱, 盐分随上升水流积聚地表的几率较少;即使有盐分积累也仅在湿润区边缘, 对作物生长的危害不大, 无须增加太多灌水定额压盐。其原因是滴灌以频繁、小流量灌水方式使作物根区土壤经常保持在较高的含水率状态。同时随着土壤水的毛细管运动和土壤蒸发, 盐分积累在湿润区的边缘。在灌溉水向下入渗过程中, 很快把盐分带入湿润区低部, 湿润区中部由于经常保持较高的湿度, 因而盐分浓度

摘要：本文阐述了滴灌的发展历程、优点和我国马铃薯覆膜栽培的历史。在对马铃薯膜下滴灌主要研究进展进行分析的基础上, 揭示了马铃薯膜下滴灌的节水机理, 认为膜下滴灌可有效杜绝深层渗漏损失, 提高田间水利用率, 有效抑制田间无效水分的蒸发, 控制土壤次生盐渍化, 减少生育期压盐用水量。

关键词：滴灌,马铃薯,节水机理

参考文献

[1]中华人民共和国水利部农村水利司.中国节水灌溉[M].北京:中国水利水电出版社, 2009.

[2]沈蓓蓓, 龙振华, 贺荣兵.滴灌在农业现代化中的战略地位与发展研究[J].农村经济与科技, 2011, ⑾.

[3]缴锡云.覆膜灌溉理论与技术要素要素试验研究[M].北京:中国农业科学技术出版社.2001.

[4]于雪梅, 王建馨.马铃薯地膜覆盖栽培技术[J].农村实用科技信息, 2011, ⑴.

[5]王玉明.达尔罕茂明安联合旗马铃薯膜下滴灌效益分析[J].内蒙古农业科技, 2010, (3) .

机电一体化技术的概况及发展趋势 篇3

【摘要】机电一体化是机电与微电子技术的有机结合，是现代科学技术发展的必然结果。本文简述了机电一体化技术的基本概况，分析了机电一体化技术的发展趋势，并就如何提高我国的机电一体化水平提出几点看法。

【关键词】机电一体化技术 概况 发展趋势 看法

机电一体化不是机械装置与电子装置的简单组合，而是在功能上取其所长、有机融合，以实现系统的最佳构成。其目的是提高生产效率、降低生产成本，提高产品的性能和质量、增加企业效益。机械技术、微电子技术、计算机技术、信息技术的发展，使机电一体化技术不断创新和发展。

一、我国机电一体化技术的应用概况

二十世纪九十年代，大规模集成电路和微型电子计算机技术的迅速发展，使机电结合形式更加灵活、内容更加丰富、应用更加广泛，因而在以机械工业为主的传统产业中引发了一场大规模的机电一体化技术革命。目前，机电一体化产品已经渗透到了国民经济和日常工作、生活的各个领域。如电冰箱、全自动洗衣机、电子打印机、复印机、数控机床、工业机器人等都属于典型的机电一体化产品。我国对机电一体化技术的研究起步较晚，但在八十年代以来，制定了一系列有利于机电一体化发展的政策法规，确定了数控机床、工业机器人、汽车电子等十五个优先发展领域和六项关键技术的研究方向和课题。当前在我国机电一体化技术主要应用在传统产业的改造，机电一体化产品的开发，以及机电产品的更新换代。经过多年来的努力，我国机电一体化技术已经取得了巨大的发展，正在逐步接近国际先进水平。

二、机电一体化技术的发展趋势

机电一体化技术融合了电子技术、计算机技术、机械技术等多个领域的内容，随着现代电子技术和科学技术的日趋成熟，进一步推动机电一体化技术向绿色化、智能化、信息化方向发展。

任何一项新技术和新产品的发明创造， 都是为了人类生活服务这个根本性的目的而产生的。因此，随着全球性环境污染，人类生活居住条件恶化的现实情况下，不管是大的工程机械，还是小的家用电器的制造使用都要从环保的角度出发，机电一体化的发展趋势也不例外，环保是其技术研发创新的必然要考虑到的重要问题之一。从其产品的设计、生产、包装、应用等多个环节上选择环保材料，使其具有环境保护和保护人类生命健康的功用。并且尽可能的减少资源的浪费，在工业得到迅速发展的同时，也要保护人类居住环境的绿色环保。

在改革开放以后，我国自行投入到机电一体化技术的研发中来，在各方面都取得了一定的成绩。但还只是在原来简单的机器设备中添加了自动化服务的功能。在高科技迅速发展的今天，自动化已不能满足我国工业发展的需求，而智能化将是机电一体化发展的重要方向之一。 人工智能化是不仅要上机器具备自动行动的能力，还要有判断推理，对某些事物能够自主决策，并且具备一定的逻辑思维。

本世纪初，我国信息技术得到了突飞猛进的发展，并且快速的应用到了国防、教育 、卫生、农业、政治等多个领域。给人们的生活工作带来了极大的变化。同样也给机电一体化技术的发展提供了更多的便利。利用网络无限制的传输和通信功能，对机电一体化设备进行远程控制，指挥操作带来了极大的方便。当前随着信息化技术普及与广泛应用，机电一体化的信息化程度也将会相应的提高。

三、结语

科学技术的进步为机电一体化的创新和发展提供了条件，社会需求则为之提供了动力，机电一体化的发展又不断促进科学技术的进步和社会需求。机电一体化已经显示出了强大的生命力，并正以空前的速度和力度冲击着传统的技术思想、生产方式和方法以及传统的机电产品和产业结构，国民经济的各个领域都将因此而发生深刻变革。

【参考文献】

[1]邱俊.论机电一体化技术的发展和应用[J].旅游纵览（下半月），2013（12）.

