可控硅工作原理（精选6篇）
可控硅工作原理 篇1
一种以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2四层三端器件，创制于1957年，由于它特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称可控硅T。又由于可控硅最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅SCR。
在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件(俗称“死硅”)更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态。
可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平均电流相降低，此时，标称电流应降级使用。
可控硅的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍;反应极快，在微秒级内开通、关断;无触点运行，无火花、无噪音;效率高，成本低等等。
可控硅的弱点：静态及动态的过载能力较差;容易受干扰而误导通。
可控硅从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形。
1、可控硅元件的结构
不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构。见图1。它有三个PN结(J1、J2、J3)，从J1结构的P1层引出阳极A，从N2层引出阴级K，从P2层引出控制极G，所以它是一种四层三端的半导体器件。
2、工作原理
可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图1所示
当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。
由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。
由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表1
可控硅的基本伏安特性见图2
图2 可控硅基本伏安特性
(1)反向特性
当控制极开路，阳极加上反向电压时(见图3)，J2结正偏，但J1、J2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到J1结的雪崩击穿电压后，接差J3结也击穿，电流迅速增加，图3的特性开始弯曲，如特性OR段所示，弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。此时，可控硅会发生永久性反向
(2)正向特性
当控制极开路，阳极上加上正向电压时(见图4)，J1、J3结正偏，但J2结反偏，这与普通PN结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压增加，图3的特性发生了弯曲，如特性OA段所示，弯曲处的是UBO叫：正向转折电压
图4 阳极加正向电压
由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后，J2结发生雪崩倍增效应，在结区产生大量的电子和空穴，电子时入N1区，空穴时入P2区。进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合，同样，进入P2区的空穴与由N2区通过J3结注入P2区的电子复合，雪崩击穿，进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能全部复合掉，这样，在N1区就有电子积累，在P2区就有空穴积累，结果使P2区的电位升高，N1区的电位下降，J2结变成正偏，只要电流稍增加，电压便迅速下降，出现所谓负阻特性，见图3的虚线AB段。
这时J1、J2、J3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态---通态，此时，它的特性与普通的PN结正向特性相似，见图2中的BC段
2、触发导通
图5 阳极和控制极均加正向电压
图1、可控硅结构示意图和符号图
3、可控硅在电路中的主要用途是什么?
普通可控硅最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。如果把二极管换成可控硅，就可以构成可控整流电路。现在我画一个最简单的单相半波可控整流电路〔图4(a)〕。在正弦交流电压U2的正半周期间，如果VS的控制极没有输入触发脉冲Ug，VS仍然不能导通，只有在U2处于正半周，在控制极外加触发脉冲Ug时，可控硅被触发导通。现在，画出它的波形图〔图4(c)及(d)〕，可以看到，只有在触发脉冲Ug到来时，负载RL上才有电压UL输出(波形图上阴影部分)。Ug到来得早，可控硅导通的时间就早;Ug到来得晚，可控硅导通的时间就晚。通过改变控制极上触发脉冲Ug到来的时间，就可以调节负载上输出电压的平均值UL(阴影部分的面积大小)。在电工技术中，常把交流电的半个周期定为180°，称为电角度。这样，在U2的每个正半周，从零值开始到触发脉冲到来瞬间所经历的电角度称为控制角α;在每个正半周内可控硅导通的电角度叫导通角θ。很明显，α和θ都是用来表示可控硅在承受正向电压的半个周期的导通或阻断范围的。通过改变控制角α或导通角θ，改变负载上脉冲直流电压的平均值UL，实现了可控整流。
4、在桥式整流电路中，把二极管都换成可控硅是不是就成了可控整流电路了呢?
在桥式整流电路中，只需要把两个二极管换成可控硅就能构成全波可控整流电路了。现在画出电路图和波形图(图5)，就能看明白了
5、可控硅控制极所需的触发脉冲是怎么产生的呢?
可控硅触发电路的形式很多，常用的有阻容移相桥触发电路、单结晶体管触发电路、晶体三极管触发电路、利用小可控硅触发大可控硅的触发电路，等等。
6、什么是单结晶体管?它有什么特殊性能呢?
