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氮气是*常用的惰性气体，价格低廉，易制无毒，在实验室中常用做色谱载气、吹扫、保护等。实验室的氮气来源主要有三种，一是钢瓶气，二是管道气，三是氮气发生器。钢瓶气气体质量高，但钢瓶属于压力容器，运输和保存需要一定的资质，偏远地区更换麻烦，费用高；管道气为大规模制氮，统一调度使用，适合大型工厂或用气单位集中的工业园区，用气量大建设费用高；氮气发生器为现场制氮，多为小型气站或者实验室仪器或小型生产线单独一对一配套，使用灵活费用可控，对运输和保存没有特殊要求，为越来越多的实验室用户选择。

按原理分为三种，现简单介绍如下，供各位用户参考：

1.PSA变压吸附制氮。利用氮气与其它气体分子在分子筛中的吸附能力差异，形成浓度差异的积累，在分子筛柱末端产出高纯度氮气。同时利用两根分子筛柱，一根吸附的同时引出一部分产品气为另一根解析，实现分子筛在线再生，整体表现即为仪器持续输出高纯氮气。这类发生器可根据需要，调节氮气的纯度和流量，*高可生产99.999%的氮气产品，流量可从几百毫升到几十升到几立方每分钟，纯度大小配置灵活，可根据每个需求具体定制。

2.电化学法制氮。在氢气电解池的阴极(产氢气一侧)通入高压空气，在催化剂作用下，氢气和氧气形成微观燃料电池，完成氧化还原反应生产水，宏观上表现即为空气中的氧气被除去，剩余氮气。这种方法可以产出*高99.995%的氮气，但有几个明显的缺陷：一需用到高浓度氢氧化钾溶液做电解液，这种强碱溶液与气体直接接触，对气体质量有潜在影响，并有随气路输出的可能性；二单位成本高，比如标称产氮300ml/min，实际稳定使用150ml/min，不适合做大流量氮气发生器；三反应过程只去除了空气中的氧气，其它杂质气体并没有涉及，并且反应过程对电解池制作技术要求很高，不合适的电解池制作技术会造成氮气纯度数量级的降低。这类氮气发生器作为一种小流量氮气来源，总费用不过几千元，常被用于色谱载气和小容量保护，是一种低成本的解决方案；

3.膜分离制氮。高压空气通过中空纤维膜组件，氮气分子和氧气分子的扩散速度差别积累，在膜组件输出端形成高纯度的氮气，*终形成的产品气纯度*高可达99%，气体流量>5000ml/min，并且可以累加使用，不影响产品质量，在不考虑其它限制条件的情况下，气体装置可以无限扩充。这种制氮方法膜分离制氮在工业上有不少的应用，在实验室主要用于对气体纯度要求不特别高的吹扫、保护、对氧气的置换等。这类发生器的主要优点是流量大，实验室级别产品一般在50L/min上下，并可随意扩充，同时寿命长，膜组件作为核心部件，在空气源稳定的情况下，寿命可达10年，且维护成本极低；缺点是氮气纯度不能达到高纯级，膜组件目前均为进口，国内不能提供，成本较高，仪器价格也相对高。

　　音叉式液位限位开关在水利、化工、环保、食品、医药等行业中有着广泛的应用，主要用于液位过程的控制。那么，音叉式液位限位开关的工作原理、产品分类和主要特点是什么呢？
　　音叉式液位限位开关采用压电器件实现叉体的振动驱动与检测，当叉体与被测液体接触时，叉体的谐振频率明显降低，振动频率的变化直接反应在压电检测器件的输出信号上，检测电路对频率的变化进行判别并输出一个开关信号。
　　深圳计为自动化技术有限公司基于这一原理自主研发了Ring-11音叉液位开关和Ring-21紧凑型音叉液位开关，这两种音叉式液位限位开关是专用于液位测量的限位控制开关。二者具有突出的特点和优点：
　　Ring-11音叉液位开关叉体长度仅有40mm，不仅适用于容器、储罐、槽罐中的液位测量，而且适用于导管的液位测量。同时，产品还适合于有泡沫、气泡、粘稠液体以及振动干扰的复杂测量场合。可测量液体的Z低密度达0.5g/cm³。
　　相较于Ring-11音叉液位开关，Ring-21紧凑型音叉液位开关，同样基于检测叉体浸泡于介质时振动频率变化的设计原理研制，其结构更加轻便小巧，叉体长度仅38mm，且过程连接Z小尺寸为G1/2”A、1/2” NPT，特别适合狭小空间的液位测量。
　　基于Ring-11音叉液位开关和Ring-21紧凑型音叉液位开关各自不同的特点，客户在实际应用中可根据自己的实际工况进行选择。（信息摘自：http://www.levelmeter.cn/baikeshow-87-305-1.html，转载请注明出处。）