[2]郭睿儇.机电一体化技术及其应用研究[J].科技创业家，2013（13）.

[3]曹新生. 析机电一体化技术的发展趋势[J]. 职大学报，2009.

浅谈雷达技术的发展概况及应用 篇4

张广川

（河北工业大学材料学院，天津300130）

摘要介绍了纳米粘土矿物的概况，指出纳米粘土矿物除了蒙脱石外，还有高岭石、海泡石、蛭石、坡缕石、累脱石等。阐述了纳米粘土矿物的应用情况。例如，环境保护领域,以及医药、工程领域应用现状。

关键词纳米粘土，蒙脱石，比表面积，表面活性

application and research situation of technical characteristics of nanoclay

ZhangAnChuan

(hebei industry university, tianjin 300130)materials department

AbstractThis paper introduce the nanoclay,point out the clay minerals include not only montmorillonite,but also kaolinite, sepiolite, vermiculite, fiber-like palygorskites, tired from stone, etc.Expounds the application of nanometer clay minerals.For example, the environmental protection field, and medicine, engineering field application situation.Key wordsnanoclay, montmorillonite,specific surface area, surface activity

信息技术、生命科学技术和纳米技术是21世纪的主流技术，其中纳米技术又是信息技术和生命科学技术持续发展的基础。纳米料在化学、电子、冶金、宇航、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。

目前人工纳米材料的制备方法均需要较高成本，如物理的蒸发冷凝法、离子溅射法、机械研磨法、等离子体法、电火花和爆炸法，以及化学的液相反应法、气相反应法和固相反应法，菲的价格使一些民生工业望而却步。

与传统的纳米材料制备技术相比，纳米粘土具有原料丰富、工艺简单、成本低廉等特点因此，纳米粘土的研究成为材料科学研究的一个热点。

简介

所谓的纳米材料，从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米＝100厘米，1厘米＝10000微米，1微米＝1000纳米，1纳米＝10埃），即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。纳米级结构材料简称为纳米材料(nano material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。而纳米粘土矿物就是指从尺寸大小来讲具有纳米级尺度并且具有一定纳米特性的粘土矿物。纳米粘土的研究最先涉及到的粘土是蒙脱土[1]，且由于其本身的特性，对纳米蒙脱土的研究最为广泛且最为深入，目前已投入工业化生产阶段。

因此在许多参考文献中，纳米粘土指的就是纳米蒙脱土。从粘土矿物的分类可看出，粘土矿物有很多种类型，且具有不同的结构与性质。而且目前对于纳米粘土的研究，涉及到的粘土矿物除了蒙脱石外，还有高岭石、海泡石、蛭石、坡缕石、累脱石等。

概况及应用

现如今对纳米粘土矿物材料的研究非常广泛。主要进行的研究有纳米粘土矿物在环境治理领域的研究；纳米矿物对橡胶增强增韧的机理研究；纳米粘土矿物材料在医药、保健品中的应用研究等等。

应用于环境治理领域

如随着科学技术的不断发展，人们在享受科技成果的同时，也造成了对自身生存环境的污染。目前，对于环境污染，特别是对水污染的治理，主要采用活性污泥法和粉未活性碳投料——活性污泥法两种，但由于活性污泥存在着对水质变动敏感，容易膨胀等缺陷，并且活性价格昂贵，投放量难以增加，所以开发一种新型的材料是很有意义的，纳米粘土矿物具有较大表面积，吸附性能好，价格较便宜，被越来越多的应用于污水治理的研究中。

在粘土矿物中，硅、铝、氧气是其中最主要的元素。在这些粘土矿物中，碳和氧结合生成硅氧四面体，铝和氧结合生成了铝氧八面体，其中硅氧四面体分布在同一个平面内，彼此以3个角顶相连，从而形成二维延展的网层即四面体片，用T表示。同样，铝氧八面体共用边角形成了八面体，用O表示。这些硅氧四面体片和铝氧八面体片又共用氧原子，将不同的片结合在一起，形成层状结构。

由一片铝氧八面体和一片硅氧四面体结合在一起形成层，氢键将这些层结合在一起，生成了TO型(1∶1型)，这类矿物层间不带电荷，阳离子交换容量(CEC)很低，高岭石为最典型的TO型粘土矿物。两个硅氧四面体片中间夹一个铝氧八面体片生成层，这些层再堆积在一起，生成TOT型(2∶1型)，常见的TOT型粘土矿物有伊利石，蒙脱石，蛭石等。在TOT型粘土矿物中，常存在着同晶置换，即四面体中的Si4+被Al3+所置换，或者八面体中的Al3+被Fe3+，Mg2+或Fe2+等置换，或者是两种置换均发生。这种类型称为2∶1∶1型。但是这种置换并不改变矿物的晶体结构。由于通常是高价阳离子被低价阳离子置换，常见的TOT型粘土矿物带有永久性负电荷，存在于硅氧四面体和铝氧八面体中，或者两者兼有，必须由阳离子来中和，由此造成TOT型粘土矿物具有相对较高的CEC，大小主要取决于同晶置换程度。

