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光電傳感器的應(yīng)用論文：[專題]光電傳感器應(yīng)用論文：淺談紅外光電傳感器的工作原理及應(yīng)用_百度文庫....doc
光電傳感器應(yīng)用論文：淺談紅外光電傳感器的工作原理及應(yīng)用_百度文庫...本文由kanoy163貢獻(xiàn) doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 2010 年 第 23 期 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION ○機 械 與 電 子○ 科技信息 淺談紅外光電傳感器的工作原理及應(yīng)用 鄒麗娟 （濱州職業(yè)學(xué)院 【摘 山東 濱州 ） 要】詳 細(xì) 介 紹 了 紅 外 光 電 傳 感 器 的 工 作 原 理 ，以 及 用 紅 外 光 電 傳 感 器 探 測 棉 花 的 位 置 ，實 現(xiàn) 對 靶 噴 霧 的 注 意 事 項 及 其 設(shè) 計 思 路 。 【關(guān) 鍵 詞】紅 外 光 電 傳 感 器 ；工 作 原 理；應(yīng) 用 線 連 接 和 固 定 / 有 線 連 接 ，前 2 種 需 要 電 池 供 電 。 煙 霧 探 測 器 具 有 3 個 主 功 能 塊 ：傳 感 器 和 信 號 鏈 、處 理 器 和 通 信 接 口 。 最 基 本 的 獨 立 式 探 測 器通常不需要處理器和通信接口。 功 耗 是 無 線 煙 霧 探 測 器 的 一 個 重 要 方 面 ，因 為 它 們 需 要 能 夠 依 靠 一 個 電 池 長 時 間 運 行 。 這 使 得 微 控 制 器（例 如 MSP430 ）成 為 該 應(yīng) 用 的 理 想 選 擇 ；其 高 度 集 成 的 系 統(tǒng) 可 簡 化 設(shè) 計 并 降 低 系 統(tǒng) 成 本 。 紅外 (IR) 二極管和 IR 接 收 器 內(nèi) 置 于 煙 箱 內(nèi) ，用 于 檢 測 是 否 有 煙 霧 。 IR 二 極 管 會 定 期 發(fā) 出 脈 沖 ， 并 且系統(tǒng) 會檢 測 IR 接 收 器 信 號 以 確 定 煙 箱 內(nèi) 是 否 有 煙 霧 。 具有 互 阻抗 放 大器 功 能的 運算 放 大器 用 于將 IR 接 收 器 電 流 放 大，以 便 MSP430 中的 ADC 能 夠 對 進(jìn) 行 采 樣 。 在 采 樣 周 期 之 間 ，運 算放大器 和 IR 電 路 將 關(guān) 閉 ， 并 且 微 控 制 器 將 處 于 待 機 模 式 消 耗 不 足 在為應(yīng)用選擇外部運算放大器時， 應(yīng)該使成本與 建立時間性能 達(dá) 到 平 衡 ，同 時 將 電 流 消 耗 降 至 最 低 。 建 立 時 間 對 于 允 許 探 測 器 在 短 時間 內(nèi) 提供 多 個煙 霧 事件 報 告 （這 樣 做 可 將 假 警 報 的 數(shù) 量 降 至 最 低 ） 至關(guān)重要。 為了進(jìn)一步減小外部組件的電流消耗， 某些器件直接從 MSP430 端 口 引 腳 獲 得 電 源 ，即 便 它 具 有 關(guān) 斷 功 能 。當(dāng) MSP430 處 于 待 機 狀 態(tài) 時 ，這 將 導(dǎo) 致 放 大 器 的 電 流 消 耗 降 為 零 ，從 而 顯 著 延 長 此 應(yīng) 用 的電池工作時間。 射 頻 收 發(fā) 器 在 選 擇 低 功 耗 無 線 (LPW) 解 決 方 案 時 ， 范 圍 、 網(wǎng) 絡(luò) 配 置 和 功 耗 都 是 應(yīng) 該 考 慮 的 重 要 因 素 。 范 圍 受 輸 出 功 率 、敏 感 度 和 選 擇 性 的 影 響 ，它 反 過 來 影 響 其 它 信 號 源 的 堵 塞 和 將 所 需 信 號 與 本 地 干 擾 區(qū) 分 開 來 的 能 力 。 在 射 頻 設(shè) 計 中 ，選 擇 性 同 樣 很 重 要 ，在 設(shè) 計 2.4GHz 頻 帶 的 產(chǎn) 品 時 尤 其 如 此 （其 中 很 可 能 受 到 其 它 設(shè) 備 的 干 擾 ）。 在 選 擇 射 頻 無 線 電 時 ，了 解 煙 霧 探 測 器 所 使 用 的 網(wǎng) 絡(luò) 配 置 也 很 重 要 ：點 對 點 、星 狀 或 網(wǎng) 狀 網(wǎng) 絡(luò) ，因 為 它 會 影 響 系 統(tǒng) 的 無 線 電 、處 理 器 、存 儲 器 和 電 源 要 求。 線 路 供 電 以 太 網(wǎng) 供 電 (IEEE 802.3af) 通 過 標(biāo) 準(zhǔn) LAN 連 接 將 數(shù) 據(jù) 和 電 源 相 集 成 。 它 為 連 接 至 系 統(tǒng) 的 設(shè) 備 提 供 不 間 斷 的 最 大 15W （ 13W 負(fù) 載 ）、48V 的 額 定 電 源 。 煙 霧 探 測 器 的 電 源 要 求 遠(yuǎn) 低 于 有 源 器 件 的 12.5W 限 制 ，可 以 輕 松 從 PoE 獲 得 電 源 。 此 類 實 施 無 需 在 傳 感 器 位 置 運 行 AC 電 源 ，并 可 降 低 探 測 器 的 電 源 成 本 ，因 為 它 只 需 DC/DC 電 源 轉(zhuǎn)換。 按照噴霧器噴霧的原理分為四種： 第一種用的是伯努