单结晶体管又叫双基极二极管，是由一个PN结和三个电极构成的半导体器件(图6)。我们先画出它的结构示意图〔图7(a)〕。在一块N型硅片两端，制作两个电极，分别叫做第一基极B1和第二基极B2;硅片的另一侧靠近B2处制作了一个PN结，相当于一只二极管，在P区引出的电极叫发射极E。为了分析方便，可以把B1、B2之间的N型区域等效为一个纯电阻RBB，称为基区电阻，并可看作是两个电阻RB2、RB1的串联〔图7(b)〕。值得注意的是RB1的阻值会随发射极电流IE的变化而改变，具有可变电阻的特性。如果在两个基极B2、B1之间加上一个直流电压UBB，则A点的电压UA为：若发射极电压UE
7、怎样利用单结晶体管组成可控硅触发电路呢?
我们单独画出单结晶体管张弛振荡器的电路(图8)。它是由单结晶体管和RC充放电电路组成的。合上电源开关S后，电源UBB经电位器RP向电容器C充电，电容器上的电压UC按指数规律上升。当UC上升到单结晶体管的峰点电压UP时，单结晶体管突然导通，基区电阻RB1急剧减小，电容器C通过PN结向电阻R1迅速放电，使R1两端电压Ug发生一个正跳变，形成陡峭的脉冲前沿〔图8(b)〕。随着电容器C的放电，UE按指数规律下降，直到低于谷点电压UV时单结晶体管截止。这样，在R1两端输出的是尖顶触发脉冲。此时，电源UBB又开始给电容器C充电，进入第二个充放电过程。这样周而复始，电路中进行着周期性的振荡。调节RP可以改变振荡周期
8、在可控整流电路的波形图中，发现可控硅承受正向电压的每半个周期内，发出第一个触发脉冲的时刻都相同，也就是控制角α和导通角θ都相等，那么，单结晶体管张弛振荡器怎样才能与交流电源准确地配合以实现有效的控制呢?
为了实现整流电路输出电压“可控”，必须使可控硅承受正向电压的每半个周期内，触发电路发出第一个触发脉冲的时刻都相同，这种相互配合的工作方式，称为触发脉冲与电源同步。 怎样才能做到同步呢?大家再看调压器的电路图(图1)。请注意，在这里单结晶体管张弛振荡器的电源是取自桥式整流电路输出的全波脉冲直流电压。在可控硅没有导通时，张弛振荡器的电容器C被电源充电，UC按指数规律上升到峰点电压UP时，单结晶体管VT导通，在VS导通期间，负载RL上有交流电压和电流，与此同时，导通的VS两端电压降很小，迫使张弛振荡器停止工作。当交流电压过零瞬间，可控硅VS被迫关断，张弛振荡器得电，又开始给电容器C充电，重复以上过程。这样，每次交流电压过零后，张弛振荡器发出第一个触发脉冲的时刻都相同，这个时刻取决于RP的阻值和C的电容量。调节RP的阻值，就可以改变电容器C的充电时间，也就改变了第一个Ug发出的时刻，相应地改变了可控硅的控制角，使负载RL上输出电压的平均值发生变化，达到调压的目的。
双向可控硅的T1和T2不能互换。否则会损坏管子和相关的控制电路。
[可控硅工作原理]
可控硅工作原理 篇2
1、卷扬机结构
(1)主体结构
该卷扬机主体结构由卷扬马达1、制动器弹簧2、安装法兰(3、12)制动器摩擦片4、输入轴5、一级传动齿轮6、二级传动齿轮7、卷筒8、中间轴9、离合器摩擦片10、离合器弹簧11组成,如图1所示。
该卷扬机主体结构分为减速机、离合器、卷筒3个部分,减速机和离合器安装在卷筒内部。图1左侧为多级行星减速机,中部为卷筒,右侧为离合器。该卷扬机通过安装法兰3、1 2)安装在起重机机架上,其减速机末级行星架通过中间轴9与离合器摩擦片10的主动片连接,离合器摩擦片10的被动片与机架连接。
(2)液压控制系统结构
为实现该卷扬机的受控下放功能,我们设计了速度可控带载下放卷扬机液压控制系统。该液压系统由工作泵1、过滤器2、单向阀3、卸荷阀4、主溢流阀5、模式选择阀6、比例减压阀7、节流阀8、溢流阀9、单向节流阀10、蓄能器11、离合器12、卷筒13、减速机14、卷扬马达15等组成,如图2所示。