利用这一结构特性，使得粘土矿物就具有了在污水处理中的使用前景。粘土矿物对于重金属离子、有机物、阳离子染料分子等的吸附主要有表面吸附和离子交换吸附。表面吸附是一种或多种化学物质在表面的富集。只有具有较大的表面积，例如高度分散的细粉或多孔的固体，才具有较大的表面能，才能作为良好的吸附材料。离子交换吸附是为了平衡电荷常需要吸附环境中的异号离子，如上述的2∶1∶1型粘土，为了消除电价不饱和，就要在层间吸附其它阳离子来进行置换，以达到吸附目的【2】。

吸附作用还可以分为选择性吸附和非选择性吸附。选择性吸附是属于化学吸附，受可变电荷表面的电量控制，非选择性吸附即通常所说的交换吸附，属于静电作用，受矿物所带的永久电荷量控制，主要是在粘土结构单元之间的空隙进行的。

吸附能力的大小取决于活性表面的多少及表面电荷密度，而能否吸附则与粘

土矿物的自由孔径有关。如果被吸附的离子团或分子直径大于粘土矿物自由孔径，使离子团或分子难以进入粘土矿物内表面，吸附便只发生在外表面，从面降低了吸附效果。而纳米粘土矿物就具有大的比表面积、优良的表面活性等特性。有利于其对污水中的重金属离子、有机物、阳离子染料分子等的吸附主要有表面吸附和离子交换吸附。

由于粘土矿物的资源丰富，价格便宜，被越来越多的应用于环境保护中。目前，用于污水处理的主要是膨润土、凹凸棒石、坡缕石、海泡石、硅藻土等几种，海泡石更多的是应用在催化方面，粘土矿物在环境保护中还有其它的用途，如空气净化，土壤的净化，地下水的修复[27]等，因此对粘土矿物应用的研究还有更大的发展前景。

在医药、保健品中的应用研究

粘土矿物因有大的比表面积，丰富的孔隙率，良好的吸附性能，较高的吸附容量和离子交换能力等，已作为很多药物的活性成分和药物辅料，被广泛用于胃、肠道疾病，急慢性腹泻，皮肤病及风湿病的治疗。随着人们对粘土矿物性能和治病机理研究的深入，粘土矿物作为天然无毒副作用药物材料的研究越来越受到重视。

例如，由于海泡石具有大的活性表面，可以保持活性产物，又因其表面的低交换性能与三价铁的含量低，可用作制药的赋形剂，能使药品耐氧化褪变.同样，因其良好的吸附性能，海泡石在治疗腹泻中可用作毒素，细菌和液体的肠胃吸附剂.再者，对海泡石与MgO混合物同海泡石与Al(OH)3及三硅酸镁(tri-silicates magnesium)混合物进行比较研究显示，海泡石具有控制pH值的性能，在治疗胃酸症中可用作抗酸药品。

国外对纳米级天然蒙脱石的药理研究表明，由于蒙脱石带有不饱和的负电荷及具强烈的阳离子交换能力，对进入人体的病毒细菌有绝对的吸附固定作用，当纳米级的蒙脱石进入人体时，在肺道的消化粘膜内层覆盖一层膜，可以阻止有害病毒细菌通过肠道与粘液结合进到血液中，从而起到抑制作用。纳米蒙脱石对大肠杆菌、霍乱弧菌、空肠弯曲菌、金黄色葡萄球菌和轮状病毒及胆盐都有较好的吸附作用，对细菌毒素有固定作用；研究还表明蒙脱石只吸附、固定表面带有粒编码蛋白(CS31A)的致病性带电病原菌，对表面不带CS31A的正常菌群无固定清除作用。

在此基础上，国内采用纳米蒙脱石和普通蒙脱石与大肠杆菌的体外对比吸附检测的方法，结果发现纳米蒙脱石的吸附能力明显提高，这为纳米蒙脱石应用于医药领域提供了证据。纳米蒙脱石还可起到较好的缓释作用，提高戊二醛消毒剂的稳定性[3]。

另外，经试验，超细纳米级蒙脱石粉末在某种中药粉末中按比例配搭，治疗烫伤有奇效。

在化妆品生产中，利用粘土矿物与有机物结合形成保护因子有屏蔽紫外线功能，能够有效减轻紫外辐射对皮肤的伤害。海泡石或蒙脱石与苯基水杨酸盐的复合药剂就具有较好的紫外线吸收能力。吸附有N一甲基一8一羟基喹啉甲基硫酸盐的蒙脱石也能很好的吸收紫外辐射，减轻紫外线对皮肤的伤害。

因此，粘土矿物主要作为胃、肠道疾病，腹泻的治疗药物或药物的辅料填料。

[4]以及护肤品领域。

纳米粘土矿物在其他方面的研究

在土工领域，由于纳米粘土矿物具有较大的比表面积及表面活性，再加上具有较好的流变性和润滑性。因此，纳米粘土矿物可作为填充剂加入混凝土水泥中提高混凝土的部分性能。例如，据有关实验数据表明在一定掺量时，在水化混凝土中掺纳米粘土材料可提高水化混凝土的流动度、抗压强度和抗渗、抗冻融性。另外，纳米粘土材料掺入水泥混凝土中未见有新的水化产物产生，但增长了水泥水化的程度，早期加快了水泥水化的速度，使水化产物的量增多。在水泥混凝土中掺入纳米粘土材料可改善混凝土水化的孔结构，小孔量增加，大孔明显减少。提高了混凝土的密实度，提高其强度。掺纳米粘土材料提高混凝土强度和耐久性是减水增强，填充密实和晶核反应等多种作用的宏观表现[5-6]。

