時間：2023-06-05 09:54:34
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
中圖分類號：TN247文獻標識碼：A文章編號：
1.概論
世界已進入信息時代，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，因此傳感器技術越來越受到人們的重視。而隨著傳感器技術的發展，傳感器所要面向的應用范圍從納米尺度到天文尺度兩段都在不斷擴展，精密測量技術已經得到了越來越多的研究和重視，這就使得作為現代精密測量的核心技術的光電檢測技術的重要性與日俱增，因為傳統的檢測方法已經無法滿足這些工作條件下的特殊要求。因此，光電檢測技術的教學和研究已越來越受到國內為高等院校、科研機構和相關企業的重視。
現在一起科學技術是機械、光學、電學、計算機以及控制技術的綜合化，光、機、電、算一體化已經成為儀器發展的趨勢。傳感器的微型化、納米技術的發展，也對現代精密測量技術提出了越來越高的要求。在這種情況下，光電檢測技術的重要性越來越明顯。然而，在目前的測控技術月儀器體系中，光電檢測技術的重要性并沒有得到足夠的重視。本文首先介紹了現代精密測量技術的發展現狀，隨之介紹了光電檢測技術的基本內容及其面臨的問題，最后提出應當突出光電檢測技術的重要性，使之在測控技術與儀器專業體系中占有重要地位，這對培養具有創新能力和前瞻意識的高素質人才具有良好的促進作用。
2.現代精密測量技術的發展現狀
現代精密測量技術是一門集光學、電子、傳感器、圖像、制造機計算機技術為一體的綜合叉學科，涉及廣泛的學科領域，它的發展需要眾多相關學科的支持。在現代工業制造技術和科學研究中，測量儀器具有精密化、集成化、智能化的發展趨勢。
科學技術向微小領域發展，由毫米級、微米級繼而涉足到納米技術，即微/納米技術。微/納米技術研究和探測物質結構的功能尺寸與分辨能力達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。
納米級加工技術可分為加工精度和加工尺度兩方面。加工精度由本世紀初的最高精度微米級發展到現在的幾個納米數量級。金剛石車床加工的超精密衍射光柵精度已達1nm，實驗室已經可以制作10nm以下的線、柱、槽。
在這一大背景下，傳統的測量方式已經很難發揮大的作用。因此，與精密測量技術的發展需求相對應，光電檢測技術得到了越來越多的重視和應用。由于光電檢測技術在工業測控、精密測量和計量方面的重要作用，特別是隨著社會對產品質量意識的逐步提高。
3.測控技術與以其專業及其只是結構組成
測控技術與儀器技術隸屬于信息技術領域的儀器科學與技術學科，其內容主要涉及測量控制與儀器儀表技術領域。隨著科學技術尤其是電子信息技術的飛速發展，測量控制欲儀器儀表技術領域也發生了很大的變化。其自身結構已從單純機械結構或機電結合或機光電結合的結構發展成為集傳感技術、計算機技術、電子技術、現代光學、精密機械等多種高新技術于一身的系統，其用途也從單純數據采集發展為集數據采集、信號傳輸、信號處理以及控制為一體的測控國產。特別是進入21世紀以來，隨著計算機網絡技術、軟件技術、微納米技術的發展，測量控制與儀器儀表呈現出虛擬化、網絡化和微型化的發展趨勢，從而使儀器科學與技術學科的多學科綜合及多系統集成的屬性越來越明顯。
由此可見，測控技術與儀器專業的學生其知識面必須比較寬，橫跨了傳感器、通訊、控制、計算機等多方面的內容。
光電檢測技術的簡介
技術的業務培養目標是：培養具備精密儀器設計制造以及測量與控制方面基礎知識與應用能力，能在國民經濟各個部門從事測量與控制領域內有關技術、儀器與系統的設計制造、科技開發、應用研究、運行管理等方面的高級工程技術人才。
技術的業務培養要求是：主要學習精密儀器的光學、機械與電子學基礎理論、測量與孔子理論和有關測控儀器的設計方法，手奧現代測控技術和儀器應用的訓練，具有本專業測控技術及儀器系統的應用級設計開發能力。
光電檢測技術的基本內容及其面臨的問題
光電檢測技術是測控技術與儀器專業能使技術人員了解和掌握光電轉換的基本原理及光電檢測技術所必須的各種知識，了解和掌握常用光電測量方法及常用測量儀器的使用，具備進行各種基本光電測量所需技能和設計簡單光電檢測電路的能力。
光電檢測技術基本內容包括三方面的內容。
掌握與光電技術有關的基礎知識、基本原理和基礎效應。如：陰極光電效應，半導體光電效應，PN結的光電效應：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。
理解光電技術的基本應用。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。了解基本光電檢測系統的主要參數。
了解光電檢測的基本方法及光電檢測電路的設計思想。了解光電技術的發展及廣泛應用。掌握各種基本光電檢測方法的有關技術。
6.光電檢測技術在測控技術與儀器專業體系中的作用
綜上所述，《光電檢測技術》課程在測量控制與儀器儀表技術領域的重要性在不斷增加。然而，在目前的測控技術與儀器專業課程體系中，《光電檢測技術》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》在測控技術與儀器專業課程體系中的作用進行重新認識。
光電檢測技術在測控技術與儀器專業課程體系中的作用可以概括為四個字：承前啟后。“承前”是指光電檢測技術是傳感器技術、工程光學、測控電路等內容的深入和拓展，“啟后”則是指光電檢測技術的內容是后續如光電儀器設計、智能儀器設計等環節的重要知識基礎。沒有對光電檢測技術知識的良好掌握，要實現對各種現代精密測量技術的整體把握、實現符合要求的具有良好性能價格比的精密測量系統是不可能的。
7.結束語
因此，本文認為，在測控技術與儀器技術學習中，應當突出光電檢測技術的重要性，在實驗設備、授課學時、人員配置、科研技術等方面予以重點支持，使之在測控技術與儀器專業課程體系中占有與其在測量控制與儀器儀表技術領域的重要性相稱的重要地位，這對于培養具有創新能力和前瞻意識的高素質人才具有良好的促進作用。
參考文獻：
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[2] 曲興華。儀器制造技術。北京：機械工業出版社，2005.
