光电检测技术论文篇1

作者简介：闫俊红（1978-），女，内蒙古包头人，内蒙古科技大学信息工程学院，讲师；李文涛（1963-），女，内蒙古包头人，内蒙古科技大学信息工程学院，教授。（内蒙古 包头 014010）

基金项目：本文系内蒙古科技大学教改项目（项目编号：JY2011021）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）04-0056-02

一、“光电检测技术”课程教学现状

光电检测技术在科学技术的发展史上占有重要的地位，“光电检测技术”的教学和研究也越来越得到国内外高等院校和科研机构的重视。目前国内开设“光电检测技术”课程的高等院校达50多所，专业覆盖了测控技术与仪器、光电信息工程、光信息科学与技术、电子信息工程、通信工程、应用物理、探测制导与控制、生物医学工程等。[1-3]

内蒙古科技大学（以下简称“我校”）测控技术与仪器专业充分结合教育教学背景及教学资源，以培养宽口径、综合实践型人才为目标，以光机电算一体化为主体，以光电为特色，开设了“光电检测技术”课程，对于培养具有创新能力的综合实践型人才具有良好的促进作用。该课程衔接了“工程光学基础”、“单片机原理及应用”、“智能仪器”等，不仅能够使学生了解光电领域新技术的发展和应用，更有利于培养学生的综合实践能力和创新能力，拓宽测控技术与仪器专业的就业口径。“光电检测技术”课程具有内容多、应用性强、发展快等特点。如何通过课程教学与实践，使学生熟练掌握各种光电检测系统的设计，提高学生的综合实践能力，各高校测控技术与仪器专业都做了很多探索。[4，5]本文根据自身的教学实践和对我校测控技术与仪器专业的教学开展情况，结合我校的培养目标对“光电检测技术”课程的理论教学与实践教学做出了改革探索，提高课程的教学质量。

二、“光电检测技术”课程改革思路

“光电检测技术”课程是我校测控技术与仪器专业一门重要的专业基础课。该课程内容丰富、实践性较强，着重培养学生计算机应用、测量与自动控制、智能仪器设计等领域的综合实践能力。根据培养目标和专业设置的变化，我校“光电检测技术”课程经历了几次改革。第一，为适应光电检测技术的蓬勃发展和学生就业的需要，开设了本课程，共50学时，包含了光电子和光电检测两部分，课程的内容主要是光电传感、检测原理及光电检测系统等几部分。第二，由于测控技术与仪器专业培养目标及培养方案的调整，为满足我校学生的就业需求，将该课程的教学内容及教学学时数进行了改革，内容上着重光电检测及光电检测系统的设计，学时更改为32学时。第三，为突出本校的办学特色及教育教学优势，在教学过程中不仅注重基础理论的讲授，更注重对学生综合实践能力的培养，对“光电检测技术”课程教学环节及实践环节进行改革，以培养工程实践型人才为目标，充分培养学生创新思维和综合实践能力，满足社会对高层次检测技术人才的需要。

三、“光电检测技术”课程教学改革实践

1.教学内容改革

由于开设“光电检测技术”课程专业的多样性，应根据各个专业的培养要求合理选择教学内容。结合我校测控技术与仪器专业的培养目标，对“光电检测技术”课程的教学内容进行了改革，目的在于使学生通过课程的学习，既了解光电检测技术的发展前景、光电器件的工作原理及光电检测的基本方法，又能对光电检测系统的设计有整体的把握，达到课程的教学目的。具体改革方案如下：

（1）注重基础，突出重点难点，合理安排教学内容。目前“光电检测技术”教材内容各有优缺点，有些教材较注重基础理论、基本原理，而对光电检测系统设计的内容介绍较少；有些教材兼顾理论教学与实践教学，但对于光电检测领域新技术、新发展的介绍较少，使教材内容落后于光电产业的发展；有些英文教材在光电检测技术新发展方面的编写较为突出，但对光电检测技术及光电检测系统的整体性上把握较差，且与教学大纲不符。因此必须结合本专业需求，合理选择“光电检测技术”课程教材内容，做到基础知识重点讲授，难点重点精讲细讲。例如光电检测器件是光电检测技术的重要内容，在教学中着重讲解光电器件的工作原理、结构、性能参数及应用范例，而对于光电检测器件的偏置电路、前置放大电路、匹配滤波等前期课程中已经涉及的内容进行略讲。光电探测器分为光电效应型和热电效应型，由于热电器件在“热工测量仪表”课程中为重要学习内容，在本课程的教学中将热电器件一章改为自学。而涉及计算机接口等内容由于在“单片机原理及应用”中详细讲解，在本门课程中将其删去。

（2）结合测控技术与仪器专业的培养目标及专业设置，补充反映专业特色的内容。结合我校冶金背景、测控技术与仪器专业的培养目标及学生的就业需求，加强本课程与其他专业课程的衔接，对光电检测的新理论、新技术、新应用和新成果进行了补充。例如在光电检测方法的讲解过程中以智能机器人定位技术为例介绍光电器件的应用，激发学生自主学习的动力。在讲解光电位置传感器时，以光电位置传感器用于智能汽车防追尾系统为具体案例，启发学生认真思考，激发学生的学习兴趣。在讲解激光器、光电耦合器件CCD的过程中，结合器件的应用背景，把器件最新的制作工艺、应用前景介绍给学生，并将光电耦合器件CCD的成像原理与手机采用CMOS的成像原理进行对比，激发学生的学习兴趣。根据学生的就业需求，在课程的教授过程中补充与冶金企业生产过程密切相关的光电检测系统。例如基于CCD的锅炉燃烧控制系统，以光电耦合器件CCD获取锅炉内部燃烧图像，用图像信息确定炉膛内部的温度分布，确定锅炉内部燃烧机理，及时有效控制锅炉燃烧效率，达到锅炉温度控制目标。结合科研课题“基于CCD的比色测温研究”，将CCD的应用领域进行拓展，使学生系统全面地掌握光电系统的设计，培养学生的工程实践能力。

（3）立足培养综合实践型人才，加强光电检测实践教学环节。实践教学有利于培养学生的综合实践能力和创新精神，该教学环节学时有限，如何在有限的学时内完成预期的目标，必须对基础验证型实验、综合型实验及创新型实验的比例作出调整。光电检测实践教学以我校光电检测实验室为基础，秋实科技创新实验室为媒介，构建实用型光电检测实验教学平台。在具体实践教学中，采用基于项目设计的实验教学方法，合理保证基础验证型实验，并结合集中演示的方式进行教学，提高综合型及创新型实验的比例。我校光电检测实验室的主要实验设备有CSY-2000型光电检测实验台，包含光电传感器模块、信号采集模块、信号处理及自动控制模块等。在实验室内不仅可以完成光电探测用光源、光电探测器原理及特性等验证性实验，还可以根据具体的对象搭建实用的光电检测系统。秋实电子实验室致力于鼓励大学生完成科技创新活动，在光电检测实验平台的基础上，结合秋实电子实验室现有设备，可以完成综合设计型实验，例如智能机器人视觉系统、智能小车竞速系统、智能小车防追尾系统等设计，帮助学生在完成“光电检测技术”基础知识、系统理论学习的同时，提高学生的实践动手能力，使学生通过实践环节的学习，达到培养工程实践型人才的目标，并结合科研课题增设创新型实验，以具体的科研项目拓展实验教学内容，及时反映光电检测的最新发展情况，培养学生的科研创新能力。

2.教学方法改革

“光电检测技术”是一门多学科交叉科学，如何提高教学质量、提升教学效果，使学生既能有效地掌握基础理论、基本方法，又能灵活运用基本原理。传统的以课堂教学为主、实验教学为辅的教学模式必须进行改革。

（1）有效地将课堂教学、实践教学相结合，引入多元化教学方式，增强教学效果。如讲解光电效应的过程中，采用图文并茂的多媒体课件形式，制作动画效果，将涉及半导体理论的抽象原理直观形象地演示出来，并以日常生活中光电探测器的应用为实例，激发学生的学习兴趣，拓展学生的视野。在讲授光电器件的性能参数过程中，量子转化效率、光电响应度、光谱响应范围、光电响应时间等性能参数均为抽象的物理参数，而光电器件的性能参数又是光电检测系统设计的关键，在讲授中以光电检测系统中光电器件性能参数变化对系统测量结果产生的影响为例进行讲解，以直观的数据将抽象的物理参数简单化。

（2）充分发挥学生的主观能动性，提高学习效果。在课堂教学过程中，充分发挥学生的学习积极性，加强学生与教师的互动，活跃课堂气氛，提高学生的学习效果。如绪论部分引入光电产业的发展前景，以日常生活中的小故事为例，引出光电产业的背景及发展趋势；以创新型实验为例，鼓励学生根据日常生活中的测量参数设计光电检测系统，发挥学生的主观能动性，培养学生的综合实践能力。

（3）改变考核手段，注重培养学生的综合能力。课程考核是评价课程教学质量的重要手段，传统的考核方式均采用卷面形式，具有一定的局限性。本课程采用卷面考核成绩、课堂提问、综合设计作业成绩相结合的考核方式。其中课堂提问成绩根据课堂提问结果给出，及时考查学生对所学知识的掌握程度。综合设计作业成绩以学生所完成的综合型创新型实验报告书给出，全面考查学生的综合能力。将三部分成绩结合起来，合理反映学生对于本门课程的学习情况。实践表明这种方式极大地调动了学生的学习积极性，取得了良好的效果。

四、结论

结合我校测控技术与仪器专业的培养目标及学生的就业情况，对“光电检测技术”课程教学进行改革，首先对课程教学内容体系进行了优化，接着采用项目教学法对原有实践教学环节进行改革，加大综合型创新型实验的比例，最后对教学方法进行改革，以有效的教学方式达到预期的教学效果。实践结果表明，课程内容体系改革、实践教学改革和教学方法改革提高了本课程的教学效果和人才培养质量。

参考文献：

[1]罗先河，等.光电检测技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，

1994.

[2]雷玉堂.光电检测技术[M].第2版.北京：中国计量出版社，2009.

光电检测技术论文篇2

作者简介：莫文琴（1978-），女，湖北武汉人，中国地质大学（武汉）机械与电子信息学院，讲师；晋芳（1978-），女，湖北武汉人，中国地质大学（武汉）机械与电子信息学院，副教授。（湖北 武汉 430074）

基金项目：本文系中国地质大学（武汉）研究生培养模式与教学改革基金（编号：CUGYCXK0820）和中国地质大学（武汉）中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（编号：CUGL110222）的研究成果。

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）04-0076-02

认知学习理论是通过研究人的认知过程来探讨学习规律的理论。认知理论主要包括：人是学习的主体，学习不是通过练习和强化形成的，而是通过顿悟与理解获得；学习可以看成学生个体构建自己的认知体系的过程；教学要关心学生学习过程的主动性及学生对知识意义的建构。[1，2]认知学习理论不仅重视人的主体性，而且准确把握了学习的基本过程及其规律。布鲁纳认知理论是现代认知理论的代表，他强调认知学习与认知发展，提倡发现学习，倡导结构主义教育。“光电检测技术”是一门综合性很强的专业课，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。由于该课程基本知识点多、应用性较强，如何提高教学质量是该课程教师所共同关注的问题。[3，4]因此，通过将布鲁纳认知理论应用到“光电检测技术”的教学中，尊重学生学习的主体地位和知识的认知规律，促进了学生对该课程基本知识点的掌握，完善了学生专业知识体系的构建，取得了良好的教学效果。

一、课程教学遵循知识的认知过程

布鲁纳认为认知结构在一个人的学习过程中是不断发展的，人们总是通过把新来的信息与原有的认知结构联系起来积极构建起知识体系；学习的实质在于主动形成认知结构，学习包括知识的获得、知识的转化和评价三个过程。[1]

