光电感知技术十篇

光电感知技术篇1

关键词：光电检测技术；精密测量技术

中图分类号：TN247文献标识码：A文章编号：

1.概论

世界已进入信息时代，人们在利用信息的过程中，首先要解决的就是获取可靠的信息，因此传感器技术越来越受到人们的重视。而随着传感器技术的发展，传感器所要面向的应用范围从纳米尺度到天文尺度两段都在不断扩展，精密测量技术已经得到了越来越多的研究和重视，这就使得作为现代精密测量的核心技术的光电检测技术的重要性与日俱增，因为传统的检测方法已经无法满足这些工作条件下的特殊要求。因此，光电检测技术的教学和研究已越来越受到国内为高等院校、科研机构和相关企业的重视。

现在一起科学技术是机械、光学、电学、计算机以及控制技术的综合化，光、机、电、算一体化已经成为仪器发展的趋势。传感器的微型化、纳米技术的发展，也对现代精密测量技术提出了越来越高的要求。在这种情况下，光电检测技术的重要性越来越明显。然而，在目前的测控技术月仪器体系中，光电检测技术的重要性并没有得到足够的重视。本文首先介绍了现代精密测量技术的发展现状，随之介绍了光电检测技术的基本内容及其面临的问题，最后提出应当突出光电检测技术的重要性，使之在测控技术与仪器专业体系中占有重要地位，这对培养具有创新能力和前瞻意识的高素质人才具有良好的促进作用。

2.现代精密测量技术的发展现状

现代精密测量技术是一门集光学、电子、传感器、图像、制造机计算机技术为一体的综合叉学科，涉及广泛的学科领域，它的发展需要众多相关学科的支持。在现代工业制造技术和科学研究中，测量仪器具有精密化、集成化、智能化的发展趋势。

科学技术向微小领域发展，由毫米级、微米级继而涉足到纳米技术，即微/纳米技术。微/纳米技术研究和探测物质结构的功能尺寸与分辨能力达到微米至纳米级尺度，使人类在改造自然方面深入原子、分子级纳米层次。

纳米级加工技术可分为加工精度和加工尺度两方面。加工精度由本世纪初的最高精度微米级发展到现在的几个纳米数量级。金刚石车床加工的超精密衍射光栅精度已达1nm，实验室已经可以制作10nm以下的线、柱、槽。

在这一大背景下，传统的测量方式已经很难发挥大的作用。因此，与精密测量技术的发展需求相对应，光电检测技术得到了越来越多的重视和应用。由于光电检测技术在工业测控、精密测量和计量方面的重要作用，特别是随着社会对产品质量意识的逐步提高。

3.测控技术与以其专业及其只是结构组成

测控技术与仪器技术隶属于信息技术领域的仪器科学与技术学科，其内容主要涉及测量控制与仪器仪表技术领域。随着科学技术尤其是电子信息技术的飞速发展，测量控制欲仪器仪表技术领域也发生了很大的变化。其自身结构已从单纯机械结构或机电结合或机光电结合的结构发展成为集传感技术、计算机技术、电子技术、现代光学、精密机械等多种高新技术于一身的系统，其用途也从单纯数据采集发展为集数据采集、信号传输、信号处理以及控制为一体的测控国产。特别是进入21世纪以来，随着计算机网络技术、软件技术、微纳米技术的发展，测量控制与仪器仪表呈现出虚拟化、网络化和微型化的发展趋势，从而使仪器科学与技术学科的多学科综合及多系统集成的属性越来越明显。

由此可见，测控技术与仪器专业的学生其知识面必须比较宽，横跨了传感器、通讯、控制、计算机等多方面的内容。

光电检测技术的简介

技术的业务培养目标是：培养具备精密仪器设计制造以及测量与控制方面基础知识与应用能力，能在国民经济各个部门从事测量与控制领域内有关技术、仪器与系统的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理等方面的高级工程技术人才。

技术的业务培养要求是：主要学习精密仪器的光学、机械与电子学基础理论、测量与孔子理论和有关测控仪器的设计方法，手奥现代测控技术和仪器应用的训练，具有本专业测控技术及仪器系统的应用级设计开发能力。

光电检测技术的基本内容及其面临的问题

光电检测技术是测控技术与仪器专业能使技术人员了解和掌握光电转换的基本原理及光电检测技术所必须的各种知识，了解和掌握常用光电测量方法及常用测量仪器的使用，具备进行各种基本光电测量所需技能和设计简单光电检测电路的能力。

光电检测技术基本内容包括三方面的内容。

掌握与光电技术有关的基础知识、基本原理和基础效应。如：阴极光电效应，半导体光电效应，PN结的光电效应：光电池及光电二三极管工作原理，光电成像原理，CCD工作原理，直接检测的典型光路。

理解光电技术的基本应用。了解常用光电器件如光电培正管、摄像管、CCD器件、光电池、光电二三极管等的特性参数。了解基本光电检测系统的主要参数。

了解光电检测的基本方法及光电检测电路的设计思想。了解光电技术的发展及广泛应用。掌握各种基本光电检测方法的有关技术。

6.光电检测技术在测控技术与仪器专业体系中的作用

综上所述，《光电检测技术》课程在测量控制与仪器仪表技术领域的重要性在不断增加。然而，在目前的测控技术与仪器专业课程体系中，《光电检测技术》课程的重要性并没有得到足够的重视。因此，我们需要对《光电检测技术》在测控技术与仪器专业课程体系中的作用进行重新认识。

光电检测技术在测控技术与仪器专业课程体系中的作用可以概括为四个字：承前启后。“承前”是指光电检测技术是传感器技术、工程光学、测控电路等内容的深入和拓展，“启后”则是指光电检测技术的内容是后续如光电仪器设计、智能仪器设计等环节的重要知识基础。没有对光电检测技术知识的良好掌握，要实现对各种现代精密测量技术的整体把握、实现符合要求的具有良好性能价格比的精密测量系统是不可能的。

7.结束语

因此，本文认为，在测控技术与仪器技术学习中，应当突出光电检测技术的重要性，在实验设备、授课学时、人员配置、科研技术等方面予以重点支持，使之在测控技术与仪器专业课程体系中占有与其在测量控制与仪器仪表技术领域的重要性相称的重要地位，这对于培养具有创新能力和前瞻意识的高素质人才具有良好的促进作用。

参考文献：

[1] 叶声华， 王仲， 曲兴华。 精密测试技术展望。机电一体化。2001，6: 6―7.

[2] 曲兴华。仪器制造技术。北京：机械工业出版社，2005.

光电感知技术篇2

【关键词】光电测试技术 教学内容研究 电力特色

《光电测试技术》是上海电力学院测控技术及仪器专业的重要专业选修课。它是一门综合性很强的课程，涉及了光学、电子和计算机等多门学科，也是现代检测技术重要的发展方向，对培养学生综合运用专业知识及创新能力起着非常重要的作用。如何在有限的学时内，通过该课程的学习，培养学生达到教学目标，这对教师提出了挑战。笔者从教学内容的选取和组织安排等方面进行了一定的探索和研究。

一、优选教学内容

光电测试技术课程包涵的知识点很多，并且随着科技的进步，新的测试技术不断地出现，需要进一步扩充教学内容。而不同的院校有又不同的背景，在不同的领域上有所侧重，需要量体裁衣，合理选择教学内容。

（一）突出电力特色

上海电力学院的办学定位与培养目标是主要为社会培养和输出所需要的应用型技术人才，特别要为电力行业的科技进步服务，培养电力行业所需的第一线的应用型技术人才。为了突出本校的电力特色，尤其考虑到测控技术与仪器专业的部分学生在毕业后会进入电厂等相关电力领域工作，所以在教授内容中加入最新的电力知识是很有必要的。

近年来，光电测试技术的发展可以说是日新月异，新的科技成果不断涌现，在电力系统中的应用，主要体现在以下几个方面。

1.火焰图像检测器

光学成像技术在燃煤火电厂煤粉炉炉膛火焰视频监视上的应用，可以直接地反映炉膛内的燃烧情况，给运行人员提供相对直观的判断依据，对锅炉的安全运行和操作起到及时的指导作用。安装好、调试好、使用好炉膛火焰电视设备，对锅炉的安全和节能经济运行都有着非常重要的意义。这部分内容可以和书本教材中的固体成像器件配合起来教学。

2.激光盘煤技术

传统的煤场存煤量测量方法不仅需要耗费大量的人力和物力，其测量结果也极不准确，严重制约了电厂现代化管理水平的提高。目前新型的自动盘煤方法为激光盘煤仪，采用二维高频率激光扫描仪对料场的表面进行高频率断面扫描获得高密度的断面数据，结合行程测量器获得的料场长度和回程测量器获得的扫描仪偏转角度数据，实现料场体积的计算、料场三维模型的显示。在盘煤的实时性和准确性方面都有显著的改善，取得了比较满意的结果。[1]该部分内容可以和书本教材中红外辐射与红外探测器配合起来教学，还可结合数字信号处理、数字图像处理等课程对图像恢复重建等展开探讨。