關鍵詞：微弱光信號；現代光電檢測技術；應用現狀
1 概述
微弱光信號檢測技術及其相應的光電檢測技術可應用于各個領域，如在軍事領域，用于隱形目標偵查、武器制造和目標距離檢測以及無線通信等；在工業領域，可用于檢測產品質量、控制環境污染量及產品計量等方面；在化學分析領域，可用于鑒定物質結構、檢測分析藥物成分等：在醫學領域，可用于分析醫學電子圖像，通過回測微弱信號檢測疾病等[1]。微弱光信號檢測技術的研究意義重大。
2 微弱光信號檢測技術研究現狀
對于微弱光信號檢測來說，其難點在于微弱信號采集部分的設計以及轉換電路的設計。近些年來，隨著現代光電技術的發展，關于微弱光信號的檢測、采集與處理技術的研究也取得巨大發展。在采集檢測系統的設計與實現方面，眾多學者從不同角度進行了嘗試和探索。
如采通過在信號處理電路中設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，開發出“BHJ-400”型紅外測溫儀。該紅外測溫設備即使在強噪聲的背景下也能實現對微弱光的檢測[2]；文獻[3]基于信號的相關性原理，設計一鎖相放大器并用于檢測微弱光信號的測量系統中。從而研制出紅外多光譜輻射溫度測量系統，同時采用將方法與函數模型法相結合并根據自動化原理設計出雙向反射分布函數自動測量系統[3]；采用在同一測量裝置上集成非接觸式光學成像CCD傳感器和接觸式光纖傳感器方式測量工件的孔徑，由于測量技術的科學先進性，該測量設備的測量精度可以達微米級[4]；文獻[5]以采用高精度運算放大器及FLASH型芯片核心進行硬件系統和軟件系統設計，其測量輸出光功率的穩定度可達±0.01nW，有效實現了在光纖通訊領域中對傳輸終端的微弱光信號功率的高精度測量[5]。
可以看出現有方法多數基于相關檢測原理設計鎖相放大器，實現對微弱光信號的檢測。然而這類方法都有實現成本高、流程和結構比較復雜等不足。尋找一種精度較高、成本較低且結構簡單的微弱光信號檢測系統十分必要。近期許多學者提出了一些改進的檢測方法，取得了較好檢測效果。
如文獻[6]對傳統的全部采用專用集成電路來檢測微弱光信號的方法進行改造，將傳統方法中不能適用于多變場合的缺點進行優化。該系統采用部分集成電路與相對分立元件相結合的方式形成兩種放大器，系統中的光電轉換電路以低輸入偏置電流放大器AD549 為主。實驗證明，分立電路既保留了傳統檢測系統抗干擾能力強等優點，且具有可操作性強和測量方式多變等優點[6]。文獻[7]采用S2387系列光電二極管，結合多級放大路與T型反饋電阻網絡，設計了一種放大倍率可編程的微弱光強信號采樣電路。基于對實驗數據的分析，通過對前后級放大倍數的合理分配，實現對光強或波長變化比較大的微弱光信號的最優放大，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速度與降低噪聲的要求，簡潔可靠，測量精度高[7]。文獻[8]通過設計下位機將待測光信號進行光電轉換、放大和濾波等處理，下位機由光電轉換電路、前置放大電路、多級放大電路、有源濾波電路和數據傳輸電路構成。通過采集卡將下位機采集到的信號送到上位機處理，提出一種自適應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展，如文獻[9]采用最優混沌模型李亞普諾夫指數法定量檢測微弱光電信號幅值方法。基于最優混沌模型，解決了傳統混沌方法檢測時出現的可檢測信噪比高、檢測閾值誤差大等問題[9]。文獻[10]基于相關檢測理論，設計微弱光纖陀螺信號檢測系統，實現對開環背景噪聲中微弱光纖陀螺信號的精確檢測[10]。文獻[11]基于數字正交相關檢測方法，設計用于微弱激光信號檢測的光電檢測裝置，在數字相關檢測基本原理的基礎上完成對光電檢測系統的整體設計開發。仿真和實驗結果驗證了該方法的有效性[11]。
3 結束語
綜上所述，國內外科研領域對微弱光信號檢測技術的關注度較高，為開發高精度、低成本的微弱光信號檢測裝置，進行了探索并取得了顯著成效。另一方面眾多學者也將傳統集成元件檢測方法改進以適應不同檢測場合，促進了微弱光信號檢測技術的發展。微弱光信號檢測技術在各個領域都占據著比較重要的地位，未來微弱光信號檢測技術在相關領域的應用會越來越廣泛，同時也將向智能化、數字化方向發展。
參考文獻
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（蚌埠學院 數學與物理系，安徽 蚌埠 233030）
基金項目：基金項目：專業結構調整服務地方發展計劃（2013zytz077）、校級大學物理團隊項目（2013jyxmo5）、蚌埠學院2015年院級科研項目（2015ZR17）、蚌埠學院2012年院級重點教研項目（JYLZ1205）
摘 要：較化學檢測法等傳統環境污染檢測方法，光學測量方法以其無可比擬的優勢廣泛應用于環境污染物的檢測及監測，近幾十年來發展迅速，并具有廣泛的應用前景。隨著激光技術和計算機技術的發展，光學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），紫外差分光學吸收光譜儀（DOAS系統）和傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR系統）等，都為這一變革提供有力的佐證。論文介紹光學顯微鏡檢測方法，光學分析方法以及光電檢測技術，重點分析光學顯微鏡檢測方法在環境監測中的應用、光學分析方法在水質檢測領域的應用、光電檢測技術在環境監測中的應用，光學測量方法的最新發展方向。
關鍵詞 ：光學顯微鏡；光電檢測技術；光譜學分析法；DOAS系統；FTIR系統；LASAIR系統
中圖分類號：O439文獻標識碼：A文章編號：1673-260X（2015）08-0005-04
隨著現代科技的不斷更新與物質生活的高度發達，環境污染物的排放量日益增多，人們在享受著豐富物質生活的同時，也受到了環境污染帶來的沖擊，例如酸雨的侵害，霧霾天氣的影響，全球變暖導致的海平面上升等問題。傳統的檢測方法（如化學法），由于用時長、花費高、操作復雜，需要各個部門相互協作，甚至在檢測時都可能會產生環境污染物，越來越受到抵制。而光學測量方法在環境檢測方面，更能有效地避免這些弊端的產生。
在環境中，對于水質，有關部門主要通過對水質采樣、化驗、分析的方法實現對水質的監控。對于水體富營養化的這種情況，有關部門通過光學顯微鏡直接對水體進行觀查即可。而對于重金屬污染過的水源，往往光學顯微鏡很難直接觀測出來，還要通過物理或化學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，有可能又會產生新的污染物，樣品處理又帶來了困難。由于光學顯微鏡很難實現對空氣的檢測，所以在環境監測中用處并不大。這時人們聯想到，也可以通過光的其他特性來實現對環境的實時的監控。而光電檢測技術（如外光譜法，激光光譜法等），人們可以直接檢測環境中的污染物，無需費時費力，既能實時地反映出污染物的量和濃度，又不會產生附加污染物，且在環境監測中實用性很強。光電檢測技術利用光的光譜特性，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，二氧化碳氣體，含硫化合物氣體等[1]。
1 光學顯微鏡檢測方法在環境監測中的應用
在現實生活中，我們最易受到水污染帶來的侵害，水體富營養化一直是我們關注的重大問題，而光學顯微鏡在這方面的檢測應用極其廣泛。環境保護部門在水污染地需要將水質進行抽樣、化驗、分析、觀察，這時就要用到光學顯微鏡[2]。
1.1 細菌、霉菌檢測
水體細菌含量是人們辨別水質是否利于飲用的重要標準，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者，繁殖速度很快。水體富營養化會促進其繁殖能力，從而影響水質的飲用安全。對浮游植物的檢測，離不開光學顯微鏡。光學顯微鏡直接對水質進行觀察監測，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化。
1.3 特殊物質檢測
石棉纖維被動物體吸入肺部后，容易沉著在肺泡內，影響動物體的呼吸，對動物體的健康影響很大。在用光學顯微鏡檢測時，必須用高倍鏡才能觀察到石棉纖維，因此，對光學顯微鏡的分辨率要求比較高。為確定肝癌細胞的使用量，需要用光學顯微鏡鏡檢肝癌細胞的復蘇狀況。
二噁英（Dioxin），是某些有害物燃燒后產生的脂溶性物質，不能被生物分解，具有很強的危害性。利用離體肝癌細胞的EROD與二噁英的復合毒性效應是生物學中的一種檢測方法。環境監測部門也利用這種方法對環境中的石棉塵（石棉纖維）進行監測。
在受污染的水體中，培養魚（一般選擇生長速度快的青魚）的受精卵，在魚卵孵化過程中，使用光學顯微鏡監測受精卵的孵出率，并觀察胚胎發育過程中畸形胎所占比重。
1.4 環境毒性測試
根據所知的生物學，單細胞藻類有很強的繁殖能力。可以在水體中培養藻類，用光學顯微鏡觀察，監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[3]。
2 光學分析方法在水質檢測領域的應用