1.知识的获取

认识的获取，是新知识通过“同化”思维后，被容纳到新的认知结构中。我们在介绍新知识时，需要通过与学生以往接触过的系统进行类比，帮助学生理解和掌握新知识。学生在学习“光电检测技术”课程之前已经修完了“传感器技术”课程，那么在介绍现代光电检测技术中的光纤传感器时，将其与传统传感器进行类比：传统传感器的核心是电量参数的变化，传输信号为电信号，传输介质是电线，被测量是物理量（温度、压力或流量）；而光纤传感器的核心是光电场参数的变化，传输信号变成了光信号，传输介质是光纤，被测量仍然是物理量。通过这样的比较和分析，将新知识（光电场参数、光信号和光纤）“同化”到传统传感器结构中，帮助学生构建新的认知结构。

2.知识的转化

在获取知识之后，就是对新知识进一步分析和概括，从而演绎出新内容的过程。同样以上述例子说明，在学生获得光纤传感器的概念后，就要其思考：为什么会产生光纤传感器，光纤传感器和原有传统传感器相比，优势是什么？于是教师可以通过对不同光纤传感器的应用进行介绍和归纳，让学生了解到光纤传感器具有长距离遥测、耐恶劣环境（高温、强电磁干扰）、灵敏度高和易于联网等优点。这样，学生一旦遇到需要高灵敏度探测处于恶劣环境的物理量的课题时，自然就会考虑能否采用光纤传感器这一方案，或者说通过新知识的转化，学生在已掌握传统探测方法的基础上又增加了光纤传感这一方法，开拓了学生思路，提高了学生解决问题的能力。

3.学习评价

学习评价除了传统的考试，还可以通过课堂问答、开放式讨论、实验及课程设计等方式来实施。平时在课程教学过程中，待学生学完某一章节之后，教师利用课堂问答来检验学生对基本知识点的掌握程度，并根据学生的反馈来调整教学的进度，如果学生大部分还未真正理解该章节的基本概念和理论，则需要再次帮助学生完成基本知识点的获取。

开放式讨论则是在学生已具备一定理论基础后，检验他们是否能将新知识转化成为认知系统中新的内容。学生在“光电检测技术”课程中学习了激光雷达的工作原理后，教师可以设定具体问题，比如雷达测速与激光雷达测速的区别，让学生展开讨论。这样，学生通过与已修完的“物理检测理论与检测技术”课程中所学的雷达测速进行比较和分析，就能了解到两种测速的方法其实都是基于多普勒效应，只是激光的方法是利用光信号作为载波，而雷达是利用微波。但正是由于激光雷达采用的是比微波频率高104～105倍的光载波，它的测速精度也远高于一般雷达测速系统。利用类似的问题，可以检验学生是否掌握了新的测试技术，从而评价学生的学习效果。

实验和课程设计是学习评价环节中最为重要的内容。它是对新知识转化程度的一种检验，即考查学生对于新知识的使用是否得当，分析和概括是否准确。[1]学生不再是被动接受新知识，而是亲身试验，从实验的结果和现象中加深对基本知识点的掌握，验证问题的解决方法是否有效。“光电检测技术”课程开设有光电器件特性实验，学生在对光电二极管的光伏特性进行测试时，经常会提出疑问，即为什么当光电二极管的两端电压改变时，流过管子的电流始终不变？这时，教师就会反问他们，如果光电管上光照没有变化，管子的电流会变化吗？他们才恍然大悟，流经管子的电流只与入射光照有关，既然管子受到的光照恒定，光电流也是不变的。通过这种验证性实验，学生对光电器件的各种特性印象深刻，因此对课程的基本概念的掌握更加牢固。

当然，正如布鲁纳所说，知识的获取、转化和评价是三个几乎同时发生的过程。我们在“光电检测技术”课程教学中，将上述学习的三个过程贯穿整个课程讲授中，即每一章理论学习后安排课堂问答、开放式讨论和实验，这正符合学生对知识的认知过程，通过这些教学环节的展开，学生由浅入深、由表及里地掌握了这门学科的精髓。

二、教学应使学生理解各门学科的基本结构

学科的基本结构包含两个方面的内容：学科的基本知识结构以及学习的态度和方法。[1]学科的基本知识结构指的是该学科的基本知识概念和基本规律。学科的基本知识结构好比金字塔的基底，承受着最沉的负荷，只有基础打扎实了，才能有塔顶的辉煌。

在光电检测技术系统中，光电探测器起着将光载波转换为电信号的核心作用，其选取和使用是否得当在很大程度上决定了光电系统的性能。而光电器件的主要性能参数是区别各种光电探测器的基础，比如光谱特性，即探测器输出信号大小与照射到探测器上光波长的关系。可以这样解释：探测器好比人的眼睛，在红橙黄绿青蓝紫各种颜色中，我们总是对黄绿色的光最为敏感，也就是说在黄绿色光波长处，人眼的光谱响应度是最大的。这样的类比之后，学生很容易去理解光电器件的主要性能，从而能够根据各种光电器件的区别和特点，将各种光电器件应用在各自适合的场合，比如PIN型探测器和雪崩光电二极管，时间响应最快，适用于光通信中高速光信号的探测；而光敏电阻时间响应慢，线性较差，一般来说作为开关光信号的探测。通过对光电器件特性参数这一基本概念的理解和掌握，为器件选型、光电检测电路的设计和光电检测系统的设计打下基础。

由于“光电检测技术”课程涉及较多的专业基础，比如大学物理、模拟电子和数字电子、电子测量课程等，所以学生要学好该门课程，应当具有一定的知识背景，才能消化晦涩难懂的知识点。有些学生专业基础较差，在课程学习中很容易碰到挫折而放弃努力，这时，教师应该指导学生端正学习态度，以脚踏实地的态度去学习这门课程，不应急功近利；帮助他们复习相关的知识背景，从而理解本课程的重要知识点，只有这样后续学习才能顺利进行。同时，考虑到本课程应用性较强，教师讲课时应多联系实际，结合业界热点问题，介绍相关系统和技术。通过具体的应用系统案例将需要介绍的知识点引出，然后对知识点进行详细讲解，帮助学生深刻理解和掌握，最后引导学生回过头去分析系统中这些知识点是如何发挥作用的，解决了哪些问题。例如干涉测量技术这一章中介绍了典型的相位调制干涉仪，萨古纳克干涉仪是其中一种。倘若教师直接给出该干涉仪的工作原理，学生的兴趣不会很大。但是教师如果抛出这样一个问题：哪位同学知道苹果iPhone手机中的陀螺仪是如何工作的？想必学生就很想知道答案了。这时，教师就可以说明：如果将萨古纳克干涉光路放到光纤中，这便是光学陀螺仪了。萨古纳克干涉仪利用光的干涉作用，测量光环路的转动角速度。知道了萨古纳克干涉仪工作原理，教师再引导学生回到苹果手机中的陀螺仪的例子，正是因为陀螺仪能够感知三个轴方向的角速度，结合加速度传感器，就能够为手机提供导航和增强功能。因为学习的最好刺激，是对所学内容有兴趣。[5]一旦他们发现这些基本知识点可以解决实际系统中的重要问题，就会觉得值得去学，从而使学习的主动性和积极性得到提高。

三、提倡发现学习，激发教学生长点

布鲁纳认为发现并不只限于获得人类尚未知晓的知识和规律，也包含通过独立思考而获得的一切形式和方法。[1]提倡发现学习，教师可以通过设定的问题和情境，[6]比如电机转速的测量，要求学生给出合理的设计方案。学生五人一组，每组将自己的设计方案在课堂上讲述出来，教师则引导学生对各种方案进行比较和评价。该方式以学生为主体，一方面是激发学生学习的内部动机，在掌握基本知识的前提下，使其主动探索知识、独立解决问题；另一方面在讨论和争议的过程中，学生能够获得知识的生长点，因为每一组的方案不尽相同，在求同存异的过程中知识和经验得到积累。当然，在学生讲述和讨论的过程中，需要教师进行正确指导，并对各种方案给予合理的评价。

四、结束语

“光电检测技术”这门课需要学生掌握较多的专业基础知识，并且应用性较强，强调学生的动手能力。学生从以往理论性较强的课程学习转向应用性较强的专业课学习，需要一定的过程。笔者通过将认知理论应用到课程教学的各方面，以学生为学习的主体，教学遵循学生对知识的认知过程，使得学生更容易理解很抽象的基本概念，提升了其使用新技术解决问题的能力，将新知识与原有认知系统关联起来，丰富了学生的知识体系。

参考文献：

[1]武新春.高等教育心理学(修订版)[M].北京:高等教育出版社,2003.

[2]赵娟,娄德军.认知学习理论在课程改革中的应用[J].大连教育学院学报,2003,(1):23-25.

[3]李刚,曹浪舟.光电检测技术课程教学改革的探讨[J].高等函授学报(自然科学版),2010,(4):43-45.

光电检测技术论文篇3

 

0.引言

随着科学技术的迅猛发展和信息时代的到来，作为现代信息技术三大支柱技术之一的传感器技术，已然成为监测和控制领域获取物理信息的重要手段，在国民经济建设中占据着极其重要的地位。比如，在工农业生产领域，工厂的自动流水生产线，全自动加工设备，许多智能化的检测仪器设备，都大量地采用了各种各样的传感器；在矿产资源、海洋开发、生命科学、生物工程等领域传感器的应用也是无处不在。可以说，没有传感器这个载体，任何先进的科学技术要实现这样那样的功能是不可能的。

1.光电传感器及测控技术简介

1.1基本概念

光电传感器是以光电效应为基础，是一种将光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。论文参考网。光电传感器是在各种光电检测系统中采用光电元件作为检测元件的传感器，它一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器。其中，模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量间呈单值关系，主要包括有透射(吸收)式、漫反射式、遮光式(光束阻档)三大类型；脉冲(开关)式光电传感器中，光电元件接收的光信号是断续变化的，因此光电元件处于开关工作状态，它输出的光电流通常只有两种稳定状态的脉冲形式的信号，多用于光电计数和光电式转速测量等场合。

光电检测技术：是利用光电传感器实现各类检测。它将被测量的量转化成光通量，再转化成电量，并综合利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量。它具有高精度、高速度、远距离和大量程、非接触式检测、寿命长、数字化和智能化的特点。

1.2光电传感器工作原理

主要是把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号，其物理基础是光电效应。它是由于物体吸收到光子能量后产生的电效应，通常把光电效应分为三类：

1.2.1外光电效应

在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。基于该效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。

1.2.2内光电效应

在光线作用下能使物体电阻率改变的称为内光电效应，又称光电导效应。基于该效应的光电器件有光敏电阻、光敏晶体管等。

1.2.3半导体光生伏特效应

在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的称为半导体光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。

1.3光电传感器特点

1.3.1 检测距离长。

1.3.2 对检测物体的限制少

由于以检测物体的遮光和反射为检测原理，所以都可以对金属、玻璃、塑料、液体等几乎所有物体进行检测。

1.3.3 响应时间短

光本身为高速，并且传感器的电路全都由电子零件构成，所以不包含机械工作时间，响应时间短。

1.3.4 分辨率高

能够通过高级设计技术使投光光束集中在小光点上，或通过构成特殊的受光光学系统来实现高分辨率，也可进行微小物体检测和高精度的位置检测。

1.3.5可实现非接触的检测

可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对传感器和检测物体造成损伤，因此，传感器能长期使用。

1.3.6可实现颜色辨别

通过检测物体形成的光的反射率和吸收率，根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这个特性，可对检测物体进行颜色的检测。

1.3.7便于调整

在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。

2.光电传感器的研究应用

光电传感器可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。论文参考网。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。本文就光电传感器最常见的应用实例来进一步说明。