在有机复合材料工程领域，纳米粘土矿物的应用研究也在蓬勃兴起。比如，聚合物/ 粘土纳米复合材料是近10 年国内外在纳米复合材料领域的研究热点之一。这种纳米复合材料，与聚合物基体或微米复合材料相比，除了具有更加优越的力学性能、气密性、抗溶剂性、热性能;还具有阻燃的特性，为研究新一代高效、清洁、低烟、无毒聚合物阻燃材料开拓了新的途径，被国外誉为阻燃材料技术革命。

由于粘土具有层状结构的无机天然矿物，资源丰富，价廉易得，是聚合物工业中常用的填料。从可持续发展的观点来看，有关专家提出在矿产资源的开采和使用方面，应当由原来的粗放型向精细化转变，提高其使用价值，物尽其用。针对粘土特殊的层状结构，利用表面改性和纳米复合技术使粘土全部或部分以单晶层状态分布于聚合物基质中，提高聚合物基体的各项性能，实现了粘土由传统的体积填料向功能填料的转化，同时粘土片层的刚性、不可透性和纳米尺寸效应赋予聚合物以新的功能，在力学性能、热稳性、导电性、阻隔性能等诸多方面得到提高和改善。目前，粘土/塑料那米复合材料得到较多的研究和应用，并由此制备出一批具有特殊性能的新型材料。

这种新型的材料作为结构材料，粘土/聚合物纳米复合材料的物理力学性能与常规聚合物基复合材料相比，具有如下优点[7]：

（1）比传统聚合物体系质量轻，只需质量分数很少的填料即具有很高的强度韧性及阻隔性能。

（2）纳米复合材料具有优良的热稳定性和尺寸稳定性。

（3)力学性能有望优于纤维增强聚合物体系，因为层状硅酸盐可以在二维方向上起到增强作用，无需特殊的层压处理。

（4）纳米复合材料膜因硅酸盐片层平面取向，因此有优异的阻隔性能，有可能取代聚合物金属箔复合，且容易回收。

再有，利用纳米粘土材料的一些特性，通过添加复合我们还可以将其加工成具有一些特殊用途的的功能材料。

比如，有机-无机复合抗菌剂兼有有机抗菌剂的高效性、持续性和无机抗菌剂的安全性、耐热性。利用层间插入技术将有机抗菌剂引入到银离子交换过的层状粘土的层间隙中，这类硅酸盐具有足够的层间距离和耐热温度，在高温下使用时，银离子和有机抗菌剂可一起慢慢释放出来，可获得综合抗菌、防霉的效果。另外，纳米坡缕石也是金属离子型无机抗菌剂的优良载体。因此，我们就可以得到一种具有抗菌性能的功能材料【8-9】。

再者，坡缕石、海泡石是具有结构性纳米孔道的粘土矿物，其纳米孔道可在一维或多维尺度上分布。有人对海泡石-坡缕石族矿物的超临界氢吸附性能进行了研究，并对矿物储氢的机制进行了探讨。还有人研究了蒙脱土在复合贮能材料

方面的应用，利用插层复合法制备了NPG-TAM/蒙脱土纳米复合材料，结果表明该材料具有较适宜的相变温度和相转变焓，同时较好地解决了多元醇单独使用时存在的塑晶现象。因此，我们可以制备成储能材料[10]。

结束语

作为一种特殊的纳米材料，纳米粘土具有特殊的性能和很广阔的应用前景。但是，在纳米粘土的制备、加工和应用中都存在一个比较棘手的问题，即纳米微粒的团聚问题。纳米微粒由于具有很高的表面活性而容易团聚，分散性差，这是纳米材料在实际应用中存在的一个普遍问题。为避免纳米微粒的团聚，应及时对微粒表面进行修饰处理，使其稳定而不再发生团聚。选择合适的表面处理方法(表面化学改性或包覆改性以及分散稳定方法是避免团聚现象的关键环节。另外，对于纳米粘土，特别是聚合物基纳米复合材料的研究尽管十分热门，但由于其结构复杂，加上纳米粒子具有的量子效应、表面效应等，对它的研究还不够深入。目前，聚合物/粘土纳米复合材料的制备技术有些已十分成熟，然而大规模应用问题至今尚未能很好地解决，从而在一定程度上限制了其发展。而且，目前对于纳米粘土的研究，主要集中在聚合物/粘土纳米复合材料方面，而对其它领域研究相对较少。因此，纳米粘土许多新的特性及应用领域还有待进一步研究和开发。

参考文献

[1]乔放,李强,漆宗能.聚酰胺/粘土纳米复合材料的制备、结构表征及性能究，高分子通报[J].1997,(3)：135-143.[2]戴清清,宋绵新.粘土矿物在水污染治理中的应用发展概述,矿业快报

[J].2005,(2）：428

[3]林亚萍,皮振邦,田熙科,等.蒙脱石对戊二醛的吸附及其控释研究,应用化工

[J].2004,33(5)：45-47.[4]汤庆国1沈上越 2梁金生1，梁广川1，欧秀琴1，王丽娟 1，丁 燕1(1．河北工业大学能源与环保研究所，天津300130；2．中国地质大学材料科学和化学工程学院，武汉430074).粘土矿物的药理作用及其医药应用,中国制药机械设备网[J].2007-1-26

