時間：2023-06-05 09:54:34
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇光電檢測技術(shù)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：光電檢測技術(shù)；精密測量技術(shù)
中圖分類號：TN247文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：
1.概論
世界已進(jìn)入信息時代，人們在利用信息的過程中，首先要解決的就是獲取可靠的信息，因此傳感器技術(shù)越來越受到人們的重視。而隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，傳感器所要面向的應(yīng)用范圍從納米尺度到天文尺度兩段都在不斷擴(kuò)展，精密測量技術(shù)已經(jīng)得到了越來越多的研究和重視，這就使得作為現(xiàn)代精密測量的核心技術(shù)的光電檢測技術(shù)的重要性與日俱增，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的檢測方法已經(jīng)無法滿足這些工作條件下的特殊要求。因此，光電檢測技術(shù)的教學(xué)和研究已越來越受到國內(nèi)為高等院校、科研機(jī)構(gòu)和相關(guān)企業(yè)的重視。
現(xiàn)在一起科學(xué)技術(shù)是機(jī)械、光學(xué)、電學(xué)、計(jì)算機(jī)以及控制技術(shù)的綜合化，光、機(jī)、電、算一體化已經(jīng)成為儀器發(fā)展的趨勢。傳感器的微型化、納米技術(shù)的發(fā)展，也對現(xiàn)代精密測量技術(shù)提出了越來越高的要求。在這種情況下，光電檢測技術(shù)的重要性越來越明顯。然而，在目前的測控技術(shù)月儀器體系中，光電檢測技術(shù)的重要性并沒有得到足夠的重視。本文首先介紹了現(xiàn)代精密測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，隨之介紹了光電檢測技術(shù)的基本內(nèi)容及其面臨的問題，最后提出應(yīng)當(dāng)突出光電檢測技術(shù)的重要性，使之在測控技術(shù)與儀器專業(yè)體系中占有重要地位，這對培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和前瞻意識的高素質(zhì)人才具有良好的促進(jìn)作用。
2.現(xiàn)代精密測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
現(xiàn)代精密測量技術(shù)是一門集光學(xué)、電子、傳感器、圖像、制造機(jī)計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的綜合叉學(xué)科，涉及廣泛的學(xué)科領(lǐng)域，它的發(fā)展需要眾多相關(guān)學(xué)科的支持。在現(xiàn)代工業(yè)制造技術(shù)和科學(xué)研究中，測量儀器具有精密化、集成化、智能化的發(fā)展趨勢。
科學(xué)技術(shù)向微小領(lǐng)域發(fā)展，由毫米級、微米級繼而涉足到納米技術(shù)，即微/納米技術(shù)。微/納米技術(shù)研究和探測物質(zhì)結(jié)構(gòu)的功能尺寸與分辨能力達(dá)到微米至納米級尺度，使人類在改造自然方面深入原子、分子級納米層次。
納米級加工技術(shù)可分為加工精度和加工尺度兩方面。加工精度由本世紀(jì)初的最高精度微米級發(fā)展到現(xiàn)在的幾個納米數(shù)量級。金剛石車床加工的超精密衍射光柵精度已達(dá)1nm，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)可以制作10nm以下的線、柱、槽。
在這一大背景下，傳統(tǒng)的測量方式已經(jīng)很難發(fā)揮大的作用。因此，與精密測量技術(shù)的發(fā)展需求相對應(yīng)，光電檢測技術(shù)得到了越來越多的重視和應(yīng)用。由于光電檢測技術(shù)在工業(yè)測控、精密測量和計(jì)量方面的重要作用，特別是隨著社會對產(chǎn)品質(zhì)量意識的逐步提高。
3.測控技術(shù)與以其專業(yè)及其只是結(jié)構(gòu)組成
測控技術(shù)與儀器技術(shù)隸屬于信息技術(shù)領(lǐng)域的儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科，其內(nèi)容主要涉及測量控制與儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)尤其是電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，測量控制欲儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域也發(fā)生了很大的變化。其自身結(jié)構(gòu)已從單純機(jī)械結(jié)構(gòu)或機(jī)電結(jié)合或機(jī)光電結(jié)合的結(jié)構(gòu)發(fā)展成為集傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、現(xiàn)代光學(xué)、精密機(jī)械等多種高新技術(shù)于一身的系統(tǒng)，其用途也從單純數(shù)據(jù)采集發(fā)展為集數(shù)據(jù)采集、信號傳輸、信號處理以及控制為一體的測控國產(chǎn)。特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)、微納米技術(shù)的發(fā)展，測量控制與儀器儀表呈現(xiàn)出虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化和微型化的發(fā)展趨勢，從而使儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的多學(xué)科綜合及多系統(tǒng)集成的屬性越來越明顯。
由此可見，測控技術(shù)與儀器專業(yè)的學(xué)生其知識面必須比較寬，橫跨了傳感器、通訊、控制、計(jì)算機(jī)等多方面的內(nèi)容。
光電檢測技術(shù)的簡介
技術(shù)的業(yè)務(wù)培養(yǎng)目標(biāo)是：培養(yǎng)具備精密儀器設(shè)計(jì)制造以及測量與控制方面基礎(chǔ)知識與應(yīng)用能力，能在國民經(jīng)濟(jì)各個部門從事測量與控制領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)技術(shù)、儀器與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造、科技開發(fā)、應(yīng)用研究、運(yùn)行管理等方面的高級工程技術(shù)人才。
技術(shù)的業(yè)務(wù)培養(yǎng)要求是：主要學(xué)習(xí)精密儀器的光學(xué)、機(jī)械與電子學(xué)基礎(chǔ)理論、測量與孔子理論和有關(guān)測控儀器的設(shè)計(jì)方法，手奧現(xiàn)代測控技術(shù)和儀器應(yīng)用的訓(xùn)練，具有本專業(yè)測控技術(shù)及儀器系統(tǒng)的應(yīng)用級設(shè)計(jì)開發(fā)能力。
光電檢測技術(shù)的基本內(nèi)容及其面臨的問題
光電檢測技術(shù)是測控技術(shù)與儀器專業(yè)能使技術(shù)人員了解和掌握光電轉(zhuǎn)換的基本原理及光電檢測技術(shù)所必須的各種知識，了解和掌握常用光電測量方法及常用測量儀器的使用，具備進(jìn)行各種基本光電測量所需技能和設(shè)計(jì)簡單光電檢測電路的能力。
光電檢測技術(shù)基本內(nèi)容包括三方面的內(nèi)容。
掌握與光電技術(shù)有關(guān)的基礎(chǔ)知識、基本原理和基礎(chǔ)效應(yīng)。如：陰極光電效應(yīng)，半導(dǎo)體光電效應(yīng)，PN結(jié)的光電效應(yīng)：光電池及光電二三極管工作原理，光電成像原理，CCD工作原理，直接檢測的典型光路。
理解光電技術(shù)的基本應(yīng)用。了解常用光電器件如光電培正管、攝像管、CCD器件、光電池、光電二三極管等的特性參數(shù)。了解基本光電檢測系統(tǒng)的主要參數(shù)。
了解光電檢測的基本方法及光電檢測電路的設(shè)計(jì)思想。了解光電技術(shù)的發(fā)展及廣泛應(yīng)用。掌握各種基本光電檢測方法的有關(guān)技術(shù)。
6.光電檢測技術(shù)在測控技術(shù)與儀器專業(yè)體系中的作用
綜上所述，《光電檢測技術(shù)》課程在測量控制與儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域的重要性在不斷增加。然而，在目前的測控技術(shù)與儀器專業(yè)課程體系中，《光電檢測技術(shù)》課程的重要性并沒有得到足夠的重視。因此，我們需要對《光電檢測技術(shù)》在測控技術(shù)與儀器專業(yè)課程體系中的作用進(jìn)行重新認(rèn)識。
光電檢測技術(shù)在測控技術(shù)與儀器專業(yè)課程體系中的作用可以概括為四個字：承前啟后。“承前”是指光電檢測技術(shù)是傳感器技術(shù)、工程光學(xué)、測控電路等內(nèi)容的深入和拓展，“啟后”則是指光電檢測技術(shù)的內(nèi)容是后續(xù)如光電儀器設(shè)計(jì)、智能儀器設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的重要知識基礎(chǔ)。沒有對光電檢測技術(shù)知識的良好掌握，要實(shí)現(xiàn)對各種現(xiàn)代精密測量技術(shù)的整體把握、實(shí)現(xiàn)符合要求的具有良好性能價(jià)格比的精密測量系統(tǒng)是不可能的。
7.結(jié)束語
因此，本文認(rèn)為，在測控技術(shù)與儀器技術(shù)學(xué)習(xí)中，應(yīng)當(dāng)突出光電檢測技術(shù)的重要性，在實(shí)驗(yàn)設(shè)備、授課學(xué)時、人員配置、科研技術(shù)等方面予以重點(diǎn)支持，使之在測控技術(shù)與儀器專業(yè)課程體系中占有與其在測量控制與儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域的重要性相稱的重要地位，這對于培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和前瞻意識的高素質(zhì)人才具有良好的促進(jìn)作用。
參考文獻(xiàn)：
[1] 葉聲華， 王仲， 曲興華。 精密測試技術(shù)展望。機(jī)電一體化。2001，6: 6―7.
[2] 曲興華。儀器制造技術(shù)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.
關(guān)鍵詞：微弱光信號；現(xiàn)代光電檢測技術(shù)；應(yīng)用現(xiàn)狀
1 概述
微弱光信號檢測技術(shù)及其相應(yīng)的光電檢測技術(shù)可應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如在軍事領(lǐng)域，用于隱形目標(biāo)偵查、武器制造和目標(biāo)距離檢測以及無線通信等；在工業(yè)領(lǐng)域，可用于檢測產(chǎn)品質(zhì)量、控制環(huán)境污染量及產(chǎn)品計(jì)量等方面；在化學(xué)分析領(lǐng)域，可用于鑒定物質(zhì)結(jié)構(gòu)、檢測分析藥物成分等：在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可用于分析醫(yī)學(xué)電子圖像，通過回測微弱信號檢測疾病等[1]。微弱光信號檢測技術(shù)的研究意義重大。
2 微弱光信號檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀
對于微弱光信號檢測來說，其難點(diǎn)在于微弱信號采集部分的設(shè)計(jì)以及轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)。近些年來，隨著現(xiàn)代光電技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于微弱光信號的檢測、采集與處理技術(shù)的研究也取得巨大發(fā)展。在采集檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方面，眾多學(xué)者從不同角度進(jìn)行了嘗試和探索。
如采通過在信號處理電路中設(shè)置信號通道和參考通道方式，利用微處理器將廣義白噪聲濾除，開發(fā)出“BHJ-400”型紅外測溫儀。該紅外測溫設(shè)備即使在強(qiáng)噪聲的背景下也能實(shí)現(xiàn)對微弱光的檢測[2]；文獻(xiàn)[3]基于信號的相關(guān)性原理，設(shè)計(jì)一鎖相放大器并用于檢測微弱光信號的測量系統(tǒng)中。從而研制出紅外多光譜輻射溫度測量系統(tǒng)，同時采用將方法與函數(shù)模型法相結(jié)合并根據(jù)自動化原理設(shè)計(jì)出雙向反射分布函數(shù)自動測量系統(tǒng)[3]；采用在同一測量裝置上集成非接觸式光學(xué)成像CCD傳感器和接觸式光纖傳感器方式測量工件的孔徑，由于測量技術(shù)的科學(xué)先進(jìn)性，該測量設(shè)備的測量精度可以達(dá)微米級[4]；文獻(xiàn)[5]以采用高精度運(yùn)算放大器及FLASH型芯片核心進(jìn)行硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其測量輸出光功率的穩(wěn)定度可達(dá)±0.01nW，有效實(shí)現(xiàn)了在光纖通訊領(lǐng)域中對傳輸終端的微弱光信號功率的高精度測量[5]。
可以看出現(xiàn)有方法多數(shù)基于相關(guān)檢測原理設(shè)計(jì)鎖相放大器，實(shí)現(xiàn)對微弱光信號的檢測。然而這類方法都有實(shí)現(xiàn)成本高、流程和結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜等不足。尋找一種精度較高、成本較低且結(jié)構(gòu)簡單的微弱光信號檢測系統(tǒng)十分必要。近期許多學(xué)者提出了一些改進(jìn)的檢測方法，取得了較好檢測效果。
如文獻(xiàn)[6]對傳統(tǒng)的全部采用專用集成電路來檢測微弱光信號的方法進(jìn)行改造，將傳統(tǒng)方法中不能適用于多變場合的缺點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。該系統(tǒng)采用部分集成電路與相對分立元件相結(jié)合的方式形成兩種放大器，系統(tǒng)中的光電轉(zhuǎn)換電路以低輸入偏置電流放大器AD549 為主。實(shí)驗(yàn)證明，分立電路既保留了傳統(tǒng)檢測系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且具有可操作性強(qiáng)和測量方式多變等優(yōu)點(diǎn)[6]。文獻(xiàn)[7]采用S2387系列光電二極管，結(jié)合多級放大路與T型反饋電阻網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了一種放大倍率可編程的微弱光強(qiáng)信號采樣電路。基于對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，通過對前后級放大倍數(shù)的合理分配，實(shí)現(xiàn)對光強(qiáng)或波長變化比較大的微弱光信號的最優(yōu)放大，使得到的圖像波形更加便于分析、研究。同時該電路兼顧了提高響應(yīng)速度與降低噪聲的要求，簡潔可靠，測量精度高[7]。文獻(xiàn)[8]通過設(shè)計(jì)下位機(jī)將待測光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大和濾波等處理，下位機(jī)由光電轉(zhuǎn)換電路、前置放大電路、多級放大電路、有源濾波電路和數(shù)據(jù)傳輸電路構(gòu)成。通過采集卡將下位機(jī)采集到的信號送到上位機(jī)處理，提出一種自適應(yīng)窄帶功率譜濾波方法[8]。
此外，微弱光信號檢測方法的理論研究也得到了較快發(fā)展，如文獻(xiàn)[9]采用最優(yōu)混沌模型李亞普諾夫指數(shù)法定量檢測微弱光電信號幅值方法。基于最優(yōu)混沌模型，解決了傳統(tǒng)混沌方法檢測時出現(xiàn)的可檢測信噪比高、檢測閾值誤差大等問題[9]。文獻(xiàn)[10]基于相關(guān)檢測理論，設(shè)計(jì)微弱光纖陀螺信號檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對開環(huán)背景噪聲中微弱光纖陀螺信號的精確檢測[10]。文獻(xiàn)[11]基于數(shù)字正交相關(guān)檢測方法，設(shè)計(jì)用于微弱激光信號檢測的光電檢測裝置，在數(shù)字相關(guān)檢測基本原理的基礎(chǔ)上完成對光電檢測系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)開發(fā)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性[11]。
3 結(jié)束語
綜上所述，國內(nèi)外科研領(lǐng)域?qū)ξ⑷豕庑盘枡z測技術(shù)的關(guān)注度較高，為開發(fā)高精度、低成本的微弱光信號檢測裝置，進(jìn)行了探索并取得了顯著成效。另一方面眾多學(xué)者也將傳統(tǒng)集成元件檢測方法改進(jìn)以適應(yīng)不同檢測場合，促進(jìn)了微弱光信號檢測技術(shù)的發(fā)展。微弱光信號檢測技術(shù)在各個領(lǐng)域都占據(jù)著比較重要的地位，未來微弱光信號檢測技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用會越來越廣泛，同時也將向智能化、數(shù)字化方向發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]楊曉婭.微弱光信號檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2014：3-5.