1.卷扬马达2.制动器弹簧3、12.安装法兰4.制动器摩擦片5.输入轴6.一级传动齿轮7.二级传动齿轮8.卷筒9.中间轴10.离合器摩擦片11.离合器弹簧Br——制动器开启油口C——冷却油出油口D——冷却油进油口E——离合器开启油口F——离合器制动油口
该液压系统通过控制卸荷阀4、模式选择阀6、比例减压阀7及制动器开启油口(Br口)之间的启闭关系,可实现普通下放,自由下放、受控下放三种不同下放模式。
2、工作原理
(1)基本工作原理
如图1所示,该卷扬机制动摩擦片4为常闭式,受制器弹簧2的推力作用,处于常接合状态。当制动摩擦片4的主、被动摩擦片接合时,卷筒8不能转动。当制动器开启油口(Br)接入压力油时,制动摩擦片4的主、被动摩擦片脱离,卷筒8可在卷扬马达驱动下转动。离合器摩擦片10也是常闭式,受离合器弹簧11的推力作用,处于常接合状态;同时,离合器摩擦片10还受到离合器开启油口E和离合器制动油口F压力的共同作用,通过调节F口压力,可改变离合器摩擦片10间的接合力,从而调节重物受控下放时的速度。
如图2所示,卷扬系统的下放动作及速度控制由卸荷阀4、模式控选择6及比例减压阀7相互配合来实现,分别由动作使能开关、模式选择开关以及速度控制踏板控制。动作使能开关位于手柄的顶端,用于控制卸荷阀4的开闭,可进行自由下放和受控下放切换;模式选择开关位于操作面板上,用于控制模式控选择6的开闭,可选择卷扬机处于自由下放或受控下放模式;速度控制踏板安装在司机室底板上,用于控制比例减压阀7的出口(即F口)压力,从而改变受控下放的速度。
比例减压阀7的出口压力与输入电流成反比。当踏板在初始位置时,减压阀7的出口压力为最大值,该值大小要能保证重物可靠悬停。当踏下踏板时,F口压力逐渐减小,卷筒开始转动,转速逐渐增加。同时,在卷筒上安装有计数器,用于测量卷筒转速,与踏板电流值形成闭环,以对受控下放时的速度进行精确控制。此外,该卷扬机还安装力矩限制器,用于判断吊重是否满足下放所需的负载条件。
(2)三种下放模式
该卷扬机通过PLC自动控制下放速度。在卷扬机液压控制系统作用下,通过控制减速机制动器和离合器摩擦片的接合状态,实现普通下放、自由下放、受控下放3种下放模式。3种下放模式的逻辑关系如附表所示。
普通下放模式当制动电磁阀得电,卸荷阀4、模式选择阀6及比例减压阀7均处于失电状态时,Br口开启,制动解除;E口和F口油液无压力,离合器摩擦片10的主、被动摩擦片在离合器弹簧11(见图1)的推力作用下接合在一起,被吊重物质量完全传递给减速机。此时该卷扬机与普通卷扬机功能相同,处于普通卷扬模式,可下放该卷扬机最大静负荷的重物。重物势能由液压系统吸收转变成热能。
自由下放模式当制动电磁阀失电,卸荷阀4、模式选择阀6得电,比例减压阀7处于最大电流状态时,Br口关闭,制动生效;E口压力油有足够压力,离合器摩擦片10的主、被动摩擦片完全脱离,被吊重物质量不能传递给减速机制动器,被吊重物在自身质量作用下呈现自由落体状态。此时该卷扬机可下放其最大静负荷70%以内的重物,重物势能完全转化为动能。由于下放速度很快,所以下放中途不可将离合器接合。
1.工作泵2.过滤器3.单向阀4.卸荷阀5.主溢流阀6.模式选择阀7.比例减压阀8.节流阀9.溢流阀10.单向节流阀11.蓄能器12.离合器13.卷筒14.减速机15.卷扬马达Br——制动器开启油口C——冷却油出油口D——冷却油进油口E——离合器开启油口F——离合器制动油口P——进油口P1——蓄能器接口;Mp、Mp1——侧压口
受控下放模式当制动电磁阀和模式选择阀6处于失电状态、卸荷阀4处于得电状态,比例减压阀7处于可调电流状态时,Br口关闭,制动生效;E口和F口同时有压力。通过调节E口与F口的压力差来调节离合器主、被动摩擦片间的摩擦力,可以调节重物的下放速度。被吊重物在重力和摩擦力双重作用下受控下放,重物动能、势能转化为热能,由冷却油液带走。此时该卷扬机可下放不超过其最大静负载50%的重物。重物下放中途,缓慢增加F口压力,使离合器摩擦片10的主、被动摩擦片逐渐完全接合,可使重物逐渐减速直至悬停。