光電傳感器的應(yīng)用論文：《光電傳感器的應(yīng)用與發(fā)展趨勢》-畢業(yè)論文.DOC
光電傳感器的應(yīng)用與發(fā)展趨勢
傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。
光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。
一、應(yīng)用背景
光電傳感器設(shè)計靈活，形式多樣，在越來越多的領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。光電傳感器的敏感范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電感、電容、磁力、超聲波傳感器的敏感范圍。此外，光電傳感器的體積很小，而敏感范圍很寬，加上機殼有很多樣式，幾乎可以到處使用。最后，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，光電傳感器在價錢方面可以同用其他技術(shù)制造的傳感器競爭。因而光電傳感器得到了廣泛的應(yīng)用與長足的發(fā)展。
二、光電效應(yīng)
光照射到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化，也就是光能量轉(zhuǎn)換成電能。這類光致電變的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應(yīng)（Photoelectric effect），一般包括外光電效應(yīng)、光導(dǎo)效應(yīng)與光生伏特效應(yīng)。
根據(jù)愛因斯坦的光電子效應(yīng)，光子是運動著的粒子流，每種光子的能量為hv(v為光波頻率，h為普朗克常數(shù)，h＝6.63*10-34 J/HZ)，由此可見不同頻率的光子具有不同的能量，光波頻率越高，光子能量越大。假設(shè)光子的全部能量交給光子，電子能量將會增加，增加的能量部分將克服正離子束縛，另一部分將轉(zhuǎn)換成電子能量。根據(jù)能量守恒定律：1/2mv2=hv-A(m為電子質(zhì)量,v為電子逸出的初速度,A微電子所做功)，要使光電子逸出陰極表面的必要條件是h>A。由于不同材料具有不同的逸出功，因此對每一種陰極材料，入射光都有一個確定的頻率限，當(dāng)入射光的頻率低于此頻率限時，不論光強多大，都不會產(chǎn)生光電子發(fā)射。
當(dāng)受到光照射時，吸收電子能量，其電阻率降低的導(dǎo)電現(xiàn)象稱為光導(dǎo)效應(yīng)。它屬于內(nèi)光電效應(yīng)。當(dāng)光照在半導(dǎo)體上，若電子的能量與半導(dǎo)體禁帶的能級寬度，則使電子從價帶躍遷到導(dǎo)帶形成電子。同時，價帶留下相應(yīng)的空穴，導(dǎo)致電子空穴仍留在半導(dǎo)體內(nèi)，并參與導(dǎo)電在外電場作用形成的電流。
除金屬外，多數(shù)絕緣體和半導(dǎo)體都有光電效應(yīng)，半導(dǎo)體尤為顯著，根據(jù)光導(dǎo)效應(yīng)制造的光電元件的固有入射光頻率，當(dāng)其光照在光電阻上時，導(dǎo)電性增強，電阻值下降。光強度愈強，其阻值愈小，若停止光照，其阻值恢復(fù)到原阻值。
半導(dǎo)體受光照射產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，據(jù)此效應(yīng)制造的光電器件有光電池，光電二極管，管控晶閘管和光耦合器等。
三、光電傳感器
光電傳感器是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的，其結(jié)構(gòu)如下：
圖1 光電傳感器的結(jié)構(gòu)
由上可知，其首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號,然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號；其次，光電傳感器一般由光源,光學(xué)通路和光電元件三部分組成；再次，光電檢測方法具有精度高,反應(yīng)快,非接觸等優(yōu)點,而且可測參數(shù)多,傳感器的結(jié)構(gòu)簡單,形式靈活多樣,因此,使光電式傳感器在檢測和控制中廣泛應(yīng)用。