变形镜早期发展

H.W.Babcock 在1953 年首先提出了自适应光学的概念，其主要方法就是在光瞳面放置一个光学“校正器”，并且通过实时控制来改变这个校正器的面形来补偿大气引入的像差。Babcock 的开创性论述中所提出的光学校正器叫做“Ediophor”，设想用一层薄的反射层覆盖在一层油膜上面，然后在油膜上面施加电荷，静电力使油膜根据电荷的空间分布产生相应的厚度变化，从而对入射的光线产生光程调制，这就是变形镜的原型，如图1。

图1 巴布科克提出的变形镜原理

但在当时的技术条件下没能真正实现这样的结构。之后随着激光技术的发明和应用以及军事研究的刺激，变形镜的技术得以迅速发展，这也直接推动了自适应光学技术的发展。在美国军方合同的支持下，Itek 公司的J.W.Hardy 等人于1974年发明了整体式压电驱动变形镜用于空间目标观测系统。1984年，Itek 公司与Bell 公司航空事业部门合作研制出250单元的电致伸缩冷却硅变形镜用于激光远距离传输。美国UnitedTechnologies 研究ZX在20世纪70年代中期研制成功了一系列用于高能激光的变形镜。20世纪80年代法国Laserdot 公司研制成功19单元和52单元两种分立式压电变形镜，提供欧洲南方天文台（ESO）的Come-On 和Come-On Plus 计划使用。进入90 年代以后到现在以变形镜为代表的波前校正器件更是蓬勃发展、种类繁多。
 
传统变形镜

基本上所有类型的传统变形镜都是用驱动器产生一个力来推动薄的反射镜面。镜面可以是一块块分立的小反射镜也可以是一整块薄的反射面；力的产生有很多种不同的方法，但应用Z多、Z成功的是压电效应和电致伸缩效应等。区分各种变形镜的基本要素有两个：驱动器和镜面。按照这样的方式可将变形镜大致分为几类，见下表。

Z常用的一类变形镜是连续镜面分立式驱动器类型，典型结构如图2。整个结构分三个主要部分：基底、驱动器、薄镜面。基底由刚度较高的材料构成，主要作用是支撑整个变形镜的结构并且在工作过程中作为固定基板。单个驱动器可以由压电材料或电致伸缩材料叠片组成，很多个这样的驱动器按一定的空间分布固定在基底上并在其顶端粘接连接镜面。薄镜面的可选材料包括光学玻璃、硅、金属等。驱动器将电能转换为垂直方向上的位移，从而推动其上的镜面。不同的驱动器加上不同的电压就能够使镜面产生各种复杂的变形。

图2 连续镜面分立式驱动器变形镜结构 

传统变形镜的驱动技术
一般自适应光学系统的波前相位调制量达到几个微米，而且要求调制精度在纳米级。传统的机械式调节机构难以满足这样的要求。所以从巴布科克提出自适应光学的理论以来就没有再考虑机械式的结构，倒是各种功能材料很快便被引入到变形镜的研制中来。

1．压电材料驱动器
当对压电材料施加压力时，材料体内的电偶极矩会因外力的压缩而变短，此时压电材料为抵抗这变化会在材料的相对的两个表面上产生等量的正负电荷，这种由于应变而产生电极化的现象称为“正压电效应”。它实质上是将机械能转换为电能的过程。当在压电材料表面施加电场时，材料内的电偶极矩会因电场的作用而被拉长，压电材料为抵抗变化，也会沿着电场方向伸长，这种通过电场作用而产生形变的过程则被称为“逆压电效应”。逆压电效应实质上是将电能转化为机械能的过程。

压电材料可以分成压电单晶体、压电多晶体（压电陶瓷）、压电聚合物和压电复合材料四种，其中压电陶瓷的应用是Z广泛的。Z早被发现具有压电性质是钛酸钡，但是由于纯的钛酸钡烧结难度较大，并且在居里点（120℃左右）附近有相变发生，即使改变其掺杂特性，其压电性仍然不是太高。1950年左右发明的锆钛酸铅（LeadZirconate Titanate，PZT）则是迄今为止使用Z多的压电陶瓷，也是Z早用作为变形镜驱动器的材料。如今很大一类的变形镜的驱动器阵列还在使用PZT，只是各个材料的组份和特性稍有不同。