[5]仲晓林,孙跃生,仲朝明,朱泽民,李维霞.纳米粘土材料对水泥混凝土作用机理的研究.全国中文核心期刊[J].2006,(04):198.[6]仲晓林,李顺凯,孙跃生,仲朝明,于秀斌.纳米粘土材料对水泥混凝土性能的影响,全国中文核心期刊[J].2005,(08):190.[7]吴人洁,复合材料,天津大学出版社,2000,12:298

节水技术发展概况 篇5

【摘要】管道灌溉节水技术在桐仁桥灌区的使用。**灌区就选择了自压管道灌溉系统（三圣庙渡槽自压供水）运行模式和小水利工程（茜草塘水库和提水泵站）联合系统运行模式。【关键词】管道灌溉

节水技术

运行模式

• **县位于湖南省中北部，处于长株潭城市群“两型社会”综合配套改革试验区的核心区域。全县土地总面积1997km2，交通便利，区位优势明显。属亚热带湿润气候区，雨量充沛，日照充足，四季分明，自然环境优美，生态良好。境内中小河流纵横密布，主要为**干流、**河、**河以及**河支流**河。境内地表水资源总量15.17亿m3。

我县虽年降雨量丰富，但时空分布不均，近年来季节性干旱较为严重。很多地区常常是春旱、夏旱连伏旱，尤其是2013年出现的百日大旱造成水资源供需矛盾尤为突出。随着水资源的日益匮乏、灌溉水成本逐渐提高的影响,节水灌溉、科学灌溉的呼声越来越高，特别是农业产业化及高科技农业的规模不断扩大,对灌溉用水进行科学管理的市场需求也越来越大。

**灌区覆盖**、**、**、**、**等五个乡镇的16个行政村和省茶叶研究所的3.2万亩农田，除此之外，作为**供水公司的源水地，还肩负10个乡镇约16万人的自来水水源供应，日供水量1万吨左右。

随着**县水务局科学化、跨越式发展，安饮工程的不断扩大，以及灌区镇村生产力和生产关系的不断进步和变革，管理上存在的水权制度和水价形成机制不合理的问题，严重影响和制约了灌区的可持续发展。目前，**灌区水权水价改革已实施一年余，基本建立了与**县北部乡镇经济相适应的农业供水及灌溉管理体制和水价形成机制。所以在**灌区大力发展管道灌溉为主的高效节水灌溉技术势在必行。

一、桐仁桥灌区水利设施现状

**水库建成于1979年，总库容1870万M3，正常库容1616万M3，死库容264万M3，正常水位98.7米，死水位75米，总控制集雨面积15.5km2。历时10

年，建设成了由一座主坝、四座副坝及附属设施组成的枢纽工程，2009年完成**水库枢纽工程除险加固，总投资2800万。灌区拥有主干渠24.6公里，由16座渡槽，108段隧洞，9000多米明渠组成。支渠10条共34.1公里，2011年完成了主干渠和支渠改造，总投资3100万，干支渠系水利用系数由原来的0.5左右提高到0.76左右。至2013年完成灌区范围内小一、二型水库除险加固工作，总投资2400万，增加蓄水量总计600万方。至2013年灌区范围内完成山塘清淤、改造100多口，新增、改造提水机台18处，总投资400万元。

二、发展管道灌溉高效节水技术思路

1、选择适宜的节水灌溉形式

管道节水灌溉是必须充分合理利用各种水资源，采取水利、农业、管理等技术措施，使区域内有限的水资源总体利用率最高及其效益最佳。由于实施节水增效灌溉的地理条件千差万别，灌溉的对象也多种多样，不可能用一种固定的模式放之四海皆适用。必须遵循因地制宜的原则，依据不同地理条件、不同作物的不同要求，建立不同的节水工程技术模式来予以实施。例如本次在桐仁桥灌区就选择了自压管道灌溉系统（三圣庙渡槽自压供水）运行模式和小水利工程（茜草塘水库和提水泵站）联合系统运行模式。

1．1自压管道灌溉系统的机理和组成 1．1．1自压管道灌溉系统的机理

自压管道灌溉系统就是利用地形的自然高差形成的压力水头，通过管道输水到田间的节水灌溉系统。它突出的特点就是充分利用自然压差，形成压力管道系统，不需要消耗电能就可配套低压管道灌溉节水灌溉设施。

1.1．2自压管道灌溉系统的组成

自压管道灌溉系统包括：水源、首部枢纽（拦污栅、闸门、量水设备、沉沙池和压力池）、输水管网系统、田间灌溉系统。

1.2小水利工程（茜草塘水库和提水泵站）联合运行系统机理和组成 1．2．1小水利工程联合运行系统的机理

小水利工程（茜草塘水库和提水泵站）联合运行系统就是在自压管道灌溉系统的基础上为提高灌溉保证率结合进提水泵站而形成的一套供水系统。

1．2．2小水利工程联合运行系统的组成

小水利工程联合运行系统包括：水源、首部枢纽（拦污栅、闸门、量水设备、沉沙池和压力池）、提水泵站、水源切换系统、输水管网系统、田间灌溉系统。

2、农艺措施与高效节水工程措施结合提高节水效率

高效节水光靠推广先进高效节水灌溉技术是远远不能达到节水的目的，必需与改善灌溉制度、深耕蓄水保墒、地面覆盖技术、增施有机肥、调整植物的布局结构等措施结合，才能最大限度的发挥高效节水技术的节水效果。例于我县在水稻灌溉种植过程中采用了根据高产节水的“薄、浅、湿、晒”的灌水经验，制定出符合本地实际的灌溉制度，不但能使亩均节水量达80方左右，同时对提高水稻产量起到了重要作用。