1.光源
光電傳感器是一種依靠被測物與光電元件和光源來達(dá)到測量目的的關(guān)系，因此光電傳感器的光源有著重要的地位，常用光源有以下幾種：
⑴發(fā)光二極管
是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長、響應(yīng)快、機械強度高等優(yōu)點，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛地用于計算機、儀器儀表和自動控制設(shè)備中。
⑵絲燈泡
這是一種最常用的光源，它具有豐富的紅外線。如果選用的光電元件對紅外光敏感，構(gòu)成傳感器時可加濾色片將鎢絲燈泡的可見光濾除，而僅用它的紅外線做光源，這樣，可有效防止其他光線的干擾。
⑶激光
激光與普通光線相比具有能量高度集中，方向性好，頻率單純、相干性好等優(yōu)點，是很理想的光源。
由光源、光學(xué)通路和光電器件組成的光電傳感器在用于光電檢測時，還必須配備適當(dāng)?shù)臏y量電路。測量電路能夠把光電效應(yīng)造成的光電元件電性能的變化轉(zhuǎn)換成所需要的電壓或電流。另外，不同的光電元件，所要求的測量電路是不相同，并且在各種導(dǎo)體的光電元件常用測量電路與各種紅外線傳感器的工作方式更是各有所異，在此就不一一描述。
2.電子測量電路
由光源、光學(xué)通路和光電器件組成的光電傳感器在用于光電檢測時，還必須配備適當(dāng)?shù)臏y量電路。半導(dǎo)體光敏電阻可以通過較大的電流，所以在一般情況下，無需配備放大器。在要求較大的輸出功率時，可用圖2所示的電路。
圖2 光敏電阻測量電路
圖3給出帶有溫度補償?shù)墓饷舳O管橋式測量電路。當(dāng)入射光強度緩慢變化時，光敏二極管的反向電阻也是緩慢變化的，溫度的變化將造成電橋輸出電壓的漂移，必須進(jìn)行補償。圖中一個光敏二極管作為檢測元件，另一個裝在暗盒里，置于相鄰橋臂中，溫度的變化對兩只光敏二極管的影響相同，![光電傳感器的應(yīng)用論文：[專題]光電傳感器應(yīng)用論文：淺談紅外光電傳感器的工作原理及應(yīng)用_百度文庫....doc 第2張](http://www.cgq.bz/cgq/c1.jpg "光電傳感器的應(yīng)用論文：[專題]光電傳感器應(yīng)用論文：淺談紅外光電傳感器的工作原理及應(yīng)用_百度文庫....doc 第2張-傳感器知識網(wǎng)")
光電傳感器的應(yīng)用論文：光電傳感器實驗的論文
引言:光敏傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器,也稱為光電式傳感器,它可用于檢測直接引起光強度變化的非電量,如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等;也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其它非電量,如零件直徑、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物體形狀、工作狀態(tài)識別等。光敏傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點,因而在工業(yè)自動控制及智能機器人中得到廣泛應(yīng)用。
光敏傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng),即光敏材料的電學(xué)特性都因受到光的照射而發(fā)生變化。光電效應(yīng)通常分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類。外光電效應(yīng)是指在光照射下,電子逸出物體表面的外發(fā)射的現(xiàn)象,也稱光電發(fā)射效應(yīng),基于這種效應(yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。內(nèi)光電效應(yīng)是指入射的光強改變物質(zhì)導(dǎo)電率的物理現(xiàn)象,稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。大多數(shù)光電控制應(yīng)用的傳感器,如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、硅光電池等都是內(nèi)光電效應(yīng)類傳感器。
1光電傳感器的應(yīng)用現(xiàn)狀
1.1 電影發(fā)聲系統(tǒng)