3.光纤传感技术

光纤传感技术具有细而柔软、抗电磁干扰、绝缘性能好、防爆性能好、 耐腐蚀、导光性能好、信号衰减小等特点，可以解决常规检测技术难以完全胜任的测量问题。分布式光纤传感技术是随着“智能结构和智能材料”的需要而发展起来的一项新技术，集传感与信息传输于一体，广泛应用在电力行业中：电缆状态监测，如电力电缆的表面温度检测监控、事故点定位、电缆隧道、夹层的火情监测等；变电站监测，如母排、桥袈、变压器、电动机、发电机、配电盘的温度分布、测量及故障点检测等；水电站、发电厂监测，如加热系统、蒸汽、输油管道；送煤系统的温度监测和故障点的检测等等。

光纤传感技术正好和书本教材的光导纤维与光纤传感器匹配，在了解光导纤维与光纤传感器的基本原理后，引入大量的光纤传感技术在电力系统中应用的工程实例，更好地贯彻了理论联系实际这一原则，可以使学生思考如何学以致用。

（二）适应科技发展

光电测试技术内容多，知识面广，又是多学科交互融合、互相渗透的前沿科学。通常情况下，教材对基础知识、基本原理和基础效应介绍较多，对具体应用和设计方面则较少；对经典的光电器件介绍较多，新型光电器件较少；传统技术叙述较多，尖端技术和综合应用较少。由于种种限制，不可能找到一本非常完美、各方面都满意的书本教材，我们只能选择较合适的，在讲授基本内容的同时，一定要补充最新的相关内容，将新型的光电检测器件、新型的光电测试技术和手段、各种光电检测器件的最新进展和应用等最新相关科研成果融合在教学过程之中，不断进行教学内容的完善和改进，有效的引导学生了解最新的、最先进的科学内容。比如在中国第一个目标飞行器和空间实验室——天宫一号与神舟十号飞船实现对接时，激励学生关注其中所采用的最新光电测试技术。

以上的内容是书本教材所无法包括的，所以我们要结合时代科技的进步，与时俱进，不断深化教学内容，注意学校的行业特色，关注火电厂及电力设备等的光电测试技术，对于教材上没有提到的但是有益的内容，一定要在课堂上提出，或者给出相关概念引导学生自己查找所需资料，不断的通过自制多媒体课件、课外资料等来添加教学内容，给《光电测试技术》注入新的血液，来激发学生的学习兴趣。

二、 精心组织教学内容

上海电力学院将该课程核定为32学时，在短课时内，面对如此多的教学内容，需要根据本专业的特点精心组织安排，否则会使得内容杂乱无章，缺少完整性和系统性，让学生无所适从。

（一）课程认识和章节联系

首先讲解课程的主要内容、结构和各章节的之间的联系，让学生对该课程有一个整体性的认识，然后具体到每一个章节。在开始学习前都列出教学要求，学完一章后都有复结，让学生清楚自己应该达到的标准，也方便期末考试。第一部分光电测试技术的理论基础是最基础的内容，尤其是我校未开设《物理光学》《应用光学》等相关课程，学生只是在《大学物理》中接触过有关光的知识，这部分必须详细讲解。第二部分是常用的光辐射光源，只有这一章是讲如何产生光信号的，其中光电测试用主要的光源发光二极管和半导体激光器都是从电信号转换成光信号，正好与第三部分光电检测器件是如何进行将光信号转换成电信号相对应，可以让学生更换地理解光电转换。第三部分是各种光电检测器件的结构原理及应用，要结合它们各自典型的应用系统的分析和设计，使学生对整个知识体系有个更全面、更深刻的理解。

（二）注意知识点的联会贯通

光电测试技术涉及光、机、电、自动控制等许多领域。如在讲到光电器件和集成运算放大器连接时，模拟电子技术中运算放大器的三大特点：“虚短”“虚断”和“虚地”，如何运用它们来完成电压放大、电流放大和阻抗变换，而这牵涉深度负反馈的概念，又与自动控制相关。所以在教授新课程的时候，不断地回顾先前学习过的课程，可以较好地调动学生的参与积极性，不会觉得什么都是新的，都要从头开始学，能够温故知新。

（三）重视实践教学

《光电测试技术》又是一门实践性很强的学科，我们积极鼓励学生参加大学生科技创新活动，坚持课堂教学与课外创新实践活动相结合，提高学生的设计与综合分析能力。

例如讲解光敏电阻后，先采用浙江英联科技开发有限公司的YL系列传感器实验仪及系统实验台开设光敏电阻的特性测试实验，让学生先了解光敏电阻的光电特性、伏安特性和光谱响应特性，对书本知识深入掌握后，再鼓励学生从光敏电阻特点出发自己设计路灯自动点熄电路，通过查找阅读资料并与实际应用电路比较，能否进一步改进，使其更加智能化、自动化等，最后以小论文的形式提交。这样不仅加深了学生对基础知识的理解，拓宽了知识面，更是锻炼了学生独立思考和自主创新的能力。

在教学过程中，注意提出在日常生活中的一些光电检测系统应用实例，可以提高学生学习的热情。如讲到光电开关，就会提到在洗手时，是如何实现手到水出的？除了光电开关外，还有什么器件能够达到这种效果的？热释电器件可不可以？

三、结论

对《光电测试技术》的教学内容进行了探讨，通过合理选择教学内容、注重结合我校电力特色、重视实践教学，将学生独立思考能力、动手能力和创新能力的培养融合到专业课教学中，培养适应21世纪全面发展的高素质人才。

【参考文献】

光电感知技术篇3

自1946年第一台计算机诞生以来，仅仅半个多世纪，信息技术以它广泛的影响和巨大的生命力，风靡全球，成为科技发展史上业绩最辉煌、发展最迅速、对人类影响最广泛和最深刻的科技领域。可以预见，21世纪将是信息的时代，信息技术将成为最活跃、与人们生活最密切相关的科技领域。下面我主要简单介绍一下未来信息技术的几个发展方向。

一、微电子与光电子向着高效能方向发展

微电子与光电子技术将步入更广阔的发展空间微电子技术已经走过了大规模(LSI)、超大规模(VLSI)、特大规模(ULSI)集成时代，于1964年进入吉规模(GSI)集成时代。作为高科技代表的集成电路技术对世界经济的发展有着举足轻重的作用。集成电路产品的发展趋势是芯片面积越来越大，集成度越来越高，特征尺寸越来越小，片上系统日益完善。集成系统是21世纪初微电子技术发展的重点。在需求牵引和技术推动的双重作用下，已经出现了将整个系统集成在一块或微电子芯片上的集成系统或系统集成芯片(SOC)。目前已经可以在一块芯片上集成108-109个晶体管。集成系统是微电子设计领域的一场革命，21世纪将是其真正快速发展的时期。微电子技术与其他学科的结合，将会产生一系列崭新的学科和经济增长点，除了系统级芯片外，量子器件、生物芯片、真空微电子技术、纳米技术、微电子机械系等都将成为21世纪的新型技术。

预计本世纪应用电子自旋、核自旋、光子技术和生物芯片的功能强大的计算机将要问世，可以模拟人的大脑，用于传感认识和思维加工。预计在未来十多年内可以产生存贮量达到每立方毫米100万G，而功耗仅仅为超大规模集成电路千万分之一的生物芯片。

二、现代通信技术向着网络化，数字化，宽带化方向发展

随着数字化技术的发展，音视频和多媒体技术突飞猛进音视频技术是当前最活跃，发展最迅速的高新技术领域。近年来，虽然模拟音频产品在市场上仍占主流，但数字化潮流正在迅猛冲击和变昔模拟领域，数字技术促进了音视频、通信和计算机技术的融合，出现了业务上相互渗透、汇合，在音频产品和技术方面，音频广播仍以模拟技术为主，但各国正在积极开展数字音频广播的研究和实施。组合音响也在向小型和微型的数字化和组合、多声道环绕声方向发展。视频产品和技术方面，家用电视机有逐渐朝向大屏幕发展的趋势。人们正迎来数字电视时代。对于电缆电视而言，有两个重要的发展趋势，即网络化和数字化，总的趋势是向综合信息业务网方向发展

通信传输在向高速大容量长距离发展，光纤传输速率越来越高，波长从1.3μm发展到1.55μm并已大量采用。一个波长段上用多个信道的波分复用技术已进入实用阶段；光放大器代替光电转换中继器已经实用；相干光通信，光弧子通信已取得重大进展。这将使无中继距离延长到几百甚至几千公里。随着光纤技术的逐渐成熟，光纤技术在通信中的广泛应用，通信技术的带宽正在一点一点的变大，我们可以大胆的预计本世纪通信技术将向带宽化迈进。术上相互吸收、移植的现象，发展了一大批集合性产品和业务，即所谓的”家电产品信息化。

三、信息技术将会促使遥感技术的蓬勃发展

感测与识别技术它的作用是扩展人获取信息的感觉器官功能。它包括信息识别、信息提取、信息检测等技术。这类技术的总称是“传感技术”。它几乎可以扩展人类所有感觉器官的传感功能。传感技术、测量技术与通信技术相结合而产生的遥感技术，更使人感知信息的能力得到进一步的加强。随着信息技术的迅速发展，通信技术和传感技术的紧密集合，我们可以预知：遥感技术将会在农田水利、地质勘探、气象预报、海洋开发、环境监测、地图测绘、土地利用调查、灾害性天气预报、森林防火，尤其在地质找矿、森林和土地利用调查、气象预报、地下水和地热调查、地震研究、水利建设、铁路选线、工程地质及城市规划与建设等方面发挥更大的作用。