压电陶瓷驱动器就是利用压电陶瓷的逆压电效应进行工作的，即给压电陶瓷施加外电压，则会沿极化方向产生形变。图3所示，压电层叠驱动器结构。

图3 压电层叠驱动器结构

2. 电致伸缩材料驱动器
另一种与压电陶瓷驱动器类似的是电致伸缩驱动器。电致伸缩是一种应力、应变与电场二次项相关的非线性现象，亦称电致伸缩效应（electrostrictive effect）。它在所有的电介质中都具有，不论是非压电晶体还是压电晶体，甚至一些聚氨基甲酸乙酯类的高分子聚合物以及钙钛矿类陶瓷材料也具有本类性质。对于一些高介电性的压电材料以及温度略高于居里点的铁电材料而言，电致伸缩效应较为明显。我们通常把具有明显的电致伸缩效应特性的材料称之为电致伸缩材料。

电致伸缩材料可以分为陶瓷和聚合物电致伸缩材料两种，驰豫铁电陶瓷电致伸缩材料的伸缩系数通常为l0-6 量级，在较低的驱动场强下可以获得较大的形变量，因此对其材料特性的研究已获得广泛开展，其特性已为人所熟知。而聚合物电致伸缩材料的电致伸缩系数通常为10-8 量级，因此需要较高的驱动场强，现阶段还不适合作为波前校正器的驱动器材料。实用的弛豫铁电型电致伸缩陶瓷主要有铌镁酸铅(PMN)、铌镁酸铅一钛酸铅(PMN-PT)、掺镧锆钛酸铅（PLZT，也称透明压电陶瓷)、掺钡锆钛酸铅(PBZT)等系统。

3. 磁致伸缩材料驱动器
极高的磁致伸缩性能使其在海洋工程的水声声纳方面已经完全超越了压电陶瓷材料。但如果要作为变形镜的驱动器的话其结构要稍显复杂，如图4。而且磁致伸缩原理本质上磁场和机械耦合关系比较复杂，不利于驱动器的线性化输出控制。

图4 磁致伸缩材料驱动器结构示意图

4. 静电驱动的薄膜变形镜
1976年，Perkin-Elmer公司的M.Yellin等人发明了用薄膜作为镜面，静电力驱动的变形镜，如图5所示。这是变形镜领域的一个突破，相比传统的压电变形镜工艺简化，造价明显降低，只是薄膜制备工艺和装配过程还是需要技巧。

图5 薄膜变形镜的原理及电极示意图

5. 双压电片变形镜
由压电陶瓷片构成的双压电片结构（Bimorph）作为驱动器在1960年就已经广为使用，但一般制作成长条状的悬臂梁结构，如图6所示。相比于其它类型的变形镜，双压电变形镜的优点是结构简单、变形量大，可以做到中等口径。双压电片的制造工艺要比层叠驱动器的变形镜简单，不用制成成排的驱动器，只需将两片压电材料薄片上层积上一定的电极图形，然后粘接并在这个三明治结构的两面都沉积公共电极，Z后再在两面都粘上一层光学平板。

图6 早期Bimorph变形镜结构示意图

6. 音圈电机的变形镜
音圈电机（Voice Coil）因其结构类似于喇叭的音圈而得名，具有高频响、高精度的特点。依据安培力原理，通电导体放在磁场中就会产生力，而力的大小取决于磁场强度和电流，以及磁场和电流的方向。如图7所示，其基本原理是一个薄镜面“悬浮”于一个由一系列音圈驱动器产生的磁场上面。这个薄镜面背面粘结与音圈驱动器对应的永磁体，所以能够被磁场支撑起来。音圈驱动器固定在一个较厚的金属圆盘上，这个圆盘同事还作为散热器带走音圈驱动器所产生的热量。当电流通过音圈时就会产生一个局部磁场，磁场对镜面背部的磁铁施加力推动镜面产生变形。为了精确控制镜面的位置，每一个驱动器上都有一个电容传感器，它实时测量区域内镜面背面与参考面的距离。

图7 音圈电极原理示意图
 
基于MEMS 技术的微变形镜

MEMS 技术具有许多吸引人的特性：这种器件的尺寸在微米量级，便于仪器小型化；可以用集成电路工艺制作，易于批量生产，价格便宜；容易制成多阵列元件；产品性能重复性好，成品率高。基于MEMS技术的各种传感器和微机械成为当时的研究热点，如图8示。

图8  MillerZ初的MEMS静电变形镜原理图
 
根据镜面分类，与传统变形镜类似，MEMS变形镜也可以分为连续镜面和分立式镜面MEMS变形镜两类。根据驱动方式分类，MEMS变形镜的微驱动器技术主要有静电驱动、电磁驱动两种。