节流阀8、单向节流阀10和蓄能器11组成压力缓释系统(见图2),其作用有二:一是延缓离合器开启时间,以利于速度控制;二是当故障或误操作导致进口压力急剧降低时,蓄能器向系统补充压力,以延长离合器开启时间,避免出现事故。
B超的工作原理,CT工作原理 篇3
将回声信号显示为光点，回声的强弱以点的灰（亮）度显示。声阻抗相差越大，反射越强，产生的回声信号越亮，反之越弱，产生的回声信号越暗，当探头在体表快速顺序移动，则产生一行行亮点，组成一个平面，即显示一个断面的图象，称为二维切面图象
1CT工作原理
CT的基本原理是图像重建，根据人体各种组织（包括正常和异常组织）对X射线吸收不等这一特性，将人体某一选定层面分成许多立方体小块（也称体素）X射线穿过体素后，测得的密度或灰度值称为像素。X射线束穿过选定层面，探测器接收到沿X射线束方向排列的各体素吸收X射线后衰减值的总和，为已知值，形成该总量的各体素X射线衰减值为未知值，当X射线发生源和探测器围绕人体做圆弧或圆周相对运动时。用迭代方法求出每一体素的X射线衰减值并进行图像重建，得到该层面不同密度组织的黑白图像。
安检仪工作原理 篇4
坐车过程中，相信无论是乘坐汽车或是火车回家的都有这样的经历：每次进站时，都被要求放包通过安检仪检查。虽然很多人都经历过，但很少有人对安检仪的工作原理了解得非常清楚。灵敏的“鼻子”是如何嗅到危险物品的？人或者物品经过安检仪时会不会受辐射？安检原理是X射线检查。
在进站口的每个入口处，都有一台神秘的家伙，这便是X光安检仪器，所有乘车旅客都被要求将大包小包放下，并通过安检仪进行检查。
火车站使用的安检仪器跟机场、汽车站的安检仪器相似，乘客进站后将行李箱、行李包或者一些大件的编织袋等行李放到安检仪上，通过传送带传送，接受X光检查，没有问题，乘客再将行李带走。一旦出现疑似危险物品的时候，负责安检的人员则会要求乘客将行李打开进行检查，一般乘客在十几秒内就可以完成安检。
说起安检仪工作的原理，安检仪是借助于输送带将被检查行李送入X射线检查通道而完成检查的电子设备。行李进入X射线检查通道，将阻挡包裹检测传感器，检测信号被送往系统控制部分，产生X射线触发信号，触发X射线的射线源发射X射线束。X射线束穿过输送带上的被检物品，X射线被被检物品吸收，最后轰击安装在通道内的半导体探测器。探测器把X射线转变为信号，这些很弱的信号被放大，并送到信号处理机箱做进一步处理，这些信号处理后就通过显示屏显示出来。“无论包有几层，X射线都能穿透，一层层地将包内的物品显示出来。”
依靠不同颜色辨认危险物品
X光安检仪并非摆设，而是实实在在地担起了铁路安全守护的工作。一些旅客因对危险物品不清楚，携带过来上车的人不少。所以经常能在东面安检仪附近的桌子下面一个筐子里，装满了花花绿绿的瓶瓶罐罐。筐子里既有发胶、空气清新剂，也有指甲油等，有时甚至有刀具。
这些都是通过安检仪检查出来的。
在这些检测出来的危险品中，化学危险品占80%，很多人认为只有一些管制刀具是禁止携带上车的危险品，殊不知化学危险品的杀伤力更大。“这些瓶装的发胶、空气清新剂等都是些压缩气体和液化气体，受热后，当瓶内压力升高至大于容器耐压限度时，就会导致爆炸。”
那安检仪是怎样将这些危险物品检查出来的呢？
经过X光检测后，行李内的物品会在显示器中显示出大致的形状，并显示成黄色、绿色、黑色等。一般黄色的物品是有机物，比如塑料、食品等，是安全的，而绿色、黑色的物品需要注意，如果绿色或黑色物体比较多，或呈匕首、刀子形状，则会要求乘客打开行李检查。易燃、易爆、毒害性、腐蚀性、放射性、传染病病原体、枪支、弹药、管制刀具等物品严禁进站上车，一经发现将没收。菜刀、餐刀、水果刀、工艺品刀、剪刀、钢(铁)锉、斧子、锤子等利器和钝器也不得随身携带，应一律放入行李中托运。
绝不会对人体有任何的损伤