[2]劉建科，張海寧，馬毅.紅外測溫中檢測強(qiáng)噪聲下微弱信號的新途徑[J].物理學(xué)報(bào)，2000，49（1）：66-67.
[3]叢大成.紅外多光譜測溫關(guān)鍵技術(shù)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2002：4-5.
[4]William G.L， Christopher S， Frank L.A， et a1.Single photon detection using Geiger modeCMOS avalanche photodiodes[C].SPIE， 2005，6013.
[5]陳永泰，徐曉東.微弱光信號功率的高精度測量技術(shù)[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28（11）：123-124.
[6]李常青，梅欣麗，明奇，等.微弱光信號檢測電路的實(shí)現(xiàn)[J].應(yīng)用光學(xué)，2010，31（5）：725-726.
[7]佘明，陳鋒，李抄，等.微弱光強(qiáng)信號采樣電路設(shè)計(jì)[J].光學(xué)儀器，2014，36（3）：254-255.
[8]董靜微.基于LabVIEW的微弱光電信號檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2013：2-5.
[9]徐艷春.基于混沌振子的微弱光電信號檢測技術(shù)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010：8-11.
[10]鄒燕，馮麗爽，張春熹，等.鎖定放大器在微弱光信號檢測中的應(yīng)用[J].電測與儀表，2005，42（11）：16-17.
（蚌埠學(xué)院 數(shù)學(xué)與物理系，安徽 蚌埠 233030）
基金項(xiàng)目：基金項(xiàng)目：專業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整服務(wù)地方發(fā)展計(jì)劃（2013zytz077）、校級大學(xué)物理團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2013jyxmo5）、蚌埠學(xué)院2015年院級科研項(xiàng)目（2015ZR17）、蚌埠學(xué)院2012年院級重點(diǎn)教研項(xiàng)目（JYLZ1205）
摘 要：較化學(xué)檢測法等傳統(tǒng)環(huán)境污染檢測方法，光學(xué)測量方法以其無可比擬的優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染物的檢測及監(jiān)測，近幾十年來發(fā)展迅速，并具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著激光技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)測量方法也隨之變革。例如激光光譜對特定氣體的檢測（LASAIR系統(tǒng)），紫外差分光學(xué)吸收光譜儀（DOAS系統(tǒng)）和傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR系統(tǒng)）等，都為這一變革提供有力的佐證。論文介紹光學(xué)顯微鏡檢測方法，光學(xué)分析方法以及光電檢測技術(shù)，重點(diǎn)分析光學(xué)顯微鏡檢測方法在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用、光學(xué)分析方法在水質(zhì)檢測領(lǐng)域的應(yīng)用、光電檢測技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用，光學(xué)測量方法的最新發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞 ：光學(xué)顯微鏡；光電檢測技術(shù)；光譜學(xué)分析法；DOAS系統(tǒng)；FTIR系統(tǒng)；LASAIR系統(tǒng)
中圖分類號：O439文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-260X（2015）08-0005-04
隨著現(xiàn)代科技的不斷更新與物質(zhì)生活的高度發(fā)達(dá)，環(huán)境污染物的排放量日益增多，人們在享受著豐富物質(zhì)生活的同時，也受到了環(huán)境污染帶來的沖擊，例如酸雨的侵害，霧霾天氣的影響，全球變暖導(dǎo)致的海平面上升等問題。傳統(tǒng)的檢測方法（如化學(xué)法），由于用時長、花費(fèi)高、操作復(fù)雜，需要各個部門相互協(xié)作，甚至在檢測時都可能會產(chǎn)生環(huán)境污染物，越來越受到抵制。而光學(xué)測量方法在環(huán)境檢測方面，更能有效地避免這些弊端的產(chǎn)生。
在環(huán)境中，對于水質(zhì)，有關(guān)部門主要通過對水質(zhì)采樣、化驗(yàn)、分析的方法實(shí)現(xiàn)對水質(zhì)的監(jiān)控。對于水體富營養(yǎng)化的這種情況，有關(guān)部門通過光學(xué)顯微鏡直接對水體進(jìn)行觀查即可。而對于重金屬污染過的水源，往往光學(xué)顯微鏡很難直接觀測出來，還要通過物理或化學(xué)的方法使重金屬沉積，沉淀或“染色”，才有可能觀察到。但是這種方法用時長，不利于及時了解水污染的情況，而且在使重金屬沉淀的方法中，有可能又會產(chǎn)生新的污染物，樣品處理又帶來了困難。由于光學(xué)顯微鏡很難實(shí)現(xiàn)對空氣的檢測，所以在環(huán)境監(jiān)測中用處并不大。這時人們聯(lián)想到，也可以通過光的其他特性來實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的實(shí)時的監(jiān)控。而光電檢測技術(shù)（如外光譜法，激光光譜法等），人們可以直接檢測環(huán)境中的污染物，無需費(fèi)時費(fèi)力，既能實(shí)時地反映出污染物的量和濃度，又不會產(chǎn)生附加污染物，且在環(huán)境監(jiān)測中實(shí)用性很強(qiáng)。光電檢測技術(shù)利用光的光譜特性，可以在受污染的水中使用，也可以在工廠的排氣煙囪中使用，甚至可以專一地檢測某種氣體，例如，甲烷氣體，二氧化碳?xì)怏w，含硫化合物氣體等[1]。
1 光學(xué)顯微鏡檢測方法在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用
在現(xiàn)實(shí)生活中，我們最易受到水污染帶來的侵害，水體富營養(yǎng)化一直是我們關(guān)注的重大問題，而光學(xué)顯微鏡在這方面的檢測應(yīng)用極其廣泛。環(huán)境保護(hù)部門在水污染地需要將水質(zhì)進(jìn)行抽樣、化驗(yàn)、分析、觀察，這時就要用到光學(xué)顯微鏡[2]。
1.1 細(xì)菌、霉菌檢測
水體細(xì)菌含量是人們辨別水質(zhì)是否利于飲用的重要標(biāo)準(zhǔn)，如人們會對水中的大腸桿菌群檢測做一個革蘭氏染色鏡檢。
1.2 生物群落檢測
浮游植物是水域的初級生產(chǎn)者，繁殖速度很快。水體富營養(yǎng)化會促進(jìn)其繁殖能力，從而影響水質(zhì)的飲用安全。對浮游植物的檢測，離不開光學(xué)顯微鏡。光學(xué)顯微鏡直接對水質(zhì)進(jìn)行觀察監(jiān)測，每過一段時間，鏡檢跟蹤浮游植物的群落狀況，以判斷水體是否富營養(yǎng)化。
1.3 特殊物質(zhì)檢測
石棉纖維被動物體吸入肺部后，容易沉著在肺泡內(nèi)，影響動物體的呼吸，對動物體的健康影響很大。在用光學(xué)顯微鏡檢測時，必須用高倍鏡才能觀察到石棉纖維，因此，對光學(xué)顯微鏡的分辨率要求比較高。為確定肝癌細(xì)胞的使用量，需要用光學(xué)顯微鏡鏡檢肝癌細(xì)胞的復(fù)蘇狀況。
二噁英（Dioxin），是某些有害物燃燒后產(chǎn)生的脂溶性物質(zhì)，不能被生物分解，具有很強(qiáng)的危害性。利用離體肝癌細(xì)胞的EROD與二噁英的復(fù)合毒性效應(yīng)是生物學(xué)中的一種檢測方法。環(huán)境監(jiān)測部門也利用這種方法對環(huán)境中的石棉塵（石棉纖維）進(jìn)行監(jiān)測。
在受污染的水體中，培養(yǎng)魚（一般選擇生長速度快的青魚）的受精卵，在魚卵孵化過程中，使用光學(xué)顯微鏡監(jiān)測受精卵的孵出率，并觀察胚胎發(fā)育過程中畸形胎所占比重。
1.4 環(huán)境毒性測試
根據(jù)所知的生物學(xué)，單細(xì)胞藻類有很強(qiáng)的繁殖能力。可以在水體中培養(yǎng)藻類，用光學(xué)顯微鏡觀察，監(jiān)測藻類世代的生長情況和藻類種群的變化情況，判斷水體中是否存在急性的毒性物質(zhì)[3]。
2 光學(xué)分析方法在水質(zhì)檢測領(lǐng)域的應(yīng)用
物質(zhì)在吸收光波后，會在某一波段有一個吸收峰，通過分析這個波段，就可以得出該物質(zhì)的光譜特性，光學(xué)分析方法就是在此研究基礎(chǔ)上找到的一種測量方法[4]。反應(yīng)靈敏度高，檢測速度快的優(yōu)點(diǎn)是人們在采用這種光學(xué)測量方法時首要的考慮因素。某些光學(xué)分析方法，人們往往既不需要像傳統(tǒng)檢測方法一樣去使用試劑，又不需要花費(fèi)太多的精力去維護(hù)相關(guān)的儀器設(shè)備。近幾十年來，光學(xué)分析方法隨著科技的腳步，在水質(zhì)檢測方面也跨上了一個新的臺階[5]。
2.1 比色分析法
比色分析法是指利用物質(zhì)與物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)，獲得深顏色的溶液后，通過比較前后溶液的顏色深淺度來測量所含物質(zhì)濃度的方法[6]。比色分析法主要用于水質(zhì)中，有色重金屬離子的濃度檢測。但是，有些重金屬離子卻是無色的，例如一價(jià)銅離子溶液，這時可以根據(jù)其易被氧化的化學(xué)特性，將一價(jià)銅離子溶液氧化成藍(lán)色的二價(jià)銅離子溶液。比色分析法可分為目視比色分析法和光電比色分析法，兩種方法的測量原理均為朗伯－比爾（Lambert-Beer）定律。但是，目視比色分析法中，人的主觀判斷會影響未知量的測量，因此目視比色分析法準(zhǔn)確度不高。而采用分光光度法的光電比色分析法，彌補(bǔ)了主觀判斷造成的失誤，未知量的準(zhǔn)確度和靈敏度得到了提高。
通過了解，可以看出，使用比色分析法時，必須建立在顯色反應(yīng)的基礎(chǔ)上，因此對溶液離子的化學(xué)性質(zhì)要求比較高。人們可以采取目測的手段，也可以采用與離子反射或吸收波長相對應(yīng)的單色光源進(jìn)行檢測，還可以使用與高速計(jì)算機(jī)聯(lián)接的攝像頭進(jìn)行圖像綜合對比分析。利用顯色劑的不同反應(yīng)，比色分析法可被廣泛地應(yīng)用在水質(zhì)監(jiān)測方面以及測定受污染水質(zhì)中的各類污染物濃度。
2.2 紫外光譜分析法
紫外光具有波長短，能量大，透過力強(qiáng)的特點(diǎn)，利用這一特點(diǎn)，人們可以通過紫外光譜區(qū)進(jìn)行檢測。有機(jī)分子在紫外光譜區(qū)的吸收較強(qiáng)（其實(shí)就是高能量脈沖殺死了有機(jī)活性物質(zhì)），因此適用于檢測水體有機(jī)污染物。紫外光譜分析法，分為單波長法，經(jīng)過多年探索研究后，發(fā)展為雙波長法，循序漸進(jìn)到如今比較全面的全光譜法。對單波長法進(jìn)行改進(jìn)的雙波長法，在測量時，無需參比溶液即可消除混濁度的影響。全光譜法是在光譜分析儀的基礎(chǔ)上研究出的一種對待測溶液比較全面的檢測方法，包含了吸光度在全紫外光譜區(qū)所有有機(jī)污染物。
2.3 間接測定法
水質(zhì)中，對重金屬離子的濃度還有一種間接檢測方法熒光分析法[7]。顧名思義，熒光分析法就是獲取重金屬離子的熒光圖像，再通過計(jì)算機(jī)編程處理，由此間接地測量出重金屬離子的濃度。在這一過程中，需要用到與重金屬離子相匹配的試劑。
2.4 直接測定法
直接測定法省去了間接測定法中匹配試劑的過程，檢測速度有所提高，但是卻要滿足物質(zhì)本身就發(fā)射熒光（如葉綠素、水中有機(jī)物等）這一苛刻條件。不管是間接測定法還是直接測定法，都無法忽略光源的重要作用。尤其是在直接測定中，要求光源的發(fā)射光波長與物質(zhì)的吸收光波長一致。激光光源由于其得天獨(dú)厚的優(yōu)點(diǎn)（單色性好、能量集中），受到了研究人員的高度關(guān)注，激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)就是采用激光作為光源的熒光檢測技術(shù)。目前，激光光源在直接測定法中幾乎已經(jīng)取代了傳統(tǒng)光源的檢測地位。
3 光電檢測技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用
雖然光學(xué)顯微鏡在水體污染的監(jiān)測中可謂嶄露頭角，但在空氣污染物的監(jiān)測中卻顯得捉襟見肘。空氣污染物通常指以氣態(tài)形式進(jìn)入大氣層來物質(zhì)（主要是人為污染，例如含硫化合物，二氧化碳?xì)怏w等等），其對人體或生態(tài)系統(tǒng)具有很不好的效應(yīng)，例如酸雨，霧霾等等。隨著光學(xué)的發(fā)展，光電檢測技術(shù)逐步應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中，尤其在環(huán)境監(jiān)測中，以其獨(dú)特的優(yōu)勢獲得了人們的青睞。
3.1 光電檢測技術(shù)的原理
光電檢測是指利用各類光電傳感器，將被測量的物理信息轉(zhuǎn)換成光信息，再通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號，再綜合利用信息傳輸技術(shù)和計(jì)算機(jī)編程處理技術(shù)，完成信息獲取。當(dāng)光照射到物體表面時，使物體發(fā)射電子、或電導(dǎo)率發(fā)生變化、或產(chǎn)生光電動勢等。這種因光照而引起物體特性發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)光電檢測系統(tǒng)以激光、紅外、光纖等現(xiàn)代光電器件為基礎(chǔ)，對載有待測物體信號的光信息進(jìn)行處理，即通過光電檢測器件接收光信息并轉(zhuǎn)換為電信號。由輸入電路、放大濾波等電路提取待測物的信息，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器輸入計(jì)算機(jī)運(yùn)算和處理，最后提取出待測物體的幾何量或物理量等所需信息（如圖1的光電檢測系統(tǒng)）。
3.2 光電檢測系統(tǒng)在環(huán)境檢測中的應(yīng)用
光與物質(zhì)的相互作用，改變了物質(zhì)的某些物理特性。利用這種特性，制作的光電檢測系統(tǒng)可以分為兩大類：使用能覆蓋寬光譜區(qū)的寬帶光源的監(jiān)測系統(tǒng)；使用激光或窄光譜光源，因而只能覆蓋窄光譜區(qū)的監(jiān)測系統(tǒng)[8-9]。在寬帶監(jiān)測系統(tǒng)中，傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR）或紫外差分光學(xué)吸收光譜儀（Uv-DOAs，又名DOAs系統(tǒng)）測系統(tǒng)可同時監(jiān)測未知混合物中的多種化合物。通常這些化合物是包含在寬譜帶內(nèi)的，寬帶監(jiān)測系統(tǒng)能“觀察到多種化合物的存在，但分辨率不高，不能將這些化合物從復(fù)雜混合物中直接區(qū)分開來”。但是，當(dāng)寬帶監(jiān)測系統(tǒng)的分辨率低于欲觀察的光譜線中的精細(xì)結(jié)構(gòu)時，就不能觀察到真正的吸收峰，且會限制對氣體濃度值的檢測。
激光監(jiān)測系統(tǒng)由于分辨率高，掃描光譜范圍窄，所以檢測靈敏度相當(dāng)高，但是激光監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出的波長必須與被檢測化合物吸收譜線的光波長相匹配。由于激光監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出的激光波長是單色的，掃描波段被限制在極窄的范圍內(nèi)，一般情況下只能對應(yīng)的檢測出一種化合物。若檢測的是混合物，則需要另加對應(yīng)的監(jiān)測裝置。在目前的環(huán)境監(jiān)測中，寬帶監(jiān)測系統(tǒng)和激光監(jiān)測系統(tǒng)，這兩種類型的監(jiān)測裝置都有其應(yīng)用。例如，F(xiàn)TIR監(jiān)測系統(tǒng)，它可提供對企業(yè)事故中泄漏出的某些有害化合物進(jìn)行檢測。這時對所有的可能的有害化合物來說，檢測靈敏度就不如檢測范圍重要。但如果要連續(xù)實(shí)時監(jiān)測從污染源（如煙囪向大氣層中排放污染物，汽車尾氣排放的污染氣體時）釋放出的有害氣體，則監(jiān)測裝置抗其他化合物干擾的能力和高檢測靈敏度就是重要因素了，這時，激光監(jiān)測系統(tǒng)就成為了理想的監(jiān)測系統(tǒng)。激光雷達(dá)像其它激光監(jiān)測系統(tǒng)一樣，能檢測的樣品不多，但它具有空間分辨力，是迄今為止，唯一能提供空間信息技術(shù)的檢測系統(tǒng)，因此，探索污染物的發(fā)源地，激光雷達(dá)系統(tǒng)是最好的檢測系統(tǒng)。諸如高空大氣層中臭氧的消耗情況，可以使用激光雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬繪圖。使用激光雷達(dá)系統(tǒng)提供大氣層中空氣分子成分分布的垂直剖面圖，可以對大氣傳輸和擴(kuò)散過程有更透徹的了解。