总结：

从以上各个方面综合来看，信息技术有一些共同的发展趋势。

(1)高速大容量。速度和容量是紧密联系的，随着要传递和处理的信息量越来越大，高速大容量是必然趋势。因此从器件到系统，从处理、存储到传递，从传输到交换无不向高速大容量的要求发展。

(2)综合集成。社会对信息的多方面需求，要求信息业提供更丰富的产品和服务。因此采集、处理、存储与传递的结合，信息生产与信息使用的结合，各种媒体的结合，各种业务的综合都体现了综合集成的要求。

光电感知技术篇4

【关键词】就业市场；光电；光机电一体化平台

随着光电行业的快速发展，其已经在社会生产的各个领域中占有举足轻重的地位，大力发展光电产业是国家高新技术发展规划中的重要组成部分。光电专业旨在培养符合光电行业发展和企业需求的光电显示技术方面的高级专业人才，但随着社会的发展和科技的进步，要求高等院校培养的学生必须是基础扎实、专业能力强、综合素质高、具有创新精神和国际视野的复合型人才。而传统的高等教育模式，偏重专业理论学习，弱化了实践环节的训练，导致培养的学生动手能力不强，发展后劲不足，难以满足社会和企业的需求。因此，培养具有实践能力和富有创新精神的高级专业人才，是企业期望，社会认同，学校努力的共同目标。如何在各门基础和专业课程、实验课程、课程设计中培养学生的综合能力、创新设计能力和工程实践能力，是一个复杂的系统工程，也是众多高校所面临的共同课题之一。因此对光电专业的实践进行研究，探索新型实践教学内容、方法及组织管理模式，可以进一步提高光电专业学生的培养质量，培养出具有实践能力和富有创新精神的高级人才。

“光机电一体化测控系统综合实训平台”是依据上述要求而提出的。其要求测控实训接近实际工业生产测控现场，又要针对教学及实训目的进行理论及技术高度提升，强化光机电一体化测量与控制系统的工作原理分析，提高光、机、电、计单元设计、系统安装与调试能力。

一、实践动手能力的需求

实践教学环节是光电专业教学中的一项重要内容，在培养和提高学生的综合动手能力方面起到至关重要的作用。江苏省常州工学院光光电工程学院设立于2006 年，现有学院目前下设测控技术系、光电工程系、新能源工程系三个系，24个教学班，目前学院已有900余名本科毕业生活跃在各企事业单位从事光伏、测量与控制领域内相关技术、科技开发、应用研究、运行管理等方面的工作。根据学生就业信息反馈和相关的市场调研，当前就业市场对学生的综合素质要求越来越高，不仅要求学生理论功底扎实，而且越来越看重实践动手能力。光电专业学生一般具有较强的光伏、测控方面的理论知识，但缺乏电子技术类相关能力，而学生实践能力的培养需要各方面的训练条件和机会，因此对于实践环节硬件建设提出了新的课题。这是当前光电专业培养过程中必须要解决的课题，也是国内其他学校同类专业所面临的共同课题。

常州工学院在现有的实验室硬件环境基础上，整合资源，借助科研平台，积极发挥教师主动性，研制出光机电一体化平台，让学生能够更好的理论联系实践，学以致用。该平台将研究与理论教学内容紧密结合、充分发挥现有实践教学硬件条件的实践教学内容体系和培养模式，是解决理论和实践统一的有效途径。

二、光机电一体化测控系统综合实训平台

光电相关专业的课程既要求学生掌握传感器、工程光学、控制工程、计算机控制技术、误差理论与数据处理、信号分析与处理的基础理论知识，又要求学生能够利用测控仪器技术、光电测试技术、自动检测技术解决一些实际问题。目前大多数高校光电专业学生都只停留在基础理论知识的学习上，缺少亲自利用光电测控处理方法解决实际问题的训练环节，更缺乏学生进行创新实验的条件和环境，严重影响了教学的质量和效果，不利于培养学生的实际动手能力和创新思维能力。鉴于上述原因，在研究和技术积累的基础上，研制一种低成本、高精度、可扩展、基础性与创新性并举的光机电一体化测控教学创新实验平台，对提高教学质量和培养创新型人才是十分必要的。

该实训平台由激光测距装置、二维可控传送机构、单片微机控制器、数据采集卡、数控信号驱动器、上位监控计算机、系统测控软件及下微机测控数显器等组成。通过本系统实训，让学生可以掌握测控系统的全过程的综合知识和技术，包括信号测量技术、信号处理技术、运动驱动技术、系统仿真技术、上下位机通信技术、电子线路设计技术、计算机监控界面设计技术、系统设备安装与调试技术。

1.平台原理。光机电一体化测控技术综合实训平台基于激光三角的原理实现，其通过激光三角测量能够实现微小位移的精密测量。该平台采用非接触式测量，可以方便无损地测量被测物的厚度。该技术开发的检测仪器也可广泛应用于太阳能电池片测厚、印刷电阻测量、汽车四轮定位、造船、机械、石油、化工等行业的精密测量。

2.平台组成和各部分功能。光机电一体化测控技术综合实训平台主要由C型支架、激光测量装置、二维可控传送机构、测控箱、下位机测控数显器、计算机及系统测控软件等组成。C型支架主要支撑传感器测量装置往复扫描运动，由丝杠带动。激光测量装置安装于C型机构上下两端。二维可控传送机构主要模拟实际锂电池生产线薄膜的平面运动，控制被测物移动，由丝杠带动，光栅位移实现测量。测控箱内包含下位机控制器、电源、传动电机驱动、传感器信号驱动和上下位机数据采集卡通讯接口。下位机测控数显器能在脱离上位机时，实现系统测控与液晶显示。计算机包括数据采集卡和人机界面软件实现数据测量、分析和显示。

3.平台主要技术指标。测量范围：26-34mm；测量精度：1%；显示分辨率：1um；传感器测量扫描行程：0-450mm；被测物体传送行程： 0-350mm；传送装置光栅位移数字测量：0～300mm；具有上下位机独立的测控与显示：被测物平均厚度、被测物瞬间厚度、实时测量曲线显示、报警等功能；带有系统仿真、数据处理模块；提供测量及监控系统软件源代码；供电要求：额定电压交流220V；额定功率小于2kW。

此外，平台间通过网络互联，可自动生成实验报告、保存实验数据、管理和考评成绩。

4.平台实训项目。本平台提供7个难易程度不同的实训项目。实验一为基于Visual Basic/Matlab的串口通信。主要实现上下传感器采集数字信号和计算机之间的串口通信，并通过相关工具软件实现数据的采集和实时显示。实验二为基于Matlab GUI实现上位机监控界面的编程设计。该实验需要学生掌握Matlab的基本功能和人机界面的实现。需要学生合理布局并设计完整、合理、直观、漂亮的人机界面图。实验三为静态厚度高精度测量和控制。主要让学生掌握差动式激光传感器静态测厚原理、了解静态测量误差的来源和抑制方法并采用Matlab人机界面实现静态被测物的厚度测量。实验四为二维动态厚度高精度测量和控制。主要让学生掌握差动式激光传感器动态测厚原理、了解动态测量误差的来源和抑制方法并采用Matlab人机界面实现C型机构不同扫描速度下动态被测物的厚度测量。实验五为多种测量数据软件的处理设计。主要让学掌握Matlab常规滤波方法：比如算术平均法、中位值滤波法、滑动平均法和中位值平均等滤波法。实验六为二维高精度丝杆传动和步进电机驱动控制。该实验主要基于汇编语言和C语言实现单片机对丝杠和步进电机驱动控制。实验七为下位机测控与显示界面设计。学生主要掌握单片机C语言的编程，图形液晶驱动程序的编写、步进电动机驱动控制原理和按键扫描程序的编写。

通过实验一到五使学生能够深入理解和扎实掌握有关传感器测量、单片机控制、串口通信和软件实现等方面的基础理论知识，同时也使学生对工业自动生产线的产品检测判定模拟过程有直接的感受；实验六到七可以培养学生敢于挑战光机电一体化平台的技术难题，提高学生独立解决技术难题的能力，从而增强学生的探索兴趣和创新意识。

三、总结

光电专业学生一般具有较强的光伏、测控方面的理论知识，但缺乏电子技术类相关能力，而从就业信息反馈和市场需求来看，要求学生在学校的实践能力适应未来工作岗位的需求，上述对于学校实践环节硬件建设提出了新的课题。结合与企业的科研项目，通过构建“光机电一体化测控系统综合实训平台”，既模拟实际工业生产测控现场，又可针对教学进行理论和技术高度提升，强化光机电一体化测量与控制系统的工作原理，并提高学生分析、光、机、电、计单元设计、系统安装与调试能力。通过实际实践课程、毕业设计课程的实施效果来看，学生在较短的时间内系统地学习了光机电软件等相关知识，大幅提高学生理论联系实际的能力，提升了学生在后续理论学习的兴趣。此外该平台不仅适合光电专业学生实践操作的实施，也适合于电子技术类和机电专业学生的学习。