虽然安检仪能够将危险物品检测出来，使市民的旅途更加安全，但很多人也有一个疑问：这个能透视乘客随身物品的大机器，是否就像医院里的X光机？ 医院的放射科都会有防辐射的警告标志，那么铁路安检仪是否也会放射对人身体有害的射线？ 地铁、车站、机场的安检设备及安检门绝对不会对人体有任何损伤，因为X光射线只在机器内部产生，而且是垂直照射，绝对不会透过机器的外壁照射到机器外围，除非在开启机器时有人钻入机器内。而且安检仪的进出口都有防辐射的铅帘挡着，射线也不会放射出来，所以乘客经过安检仪时不会受到任何辐射，在机器旁工作的安检人员也不会受到辐射。
安检机只有经过适当培训的人才才能安装和使用安检机。在任何时候都必须严格遵守辐射安全规则，避免辐射伤害。只有经过适当培训的人员才能安装和使用安检机。只有技术人员在维修时才能拆除盖板或者防护部件。不要在户外使用X射线安全检查设备。安检机必须在规定的工作电压下工作。设备使用之前必须检查使用的电压。安检机必须有良好的接地。安装现场使用的设备插座必须有接地端子。如有电压波动超过规定的地区，建议使用交流稳压器。不要把任何不属于X射线安全检查设备的电子部件接到X射线安全检查设备的电源分配器上。任何不恰当的修改可能会损坏X射线安全检查设备。禁止用户对设备进行不恰当的改动。安检机只能用于检查物品，严禁用于检查人体或动物。超过6个月没有使用的设备请不要开机，必须由专业人员对射线发生器进行重新启动。禁止坐或站在传送带上。不要接触输送带的边缘和滚筒。当设备运行时，身体的任何部分都不要进入检查通道。确保行李在检测通道内或出口端没有被堆叠，如果行李阻塞了检查通道，在清理之前应首先关机。设备不能在有损坏的铅门帘的情况下运行。防止各种液体流入设备，如发生这种情况，请立即关机。
安检机广泛适用于机场、火车站、汽车站、政府机关大楼、大使馆、会议中心、会展中心、酒店、商场、大型活动、邮局、学校、物流行业、工业检测等场所。同时安检机旁配有金属安检门，安探金属安检门门体上下带有防水脚套，具有防水、防火、防腐等特点。六个相互重叠的金属探测区域，采用当前数字脉冲技术，交互式发射和接收，准确判定金属物品的位置。
主机箱面板自带LED灯光显示模块，可直观看到人们携带藏匿违禁物品相应的位置。
全自动线圈缠绕及主机的贴片生产能更精确的达到探测效果，具有连续工作特点。
灵敏程序可以任意调节，为满足客户所探测不同的违禁物品，可根据实际使用情况预先设定金属物品的可能部位及体积、重量、大小进行适当的灵敏度调节，排除皮带扣、钥匙、首饰、硬币等物品的误报，最高灵敏度可探测到一枚回形针大小的金属。
复合式电路设计，信号频率可自由调节，采用先进散射型红外扫描，迅速捕捉感应信号，且并网安装多台探测门共同工作互不干扰。
安探金属安检门具有强大的DSP信号处理数字过滤系统，采用当今世界最先进的磁电兼容技术形成极佳的抗电磁干扰能力和较强的耐触摸和碰撞能力。
内置自我诊断程序，开机自检，出错自动提示并能够自动测量和显示周围环境的干扰情况。自动统计通过人数与报警次数，精确率100%。
密码保护，只允许专管人员操作，防止非授权人改变参数，无需维护、无需定期校准。预留RS-485通讯接口可与多台计算机联网，监控、统计使用情况，并可根据用户要求配置遥控装置。
激光雷达工作原理 篇5
激光是 2 0世纪 6 0年代出现的最重大科学技术成就之一。它的出现深化了人们对光的认识 ,扩大了光为人类服务的天地。激光技术从它的问世到现在 ,虽然时间不长 ,但是由于它有着几个极有价值的特点 :高亮度性、高方向性、高单色性和高相干性。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等；天线是光学望远镜；接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法分直接探测与外差探测。