2.1 在烟尘浊度监测仪上的应用

防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

2.2 光电池在光电检测和自动控制方面的应用

光电池作为光电探测使用时，其基本原理与光敏二极管相同，但它们的基本结构和制造工艺不完全相同。由于光电池工作时不需要外加电压；光电转换效率高，光谱范围宽，频率特性好，噪声低等，它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。

2.3 CCD图像传感器（电荷耦合器件）的应用

CCD传感器应用时是将不同光源与透镜、镜头、光导纤维、滤光镜及反射镜等各种光学元件结合，应用了光、机、电和计算机相结合的高新技术，作为一种非常有效的非接触检测方法，CCD被广泛用于在线检测尺寸、位移、速度、定位和自动调焦等方面。

2.3.1 利用CCD测量几何量，CCD诞生后，首先在工业检测中制成测量长度的光电传感器，物体通过物镜在CCD光敏元上造成影像，CCD输出的脉冲表征测量工件的尺寸或缺陷。

2.3.2 用于传真技术，文字、图象识别。例如用CCD识别集成电路焊点图案，代替光点穿孔机的作用。论文参考网。

2.3.3 自动流水线装置，机床、自动售货机、自动监视装置、指纹机。

2.3.4 CCD固态图像传感器作为摄像机或像敏器件，取代摄像装置的光学扫描系统（电子束扫描），与其它摄像器件相比，尺寸小、价廉、工作电压低、功耗小，且不需要高压。

2.3.5 M2A摄影胶囊（Mouthanus）,由发光二极管做光源，CCD做摄像机，每秒钟两次快门，信号发射到存储器，存储器取下后接入计算机将图像进行下载。

2.3.6 CCD是数码相机的电子眼，它革新了摄影术，现在光可以被电子化地记录下来，取代了胶片。这一数字形式极大地方便了对图像的处理和发送，”诺贝尔奖评选委员会称赞说，“无论是我们大海中深邃之地，还是宇宙中的遥远之处，它都能给我们带来水晶般清晰的影像。”

2009年10月6日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2009年诺贝尔物理学奖授予华人科学家高锟以及两名美国科学家韦拉德-博伊尔(Willard Boyle)和乔治-史密斯(George Smith)，以奖励他们在光纤和半导体领域上的开创性研究。高锟的获奖理由为——“在光学通信领域光在光纤中传输方面所取得的开创性成就”。两位美国科学家的获奖理由为——“发明了一种成像半导体电路，即CCD(电荷耦合器件)传感器”。

3.结束语

光电传感器及检控技术两者间的有效结合，提高了工农业领域、军用器械等等领域的生产率，降低了生产成本。可以预见，随着信息技术和自动化技术的快速发展，光电传感器、微/ 纳米光电测控技术等在国民经济建设中将继续得到越来越广泛的应用。

【参考文献】

[1] 彭军.传感器与检测技术.西安:西安电子科技大学出版社,2003.

[2] 谢向花.光电传感器检测技术研究.中国科技信息,2005 年第7 期.

光电检测技术论文篇4

0 前言

超声检测是指利用超声波对材料的质量检测和评估的技术。超声技术操作简便、灵敏度高、检测费用低、且没有辐射，被广泛应用于工业领域，其中包括核工业。压水堆核电站具有特殊的运行工况，要保障其安全运行，须对其材料和结构提出更高的要求。无损检测是检验和测试工程材料完整性、连续性和可靠性的重要手段，因此压水堆核电站的无损检测对于维系核电站的安全运行具有重要意义。超声技术是压水堆核电站常规的无损检测手段之一，核电材料和结构的质量保证与超声检测性能的稳定与提高密切相关。本文对压水堆核电站材料和结构的特点，压水堆核电站无损检测的基本要求以及超声检测技术的适应性发展进行了论述。

1 核电设备材料和结构的特点

由于特殊的工作环境（高温、高压、强烈腐蚀和辐射等），压水堆核电站对材料具有更高的安全要求。核电材料的选用不仅要考虑力学性能（强度、塑性、硬度和韧性等）和工艺性能（锻造、铸造、焊接等），还要充分考虑辐照引起的材料组织、结构和性能的变化。此外，材料与材料之间、材料与介质之间的相容性和材料的价格也是材料选用的依据。压水堆核电站常用的金属材料包括碳钢、不锈钢、低合金钢、锆合金、镍基合金和钛铝合金等。

压水堆核电站一回路系统主要包括反应堆及压力容器、蒸汽发生器、冷却剂主泵、稳压器和主管道等。根据部件的位置、功能和工况，选用适合的材料是压水堆核电站安全运行的前提和保障。表1为压水堆核电站一回路系统殊部件的材料使用情况。

表1 压水堆核电站一回路系统选用的材料举例

从表1可以看出，压水堆核电站一回路系统的结构和材料具有鲜明的特征：首先是大量采用了耐高温、高压，抗腐蚀性和抗辐射性强的材料。不同的材料之间组分的不同，其内部微观结构和组织差异明显。第二是材料易于加工并能满足某些特殊加工要求，尽量采用整体结构，减少中间的机械连接，这样可以降低部件的故障率，提高设备的寿命。第三是不同的结构和材料，加工工艺差距明显，在役检查过程中需要对无损检测的检测方法、要求和检测规程等进行不同的计划和实施。这些特征给无损检测工作带来了较大的困难和挑战。

2 压水堆核电站无损检测基本要求

无损检测作为一种工艺过程控制和产品质量控制的手段，被广泛应用于工业领域。压水堆核电站的无损检测，首选应该结合材料和部件各自的特征，采用恰当的无损检测方法；其次是制定正确的检测规程，选用适当的检测器材，以确保无损检测实施过程中不会对部件造成确定的或者潜在的伤害；第三是严格遵守压水堆核电站在役检查规范，并依据在役检查前编制的检查计划和检查大纲实施无损检测。

压水堆核电站一回路系统包容具有强烈放射性的物质，设备处在高剂量的辐照环境中。为了确保核电安全，核电运营的整个过程，包括设计、设备制造、安装、运行和退役都要进行无损检测。设计阶段的无损检测主要是编制适应性的技术规范和检测规程，以实现所选用无损检测方法的有效性。设备制造过程中需要对所有的原材料和零部件进行规定的检查，以证明生产的设备符合使用要求。安装过程中需要对安装现场的应用性材料、焊缝和其他零部件进行检测，确保其质量合格。核电运行期间和退役时的无损检测是在辐照环境下进行的，工作强度大并具有一定危险性，需要在尽可能短的工期内完成计划内的无损检测工作。

压水堆核电站一回路系统的无损检测具有非常严格的要求。核电设备所采用无损检测方法、仪器设备与检测工艺必须具有高度的可靠性和灵敏度，操作人员的技能必须达到在役检查规范的资质要求并具备丰富的现场施工经验。随着经验的沉淀和积累以及新型无损检测技术的发展，我国压水堆核电站的安全运行将获得更大的保障。

3 超声检测技术的应用与发展

超声检测是指利用超声波检测和表征材料的宏观缺陷、几何特性、组织结构和力学性能等，从而对材料的应用性能进行专业评估的技术。超声检测技术检测灵敏度高、检测费用低、易实现自动化操作，且没有辐射和化学污染的危害，因而获得了广泛的应用。压水堆核电站中，超声检测技术同样是一种常规的无损检测方法。它主要应用于压力容器对接焊缝、角接焊缝的体积检查，压力管道焊缝的表面检查，汽机部件的内部检查，锻件的内部检查，轴瓦等复合层结合面的检查，及其它金属部件的内部检查。超声检测在使用过程中同样具有一些缺点，比如测试过程对耦合剂的依赖性较大、探头较大而可达性降低，检测结果对检测人员的技能要求高等。为了弥补传统超声检测技术的不足，以适应核电站无损检测的技术要求，新型超声检测技术获得了迅速发展，包括超声相阵控技术、激光超声技术和电磁超声技术等。

3.1 超声相阵控技术

超声相阵控技术是一种新型的超声检测技术，通过对超声阵列换能器中各阵元进行相控阵控制，可使得阵元发射的超声波发生偏转聚焦，且相位和幅度同步，通过调节聚焦点可以实现对复杂工件的检测，并有效提高检测灵敏度。

自从诞生以来，超声相阵控技术迅速变成了研究的热点，包括测试系统的设计与改善、控制电路的生产与测试，以及研发成本的控制与节约等。起初，超声相控阵技术主要应用于医学领域，随着电子技术和计算技术的发展，超声相控阵技术成功应用于工业领域，包括航空航天[1]、造船[2]和核工业[3]等重要领域。超声相控阵技术在医学方面的应用包括医学超声诊断和医学超声治疗两个方面。科学家利用相控阵技术研发了一系列先进的医疗设备，比如全身数字化超技术、海扶超声聚焦刀等，这为疾病的诊断和治疗提供了极大的便利。超声相控阵技术作为一种先进的无损检测 手段，受到了广泛的研究，主要围绕检测结果成像，检测目标准确定位以及复杂结构的准确检测等方面。需要指出的是，超声相控阵技术在压水堆核电站的设备检测中发挥着重要作用，比如汽轮发电机的叶片具有特殊的工况和复杂的结构，采用超声相控阵技术不仅可以提高检测效率和精度，还可以避免对叶片进行拆卸而造成不必要的伤害。超声相控阵技术与数字信号处理、成像和声时衍射等技术的结合是今后发展的方向。

3.2 激光超声技术

高能量的激光脉冲与物质表面发生作用时会产生热特性区，热量急剧扩散而产生热应力作用，进而产生的超声波，通过检测超声波以达到对材料检测的目的，这便是激光超声技术.相比传统的超声检测技术，激光超声技术具有无需耦合剂、非接触性检测、检查速度快、检查精度高以及检查范围广等优点。

随着科技发展，激光超声技术已经突破理论研究的瓶颈，被广泛应用于材料的无损检测等工业领域。激光超声技术对于薄膜材料的检测具有较高精度。[4]激光超声技术用以复杂几何结构的检查也具有明显优势，比如楔状结构、曲面结构以及多层结构等。[5-7]此外，激光超声技术适用于高温、腐蚀和辐射等危险环境下对材料进行检测[8-9]，目前我国的压水堆核电站并没有引入激光检测技术，这主要考虑考虑激光超声技术定位的不稳定性以及核电站特殊的工况。今后，随着对激光超声技术在无损检测领域的研究，该技术的大规模应用将获得实现。如果对激光超声技术在核工业中的应用进行科学和充分的论证，激光超声技术将成为常规无损检测技术的补充。

3.3 电磁超声技术

利用洛仑兹力和磁致伸缩效应产生超声波，进而对金属导体进行检测的技术称为电磁超声技术。与传统的超声检测技术相比，电磁超声技术不需要与工件接触、检测速度快、检测过程无污染，因此适合生产线的快速检测和高温等环境下的检测。

由于具有明显的优势，电磁超声技术已经被广泛应用于机械加工[10]、石油管道[11]和压力容器[12]等领域，用以进行材料的缺陷检测和定位以及厚度的测量。作为一种新型的无损检测技术，电磁超声技术在焊缝和钢管管材检测中表现出了巨大的优势。然而，电磁超声技术同样存在不足，比如敏感度过高，容易受到环境的影响和转能效率低，接收信号低。这也促进了电磁检测技术的改进，目前围绕电磁超声技术的研究主要包括电磁激发装置的优化、回波信号的处理，电磁超声导波技术[13]和激光-电磁超声技术[14]便是在此基础上的发展和产生的新技术。电磁超声技术也没有被引入，作为核电设备的无损检测技术之一。其中主要原因是性能的不稳定性以及政策上缺乏论证和支持。随着对电磁超声技术的研究，电磁超声技术也许在不久的将来，也将成为常规无损检测技术的有力补充。

4 结语

（1）由于特殊的运行工况，压水堆核电站对材料要求较高。所选用的材料需具有优良的力学性能、工艺性能，对高温、高压，强烈腐蚀和辐射的环境也具有很高的适应性。其中碳钢、不锈钢、低合金钢、锆合金、镍基合金和钛铝合金等是核电站常用的金属材料。

（2）压水堆核电站无损检测工作涵盖设计、制造、安装、运行和退役整个运营过程。核电设备所采用的无损检测方法需要有高度的可靠性和灵敏度，操作人员需具备相当的资质和实施经验。在“质量第一、安全第一”的前提下，无损检测实施工期应尽量缩短。

（3）超声检测技术是压水堆核电站常规的检测方法之一，被用于焊缝的体积检查和部件的内部检查。而新型的超声技术的发展，可以弥补传统超声检测技术的不足，并拓宽其应用范围。其中，超声相控阵技术已经被成功应用于核电站重要设备的无损检测。而激光超声技术和电磁超声技术的引入则需要进一步科学和充分的论证。

【参考文献】

[1]陈友兴，王召巴，赵霞，金永.固体火箭发动机封头界面粘接相控阵超声检测技术可行性研究[J].固体火箭技术，2008（31）.