光电感知技术篇5

【关键词】单片机 机器人 系统设计

1 智能机器人使用技术简介、制造技术

机器人技术可以认为是面向未来的现代化技术，机器人技术和网络技术、基因技术、通信技术、计算机技术等一样，都属高新技术，涉及的相关学科有材料科学、计算机技术、微电子技术、传感器技术、控制技术、通讯技术人工智能技术、仿生学、数学方法等诸多学科。

机器人的定义是多种多样的，究其原因是它具有一定的模糊性。一套机器人主要包括：（1）机械设备，比如可以与周边环境进行互交的车平台、手臂或者别的装备。

（2）设备上面或周围的传感器，可感知周边环境并向装备提供有用信息反馈。

（3）根据设备运行情况处理传感输入，并且按照实际情况控制系统执行指定动作。

我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，做不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。”

机器人的最原始形式是工业机器人，它可以有效地提高产品的产量和质量，能够很有效的改善人们的劳动条件，在装配、切割、焊接、除锈、喷漆等方面得到广泛的应用，可以预计在不久的将来社会中，机器人必将会得到广泛应用和发展，这是必然的发展趋势和根本结果。

研究机器人的专家们，从应用需要出发将机器人分成了两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是为工业制造业多关节机械手或多自由度机器人，而特种机器人则是除上述工业机器人之外的、用于非制作业并服务于人类的各种先进机器人。当前，国际上研究机器人的学者们，从应用需要出发，将机器人也同样分成两类：制作环境下的工业机器人和非工业制造环境下的服务与仿生机器人。

我们国家机器人学研究起步较晚，但进步很快，业已在工业机器人、特种机器人和智能机器人各个方面都取得了傲人显著成绩。

2 机器人制造技术热点和发展方向

当前世界机器人领域都在加大研究力度，朝着智能化、实用化、大众化、家庭化、多功能化等方向发展，主要朝着下面方向发展：

（1）工业应用机器人操作机构技术研究：，探索新的高性能轻质材料，结构也向着模块化可重构方向发展。

（2）机器人控制技术研究：重点是研究开放式、模块化控制系统，人机语言、数字编程等正在研制中，控制器在网络化、标准化成为研究热点，离线编程越来越实用化。

（3）多传感系统研究：为提高机器人的智能性、适应性，多传感器的使用解决问题的关键，研发热点在于有效可应用的多传感器匹配兼容，以及传感系统的实用化。

（4）结构灵活，系统微型化，并且朝着一体化方向发展。

（5）遥控监控技术发展：半自动、全自动技术，多个机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立全球范围内的机器人控制系统。

（6）虚拟机器人研究：建立在多传感器、多媒体以及虚拟现实和临场传感技术，实现机器人的虚拟遥控操作和人机对话。

（7）多智能体调控技术：这也是机器人研究的新领域。主要是多智能群体结构、相互间通信与磋商机理，感知与学习方法，群体动作控制等方面技术的研究。

（8）微型袖珍机器人技术，也是机器人研究的新领域和重点发展方向，主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术、行走技术方面的研究进步。

（9）软机器人技术：广泛应用于医疗、护理、休闲、娱乐场合，此项技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外的与环境或人碰撞时候是安全的。

（10）仿生和仿人机器人技术：此领域是机器人的最高发展高度，这个方面的基础研究刚刚兴起。

3 轮式移动智能机器人系统设计与研究

轮式移动机器人（Wheeled Mobile Robot-WMR）系统主要包括：机械结构、直流伺服电机、电源、测速元件、CCD摄像头、微控制器、功率驱动模块等。简要介绍如下：

3.1 机械系统结构

有很多方式移动的机器人，但是大致分两种：车轮式和足步式两种，车轮式移动方式的机器人系统技术比较成熟，控制技术容易，足步式控制技术困难较大，但是随着传感器技术、微控制器的日益发展，足步式移动机器人也有了巨大发展。

轮式机器人的总体结构比较简单，主体有圆形底座，、长方形保护壳与摄像头等，底座选用8MM厚铝板，轮子、电机以及传动装置和码盘等均固定其上。保护壳是3MM的铝板，并固定有铝制型材作为支架，里面装有控制驱动的印刷线路板、供电电源模块，四个12V蓄电池，两个提供给电路，另两个给直流伺服电机供电，

3.2 电气系统结构

主要介绍WMR的电气结构，包括电源模块，传感器以及其接口、控制电源、摄像头、伺服电机等。

3.2.1 电源模块

因为WMR是行走的机器人，因此所需电源只能自身携带，

控制电路板和光电编码器需要有5V电压，功率模块需要12V电压，电机需要24V电压，本课题选中的是4个12V的蓄电池，共分为两组，，第一组串联为电动机提供动力，第二组经过电源模块为控制器和传感器供给电源。

3.2.2 传感器

什么样的机器人都离不开传感器，要具备智能能力，必须连续不断

的感知外部环境，并相应做出需要的决策动作，可以说，传感器就是类似人类的五官感知器，分为内部传感器和外部传感器，检测感知机器人本身状态的是内部传感器，本机器人采用的光电编码器是用来检测移动速度的，属于内部传感器，检测机器人所处环境以及状况的是外部传感器，如摄像头、超声波传感器、电磁感应器，都是外部传感器。

3.2.3 控制电路

主要采用了ATMEL公司的AT90S8515微控制器，它有两路PWM

输出，特别适合用来控制两台直流伺服电动机，它比一般单片机运算速度快的多，控制电路中还包括光电编码器、计数模块、串行通讯模块、电机驱动模块、按键模块等。

3.2.4 CCD摄像头和镜头

CCD（charge coupled device， 电荷耦合器件）外传

感器是把环境信息作为图像输入的最常用的传感器，基本结构是一种密排的MOS电容器，能存储有入射光在CCD像敏单元激发出的光信息电荷，能够在适当相序的时钟脉冲驱动下，把存储的电荷以电荷包的形式定向传输转移，实现自扫描，完成从光信号到电信号的转移。

光电感知技术篇6

【摘要】随着经济的发展，Android系统在电子信息、通信系统特别是移动设备方面应用十分广泛。比如：摩托罗拉、三星等智能手机大多采用的是Android系统。Android系统提供了的加速度传感器和陀螺仪是基于硬件的传感器，其中有三个传感器即使基于硬件的也是基于软件的传感器。文章根据Android系统的五个传感器技术的应用，进行了论述研究。

 

【关键词】Android系统；移动设备；传感器技术；应用研究

一、引言

随着手机等移动设备的发展，人们对移动设备的要求不仅仅限于接打电话、QQ等传统手机功能，要求智能手机具备更加完善强大的娱乐商务功能，目前传统计算机的应用功能基本全部实现智能手机上。Android作为一种流行系统平台，令人津津乐道的特性数不胜数，其中最为耀眼的是Android平台的各种传感器。

 

二、基于Android移动设备的传感器技术概述

（一）Android平台简介

Android的中文翻译是安卓，本来的意思是机器人，是Google公司基于Linux自由及开放代码的操作系统，这种操作系统较好的整合应用软件、用户界面、操作系统和中间件，打造了一个移动终端开放完整的移动软件，在2007年11月5日正式开发成功面试。Android（安卓）最初是由Andy Rubin开发的一种操作系统，主要支持的移动设备是手机。2005年8月，Google收购安卓并未安卓注资，2007在Google的领导下改良Android系统，使Android成为一种基于Linux自由及开放代码的操作系统，除了支持智能手机还支持平板电脑等移动设备。Android是完全开放的操作系统，它的迅速发展使其发展趋势趋向多元化，Google公司强大的互联网功能和服务优势，Android的移动技术应用的前景非常美好。

 

（二）基于Android平台传感器概述

传感器是被测量信号输入的第一道关口，是传感器系统中的元件组成部分，它包括载体和电路连接的敏感元件和转换元件，但是传感器系统却是组合某种信息处理能力元件的传感器。传感器是一种检测装置，是实现移动设备自动控制、自动检测的前提装置。Android平台应用的传感器技术有姿态传感器技术、光电传感器技术、磁场传感器技术和加速度传感器技术等诸多耀眼的传感器技术，传感器系统功能非常强大，为用户提供了巨大的便利。

 

三、基于Android移动设备的传感器技术应用

（一）基于Android移动设备的加速度传感器技术应用

Android平台的加速度传感器是Android基于硬件的传感器，它能够有效的跟踪手机、电脑等移动设备的运动状况，在移动设备上应用普及，Android平台的移动设备极少有不装加速度传感器的，这种加速度传感器目前已经成为移动应用不可分割的一部分，比如：三星、摩托罗拉、游戏平台等诸多设备都采用这种加速度传感器。虽说利用加速度传感器特性已经成为Android平台开发移动应用的主流趋势，但是加度度传感器在开发应用过程中存在诸多问题。比如：重复劳动量大、设计方案通用性差和代码复用率低等。针对加速度传感器存在的这些问题，结合加速度传感器的工作原理提出了相应的解决这些问题的通用设计方案，这个方案设计的目的是增强软件的复用性、缩短应用的开发周期、提高开发加速度传感器的效率。