首先明白一下激光雷达，激光雷达是以激光为光源，通过探测激光与被探测无相互作用的光波信号来遥感测量的．使用振动拉曼技术进行测量的激光雷达技术即为拉曼激光雷达，主要用于大气遥感测量。拉曼激光雷达属于遥感技术的一种。激光雷达作为一种主动遥感探测技术和工具已有近50 年的历史，目前广泛用于地球科学和气象学、物理学和天文学、生物学与生态保持、军事等领域。其中，传统意义上的激光雷达主要用于陆地植被监测、激光大气传输、精细气象探测、全球气候预测、海洋环境监测等。随着激光器技术、精细分光技术、光电检测技术和计算机控制技术的飞速发展，激光雷达在遥感探测的高度、空间分辨率、时间上的连续监测和测量精度等方面具有独到的优势。
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。
根据探测技术的不同，激光雷达可以分为直接探测型和相干探测型两种。而按照不同功能，则可分为跟踪雷达、运动目标指示雷达、流速测量雷达、风剪切探测雷达、目标识别雷达、成像雷达及振动传感雷达。
激光雷达与无线电雷达的工作原理基本相同，且依赖于所采用的探测技术。其中直接探测型激光雷达的基本结构与激光测距机颇为相近。工作时，由发射系统发送一个信号，经目标反射后被接收系统收集，通过测量激光信号往返传播的时间而确定目标的距离。至于目标的径向速度，则可以由反射光的多普勒频移来确定，也可以测量两个或多个距离，并计算其变化率而求得速度。
相干探测型激光雷达又有单稳与双稳之分，在所谓单稳系统中，发送与接收信号共用一个光学孔径，并由发送-接收开关隔离。而双稳系统则包括两个光学孔径，分别供发送与接收信号使用，发送-接收开关自然不再需要，其余部分与单稳系统相同。
激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等；天线是光学望远镜；接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法分直接探测与外差探测。
气象雷达是专门用于大气探测的雷达。属于主动式微波大气遥感设备。与无线电探空仪配套使用的高空风测风雷达，只是一种对位移气球定位的专门设备，一般不算作此类雷达。气象雷达是用于警戒和预报中、小尺度天气系统（如台风和暴雨云系）的主要探测工具之一工作在30～3000兆赫频段的气象多普勒雷达。一般具有很高的探测灵敏度。因探测高度范围可达1～100公里，所以又称为中层-平流层-对流层雷达(MST radar)。它主要用于探测晴空大气的风、大气湍流和大气稳定度等大气动力学参数的铅直分布
美国国防部最初对激光雷达的兴趣与对微波雷达的相似，即侧重于对目标的监视、捕获、跟踪、毁伤评（SATKA）和导航。然而，由于微波雷达足以完成大部分毁伤评估和导航任务，因而导致军用激光雷达计划集中于前者不能很好完成的少量任务上，例如高精度毁伤评估，极精确的导航修正及高分辨率成像。军事上常常希望飞机低空飞行，但飞机飞行的最低高度受到机上传感器探测小型障碍物能力的限制。且不说阻塞气球线这样的对抗设施，在60米以下，各种动力线，高压线铁塔，桅杆、天线拉线这样的小障碍物也有明显的危险性。现有的飞机传感器，从人眼到雷达，均难以事先发现这些危险物，这种情况，在夜间和恶劣天气条件下尤其突出。而扫描型激光雷达因其具有高的角分辨率，故能实时形成这些障碍物有效的影像，提供适当的预警。
激光雷达在军事上可用于对各种飞行目标轨迹的测量。如对导弹和火箭初始段的跟踪与测量，对飞机和巡航导弹的低仰角跟踪测量，对卫星的精密定轨等。激光雷达与红外、电视等光电设备相结合，组成地面、舰载和机载的火力控制系统，对目标进行搜索、识别、跟踪和测量。由于激光雷达可以获取目标的三维图像及速度信息，有利于识别隐身目标。激光 雷达可以对大气进行监测，遥测大气中的污染和毒剂，还可测量大气的温度、湿度、风速、能见度及云层高度。