DOAS系統(tǒng)可以測量多種化合物，如含氮化合物、甲醛、酚、苯、甲苯、二甲苯[10]。它的工作原理是根據(jù)光的反射定律，光源發(fā)射的光波經(jīng)過某些物質(zhì)后，經(jīng)吸收的光波與光源光波一起被反射鏡反射回來，利用計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算的能力分析光波的差異性，故而稱作差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)。調(diào)取吸收光譜數(shù)據(jù)庫中已知數(shù)據(jù)，與吸收光譜數(shù)據(jù)相比較，從而分析物質(zhì)中存在的化合物種類。
LASAIR系統(tǒng)是激光技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的高新技術(shù)[11-12]，利用激光的單色性和計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力，提高了檢測效率。可調(diào)二極管激光吸收光譜分析儀發(fā)射出的激光光波長，足以滿足吸收峰在中紅外區(qū)（320um的范圍內(nèi)）的物質(zhì)檢測，適合大多數(shù)的工業(yè)環(huán)境監(jiān)測。可調(diào)二極管激光吸收光譜儀，已在全球范圍內(nèi)有毒有害氣體的檢測上發(fā)揮了重要作用。LASAIR能測量的氣體分子包括NOx、HF、HCI、HI、NH3、C2H2、COx、H2S、CH4。但是，由于每種氣體對光波的吸收峰值不盡相同，必須要使用發(fā)射對應(yīng)吸收峰值波長的激光光源。
4 結(jié)束語
隨著時代而發(fā)展的光纖通訊和光電子信息技術(shù)被應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測中，尤其是具有體積小、壽命長和光電轉(zhuǎn)換效率高的近紅外二極管激光器[13-14]，目前已經(jīng)迅速商品化，成為了檢測空氣污染物質(zhì)的最合適光源。而調(diào)諧二極管激光吸收技術(shù)利用分子的吸收光譜單一分立吸收線這一原理，可以采樣到被檢測氣體的每種光學(xué)信息。當(dāng)激光通過被檢測氣體時，光電磁波會被吸收和散射而衰減。利用被測量物質(zhì)分子的吸收能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于物質(zhì)分子對光的散射能力，我們可以忽略掉物質(zhì)分子散射的這一衰弱影響。經(jīng)過近30年的發(fā)展，調(diào)諧二極管激光吸收技術(shù)日益成熟，被廣泛的應(yīng)用在空氣污染物質(zhì)的檢測和監(jiān)測中。隨著光譜學(xué)分析技術(shù)和激光技術(shù)的完美結(jié)合，特別是在近些年來，制作半導(dǎo)體材料和器件的工藝長足進(jìn)步的情形下，激光光譜學(xué)分析技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用越來越成熟。
紅外半導(dǎo)體激光器可以在常溫下工作，取代了傳統(tǒng)光源的地位[15]。研究結(jié)果表明，紅外半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長與很多環(huán)境污染氣體的吸收波長相同。由于紅外半導(dǎo)體激光器具有譜線窄、單頻、功率大、工作可靠的優(yōu)點(diǎn)，也為制作高質(zhì)量，高水準(zhǔn)的氣體檢測儀打下了堅(jiān)實(shí)重要的基礎(chǔ)。根據(jù)其對環(huán)境的抗干擾能力強(qiáng)，經(jīng)常不需要標(biāo)定，可直接安裝在管道上檢測等實(shí)用性的特點(diǎn)，被大量使用在工業(yè)生產(chǎn)過程中檢測污染氣體方面。
從光學(xué)顯微鏡早期在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用（主要在水質(zhì)檢測方面），到后來應(yīng)用光學(xué)分析方法監(jiān)測環(huán)境，直到現(xiàn)在人們又通過光的其他特性發(fā)明了各式各樣的監(jiān)測儀器，如：激光監(jiān)測儀（DOAS系統(tǒng)），傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR監(jiān)測系統(tǒng)）。可以說，光學(xué)測量方法是隨著光學(xué)的發(fā)展而發(fā)展變化的。隨著量子力學(xué)的發(fā)展，人們對光的認(rèn)識不僅僅只是停留在了光譜層面上，而且也通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了人們對光的本質(zhì)的假設(shè)。人們相信，現(xiàn)在我們所知的光學(xué)只是其冰山一角，光學(xué)測量方法也會隨著光學(xué)的發(fā)展而日新月異。
參考文獻(xiàn)：
（1）劉楚明.光學(xué)的發(fā)展史，應(yīng)用與展望[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2014，43（09）：700-721.
（2）水源守護(hù)者.光學(xué)顯微鏡在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用[EB/OL].（2010-7-23）[2015-4-1].http：//bbs.Instrument.com.cn/shtml/20100723/2679312/.
（3）劉允，解鑫.水體生物毒性檢測技術(shù)研究進(jìn)展綜述[J].凈水技術(shù)，2013，32（5）：5-10.
（4）李震，張金松，胡泓，宛如意.水質(zhì)檢測中的光學(xué)分析方法[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院，2014.
（5）楊開武.氣體濃度光學(xué)分析方法研究的進(jìn)展[J].光譜學(xué)與光譜分析，2000，20（2）：134-135.
（6）沈繼忱，王雪晴.基于圖像比色法的有色溶液濃度檢測方法的研究[J].光學(xué)儀器，2008，30（2）：9-12.
（7）陳國珍.熒光分析法[M].北京：科學(xué)出版社，1975（02）：236-245.
（8）李紅.國外新型環(huán)境監(jiān)測光學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2000，11（02）：356-402.
（9）耿玉珍.工業(yè)中的光學(xué)環(huán)境檢測技術(shù)[J].光電子技術(shù)與信息，1995，8（03）：34-39.
（10）美國熱電子公司.DOAS2000儀表說明書[Z].美國，1995.
（11）Schiff，H.I.MacKay，G.I.and Bechara.The use of tunable diode laser spectroscopy for atmospheric measurements[J].Air monitoring by spect roscopic techniques，1994，5：239 -333.
（12）Unisearch Associates Inc.Stack measurements of Hydrogen fluoride using the LASAIR instrument[R].America，1994，6：123-159.
（13）石媛，陳憲偉.環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究[J].科技與業(yè)，2012，32（24）：162-165.
關(guān)鍵詞 光學(xué)工程專業(yè)碩士；教學(xué)體系；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)
中圖分類號：G482 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：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，信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已從傳統(tǒng)的無線電波向光頻波段擴(kuò)展，現(xiàn)代光學(xué)工程技術(shù)已擴(kuò)展和滲透到國民經(jīng)濟(jì)和人民生活的每一個領(lǐng)域，可以預(yù)計(jì)，本世紀(jì)是光和電并存發(fā)展的時代。近年來，我國多所重點(diǎn)大學(xué)和部分普通高校相繼設(shè)立光學(xué)工程專業(yè)學(xué)位碩士點(diǎn)。根據(jù)該專業(yè)的特點(diǎn)，一般將其設(shè)置在物理學(xué)院（物理系、理學(xué)院）或電子信息學(xué)院（光電信息系、電子工程學(xué)院）。中國石油大學(xué)光學(xué)工程專業(yè)是經(jīng)教育部批準(zhǔn)，于2010年在理學(xué)院中新設(shè)置的一個碩士點(diǎn)專業(yè)。該專業(yè)旨在培養(yǎng)光學(xué)技術(shù)在石油領(lǐng)域應(yīng)用的創(chuàng)新型人才，應(yīng)用面廣、實(shí)踐性強(qiáng)。鑒于本專業(yè)大多數(shù)學(xué)生來自非石油院校，對光學(xué)技術(shù)在石油領(lǐng)域的應(yīng)用不了解不熟悉，同時缺乏相關(guān)的石油的勘探開發(fā)煉制和儲運(yùn)的背景知識，因此，建立石油領(lǐng)域相關(guān)的光與油氣實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)體系尤為重要。專業(yè)實(shí)驗(yàn)課在專業(yè)人才培養(yǎng)中，特別在提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力以及科技創(chuàng)新能力上起著至關(guān)重要的作用[1-3]。本文將研究中國石油大學(xué)光學(xué)工程專業(yè)碩士學(xué)位實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建的思路及內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)室的具體建設(shè)情況以及今后要做的工作。
1 光學(xué)工程專業(yè)碩士實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建
本專業(yè)建設(shè)初期，走訪天津大學(xué)、南開大學(xué)、北京交通大學(xué)、北京郵電大學(xué)、山東大學(xué)等兄弟院校，考察他們的專業(yè)培養(yǎng)方向、實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等。由于各校的學(xué)科優(yōu)勢與師資情況各不相同，各校的服務(wù)對象以及地理位置、招生情況也不盡相同，使得各高校在該專業(yè)的人才培養(yǎng)模式和專業(yè)方向上各有特色。在借鑒兄弟院校建設(shè)該專業(yè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)校特色，經(jīng)多次討論研究，制訂中國石油大學(xué)光學(xué)工程專業(yè)碩士的培養(yǎng)方案，在此基礎(chǔ)上，初步建立光學(xué)工程專業(yè)學(xué)位研究生教學(xué)體系。
1.1 光學(xué)工程專業(yè)碩士培養(yǎng)方向的確定
中國石油大學(xué)為教育部直屬的石油特色鮮明的全國重點(diǎn)大學(xué)，因此，人才培養(yǎng)目標(biāo)是：1）為光電類高新技術(shù)企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)培養(yǎng)優(yōu)秀人才；2）為海洋資源部門包括中海油等石油石化企業(yè)培養(yǎng)優(yōu)秀人才。
基于以上目標(biāo)，在光學(xué)工程專業(yè)碩士下設(shè)置兩個選修方向，其一是“光檢測技術(shù)”，課程設(shè)置以光電信息與檢測技術(shù)及應(yīng)用等為主，其就業(yè)面向光電高新技術(shù)企業(yè)、顯示設(shè)備制造企業(yè)，兼顧石油系統(tǒng)的測井行業(yè)；其二是“海洋光學(xué)儀器與應(yīng)用”，課程設(shè)置以海洋光學(xué)與海洋光學(xué)儀器、遙感技術(shù)與應(yīng)用、激光測量技術(shù)、軍用光電系統(tǒng)等為主，其就業(yè)面向海洋資源探測機(jī)構(gòu)，以及海洋石油勘探與開發(fā)企業(yè)和國防部門。
1.2 光學(xué)工程專業(yè)碩士實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系
根據(jù)本專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)特性，并根據(jù)學(xué)校本專業(yè)課程設(shè)置情況，該專業(yè)可分為激光原理與技術(shù)、光信息技術(shù)、光電子技術(shù)、光通信技術(shù)、光電檢測技術(shù)、光顯示與存儲技術(shù)、T赫茲光譜技術(shù)、海洋光學(xué)技術(shù)等8個方面的內(nèi)容，見圖1。專業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)體系的設(shè)立與設(shè)計(jì)圍繞這8個方面進(jìn)行，形成8個模塊的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，做到與理論教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，既服務(wù)于理論教學(xué)，又是對理論教學(xué)的補(bǔ)充和提高。
為便于管理和教學(xué)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識處理實(shí)際問題的能力，在實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)中，擬將以上8個模塊的內(nèi)容融合為4門實(shí)驗(yàn)課程：光信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)（包括信息光學(xué)技術(shù)、光通訊技術(shù)）、光電技術(shù)實(shí)驗(yàn)（包括激光原理與技術(shù)、光電子技術(shù)）、光電檢測與顯示技術(shù)實(shí)驗(yàn)（包括光電檢測技術(shù)、光顯示與存儲技術(shù)）、海洋光學(xué)儀器實(shí)驗(yàn)（包括激光光譜技術(shù)、海洋光學(xué)技術(shù)）。其中前2門實(shí)驗(yàn)課程是光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的必修實(shí)驗(yàn)，后2門實(shí)驗(yàn)課程為兩個專業(yè)選修方向的選修實(shí)驗(yàn)。后2門實(shí)驗(yàn)課程學(xué)生在選做時完成每部分必選實(shí)驗(yàn)后，可以交叉選做另一專業(yè)方向的實(shí)驗(yàn)，以充分利用現(xiàn)有資源，培養(yǎng)復(fù)合型人才。
建立專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程還必須兼顧專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的特點(diǎn)、功能和培養(yǎng)目標(biāo)。本專業(yè)實(shí)驗(yàn)是建立在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的，主要從專業(yè)知識與實(shí)驗(yàn)技能兩個方面訓(xùn)練學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，為畢業(yè)論好準(zhǔn)備工作，從而為繼續(xù)深造和就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。圍繞4門實(shí)驗(yàn)課程，建立8個實(shí)驗(yàn)?zāi)K，按照人才培養(yǎng)規(guī)律，設(shè)置3個層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系：層次一，專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)；層次二，設(shè)計(jì)型/綜合型實(shí)驗(yàn)；層次三，研究型/創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。內(nèi)容安排由淺入深，由基礎(chǔ)到創(chuàng)新，由單一知識點(diǎn)到系統(tǒng)的綜合的實(shí)驗(yàn)研究訓(xùn)練，構(gòu)成一個完整、科學(xué)、獨(dú)特的光信息科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，見圖2。
2 光學(xué)工程專業(yè)碩士實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)
2008年，學(xué)校投資600余萬元用于建設(shè)材料物理與化學(xué)學(xué)科，購買太赫茲光譜檢測設(shè)備、光纖傳感設(shè)備、光譜與光電子檢測設(shè)備，這些設(shè)備在立足科研的同時又可用于光學(xué)工程專業(yè)學(xué)位研究生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。同時基于學(xué)校的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、超聲實(shí)驗(yàn)室、演示實(shí)驗(yàn)室，初步建立光學(xué)工程專業(yè)學(xué)位研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃建設(shè)，并實(shí)現(xiàn)本專業(yè)部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開設(shè)。下面是擬開設(shè)實(shí)驗(yàn)和需要購買的設(shè)備。