[2]单宝华，喻言，欧进萍.海洋平台结构超声相控阵检测成像技术的发展及应用[J].海洋工程，2005（123）.

[3]靳峰，汪毅，李世涛，张武能.汽轮机叶片叶身超声导波检测技术研究[J].汽轮机技术，2013（55）.

[4]沈中华，许伯强，倪晓武，陆建.单层和双层材料中的脉冲激光超声数值模拟[J].中国激光，2005（31）.

[5]王嘉宇.激光在金属楔形板中激发超声导波传播规律的研究[D].南京理工大学，2010.

[6]张旭辉.激光超声在复杂曲面零件无损检测中的应用研究[J].机械制造，2007（45）.

[7]周正干，孙广开，李征，陈秀成.复合材料层压板钻孔分层激光超声检测方法[J].机械工程学报，2013（49）.

[8]钟年丙，廖强，朱恂，王永忠，陈蓉.超声技术在石英光纤腐蚀中的运用[J].光学精密工程，2012（20）.

[9]刘智鹏，罗昊，朱瑞，王朋伟，马军，经光银.锆钛酸铅薄膜中裂纹形成机制及标度律[J].西北大学学报：自然科学版，2013（5）.

[10]康磊.用于铝板检测的电磁超声导波换能器优化设计技术研究[D].哈尔滨工业大学，2010.

[11]宋小春，黄松岭，赵伟.天然气长输管道裂纹的无损检测方法[J].天然气工业，2006（7）.

光电检测技术论文篇5

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）06?0167?04

光子计数技术是检测微弱光信号的一种技术。目前，单光子计数系统在环保检测、生物医学、放射探测、激光测量、化学分析等领域有着广泛的应用。当光功率低于10-14 W，激发出来的光信号将会是离散的光子脉冲。若仅仅用一般的光电探测器几乎无法实现将微弱的光信号探测出来并进行量化处理。此时，用一般的直流测量法，已不能把淹没在噪声里的有用信号有效地提取出来。为了实现精确的检测、提高信号抗干扰能力，需要有从噪声中提取、恢复和增强被测信号的技术[1]。本文用的单光子计数系统可以把淹没在噪声里的微弱光信号提取出来，检测光源（发光二极管）的光子分布。

2 单光子计数系统原理、计数性质

3 单光子计数系统的构成

3.1 光电倍增管PMT

PMT由光阴极、聚焦极、倍增极和阳极构成。性能优良的PMT，光谱响应特性好，时间响应快，光阴极的稳定性好，工作波段内的量子效率高，暗计数低[3]。由于PMT的偏置电压对非线性和信号电流的增益有很大的影响，因此为了使PMT有较好的灵敏度，减少噪声的影响，需要精心选择它的最佳偏置电压。选取依据是PMT的信号计数、暗计数和偏置电压的关系曲线如图4所示，由于信号计数曲线有一平坦的坪区，而暗计数曲线则处于连续上升的趋势，当信号计数曲线开始进入坪区时，信噪比SNR最大，此处的偏压是最佳偏置电压[4]。

3.2 放大器

为实现光子计数功能，双阈值甄别器达到的要求是死区时间短，甄别电平范围灵活可调，输出的脉冲输出幅度、宽度达到后续脉冲计数电路的需要。

3.4 计数器

4.2 背景计数

PMT的光阴极、各倍增极的热电子发射在信号检测中产生在没有入射时的背景计数，即暗计数。暗计数还包括杂散光的计数。面积较小的光阴极管的选择、管子的工作温度的降低以及适当甄别电平的选择，可降低暗计数率到最小，不过对于极微弱的光信号，这种噪声源仍不可忽略。若PMT的第一倍增极增益很高，甄别器已经去除各倍增极和放大器的噪声，则上述信号的噪声成分由于暗计数增加至信噪比为若在光信号累记计数中暗计数保持不变，则从实际计数中扣除它很容易。

4.4 脉冲堆积效应

分辨时间是可以区分两相继发生的事件的最短时间间隔，计数系统的分辨时间主要由PMT的分辨时间和甄别器的死时间决定。PMT的分辨时间通常在10～40 ns之间，在分辨时间内，当相继有两个或者两个以上的光子入射到光阴极，它们的时间间隔小于，PMT只输出一个脉冲，于是单位时间内光电子脉冲的输出计数率比入射到光阴极上的光子数少。与此类似的是，若在死时间内输入脉冲，甄别器输出计数率也会损失。上面这样的现象叫做脉冲堆积效应。若光子计数系统由高速的甄别器、计数器构成，极限光子流量约为109 s-1，因存在脉冲堆积效应，含有多个光子的超短脉冲光的强度光子计数器不能测量。

5 实验结果及数据分析

实验装置光路如图7所示。在测量实验中，计数时间设作500 s，光源（发光二极管）的电流调为最小，测量500次，通过计算机获得采样数据，求出光子数的平均值和方差，同样光子数出现的次数统计出来，除以测量的总次数，算出该光子数的几率，然后以横坐标表示光子数，纵坐标表示光子数几率，做出光子数的分布曲线，与理论的泊松分布曲线进行比较，检查测量数据是否符合理论的泊松分布，判断计数系统的稳定性。

6 结 语

本文介绍了微弱光检测技术，了解了单光子计数系统基本原理、基本实验技术，通过实际的实验，观察和对比发光二极管的实际光子数分布与理论的泊松分布的本质区别，加深了对光子数概率分布规律的理解。

参考文献

[1] 吴丽君.用单光子计数系统检测微弱光信号[J].大学物理实验，2011（3）：23?25.

[2] 刘桂芳，熊狂炜，刘文操.单光子计数系统的研究[J].高师理科学刊，2011，31（2）：67?70.

[3] 王挺峰.提高PMT光子计数系统探测灵敏度的方法[J].光机电信息，2009，26（3）：37?42.

[4] KAWASAKI Y， BERTAINA M E， SAKAKI N， et al. Performance of a multi?anode photomultiplier employing a weak electrostatic focusing system [J]. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A， 2006， 564（1）： 378?394.

光电检测技术论文篇6

随着国民 经济 的发展，电力事业迅速增长，装机容量和电网规模日益增大，人们对电力系统中设备的运行可靠性的要求不断提高，在 现代 电力设备的运行和维护中，电力变压器不仅属于电力系统中最重要的和最昂贵的设备之列，而且是导致电力系统事故最多的设备之一，它的故障可能对电力系统和用户造成重大的危害和影响。因此国内外一直把电力变压器在线检测与诊断技术作为重要的科研攻关项目，现今大多数运用的技术有局部放电法，和变压器油色?分析法等。

一、变压器在线监测研究现状

（一）变压器局部放电（pd）在线监测

1．原理：变压器故障的主要原因是绝缘损坏，在故障前有局部放电产生，且伴随下列信号：电流脉冲，电波、超声波，c2h2，c2h4，c2h6，ch4，h2，co等气体，光信号，超高频电磁波。对上述五种信号进行测量，可以确定变压器内部局部放电的严重程度。因此五种信号的监测都有人研究。在这些检测方法中，电流脉冲法是最灵敏的。但是变电站现场电信号的干扰也是比较大的，因此采用常规的电流脉冲法，很难进行测量。超声波法及油中气体分析法现场干扰较少，但超声波法灵敏度低，对于那些深藏在绝缘内部的放电往往检测不到。同时超声波信号的传播时延大多是用电流脉冲信号触发计时器来获得。在现场使用时，局部放电产生的脉冲电流信号，往往淹没于高的干扰脉冲之中而无法分辨，难以触发计时器工作，从而导致监测系统作出错误的判断。

2．方法：（1）差动平衡法：比较进入测量系统的两个信号，一个来自中性点传感器，另一个来自变压器铁芯接地传感器。当变压器内部产生局部放电信号，它在变压器中性点及铁芯接地传感器上，产生两个方向相反的电流脉冲。而当变压器外部存在干扰信号时，他在这两个传感器上产生的电流脉冲方向相同，适当选择频率，对这两个电信号进行比较，就可以对电晕干扰加以抑制。（2）超声波检测法：利用超声波传感器，在变压器外壳上检测局部放电产生的声信号。一方面当变压器内部发生局部放电时，所产生的电流脉冲信号就被检测到，另一方面分布在油箱壁上的几个超声波传感器也会检测到声波信号。但它要比电脉冲延迟某个时间，根据这个延迟时间，就能确定传感器和放电发生点之间的距离，从而确定放电点的位置。（3）电气定位法：利用超声波传播的方向和时间以及放电脉冲在绕组中的传输过程来确定放电位置的定位方法。

（二）变压器油中溶解气体（dga）在线监测

用油中溶解气体气相色谱分析判断变压器内部故障：

1．原理：油浸电力变压器中主要绝缘材料是变压器油和绝缘油纸。这两种材料在放电和热作用下，会分解产生各种气体。而变压器内部故障都伴随着局部过热和局部放电的现象，使油或纸或油和纸分解产生c2h2，c2h4，c2h6，ch4，h2，co和co2等气体。当故障不太严重，产气量较少时，所产生的气体大部分溶解于绝缘油中。此外，发热和放电的严重程度不同，所产生的气体种类、油中溶解气体的浓度、各种气体的比例关系也不相同。因此，对油中溶解的气体进行气相色谱分析便可发现变压器内部的发热和放电性故障。

2．方法及其发展

（1）一般采用常规气相色谱仪进行变压器油率溶解气体的定期检侧，即试验人员到变电站抽取部分脱出气体注入气相色谱仪的进样口，用气相色谱仪检测，输出结果，最后将结果与标准进行比较判断。

（2）为了克服常规油色谱分析法的繁琐而复杂的作业程序，人们研制出了油中气体自动分析装置，即将常规色谱分析仪的脱气和气体浓度检测两部分置于变压器安装现场，在技术上实现自动化分析，显然，这种油色谱自动化分析装置的功能与常规色谱分析法相仿，结构上未发生根本变革，仅是作业程序上实现了自动，从技术 经济 上限制了它的推广应用前景。

（3）人们不得不研究在原理结构上有所变革创新的在线监测装置。在变压器油中溶解气体在线监测装置的研究中，人们首先想到的是在油气分离上作变革，为此采用由仅使气体分子通过的高分子透气膜组成油气分离单元，从而不仅大大简化了油中气体自动分析装置的结构，而且实现了在线监测。

（4）气体检测单元上作出变革，不用复杂的色谱仪，而用气敏传感器对分离气体检测。由于气敏传感器的敏感度与所添加的贵重金属有关，工艺上还很难做到一种气敏传感器对多种气体都具有相同的敏感度，因此，人们最先研究成功的在线监测装置是监测变压器油中的氢气量。由于不论变压器内部故障种类如何，氢气是故障产生气体的主要成份之一，在线监测油中的氢气量就能判断变压器有无异常，然后通过常规色谱分析法来进一步判断故障种类和程度，因此，虽然这种只能判定有无异常而不能诊断故障种类的在线监测装置功能有限，但因其比常规色谱法进了一步而得到了广泛应用。