拍攝電影時的配音是把聲音信號轉(zhuǎn)換為光信號,用明暗不同的條紋記錄在膠片邊緣的聲帶上。放映電影時,光源發(fā)出的光通過移動聲帶后發(fā)生了強弱的變化,并被光電管所接收,光電管把強弱變化的光相應(yīng)地轉(zhuǎn)變?yōu)閺娙踝兓碾娏?經(jīng)放大器放大后,由揚聲器放出聲音。
1.2 光控大門
干簧繼電器由干簧管和繞在干簧管外的線圈組成,為了易于識別電路,通常在電路圖中把線圈和干簧管分開來畫。當(dāng)線圈內(nèi)有電流時,線圈產(chǎn)生的磁場使密封在干簧管內(nèi)的兩個鐵質(zhì)
簧片磁化,在磁力作用下由原來的分離狀態(tài)變成連接狀態(tài),線圈內(nèi)沒有電流時,磁場消失,磁片在彈力的作用下,回復(fù)到分離狀態(tài)。把光敏電阻裝在大門上汽車燈光能照到的地方,帶動大門的電動機接在干簧管的電路中。夜間,當(dāng)汽車開到大門前,燈光照射光敏電阻時,干簧繼電器接通電動機電路,帶動大門打開。
1.3 天亮叫醒服務(wù)
蜂鳴器內(nèi)裝有發(fā)聲電路,外邊有負(fù)極和正極兩極引線。使用時正極接電池正極。負(fù)極揍電池負(fù)極。當(dāng)有電流通過時,能自動發(fā)出蜂鳴聲。
1.4 包裝充填物高度檢測
用容積法計量包裝的成品,除了對重量有一定誤差范圍要求外,一般還對充填高度有一定的要求,以保證商品的外觀質(zhì)量。當(dāng)充填高度偏差太大時,光電接頭沒有電信號,即由執(zhí)行機構(gòu)將包裝物品推出進(jìn)行處理。
1.5 轉(zhuǎn)速測量
將轉(zhuǎn)速變換成光通量的變化,再經(jīng)過光電元件轉(zhuǎn)換成電量的變化即可得到轉(zhuǎn)速。被測轉(zhuǎn)軸上裝有調(diào)制盤(帶孔或帶齒的圓盤),其一邊設(shè)置光源,另一邊設(shè)置光電元件。調(diào)制盤隨軸轉(zhuǎn)動,當(dāng)光線通過小孔或齒縫時,光電元件就產(chǎn)生一個電脈沖。轉(zhuǎn)軸連續(xù)轉(zhuǎn)動,光電元件就輸出一列與轉(zhuǎn)速及調(diào)制盤上的孔(或齒)數(shù)成正比的電脈沖數(shù)。在孔(或齒)數(shù)一定時,脈沖數(shù)就和轉(zhuǎn)速成正比。電脈沖輸入測量電路后經(jīng)放大整形,再送入頻率計的計數(shù)顯示。
1.6光電傳感器在變電站通信控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
光電傳感器作為一種新型的電壓電流測量裝置,與傳統(tǒng)電磁式互感器相比較,具有絕緣強度高、動態(tài)范圍、大頻帶寬、抗干擾能力強、不會產(chǎn)生磁飽和及鐵磁諧振、體積小、重量輕、造價低等一系列優(yōu)點。自20世紀(jì)60年代以來,光電傳感器經(jīng)歷了原理性研究、試驗樣機和現(xiàn)場掛網(wǎng)運行等階段。目前國外已經(jīng)有部分實用化產(chǎn)品投入市場,但真正得到大規(guī)模的應(yīng)用還有一個過程,而且國內(nèi)變電站自動化系統(tǒng)的應(yīng)用水平不一,如何讓光電傳感器在變電站自動化系統(tǒng)中得到應(yīng)用并提高變電站自動化系統(tǒng)的水平,成為光電傳感器研究的重點。變電站通信控制系統(tǒng)是變電站自動化系統(tǒng)的重要組成部分,其技術(shù)水平直接關(guān)系到變電站自動化系統(tǒng)的性能。隨著電子技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展,變電站通信系統(tǒng)也經(jīng)歷了集中式、功能分布式和分散分布式等階段。而通信系統(tǒng)的發(fā)展變化總是與變電站的測控、保護裝置的發(fā)展變化相適應(yīng)的。隨著光電傳感器在變電站中的應(yīng)用,將對變電站通信控制系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,并提高其自動化應(yīng)用水平。
2光電傳感器的發(fā)展趨勢
近年來,由于傳感器的廣泛應(yīng)用以及在日常生活中所起的越來越重要的作用,人們對傳感器提出越來越高的要求。21世紀(jì)初期(2010前后)。敏感元件與傳感器發(fā)展的總趨勢是小型化、集成化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化。傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高。并加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。 縱觀幾十年傳感技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展,不外乎分為兩個方面:一是提高與改善傳感器的技術(shù)性能;二是尋找新原理、新材料、新工藝及新功能等。
2.1 傳感器改善性能的途徑