2.1 光信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)
通過本系列的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對信息采集、處理、傳輸、存儲等方面的光學(xué)方法有深入的理解。具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：1）全息照相，全息光柵制作；2）阿貝成像與空間濾波、θ調(diào)制；3）菲涅耳全息照相、相面全息、彩虹全息；4）全息高密度信息存儲、特征識別；5）傅里葉變換光譜實(shí)驗(yàn)；6）偏振光學(xué)實(shí)驗(yàn)；7）光纖偏振控制實(shí)驗(yàn)；8）基本光纖光學(xué)實(shí)驗(yàn)；9）Mach-Zehnder光纖干涉實(shí)驗(yàn)；10）波分復(fù)用（WDM）原理性實(shí)驗(yàn)；11）摻鉺光纖放大器原理性實(shí)驗(yàn)；12）光纖各種參數(shù)測試實(shí)驗(yàn)。其中有7項(xiàng)屬于第一層次的實(shí)驗(yàn)，5項(xiàng)屬于第二層次的實(shí)驗(yàn)。
2.2 光電技術(shù)實(shí)驗(yàn)
通過本部分實(shí)驗(yàn)的開設(shè)使學(xué)生加深對光電子學(xué)知識及其應(yīng)用的掌握。具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：1）光源基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)LD/LED特性研究；2）光電探測原理實(shí)驗(yàn)；3）CCD原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)；4）光電報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；5）光電定向?qū)嶒?yàn)；6）光電倍增管特性參數(shù)測量；7）磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)；8）電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)；9）聲光調(diào)制實(shí)驗(yàn)；10）太陽能電池原理性實(shí)驗(yàn)；11）激光器系列實(shí)驗(yàn)。其中第一層次實(shí)驗(yàn)7個，第二層次實(shí)驗(yàn)3個。
2.3 光電檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)
本部分為專業(yè)選修實(shí)驗(yàn)，具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：1）光纖位移傳感器實(shí)驗(yàn)；2）光纖溫度傳感器實(shí)驗(yàn)；3）光纖壓力傳感器實(shí)驗(yàn)；4）光譜分析實(shí)驗(yàn)；5）液晶電光效應(yīng)與顯示原理；5）CCD系列實(shí)驗(yàn)。其中第二層次實(shí)驗(yàn)2項(xiàng)，第三層次實(shí)驗(yàn)4項(xiàng)。
3 下一步建設(shè)的設(shè)想
下一步建設(shè)的目標(biāo)是按照提出的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系補(bǔ)充完善所缺實(shí)驗(yàn)設(shè)備，豐富各個層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，出版光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課教材，希望學(xué)校加大投資力度盡快完善實(shí)驗(yàn)室硬件和軟件。
1）在實(shí)驗(yàn)室硬件方面的建設(shè)中，繼續(xù)完善、補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)設(shè)備，完善激光原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，完善光電檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，完善光顯示與存儲技術(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，完善激光光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)K以及海洋光學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)K。并籌建光信息技術(shù)軟件模塊，建設(shè)光學(xué)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，完成對光學(xué)設(shè)計(jì)與CAD課程的支撐。
2）通過教學(xué)實(shí)踐，建立完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。按照校級實(shí)驗(yàn)室的要求，建設(shè)光學(xué)工程專業(yè)學(xué)位實(shí)驗(yàn)室，合理安排不同層次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的比例，優(yōu)化驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)對原理的體現(xiàn)，加大設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)思考的力度，強(qiáng)化綜合型實(shí)驗(yàn)對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，增強(qiáng)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)對學(xué)生的針對性，做到因材施教。
3）建設(shè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源和實(shí)驗(yàn)室信息化平臺，包括實(shí)驗(yàn)室總體介紹、課程體系及大綱、每個實(shí)驗(yàn)的實(shí)施計(jì)劃、試題庫、相關(guān)多媒體課件、典型教案、網(wǎng)上選課系統(tǒng)等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)及儀器設(shè)備的管理實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理，實(shí)現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化，有效地提高工作效率。
4 結(jié)束語
根據(jù)培養(yǎng)方案確定了光學(xué)工程專業(yè)學(xué)位實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，即開設(shè)4門實(shí)驗(yàn)課程，包含8個實(shí)驗(yàn)?zāi)K，分為3個層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。利用學(xué)校已有的科研實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備，初步建設(shè)了光學(xué)工程技術(shù)專業(yè)學(xué)位研究生教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，整個實(shí)驗(yàn)室具有基礎(chǔ)性的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時具有綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，還有創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，能夠部分滿足學(xué)生的需求，極大地調(diào)動學(xué)生的積極性，為鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、分析問題和解決問題的能力提供很好的實(shí)踐基地，為學(xué)生繼續(xù)深造和參加工作打好基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
[1]李葉芳，于清旭，王曉旭，等.光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2005，22（8）：110-112.
對大學(xué)新生開展新生研討課，可以使大學(xué)新生盡快了解相關(guān)大學(xué)專業(yè)和課程設(shè)置，迅速完成從高中生向大學(xué)生的轉(zhuǎn)變，掌握新的學(xué)習(xí)方法，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，因此國內(nèi)外許多高校都在近年來開設(shè)了新生研討課。然而，目前不少新生研討課流于形式，教學(xué)研討僅局限于課堂內(nèi)，主要的教學(xué)形式還是老師講學(xué)生聽，雖然課內(nèi)有一些討論，但是學(xué)生沒有真正地參與進(jìn)來，教學(xué)效果不盡如人意。
為了改進(jìn)新生研討課，我們在新生研討課“光電信息技術(shù)漫談與應(yīng)用”中，嘗試進(jìn)行新生研討課教學(xué)改革，突破研討課在時間和空間上的限制，把課堂內(nèi)的研討拓展至課外研究，把研討問題引入更深更廣層次；在具體的研討教學(xué)過程中，加強(qiáng)理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、教師啟發(fā)引導(dǎo)與學(xué)生自主探究相結(jié)合、課堂研討與課外實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。
二、課程改革和實(shí)踐具體安排
“光電信息技術(shù)漫談與應(yīng)用”作為一門新生研討課，它的作用是：通過教師與學(xué)生的交流、實(shí)驗(yàn)演示和操作、課題討論辯論、課內(nèi)外實(shí)驗(yàn)與研究等措施，幫助同學(xué)建立正確、全面的關(guān)于光電信息技術(shù)的認(rèn)識，構(gòu)建正確的知識觀，激發(fā)學(xué)習(xí)研究光電信息技術(shù)的興趣和動力，獲得分析研究問題的能力和素養(yǎng)，為后續(xù)學(xué)習(xí)和進(jìn)一步深造打下基礎(chǔ)。因此，精心安排課程內(nèi)容，構(gòu)建新的研討教學(xué)模式。
課程內(nèi)容包含四個模塊：光學(xué)；電子和單片機(jī)技術(shù)；光電檢測技術(shù)；光通信技術(shù)。模塊具體內(nèi)容有：（1）光學(xué)：幾何光學(xué)、波動光學(xué)、信息光學(xué)，重點(diǎn)理解成像系統(tǒng)的像差、光的干涉和衍射、光全息、光信息處理等內(nèi)容。（2）電子和單片機(jī)技術(shù)：電路分析、線性電路、數(shù)字電路、單片機(jī)技術(shù)，重點(diǎn)理解電路分析原理、信號放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換、單片機(jī)工作原理。（3）光電檢測技術(shù)：光電系統(tǒng)的構(gòu)成、工作原理、應(yīng)用范圍、激光測距、光纖光柵傳感、激光掃描，重點(diǎn)理解光電信號的調(diào)制、解調(diào)、檢測原理，熟悉典型的光電系統(tǒng)。（4）光通信技術(shù)：調(diào)制解調(diào)、光發(fā)射、光接收，重點(diǎn)了解光通信原理、器件、光網(wǎng)絡(luò)等。
構(gòu)建新的研討教學(xué)模式，通過漫談、應(yīng)用、研究、討論四個教學(xué)環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的。第一“漫談”，老師通過介紹典型光電儀器引出研討內(nèi)容，再輔以必要的講解（研討內(nèi)容的知識背景、理論、技術(shù)以及進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示等），讓學(xué)生建立初步的認(rèn)識，為后續(xù)研討提供一定的知識基礎(chǔ)。漫談主要在課堂集中授課，采用多媒體、啟發(fā)式教學(xué)，講解基本概念、理論基礎(chǔ)，并通過必要實(shí)驗(yàn)演示、現(xiàn)場交流討論，幫助學(xué)生獲得必要基礎(chǔ)的知識和技術(shù)，建立正確認(rèn)識、獲得理論分析解決問題的能力。第二“應(yīng)用”，要求學(xué)生在課外查找資料，利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，從而獲取必要的基礎(chǔ)知識和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而培養(yǎng)并提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)動手能力，促進(jìn)學(xué)生理解基本知識和技術(shù)。第三“研究”，通過課外輔導(dǎo)和課內(nèi)研究而展開；學(xué)生五人組成研究小組，教師輔導(dǎo)學(xué)生查找資料，確定選題，擬定實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，開展研究，最后撰寫討論提綱和報(bào)告。第四“討論”，學(xué)生通過課內(nèi)外的研究，獲得研究結(jié)果，最后將研究報(bào)告制作成演講PPT文檔，在課堂進(jìn)行匯報(bào)答辯；答辯過程中學(xué)生教師提問、討論、辯論，最終教師總結(jié)、評定研討成績。
在實(shí)際的教學(xué)過程中，首先以點(diǎn)帶面實(shí)現(xiàn)基本知識框架的構(gòu)建。教師以典型的有吸引力的光電儀器為知識切入點(diǎn)，通過課堂講解、分析、討論，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)動力。另外，要求學(xué)生查找相關(guān)資料和做實(shí)驗(yàn)，通過對資料和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析研究，建立對光電信息技術(shù)的認(rèn)識，重點(diǎn)理解光學(xué)、電子和單片機(jī)技術(shù)，了解光電檢測技術(shù)以及光通信技術(shù)。
通過課內(nèi)的研究討論、課外的實(shí)踐活動，培養(yǎng)并提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、分析解決問題能力、實(shí)踐動手能力、協(xié)作和交流能力，以及掌握一定的光學(xué)元件調(diào)試、光路調(diào)試、電子線路設(shè)計(jì)制作能力。通過組隊(duì)和選題，在光學(xué)測試、光電電路設(shè)計(jì)、激光測量技術(shù)、光通信技術(shù)等方面開展研究，提高研究問題能力，提高科研素養(yǎng)。
教學(xué)方式采用“講解――實(shí)驗(yàn)――研究――討論”形式。教學(xué)方式上既有教師講解又有師生互動討論，內(nèi)容上既有光電信息技術(shù)理論又有光電實(shí)驗(yàn)，空間上既在教室又在實(shí)驗(yàn)室，時間上既有課內(nèi)又有課外，組織形式上既有個人又有團(tuán)隊(duì)。
從選課系統(tǒng)一開放就爆滿到最后課程滿意度達(dá)91%表明：這門新生研討課課程深受新生歡迎，尤其是光電信息科學(xué)與工程、應(yīng)用物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)信息同學(xué)，還有很多同學(xué)因沒有選上該課而懊惱。選修該課的同學(xué)，積極認(rèn)真，到課率95%。尤其是在第二階段，即實(shí)驗(yàn)研討課中，學(xué)生在老師的引導(dǎo)下，認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)，與老師和同學(xué)開展研討，確定研討內(nèi)容、方案，最后實(shí)現(xiàn)了研討目標(biāo)，提高了學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)、研究、討論的能力，為下一階段學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。
三、總結(jié)
通過這一課程，新生不僅掌握了一定的光電信息技術(shù)知識和實(shí)驗(yàn)技能，還增長一些做研究的能力。同學(xué)通過查找資料、確定研討題目、開展研究，完成了研討整個教學(xué)環(huán)節(jié)的要求，為他們下一階段的學(xué)習(xí)打下一個良好的基礎(chǔ)。
通過該課程，我們還認(rèn)識到，新生研討課――這一新的教學(xué)模式，將教學(xué)主體由教師講課改成學(xué)生研究，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和學(xué)習(xí)興趣，使教學(xué)達(dá)到事半功倍的效果，值得肯定和推廣。
【參考文獻(xiàn)】
[1]林冬華.美國新生研討課全國調(diào)查20年：背景、發(fā)展與啟示[J].中國高教研究，2011（11）.