二、变压器在线监测研究 发展 趋势及研究方向

1．仪器上：发展了光学器件如分红气体分析器，红外气体分析器的特点是能测量多种气体含量。测量范围宽，灵敏度高精度高，响应快，选择性良好可靠性高，寿命长，可以实现连续分析和自动控制。红外气体分析器的工作原理基于吸光度定律（i．amhert-beer定律），从物理特征上可以划分为不分光型、分光型、傅立叶红外（ftir，fourier transform infrared）型以及基于微机电系统（mems micro-electro-mechanical system）技术的微型红外气体分析器。分光型红外气体分析器是利用分光系统从光源发出的连续红外谱中分出单色光，使通过介质层的红外线波长与被测组分的特征吸收光谱相吻合而进行测定的。不分光型红外气体分析器（ndir）指光源发出的连续红外谱全部通过固定厚度的含有被测混合气体的气体层。由于被测气体的含量不同，吸收固定红外线的能量就不同。

2．理论工具上：模糊理论，人工神经 网络 ，专家系统及灰色理论在dga的分析中都有应用。

三、结语

变压器作为发变电系统中重要设备，安装在线监测系统的必要性已渐渐成为电力行业的共识，电力变压器的工作效率代表了电力部门的财政收益，变压器的在线监测提高了运行的可靠性，延缓了维护费用的投入，延长了检修周期和变压器寿命，由此带来的经济效益是非常可观的。电力设备的在线监测技术是今后的发展方向，具有广阔的前景。

参考 文献

[1]徐杰．浅谈电力变压器故障的在线监测 ．技术与市场（上半月）[j]．technology and market，2006，（6）．

光电检测技术论文篇7

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0067-02

一、概述

《传感器与检测技术》是自动化专业一门核心课。是一门涉及到电工电子技术、传感器技术、光电检测技术、控制技术、计算机技术、数据处理技术、精密机械设计技术等众多基础理论和技术的综合性技术，现代检测系统通常集光、机、电于一体，软硬件相结合。《传感器与检测技术》课程着重培养学生掌握传感器与检测技术基本理论、基本方法，本课程是一门实践性很强的课程，在理论学习的同时，要求学生通过实验和实践熟练掌握各类典型传感器的基本原理和适用场合，掌握常用测量仪器的基本工作原理和工作性能，能合理选用常用电子仪器、测量电路等，能根据测量要求设计各类测量系统，能对测量结果进行误差分析和数据处理等，达到理论与实践的高度统一，突出能力的培养。目前该课程传统的教学方法是重点讲解各类传感器的原理、工作特性、测量电路和应用举例。而在传感器的应用上多是简单地举若干例子。在实验环节，也是大量的验证性实验。这样做的结果，不能使同学们了解和掌握传感器在实际现场条件下如何应用，达不到《传感器与检测技术》这门重要课程的教学效果。因此，对该课程的教学模式和教学方法研究就显得非常重要和紧迫。作者在本文中对该课程的教学模式与教学方法进行了研究和探索。提出了以下改革思路。

二、《传感器与检测技术》课程改革思路

1.采用实物教学法。传统的《传感器与检测技术》课堂教学主要讲授传感器工作原理、工作特性、测量电路等。可是在现实生活中，传感器种类异常繁多，如果学生见不到传感器的实物，仅仅靠课件上的内容，就会觉得学的东西没有什么意义，造成学生的厌学心理，觉得这门课程没意思。因此，在《传感器与检测技术》授课过程中，将各种传感器带到课堂上、展示给同学们会起到意想不到的作用。我们会把主要的各类传感器都带到课堂上，结合实物进行讲解。比如：电阻应变片传感器、电容式传感器、电感式传感器、霍尔式传感器、电涡流式传感器、热电偶、热电阻等，这样使得学生们对传感器留下深刻影，同时，在讲解传感器的时候，一定要结合现实生活实际，尽量介绍一些在现实生活中经常见到或者用到过的传感器。例如，电饭煲、空调、冰箱中的各种温度传感器；全自动洗衣机中的重量、液位、水温等传感器。这样能使学生认识到传感器的重要性，提高学生的学习兴趣。

2.采用启发和互动的教学方法。启发和互动式教学有利于培养学生的创新思维能力。创新是人才培养体制改革的核心环节。注重“学思结合”是实践创新型人才培养模式的核心与精髓。长期以来，我国高等教育人才培养过程中存在的弊端之一就是重灌输轻启发、重理论轻实践。倡导学思结合的目的，就是要改变长期存在的注重知识灌输的教学模式，充分启发学生进行思考和想象，培养他们的创新意识和创造能力，使学生在思考中学习，形成良好的学习方法和思维习惯，改变注重记忆、被动接受教师灌输的课堂教学方式，确立以学生为主体的教学观。作者认为启发式和互动式的教学方法，能有效地培养学生的创新意识和创新能力。以光电传感器为例，在讲完该类传感器工作原理、工作特性、测量电路后，启发学生们思考实际生活中是否见到光电传感器，让他们联想哪些场合可能会用光电传感器，在印刷机印刷过程中，某些参量的检测可否用光电传感器完成，通过这样的启发和互动，使同学们开阔了思路，加深了对《传感器与检测技术》的认识。

3.重视实践环节。《传感器与检测技术》课程是一门理论性和实践性都很强的课程，但长期以来，该课程的实践环节地位太弱，基本上处于从属于理论环节的状况，在考核时，实践环节（主要是实验）成绩仅占课程总成绩的一小部分，这就导致许多学生忽视实践环节的教学。同时，该课程验证性实验过多，综合性、设计性实验少，这些都不利于培养学生分析、解决实际问题的能力，为了改变这种状况，在学校教学经费的资助下，我们对实验内容进行了大力改革，开发出介于课程设计和实验之间的设计性实验，每个实验6个学时，实验主要侧重对基本知识的综合应用，使学生们能综合运用所学知识解决实际问题。这类实验要求先做好实验前准备，完成前期设计，然后在实验室设计实验，最后要求书写实验报告。比如：应变式电子称设计实验，要求设计出的电子称，不但完成理论设计，同时要求能够实际应用。

4.考核方式改革。考核、评价学生成绩是教学过程的一个重要环节。根据大众化教育阶段学生的实际学习情况，对考核方式进行了大力改革。总的说来，我校该门课程的学生总成绩由考试成绩、实验成绩、平时作业和出勤情况等几个环节构成。为了体现该门课程实践环节的重要性，实验成绩占30%、平时作业和出勤情况占20%、考试成绩占50%。实验成绩采用现场实际操作和口头答辩结合的方式给出。考试成绩由期中开卷考试成绩和期末闭卷考试成绩构成。这样可以较充分、全面地衡量学生对该课程的学习情况，可以有效地调动学生学习的积极性和主动性。

5.采用现代化网络教学手段。网络化教育是目前高等教育的重要手段。运用网络化教学手段是当前课程改革的一项重要举措。网络资源是非常重要的课程资源。网络化的教学注重充分地调动学生的主动性，将学习主动权交给学生。《传感器与检测技术》网络教学课程资源分为七大组成部分，具体介绍如下。课程概况：包括课程简介、教学大纲、教学日历、教学团队、考核方式、课程公告。课程内容：包括以知识点∕章节为单位的课程教案、主要教材与参考书、学以致用的典型案例、教材电子稿。教学课件：包括以知识点∕章节为单位的电子教案（课件）、帮助学生学习的助学型课件、模拟或仿真实践教学课件等。练习作业：包括以章节为单位的习题、练习题、讨论题、思考题、测试题等。实践教学：包括阐明本课程所有实践教学的目标、内容、手段、方法、步骤和教学实践总结报告撰写要求的实践教学指导。参考资料：包括学生学习本课程相应学习指导，比如：学习方法、可利用的学习资料∕资源、网络资料。课程互动：包括常见问题答疑、在线交流、课程论坛。以上网络教学课程资源大大提高了学生们的学习积极性。

《传感器与检测技术》是一门非常重要的课程，本课程的任务是使学生掌握常用传感器的工作原理、特点及基本转换电路，掌握特殊类型传感器的工作原理及应用。目的在于培养学生具有选择自动控制系统中传感器的能力；具有组建一般测试系统的能力；对一般测试系统中的技术问题具有一定的分析和处理能力。这门课程的特点是传感器种类繁多，而且理论性和工程性都很强，这就要求在教学中不断探索新的教学模式和采用新的教学方法，才能使课程的教学要求得以实现。

参考文献：

光电检测技术论文篇8

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）45-0275-02

一、引言

机械振动在石油的勘探、发电机组的振动监测、各种机床的振动、铁路和桥梁的振动分析等方面有广泛的应用。随着现代工程技术飞速发展，低频微小振动的测量成为振动测量的主要研究方向之一[1]。

基于激光干涉原理进行的光学测量的激光干涉测量法是一种高精度的测量技术[2]。其测量的分辨率和稳定性可以根据实际的应用情况选择适合的调制解调方法来提高。但是，激光干涉测量技术的测量精度受诸多因素的影响，使得理论与实际操作之间还存在较大的差距[3]。常见的高精度激光干涉测量法包括：零差激光干涉法[4]、外差激光干涉法[5]。

ZYGO公司的7705利用塞曼效应产生最大频差为3.65MHz的双频，其测量分辨率可达1.24nm；ZYGO公司的7712利用声光调制法获得频差为20MHz双频，其测量分辨率可达0.31nm[6]；Renishaw公司的ML10gold干涉仪测量分辨率可达1.24nm，测量范围为80m[7]；英国Renishaw公司Agilent（HP）公司的5519B型外差激光干涉仪的测量范围为±21.2m，测量分辨率可达1.24nm[8]。我国四川大学研制的线位移传感器检定仪测量分辨率可达1nm，测量范围20nm[9]；北京航空材料研究院研制的光外差马赫-泽德干涉仪具有良好的线性和重复性，其测量精度达3nm[10]；清华大学殷纯永教授的研究小组研制的SJD5型双频激光干涉仪分辨率达到0.49nm[11]。

本文优化了光路的设计，设计了检测条纹移动变化的方案，实现了光信号到电信号的转换，提高了测量的速度和准确率，从而提高了系统的测量精度。

二、实验原理

用迈克尔逊干涉仪可以观察到等倾干涉图样和等厚干涉图样，基本光路如图1所示。从光源S发出的一束光，经分束镜G1的后表面分成光强近似相等的反射光束1和透射光束2；反射光束1射出G1后投向反射镜M1，反射回来再穿过G1；光束2经过补偿板G2投向M2反射镜，反射回来再通过G2，在G1的后表面上反射。于是，这两束相干光在空间相遇并产生干涉，M2经G1下表面所成的像M2'，因M1和M2'之间为空气层，n≈1，则两相干光束的光程差为

=2dcosδ （1）

当M1和M2严格平行时，形成等倾干涉，否则形成等厚干涉。无论是等倾还是等厚干涉，只要迈克尔逊干涉仪一条干涉臂发生移动时，就会有条纹的移动，M1和M2'之间的距离每增加（或减少）λ/2，视场中有一个条纹移过，所以测试光的反射镜向一个方向发生振动时，干涉条纹就会朝相对应的方向移动，振动的频率的快慢影响观察点的明暗变化的快慢。测试光的反射镜的情况与条纹变化情况一一对应，测量出条纹的变化情况即可得到对应的振动情况。

三、实验设计

用函数信号发生器发出信号，将信号输出到压电陶瓷，压电陶瓷将电信号转化为振动信号，检测光的反光镜与压电陶瓷连接，检测光的光程随压电陶瓷的振动而变化，检测光与参考光形成干涉条纹，干涉条纹随检测光与参考光的光程差的变化而变化，所以干涉条纹的变化即反映了压电陶瓷的振动情况。光电检测器检测到条纹的变化情况，将条纹变化这一变化的图像信号转化为电信号。将转化后的电信号输入到计算机，通过计算机程序的运算，得出压电陶瓷的振动信号。

四、实验结果

用信号发生器作为激励源，驱动纳米振动平台，调节信号发生器使纳米振动平台振动幅度为25纳米，振动频率为20赫兹，频率为20赫兹时振动实验干涉仪输出信号为图2所示。

五、结论

本文所用干涉仪的信号处理电路是针对连续的模拟信号进行分析处理，因此，在现有的示波器检测精度下，测量干涉仪分辨率只由噪声决定。首先对振幅为15纳米、频率为20赫兹的振动信号进行测量，然后再分析振动信号频谱可得，此干涉仪能够进行高信噪比测量，干涉仪振动信号信噪比为30dB，分辨率可达到1nm。从而验证了本文提出的改进型迈克尔逊干涉仪用于低频微小振动测量的可行性。

参考文献：

[1]孙佳星，低频微小震动的激光干涉测量方法与实验研究[D].哈尔滨工程大学，2006.