物質在吸收光波后，會在某一波段有一個吸收峰，通過分析這個波段，就可以得出該物質的光譜特性，光學分析方法就是在此研究基礎上找到的一種測量方法[4]。反應靈敏度高，檢測速度快的優點是人們在采用這種光學測量方法時首要的考慮因素。某些光學分析方法，人們往往既不需要像傳統檢測方法一樣去使用試劑，又不需要花費太多的精力去維護相關的儀器設備。近幾十年來，光學分析方法隨著科技的腳步，在水質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與物質之間的化學反應，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濃度的方法[6]。比色分析法主要用于水質中，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，例如一價銅離子溶液，這時可以根據其易被氧化的化學特性，將一價銅離子溶液氧化成藍色的二價銅離子溶液。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確度不高。而采用分光光度法的光電比色分析法，彌補了主觀判斷造成的失誤，未知量的準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的基礎上，因此對溶液離子的化學性質要求比較高。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的單色光源進行檢測，還可以使用與高速計算機聯接的攝像頭進行圖像綜合對比分析。利用顯色劑的不同反應，比色分析法可被廣泛地應用在水質監測方面以及測定受污染水質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，透過力強的特點，利用這一特點，人們可以通過紫外光譜區進行檢測。有機分子在紫外光譜區的吸收較強（其實就是高能量脈沖殺死了有機活性物質），因此適用于檢測水體有機污染物。紫外光譜分析法，分為單波長法，經過多年探索研究后，發展為雙波長法，循序漸進到如今比較全面的全光譜法。對單波長法進行改進的雙波長法，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所有有機污染物。
2.3 間接測定法
水質中，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，再通過計算機編程處理，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，但是卻要滿足物質本身就發射熒光（如葉綠素、水中有機物等）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，要求光源的發射光波長與物質的吸收光波長一致。激光光源由于其得天獨厚的優點（單色性好、能量集中），受到了研究人員的高度關注，激光誘導熒光技術就是采用激光作為光源的熒光檢測技術。目前，激光光源在直接測定法中幾乎已經取代了傳統光源的檢測地位。
3 光電檢測技術在環境監測中的應用
雖然光學顯微鏡在水體污染的監測中可謂嶄露頭角，但在空氣污染物的監測中卻顯得捉襟見肘。空氣污染物通常指以氣態形式進入大氣層來物質（主要是人為污染，例如含硫化合物，二氧化碳氣體等等），其對人體或生態系統具有很不好的效應，例如酸雨，霧霾等等。隨著光學的發展，光電檢測技術逐步應用到現實生活中，尤其在環境監測中，以其獨特的優勢獲得了人們的青睞。
3.1 光電檢測技術的原理
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換成光信息，再通過A/D轉換器轉換成電信號，再綜合利用信息傳輸技術和計算機編程處理技術，完成信息獲取。當光照射到物體表面時，使物體發射電子、或電導率發生變化、或產生光電動勢等。這種因光照而引起物體特性發生變化的現象稱為光電效應光電檢測系統以激光、紅外、光纖等現代光電器件為基礎，對載有待測物體信號的光信息進行處理，即通過光電檢測器件接收光信息并轉換為電信號。由輸入電路、放大濾波等電路提取待測物的信息，再經過A/D轉換器輸入計算機運算和處理，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）。
3.2 光電檢測系統在環境檢測中的應用
光與物質的相互作用，改變了物質的某些物理特性。利用這種特性，制作的光電檢測系統可以分為兩大類：使用能覆蓋寬光譜區的寬帶光源的監測系統；使用激光或窄光譜光源，因而只能覆蓋窄光譜區的監測系統[8-9]。在寬帶監測系統中，傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR）或紫外差分光學吸收光譜儀（Uv-DOAs，又名DOAs系統）測系統可同時監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的，寬帶監測系統能“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雜混合物中直接區分開來”。但是，當寬帶監測系統的分辨率低于欲觀察的光譜線中的精細結構時，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。
激光監測系統由于分辨率高，掃描光譜范圍窄，所以檢測靈敏度相當高，但是激光監測系統發出的波長必須與被檢測化合物吸收譜線的光波長相匹配。由于激光監測系統發出的激光波長是單色的，掃描波段被限制在極窄的范圍內，一般情況下只能對應的檢測出一種化合物。若檢測的是混合物，則需要另加對應的監測裝置。在目前的環境監測中，寬帶監測系統和激光監測系統，這兩種類型的監測裝置都有其應用。例如，FTIR監測系統，它可提供對企業事故中泄漏出的某些有害化合物進行檢測。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。但如果要連續實時監測從污染源（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，激光監測系統就成為了理想的監測系統。激光雷達像其它激光監測系統一樣，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的檢測系統，因此，探索污染物的發源地，激光雷達系統是最好的檢測系統。諸如高空大氣層中臭氧的消耗情況，可以使用激光雷達系統進行計算機模擬繪圖。使用激光雷達系統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散過程有更透徹的了解。
DOAS系統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光的反射定律，光源發射的光波經過某些物質后，經吸收的光波與光源光波一起被反射鏡反射回來，利用計算機高速運算的能力分析光波的差異性，故而稱作差分光學吸收光譜技術。調取吸收光譜數據庫中已知數據，與吸收光譜數據相比較，從而分析物質中存在的化合物種類。
LASAIR系統是激光技術與計算機技術相結合的高新技術[11-12]，利用激光的單色性和計算機的高速運算能力，提高了檢測效率。可調二極管激光吸收光譜分析儀發射出的激光光波長，足以滿足吸收峰在中紅外區（320um的范圍內）的物質檢測，適合大多數的工業環境監測。可調二極管激光吸收光譜儀，已在全球范圍內有毒有害氣體的檢測上發揮了重要作用。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，必須要使用發射對應吸收峰值波長的激光光源。
4 結束語
隨著時代而發展的光纖通訊和光電子信息技術被應用于環境監測中，尤其是具有體積小、壽命長和光電轉換效率高的近紅外二極管激光器[13-14]，目前已經迅速商品化，成為了檢測空氣污染物質的最合適光源。而調諧二極管激光吸收技術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信息。當激光通過被檢測氣體時，光電磁波會被吸收和散射而衰減。利用被測量物質分子的吸收能力遠遠高于物質分子對光的散射能力，我們可以忽略掉物質分子散射的這一衰弱影響。經過近30年的發展，調諧二極管激光吸收技術日益成熟，被廣泛的應用在空氣污染物質的檢測和監測中。隨著光譜學分析技術和激光技術的完美結合，特別是在近些年來，制作半導體材料和器件的工藝長足進步的情形下，激光光譜學分析技術在環境監測方面的應用越來越成熟。
紅外半導體激光器可以在常溫下工作，取代了傳統光源的地位[15]。研究結果表明，紅外半導體激光器的發射波長與很多環境污染氣體的吸收波長相同。由于紅外半導體激光器具有譜線窄、單頻、功率大、工作可靠的優點，也為制作高質量，高水準的氣體檢測儀打下了堅實重要的基礎。根據其對環境的抗干擾能力強，經常不需要標定，可直接安裝在管道上檢測等實用性的特點，被大量使用在工業生產過程中檢測污染氣體方面。
從光學顯微鏡早期在環境監測中的應用（主要在水質檢測方面），到后來應用光學分析方法監測環境，直到現在人們又通過光的其他特性發明了各式各樣的監測儀器，如：激光監測儀（DOAS系統），傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR監測系統）。可以說，光學測量方法是隨著光學的發展而發展變化的。隨著量子力學的發展，人們對光的認識不僅僅只是停留在了光譜層面上，而且也通過實驗驗證了人們對光的本質的假設。人們相信，現在我們所知的光學只是其冰山一角，光學測量方法也會隨著光學的發展而日新月異。
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關鍵詞 光學工程專業碩士；教學體系；實驗室建設
中圖分類號：G482 文獻標識碼：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，信息產業的發展已從傳統的無線電波向光頻波段擴展，現代光學工程技術已擴展和滲透到國民經濟和人民生活的每一個領域，可以預計，本世紀是光和電并存發展的時代。近年來，我國多所重點大學和部分普通高校相繼設立光學工程專業學位碩士點。根據該專業的特點，一般將其設置在物理學院（物理系、理學院）或電子信息學院（光電信息系、電子工程學院）。中國石油大學光學工程專業是經教育部批準，于2010年在理學院中新設置的一個碩士點專業。該專業旨在培養光學技術在石油領域應用的創新型人才，應用面廣、實踐性強。鑒于本專業大多數學生來自非石油院校，對光學技術在石油領域的應用不了解不熟悉，同時缺乏相關的石油的勘探開發煉制和儲運的背景知識，因此，建立石油領域相關的光與油氣實驗課的教學體系尤為重要。專業實驗課在專業人才培養中，特別在提高學生的工程實踐能力以及科技創新能力上起著至關重要的作用[1-3]。本文將研究中國石油大學光學工程專業碩士學位實驗教學體系構建的思路及內容，實驗室的具體建設情況以及今后要做的工作。