關(guān)鍵詞：電源電路；低噪聲；光電檢測；信號調(diào)理
中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
在微弱光信號的檢測中，利用光電倍增管（PMT）檢測微弱信號仍然是一種主要方式。為此本文設(shè)計(jì)了一種基于光電倍增管（PMT）模塊H10723-20的供電電路和信號調(diào)理電路，用于浮游植物粒徑檢測系統(tǒng)中微弱熒光信號的檢測。由于需要檢測的熒光信號比較微弱，背景噪聲將對檢測結(jié)果的精度和穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響，因此所設(shè)計(jì)的電路應(yīng)必須具有較小的噪聲和紋波。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
PMT模塊H10723-20使用±5V的直流電壓作為輸入，為減小電源噪聲，本文選擇由輸出為12V的開關(guān)電源通過DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換而來的±5V電壓作為PMT模塊的輸入電壓。為方便后續(xù)電路對由H10723-20轉(zhuǎn)化而來的電信號的傳輸和處理，本文設(shè)計(jì)了信號調(diào)理電路來調(diào)理、放大PMT模塊的輸出電壓。由于檢測到的光信號強(qiáng)度不同，為更加靈活的檢測到光信號并防止強(qiáng)光對光電倍增管模塊的損壞，本文為PMT模塊設(shè)計(jì)了靈敏度調(diào)節(jié)電路，應(yīng)對不同光強(qiáng)的光信號的檢測。
電路主要由以下幾部分組成：開關(guān)電源、DC-DC電壓轉(zhuǎn)換芯片、芯片電路、PMT模塊、PMT靈敏度調(diào)節(jié)電路、信號調(diào)理電路，其總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1中開關(guān)電源用來提供12V的電源電壓；DC-DC電壓轉(zhuǎn)換芯片將開關(guān)電源提供的12V電壓轉(zhuǎn)換為±5V的電壓供H10723-20使用，芯片電路用來降低±5V電壓的噪聲和紋波，提高輸出電壓的穩(wěn)定性；靈敏度調(diào)節(jié)電路用來控制PMT模塊的靈敏度；信號調(diào)理電路用來調(diào)理、放大PMT模塊輸出的電信號。
2 電源電路設(shè)計(jì)
2.1 DC-DC電壓轉(zhuǎn)換芯片的選擇
經(jīng)過各種DC-DC電壓轉(zhuǎn)換芯片的比較分析，本文最終選擇MURATA公司的NMA1205DC芯片作為DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器。該芯片標(biāo)準(zhǔn)輸入電壓為12V；輸出為雙路輸出±5V，輸出電流為±100mA。
該芯片內(nèi)具有短路保護(hù)和熱保護(hù)電路，且輸入和輸出相隔離，消除了直流路徑，減小了開關(guān)噪聲，使芯片具有較高的可靠性。芯片通過內(nèi)部濾波電路平滑、濾波得到穩(wěn)定的±5V大小的輸出電壓，使輸出電壓的紋波和噪聲小于20mV。
2.2 芯片電路介紹
為更進(jìn)一步減小輸出電壓的噪聲，本文采用圖2所示的芯片電路對芯片輸入、輸出電壓進(jìn)行調(diào)理，有效降低輸出電壓紋波和噪聲。
圖2中DC-DC電壓轉(zhuǎn)換芯片NMA1205DC的輸入端加入電容的主要目的是為了降低來自上一級的紋波和噪聲，較大的電容會使系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定，但考慮到PCB面積的損耗、其他器件的正常工作情況以及對應(yīng)用系統(tǒng)中其余電路的干擾，本文的輸入電容選用阻抗小的鋁聚合物電解電容。考慮到輸出電壓噪聲、轉(zhuǎn)換器頻率、輸出電壓紋波等因素，芯片輸出端采用LC濾波電路平滑輸出電壓，減小輸出電壓紋波和噪聲。由于大的電感可以降低輸出電流和輸出電壓紋波且增大芯片的帶負(fù)載能力，但卻會耗費(fèi)過多的PCB面積，綜合考慮電路噪聲、電壓紋波、電感的尺寸、PCB面積等因素，本文選擇22μH電感，電容C25、C26選擇鋁聚合物電解電容，C20、C22選擇陶瓷電容，
3 PMT靈敏度調(diào)節(jié)電路
本文通過高精度旋轉(zhuǎn)式電位器的滑動實(shí)現(xiàn)對PMT靈敏度的調(diào)節(jié)，具體原理為通過滑動電位器改變電阻值進(jìn)而改變PMT模塊H10723-20引腳Vcont IN和Vref OUT之間的電壓值，不同的電壓值決定了不同的靈敏度，從而實(shí)現(xiàn)了PMT的靈敏度的調(diào)節(jié)。為防止電位器在調(diào)節(jié)時滑至兩端，出現(xiàn)短路的情況，在電位器兩邊分別加入電阻，以保護(hù)H10723-20模塊，避免因短路導(dǎo)致PMT損壞。電路原理如圖3所示。
4 信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)
為滿足后續(xù)電路對電壓信號的要求，本文利用集成運(yùn)算放大器AD823AN設(shè)計(jì)了放大電路來放大PMT模塊的輸出電壓，電路原理圖如圖4所示。
放大電路輸入級為放大級，主要用來放大PMT模塊輸出的電壓信號，并利用電容和電阻構(gòu)成有源低通濾波器，濾除高頻噪聲，提高電路性能。輸出級為電壓跟隨器，輸出電壓近似輸入電壓幅值，并對前級電路呈高阻狀態(tài)，對后級電路呈低阻狀態(tài)，使前、后級電路之間的相互影響很小，因而對前后級電路起到緩沖、隔離作用，并且具有很好的帶負(fù)載能力。
5 結(jié)果分析
將本文設(shè)計(jì)的電路用在浮游植物粒徑檢測系統(tǒng)中，用來檢測由波長445nm的激光激發(fā)產(chǎn)生的熒光光信號，系統(tǒng)設(shè)定波形經(jīng)過10點(diǎn)移動平滑。所得熒光信號的波形如圖5所示，整體波形具有較小的紋波和噪聲，具有較高的信噪比，波形兩邊有較小的浮動是由于浮游植物粒徑檢測系統(tǒng)中波長為532nm的激光激發(fā)產(chǎn)生的少量熒光信號造成的，與本文所設(shè)計(jì)的電路無關(guān)，且不影響粒徑的正確計(jì)算，本文的設(shè)計(jì)完全可以滿足浮游植物粒徑檢測實(shí)驗(yàn)的要求，具有良好的效果。
結(jié)語
本文設(shè)計(jì)的電路應(yīng)用在浮游植物粒徑檢測系統(tǒng)中，為該系統(tǒng)中的光電檢測模塊提供電源，并且對光電檢測模塊輸出的信號進(jìn)行調(diào)理和放大，有效地減小了電路噪聲和紋波，得到了較好的熒光信號波形，有效的保證了檢測結(jié)果的精度和整個檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
參考文獻(xiàn)
[1]王霞，王吉暉，高岳，金偉其.光電檢測技術(shù)與系統(tǒng)（第三版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.
[2]侯惠淇，韓志剛，Jordi Cosp-Vilella.線性輔助的DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2015，41（07）：47-49.
[3]劉潔.高效率電壓模同步降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的研究與設(shè)計(jì)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2012.
[4]脫立芳.降壓型PMW DC-DC開關(guān)電源技術(shù)研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2008.
關(guān)鍵字：CCD;尺寸檢測
中圖分類號： V448.15+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
Abstract: CCD technology has become a set of applied optics, electronics, precision machinery and computer technology for the integrated technologies, and is widely used in modern optical and optoelectronic measurement technology. This paper describes research on CCD technology at home and abroad, and to explore the CCD technology trends.
Keywords:CCD ; Size detection
一．概述
電荷耦合器件(Charge Couple Device，CCD)是一種以電荷為信號載體的微型 圖像傳感器，具有光電轉(zhuǎn)換和信號電荷存儲、轉(zhuǎn)移及讀出的功能，其輸出信號通常是符合電 視標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號，可存儲于適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)或輸入計(jì)算機(jī)，便于進(jìn)行圖像存儲、增強(qiáng)、識別等處理。
自CCD于1970年在貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生以來，CCD技術(shù)隨著半導(dǎo)體微電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展，CCD傳感器的像素集成度、分辨率、幾何精度和靈敏度大大提高，工作頻率范圍顯著增加，可高速成像以滿足對高速運(yùn)動物體的拍攝，并以其光譜響應(yīng)寬、動態(tài)范圍大、靈敏度和幾何精度高、噪聲低、體積小、重量輕、低電壓、低功耗、抗沖擊、耐震動、抗電磁干擾能力強(qiáng)、堅(jiān)固耐用、壽命長、圖像畸變小、無殘像、可以長時間工作于惡劣環(huán)境、便于進(jìn)行數(shù)字化處理和與計(jì)算機(jī)連接等優(yōu)點(diǎn)，在圖像采集、非接觸測量和實(shí)時監(jiān)控方面得到了廣泛應(yīng)用，成為現(xiàn)代光電子學(xué)和測試技術(shù)中最活躍、最富有成果的研究領(lǐng)域之一。
二．國內(nèi)外研究狀況
CCD檢測技術(shù)作為一種能有效實(shí)現(xiàn)動態(tài)跟蹤的非接觸檢測技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于尺寸、位移、表面形狀檢測和溫度檢測等領(lǐng)域。
1尺寸測量
由CCD傳感器、光學(xué)成像系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)構(gòu)成的尺寸測量裝置，具有測量精度高、速度快、應(yīng)用方便靈活等特點(diǎn)，是現(xiàn)有機(jī)械式、光學(xué)式、電磁式測量儀器所無法比擬的。在尺寸測量中，通常采用合適的照明系統(tǒng)使被測物體通過物鏡成像在CCD靶面上，通過對CCD輸出的信號進(jìn)行適當(dāng)處理，提取測量對象的幾何信息，結(jié)合光學(xué)系統(tǒng)的變換特性，可計(jì)算出被測尺寸。
1997年，J.B.Liao等將CCD攝像系統(tǒng)應(yīng)用在三維坐標(biāo)測量機(jī)(Coordinate Measuring Machine，CMM)上，實(shí)現(xiàn)了三維坐標(biāo)的自動測量。他們將一個面陣CCD安裝在與CMM的3個軸線都成45°角的固定位置，通過計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)與CMM原來的控制系統(tǒng)連接來控制探頭和工件的移動，以此探測探頭和工件的三維位置。該方法不需要對原CMM系統(tǒng)進(jìn)行改變，只要將CCD視覺系統(tǒng)連入原有的測量機(jī)即可。由于測量系統(tǒng)中只用一個面陣CCD，從而簡化了測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)成本，減小了因手工操作引起的誤差，提高了測量效率，并能避免單獨(dú)使用CCD測量時，因光衍射而造成的邊緣檢測誤差，可用于工件三維尺寸的精確測量。
2形變測量
盡管利用線陣CCD測量材料變形具有非接觸、無磨損、精度高、不引入附加誤差、能測量材 料拉伸的全過程，特別是測量材料在斷裂前后的應(yīng)力應(yīng)變曲線，得到材料的各種極限特性 參數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，但只能測量材料拉伸時在軸線方向的均一形變。為此Scheday, Miehe和Cheva lier等人開展了采用面陣CCD測量材料形變的研究。在此基礎(chǔ)上，Stefan Hart mann等人借助面陣CCD研究了橡膠材料在拉伸和壓縮時的形變情況。即在圓柱 形黑色測試樣品的軸線方向等距標(biāo)定幾個白點(diǎn)，用CCD攝取相應(yīng)圖像并送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，通過檢測白點(diǎn)標(biāo)記間的距離來計(jì)算樣品受力時軸向的形變，并通過輪廓檢測算法得到軸對 稱的圓柱型樣品的輪廓尺寸，經(jīng)過數(shù)據(jù)校正，可計(jì)算出被測樣品半徑方向上的形變。這種方法可同時獲得兩個方向上的形變量，并測量出材料被壓縮時的非均一形變。
3三維表面測量
由于CCD傳感器能同時獲取被測表面的亮度和相位信息，因此，將CCD和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù) 與傳統(tǒng)的三維表面非接觸光學(xué)測量方法相結(jié)合，可實(shí)時測量物體形變、振動和外形。隨著CCD工藝水平的提高，面陣CCD被廣泛應(yīng) 用于三維表面測量。1996年，B.Skarman等提出了相變數(shù)字全息 測量法。此后，F(xiàn).Chesn、C.Quan、P.S.Huangv、G. Pedrini等人分別在有關(guān)測量方法中應(yīng)用了CCD技術(shù)，從CCD圖像中獲取相位圖的新方法也相繼出現(xiàn)。在條紋圖樣投影法中采用相變技術(shù)時，只能檢 測靜物表面輪廓，不適用于實(shí)時檢測振動和變化的表面形狀。
4高溫測量
物體的輻射光波長和強(qiáng)度與物體溫度有著特定的關(guān)系，因此CCD作為一種光電轉(zhuǎn)換器件，可用于溫度測量。1993年，Tenchov等人采用CCD間接測量溶液表面溫度；1995年，K.Y.Hsu和L.D.Chen用可測量紅外波段的加強(qiáng)型CCD測量液態(tài)金屬的燃燒火焰溫度，但其測量誤差達(dá)到400～200K，缺乏實(shí)用性。此后，利用紅外CCD測量溫度場成為CCD測溫研究的主流。2001年，Takeshi Azami等人利用CCD的亮度波動信息來研究 熔融硅橋表面的熱流狀況，獲得了較好的結(jié)果。事實(shí)上，由CCD的光譜響應(yīng)特性、光電轉(zhuǎn)換特性可知，利用RGB輸出值可得到被測物體表面圖像中的亮度和色度信息，并根據(jù)比色測溫原理 計(jì)算出物體的表面溫度場。雖然有人提出了基于CCD測溫系統(tǒng)的三維溫度場構(gòu)建算法，但直接利用彩色CCD測量溫度的儀器還處在實(shí)驗(yàn)研發(fā)階段。盡管如此，由于CCD技術(shù)能測量運(yùn)動物體的溫度，給出二維或三維溫度場，實(shí)現(xiàn)非接觸高溫測量，因此，CCD測溫技術(shù)有很大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景
三．發(fā)展趨勢及應(yīng)用前景
1數(shù)字化測量技術(shù)
數(shù)字化測量技術(shù)是數(shù)字化制造技術(shù)的一個重要的、不可或缺的組成部分；數(shù)字化測量儀器、數(shù)字化量具產(chǎn)品的不斷豐富和發(fā)展，適合并滿足了生產(chǎn)現(xiàn)場不斷提高的使用要求。
2測量技術(shù)與制造系統(tǒng)的集成
將現(xiàn)代測量技術(shù)及儀器融合、集成于先進(jìn)制造系統(tǒng)，從而構(gòu)建成完備的先進(jìn)閉環(huán)制造系統(tǒng)。
3激光測量技術(shù)的應(yīng)用
隨著激光測量技術(shù)的發(fā)展，將與CCD檢測技術(shù)更緊密的結(jié)合在一起。
4傳感器的微、納米化
傳感器向小型化、微、納米級精度發(fā)展，生產(chǎn)現(xiàn)場適應(yīng)性更強(qiáng)，精度更高。
5系統(tǒng)的集成化
隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，整個測量系統(tǒng)正向著系統(tǒng)化、集成化方向發(fā)展（SoC）。
綜上所述，CCD應(yīng)用技術(shù)已成為集光學(xué)、電子學(xué)、精密機(jī)械與計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的綜合性技術(shù)，并被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代光學(xué)和光電測試技術(shù)領(lǐng)域。事實(shí)上，凡可用膠卷和光電檢測技術(shù)的地方幾乎都可以應(yīng)用CCD。隨著半導(dǎo)體材料與技術(shù)的發(fā)展，特別是超大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷進(jìn)步，CCD圖像傳感器的性能也在迅速提高，將CCD技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)與傳統(tǒng)測量方法相結(jié)合，能獲取被測對象的更多信息，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的無接觸測量，顯著提高測量技術(shù)水平和智能化水平，因此，CCD技術(shù)必將以其突出的優(yōu)點(diǎn)而在工業(yè)測控、機(jī)器視覺、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其他許多領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
［1］王慶有.CCD應(yīng)用技術(shù)［M］.天津：天津大學(xué)出版社，2000．
［2］王躍科，楊華勇.CCD圖像傳感技術(shù)的現(xiàn)狀與應(yīng)用前景［J］.光學(xué)儀器，1996,18(5)：32－36．
陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司作為國內(nèi)綜合實(shí)力最強(qiáng)的紡織電子儀器和電控設(shè)備科研生產(chǎn)基地，多年來堅(jiān)持以技術(shù)創(chuàng)新推動紡織行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級，不斷加大新產(chǎn)品開發(fā)力度，在本次2012年中國國際紡織機(jī)械展覽會暨ITMA亞洲展覽會上重磅出擊，攜最新產(chǎn)品精彩亮相。