海用激光雷达对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪的传统方式，是采用体大而重的一般在600千克至几十吨重的声纳。自从发展了海洋激光雷达，即机载蓝绿激光器发射和接收设备后，海洋水下目标探测既简单方便，又准确无误。尤其是20世纪90 年代以后研制成功的第三代激光雷达上，增加了GPS定位、定高功能，实现了航线和高度的自动控制。如美国诺斯罗普公司研制的“ALARMS”机载水雷探测激光雷达，可24小时工作，能准确测得水下水雷等可疑目标。美国卡曼航天公司研制的水下成像激光雷达，更具优势，可以显示水下目标的形状等特征，准确捕获目标，以便采取应急措施，确保航行安全。
此外，激光雷达还可以广泛用于对抗电子战、反辐射导弹、超低空突防、导弹与炮弹制导以及陆地扫雷等。
参考文献
可控硅工作原理 篇6
宝钢分公司炼钢厂电炉分厂采用150t直流电炉, 配套整流设备共3套, 布置在3个房间, 每个房间变压器、可控硅整流器各1台。整流器可控硅元件大部分散热量通过自带冷却水系统带走, 小部分散热量散至室内由空调通风系统带走。
整流器室室内温度通常不应高于40℃, 相对湿度不大于85%[1]。如整流器室室内温度过高, 则其允许负荷电流要降低使用。
对于宝钢分公司炼钢厂电炉可控硅整流器, 硅元件水冷却效果直接影响到整流器室内的工作环境温度。在同样容量的室内空调系统下, 硅元件水冷却效果好, 则室内工作环境温度相对较低, 更有利于整流器充分发挥工作能力, 从而保证电炉产能的稳定。
1 先期改造过程
(1) 针对整流器室工作环境所采取的改进措施。
1995年设计时, 按夏季室内设计温度40℃为设计参数采用通风形式消除室内余热, 随着电炉生产能力的不断提高, 可控硅整流设备的负荷电流也不断上升, 根据文献[1]分析:原有的通风系统不能满足整流器在负荷电流上升后对环境温度的新要求, 因此在1999年, 对9.8m平台的整流器室、15.8m平台的电抗器室以及21m平台的风机房进行了改造。
原来的通风系统改成了空调系统, 在电抗器室及整流器室分别设置了变风量空调器, 并将21m平台的风机房改成了冷水机房, 冷水机组所需冷却水由电炉主厂房外的容量为200t/h的冷却塔提供 (见图1) 。
(2) 针对硅元件水冷却系统所采取的改进措施。
原整流器为引进设备, 设备自带板式换热器, 换热器两侧分别为带走硅元件发热量的纯水 (热端) 和温度较为稳定的清循环冷却水 (冷端) 。由于电炉产能的不断扩大, 整流器的负荷电流不断增大, 硅元件的发热量也随之增大, 为维持整流器的正常运行, 2001年对自带板式换热器进行扩容, 增加了1台板式换热器, 换热器纯水侧与原整流器自带换热器串联 (热端) , 另一侧的冷却水来自前述200t/h冷却塔 (见图1) 。
(3) 改变气流组织达到冷却效果。
目前由于负荷电流的再次上升, 1999年设计的空调系统及2001年对硅元件水冷系统换热器的扩容措施又不能满足整流器对室内环境温度的新要求, 整流器出现了多次跳闸停机的情况, 影响电炉炼钢。
根据设计资料估算, 整流器在目前极端工况下, 每个整流器室内 (共有3间整流器室, 另有1间备用间) 的设备 (含整流器及变压器) 大部分散热量由冷却水带走, 约600kW, 最终散至室内成为空调冷负荷的为150kW左右, 而原有变风量空调器的制冷量为168kW, 同时, 冷水机组的设备容量也能满足负荷要求。但实际情况却是整流器频繁跳闸, 无法正常运行。
分析主要有如下原因:
a.硅元件水冷系统冷却效率较低。
由于2001年改造时硅元件冷却系统中增加的扩容热交换器串联在纯水系统中, 与扩容换热器并联在纯水系统中相比, 串联的换热效率要低;另一方面扩容换热器二次换热对象为200t冷却塔, 增加了冷却塔的负荷, 从而可能影响冷水机组的正常制冷工况, 不能同时发挥冷水机组和扩容热交换器的最大冷却能力。
b.室内粉尘污染严重, 影响空调系统的正常运行。