1 光學工程專業碩士實驗教學體系的構建
本專業建設初期，走訪天津大學、南開大學、北京交通大學、北京郵電大學、山東大學等兄弟院校，考察他們的專業培養方向、實驗教學體系、實踐教學環節等。由于各校的學科優勢與師資情況各不相同，各校的服務對象以及地理位置、招生情況也不盡相同，使得各高校在該專業的人才培養模式和專業方向上各有特色。在借鑒兄弟院校建設該專業經驗的基礎上，結合學校特色，經多次討論研究，制訂中國石油大學光學工程專業碩士的培養方案，在此基礎上，初步建立光學工程專業學位研究生教學體系。
1.1 光學工程專業碩士培養方向的確定
中國石油大學為教育部直屬的石油特色鮮明的全國重點大學，因此，人才培養目標是：1）為光電類高新技術企業、科研機構培養優秀人才；2）為海洋資源部門包括中海油等石油石化企業培養優秀人才。
基于以上目標，在光學工程專業碩士下設置兩個選修方向，其一是“光檢測技術”，課程設置以光電信息與檢測技術及應用等為主，其就業面向光電高新技術企業、顯示設備制造企業，兼顧石油系統的測井行業；其二是“海洋光學儀器與應用”，課程設置以海洋光學與海洋光學儀器、遙感技術與應用、激光測量技術、軍用光電系統等為主，其就業面向海洋資源探測機構，以及海洋石油勘探與開發企業和國防部門。
1.2 光學工程專業碩士實驗教學體系
根據本專業的知識結構特性，并根據學校本專業課程設置情況，該專業可分為激光原理與技術、光信息技術、光電子技術、光通信技術、光電檢測技術、光顯示與存儲技術、T赫茲光譜技術、海洋光學技術等8個方面的內容，見圖1。專業實驗的教學體系的設立與設計圍繞這8個方面進行，形成8個模塊的實驗內容，做到與理論教學的有機結合，既服務于理論教學，又是對理論教學的補充和提高。
為便于管理和教學，提高學生綜合運用知識處理實際問題的能力，在實驗課程的設計中，擬將以上8個模塊的內容融合為4門實驗課程：光信息技術實驗（包括信息光學技術、光通訊技術）、光電技術實驗（包括激光原理與技術、光電子技術）、光電檢測與顯示技術實驗（包括光電檢測技術、光顯示與存儲技術）、海洋光學儀器實驗（包括激光光譜技術、海洋光學技術）。其中前2門實驗課程是光信息科學與技術專業的必修實驗，后2門實驗課程為兩個專業選修方向的選修實驗。后2門實驗課程學生在選做時完成每部分必選實驗后，可以交叉選做另一專業方向的實驗，以充分利用現有資源，培養復合型人才。
建立專業實驗教學體系與設計實驗課程還必須兼顧專業實驗教學環節的特點、功能和培養目標。本專業實驗是建立在大學物理實驗、電子技術實驗的基礎上的，主要從專業知識與實驗技能兩個方面訓練學生的綜合素質和能力，為畢業論好準備工作，從而為繼續深造和就業打下良好的基礎。圍繞4門實驗課程，建立8個實驗模塊，按照人才培養規律，設置3個層次的實驗教學體系：層次一，專業基礎實驗；層次二，設計型/綜合型實驗；層次三，研究型/創新型實驗。內容安排由淺入深，由基礎到創新，由單一知識點到系統的綜合的實驗研究訓練，構成一個完整、科學、獨特的光信息科學與技術實驗教學體系，見圖2。
2 光學工程專業碩士實驗室的建設
2008年，學校投資600余萬元用于建設材料物理與化學學科，購買太赫茲光譜檢測設備、光纖傳感設備、光譜與光電子檢測設備，這些設備在立足科研的同時又可用于光學工程專業學位研究生的實驗教學。同時基于學校的大學物理實驗室、創新實驗室、超聲實驗室、演示實驗室，初步建立光學工程專業學位研究生實驗教學實驗室的規劃建設，并實現本專業部分實驗項目開設。下面是擬開設實驗和需要購買的設備。
2.1 光信息技術實驗
通過本系列的實驗，使學生對信息采集、處理、傳輸、存儲等方面的光學方法有深入的理解。具體實驗項目有：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）傅里葉變換光譜實驗；6）偏振光學實驗；7）光纖偏振控制實驗；8）基本光纖光學實驗；9）Mach-Zehnder光纖干涉實驗；10）波分復用（WDM）原理性實驗；11）摻鉺光纖放大器原理性實驗；12）光纖各種參數測試實驗。其中有7項屬于第一層次的實驗，5項屬于第二層次的實驗。
2.2 光電技術實驗
通過本部分實驗的開設使學生加深對光電子學知識及其應用的掌握。具體實驗項目有：1）光源基礎實驗LD/LED特性研究；2）光電探測原理實驗；3）CCD原理及應用實驗；4）光電報警系統設計實驗；5）光電定向實驗；6）光電倍增管特性參數測量；7）磁光調制實驗；8）電光調制實驗；9）聲光調制實驗；10）太陽能電池原理性實驗；11）激光器系列實驗。其中第一層次實驗7個，第二層次實驗3個。
2.3 光電檢測技術實驗
本部分為專業選修實驗，具體的實驗項目有：1）光纖位移傳感器實驗；2）光纖溫度傳感器實驗；3）光纖壓力傳感器實驗；4）光譜分析實驗；5）液晶電光效應與顯示原理；5）CCD系列實驗。其中第二層次實驗2項，第三層次實驗4項。
3 下一步建設的設想
下一步建設的目標是按照提出的實驗教學體系補充完善所缺實驗設備，豐富各個層次的實驗內容，出版光信息科學與技術專業實驗課教材，希望學校加大投資力度盡快完善實驗室硬件和軟件。
1）在實驗室硬件方面的建設中，繼續完善、補充實驗設備，完善激光原理與技術實驗模塊，完善光電檢測技術實驗模塊，完善光顯示與存儲技術實驗模塊，完善激光光譜學實驗模塊以及海洋光學技術實驗模塊。并籌建光信息技術軟件模塊，建設光學計算機輔助設計實驗室，完成對光學設計與CAD課程的支撐。
2）通過教學實踐，建立完善的實驗教學體系和實驗教學模式。按照校級實驗室的要求，建設光學工程專業學位實驗室，合理安排不同層次實驗項目的比例，優化驗證型實驗對原理的體現，加大設計型實驗思考的力度，強化綜合型實驗對學生動手能力的培養，增強創新型實驗對學生的針對性，做到因材施教。
3）建設網絡實驗教學資源和實驗室信息化平臺，包括實驗室總體介紹、課程體系及大綱、每個實驗的實施計劃、試題庫、相關多媒體課件、典型教案、網上選課系統等。實驗教學及儀器設備的管理實現計算機網絡管理，實現信息化、網絡化，有效地提高工作效率。
4 結束語
根據培養方案確定了光學工程專業學位實驗教學體系，即開設4門實驗課程，包含8個實驗模塊，分為3個層次的實驗教學體系。利用學校已有的科研實驗室實驗設備，初步建設了光學工程技術專業學位研究生教學實驗室，整個實驗室具有基礎性的驗證性實驗項目、設計性實驗項目，同時具有綜合性實驗項目，還有創新性的實驗項目，能夠部分滿足學生的需求，極大地調動學生的積極性，為鍛煉和培養學生的實驗技能、分析問題和解決問題的能力提供很好的實踐基地，為學生繼續深造和參加工作打好基礎。
參考文獻
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對大學新生開展新生研討課，可以使大學新生盡快了解相關大學專業和課程設置，迅速完成從高中生向大學生的轉變，掌握新的學習方法，為后續學習打下基礎，因此國內外許多高校都在近年來開設了新生研討課。然而，目前不少新生研討課流于形式，教學研討僅局限于課堂內，主要的教學形式還是老師講學生聽，雖然課內有一些討論，但是學生沒有真正地參與進來，教學效果不盡如人意。
為了改進新生研討課，我們在新生研討課“光電信息技術漫談與應用”中，嘗試進行新生研討課教學改革，突破研討課在時間和空間上的限制，把課堂內的研討拓展至課外研究，把研討問題引入更深更廣層次；在具體的研討教學過程中，加強理論與實驗相結合、教師啟發引導與學生自主探究相結合、課堂研討與課外實驗相結合。
二、課程改革和實踐具體安排
“光電信息技術漫談與應用”作為一門新生研討課，它的作用是：通過教師與學生的交流、實驗演示和操作、課題討論辯論、課內外實驗與研究等措施，幫助同學建立正確、全面的關于光電信息技術的認識，構建正確的知識觀，激發學習研究光電信息技術的興趣和動力，獲得分析研究問題的能力和素養，為后續學習和進一步深造打下基礎。因此，精心安排課程內容，構建新的研討教學模式。
課程內容包含四個模塊：光學；電子和單片機技術；光電檢測技術；光通信技術。模塊具體內容有：（1）光學：幾何光學、波動光學、信息光學，重點理解成像系統的像差、光的干涉和衍射、光全息、光信息處理等內容。（2）電子和單片機技術：電路分析、線性電路、數字電路、單片機技術，重點理解電路分析原理、信號放大電路、模數轉換、單片機工作原理。（3）光電檢測技術：光電系統的構成、工作原理、應用范圍、激光測距、光纖光柵傳感、激光掃描，重點理解光電信號的調制、解調、檢測原理，熟悉典型的光電系統。（4）光通信技術：調制解調、光發射、光接收，重點了解光通信原理、器件、光網絡等。
構建新的研討教學模式，通過漫談、應用、研究、討論四個教學環節來實現教學目的。第一“漫談”，老師通過介紹典型光電儀器引出研討內容，再輔以必要的講解（研討內容的知識背景、理論、技術以及進行實驗演示等），讓學生建立初步的認識，為后續研討提供一定的知識基礎。漫談主要在課堂集中授課，采用多媒體、啟發式教學，講解基本概念、理論基礎，并通過必要實驗演示、現場交流討論，幫助學生獲得必要基礎的知識和技術，建立正確認識、獲得理論分析解決問題的能力。第二“應用”，要求學生在課外查找資料，利用現有的實驗條件，進行相關的實驗，從而獲取必要的基礎知識和實驗結果，進而培養并提高學生實驗動手能力，促進學生理解基本知識和技術。第三“研究”，通過課外輔導和課內研究而展開；學生五人組成研究小組，教師輔導學生查找資料，確定選題，擬定實驗方案，設計實驗，開展研究，最后撰寫討論提綱和報告。第四“討論”，學生通過課內外的研究，獲得研究結果，最后將研究報告制作成演講PPT文檔，在課堂進行匯報答辯；答辯過程中學生教師提問、討論、辯論，最終教師總結、評定研討成績。