脫胎于中國軍事電子工業(yè)雷達(dá)整機(jī)制造企業(yè)的長嶺紡電依托自身雄厚的科研實(shí)力，在全球紡織行業(yè)不斷向亞洲轉(zhuǎn)移的形勢下，公司積極調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，整合各種資源，不斷提升企業(yè)的核心競爭力。在本次展會上展出的產(chǎn)品涵蓋數(shù)字電子清紗器、紗線實(shí)驗(yàn)室儀器、棉纖維檢測儀器、化纖長絲實(shí)驗(yàn)室儀器、織物實(shí)驗(yàn)室儀器、噴氣織機(jī)等24個產(chǎn)品。首次亮相的新產(chǎn)品有CT4000條干均勻度測試儀、CF200棉纖維性能測試儀、CN200棉結(jié)測試儀、XHK-201繡花機(jī)電控系統(tǒng)、CS808棉花異纖清除機(jī)、全自動光電驗(yàn)布機(jī)、DQSS-35電子清紗器、DQSS-52電子清紗器等。
此次展出的CT4000條干均勻度測試分析儀自2010年開始研發(fā)，該產(chǎn)品將電容檢測技術(shù)、光電檢測技術(shù)融合起來，在實(shí)現(xiàn)對紗線的條干線密度不勻、直徑變化、毛羽信息等指標(biāo)測試的同時，特別利用光譜測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對紗線中雜質(zhì)及灰塵含量的測試。該產(chǎn)品提供條干測試的波譜圖、精細(xì)連續(xù)波譜圖、變異—長度曲線、線密度頻率分布圖等圖形，最高測試速度800m/min，實(shí)現(xiàn)測試的全自動化，大大提高測試效率。該分析儀代表了國產(chǎn)條干儀技術(shù)最高水平，它的推出將國產(chǎn)條干儀技術(shù)發(fā)展推行新的高度，對提高紡織行業(yè)檢測水平起到了積極作用。
長嶺紡電的電子清紗器產(chǎn)品呈現(xiàn)系列化，尤其是這次展出的適配各類自動絡(luò)筒機(jī)的精銳 52電子清紗器是一種帶異纖清除功能的智能化、嵌入式電子清紗器，采用先進(jìn)的ARM技術(shù)和嵌入式平臺設(shè)計(jì)，具有處理速度快，功耗低等特點(diǎn)，可以通過預(yù)留的以太網(wǎng)接口完成聯(lián)網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控管理。
長嶺紡電還展出了該公司潛心研制開發(fā)的系列棉纖維測試儀器，除了填補(bǔ)國內(nèi)空白的XJ128快速棉纖維性能測試儀和XJ129棉結(jié)和短絨測試儀，首次推出了CF200棉纖維性能測試儀和CN200棉結(jié)測試儀。CN200棉結(jié)測試儀是集光、機(jī)、電、氣為一體的精密紡織電子儀器，該儀器測試速度快，可用于檢測原棉及半成品棉的棉結(jié)變化，對紡織廠分析原料質(zhì)量、科學(xué)的配棉、精細(xì)化控制設(shè)備狀態(tài)從而提高紡織產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。CF200棉纖維性能測試儀是一種大容量、多指標(biāo)的棉花纖維性能綜合測試儀器，可以滿足紡織企業(yè)對棉纖維檢驗(yàn)儀器的需求，客觀地評價(jià)棉花品質(zhì)、指導(dǎo)紡織企業(yè)配棉、合理利用棉花原料，具有十分重要的意義。
實(shí)物展出的CS808棉花異纖清除機(jī)全面采用了該公司在異纖清除的六項(xiàng)專利技術(shù)，產(chǎn)品采用棉流下進(jìn)上出的的龍門式結(jié)構(gòu)，獨(dú)立的可見光和紫外光雙模塊檢測，避免相互干擾，能有效地清除棉花中的各種異纖，適用于各種清梳聯(lián)和老式清花生產(chǎn)線。長嶺紡電還展出了CA082-190-2C-Z4-E噴氣織機(jī)，再次彰顯了長嶺紡電堅(jiān)持不懈的創(chuàng)新精神和雄厚實(shí)力，這也是該公司立足企業(yè)發(fā)展需要，積極地調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，努力由單純的“電”向“機(jī)電”轉(zhuǎn)移，由單一的“紗線”向“纖維、紡織品”拓展的成功范例。該產(chǎn)品吸收了國內(nèi)外噴氣織機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，在引緯系統(tǒng)引入了模糊控制、智能引緯的控制方法，增強(qiáng)了噴氣織機(jī)的適應(yīng)性及可操作性。
關(guān)鍵詞：食品安全 快檢 技術(shù)綜述
引言
食品安全（food safety）是指食品無毒、無害，符合應(yīng)當(dāng)有的營養(yǎng)要求，對人體健康不造成任何急性、亞急性或者慢性危害。俗話說“民以食為天”，食品安全關(guān)系到人民群眾的身體健康和生命安全，關(guān)系到社會和諧穩(wěn)定，而近年來食品安全問題層出不窮，加了吊白塊的面粉，有毒的大米，注了水的雞肉，摻了石蠟的火鍋底料，硫酸泡過的荔枝，以及假酒假煙假蜂蜜劣質(zhì)奶粉充斥著市場，真讓老百姓擔(dān)心起這片“天”。因此，對食品的生產(chǎn)、加工和銷售環(huán)節(jié)實(shí)施監(jiān)測監(jiān)控勢在必行，食品安全分析檢測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
傳統(tǒng)的食品安全分析檢測技術(shù)主要是指化學(xué)分析法和大型儀器檢測法，相對成熟。但它們的操作只能局限于實(shí)驗(yàn)室，操作復(fù)雜，耗時長，不能滿足對食品質(zhì)量安全實(shí)時監(jiān)督掌控的需求，尤其在突發(fā)事件時，快速檢驗(yàn)檢測技術(shù)以其簡捷性和便攜性兩大優(yōu)勢得到了快速發(fā)展。
1、食品快速檢驗(yàn)檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀
1.1 化學(xué)速測技術(shù)
化學(xué)速測技術(shù)主要是根據(jù)待測成分的某些化學(xué)性質(zhì)，將樣品與特定試劑發(fā)生水解、氧化、磺酸化或絡(luò)合等化學(xué)反應(yīng)，通過與標(biāo)準(zhǔn)品的顏色比較或特定波長下的吸光度比較，以獲得檢測結(jié)果，通常也成為化學(xué)比色分析法。
利用普通化學(xué)原理的速測法主要包括檢測試劑和試紙，隨著檢測儀器的不斷發(fā)展，國內(nèi)外均已有與測試劑相配套的微型光電比色計(jì)。針對試紙檢測的儀器也有報(bào)道，如硝酸鹽試紙條[1]，主要是將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，在弱酸性條件下與對氨基苯磺酸重氮化后，和N-1-鹽酸萘乙二胺偶合形成紫紅色染料，試紙變色，插入檢測儀讀數(shù)即可。德國默克公司生產(chǎn)的與試紙聯(lián)用的光反射儀技術(shù)相對成熟，國內(nèi)尚無商品化儀器問世。
利用生物化學(xué)原理的速測法主要應(yīng)用于微生物的檢測，商品化成品以美國3M公司的PerrifilmTM Plate系列微生物測試片為代表，在檢測金黃色葡萄球菌時，只需要測試片與確認(rèn)片配套使用即可。測試片有上下兩層薄膜組成，下層的聚乙烯薄膜上印有網(wǎng)格，便于計(jì)數(shù)，同時覆蓋著含有特異性顯色物質(zhì)和抗生素的培養(yǎng)基，若樣品中含有金黃色葡萄球菌，無須增菌，直接接種紙片培養(yǎng)24h后便可觀察到顯示出特殊顏色的菌落；確認(rèn)片與測試片相似，只是含有不同的特異性顯色物質(zhì)，將有疑似菌落的測試片影印到確認(rèn)片后，培養(yǎng)1-3h即可觀察，不需進(jìn)行繁瑣的生理生化鑒定。而常規(guī)的Baird-Parker平板計(jì)數(shù)法耗時長達(dá)78h。
1.2 酶抑制速測技術(shù)
酶抑制速測技術(shù)主要用于食品中農(nóng)藥殘留和重金屬的快速檢測。這些物質(zhì)可通過鍵合作用造成酶的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的改變，產(chǎn)生的酶-底物結(jié)合體會發(fā)生顏色、吸光度或者pH值的變化，通過測定這些變化以達(dá)到定性或定量檢測的目的。根據(jù)檢測方式的不同，可分為試紙法、pH計(jì)法和光度法。相比而言，試紙法成本低、操作簡單，更易于推廣。它主要是將酶和底物分別固定在兩張?jiān)嚰埰希?dāng)樣品中有待測組分時，會對酶產(chǎn)生抑制作用，兩張?jiān)嚰埰佑|后，酶和底物結(jié)合便會發(fā)生顯著地顏色變化，比較適合農(nóng)貿(mào)市場和超市等一些食品集散地的實(shí)時安全監(jiān)管。由于該方法的檢出限和保存性等方面的局限，只適用于初篩檢測[2]。
1.3 生物傳感器速測技術(shù)
生物傳感器技術(shù)是利用生物感應(yīng)元件的專一性，按照一定的規(guī)律將被測量轉(zhuǎn)換成可用信號，使這種信號強(qiáng)度與待測物濃度形成一定的比例關(guān)系，具有快速、靈敏、高效的特點(diǎn)，是目前食品安全檢測技術(shù)的研究熱點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于食品中農(nóng)藥殘留、獸藥殘留等方面的檢測，與傳統(tǒng)的離線分析技術(shù)相比，它更適應(yīng)于在復(fù)雜的體系內(nèi)進(jìn)行快速在線連續(xù)監(jiān)測，在現(xiàn)場快速檢測領(lǐng)域有著不可逾越的優(yōu)勢，按照傳感器類型又可分為免疫傳感器、酶傳感器、細(xì)胞傳感器、組織傳感器、微生物傳感器等等。
免疫傳感器是在抗原抗體結(jié)合免疫反應(yīng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的生物傳感器。利用壓電免疫傳感器檢測食品中常見腸道細(xì)菌時，通過葡萄球菌蛋白A將腸道菌共同抗原的單克隆抗體寶貝在10MHz的石英晶體表面，以大腸菌群為例，響應(yīng)值可達(dá)10-6-10-9。
1.4 免疫速測技術(shù)
免疫速測是利用抗原抗體的專一、特異性反應(yīng)建立起來的方法，根據(jù)選用的標(biāo)記物可分為放射免疫檢測、酶免疫檢測、熒光免疫檢測、發(fā)光免疫檢測、膠體金免疫檢測等。酶聯(lián)免疫吸附檢測法是應(yīng)用較為廣泛的一種免疫速測技術(shù)。它將酶標(biāo)記在抗體/抗原分子上，形成酶標(biāo)抗體/抗原即酶結(jié)合物，抗原抗體反應(yīng)信號放大后，作用于能呈現(xiàn)出顏色的底物上，可通過儀器或肉眼進(jìn)行辨別。目前，黃曲霉毒素酶聯(lián)免疫試劑盒已廣泛應(yīng)用于食品檢測中。
1.5 分子生物學(xué)速測技術(shù)
聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）是近年來分子生物學(xué)領(lǐng)域中迅速發(fā)展并運(yùn)用的一種技術(shù)，在食品檢測中主要用于微生物的檢測。它利用是否能從待測樣品所提取的DNA序列中擴(kuò)增出與目標(biāo)菌種同源性的核酸序列來判定是否為陽性，該方法從富集菌體、提取遺傳物質(zhì)、PCR擴(kuò)增到電泳、測序鑒定，可控制在24h，而致病菌的傳統(tǒng)培養(yǎng)檢測至少需要4-5天。
隨著研究的逐深入，由PCR技術(shù)派生出的實(shí)時熒光PCR法、DNA指紋圖譜法、免疫捕獲PCR法、基因芯片法等也逐步得到了應(yīng)用。基因芯片技術(shù)可以在很小的面積內(nèi)預(yù)置千萬個核酸分子的微陣列，利用細(xì)菌的共有基因作為靶基因，選用通用引物進(jìn)行擴(kuò)增，利用特異性探針檢測這些共有基因的獨(dú)特性堿基，從而區(qū)分出不同的細(xì)菌微生物。該法特異性強(qiáng)、敏感性高，可實(shí)現(xiàn)微生物檢測的高通量和并行性檢測。
2、食品快速檢驗(yàn)檢測技術(shù)的發(fā)展方向
食品安全快檢法以其簡捷性和便攜性兩大優(yōu)勢得到了快速發(fā)展，但缺點(diǎn)也顯而易見，需要完善的地方依然很多：
2.1 簡單 速檢驗(yàn)檢測技術(shù)往往是由一些非專業(yè)技術(shù)人員使用，因此，檢測方法采樣、處理、檢測、分析等各個環(huán)節(jié)簡單、易行是該方法的一大發(fā)展趨勢。
2.2 準(zhǔn)確 檢法前處理簡單，勢必導(dǎo)致待測樣品純度不高，基體干擾大。因此，在今后方法的研究中，應(yīng)更多關(guān)注與如何避免假陽性結(jié)果，尤其是在分子生物學(xué)速測法中，增強(qiáng)靶基因的特異性、引物的特異性、排除死菌體造成的假陽性應(yīng)得到進(jìn)一步探索。
2.3 便攜 著微電子技術(shù)、智能制造技術(shù)、芯片技術(shù)的發(fā)展，檢測儀器應(yīng)向微型化、集約化、便攜化方向發(fā)展，以滿足更多的現(xiàn)場、實(shí)時、動態(tài)的檢測要求。
2.4 經(jīng)濟(jì) 測成本的高低直接決定著檢測技術(shù)能否得到廣泛的推廣和應(yīng)用，如何在確保又好又快的檢測基礎(chǔ)上，盡最大可能的降低成本也是今后的研究方向。
2.5 標(biāo)準(zhǔn)化前，我國尚未制定出與食品安全快速檢測技術(shù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這也阻礙了快檢法的推廣和應(yīng)用。隨著技術(shù)的提高和檢測中對快檢法的需要，應(yīng)及時制定出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以增強(qiáng)快檢結(jié)果的認(rèn)可性和權(quán)威性。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】 汽車玻璃 光學(xué)性能 單片機(jī) AT89C52
1 引言
近二十年，隨著社會與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車年銷量大幅增長，汽車已走進(jìn)千家萬戶。1995年，中國各類汽車年銷量為144.1779萬輛，到2011年，年銷量達(dá)到1850.51萬輛[1～2]。而汽車玻璃作為汽車的重要組成部分，除了具有保護(hù)作用外，還直接影響到汽車的安全性能、車內(nèi)舒適程度以及汽車的某些特殊功能。因此，汽車玻璃的力學(xué)、光學(xué)、高溫和潮濕等性能受到了生產(chǎn)商家和用戶的廣泛關(guān)注，特別是光學(xué)性能[3～4]。
為了完善市場管理和保障人們的生命安全，國家對不同位置汽車玻璃的透射比、光畸變、反射比等參數(shù)進(jìn)行了規(guī)定。本系統(tǒng)主要針對汽車玻璃中的透射比和反射比，設(shè)計(jì)一套基于單片機(jī)的汽車玻璃光學(xué)性能檢測系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)工作原理為：光源發(fā)出脈沖調(diào)制光，在雙通道光路作用下，結(jié)合光電技術(shù)轉(zhuǎn)換為微弱電信號，經(jīng)模擬電信號處理、A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后利用主流單片機(jī)AT89C52控制實(shí)現(xiàn)鍵盤控制、報(bào)警、顯示的功能，構(gòu)成一套具有實(shí)時性、抗干擾能力強(qiáng)、連續(xù)正常工作的系統(tǒng)。
2.1 光源與光路
由于汽車玻璃大多處在太陽光環(huán)境下，所以在選擇光源時，應(yīng)盡量選擇與日光接近的光源，考慮到性能、價(jià)格以及實(shí)用性等多方面因素，本次設(shè)計(jì)采用東莞市普飛電子科技有限公司的5WW4-Y-T高指向性、環(huán)氧封裝、圓形的超高亮度白光LED[5]。通過1KHz脈沖電信號驅(qū)動，從而發(fā)出脈沖白光。
光路部分采用雙通道技術(shù)，可以克服單通道測量方法的不穩(wěn)定性和不重復(fù)性。
2.2 光電轉(zhuǎn)換電路
由于本汽車玻璃檢測系統(tǒng)是基于白光的研究設(shè)計(jì)，白光為可見光，可見光是電磁波譜中人眼可以感知的部分，可見光譜沒有精確的范圍。一般人的眼睛可以感知的電磁波的波長大約在380到780納米之間的電磁波。再結(jié)合各器件波長范圍、價(jià)格、有效面積以及特性等多方面因素的對比分析，最終選取硅材料FDS100，波長范圍在300到1100納米作為本檢測系統(tǒng)的光電二極管[5]。并由電流-電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓信號。
2.3 模擬電信號處理與模/數(shù)轉(zhuǎn)換
該模塊主要由同相比例放大器、二階壓控電壓源低通濾波器、二階壓控電壓源高通濾波器組成。為了避免雜光的干擾和電壓的波動等因素帶來的信號的變化，加入濾波電路有效濾除干擾，以提高檢測的精確度，得到符合設(shè)計(jì)的電信號。
為了后期單片機(jī)進(jìn)行信息處理需要，增加模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路。考慮到透射、反射以及參考三路信號，選用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。它具有多通道、低功耗、轉(zhuǎn)換速度快、單電源供電的優(yōu)點(diǎn)。
2.4 單片機(jī)與電路
單片機(jī)選擇性價(jià)比較高的AT89C52，它是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kB的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。
單片機(jī)電路主要包括顯示電路、報(bào)警電路、時鐘電路和復(fù)位電路等。通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，對透射比和反射比進(jìn)行分別顯示，并設(shè)有超限報(bào)警處理電路，將超限情況反饋到生產(chǎn)線上，方便調(diào)整生產(chǎn)線。
3 結(jié)語
本系統(tǒng)是基于白光、光電檢測和單片機(jī)處理的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對汽車玻璃反射率和透射率進(jìn)行及時準(zhǔn)確的檢測。可以實(shí)時檢測生產(chǎn)線上玻璃因配料和厚度變化，鍍膜的膜層不均勻，玻璃形裝等各類因素引起的玻璃反射率和透射率的變化情況。并能及時將數(shù)據(jù)反饋給生產(chǎn)，通過和標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比，如果在誤差范圍內(nèi)，則繼續(xù)生產(chǎn)，誤差意外則應(yīng)立即停止生產(chǎn)，等問題解決之后再回復(fù)生產(chǎn)，這樣可以避免生產(chǎn)出大量不合格產(chǎn)品，最大限度的減少廠家損失。也可以通過整理數(shù)據(jù)，考察一段時期內(nèi)生產(chǎn)線上玻璃透射率和反射率的變化情況，對生產(chǎn)原料進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)行更穩(wěn)定，精確的測量[6]。
參考文獻(xiàn)：
[1]尹小平，王艷秀.中國汽車銷量影響因素的實(shí)證分析[J].統(tǒng)計(jì)與決策，2011（8）：98-100.