 

1.Android加速度传感器的工作原理

检测物体运动加速度的变化，可以轻而易举知道物体的运动状态，Android加速度传感器具有检测移动设备在三维空间加速度的功能，可以通过知道移动设备的运动状态获取移动设备加速度传感器的参数，以此控制三维空间中移动设备运动的方式。

 

2.Android平台加速度传感器的通用设计方案

影响加速度的因素有两个，一个是加速度的大小一个是加速度的方向，这两个因素都是由移动设备的运动状态决定的。在设计Android平台加速度传感器的通用设计方案时，只需考虑移动设备移动的加速度大小和移动方向便可。Android平台加速度传感器的三维空间坐标系和移动设备平面绘图坐标系的不同之处在于当手机等移动设备屏幕方向进行横竖屏切换时，绘图坐标系的方向随着移动设备的屏幕方向旋转，但是加速度传感器坐标系的坐标轴方向却保持不变。在加速度传感器实际应用中，为了把加速度传感器接收的加速度变化反映在移动设备的运动状态上，必须切换加速度传感器的坐标系方向使之与绘图坐标系方向保持一致，这样移动设备的屏幕会出现两种状态的显示情况，坐标系处理方式存在差异，导致设计方案不能通用。在设计加速度传感器的坐标系的方案时，可以将移动设备的屏幕方向固定横或者竖屏，通过避免应用程序运行过程中移动设备屏幕方向的切换，简化两种坐标系方向转换过程中的处理逻辑。这种简化只需考虑一种坐标系变换处理的方式，解决了重复劳动量化大等问题，提高开发效率，但是需注意的是移动设备屏幕方向不同，坐标系变换处理的方式也不同。　【摘要】随着经济的发展，Android系统在电子信息、通信系统特别是移动设备方面应用十分广泛。比如：摩托罗拉、三星等智能手机大多采用的是Android系统。Android系统提供了的加速度传感器和陀螺仪是基于硬件的传感器，其中有三个传感器即使基于硬件的也是基于软件的传感器。文章根据Android系统的五个传感器技术的应用，进行了论述研究。

 

【关键词】Android系统；移动设备；传感器技术；应用研究

一、引言

随着手机等移动设备的发展，人们对移动设备的要求不仅仅限于接打电话、QQ等传统手机功能，要求智能手机具备更加完善强大的娱乐商务功能，目前传统计算机的应用功能基本全部实现智能手机上。Android作为一种流行系统平台，令人津津乐道的特性数不胜数，其中最为耀眼的是Android平台的各种传感器。

 

二、基于Android移动设备的传感器技术概述

（一）Android平台简介

Android的中文翻译是安卓，本来的意思是机器人，是Google公司基于Linux自由及开放代码的操作系统，这种操作系统较好的整合应用软件、用户界面、操作系统和中间件，打造了一个移动终端开放完整的移动软件，在2007年11月5日正式开发成功面试。Android（安卓）最初是由Andy Rubin开发的一种操作系统，主要支持的移动设备是手机。2005年8月，Google收购安卓并未安卓注资，2007在Google的领导下改良Android系统，使Android成为一种基于Linux自由及开放代码的操作系统，除了支持智能手机还支持平板电脑等移动设备。Android是完全开放的操作系统，它的迅速发展使其发展趋势趋向多元化，Google公司强大的互联网功能和服务优势，Android的移动技术应用的前景非常美好。

 

（二）基于Android平台传感器概述

传感器是被测量信号输入的第一道关口，是传感器系统中的元件组成部分，它包括载体和电路连接的敏感元件和转换元件，但是传感器系统却是组合某种信息处理能力元件的传感器。传感器是一种检测装置，是实现移动设备自动控制、自动检测的前提装置。Android平台应用的传感器技术有姿态传感器技术、光电传感器技术、磁场传感器技术和加速度传感器技术等诸多耀眼的传感器技术，传感器系统功能非常强大，为用户提供了巨大的便利。

 

三、基于Android移动设备的传感器技术应用

（一）基于Android移动设备的加速度传感器技术应用

Android平台的加速度传感器是Android基于硬件的传感器，它能够有效的跟踪手机、电脑等移动设备的运动状况，在移动设备上应用普及，Android平台的移动设备极少有不装加速度传感器的，这种加速度传感器目前已经成为移动应用不可分割的一部分，比如：三星、摩托罗拉、游戏平台等诸多设备都采用这种加速度传感器。虽说利用加速度传感器特性已经成为Android平台开发移动应用的主流趋势，但是加度度传感器在开发应用过程中存在诸多问题。比如：重复劳动量大、设计方案通用性差和代码复用率低等。针对加速度传感器存在的这些问题，结合加速度传感器的工作原理提出了相应的解决这些问题的通用设计方案，这个方案设计的目的是增强软件的复用性、缩短应用的开发周期、提高开发加速度传感器的效率。

 

1.Android加速度传感器的工作原理

检测物体运动加速度的变化，可以轻而易举知道物体的运动状态，Android加速度传感器具有检测移动设备在三维空间加速度的功能，可以通过知道移动设备的运动状态获取移动设备加速度传感器的参数，以此控制三维空间中移动设备运动的方式。

 

2.Android平台加速度传感器的通用设计方案

影响加速度的因素有两个，一个是加速度的大小一个是加速度的方向，这两个因素都是由移动设备的运动状态决定的。在设计Android平台加速度传感器的通用设计方案时，只需考虑移动设备移动的加速度大小和移动方向便可。Android平台加速度传感器的三维空间坐标系和移动设备平面绘图坐标系的不同之处在于当手机等移动设备屏幕方向进行横竖屏切换时，绘图坐标系的方向随着移动设备的屏幕方向旋转，但是加速度传感器坐标系的坐标轴方向却保持不变。在加速度传感器实际应用中，为了把加速度传感器接收的加速度变化反映在移动设备的运动状态上，必须切换加速度传感器的坐标系方向使之与绘图坐标系方向保持一致，这样移动设备的屏幕会出现两种状态的显示情况，坐标系处理方式存在差异，导致设计方案不能通用。在设计加速度传感器的坐标系的方案时，可以将移动设备的屏幕方向固定横或者竖屏，通过避免应用程序运行过程中移动设备屏幕方向的切换，简化两种坐标系方向转换过程中的处理逻辑。这种简化只需考虑一种坐标系变换处理的方式，解决了重复劳动量化大等问题，提高开发效率，但是需注意的是移动设备屏幕方向不同，坐标系变换处理的方式也不同。

 

（二）基于Android移动设备的光电传感器技术应用

1.光电传感器的工作原理

基于Android移动设备的光电传感器的工作原理的基础是光电效应，是被测量的移动设备的变化转换成光信号的变化，转换成的光电信号通过光电传感器的光电转换元件把它们变换成电信号。

 

2.光电传感器的的应用

光电传感器是应用光电元件作为检测移动设备变化元件的传感器，它包括光源、光电元件和光学通路三大部分，具有检测反应快、可测量参数多、结构简单、形式灵活多样、非接触和精度高等诸多优点。经常用在移动设备检测、烟尘浊度检测、带型材料加工中的偏离正确位置大小和方向的检测和包装充填物高度检测等领域。

 

四、结束语

文章先阐述了基于Android平台的简介、基于Android移动设备传感器技术简介，介绍了基于Android移动设备所具有的各种功能强大的传感器，然后详细论述了基于Android移动设备的加速度传感器和光电传感器。

 

参考文献

[1]贾雯杰，柴炜，张聪.光电式传感器在自动控制窗上的应用[J].科技传播，2011（8）：109-110.

[2]赵勇.光纤光栅及其传感技术[M].北京：国防工业出版社，2007.

[3]陈津.传感器技术应用综述及发展趋势探讨[J].科技创新导报，2008.

基金项目：三亚市院地科技合作项目（2012YD39）；琼州学院青年教师科研基金（QYQN201233）

作者简介：杨伟（1976—），男，海南琼海人，海南琼州学院电子信息工程学院实验师，研究方向：电子信息，通信技术。

 

（二）基于Android移动设备的光电传感器技术应用

1.光电传感器的工作原理

基于Android移动设备的光电传感器的工作原理的基础是光电效应，是被测量的移动设备的变化转换成光信号的变化，转换成的光电信号通过光电传感器的光电转换元件把它们变换成电信号。

 

2.光电传感器的的应用

光电传感器是应用光电元件作为检测移动设备变化元件的传感器，它包括光源、光电元件和光学通路三大部分，具有检测反应快、可测量参数多、结构简单、形式灵活多样、非接触和精度高等诸多优点。经常用在移动设备检测、烟尘浊度检测、带型材料加工中的偏离正确位置大小和方向的检测和包装充填物高度检测等领域。

 

四、结束语

文章先阐述了基于Android平台的简介、基于Android移动设备传感器技术简介，介绍了基于Android移动设备所具有的各种功能强大的传感器，然后详细论述了基于Android移动设备的加速度传感器和光电传感器。

 

参考文献

[1]贾雯杰，柴炜，张聪.光电式传感器在自动控制窗上的应用[J].科技传播，2011（8）：109-110.