在實際的教學過程中，首先以點帶面實現基本知識框架的構建。教師以典型的有吸引力的光電儀器為知識切入點，通過課堂講解、分析、討論，引發學生學習興趣，激發學習動力。另外，要求學生查找相關資料和做實驗，通過對資料和實驗進行分析研究，建立對光電信息技術的認識，重點理解光學、電子和單片機技術，了解光電檢測技術以及光通信技術。
通過課內的研究討論、課外的實踐活動，培養并提高學生自主學習能力、分析解決問題能力、實踐動手能力、協作和交流能力，以及掌握一定的光學元件調試、光路調試、電子線路設計制作能力。通過組隊和選題，在光學測試、光電電路設計、激光測量技術、光通信技術等方面開展研究，提高研究問題能力，提高科研素養。
教學方式采用“講解――實驗――研究――討論”形式。教學方式上既有教師講解又有師生互動討論，內容上既有光電信息技術理論又有光電實驗，空間上既在教室又在實驗室，時間上既有課內又有課外，組織形式上既有個人又有團隊。
從選課系統一開放就爆滿到最后課程滿意度達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與工程、應用物理學、計算機科學與技術等專業信息同學，還有很多同學因沒有選上該課而懊惱。選修該課的同學，積極認真，到課率95%。尤其是在第二階段，即實驗研討課中，學生在老師的引導下，認真做實驗，與老師和同學開展研討，確定研討內容、方案，最后實現了研討目標，提高了學習和實驗、研究、討論的能力，為下一階段學習打下了良好的基礎。
三、總結
通過這一課程，新生不僅掌握了一定的光電信息技術知識和實驗技能，還增長一些做研究的能力。同學通過查找資料、確定研討題目、開展研究，完成了研討整個教學環節的要求，為他們下一階段的學習打下一個良好的基礎。
通過該課程，我們還認識到，新生研討課――這一新的教學模式，將教學主體由教師講課改成學生研究，極大地激發了學生的學習主動性和學習興趣，使教學達到事半功倍的效果，值得肯定和推廣。
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關鍵詞：電源電路；低噪聲；光電檢測；信號調理
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：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。為此本文設計了一種基于光電倍增管（PMT）模塊H10723-20的供電電路和信號調理電路，用于浮游植物粒徑檢測系統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果的精度和穩定性產生很大的影響，因此所設計的電路應必須具有較小的噪聲和紋波。
1 系統設計方案
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的開關電源通過DC-DC電壓轉換器轉換而來的±5V電壓作為PMT模塊的輸入電壓。為方便后續電路對由H10723-20轉化而來的電信號的傳輸和處理，本文設計了信號調理電路來調理、放大PMT模塊的輸出電壓。由于檢測到的光信號強度不同，為更加靈活的檢測到光信號并防止強光對光電倍增管模塊的損壞，本文為PMT模塊設計了靈敏度調節電路，應對不同光強的光信號的檢測。
電路主要由以下幾部分組成：開關電源、DC-DC電壓轉換芯片、芯片電路、PMT模塊、PMT靈敏度調節電路、信號調理電路，其總體結構框圖如圖1所示。圖1中開關電源用來提供12V的電源電壓；DC-DC電壓轉換芯片將開關電源提供的12V電壓轉換為±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，提高輸出電壓的穩定性；靈敏度調節電路用來控制PMT模塊的靈敏度；信號調理電路用來調理、放大PMT模塊輸出的電信號。
2 電源電路設計
2.1 DC-DC電壓轉換芯片的選擇
經過各種DC-DC電壓轉換芯片的比較分析，本文最終選擇MURATA公司的NMA1205DC芯片作為DC-DC電壓轉換器。該芯片標準輸入電壓為12V；輸出為雙路輸出±5V，輸出電流為±100mA。
該芯片內具有短路保護和熱保護電路，且輸入和輸出相隔離，消除了直流路徑，減小了開關噪聲，使芯片具有較高的可靠性。芯片通過內部濾波電路平滑、濾波得到穩定的±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、輸出電壓進行調理，有效降低輸出電壓紋波和噪聲。
圖2中DC-DC電壓轉換芯片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工作更加穩定，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用系統中其余電路的干擾，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載能力，但卻會耗費過多的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靈敏度調節電路
本文通過高精度旋轉式電位器的滑動實現對PMT靈敏度的調節，具體原理為通過滑動電位器改變電阻值進而改變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，從而實現了PMT的靈敏度的調節。為防止電位器在調節時滑至兩端，出現短路的情況，在電位器兩邊分別加入電阻，以保護H10723-20模塊，避免因短路導致PMT損壞。電路原理如圖3所示。
4 信號調理電路設計
為滿足后續電路對電壓信號的要求，本文利用集成運算放大器AD823AN設計了放大電路來放大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，對后級電路呈低阻狀態，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載能力。
5 結果分析
將本文設計的電路用在浮游植物粒徑檢測系統中，用來檢測由波長445nm的激光激發產生的熒光光信號，系統設定波形經過10點移動平滑。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中波長為532nm的激光激發產生的少量熒光信號造成的，與本文所設計的電路無關，且不影響粒徑的正確計算，本文的設計完全可以滿足浮游植物粒徑檢測實驗的要求，具有良好的效果。
結語
本文設計的電路應用在浮游植物粒徑檢測系統中，為該系統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行調理和放大，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果的精度和整個檢測系統的穩定性。
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關鍵字：CCD;尺寸檢測
中圖分類號： V448.15+1 文獻標識碼： 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，具有光電轉換和信號電荷存儲、轉移及讀出的功能，其輸出信號通常是符合電 視標準的視頻信號，可存儲于適當的介質或輸入計算機，便于進行圖像存儲、增強、識別等處理。
自CCD于1970年在貝爾實驗室誕生以來，CCD技術隨著半導體微電子技術的發展而迅速發展，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動物體的拍攝，并以其光譜響應寬、動態范圍大、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、堅固耐用、壽命長、圖像畸變小、無殘像、可以長時間工作于惡劣環境、便于進行數字化處理和與計算機連接等優點，在圖像采集、非接觸測量和實時監控方面得到了廣泛應用，成為現代光電子學和測試技術中最活躍、最富有成果的研究領域之一。
二．國內外研究狀況
CCD檢測技術作為一種能有效實現動態跟蹤的非接觸檢測技術，被廣泛應用于尺寸、位移、表面形狀檢測和溫度檢測等領域。
1尺寸測量
由CCD傳感器、光學成像系統、數據采集和處理系統構成的尺寸測量裝置，具有測量精度高、速度快、應用方便靈活等特點，是現有機械式、光學式、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輸出的信號進行適當處理，提取測量對象的幾何信息，結合光學系統的變換特性，可計算出被測尺寸。