[2]赵洋，李达成，梁晋文.外差激光干涉仪的实现方法及其特点计量技术[J].计量技术，1996，18（7）：2-5.

[3]赵斌，夏明，李柱.外差干涉信号的相位计数[J].计量技术，1996，5（4）：13-15.

[4]杨春平，康美苓，王豹亭，吴健，谢康.新型零差激光干涉仪振动测量系统[J].光电子.激光，2011，22（1）：95-98

[5]刘丹，郑宾，郭华玲，刘辉，刘乃强.基于外差干涉的微振动测量技术研究[J].应用光学，2014，35（5）：858-861

[6]陈晓梅，曹航，周自力.纳米级二维激光外差干涉仪的设计[J].光电工程，1998，5（1）：18-22.

[7]戴高良.双频激光纳米干涉测量技术的研究[D].清华大学工学院，1998.

[8]汤俊雄，李爱国.用稳光程干涉仪拍频检测小位移[J].中国激光，1993，4（3）：156-158.

光电检测技术论文篇9

1辊轴平行度检测系统简介

随着重型工业的不断发展，为了保证产品质量，使得精密计量与测试技术在大、中型工件形位误差的检测领域的应用已经成为迫切需要解决的问题。诸如大型盘类零件、轴类零件（如轧钢设备中的轧辊）的加工过程中，都要涉及车刀与工件的接触点距离圆心的长度变化情况。对于轴类零件其圆柱面上沿一直线距离轴线的长度变化称为平行度。以往此类测量工作由工人用游标卡尺和大型卡钳进行动态测量。对于像轧钢机轧辊，因其直径较大，长度较长，阶梯变化多，用原来的方法测量其平行度尤为不易。

图像传感器用于尺寸测量的技术是非常有效的非接触测量检测技术，被广泛地应用于各种加工件的在线检测和高精度、高速度的检测技术领域。由于线阵CCD图像传感器具有高分辨率、高灵敏度、像素位置信息强、结构紧凑及其自扫描等特性，因而，由线阵CCD、光学成像系统、计算机数据采集和处理系统构成的一维尺寸测量仪器，具有测量精度高、速度快、应用方便灵活等特点，是现有机械式、光学式、电磁式测量仪器所无法比拟的。这种测量方法往往无需配置复杂的机械运动机构，从而减少了产生误差的来源，使测量更准确、更方便。

步进电动机又称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件。其功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移。近十几年来，数字技术和电子计算机的迅速发展为步进电动机的应用开辟了广阔的前景。目前，我国已较多地将步进电动机用于机械加工的数字程序控制机床中（即数控机床）；在绘图机、轧钢机的自动控制，自动记录仪表和数模变换等方面也得到很多应用。

EDA技术是依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL(Hardware Description Language)为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合(布局布线)，以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。EDA技术使得设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。用HDL对数字电子系统进行抽象的行为与功能描述到具体的内部线路结构描述，从而可以在电子设计的各个阶段、各个层次进行计算机模拟验证，保证设计过程的正确性。可以大大降低设计成本，缩短设计周期。

2 国内外研究现状

自CCD于1970年在贝尔实验室诞生以来，CCD技术随着半导体微电子技术的发展而迅速发展，CCD传感器的像素集成度、分辨率、几何精度和灵敏度大大提高，工作频率范围显著增加，可高速成像以满足对高速运动物体的拍摄，并以其光谱响应宽、动态范围大、灵敏度和几何精度高、噪声低、体积小、重量轻、低电压、低功耗、抗冲击、耐震动、抗电磁干扰能力强、坚固耐用、寿命长、图像畸变小、无残像、可以长时间工作于恶劣环境、便于进行数字化处理和与计算机连接等优点，在图像采集、非接触测量和实时监控方面得到了广泛应用，成为现代光电子学和测试技术中最活跃、最富有成果的研究领域之一。

随着半导体材料与技术的发展，特别是超大规模集成电路技术的不断进步，CCD图像传感器的性能也在迅速提高，将CCD技术、计算机图像处理技术与传统测量方法相结合，能获取被测对象的更多信息，实现快速、准确的无接触测量，显著提高测量技术水平和智能化水平，因此，CCD技术必将以其突出的优点而在工业测控、机器视觉、多媒体技术、虚拟现实技术及其他许多领域得到越来越广泛的应用。

目前市面上的绝大多数消费型机种及高端数码相机都使用CCD作为图像传感器，而CMOS传感器以往都是作为低端产品应用于摄像头和简易电脑相机上，是否采用CCD传感器一度成为人们判断数码相机档次的标准之一．目前有能力生产CCD的公司分别为：SONY、Philips、Kodak、Matsushita、Fujisu、SANYO和Sharp。图像传感器用于尺寸测量的技术是非常有效的非接触检测技术，被广泛地应用于各种加工件的在线检测和高精度、高速度的检测技术领域。由于线阵CCD图像传感器具有高分辨率、高灵敏度、像素位置信息强、结构紧凑及其自扫描等特性，这种测量方法往往无需配置复杂的机械运动机构，从而减少了产生误差的来源，使测量更准确、更方便。

CCD检测技术作为一种能有效实现动态跟踪的非接触检测技术，被广泛应用于尺寸、位移、表面形状检测和温度检测等领域。由CCD传感器、光学成像系统、数据采集和处理系统构成的尺寸测量装置，具有测量精度高、速度快、应用方便灵活等特点，是现有机械式、光学式、电磁式测量仪器所无法比拟的。在尺寸测量中，通常采用合适的照明系统使被测物体通过物镜成像在CCD靶面上，通过对CCD输出的信号进行适当处理，提取测量对象的几何信息，结合光学系统的变换特性，可计算出被测尺寸。

图像测量技术的出现仅仅20余年，但在国内外发展很快，已经广泛应用到几何量的测量、航空遥感测量、精密复杂零件的微尺寸测量和外观检测、医学图像观测辅助诊断以及光波干涉图，应力应变场状态图等许多方面。目前，国外许多大学、科研机构都把CCD和光学仪器相结合，研制了许多应用CCD来实现光电转换的新型光电测量仪器。

近年来，国内图像测量技术在工业生产尤其是在机械工业中的应用研究也在迅速发展。其应用主要集中于对小尺寸零件几何量的快速测量（如对细丝、小孔直径等微小集合尺寸的测量）；精密复杂零件（如微电子器件、微型齿轮）的微尺寸测量；软质、易碎物体的测量（如绒毛丝直径、液滴尺寸的测量）；大型工件尺寸的测量（如在轧钢生产线上在线测量钢板的长、宽或线材的直径，在线检测判断钢板头尾的最优剪切位置等）；以及零件表面缺陷的判断、零件表面平整度、粗糙度的检测、圆轴类零件的圆度检测等方面。

综上所述，CCD应用技术已成为集光学、电子学、精密机械与计算机技术为一体的综合性技术，并被广泛应用于现代光学和光电测试技术领域。

3 系统主要指标要 求

本系统以轧钢机辊轴检测为模型，进行辊轴平行度检测系统的设计与研究，系统主要技术指标：

(一) 轧钢机工作辊外形轮廓尺寸：

辊面尺寸：1850mm；

轧辊全长：3720mm；

最大直径：546mm；

最小直径：495mm；

(二) 轧钢机工作辊加工面平行度检测：

    检测方式：单向或双向；

    检测精度：±3μm；

    检测范围：0.05~数米；

    采样频率：200次/秒~2000次/秒；

    显示方式：实时显示。

4 检测系统的组成

该轧辊平行度检测系统由平行光产生单元、CCD及驱动电路单元、CCD 视频信号前置放大单元、信号采集及处理单元、步进电机及驱动电路单元、系统总控制单元等部分组成。平行光产生单元由半导体激光器及棱镜组构成。CCD及驱动电路单元由两相线阵CCD及产生CCD所需的驱动脉冲的电路组成。CCD视频信号前置放大器的作用是把CCD 输出和补偿信号输出进行差分放大，去除共模干扰及温度变化的影响，放大器输出的信号经电平转换电路后送至信号采集及处理单元。信号采集及处理单元的功能是将信号数字化并存储在存储器中；然后由系统总控制单元采用适当的算法对其进行处理得到被测物体的尺寸。系统总控制单元除完成数据处理工作以外，还担负着模拟误差信号输出、数据存储、PC数据传输和控制、步进电机控制信号输出等工作。

5 检测系统工作原理

系统采用了光学放大成像（实像）和前面光照射方式。轧辊在平行光照射下，轧辊的外形轮廓通过放在CCD和轧辊之间的棱镜组放大成像在CCD光敏面上。受到光照的光敏元的视频输出为高电平；而没受到光照的光敏元的视频输出为低电平。于是CCD输出信号端可得到与辊轴平行度成比例的光电脉冲信号，通过计算脉冲的个数就可得出测量结果。

先在该系统中测量标准轧辊，得出结果D作为基准，然后用公式

                  式（1）

通过微处理器计算就可以得出待测轴辊的平行度D，加工人员可以通过屏幕随时掌握加工情况。其中

N：系统没有放轧辊时CCD输出的脉冲个数；

N：放入待测轧辊后CCD输出的脉冲个数；

α ：CCD的脉冲当量（CCD的空间分辨率即一个像元的长度）；

β ：放大率。

6 检测系统方案论证

系统中光电转换器件使用当前在工业在线检测领域使用十分广泛的线阵CCD光电传感器，其独特的结构特性和自扫描特性，能够将光学图像变换成按空间域分布的离散电压信号，继而通过微处理器(单片机)对其进行采集和处理。而数据采集与处理核心器件采用STC公司生产的STC89LE52RC单片机，它是一款性价比非常高的工业单片机，性能稳定、完全兼容ATMEL公司的5l单片机。由于步进电机速度人为可控，所以本装置对处理速度要求不是很高，而单片机具有系统简单、开发容易、功能易扩展、测控能力强、可靠性高的优点，所以采用单片机无疑是经济适用的选择。

对于信号采集部分，现有的信号采集结构按其是否与信号处理部分分离可分为以下几类：第一种是模拟输入专用信号采集系统，该类系统将采集卡放置在计算机内部，采集卡的作用是进行A／D转换并通过计算机总线将数据送入计算机内存，用软件实现处理；第二种是模拟输入采集处理一体化结构，此种结构是将采集、量化集成到一块板卡上，一般由输入输出接口、A／D转换数字化单元、高速缓冲区和微处理单元构成，这种结构设计大大减轻了计算机的处理负荷，但增加了电路设计实现的难度；第三种是数字输入，是采集和处理部分分离的采集系统，这类系统的前端是数字输出的CCD器件，输出的数字化信号直接接入处理器，这种采集结构传输距离长、受外部干扰小、开发简单。经过对上述几种采集结构的分析，了解到第一种耗费计算机资源，实时性不高，不适合大量数据的实时处理；第二种是基于母板的二次开发，仍然受到一定的限制；第三种处理结构是为线阵CCD器件专门设计的处理系统，用户接口考虑到与相机积分时间同步，采用LVDS格式的数据串行传输，开发相对简单、成本低，因此，我们采用第三种数据采集结构。

单片机采集到的信号含有复杂的噪声，首先需要对信号进行滤波和平滑处理，剔除噪声和斜置判别等处理。这些算法在单片机上均可以实现，最后将计算得到的尺寸参数通过RS232协议送上位机进行显示，达到在线检测的目的。

参考文献：

[1] 王庆有. 《图像传感器应用技术》. 2003年9月第1版.北京：电子工业出版社，2003年.