[2]赵勇.光纤光栅及其传感技术[M].北京：国防工业出版社，2007.

[3]陈津.传感器技术应用综述及发展趋势探讨[J].科技创新导报，2008.

光电感知技术篇7

关键词 交互式电子白板 专利分析 技术综述

中图分类号：TP391.6 文献标识码：A

0引言

随着信息技术、计算机技术在教育领域的发展，以及多媒体信息技术的快速发展及其在教育领域日趋广泛的应用，教学模式、教学手段等也在发生着改变，教学设备从黑板到交互式电子白板大致经历了三个阶段的发展。

第一阶段：黑板到白板；第二阶段：白板到电子白板；第三阶段：从电子白板到交互式电子白板。现在，基于交互式电子白板强大的互动性，它不仅在教育领域中成为一种受到教师和学生欢迎的教学工具，而且在各种商务活动、会议讨论、远程培训中发挥着举足轻重的作用。

1交互式电子白板技术专利分析数据

本文综合运用专利分析与产业研究的方法，从专利统计定量分析的角度出发，以专利申请数量为切入点，选取专利发展趋势以及重点技术分支进行了深入分析与研究。中文数据库选择CNABS，外文数据库选择VEN，根据本文分析主题的特点，笔者采用以分类号为主，关键词为辅的检索方式，检索时间截止到2015年2月25日，在VEN数据库中检索到2000多项基于交互式电子白板的专利申请，在CNABS中共检索到1299件基于交互式电子白板的专利申请。

2主要技术分支的专利申请分析

交互式电子白板自发展以来，主要经历了以下四个阶段（如图1所示）：压感电子白板、电磁电子白板、红外电子白板、CCD光扫描电子白板。

上述四种交互式电子白板技术的工作原理及特点如下：

2.1压感电子白板

压感电子白板主要采用电阻式电子白板，采用的为电阻膜技术，包括水平线电阻膜、导电膜、垂直电阻膜、绝缘网格等，组合膜和使用区域的范围大小相同。

电阻式电子白板的工作原理：在电阻膜上加一个固定的电压，在没有外力作用的情况下，导电膜就不会接触到电阻膜，则此时不会检测到电压，也不会有任何定位信息传递给计算机。当有硬物按压在导电膜上时，导电膜就会与电阻膜接触，电流就会通过导电膜，然后被测试电路读取。电阻式电子白板的优势：定位相对准确，不需要专用笔，可进行触摸操作；劣势：版面怕划伤，反应速度较慢，无法实现超大面积。

2.2电磁电子白板

电磁感应式电子白板的基木原理：在白板屏幕垂直和水平两个方向上排列着接收线圈膜，线圈膜的大小与显示区域的大小相同，同时配备一支可以发射电磁波的电磁笔。电磁笔间歇地发射电磁波，每当电磁笔靠近接收线圈膜时，线圈就会感应到电磁波。根据电磁感应定律可知，离电磁笔近的线圈感应到的电动势就会高，根据线圈垂直方向和水平方向感应到的电动势的大小，然后通过一定的计算，就可以获得电磁笔所在的X、Y轴坐标的位置。

2.3红外电子白板

红外线感应电子白板主要是利用红外定位技术实现的，红外定位是利用近红外线衍射能力弱使物体很容易挡住红外线的特点来实现对触摸物定位。红外线感应电子白板具有结构简单，不受电流、电压和静电干扰，可以在某些恶劣的环境下工作，以及具有高稳定性和高分辨率等诸多优点，红外线触摸屏的优势是无需专用笔、可用手指、教鞭等进行书写或触摸操作，不怕划伤，即便板中有任何划伤也不影响操作使用，使用寿命较长，反应速度较快，透明度好，可用于液晶电视。

2.4光学电子白板

CCD光扫描式电子白板的基本原理：在电子白板屏幕显示区域的一侧设置两个距离固定的CCD线阵探测器和红外发射器，它们对准电子白板屏的显示区域。在屏幕显示区域的其他三边安装上反射膜，反射膜可以反射光线。当没有物体阻挡时，CCD线阵探测器检测到的图像是一条完整的光带。当有物体挡住屏幕显示区域光线传播的路径时，会发现CCD线阵探测器检测到的光带中出现了无反光的区域，分布在电子白板屏两脚的CCD线阵各自检测到的遮挡区域反应在CCD线阵的对应区域，这样根据对应的区域就可以计算出物体在显示区域的位置坐标。

图2所示为四个主要技术分支的全球专利申请量随年代变化的趋势图。从图中可以得知，红外电子白板技术占据第一，其次是电磁及CCD光扫描技术，压感式电子白板在前期出现，经过短暂的发展后，到后期申请数量基本为零，这同目前市场呈现出的产品相符合。图中也进一步反映出从2006年开始，交互式电子白板呈现突飞猛进的增长，这同市场技术发展及人们对便捷、高效地沟通方式密切相关。目前，市面上占据电子白板技术主要的为电磁电子白板和红外电子白板，CCD光扫描电子白板真正发展起来的时间较晚，是近几年的新技术，以其自身的优势受到了越来越多的关注，但由于红外和电磁电子白板技术非常成熟，产品性能稳定，一段时间内仍将是市场主流，但随着CCD光扫描技术的逐渐发展和成熟，之后的发展CCD光扫描电子白板将会成为主流，逐步取代红外及电磁电子白板。

光电感知技术篇8

目前多媒体通信技术是结合计算机技术、软件技术、微电子技术与通信技术的新型边缘技术。广播电视无线发射技术是政府部门为城乡群众提供电视服务的技术手段，特别是在实现村村通工程发挥了重要作用。广播电视无线发射技术成本很低、便于接收，与广播电视有线技术相比，不会受到城镇用户饱和、农村地形复杂等因素的影响，具备更广的覆盖面积。在应用广播电视无线发射技术的过程中，以高频电磁波的点到面的方式进行覆盖，操作更加安全和稳定。这样能够让电视节目播放画面更加清晰流畅。此外，在广播电视信息传输中，广播电视无线发射技术能够及时发现并解决存在的故障，为用户提供优质的服务。

二、广播电视无线发射技术创新建议

2.1提升高空光缆的架设高度

广播电视信号的传输必须依靠高空光缆，高空光缆作为广播电视信号传输的基础，是保障信号发射的先决条件，通过提升高空光缆的架设高度，能够进一步提升信号发射的安全性与稳定性，从而有效增加信号的覆盖范围，提高播出质量，因此必须进一步提升高空光缆的架设高度，加快高空光缆的发展进程。

2.2完善无线发射系统

处在当前数字化的时代，只有掌握先进的信息化技术才能够在激烈的市场竞争中获取一席之地，广播电视行业自然也不例外，这就需要不断完善广播电视的无线发射系统，通过完善设施控制、细致的设施检查与科学合理的日常管理，并将这三者进行完善与融合，才能利用无线发射系统实施智能化的管理，最终实现全智能化的无线管理目标，从而推动广播电视朝着信息化、数字化的方向发展。

2.3开发感知无线电技术

在广播电视无线发射技术中，需要提高对频谱资源的利用率。但在很多紧急而特殊的状况下，通常难以查找到可用的无线电频谱，这就为数据传输造成了严重影响，因此需要加强对一种新生的感知无线电技术的应用[1]。在感知无线电技术的支持下，快速查找并与闲置的无线电频谱相连接，让无线电频谱资源匮乏的问题得到了改善，妥善解决了在突发状况中无法连接有效频率的问题。该感知无线技术以其灵活性和操作智能化特点，有力推动了广播电视无线发射技术的发展，并且感知无线电技术是一种灵活而便捷的新型技术，在其应用过程中能够为广大用户提供更全面优质的服务。

2.4做好防雷措施

①避雷针、避雷带网等传统避雷设备的使用。在安装避雷针等设备的过程中，需要控制好避雷针和天线间的位置距离，通常通信天线主要安装在避雷针外线的1.5个波长外，是避雷针在和天线所处的位置中居于主体地位。②做好无线覆盖防雷的接地工作，建立接地网。必须严格按照国家标准建立接地网，即要做到小于10Ω的避雷针接地电阻，不大于4Ω的设备地网电阻，小于1Ω的通信机房地阻，以上都是做好防雷接地工作的基本要求。③做好发射信号线的防护工作[2]。将避雷针安装在信号线，这样能够屏蔽所有的信号线，不与外界接触，此外，还可以在不导电的金属管内藏匿信号线。

2.5加强维护与应急管理

对于无线发射系统及设备来说，必须定期进行检查和维修工作，同时建立完善的维护制度，保证设备日常维修和维护工作得到落实，并认真做好记录。此外，要从无线发射系统的特点和实际情况出发，根据播出环境中的常见故障、自然灾害情况、非法干扰事件以及供配电出现故障等情况，制定出切实可行的应急预案。

三、结语

光电感知技术篇9

2009年12月2日下午，当岳光溪从电话中得知自己当选为中国工程院院士时，他正躺在医院的病床上输液。

这是他住院的第一天，上午刚刚做完一系列检查。早在1年前，岳光溪就发现身体不适，但由于工作繁忙迟迟没能去医院检查，直到2009年12月1日他才抽空来到医院，没想到，初步检查之后医生要求他“立即住院”。