[2]王篤飛，程少杭.近期內(nèi)中國汽車市場銷量分析.湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（3）：59-73.
[3]張萍，王東.汽車安全玻璃現(xiàn)狀與未來[J].中國玻璃，2004（1）：7-10.
[4]張振.汽車安全玻璃發(fā)展研究[J].車界論壇，2005（2）：1-3.
關(guān)鍵詞：電子科學(xué)與技術(shù)；本科培養(yǎng)方案；課程設(shè)置；辦學(xué)特色
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）30-0070-02
21世紀(jì)被稱為信息時代，電子科學(xué)與技術(shù)在信息、能源、材料、航天、生命、環(huán)境、軍事和民用等科技領(lǐng)域?qū)@得更廣泛的應(yīng)用，必然導(dǎo)致電子科學(xué)與技術(shù)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。這種產(chǎn)業(yè)化趨勢反過來對本專業(yè)的鞏固、深化、提高和發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用，也對人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。因此，本文從人才的社會需求出發(fā)，結(jié)合我校實(shí)際情況，進(jìn)行了本科專業(yè)培養(yǎng)方案的改革探索，并詳細(xì)介紹了培養(yǎng)方案的制定情況。
一、人才的社會需求情況
目前，我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科畢業(yè)生主要面向長三角地區(qū)龐大的微電子、光電子、光伏和新能源行業(yè)，市場對專業(yè)人才的需求基本上是供不應(yīng)求的。但是也應(yīng)該注意到電子科學(xué)與技術(shù)產(chǎn)業(yè)的分布不均，分類較細(xì)，且發(fā)展變化較快。另外，電子科學(xué)與技術(shù)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)具有多樣性，既有勞動密集型的大型企業(yè)、大公司，更多的是小公司和小企業(yè)；既有國有企業(yè)和私營企業(yè)，更有合資、獨(dú)資的外企。因此，社會需求與本專業(yè)畢業(yè)生的供需矛盾還會繼續(xù)存在。
二、專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和定位
本專業(yè)培養(yǎng)具備微電子、光電子領(lǐng)域的寬厚專業(yè)基礎(chǔ)知識，熟練實(shí)驗(yàn)技能，能掌握電子材料、電子器件、微電子和光電子系統(tǒng)的新工藝、新技術(shù)研究開發(fā)和設(shè)計(jì)技能，有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力，能夠在該領(lǐng)域從事各種電子材料、元器件、光電材料及器件、集成電路的設(shè)計(jì)、制造和相應(yīng)的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝的研究、開發(fā)和管理工作工程技術(shù)人才。并且結(jié)合我校“大工程觀”人才培養(yǎng)特色，依據(jù)“卓越工程師”教育理念下工程技術(shù)型人才培養(yǎng)的原則，培養(yǎng)適應(yīng)微電子和新興光電行業(yè)乃至區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求的工程技術(shù)型人才。
三、本科培養(yǎng)方案制定的思路
電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案參照工程教育認(rèn)證的要求，以及專業(yè)下設(shè)微電子、光電子材料與器件兩個本科培養(yǎng)方向的思路制定。注重培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識和實(shí)踐工程能力，使畢業(yè)生能滿足長三角地區(qū)微電子、光電子和新能源行業(yè)發(fā)展的需求。微電子方向的課程設(shè)置專注于電子材料與電子器件、集成電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，光電子材料與器件方向則偏向于光電信息、光電材料與光電器件方面。
四、本科培養(yǎng)方案的改革探索
要實(shí)現(xiàn)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，適應(yīng)電子信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，并結(jié)合我校學(xué)科發(fā)展方向和特色，對電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科人才培養(yǎng)方案進(jìn)行了研究，并對省內(nèi)外幾所高校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)方案進(jìn)行調(diào)研，最終形成了富有特色的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案，主要內(nèi)容如下：
1.培養(yǎng)方案的模塊化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科培養(yǎng)方案的整體框架時，根據(jù)“加強(qiáng)基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)、培養(yǎng)能力”和培養(yǎng)工程技術(shù)型人才的辦學(xué)理念下，專業(yè)培養(yǎng)方案分人文與社會科學(xué)、專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)課三個模塊，下設(shè)微電子和光電子材料與器件兩個專業(yè)方向。學(xué)生在前兩年學(xué)習(xí)相同的課程，到大三時根據(jù)自己的興趣選擇專業(yè)方向，選修各自方向的專業(yè)課。由于兩個方向的不同培養(yǎng)要求，因此在專業(yè)基礎(chǔ)選修課、專業(yè)必修課和專業(yè)選修課方面設(shè)置限選模塊，每個專業(yè)方向必須修滿相應(yīng)的學(xué)分才能畢業(yè)。
2.改革專業(yè)基礎(chǔ)課程。專業(yè)基礎(chǔ)課程是為專業(yè)課程奠定基礎(chǔ)，因此，在保留了原有電子信息類專業(yè)通常所開設(shè)的電子類課程外，增加了與專業(yè)相關(guān)的課程，如EDA技術(shù)、通信原理、數(shù)字信號處理、物理光學(xué)、應(yīng)用光學(xué)、激光原理與技術(shù)等課程，刪減了原先與物理類相關(guān)的一些課程，如物理學(xué)史、原子物理、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等，并刪減了一些計(jì)算機(jī)軟件類課程，如C++程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用等。專業(yè)基礎(chǔ)選修課程分方向限選模塊，兩個專業(yè)方向?qū)?yīng)有不同的專業(yè)基礎(chǔ)選修課程。
3.優(yōu)化專業(yè)課程。專業(yè)課程是整個專業(yè)教育中的主干部分，微電子方向的課程設(shè)置緊緊圍繞半導(dǎo)體和集成電路設(shè)計(jì)方向，開設(shè)有集成電路設(shè)計(jì)、微電子工藝原理與技術(shù)、工藝與器件可靠性分析、半導(dǎo)體測試技術(shù)、現(xiàn)代電子材料及元器件、集成電路工藝與器件模擬等課程。光電子材料與器件方向圍繞光電材料和光纖通信方向，開設(shè)光電子材料與器件、光電檢測原理與技術(shù)、太陽能電池原理與技術(shù)、光纖傳感原理與技術(shù)、光纖通信技術(shù)等課程。另外專業(yè)課程里面還設(shè)置有專業(yè)實(shí)驗(yàn)，通過加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，訓(xùn)練學(xué)生的動手操作能力，增強(qiáng)學(xué)生的理論知識。
五、與省內(nèi)外專業(yè)人才培養(yǎng)的區(qū)別
具有電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的各大高校分布在不同的地區(qū)，服務(wù)于不同的區(qū)域經(jīng)濟(jì)，這就要求專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)具有區(qū)域化、差異化。我們分析了杭州電子科技大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)、蘇州大學(xué)、南京理工大學(xué)和徐州工程學(xué)院這五所不同地區(qū)、不同層次高校的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)方案。不僅使我們能學(xué)習(xí)到其他高校的先進(jìn)辦學(xué)理念、合理的課程設(shè)置體系，也可以發(fā)現(xiàn)與其他高校之間的差異。具體表現(xiàn)為以下幾個方面：
1.專業(yè)定位。各個學(xué)校的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)依據(jù)自身的師資力量、辦學(xué)條件、區(qū)域經(jīng)濟(jì)要求確定專業(yè)的發(fā)展定位。杭州電子科技大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)依托1個教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、2個國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、3個省部級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，人才培養(yǎng)定位于能從事電子元器件、電子電路乃至電子集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)等方面工作的工程技術(shù)人才。浙江工業(yè)大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)主要培養(yǎng)光通信、電子電路系統(tǒng)、集成電路設(shè)計(jì)等方面的人才。蘇州大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)定位在培養(yǎng)能夠在電路與系統(tǒng)、集成電路與系統(tǒng)等領(lǐng)域從事各類系統(tǒng)級、板級和芯片級研發(fā)工作的高級工程技術(shù)人才。南京理工大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)主要是突出光電技術(shù)和微電子與信息處理學(xué)科的交叉和融合，以光電成像探測理論與技術(shù)及微電子理論與技術(shù)為專業(yè)特色。徐州工程學(xué)院的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)主要定位在培養(yǎng)能從事光電子材料與器件開發(fā)的工程技術(shù)人才。而我校的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)定位于服務(wù)長三角地區(qū)半導(dǎo)體和新能源行業(yè)，培養(yǎng)能從事集成電路設(shè)計(jì)與開發(fā)、光電子材料與器件的研發(fā)等工作的工程技術(shù)人才。
2.課程體系。杭州電子科技大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)、開發(fā)電子元器件、電子電路系統(tǒng)、電子集成系統(tǒng)的能力，在課程設(shè)置上開設(shè)了通信電子電路、EDA技術(shù)、薄膜物理與技術(shù)、電子材料與電子器件、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐、集成電路設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)原理和應(yīng)用、現(xiàn)代DSP技術(shù)及應(yīng)用等專業(yè)課程。浙江工業(yè)大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)、開發(fā)電子電路系統(tǒng)、集成電路系統(tǒng)的能力，開設(shè)了電路原理、模電數(shù)電、通信電子線路、集成電路設(shè)計(jì)、光纖通信原理、光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字信號處理等專業(yè)課程，以及電子線路CAD實(shí)驗(yàn)、單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)、通信原理實(shí)驗(yàn)、通信電子線路大型實(shí)驗(yàn)、微電子基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、半導(dǎo)體器件仿真大型實(shí)驗(yàn)、集成電路設(shè)計(jì)大型實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)類課程。蘇州大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)與開發(fā)電路與系統(tǒng)、集成電路與系統(tǒng)，從事各類系統(tǒng)級、板級和芯片級研發(fā)工作的能力，開設(shè)了信號與系統(tǒng)、電磁場與電磁波、高頻電路設(shè)計(jì)與制作、電子線路CAD、CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)、VLSI設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等專業(yè)課程，以及電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、信號與電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、電子線路實(shí)驗(yàn)、電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)類課程。南京理工大學(xué)培養(yǎng)學(xué)生從事光電子器件、光電系統(tǒng)和集成電路的設(shè)計(jì)、開發(fā)、應(yīng)用的能力，開設(shè)了信號與系統(tǒng)、光學(xué)、光電信號處理、光輻射測量、光電子器件、光電成像技術(shù)、超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、光電子技術(shù)、顯示技術(shù)、光電檢測技術(shù)、數(shù)字圖像處理、半導(dǎo)體集成電路、集成電路測試技術(shù)、微電子技術(shù)、光電子線路、電視原理等專業(yè)課程。徐州工程學(xué)院的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)與開發(fā)光電子材料與器件的能力，開設(shè)有信號與系統(tǒng)、光電子學(xué)、光電子技術(shù)、激光原理與技術(shù)、光伏材料等專業(yè)課程，以及模擬電路課程設(shè)計(jì)、數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)、單片機(jī)原理課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐性課程。我校的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)主要培養(yǎng)學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)、光電子材料與器件的設(shè)計(jì)與制備能力，開設(shè)有半導(dǎo)體物理學(xué)、半導(dǎo)體器件原理、MEMS技術(shù)、微電子工藝原理與技術(shù)、薄膜材料及制備技術(shù)、工藝與器件可靠性分析、集成電路工藝與器件模擬、EDA技術(shù)、通信原理、數(shù)字信號處理、光電子材料與器件、光電檢測原理與技術(shù)、太陽能電池原理與技術(shù)、光纖通信技術(shù)等專業(yè)課程，以及近代物理實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)類課程。
3.人才培養(yǎng)特色。杭州電子科技大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)特色是注重集成電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成方面能力的培養(yǎng)。浙江工業(yè)大學(xué)的人才培養(yǎng)注重光纖通信、集成電路設(shè)計(jì)方面能力的培養(yǎng)。蘇州大學(xué)的人才培養(yǎng)注重電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面能力的培養(yǎng)。南京理工大學(xué)的人才培養(yǎng)注重光電技術(shù)和微電子與信息處理學(xué)科的交叉和融合，以光電成像探測理論與技術(shù)及微電子理論與技術(shù)為專業(yè)特色。徐州工程學(xué)院的人才培養(yǎng)注重光電材料與器件方面能力的培養(yǎng)。我校的人才培養(yǎng)注重電子材料與電子器件的設(shè)計(jì)與開發(fā)、集成電路設(shè)計(jì)方面能力的培養(yǎng)。
參考文獻(xiàn)：
[1]陳鶴鳴，范紅，施偉華，徐寧.電子科學(xué)與技術(shù)本科人才培養(yǎng)方案的改革與探索[A]//電子高等教育年會2005年學(xué)術(shù)年會論文集[C].17-20.