1997年，J.B.Liao等將CCD攝像系統應用在三維坐標測量機(Coordinate Measuring Machine，CMM)上，實現了三維坐標的自動測量。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，通過計算機視覺系統與CMM原來的控制系統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系統進行改變，只要將CCD視覺系統連入原有的測量機即可。由于測量系統中只用一個面陣CCD，從而簡化了測量系統結構，降低了系統成本，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力應變曲線，得到材料的各種極限特性 參數等優點，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定幾個白點，用CCD攝取相應圖像并送入計算機進行處理，通過檢測白點標記間的距離來計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，經過數據校正，可計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和計算機圖像處理技術 與傳統的三維表面非接觸光學測量方法相結合，可實時測量物體形變、振動和外形。隨著CCD工藝水平的提高，面陣CCD被廣泛應 用于三維表面測量。1996年，B.Skarman等提出了相變數字全息 測量法。此后，F.Chesn、C.Quan、P.S.Huangv、G. Pedrini等人分別在有關測量方法中應用了CCD技術，從CCD圖像中獲取相位圖的新方法也相繼出現。在條紋圖樣投影法中采用相變技術時，只能檢 測靜物表面輪廓，不適用于實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度與物體溫度有著特定的關系，因此CCD作為一種光電轉換器件，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型CCD測量液態金屬的燃燒火焰溫度，但其測量誤差達到400～200K，缺乏實用性。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，獲得了較好的結果。事實上，由CCD的光譜響應特性、光電轉換特性可知，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，并根據比色測溫原理 計算出物體的表面溫度場。雖然有人提出了基于CCD測溫系統的三維溫度場構建算法，但直接利用彩色CCD測量溫度的儀器還處在實驗研發階段。盡管如此，由于CCD技術能測量運動物體的溫度，給出二維或三維溫度場，實現非接觸高溫測量，因此，CCD測溫技術有很大的發展潛力和應用前景
三．發展趨勢及應用前景
1數字化測量技術
數字化測量技術是數字化制造技術的一個重要的、不可或缺的組成部分；數字化測量儀器、數字化量具產品的不斷豐富和發展，適合并滿足了生產現場不斷提高的使用要求。
2測量技術與制造系統的集成
將現代測量技術及儀器融合、集成于先進制造系統，從而構建成完備的先進閉環制造系統。
3激光測量技術的應用
隨著激光測量技術的發展，將與CCD檢測技術更緊密的結合在一起。
4傳感器的微、納米化
傳感器向小型化、微、納米級精度發展，生產現場適應性更強，精度更高。
5系統的集成化
隨著微電子技術的不斷發展，整個測量系統正向著系統化、集成化方向發展（SoC）。
綜上所述，CCD應用技術已成為集光學、電子學、精密機械與計算機技術為一體的綜合性技術，并被廣泛應用于現代光學和光電測試技術領域。事實上，凡可用膠卷和光電檢測技術的地方幾乎都可以應用CCD。隨著半導體材料與技術的發展，特別是超大規模集成電路技術的不斷進步，CCD圖像傳感器的性能也在迅速提高，將CCD技術、計算機圖像處理技術與傳統測量方法相結合，能獲取被測對象的更多信息，實現快速、準確的無接觸測量，顯著提高測量技術水平和智能化水平，因此，CCD技術必將以其突出的優點而在工業測控、機器視覺、多媒體技術、虛擬現實技術及其他許多領域得到越來越廣泛的應用。
參考文獻：
［1］王慶有.CCD應用技術［M］.天津：天津大學出版社，2000．
［2］王躍科，楊華勇.CCD圖像傳感技術的現狀與應用前景［J］.光學儀器，1996,18(5)：32－36．
陜西長嶺紡織機電科技有限公司作為國內綜合實力最強的紡織電子儀器和電控設備科研生產基地，多年來堅持以技術創新推動紡織行業產業升級，不斷加大新產品開發力度，在本次2012年中國國際紡織機械展覽會暨ITMA亞洲展覽會上重磅出擊，攜最新產品精彩亮相。
脫胎于中國軍事電子工業雷達整機制造企業的長嶺紡電依托自身雄厚的科研實力，在全球紡織行業不斷向亞洲轉移的形勢下，公司積極調整產品結構，整合各種資源，不斷提升企業的核心競爭力。在本次展會上展出的產品涵蓋數字電子清紗器、紗線實驗室儀器、棉纖維檢測儀器、化纖長絲實驗室儀器、織物實驗室儀器、噴氣織機等24個產品。首次亮相的新產品有CT4000條干均勻度測試儀、CF200棉纖維性能測試儀、CN200棉結測試儀、XHK-201繡花機電控系統、CS808棉花異纖清除機、全自動光電驗布機、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，該產品將電容檢測技術、光電檢測技術融合起來，在實現對紗線的條干線密度不勻、直徑變化、毛羽信息等指標測試的同時，特別利用光譜測量技術，實現了對紗線中雜質及灰塵含量的測試。該產品提供條干測試的波譜圖、精細連續波譜圖、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，實現測試的全自動化，大大提高測試效率。該分析儀代表了國產條干儀技術最高水平，它的推出將國產條干儀技術發展推行新的高度，對提高紡織行業檢測水平起到了積極作用。
長嶺紡電的電子清紗器產品呈現系列化，尤其是這次展出的適配各類自動絡筒機的精銳 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，采用先進的ARM技術和嵌入式平臺設計，具有處理速度快，功耗低等特點，可以通過預留的以太網接口完成聯網功能，實現集中監控管理。
長嶺紡電還展出了該公司潛心研制開發的系列棉纖維測試儀器，除了填補國內空白的XJ128快速棉纖維性能測試儀和XJ129棉結和短絨測試儀，首次推出了CF200棉纖維性能測試儀和CN200棉結測試儀。CN200棉結測試儀是集光、機、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變化，對紡織廠分析原料質量、科學的配棉、精細化控制設備狀態從而提高紡織產品質量具有重要意義。CF200棉纖維性能測試儀是一種大容量、多指標的棉花纖維性能綜合測試儀器，可以滿足紡織企業對棉纖維檢驗儀器的需求，客觀地評價棉花品質、指導紡織企業配棉、合理利用棉花原料，具有十分重要的意義。
實物展出的CS808棉花異纖清除機全面采用了該公司在異纖清除的六項專利技術，產品采用棉流下進上出的的龍門式結構，獨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，適用于各種清梳聯和老式清花生產線。長嶺紡電還展出了CA082-190-2C-Z4-E噴氣織機，再次彰顯了長嶺紡電堅持不懈的創新精神和雄厚實力，這也是該公司立足企業發展需要，積極地調整產品結構，努力由單純的“電”向“機電”轉移，由單一的“紗線”向“纖維、紡織品”拓展的成功范例。該產品吸收了國內外噴氣織機的優點，在引緯系統引入了模糊控制、智能引緯的控制方法，增強了噴氣織機的適應性及可操作性。
關鍵詞：食品安全 快檢 技術綜述
引言
食品安全（food safety）是指食品無毒、無害，符合應當有的營養要求，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”，食品安全關系到人民群眾的身體健康和生命安全，關系到社會和諧穩定，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奶粉充斥著市場，真讓老百姓擔心起這片“天”。因此，對食品的生產、加工和銷售環節實施監測監控勢在必行，食品安全分析檢測技術應運而生。
傳統的食品安全分析檢測技術主要是指化學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驗室，操作復雜，耗時長，不能滿足對食品質量安全實時監督掌控的需求，尤其在突發事件時，快速檢驗檢測技術以其簡捷性和便攜性兩大優勢得到了快速發展。
1、食品快速檢驗檢測技術的研究現狀
1.1 化學速測技術
化學速測技術主要是根據待測成分的某些化學性質，將樣品與特定試劑發生水解、氧化、磺酸化或絡合等化學反應，通過與標準品的顏色比較或特定波長下的吸光度比較，以獲得檢測結果，通常也成為化學比色分析法。
利用普通化學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展，國內外均已有與測試劑相配套的微型光電比色計。針對試紙檢測的儀器也有報道，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，插入檢測儀讀數即可。德國默克公司生產的與試紙聯用的光反射儀技術相對成熟，國內尚無商品化儀器問世。
利用生物化學原理的速測法主要應用于微生物的檢測，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格，便于計數，同時覆蓋著含有特異性顯色物質和抗生素的培養基，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24h后便可觀察到顯示出特殊顏色的菌落；確認片與測試片相似，只是含有不同的特異性顯色物質，將有疑似菌落的測試片影印到確認片后，培養1-3h即可觀察，不需進行繁瑣的生理生化鑒定。而常規的Baird-Parker平板計數法耗時長達78h。
1.2 酶抑制速測技術
酶抑制速測技術主要用于食品中農藥殘留和重金屬的快速檢測。這些物質可通過鍵合作用造成酶的化學性質和結構的改變，產生的酶-底物結合體會發生顏色、吸光度或者pH值的變化，通過測定這些變化以達到定性或定量檢測的目的。根據檢測方式的不同，可分為試紙法、pH計法和光度法。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試紙片上，當樣品中有待測組分時，會對酶產生抑制作用，兩張試紙片接觸后，酶和底物結合便會發生顯著地顏色變化，比較適合農貿市場和超市等一些食品集散地的實時安全監管。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