3、政策与管理措施提高群众节水的积极性

根据《长计价字【2005】26号》文件，**灌区原水费收取标准为11.5元/亩，为加强**灌区水资源管理，提高水资源利用率，引导灌区内受益农户发展节水农业，根据省市县水务发展改革规划要求，在**灌区内进行了水权水价改革试点，水权水价改革的指导原则是：“定额供水、计量收费、梯级计价、节约有奖、超用加价、水权可流转”。灌区供水定额按150.6m3/亩的标准确定为基本水权，不足部分由其它小水库及山塘、机埠提灌补充。

灌区所收水费用于灌区支渠及以下的维修维护：其中50%用于协会（村）基础水费返还，支付看水及管护人员工资、砍青除杂等养护费用；经对各协会（村）3

考核验收后，综合返还30%，用于支渠、斗渠及毛渠的维修养护，余下的20%除了用作高价回收的节约水权水费部分外，全部用于奖励渠系维修维护管理好、用水管理有序、水利用效率高的支渠协会（或临时管水组织）。

通过以上措施，2013年大旱年作用效果明显，按照协会相关管理制度，山塘管理责任人早就做好了山塘蓄水保水工作，抗旱工作中严格一把锄头看水管水，为抗旱的胜利取到了决定性的作用，**水库灌区内的多家协会，早在六月初就对各主干渠进行了彻底的清理，水库放水过程中，会员自觉服从看水员的安排，做到了不浪费一滴水，使水库不但保证了大旱年的所有灌溉任务，同时还保证了生活用水的正常供应。

三、结论

“一不用锄，二不赤脚，一会我这片地就灌满水了。”这是一个进行了管道节水灌溉技术改造的灌区村民高兴地对笔者说的。只见他手轻轻开启水阀，清澈的水流喷涌而出，种了一辈子地的他，给稻田灌溉从来没有像今天这么轻松过。

通过管道灌溉高效节水技术运行的结果来看，管道灌溉具有如下几个优点：一是节约用水，提高渠系水利用系数。由于水稻灌溉用水量大，灌溉时间长，管道几乎不漏水，渠系水利用系数可达到0.95以上，使灌溉水利用系数提高2—3成，从而节省大量的水资源。二是节约土地，提高土地利用率。由于低压管道埋设在地下，原有明渠可以恢复耕种或用作道路拓宽。有些地区还可以将低压管道埋设在排水渠下面，在土地利用上实现灌排结合，提高土地利用率2—4%。三是施工简单，经济可行。低压管道埋设机械化程度高，施工简单，节省工期，尽管单位长度低压管道价格高于渠道预制块，但比采用∪型渠道衬砌节省大量人工，以及运行中维护少，因此还是经济可行的。四是适用范围广。小型灌区和低岗丘陵地区常常因为灌渠不配套影响灌溉，采用低压管道输水可大大提高灌溉效率，降低灌溉成本。

我国低碳住宅技术发展概况 篇6

提要：我国低碳住宅技术从20世纪80年发展起来，至今已取得较大发展，新材料、新技术、新工艺不断涌现，也培育出一批产品质量好、企业声誉高的骨干企业。

我国低碳住宅技术从20世纪80年发展起来，至今已取得较大发展，新材料、新技术、新工艺不断涌现，也培育出一批产品质量好、企业声誉高的骨干企业。首先，住宅低碳技术科研成果显著。包括节能建筑体系、新型节能墙体及屋面保温材料、密闭节能保温门窗、供热采暖系统等许多方面，共计获得国家科技进步奖10多项，获建设部科技进步奖的69项，主要包括住宅建筑适用技术研究与珍珠岩保温砂浆、带饰面聚苯板内保温、热反射保温隔热窗帘、旧房节能改造、保温复合墙体和屋面、混凝土岩棉复合外墙板、供热管网水力平衡技术、已建建筑节能改造、空心砖墙体、加气混凝土墙体房屋、采暖居住建筑节能设计原则与方法、浮石混凝土小型空心砌块墙体等。其次，部分节能产品产业规模上也有十足的发展。比如，我国外墙外保温历经20多年的发展实现从无到有，当前产量规模已占全球第一，拥有包括模塑、挤塑聚苯、聚氨酯、岩棉、酚醛、浆料等多种保温材料和贴、喷、抹、模板内置等多样化做法。

随着低碳经济成为我国经济发展的长期趋势，我国低碳住宅技术今后发展潜力巨大。我国现有建筑430亿平方米，另外每年新增建筑16～20亿平方米左右。每年新建建筑中，99%以上是高能耗建筑；而既有的约430亿平方米建筑中，只有4%采取了能源效率措施。据悉，到2020年，中国用于建筑节能项目的投资至少达到1.5万亿元，而在世界范围内，2009年低碳建筑产业将以60%的速度增长。据美国咨询机构麦格劳• 希尔建筑信息公司在报告中的预测，2013年低碳建筑的产业规模将达到目前的3倍，即906亿~1400亿美元。

但是，当前我国住宅低碳技术仍存在着部分不足：（1）技术研发及产品转化存在一定困难。当前我国住宅低碳技术存在着研究经费投入不足、起步较晚、技术不成熟、研发不均衡、市场前景不确定、推广宣传力度不够等问题，其中节能技术向市场转化过程中缺乏相应的政策和合适的转化方式，造成了转化的成功率低，产学研无法有机结合的现象。（2）低碳产品良莠不齐。据2009年上海市建设工程安全质量监督总站对112组工程节能材料的监督抽查，结果显示抽样不合格率高达19.6%。其中在某住宅项目中，某涂料公司提供的两种外墙外保温产品均不合格。（3）节能产品大多价格较高，不利于低碳住宅的普及。当前我国居民建筑节能意识较为薄弱，在节能与价格面前常常选择一时的低价，间接造成了开发商对低碳住宅的不重视，低碳住宅推广较为困难。