【關(guān)鍵詞】 可編程控制器（PLC）；計(jì)數(shù)； 產(chǎn)品出廠
1 問題引出
全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展使整個社會進(jìn)入了一個全新的信息時代，信息技術(shù)在自動控制也得到了充分的利用。智能儀表控制系統(tǒng)，可編程控制器（PLC），集散控制系統(tǒng)等控制系統(tǒng)已經(jīng)成為如今生產(chǎn)工業(yè)中不可缺少的元素。本文來源于公司產(chǎn)品出廠自動計(jì)數(shù)控制系統(tǒng)，使用三菱MITSUBISHI FX2n PLC和MITSUBISHI F930GOT觸摸屏，來改善自動設(shè)備監(jiān)控質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)自動計(jì)數(shù)。
公司年產(chǎn)產(chǎn)品的出廠分為火車、汽車、輪船三種運(yùn)輸方式。目前國內(nèi)同類裝置的火車運(yùn)輸都是把產(chǎn)品先送至火車庫，然后入庫碼堆，點(diǎn)數(shù)，最后裝上火車出廠。如用人工計(jì)數(shù)不僅繁瑣而且容易出錯，同時公司生產(chǎn)裝置火車庫受所在位置的場地限制，庫容空間較小、如果生產(chǎn)產(chǎn)品量大，產(chǎn)品點(diǎn)包要投入更多的人力、物力費(fèi)用，同時也增加了工人的勞動強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品成本，對經(jīng)濟(jì)效益有極大的影響。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品出廠自動計(jì)數(shù)，可降低工人的勞動強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。由此可見實(shí)施自動計(jì)數(shù)控制監(jiān)控設(shè)備的重要性和必須性。
2 解決問題的方法
實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)有人工計(jì)數(shù)法已淘汰，自動計(jì)數(shù)法也有好幾種，利用小型PLC控制系統(tǒng)計(jì)數(shù)法，可用于I/O點(diǎn)數(shù)少的控制系統(tǒng)，投資成本低。如產(chǎn)品出廠自動計(jì)數(shù)現(xiàn)場控制點(diǎn)較少就可利用中小型PLC實(shí)現(xiàn)。本文采用的是三菱MITSUBISHI FX2n PLC控制系統(tǒng)。
3 自動計(jì)數(shù)控制系統(tǒng)
3.1 工藝介紹。
為了適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的需要，公司產(chǎn)品入火車庫采用了袋裝產(chǎn)品入庫（兩個溜槽）和火車裝載出廠（十六個溜槽）兩部分組成。在每一個溜槽上裝有測速齒輪、測速齒輪故障檢測裝置和光電檢測裝置，在測速齒輪里裝有OMRON繼電器和7齒葉片組成的切光器檢測系統(tǒng)，當(dāng)產(chǎn)品包裝袋從溜槽滑下經(jīng)過切光器檢測裝置和光電檢測裝置時，發(fā)出信號給可編程控制器，可編程控制器對輸入的信號進(jìn)行判斷并計(jì)算，將最終的運(yùn)算結(jié)果通過RS-485接口傳給操作室觸摸屏，通過觸摸屏進(jìn)行人機(jī)對話達(dá)到自動計(jì)數(shù)的功能。當(dāng)十六個溜槽中某一個溜槽的測速齒輪發(fā)生故障時，聯(lián)鎖停該溜槽電機(jī)，此溜槽停止成品火車運(yùn)輸。成品裝載火車流程圖如下圖3.1所示。
整個系統(tǒng)是由PLC可編程序控制器控制運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動運(yùn)行，停止運(yùn)行程序， PLC 是整個系統(tǒng)的核心部分。根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況和工藝監(jiān)控的需要，1至4號溜槽計(jì)數(shù)用一套PLC和人機(jī)界面，5至8號溜槽計(jì)數(shù)用一套PLC和人機(jī)界面，9至12號溜槽計(jì)數(shù)用一套PLC和人機(jī)界面，13至16號溜槽計(jì)數(shù)用一套PLC和人機(jī)界面。現(xiàn)場共有四套PLC和人機(jī)界面類型相同，下面以其中的1至4號溜槽計(jì)數(shù)使用的一套PLC和人機(jī)界面為例，介紹控制作用，隨后的所有章節(jié)內(nèi)容皆以本套PLC為例介紹。自動計(jì)數(shù)控制系統(tǒng)原理圖如下圖3.2所示（1至4號溜槽計(jì)數(shù)）
3.2 計(jì)設(shè)要求
3.2.1 設(shè)計(jì)步驟
本控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品火車出廠自動計(jì)數(shù)，設(shè)計(jì)步驟如下：
1、熟悉工藝控制過程、要求，并確定控制方案；
2、檢測儀表、可編程控制器及觸摸屏選型；
3、編制可編程控制器輸入輸出表；
4、編制可編程控制器梯形圖程序；
3.2.2 實(shí)現(xiàn)功能
要求用可編程控制器、觸摸屏實(shí)現(xiàn)如下功能：
1、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成品出廠自動計(jì)數(shù)。
2、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測速齒輪故障時，自動聯(lián)鎖停止運(yùn)輸。
4 實(shí)現(xiàn)自動計(jì)數(shù)控制
4.1 控制要求。
在熟悉工藝流程基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)的自動計(jì)數(shù)控制方案。整個系統(tǒng)是由PLC可編程控制器控制運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動計(jì)數(shù)、聯(lián)鎖停止運(yùn)行功能，以其中的1至4號溜槽計(jì)數(shù)的PLC為例，若1至4號溜槽中任一溜槽上有產(chǎn)品包通過時，該溜槽的切光器檢測信號和光電開關(guān)信號送至PLC，表示此溜槽上有產(chǎn)品包通過，PLC計(jì)數(shù)器啟動計(jì)數(shù)，當(dāng)1至4號溜槽中任一溜槽的測速齒輪故障時，故障信號送至PLC，PLC通過內(nèi)部運(yùn)算，輸出信號，聯(lián)鎖停止有故障的溜槽電機(jī)，停止該溜槽成品運(yùn)輸。
4.2 硬件配置。
本設(shè)計(jì)選用三菱FX2n類型PLC和F930GOT觸摸屏。以其中的1至4號溜槽計(jì)數(shù)的PLC為例，根據(jù)圖3.2自動計(jì)數(shù)控制系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)出PLC結(jié)構(gòu)圖。輸入信號都是一些開關(guān)量，有1至4號溜槽的光電開關(guān)信號、1至4號溜槽的測速齒輪故障信號、溜槽電機(jī)啟動、停止信號、計(jì)數(shù)器復(fù)位信號，切光器信號。輸出信號有停1至4號溜槽電機(jī)信號、計(jì)數(shù)器計(jì)滿復(fù)位指示燈信號。PLC通過 RS-485通信模塊FX2N-485-BD與F930GOT觸摸屏連接。
4.3 根據(jù)系統(tǒng)的控制編寫I/O分配表如下：
該套PLC系統(tǒng)包含了24個輸入點(diǎn)，8個輸出點(diǎn)，考慮到I/O點(diǎn)數(shù)15%-20%的備用量，所以選用了三菱FX2n-64MR（32個輸入點(diǎn)，32個輸出點(diǎn)）。
4.4 根據(jù) I/O分配表，畫出自動計(jì)數(shù)控制系統(tǒng)接線示意圖如圖4.1所示。
圖4.1 自動計(jì)數(shù)控制系統(tǒng)接線示意圖
F930GOT系列是人機(jī)界面與編程器二合為一的新型觸摸顯示器，它可在觸摸屏上直接對PLC進(jìn)行監(jiān)控及編程。
4.3 自動計(jì)數(shù)控制系統(tǒng)梯形圖程序。
PLC自動計(jì)數(shù)控制系統(tǒng)包括1至4號溜槽的自動計(jì)數(shù)程序和1至4號溜槽電動機(jī)聯(lián)鎖停止程序。以1號溜槽的程序?yàn)槔溆嗔锊鄢绦蛲?號溜槽程序。
1、1號溜槽自動計(jì)數(shù)程序
該自動計(jì)數(shù)程序檢測裝置含有切光器檢測系統(tǒng)和光電檢測裝置，實(shí)現(xiàn)溜槽上有產(chǎn)品包經(jīng)過時準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。當(dāng)溜槽上有產(chǎn)品包經(jīng)過時，切光器檢測系統(tǒng)X020接通，脈沖計(jì)數(shù)器C4開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器C4數(shù)值即為產(chǎn)生的脈沖個數(shù)，對產(chǎn)生的脈沖個數(shù)分成三個區(qū)間，脈沖個數(shù)大于等于4且小于等于20，表示溜槽上經(jīng)過的是單包產(chǎn)品包，輔助繼電器M1接通，M1和光電開關(guān)X000都接通時，計(jì)包計(jì)數(shù)器C0計(jì)數(shù)值增加1；脈沖個數(shù)大于等于24且小于等于34，表示溜槽上經(jīng)過的是二連包產(chǎn)品包，輔助繼電器M4接通，M4和光電開關(guān)X000都接通時，計(jì)包計(jì)數(shù)器C0計(jì)數(shù)值增加2；脈沖個數(shù)大于35，表示溜槽上經(jīng)過的是三連包產(chǎn)品包，輔助繼電器M8接通，M8和光電開關(guān)X000都接通時，計(jì)包計(jì)數(shù)器C0計(jì)數(shù)值增加3。計(jì)包計(jì)數(shù)器C0計(jì)數(shù)值達(dá)到設(shè)定值100時，觸點(diǎn)動作，Y004接通，計(jì)數(shù)器指示燈亮，可以用X004手動復(fù)位計(jì)數(shù)器C0。每一次產(chǎn)品包經(jīng)過光電開光X000計(jì)數(shù)完成后，自動復(fù)位脈沖計(jì)數(shù)器C4、輔助繼電器M1、M4、M8。該程序是將每包的誤差固定在三個程序段中，是線性誤差，并可經(jīng)過調(diào)試將誤差的影響降到最低，也克服了疊包的干擾，達(dá)到了準(zhǔn)確計(jì)數(shù)的目的。
圖4.2 自動計(jì)數(shù)程序
圖4.3 溜槽電機(jī)聯(lián)鎖停止程序
2、1號溜槽溜槽電機(jī)聯(lián)鎖停止程序
該程序是為了實(shí)現(xiàn)溜槽測速齒輪故障時，聯(lián)鎖停溜槽電機(jī)。當(dāng)按下溜槽電機(jī)啟動按鈕X008，通過輔助繼電器M100，啟動自鎖，溜槽電機(jī)啟動，當(dāng)按下溜槽電機(jī)停止按鈕X012，溜槽電機(jī)停止運(yùn)行。溜槽電機(jī)正常運(yùn)行時，若檢測到溜槽的測速齒輪故障X016，則繼電器M100動作，輸出Y000停止溜槽電機(jī)，溜槽停止運(yùn)輸。
5 小型PLC實(shí)現(xiàn)自動計(jì)數(shù)帶來的經(jīng)濟(jì)效益
成品火車出廠計(jì)數(shù)投用該自動計(jì)數(shù)控制系統(tǒng)后，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，一年減少的轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用和管理人員費(fèi)用可達(dá)到215萬元人民幣，費(fèi)用計(jì)算如下。
5.1 節(jié)約年轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用:
年產(chǎn)產(chǎn)品52萬噸。按每年實(shí)際生產(chǎn)50萬噸，其中50%生產(chǎn)量由火車出廠，每噸轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)7元計(jì)算，根據(jù)公式W=P×σ×I可算出一年減少的轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)。
W=P×σ×I
=500000×50%×7
=175萬元
其中W表示年轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)，P表示實(shí)際年產(chǎn)產(chǎn)品量，σ表示火車出廠產(chǎn)品量比例，I表示每噸產(chǎn)品轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)
5.2 減少成品管理人員費(fèi)用
按減少人數(shù)八人計(jì)算，企業(yè)需付出工資及各種福利按每人每年5萬元計(jì)算，根據(jù)公式M=N×R可算出一年減少管理人員費(fèi)用。
M =N×R
=8×5
=40萬元
其中M表示總年費(fèi)用，N表示總?cè)藬?shù)，R表示個人年費(fèi)用
6 小結(jié)
本文只是PLC順序控制當(dāng)中的計(jì)數(shù)控制的一個小例，事實(shí)上當(dāng)前PLC已得到廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用有1．用于順序控制2．用于過程控制3．用于運(yùn)動控制4．用于信息控制5．用于遠(yuǎn)程控制。前三個是為了使不同的系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)自動化。信息控制是為了實(shí)現(xiàn)信息化，其目的是使自動化能建立在信息化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)管理與控制結(jié)合，進(jìn)而做到供、產(chǎn)、銷無縫連接，確保自動化效益。遠(yuǎn)程控制則是使在信息化基礎(chǔ)上的自動化能遠(yuǎn)程化。然而，隨著自動化、信息化及遠(yuǎn)程化的推進(jìn)，系統(tǒng)將越來越復(fù)雜。為此，還必須實(shí)現(xiàn)這些控制進(jìn)行控制。否則，一旦情況變化，或出現(xiàn)故障，而又不能及時應(yīng)對，所有這些控制帶來的效益將化為烏有。恰恰是PLC，有對這些控制進(jìn)行控制的能力。PLC是靠處理信息實(shí)施控制，PLC又有很多自診斷功能。充分利用PLC這兩個優(yōu)勢，使PLC在實(shí)施上述控制時，具有一定的自適應(yīng)、自診斷的能力，在實(shí)現(xiàn)自動化、信息化及遠(yuǎn)程化之后，再實(shí)現(xiàn)智能化。這也是這些控制發(fā)展必然趨勢。
當(dāng)然，能夠完成這么多控制手段不僅僅是PLC，但是，PLC已成為其中的主角這是公認(rèn)的趨勢。
參考文獻(xiàn)
［1］ 徐科軍．傳感器與檢測技術(shù)．北京：電子工業(yè)出版社，2004.9
［2］ 廖常初．可編程控制器的編程方法與工程應(yīng)用． 重慶： 重慶大學(xué)出版社， 2000.8
［3］ 馬云鋒，樊俊秀．PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析． 自動化技術(shù)與應(yīng)用 ， 2006.2