“这么多年一直忙工作，很少休息，看来这身体是不行了，该‘修理’一下了。”岳光溪平静的语气中带着一丝无奈。

我就不信我们种不出树来

“这句话我记了一辈子，也让我跟外国人赌了20年。”岳光溪所说的“这句话”，是芬兰奥斯龙公司在回绝中国的技术购买要求时说的一句“我们只卖苹果不卖树”。那是在上世纪90年代初期，始于上个世纪80年代的循环流化床技术已经很快转化成产品，中国虽然也早就开始了循环流化床技术的研究，但由于投入等多方面的原因，发展得不如国外快。芬兰奥斯龙公司的循环流化床技术比较先进，曾向中国出售了几台循环流化床锅炉，中国一直想引进他们的技术，却被声称只卖锅炉不卖技术的奥斯龙公司一口回绝。

听到这句话，岳光溪非常生气：“我就不信我们种不出树来!”于是，他埋头钻进循环流化床技术的研究中，在这个方向上一千就是20多年。

循环流化床技术是洁净煤技术的一种，它把化工里的流态化技术转移到燃烧领域使用，这一技术的煤种适应性特别宽，各种劣质煤都能烧。更重要的是，这一技术在燃烧过程中的氮氧化物排放量非常低，并且可以通过在燃烧室中直接放人石灰石的方式脱去燃烧过程中产生的二氧化硫，比起在锅炉后面加一个脱硫塔的湿法脱硫技术，还起到了节水的作用。在岳光溪看来，这项技术对中国有着特别重要的意义，因为中国是燃煤大国，流化床技术不仅低成本地解决了燃烧过程中氮氧化物和硫的排放问题，同时可以解决采煤、洗煤过程中排放的固体废物――煤矸石堆积的问题。这样看来，外国公司对这项技术进行严密的封锁，就是为了长期攫取高额的利润，而实际上，外国的技术在中国的实际应用效果并不好。所以，岳光溪等研究人员的任务就是掌握循环流化床技术的燃烧理论，发展适合中国煤种条件的循环流化床锅炉产品。

事实证明了岳光溪的看法。上个世纪90年代初，某大型国企曾从国外一家公司引进了两台循环流化床锅炉，因为燃料更换需要对锅炉进行改装，国外的公司却说无法改装，只能更换锅炉。这时，岳光溪在没有先例的情况下，运用自己提出的“定态设计”概念提出了极为简单的改造方案，否定了国外公司更换锅炉的建议。国外公司得知这一情况，立即改口说可以对锅炉进行改装，最终拿出的改造方案和岳光溪的方案是一致的，这―下就为国家挽回经济损失4000万美元。

“对循环流化床燃烧理论的掌握真是一个漫长的过程!”岳光溪说。从十几年前的基本理念开始，随着一个又一个问题的提出，岳光溪终于在2005年完成了全新的循环流化床燃烧理论体系骨架的搭建。在这个过程中，他逐渐认识到，国外的循环流化床燃烧设计理论基本是经验性的，实际上从基础理论到设计方法，他们并没有完全掌握。而岳光溪的这套理论体系研究清楚了循环流化床锅炉设计背后的道理，揭示了国外技术的缺陷和不适应中国条件的根本原因，使循环流化床锅炉设计从纯经验方式转向了理论指导方式。

“我们中国人应当更多地卖技术产品。”抱着这样的理想，岳光溪把他主持完成的循环流化床锅炉设计技术出口到了日本，实现了中国循环流化床设计技术的第一次出口。近年来，法国、瑞士、英国、美国等国越来越多的公司找到岳光溪，希望与他的团队进行合作。岳光溪信心十足地说：“我们中国人的研究也可以走在世界前列。”

创新来自漫长的积淀

从“七五”到“十一五”，岳光溪始终没有离开过国家循环流化床燃烧攻关的第一线。

“‘七五’的时候我还在跟着老师学，‘八五’开始跟着做，‘九五’成为项目负责人，现在正在负责‘十一五’世界最大容量60万千瓦超临界循环流化床锅炉示范项目。”岳光溪感慨道，“从开始的幼稚无知，到现在我们形成了世界上最先进的这套理论体系。”

然而，提到最初开始从事流化床研究的原因，岳光溪却说：“我的经历非常不好。”

岳光溪1964年考入清华大学动力农机系，在校期间赶上了“”，年轻气盛的学生们在一起，谈论中自然会发表对“”不满的观点。就在他本该毕业的1970年，岳光溪被错打成“反革命学生”。在清华实验电厂做了3年烧煤工之后，他被下放到山西岚县，先在一所中学工作了不到一年，又被误以为是学电机的，调到岚县电机厂工作。在电机厂做技术员的那段时间里，岳光溪不仅自学了电机学的知识，更利用所学的知识和技术，使得这个偏僻山沟里的电机厂扭亏为盈，成为岚县效益最好的地方国企。

直到1978年得以政治“”后，岳光溪才又考回清华读热力学与传热学进修班，毕业后留在热能系热工学教研组。热工学教研组的方向是专业基础课，岳光溪觉得自己“学历不高”，但在企业工作了多年，所以希望能够更多地从事工业应用研究，于是开始与热能系锅炉教研组接触。当时正在锅炉教研组从事流化床研究的张绪教授交给他一个课题，就这样，岳光溪逐渐在锅炉教研组承担任务，直到1985年正式调入锅炉教研组，跟随张绪从事循环流化床研究。1993年，岳光溪成为课题组的负责人，现在课题组已经有7位教师、20多个研究生。

岳光溪非常清楚，在这样一个传统的研究领域，想创新就必须站在前人的肩膀上，要对前人的东西有非常深入和直接的认识，“创新需要一个漫长的掌握别人的东西的过程”。岳光溪始终强调面向应用的科研要抓住市场的需求，找到能够长期做下去的研究领域，这样才能获得持久的支持，使研究者能够形成完整的认识过程，继而去创新。

岳光溪深有感触地说：“我在循环流化床领域干了20多年，直到现在我才敢说，我搞懂了，我能做得比别人更好、和别人不一样了。人一生就只有这么一点时间，到身体成这个样子，才刚刚完成这个过程，后面还有很多事情要干，所以这个过程是非常不容易的，一定要克服浮躁心态，踏踏实实做事，才能一步步走过来。”

产业一线有伙伴，有真知

20多年来，岳光溪在循环流化床研究领域取得了丰硕的成果，但最让他感到得意的却是近几年在煤气化技术领域取得的一项成

果――分级给氧煤气化技术，这项技术是把燃烧领域分级送风的概念拓展到水煤浆纯氧气化技术中形成的。让岳光溪倍感高兴的是，这项技术的实验室研究与工程开发是同步进行的，从产生最初的想法开始，5年之内就推出工业装置，现在已经开始产业化推广。岳光溪认为，它之所以能迅速从研究走向工程示范，关键就在于充分利用了20多年来积累下来的产学研结合的经验。

岳光溪说，在高校做科研，尤其是工科，必须走一条产学研结合的道路。研究者不到第一线去，不亲自操作，永远得不到真知。岳光溪经常出差，和全国的许多电厂锅炉厂建立了密切联系。在和这些企业的接触中，无论是讲课还是技术转让，岳光溪从来不讲条件，经常是无偿劳动。“你诚心诚意地帮助他们，他们会非常欢迎你，你有任何困难也都可以找他们。”每当有新的技术想法，岳光溪都会告诉这些企业，让他们去实践，出现问题反馈回来，再进行设计改造。岳光溪总说，给企业的人讲课，自己从企业人员那里得到的信息和认知实际上更多。所以，岳光溪走到哪儿都会留下手机号，经常有一些认识或不认识的人给他打电话，询问技术问题。“我都是随时接电话，知道如何解决的我就电话里告诉他，不知道的我就马上派人过去调查。”

因此，除了课题组这个科研团队，在岳光溪的身后，还有一个由全国许多大小企业组成的产学研队伍。正是在这支产学研团队的支持下，岳光溪的很多想法在经过实验室试验之后，才能迅速地走向工程开发。“因为我们懂得工程师的语言，懂得企业的难处，所以企业信任我们，愿意和我们共同承担工程开发的风险。”岳光溪说，“这是多年积累下来的经验，可不是一天两天就能实现的。”多年的科研经历也让岳光溪深深体会到，作为高校的研究人员，必须了解工程实际，否则就不会有工程感觉，同时还要把问题带回学校进一步研究，运用自己的知识从更深的层次去看问题，掌握问题背后的实质，“这样做出来的东西比单纯从实验室里出来强多了”。

岳光溪关于节能型循环流化床的设想就是在产学研结合的过程中形成新的专利的。一直以来，循环流化床技术存在容易磨损和厂用电高导致发电效率偏低的缺陷，岳光溪认为，填充物料太多是导致这两个缺陷的根本原因。这一设想突破了循环流化床技术的传统认识，必须进行测试来证实。事实上，有这种想法的不止岳光溪一人，有国外研究者曾申请这一项目，却由于没能获得资金支持而放弃。

光电感知技术篇10

关键词 光学工程专业硕士；教学体系；实验室建设

中图分类号：G482 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2013）03-0140-03

Establishment of Experimental Teaching System and Laboratory Construction for Optical Engineering Professional Master Degree//Zhao Songqing， Jiao Zhiyong

Abstract In this paper， based on the practice of experimental teaching system and the laboratory construction for optical engineering professional master degree， we put forward a new experimental teaching system for the cultivation of high quality of excellent creative talents who will work for related enterprises and research institutions of photoelectric and marine resource. We also raise the teaching system which is of the characteristic of theoretical teaching tightly combined with experiment and core of the ability training for the optical engineering professional master degree. We tried to set up some of the preliminary related experiments.