激光雷达技术及应用 篇7

1 激光产生的微观原理——受激辐射

受激辐射就是将频率为 (e2-e1) /h的光子来撞击, 会引发粒子以一定该概率从低能高能级跃迁, 并且这个过程中会释放一个偏振状态, 相位, 频率都与其他外来的光子都一模一样的光子。物质粒子和光之间可以相互作用, 它们之间的相互作用表现在用于构成物质的微观粒子对光子的吸收和辐射, 从而引发的自己运动状态的改变。这个相互作用就是指粒子在两个不同能级之间的相互跃迁, 它们的频率为ν= △ E/ 普朗克常量, 并且能量差值为△ E, 每个微观状态下的粒子都处于一个特定的状态, 都有自己本身的一套能级, 它们存在的状态必须是一个单一的状态也可以理解为任何时刻它们的存在状态都是唯一的。

1.1 受激吸收

受激吸收的定义是在吸收能量后, 低能级向高能级跃迁, 在此过程中, 对于吸收的能有要求, 并且在跟光子相撞击时发生的应该是非弹性的, 即通过外界的激励后, 低能级向高能级的跃迁。

1.2 自发辐射

粒子受到激发而进入的激发态, 不是粒子的稳定状态, 如存在着可以接纳粒子的较低能级, 即使没有外界作用, 粒子也有一定的概率, 自发地从高能级激发态 (E2) 向低能级基态 (E1) 跃迁, 同时辐射出能量为 (E2-E1) 的光子, 光子频率 ν= (E2-E1) /h。这种辐射过程称为自发辐射。

激光的产生主要来自于:被一个频率为 ν= (E2-E1) /h的光子激励的高能级上的原子产生的受激辐射, 然后得到两个特性一模一样的光子。然后再循环激励高能级上的原子, 得到成倍增长的光子, 所以刚开始微弱的关心号就被增大了好多。激光就是在这个过程中产生的。激光与普通光的区别一般的光中光子的频率、相位 ( 同调性) 、前进方向是不同的。激光中所有的光子都有相同的频率、相位 ( 同调性) 、前进方向, 除此之外激光还是相干光。激光具有;亮度高, 方向性好, 单色性好, 相干性好四个特点。

2 激光雷达的构成与原理

直接型探测激光雷达的接收系统接收发射系统发来的信号, 根据这个原理可以用来测距, 由信号传播的时间计算出距离。

激光雷达按工作方式可分为脉冲激光雷达和连续波激光雷达, 根据探测技术的不同, 可以分为:直接探测型激光雷达和相干探测型激光雷达, 按应用范围可分为:靶场测量激光雷达 (武器实验测量) 火控激光雷达 (控制射击武器自动实施瞄准与发射) 跟踪识别激光雷达 (制导、侦查、预警、水下目标探测) , 激光雷达引导 (航天器交汇对接、障碍物回避) 、大气测量激光雷达 (云层高度、大气能见度、风速、大气中物质的成分和含量) 。激光雷达的主要应用于跟踪, 成像制导, 三维视觉系统, 测风, 大气环境监测, 主动遥感等方向。

2.1 激光器的选择

我们选择激光器的原则主要是基于频率, 耐用性, 可靠性, 成本和适用性等多个方面的考虑, 半导体激光器符合以上各个方面的要求。半导体激光器具有相干性不高的特点, 对于直接型和间接型探测方式的选择, 无疑是要选择直接型。对于直接型探测方式也有两种探测方式。一是脉冲型, 它的原理是根据窄脉冲来记录激光到达目的地的时间, 通过对这个时间的测量, 利用公式R=1/2CT计算出起点到终点的距离。其中C为光速, F为往返时间, 距离为R。二是连续型, 它的原理是基于相位差的原理。就是通过连续激光的扫描在起点和终点之前进行扫描, 即通过起点和终点激光器的相位差进而计算出两者之间的距离。通过比较连续型和脉冲型, 我们发现它们都各有优缺点, 但是连续型存在着难以操作和耗时长等缺点所以我们很少采用此种方式。

综上所述, 我们选择半导体脉冲激光器。

2.2 激光雷达用于成像的方法

经过研究发现, 对于激光雷达用于成像的方法总共有三种, 其中包括的探测器主要有单元和面阵。其中对于单元型的来说, 它的探测范围比较小, 它的扫描方式是通过已经存在的扫描样本射向目的地的各个位置, 它的扫描结果主要分为从目标的角度到角度再到距离的方式和从角度到角度再到强度的方式的两种图像测量方式。对于面阵型, 它的一次测量范围包括各个像素点。在激光雷达的成像技术中主要还有物空间扫描和相空间扫描, 其中使用无空间扫描的激光雷达扫描方式一般有双光楔, 卵形, 转镜和振镜四种扫描方式。第三种扫描方式就是光机扫描, 它的扫描方式主要存在于物空间。经过大量的科学实验和探索, 最终发现单元型的探测方法, 更加符合研究的预期结果并且也比较好实现, 对于强度和距离图像的测量, 单元型的测量方式要求采用激光扫描器来测量。

3 激光雷达的应用

激光雷达技术已经成为各个国家兴国安邦的战略性技术, 我国的激光雷达技术近几年来也取得了突破性进展, 比如由中国航天科技集团公司五院508 所激光工程技术研究室研制的多通道光子计数体制激光雷达原理样机近日完成了昼夜外场测试, 标志着我国的激光探测技术更上一层楼。而近日, 合成孔径激光雷达SAL技术的发展, 真的可能使人类具有“千里眼”能力。这一技术的实现也是一大突破。

参考文献

[1]饶云江, 吴敏, 冉曾令等.基于准分布式FBG传感器的光纤入侵报警系统[J].传感技术学报, 2007, 20 (05) :998-1002.