[2] 林伸茂. 《8051单片机彻底研究入门篇》.2007年5月第1版. 北京：中国电力出版社，2007年.

光电检测技术论文篇10

光电信息技术是将光学技术、电子技术、计算机技术以及材料技术相结合而形成的一门高新技术。光电测试技术是光电信息技术的主要技术之一，它以其非接触、高精度、高速度、实时等特点，成为现代检测技术最重要的手段和方法之一 [1]。《光电技术》课程主要介绍光电检测技术的基本原理、器件、方法等。因此，该课程也成了相关理、工科专业学生必须掌握的一门课程。学习和掌握这门课程对于提高学生素质和培养分析能力、创新能力都有重要意义。但该课程涉及的内容多，知识面很广[2]，肩负着相关理工专业从基础转向专业应用的传承作用。为了适应光电信息技术的迅速发展对光电信息技术人才的需求迅速增加的发展趋势，河南大学物理与电子学院开设了《光电技术》这门课程，然而如何培养学生适应社会发展需要，使其具有独立思考和创新思维，是专业课程教学改革中重点思考的问题之一。本文结合自己的教学经验和他人的先进成果，广泛搜集学生的反馈意见，对该课程的教学改革进行有益的探索。

一、《光电技术》课教学过程中存在的问题

（一）杂而滞后的教材内容

根据王启明院士等提出的“现代信息技术发展”的观点[3]，将光电技术定义为“研究光电信息系统中光和电信号的形成、传输、采集、变换及处理方法的技术学科”。单从光电测试系统（图1）来说，其不仅与高等数学、普通物理、化学等基础课程及电工学、工程力学、电子线路等专业基础课密切相关，而且课程中所讲述的各种传感器知识还涉及到材料知识、力学知识和电学知识。另外，检测技术与自动控制理论也结合得十分紧密。在课堂教学中很难找到像大学物理、原子物理、电动力学等课程那样的经过数十载锤炼出来的经典教材。另外，随着大规模集成电路、材料科学和微机械加工技术的快速发展，各种新型的光电探测器和与之相对应的检测技术也发展的非常迅猛。而教材的更新相对较慢，选用的教材不能跟上传感器当前的发展趋势。

（二）枯燥的教学方式

教学方式单一，以教师课堂讲授为主，学生被动接受。不能发挥学生学习的积极性和主观能动性，授课效果和学习效果不佳。

（三）贫乏的实践环节

目前的课程体系中，实验实践环节偏少，对学生综合应用能力培养和锻炼的综合性实验更少，教学方式不够完善，对学生理论联系实际能力的培养不利。

以上问题的存在不适应国家对应用型人才的培养目标。光电技术在发展，招生规模在扩大，与时俱进，从实际需要出发，我们必须对课程进行教学改革，使教学方法和教学内容都能紧跟信息时代的要求。

二、光电技术课程的教学改革

（一）立足信息技术前沿，更新课程知识结构体系

以我们学院选用的浙江大学缪家鼎等人编写的《光电技术》为例，教材内容涉及多而且分散，缺乏系统性和连续性，其中对原理的叙述多，典型应用和设计介绍少；传统光电器件多，新型器件少；简单应用多，新领域综合应用少；总之内容显得老化，跟不上当前的科技发展。光电检测技术是多学科交叉而形成的一门新兴技术，在工程实践中，它始终呈现高速发展态势，不断有新的器件、新的检测方法、新的应用领域问世。这些因素决定了课程内容的动态变化性和学科延展性。针对该学科的这些鲜明特点，课题组首先对课程主线结构进行优化，建立了光电技术课程的结构“大树”如图2所示。即以光辐射源和半导体物理基础作为基础理论教学内容，它们作为光电技术这棵大树的根基，为光电技术课程的学习提供给养；以光电信号的转换和处理为主干教学内容，它通过光信号的变换、光电信号变换和电学信号的变换等原理为各个光电器件的应用输送养分，根据这一环节可以给出各个器件的特性参数，从而为器件的实际应用提供准则；以典型光电器件的分析和设计升华教学内容，针对不同的器件还有其独特的性能及应用领域根据学生的兴趣展开专题课堂讨论，使现代光电系统硕果纷呈。其次，课程从各个单元上配合主线结构，也按照光电信息系统的特点进行“裁剪”和“重缝”。 我们以“立足教材，跟踪发展”为指导思想，授课过程中删除了陈旧过时的内容，在讲授教材基本内容的同时，收集补充了光电技术相关学术期刊杂志、书籍；国内外光电探测器件知名厂家、近年新型光电探测器件、新型光电信号检测技术和方法以及各类光电探测器件的最新进展和应用情况等。同时利用校内外专家教授和他们的研究生在科研中获得的光电技术的先进理念、现代观点及解决的问题的方式方法充实课堂教学，实现课程内容现代化，收到了良好教学的效果。

（二）运用科学的现代化教学手段，不断提高教学质量

1、研究型课堂教学方法的探索，实现课堂教学模式多样化。光电技术的动态变化性和学科前瞻性，要求教师必须积累有丰富的工程实践经验和多学科知识整合能力，仅靠课堂教学难以达到对整个课程的综合应用水平，必须探索多渠道教学方式，倡导将能力培养深入到日常教学活动中，达到“宽基础，重能力”的教学目的。采取课上讲授、课堂提问和讨论的启发式和开放型教学模式，提高学生主动学习的兴趣。充分利用网络学堂。将电子版讲稿、教材、相关专题内容在网上，便利学生使用和学习。对于一些学科前沿问题开展课堂讨论。让学生课外查资料，在充分准备的基础上，开展课堂讨论。教师对学生的讨论适时进行引导。布置学生写章节学习总结和小论文。通过小论文的写作，可以拓宽学生的知识面，了解国际上与本学科相关领域的最新科技动态。

2、针对光电技术课程涉及的图表多、信息量大等特点，在多媒体课件设计时主要体现课程教学内容的主线、重要概念和结论以及为加深学生理解的图片、Flash动画和音像资料等，而概念的讲授、理论公式的推导等仍以传统的板书方式，即“品型”窗口的多媒体辅助教学模式。就像多画面电视机那样，在主画面上开一个又一个窗口，窗口起到浏览辅助信息的作用。此外，还充分利用人眼生理视觉特性[4]，合理设计Powerpoint文稿的背景和字体的种类、大小、颜色及行距等，提高屏幕信息显示效果。如对半导体能带理论，学生常会觉得很抽象，难理解，故除在课堂讲授中增加图形、图像、动画、声音等形象的多媒体教学手段外，通过板书例题可检验学生对其认识深度，再根据作业题中曝露的问题进行有针对性的补充解释，效果非常有效。教学实践表明，授课用“品型窗”的方法，教学结构简洁，重点突出，概念明确，教学效果良好。

（三）“以培养学生实践能力、创新能力为核心”的实验教学改革，适当引进科研成果

自从1999年我国高校开始扩招以来，高等教育逐步从过去的“精英化”向“大众化”过渡并逐渐形成“大众化”的高等教育格局。国家统计局威海调查队于近日举行了“大学生就业情况如何？”专题问卷调查。结果显示，专科生就业率高出本科生39个百分点。本科生求职的最大困难是“缺乏工作经验，不会推销自己”，因此培养实用型人才是当前本科教育的目标之一，实践性环节在教学过程中起着不可替代的作用。为了突出实践教学，培养学生的知识应用能力，让学生“消化理论，发展能力”，课题组大胆探索，进行“以培养学生实践能力、创新能力为核心”的实验教学改革。为了适应社会经济发展对人才的需求，本着“强化动手、突出创新、开放教学、资源共享”的原则，物理与电子学院组建了河南大学实训教学中心，为学生电子竞赛和挑战杯等高校创新、创业大赛及学生科技制作活动提供场地和平台。我们根据学生特点，采取分层次培养，一般学生注重基本能力的培养，而学有余力的学生则注重创新能力的培养。教学中将实验分为三大类，首先是基础与验证型实验，其目的是验证、证明、巩固、掌握基本教学内容，例如光功率、光照度、发光强度、光谱特性等，通过实验强化认识。其次是设计与综合型实验，其目的是以“任务”或“课题”形式提出实验要求，综合使用知识来设计、开发完成项目，培养学生综合应用和自学能力。比如光电倍增管和CCD器件的原理及应用；再者是研究与创新型实验，以自选/自带的独立研究形式为实验要求，重在培养研究能力和创新意识。比如利用光电器件组建的表面光电压谱仪，紫外、可见、近红外分光光度仪，电致发光谱仪等对晶体样品进行测试并对测试结果进行理论的分析。该实验过程有助于培养学生查阅资料、思考以及创新的能力.熟悉科学研究的思路和方法，掌握这些光电器件的使用方法和注意事项。由于课程实验与教学内容同步进行，对加深基本概念的理解、强化基本能力的训练起到了良好的促进作用。

《光电技术》课程的实验设备要求不同于传统的经典实验，具有很强的时代气息。 实验所用的核心器件，如光电倍增管、像增强器、雪崩光电二极管等光辐射探测器不仅价格昂贵、维护严格，而且发展更新也很快。在这种情况下，如果能把教学和科研很好地结合起来，突破教学大纲，用科研项目的部分内容补充或扩展教学大纲内容，充分利用科研仪器设备为学生开设实验，那么学生在掌握理论的基础上，内容就可以跟上当前的新技术，形成教学内容对新技术的快速反应，充分反映该相关领域的发展趋势，另一方面使课程的基本理论体系与实际应用的结合更为紧密，使整个课程的教学体系更为完善和统一，增强课程的实用感。最后还有利于启迪学生思维，激发对课程的学习兴趣，逐步培养学生独立分析和解决实际问题的能力，同时还有助于提高学生的科研素质和能力。

三、结束语

教学是艺术和科学的有机结合，课堂是教学艺术的舞台。在教学中，把教学内容和人才培养紧密结合是教师孜孜不倦的追求。我们的教育是用昨天的知识，培养今天的人才，而要应对的是明天的挑战。所以，我们的课程教学改革从实际需要出发，立足于本专业，教学方法和实验内容都紧跟时代要求，教学过程中有意识地将改革贯穿到教学实践的每一个环节，使教学改革取得了显著实效。

参考文献

[1]杨常松，陈海秀，李远禄.光电测试技术教学改革的探讨[J].科技信息(博士专家论坛)，2009，7-7.