Key words optical engineering professional master； teaching system； laboratory construction

目前，信息产业的发展已从传统的无线电波向光频波段扩展，现代光学工程技术已扩展和渗透到国民经济和人民生活的每一个领域，可以预计，本世纪是光和电并存发展的时代。近年来，我国多所重点大学和部分普通高校相继设立光学工程专业学位硕士点。根据该专业的特点，一般将其设置在物理学院（物理系、理学院）或电子信息学院（光电信息系、电子工程学院）。中国石油大学光学工程专业是经教育部批准，于2010年在理学院中新设置的一个硕士点专业。该专业旨在培养光学技术在石油领域应用的创新型人才，应用面广、实践性强。鉴于本专业大多数学生来自非石油院校，对光学技术在石油领域的应用不了解不熟悉，同时缺乏相关的石油的勘探开发炼制和储运的背景知识，因此，建立石油领域相关的光与油气实验课的教学体系尤为重要。专业实验课在专业人才培养中，特别在提高学生的工程实践能力以及科技创新能力上起着至关重要的作用[1-3]。本文将研究中国石油大学光学工程专业硕士学位实验教学体系构建的思路及内容，实验室的具体建设情况以及今后要做的工作。

1 光学工程专业硕士实验教学体系的构建

本专业建设初期，走访天津大学、南开大学、北京交通大学、北京邮电大学、山东大学等兄弟院校，考察他们的专业培养方向、实验教学体系、实践教学环节等。由于各校的学科优势与师资情况各不相同，各校的服务对象以及地理位置、招生情况也不尽相同，使得各高校在该专业的人才培养模式和专业方向上各有特色。在借鉴兄弟院校建设该专业经验的基础上，结合学校特色，经多次讨论研究，制订中国石油大学光学工程专业硕士的培养方案，在此基础上，初步建立光学工程专业学位研究生教学体系。

1.1 光学工程专业硕士培养方向的确定

中国石油大学为教育部直属的石油特色鲜明的全国重点大学，因此，人才培养目标是：1）为光电类高新技术企业、科研机构培养优秀人才；2）为海洋资源部门包括中海油等石油石化企业培养优秀人才。

基于以上目标，在光学工程专业硕士下设置两个选修方向，其一是“光检测技术”，课程设置以光电信息与检测技术及应用等为主，其就业面向光电高新技术企业、显示设备制造企业，兼顾石油系统的测井行业；其二是“海洋光学仪器与应用”，课程设置以海洋光学与海洋光学仪器、遥感技术与应用、激光测量技术、军用光电系统等为主，其就业面向海洋资源探测机构，以及海洋石油勘探与开发企业和国防部门。

1.2 光学工程专业硕士实验教学体系

根据本专业的知识结构特性，并根据学校本专业课程设置情况，该专业可分为激光原理与技术、光信息技术、光电子技术、光通信技术、光电检测技术、光显示与存储技术、T赫兹光谱技术、海洋光学技术等8个方面的内容，见图1。专业实验的教学体系的设立与设计围绕这8个方面进行，形成8个模块的实验内容，做到与理论教学的有机结合，既服务于理论教学，又是对理论教学的补充和提高。

为便于管理和教学，提高学生综合运用知识处理实际问题的能力，在实验课程的设计中，拟将以上8个模块的内容融合为4门实验课程：光信息技术实验（包括信息光学技术、光通讯技术）、光电技术实验（包括激光原理与技术、光电子技术）、光电检测与显示技术实验（包括光电检测技术、光显示与存储技术）、海洋光学仪器实验（包括激光光谱技术、海洋光学技术）。其中前2门实验课程是光信息科学与技术专业的必修实验，后2门实验课程为两个专业选修方向的选修实验。后2门实验课程学生在选做时完成每部分必选实验后，可以交叉选做另一专业方向的实验，以充分利用现有资源，培养复合型人才。

建立专业实验教学体系与设计实验课程还必须兼顾专业实验教学环节的特点、功能和培养目标。本专业实验是建立在大学物理实验、电子技术实验的基础上的，主要从专业知识与实验技能两个方面训练学生的综合素质和能力，为毕业论好准备工作，从而为继续深造和就业打下良好的基础。围绕4门实验课程，建立8个实验模块，按照人才培养规律，设置3个层次的实验教学体系：层次一，专业基础实验；层次二，设计型/综合型实验；层次三，研究型/创新型实验。内容安排由浅入深，由基础到创新，由单一知识点到系统的综合的实验研究训练，构成一个完整、科学、独特的光信息科学与技术实验教学体系，见图2。

2 光学工程专业硕士实验室的建设

2008年，学校投资600余万元用于建设材料物理与化学学科，购买太赫兹光谱检测设备、光纤传感设备、光谱与光电子检测设备，这些设备在立足科研的同时又可用于光学工程专业学位研究生的实验教学。同时基于学校的大学物理实验室、创新实验室、超声实验室、演示实验室，初步建立光学工程专业学位研究生实验教学实验室的规划建设，并实现本专业部分实验项目开设。下面是拟开设实验和需要购买的设备。

2.1 光信息技术实验

通过本系列的实验，使学生对信息采集、处理、传输、存储等方面的光学方法有深入的理解。具体实验项目有：1）全息照相，全息光栅制作；2）阿贝成像与空间滤波、θ调制；3）菲涅耳全息照相、相面全息、彩虹全息；4）全息高密度信息存储、特征识别；5）傅里叶变换光谱实验；6）偏振光学实验；7）光纤偏振控制实验；8）基本光纤光学实验；9）Mach-Zehnder光纤干涉实验；10）波分复用（WDM）原理性实验；11）掺铒光纤放大器原理性实验；12）光纤各种参数测试实验。其中有7项属于第一层次的实验，5项属于第二层次的实验。

2.2 光电技术实验

通过本部分实验的开设使学生加深对光电子学知识及其应用的掌握。具体实验项目有：1）光源基础实验LD/LED特性研究；2）光电探测原理实验；3）CCD原理及应用实验；4）光电报警系统设计实验；5）光电定向实验；6）光电倍增管特性参数测量；7）磁光调制实验；8）电光调制实验；9）声光调制实验；10）太阳能电池原理性实验；11）激光器系列实验。其中第一层次实验7个，第二层次实验3个。

2.3 光电检测技术实验

本部分为专业选修实验，具体的实验项目有：1）光纤位移传感器实验；2）光纤温度传感器实验；3）光纤压力传感器实验；4）光谱分析实验；5）液晶电光效应与显示原理；5）CCD系列实验。其中第二层次实验2项，第三层次实验4项。

3 下一步建设的设想

下一步建设的目标是按照提出的实验教学体系补充完善所缺实验设备，丰富各个层次的实验内容，出版光信息科学与技术专业实验课教材，希望学校加大投资力度尽快完善实验室硬件和软件。

1）在实验室硬件方面的建设中，继续完善、补充实验设备，完善激光原理与技术实验模块，完善光电检测技术实验模块，完善光显示与存储技术实验模块，完善激光光谱学实验模块以及海洋光学技术实验模块。并筹建光信息技术软件模块，建设光学计算机辅助设计实验室，完成对光学设计与CAD课程的支撑。

2）通过教学实践，建立完善的实验教学体系和实验教学模式。按照校级实验室的要求，建设光学工程专业学位实验室，合理安排不同层次实验项目的比例，优化验证型实验对原理的体现，加大设计型实验思考的力度，强化综合型实验对学生动手能力的培养，增强创新型实验对学生的针对性，做到因材施教。

3）建设网络实验教学资源和实验室信息化平台，包括实验室总体介绍、课程体系及大纲、每个实验的实施计划、试题库、相关多媒体课件、典型教案、网上选课系统等。实验教学及仪器设备的管理实现计算机网络管理，实现信息化、网络化，有效地提高工作效率。

4 结束语

根据培养方案确定了光学工程专业学位实验教学体系，即开设4门实验课程，包含8个实验模块，分为3个层次的实验教学体系。利用学校已有的科研实验室实验设备，初步建设了光学工程技术专业学位研究生教学实验室，整个实验室具有基础性的验证性实验项目、设计性实验项目，同时具有综合性实验项目，还有创新性的实验项目，能够部分满足学生的需求，极大地调动学生的积极性，为锻炼和培养学生的实验技能、分析问题和解决问题的能力提供很好的实践基地，为学生继续深造和参加工作打好基础。

参考文献

[1]李叶芳，于清旭，王晓旭，等.光信息科学与技术专业实验室的建设[J].实验技术与管理，2005，22（8）：110-112.