浅谈机电一体化技术的发展及应用 篇8

关键词：机电一体化机械数控发展

中图分类号：TH-39文献标识码：A文章编号：1674-098X(2012)03(c)-0000-00

机电一体化技术是在以微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展向机械工业领域迅猛渗透并与机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理，接口耦合，运动传递，物质运动，能量变换进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。

1机电一体化概要

机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。

1.1 机械本体

是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。

1.2 动力驱动部分

依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。

1.3 测试传感部分

对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。

1.4 控制及信息处理部分

将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。

1.5执行机构

根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能。执行机构是运动部件，一般采用机械、电液等机构。

2 机电一体化的发展状况

机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。

20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。

20世纪70~80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。

20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。

3 机电一体化技术的主要应用领域

3.1 数控机床

数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：(1)总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。(2)开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。(3)WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。 (4)大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC系统的控制功能。(5)能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。 (6)系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。(7)以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。

3.2 计算机集成制造系统

计算机集成制造系统打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。

3.3 柔性制造系统

柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。

3.4 工业机器人

目前，被广泛应用的为第3代机器人即智能机器人，具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断和决策，在作业环境中独立行动，与第5代计算机关系密切。

4 结语

机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

参考文献

[1] 李运华.机电控制[M].北京航空航天大学出版社,2003.

[2] 芮延年.机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社,2004.

[3] 王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制综述[J].基础自动化,2006(6).

浅谈雷达技术的发展概况及应用 篇9

摘要：机电一体化是一种复合技术、是机电工业发展的必然趋势和现代科学技术发展的必然结果。本文讨论了机电一体化技术对于改变整个机械制造业面貌所起的重要作用，并从对机电一体化的认识出发，概述了机电一体化在国内外的发展情况以及未来的发展趋势。

关键词：机电一体化技术应用发展方向

0引言

现代科学技术的发展极大地推动机械工业领域的技术改造与革命。在机械工业领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”的发展阶段。迄今为止，世界各国都在大力推广机电一体化技术。在人们生活的各个领域已得到广泛的应用，并以蓬勃的生机向前发展，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展，而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。

1当前机电一体化技术主要的应用领域

1.1数控机床数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构；开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益；WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制；大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC系统的控制功能；能实现多过程、多通道控制；系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。

1.2计算机集成制造系统(CIMS)CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。

1.3柔性制造系统(FMS)柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。

1.4分布式控制系统(DCS)随着测控技术的发展，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。分布式控制系统具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。分布式控制系统是监视集中控制分散，故障影响面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。

1.5交流传动技术传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。

2未来机电一体化技术的发展趋势

在未来，利用高新技术对机电一体化进行改造与提升，机电一体化涉及的学科领域很广，是一门独立的综合性、交叉性学科，我国应更加注重对机电一体化产品的自主开发与技术创新，利用高新技术对机电一体化产品进行创新设计，推进产品设计的智能化，自动化和快速化，才能赶上或超过世界发达国家机电一体化水平，提高产品的市场竞争能力。

此外，新一代的机电一体化系统的开发，设计和研制各种性能优良、稳定高效的机器人和机电一体化设备，实现各种作业的柔性化和自动化，使机械设备具有更高的柔性。其具体表现在：①计算机集成制造系统。在CIMS发展过程中，要注重人机一体化。在CIMS系统，中处于核心地位的过程控制级计算机，应配备必要的硬件和一定的软件功能。在软件方面，要做到计算辅助设计(CAD)和计算辅助制造(CAM)与硬件的有机结合，在发展过程中，要重视基本技术，不盲目追求高度自动化，数字化，逐步实现机电一体化的柔性、自动化、全局化。②智能制造技术。智能制造系统(IMT)是由智能机器和人类专家组成的人机一体化系统，是在人类专家的指导下，做到人机的有机结合，而不是取代人，智能制造系统具有很强的自律能力。人机一体化能力，高水平的人机一体化(即虚拟制造技术)，在软件的支持下，有一定自组织能力，自我优化能力，自我修正能力，欧美各国都花费了很多人力物力在这方面的研究。③绿色化也是机电一体化未来的一个研究热点，绿色化是指产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，而且是低能耗、低材耗、协调而可再生的产品。

综上所述，机电一体化是在与其相关的基础学科的充分发展的前提下出现的一种新型技术，它是许多科学技术相互交叉，互相融合发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。随着时代的发展，科学技术不断进步，各种新理论、新技术不断涌现，各学科相互融合进一步深入，机电一体化技术的发展空间也将越来越广阔。

参考文献：

[1]李运华等编著.机电控制[M].北京航空航天大学出版社2003.

[2]赵松年等主编.机电一体化系统设计[M].机械工业出版社2004.

[3]李建勇主编.机电一体化技术[M].科学出版社.2004.