一般常采用下列技術(shù)途徑:差動技術(shù),平均技術(shù),補償和修正技術(shù),屏蔽、隔離與干擾抑制,穩(wěn)定性處理。
2.2傳感器的發(fā)展動向
2.2.1 開發(fā)新型傳感器
a.采用新原理;
b.填補傳感器空白;
c.仿生傳感器等諸方面。
2.2.2開發(fā)新材料
a.從單晶體到多晶體、非晶體;
b.從單一型材料到復(fù)合材料;
c.原子(分子)型材料的人工合成。
2.2.3智能材料
是指設(shè)計和控制材料的物理、化學(xué)、機械、電學(xué)等參數(shù),研制出生物體材料所具有的特性或者優(yōu)于生物體材料性能的人造材料。
2.2.4新工藝的采用
新工藝的含義范圍很廣,這里主要指與發(fā)展新型傳感器聯(lián)系特別密切的維系加工技術(shù)。
2.2.5集成化、多功能化與智能化
3光敏傳感器的基本特性及實驗原理 3.1伏安特性 光敏傳感器在一定的入射光強照度下,光敏元件的電流I與所加電壓U之間的關(guān)系稱為光敏器件的伏安特性。改變照度則可以得到一組伏安特性曲線,它是傳感器應(yīng)用設(shè)計時選擇電參數(shù)的重要依據(jù)。光敏電阻類似一個純電阻,其伏安特性線性良好,在一定照度下,電壓越大光電流越大,但必須考慮光敏電阻的最大耗散功率,超過額定電壓和最大電流都可能導(dǎo)致光敏電阻的永久性損壞。光敏二極管的伏安特性和光敏三極管的伏安特性類似,但光敏三極管的光電流比同類型的光敏二極管大好幾十倍,零偏壓時,光敏二極管有光電流輸出,而光敏三極管則無光電流輸出。
3.2光照特性
光敏傳感器的光譜靈敏度與入射光強之間的關(guān)系稱為光照特性,有時光敏傳感器的輸出電壓或電流與入射光強之間的關(guān)系也稱為光照特性,它也是光敏傳感器應(yīng)用設(shè)計時選擇參數(shù)的重要依據(jù)之一。
4 實驗儀器
DH-SJ3光電傳感器設(shè)計實驗儀由下列部分組成:光敏電阻板、硅光電池板、光敏二極管板、光敏三極管板、紅光發(fā)射管LED3、接受管(包括PHD 101光電二極管和PHT 101光電
三極管)、Ф2.2和Ф2光纖、光纖座、測試架、DH-VC3直流恒壓源、九孔板、萬用表、電阻元件盒以及轉(zhuǎn)接盒等組成。 實驗時,測試架中的光源電源插孔以及傳感器插孔均通過轉(zhuǎn)接盒與九孔板相連,其它連接都在九孔板中實現(xiàn);測試架中可以更換傳感器板。
光電傳感器的應(yīng)用論文：光電傳感器技術(shù)的新發(fā)展及應(yīng)用畢業(yè)論文
畢業(yè)論文聲明
本人鄭重聲明：
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1
．此畢業(yè)論文是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究取得的成
果。除了特別加以標(biāo)注地方外，本文不包含他人或其它機構(gòu)已經(jīng)發(fā)表
或撰寫過的研究成果。對本文研究做出重要貢獻(xiàn)的個人與集體均已在
文中作了明確標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
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2
．本人完全了解學(xué)校、學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，
同意學(xué)校與學(xué)院保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交此論文的復(fù)印件和
電子版，允許此文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)學(xué)院可以將此文的全
部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描
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3
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一切后果均由本人承擔(dān)，與畢業(yè)論文指導(dǎo)老師無關(guān)。
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4.
本人所呈交的畢業(yè)論文，是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究
所取得的成果。論文中凡引用他人已經(jīng)發(fā)布或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、
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