生物傳感器技術是利用生物感應元件的專一性，按照一定的規律將被測量轉換成可用信號，使這種信號強度與待測物濃度形成一定的比例關系，具有快速、靈敏、高效的特點，是目前食品安全檢測技術的研究熱點，廣泛應用于食品中農藥殘留、獸藥殘留等方面的檢測，與傳統的離線分析技術相比，它更適應于在復雜的體系內進行快速在線連續監測，在現場快速檢測領域有著不可逾越的優勢，按照傳感器類型又可分為免疫傳感器、酶傳感器、細胞傳感器、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合免疫反應的基礎上發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，響應值可達10-6-10-9。
1.4 免疫速測技術
免疫速測是利用抗原抗體的專一、特異性反應建立起來的方法，根據選用的標記物可分為放射免疫檢測、酶免疫檢測、熒光免疫檢測、發光免疫檢測、膠體金免疫檢測等。酶聯免疫吸附檢測法是應用較為廣泛的一種免疫速測技術。它將酶標記在抗體/抗原分子上，形成酶標抗體/抗原即酶結合物，抗原抗體反應信號放大后，作用于能呈現出顏色的底物上，可通過儀器或肉眼進行辨別。目前，黃曲霉毒素酶聯免疫試劑盒已廣泛應用于食品檢測中。
1.5 分子生物學速測技術
聚合酶鏈式反應（PCR）是近年來分子生物學領域中迅速發展并運用的一種技術，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序列中擴增出與目標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、PCR擴增到電泳、測序鑒定，可控制在24h，而致病菌的傳統培養檢測至少需要4-5天。
隨著研究的逐深入，由PCR技術派生出的實時熒光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用。基因芯片技術可以在很小的面積內預置千萬個核酸分子的微陣列，利用細菌的共有基因作為靶基因，選用通用引物進行擴增，利用特異性探針檢測這些共有基因的獨特性堿基，從而區分出不同的細菌微生物。該法特異性強、敏感性高，可實現微生物檢測的高通量和并行性檢測。
2、食品快速檢驗檢測技術的發展方向
食品安全快檢法以其簡捷性和便攜性兩大優勢得到了快速發展，但缺點也顯而易見，需要完善的地方依然很多：
2.1 簡單 速檢驗檢測技術往往是由一些非專業技術人員使用，因此，檢測方法采樣、處理、檢測、分析等各個環節簡單、易行是該方法的一大發展趨勢。
2.2 準確 檢法前處理簡單，勢必導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，應更多關注與如何避免假陽性結果，尤其是在分子生物學速測法中，增強靶基因的特異性、引物的特異性、排除死菌體造成的假陽性應得到進一步探索。
2.3 便攜 著微電子技術、智能制造技術、芯片技術的發展，檢測儀器應向微型化、集約化、便攜化方向發展，以滿足更多的現場、實時、動態的檢測要求。
2.4 經濟 測成本的高低直接決定著檢測技術能否得到廣泛的推廣和應用，如何在確保又好又快的檢測基礎上，盡最大可能的降低成本也是今后的研究方向。
2.5 標準化前，我國尚未制定出與食品安全快速檢測技術相關的標準和規范，這也阻礙了快檢法的推廣和應用。隨著技術的提高和檢測中對快檢法的需要，應及時制定出相關標準規范以增強快檢結果的認可性和權威性。
參考文獻
【關鍵詞】 汽車玻璃 光學性能 單片機 AT89C52
1 引言
近二十年，隨著社會與經濟的發展，汽車年銷量大幅增長，汽車已走進千家萬戶。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，除了具有保護作用外，還直接影響到汽車的安全性能、車內舒適程度以及汽車的某些特殊功能。因此，汽車玻璃的力學、光學、高溫和潮濕等性能受到了生產商家和用戶的廣泛關注，特別是光學性能[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、反射比等參數進行了規定。本系統主要針對汽車玻璃中的透射比和反射比，設計一套基于單片機的汽車玻璃光學性能檢測系統。
2 系統設計
本系統工作原理為：光源發出脈沖調制光，在雙通道光路作用下，結合光電技術轉換為微弱電信號，經模擬電信號處理、A/D轉換成數字信號，最后利用主流單片機AT89C52控制實現鍵盤控制、報警、顯示的功能，構成一套具有實時性、抗干擾能力強、連續正常工作的系統。
2.1 光源與光路
由于汽車玻璃大多處在太陽光環境下，所以在選擇光源時，應盡量選擇與日光接近的光源，考慮到性能、價格以及實用性等多方面因素，本次設計采用東莞市普飛電子科技有限公司的5WW4-Y-T高指向性、環氧封裝、圓形的超高亮度白光LED[5]。通過1KHz脈沖電信號驅動，從而發出脈沖白光。
光路部分采用雙通道技術，可以克服單通道測量方法的不穩定性和不重復性。
2.2 光電轉換電路
由于本汽車玻璃檢測系統是基于白光的研究設計，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。再結合各器件波長范圍、價格、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的光電二極管[5]。并由電流-電壓轉換電路轉換為電壓信號。
2.3 模擬電信號處理與模/數轉換
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，得到符合設計的電信號。
為了后期單片機進行信息處理需要，增加模/數轉換電路。考慮到透射、反射以及參考三路信號，選用美國國家半導體公司生產的8路輸入通道，8位A/D轉換器ADC0809。它具有多通道、低功耗、轉換速度快、單電源供電的優點。
2.4 單片機與電路
單片機選擇性價比較高的AT89C52，它是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8kB的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。
單片機電路主要包括顯示電路、報警電路、時鐘電路和復位電路等。通過單片機進行數據處理后，對透射比和反射比進行分別顯示，并設有超限報警處理電路，將超限情況反饋到生產線上，方便調整生產線。
3 結語
本系統是基于白光、光電檢測和單片機處理的系統，實現對汽車玻璃反射率和透射率進行及時準確的檢測。可以實時檢測生產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。并能及時將數據反饋給生產，通過和標準值進行對比，如果在誤差范圍內，則繼續生產，誤差意外則應立即停止生產，等問題解決之后再回復生產，這樣可以避免生產出大量不合格產品，最大限度的減少廠家損失。也可以通過整理數據，考察一段時期內生產線上玻璃透射率和反射率的變化情況，對生產原料進行改進，進行更穩定，精確的測量[6]。
參考文獻：
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關鍵詞：電子科學與技術；本科培養方案；課程設置；辦學特色
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）30-0070-02
21世紀被稱為信息時代，電子科學與技術在信息、能源、材料、航天、生命、環境、軍事和民用等科技領域將獲得更廣泛的應用，必然導致電子科學與技術產業的迅猛發展。這種產業化趨勢反過來對本專業的鞏固、深化、提高和發展起到積極的促進作用，也對人才的培養提出了更高的要求。因此，本文從人才的社會需求出發，結合我校實際情況，進行了本科專業培養方案的改革探索，并詳細介紹了培養方案的制定情況。
一、人才的社會需求情況
目前，我校電子科學與技術專業的本科畢業生主要面向長三角地區龐大的微電子、光電子、光伏和新能源行業，市場對專業人才的需求基本上是供不應求的。但是也應該注意到電子科學與技術產業的分布不均，分類較細，且發展變化較快。另外，電子科學與技術產業結構具有多樣性，既有勞動密集型的大型企業、大公司，更多的是小公司和小企業；既有國有企業和私營企業，更有合資、獨資的外企。因此，社會需求與本專業畢業生的供需矛盾還會繼續存在。
二、專業的培養目標和定位
本專業培養具備微電子、光電子領域的寬厚專業基礎知識，熟練實驗技能，能掌握電子材料、電子器件、微電子和光電子系統的新工藝、新技術研究開發和設計技能，有較強的工程實踐能力，能夠在該領域從事各種電子材料、元器件、光電材料及器件、集成電路的設計、制造和相應的新產品、新技術、新工藝的研究、開發和管理工作工程技術人才。并且結合我校“大工程觀”人才培養特色，依據“卓越工程師”教育理念下工程技術型人才培養的原則，培養適應微電子和新興光電行業乃至區域社會經濟建設需求的工程技術型人才。
三、本科培養方案制定的思路
電子科學與技術專業培養方案參照工程教育認證的要求，以及專業下設微電子、光電子材料與器件兩個本科培養方向的思路制定。注重培養學生的專業基礎知識和實踐工程能力，使畢業生能滿足長三角地區微電子、光電子和新能源行業發展的需求。微電子方向的課程設置專注于電子材料與電子器件、集成電路與系統設計方面，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、本科培養方案的改革探索
要實現電子科學與技術專業的培養目標，適應電子信息產業的不斷發展，并結合我校學科發展方向和特色，對電子科學與技術專業本科人才培養方案進行了研究，并對省內外幾所高校電子科學與技術專業的培養方案進行調研，最終形成了富有特色的電子科學與技術專業人才培養方案，主要內容如下：