由于整流器室位于电炉主厂房内, 原整流器室的空调器回风管内有大量粉尘逸入, 且过滤器更换困难, 影响了空调器内换热元件的正常工作, 导致空调器性能降低。
c.室内空调的气流组织设计没有充分结合室内冷热源的分布。
整流器室内布置了1台变压器和1台整流器。2台设备的散热量通过设备表面散至室内, 由于整流器的正常运行对室内环境温度的要求要高于变压器对室内环境温度的要求, 故电炉产能提高后, 整流器频繁跳闸的同时, 变压器却能够正常工作。
改造前空调系统的室内送风管 (见图2) , 接自室外变风量空调器的送风管分布在整流器室内两侧, 一路为变压器供冷风, 另一路为整流器供冷风, 两路风管的管径、风量以及送风温度均一致。虽然安装于风管上的风口可以根据室内热源分布的不均匀性分配风量[2], 但由于整流器与变压器设备较为庞大, 气流的流向受阻于设备, 严重影响了两端从风口送出的冷空气直接与下游设备换热的效果, 因此, 可以认为, 从变压器一侧送出的冷风 (设温度为t1) 仅与变压器换热;从整流器一侧送出的冷风 (温度同样为t1) 仅与整流器发生换热。
2 后期改造措施
(1) 硅元件清循环水系统改造。
将2001年增加的换热器冷端接自宝钢厂区工况稳定的清循环冷却水系统, 改善硅元件的水冷系统;200t/h冷却塔服务于冷水机组, 保证冷水机组的运行。这样, 一方面极大地减少了硅元件散至室内的热量;另一方面, 冷水机组工况的改善直接对室内环境产生了好的影响。由于纯水系统改造复杂及工期等因素影响, 没有对串联的扩容换热器改造。
(2) 增设净化正压送风系统。
为减少粉尘对整流器室空调系统的影响, 设置了净化正压送风系统以保证整流器室室内对室外的微正压, 抑制粉尘逸入整流器室内, 同时改进空调箱回风段过滤器位置及设计以便在线维护。
(3) 改变空调系统的室内送风管。
空气与整流器以及变压器表面以对流换热方式为主。根据文献[3]提出的基本计算式, 有:
q=α (tw-tf) =αΔt (1)
式中:q—热负荷, kW;
tw—固体壁表面温度, ℃;
tf—流体温度, ℃;
α—换热系数。
根据式 (1) , 如图3所示, 送风管布置在整流器一侧, 从风口送出的温度为t1的全部冷空气首先与整流器换热后温度上升为t2, 再与变压器换热。由于变压器的正常运行对环境温度要求较低, 温度为t2的空气与变压器发生的对流换热已能够满足变压器的正常运行, 因此, 没有必要对变压器供温度为t1的冷风, 而将空调器的制冷能力优先集中于整流器, 在空调器选型容量满足整流器室内总冷负荷的前提下, 很显然改造后的风管布置能够改善整流器的工作环境温度, 同时又不影响变压器的正常运行。
3 改造效果
经过上述措施改造后, 空调箱回风过滤器更换方便且室内空调送风较为合理, 自2005年2月项目改造以来, 电炉整流器多次经历了6、7、8月历史最热天, 电炉炼钢生产没有受到影响 (见表1) 。
对于此类问题, 直接的改造方式是彻底更换空调机组, 但与此次改造相比, 更换空调机投资、能耗明显偏高, 不尽合理 (见图4) 。
4 结语
(1) 设计类似整流器室房间的通风空调系统, 应考虑充分利用硅元件冷却系统, 减少设备散至室内的热量, 如有条件应采取措施尽可能改善硅元件冷却系统工作状况, 如将纯水系统串联的换热器改为并联等。
(2) 进行气流组织设计时, 应结合室内散热设备的空间分布, 考虑不同散热设备对环境温度的要求, 优先服务于对环境温度要求较高的设备。与常规改造方式相比, 气流组织改造节能与投资优势明显。
参考文献
[1]冶金工业部建设协调司, 中国冶金建设协会.钢铁企业采暖通风设计手册[M].北京:冶金工业出版社, 1996.
[2]电子工业部第十设计研究院.空气调节设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1995.