光电检测技术论文篇11

中图分类号:G420 文献标识码:A 文章编号:1006-723X(2012)07-0186-03

光学测量作为光电检测技术专业重要的职业能力课程，也是本专业的核心专业课程，在学生职业能力的培养过程中发挥了重要的作用。通过对本课程学习，可有效培养学生从事光学加工、检测工作岗位的职业技能和实际动手能力，建立较为坚实的理论知识基础，并可为学生的能力提升和职业发展奠定良好的基础，故列为学校首批教学模式改革课程。根据市场需求与专业设置情况，教材作为一项重要的指导性教学资源首当其冲地必须进行理实一体化建设。

一、已有教材与职业教育培养模式间的差距

已有的光学测量类教材主要从光干涉测量、激光全息测量、散斑测量技术、激光衍射测量、莫尔条纹技术、激光多普勒等高新技术讲授现代测量技术，它的特色是测量手段非接触、测量精度高、速度快、信息容量大、效率高。现有教材主要培养目标为较强的科研能力养成，以本科教材为主。

高等职业教育则是以培养高素质技能型人才为主，光电检测技术专业的人才培养要求是：掌握开展岗位职业工作必需的基础理论、基本知识；能熟练操作相关岗位的常用生产设备，并能独立进行生产工作，初步具备从事生产现场工艺工作的能力；具有解决本专业一般工程技术问题的实际能力。光学测量课程在教学过程中以坚持培养学生的职业技能为主，着力提高学生的实际动手能力和科学地分析问题、解决问题的能力，教学方法以“理实一体”为主，大力加强实践教学的力度。理论教学为职业技能的培养服务，本着“实用、够用”的原则，重点满足科学地分析、解决问题的需要，满足学生职业能力提高的需要。

如此相比较，现有教材对光电检测技术专业高职人才培养目标的达成存在明显的不足：(1)缺乏相关的高职教材；(2)现有教材缺乏与岗位培养目的的对接，在教学内容中没有体现企业需要的工作任务；(3)现有教材缺乏与职业标准的对接，在教学内容中没有体现相关技能培养要求。

二、教材建设研究与设计

教材编写只是教材建设中的实施环节，在教材编写前必须谋定而后动，确定整个操作流程以保证教材的内容符合既定目标，并确保编写质量。图1所示为《光学测量技术》理实一体化教材建设过程框图：

(一)以企业调研为出发点，确定教材的编写理念，进行工作项目设定

“源于企业、置根企业、依托企业、服务企业”是本专业的特色之一，由于本专业脱胎于企业职工大学，具有“校企合作”办学的优良传统。在建设过程中，先后与云南北方光电、云南鑫圆锗业（上市公司）等多家企业签订了校企合作协议，其中云南北方光电仪器有限公司于2008年被评为云南省示范性校外实训基地。“校企合作”办学在专业建设各方面都取得了较显著的成果,并成立了以企业技术专家为主体的专业建设指导委员会，全面指导并参与了专业建设的各方面工作。

经广泛调研、分析光学测量工作的技能要求和技能标准，并认真听取了专业建设指导委员会意见后确定本教材的编写理念是：以项目为载体，以任务驱动模式为指导思想，将项目作为主线划分教学单元。在教材内容的安排上，基础理论知识、仪器工作原理围绕着所要完成的项目任务进行取舍，强调理论和实践的有机融合。在教材建设队伍中，邀请企业长期从事光学检测技术工作、科研的专家参与教材编写，能够更好地保证教材编写理念的实现。精选了光学企业常用的十七个典型工作项目，如图2所示。

（二）教材结构分析

在课程结构上首先确定了大的框架：以精选的十七个检测项目为典型工作项目，分为十七个模块。再将每个工作项目分解成不同阶段任务，如图3所示（以球面曲率半径测量项目为例）。在教学设计中理论和实际同步进行，可以很好地掌握必需的理论知识和设备的使用、所需数据的测量。当每个阶段的任务完成后，也就达到了该工作项目所要求的学习目标（应知、应会）。

（三）实训条件强有力的支撑

光电检测技术专业已建成支撑本专业人才培养工作的相关理实一体化实训室，实训室除了拥有常用光学测量仪器，还有部分先进的光学检测设备。校光机电实训中心利用国防科工委项目配备了较先进的光学检测设备和仪器，基本可满足学生的生产性实习及学生专业职业能力的培养，并可对学生进行相关职业技能的培训和等级考试。与本专业签订合作协议的多家企业为实践教学提供了良好的校外实训条件，深化了“工学结合、校企合作”，使学生岗位技能和职业能力的培养得到了充分保证，取得了较好的效果。

三、教材特色与创新

光学测量课程的教材一直以自编讲义为主，到目前已经经过三次改编。此次经过近一年的再建设，项目驱动的理实一体化教材《光学测量技术》已正式出版使用。该教材真正体现了以下创新和特色：（1）填补了高职高专光学测量技术教材建设的空白；（2）在编写态度、项目选择、实施要求等方面都体现了 “国防精神、军工标准”的办学特色；（3）以光学检验中常用测量仪器的使用为主线，将各项目中的理论知识融合到任务教学过程中，按照企业光学测量过程，以真实测量情景来组织实现理实一体化课程体系，达到学中做，做中学；（4）以培养学生在光学检验上的技能为主，依据光学测量工作岗位要求，并参照相应的军工标准组织教材编写，充分体现了高等职业教育特点；（5）在内容选材方面，一方面考虑现有较成熟的工艺过程，同时兼顾部分先进的检测技术，具有较好的实用性和前瞻性。

光电检测技术论文篇12

中图分类号： th186 文献标识码： b 文章编号： 1009-8631（2013）01-0041-01

1 引言

检测技术是现代制造业的基础技术之一，是保证产品质量的关键。随着现代制造业的发展，许多传统的检测技术已不能满足其需要，表现在：现代制造产品种类有很大的扩充，现代制造强调实时、在线、非接触检测，现代产品的制造精度大大提高。现代加工工业正在向高速、精密、自动化、大批量生产的方向发展，传统的制造技术及生产管理模式正发生巨大变革。目前，在工业发达的国家里，一般工厂能稳定掌握lum的加工精度，通常将加工精度在0.1-lum的加工方法称为精密加工，而将0.lum的加工方法称为超精密加工。由于精密加工和超精密加工技术是固体电子元件、航天机械、激光用光学元件、核聚变装置零件等加工的主要技术，许多工业发达国家都极为重视精密和超精密加工技术的发展。在我国，精密加工与超精密加工技术越来越受到重视，同时，制造过程中的自动化与高速化程度也越来越得到提高，这就要求与之相适应的高精度、高速度的自动化检测设备和先进的检测手段。我国机械行业中测量技术大部分限于静态测量，缺乏动态检测技术，尤其在大、微、特殊形状、特殊位置的测试上与国际先进水平相差较大。

2 常用的检测基本形式

2.1手工检测技术。手工检测是使用千分尺、卡尺等常规量具、量仪人工校正测量，其效率低下，精度容易受到人为因素的影响，而且还导致了宝贵的机床机时的浪费，影响机床的利用及产品的加工质量。

2.2离线检测技术。加工工序之间、加工完成之后，将工件从机床上取下，利用其它检测设备（如三坐标测量机）进行检测。该方法一方面所采用的检测设备投资较大，由于我国大部分企业财力有限，因而难以具备高精度检测设备，这就给企业带来许多不变。另一方面，工件的多次装夹降低了生产效率，增加了重复定位误差，给生产和检测带来了诸多不变。

2.3 在线检测技术。通过为机床配备一个触发式测头以及相应的检测宏程序，构成机床在线检测系统。该技术将加工和检测集成在一起，实现了加工过程中的自动检测，是一项很有发展潜力的检测技术。

3 在线检测技术的优势及发展方向

3.1检测技术的发展历程。自然科学是人类认识世界和改造世界的强有力的武器，而自然科学的产生与发展都离不开测量。元素周期表的发明者门捷列夫说过：从开始有测量的时候起，才开始有科学。没有测量，精密科学就没有意义。新的测量方法标志着真正的进步，测试技术的水平是衡量一个国家科学技术水平的重要标志之十八世纪末期，由于欧洲工业的发展，要求统一长度单位。经过一百年的变迁，在1889年第一届国际计量大会上，规定了铂铱合金制成的具有刻线的基准尺（含铂90%，铱10%）作为国际米原器。1960年第十一届国际计量大会规定了采用x86在真空中的波长定义米。随着激光技术的发展，光速测量精确度的提高，现已用光速来定义米，即米是平面电磁波在真空中1/2997924585内所行进的距离。伴随着长度基准的发展，几何量测量器具也在不断改进。在十九世纪中叶以前，机械制造业中的主要测量工具是钢板刻线尺，测量精度为11nrn。机械式测量器具，如游标卡尺和千分尺的出现，将测量精度提高到了0.01～1nrn。测量实现了检测的自动化，是一种基于计算机自动控制的在线检测技术。随着数控机床在生产中的广泛应用，在线检测技术将会成为一项很有发展前景的技术。在线检测是一个动态测试过程。动态测试的工作条件和工作环境比静态测试要恶劣得多，而对测试技术的要求则很高，涉及到如传感器技术、通信技术、自动控制技术及计算机应用技术等多学科、多技术领域，同时也需建立新的测试理论和测试方法。国内外从事精密计量的学者、专家自七十年代后期开始进行研究，对其测试方法、评定准则、评定理论提出了自己的看法，并建立了数学模型、理论研究日臻完善和成熟。

3.2在线检测技术的优势。在线检测技术的发展为数控加工过程的质量检测提高了一套行之有效的方法。数控机床目前广泛应用的是触

发式测头，具有价格低、可靠性强、自身精度高等特点。加工与检测在同一台设备上完成，避免了多次装夹、重复定位精度差及辅助时间长等问题。更为重要的是，其检测过程由数控程序来控制，械的空气轴承的回转精度，在半径方向为0.02um，轴向为0.02um；德国perthometerssp及英国talysuris轮廓计可测粗糙度等各种参数，测量结果数字显示并可绘图记录，显示范围为0.001-125um[4]，国内生产的轮廓仪可测量参数较少，最高测到 ra0.05-0.025um；德国克林贝格公司制造的pnc65型齿轮测量中心，可适应din，agma，150及自定义的评定标准，该机是直接在机上自动校调三维测头，使测量元件绝对位置精确，具有较高的机械精度和良好的稳定性。由此可见，我国在测量方面综合利用新技术、新原理、新方法上不如先进的国家，为了赶超国际先进水平，我国的不少科研机构和院校都在积极地探索先进的检测原理和方法，如由天津大学和南京依维柯汽车有限公司联合研制的依维柯白车身三维激光视觉检测系统，采用激光技术、ccd技术，利用基于三角法的主动和被动视觉检测技术实现被测点三维坐标尺寸的准确测量，其性能指标达到国际先进水平。

3.3目前国内外在线检测技术发展的主要方向。第一，在线检测系统的研究。从单参数检测向多参数综合检测；从单机检测向全生产线以及全车间全厂的在线检测，从单纯检测向检测与控制的闭环系统，从应用于大批量生产向应用于中小批量生产的柔性检测系统发展； 第二，微机化智能化。采用微机智能功能来保证在线检测系统能满足生产线上各种参数变化及外界条件干扰时，系统能迅速适应变化和排除干扰；第三，在线检测系统的可靠性。生产线要求长期连续运行，因此要求从可靠性设计开始，保证元器件制造、调试安装各环节的可靠性，并在系统中加入故障自检自诊断功能，从而提高在线检测系统的可靠度；第四，在线检测装置产业化。使装置模块化、通用化、标准化，以利于降低成本，推广应用。我国的在线检测技术，特别是光学、光电在线检测的应用，虽然起步较晚，但是随着光机电一体化仪器和装置及光电技术、计算技术的发展，在线检测技术已获得重大进展。采用微电子技术装备及改造新、老机床设备是当今科学技术发展的趋势，是用新技术改造传统工业的主攻方向，也是符合我国国情的一项有力措施。我国金属切削机床的拥有量已超过300万台，在数量上居世界第二位，但其技术状态很差，老机床、普通机床多，高效、精密机床少。作为工业生产过程中最重要生产手段的机床设备处于这种状况则难以提高产品质量、劳动生产效率和经济效益。因此利用在线检测技术可在现有的设备上提高产品的质量，提高生产率。