1.培養方案的模塊化設計。在設計電子科學與技術專業本科培養方案的整體框架時，根據“加強基礎、拓寬專業、培養能力”和培養工程技術型人才的辦學理念下，專業培養方案分人文與社會科學、專業基礎和專業課三個模塊，下設微電子和光電子材料與器件兩個專業方向。學生在前兩年學習相同的課程，到大三時根據自己的興趣選擇專業方向，選修各自方向的專業課。由于兩個方向的不同培養要求，因此在專業基礎選修課、專業必修課和專業選修課方面設置限選模塊，每個專業方向必須修滿相應的學分才能畢業。
2.改革專業基礎課程。專業基礎課程是為專業課程奠定基礎，因此，在保留了原有電子信息類專業通常所開設的電子類課程外，增加了與專業相關的課程，如EDA技術、通信原理、數字信號處理、物理光學、應用光學、激光原理與技術等課程，刪減了原先與物理類相關的一些課程，如物理學史、原子物理、熱力學與統計物理學等，并刪減了一些計算機軟件類課程，如C++程序設計、計算機在材料科學中的應用等。專業基礎選修課程分方向限選模塊，兩個專業方向對應有不同的專業基礎選修課程。
3.優化專業課程。專業課程是整個專業教育中的主干部分，微電子方向的課程設置緊緊圍繞半導體和集成電路設計方向，開設有集成電路設計、微電子工藝原理與技術、工藝與器件可靠性分析、半導體測試技術、現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，開設光電子材料與器件、光電檢測原理與技術、太陽能電池原理與技術、光纖傳感原理與技術、光纖通信技術等課程。另外專業課程里面還設置有專業實驗，通過加強實驗環節，訓練學生的動手操作能力，增強學生的理論知識。
五、與省內外專業人才培養的區別
具有電子科學與技術專業的各大高校分布在不同的地區，服務于不同的區域經濟，這就要求專業學生的培養具有區域化、差異化。我們分析了杭州電子科技大學、浙江工業大學、蘇州大學、南京理工大學和徐州工程學院這五所不同地區、不同層次高校的電子科學與技術專業的培養方案。不僅使我們能學習到其他高校的先進辦學理念、合理的課程設置體系，也可以發現與其他高校之間的差異。具體表現為以下幾個方面：
1.專業定位。各個學校的電子科學與技術專業依據自身的師資力量、辦學條件、區域經濟要求確定專業的發展定位。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業依托1個教育部重點實驗室、2個國家級實驗教學示范中心、3個省部級重點實驗室，人才培養定位于能從事電子元器件、電子電路乃至電子集成系統的設計和開發等方面工作的工程技術人才。浙江工業大學的電子科學與技術專業主要培養光通信、電子電路系統、集成電路設計等方面的人才。蘇州大學的電子科學與技術專業定位在培養能夠在電路與系統、集成電路與系統等領域從事各類系統級、板級和芯片級研發工作的高級工程技術人才。南京理工大學的電子科學與技術專業主要是突出光電技術和微電子與信息處理學科的交叉和融合，以光電成像探測理論與技術及微電子理論與技術為專業特色。徐州工程學院的電子科學與技術專業主要定位在培養能從事光電子材料與器件開發的工程技術人才。而我校的電子科學與技術專業定位于服務長三角地區半導體和新能源行業，培養能從事集成電路設計與開發、光電子材料與器件的研發等工作的工程技術人才。
2.課程體系。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業培養學生設計、開發電子元器件、電子電路系統、電子集成系統的能力，在課程設置上開設了通信電子電路、EDA技術、薄膜物理與技術、電子材料與電子器件、電子系統設計與實踐、集成電路設計、嵌入式系統原理和應用、現代DSP技術及應用等專業課程。浙江工業大學的電子科學與技術專業培養學生設計、開發電子電路系統、集成電路系統的能力，開設了電路原理、模電數電、通信電子線路、集成電路設計、光纖通信原理、光網絡技術、數字信號處理等專業課程，以及電子線路CAD實驗、單片機綜合實驗、通信原理實驗、通信電子線路大型實驗、微電子基礎實驗、半導體器件仿真大型實驗、集成電路設計大型實驗等實驗類課程。蘇州大學的電子科學與技術專業培養學生設計與開發電路與系統、集成電路與系統，從事各類系統級、板級和芯片級研發工作的能力，開設了信號與系統、電磁場與電磁波、高頻電路設計與制作、電子線路CAD、CMOS模擬集成電路設計、VLSI設計基礎等專業課程，以及電子技術基礎實驗、信號與電路基礎實驗、電子線路實驗、電子系統綜合設計實驗等實驗類課程。南京理工大學培養學生從事光電子器件、光電系統和集成電路的設計、開發、應用的能力，開設了信號與系統、光學、光電信號處理、光輻射測量、光電子器件、光電成像技術、超大規模集成電路設計、光電子技術、顯示技術、光電檢測技術、數字圖像處理、半導體集成電路、集成電路測試技術、微電子技術、光電子線路、電視原理等專業課程。徐州工程學院的電子科學與技術專業培養學生設計與開發光電子材料與器件的能力，開設有信號與系統、光電子學、光電子技術、激光原理與技術、光伏材料等專業課程，以及模擬電路課程設計、數字電路課程設計、單片機原理課程設計等實踐性課程。我校的電子科學與技術專業主要培養學生集成電路設計、光電子材料與器件的設計與制備能力，開設有半導體物理學、半導體器件原理、MEMS技術、微電子工藝原理與技術、薄膜材料及制備技術、工藝與器件可靠性分析、集成電路工藝與器件模擬、EDA技術、通信原理、數字信號處理、光電子材料與器件、光電檢測原理與技術、太陽能電池原理與技術、光纖通信技術等專業課程，以及近代物理實驗、專業實驗等實驗類課程。
3.人才培養特色。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業的人才培養特色是注重集成電路設計、系統集成方面能力的培養。浙江工業大學的人才培養注重光纖通信、集成電路設計方面能力的培養。蘇州大學的人才培養注重電路與系統設計、集成電路與系統設計方面能力的培養。南京理工大學的人才培養注重光電技術和微電子與信息處理學科的交叉和融合，以光電成像探測理論與技術及微電子理論與技術為專業特色。徐州工程學院的人才培養注重光電材料與器件方面能力的培養。我校的人才培養注重電子材料與電子器件的設計與開發、集成電路設計方面能力的培養。
參考文獻：
[1]陳鶴鳴，范紅，施偉華，徐寧.電子科學與技術本科人才培養方案的改革與探索[A]//電子高等教育年會2005年學術年會論文集[C].17-20.
【關鍵詞】 可編程控制器（PLC）；計數； 產品出廠
1 問題引出
全球經濟的飛速發展使整個社會進入了一個全新的信息時代，信息技術在自動控制也得到了充分的利用。智能儀表控制系統，可編程控制器（PLC），集散控制系統等控制系統已經成為如今生產工業中不可缺少的元素。本文來源于公司產品出廠自動計數控制系統，使用三菱MITSUBISHI FX2n PLC和MITSUBISHI F930GOT觸摸屏，來改善自動設備監控質量，實現自動計數。
公司年產產品的出廠分為火車、汽車、輪船三種運輸方式。目前國內同類裝置的火車運輸都是把產品先送至火車庫，然后入庫碼堆，點數，最后裝上火車出廠。如用人工計數不僅繁瑣而且容易出錯，同時公司生產裝置火車庫受所在位置的場地限制，庫容空間較小、如果生產產品量大，產品點包要投入更多的人力、物力費用，同時也增加了工人的勞動強度，提高了產品成本，對經濟效益有極大的影響。實現產品出廠自動計數，可降低工人的勞動強度，降低生產成本，提高經濟效益。由此可見實施自動計數控制監控設備的重要性和必須性。
2 解決問題的方法
實現計數有人工計數法已淘汰，自動計數法也有好幾種，利用小型PLC控制系統計數法，可用于I/O點數少的控制系統，投資成本低。如產品出廠自動計數現場控制點較少就可利用中小型PLC實現。本文采用的是三菱MITSUBISHI FX2n PLC控制系統。
3 自動計數控制系統
3.1 工藝介紹。
為了適應現代化工業生產的需要，公司產品入火車庫采用了袋裝產品入庫（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，當產品包裝袋從溜槽滑下經過切光器檢測裝置和光電檢測裝置時，發出信號給可編程控制器，可編程控制器對輸入的信號進行判斷并計算，將最終的運算結果通過RS-485接口傳給操作室觸摸屏，通過觸摸屏進行人機對話達到自動計數的功能。當十六個溜槽中某一個溜槽的測速齒輪發生故障時，聯鎖停該溜槽電機，此溜槽停止成品火車運輸。成品裝載火車流程圖如下圖3.1所示。
整個系統是由PLC可編程序控制器控制運行。實現系統的自動運行，停止運行程序， PLC 是整個系統的核心部分。根據現場的實際情況和工藝監控的需要，1至4號溜槽計數用一套PLC和人機界面，5至8號溜槽計數用一套PLC和人機界面，9至12號溜槽計數用一套PLC和人機界面，13至16號溜槽計數用一套PLC和人機界面。現場共有四套PLC和人機界面類型相同，下面以其中的1至4號溜槽計數使用的一套PLC和人機界面為例，介紹控制作用，隨后的所有章節內容皆以本套PLC為例介紹。自動計數控制系統原理圖如下圖3.2所示（1至4號溜槽計數）
3.2 計設要求
3.2.1 設計步驟
本控制系統是實現產品火車出廠自動計數，設計步驟如下：
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 實現功能
要求用可編程控制器、觸摸屏實現如下功能：
1、系統實現成品出廠自動計數。
2、系統實現測速齒輪故障時，自動聯鎖停止運輸。
4 實現自動計數控制
4.1 控制要求。
在熟悉工藝流程基礎上，確定系統的自動計數控制方案。整個系統是由PLC可編程控制器控制運行，實現系統的自動計數、聯鎖停止運行功能，以其中的1至4號溜槽計數的PLC為例，若1至4號溜槽中任一溜槽上有產品包通過時，該溜槽的切光器檢測信號和光電開關信號送至PLC，表示此溜槽上有產品包通過，PLC計數器啟動計數，當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通過內部運算，輸出信號，聯鎖停止有故障的溜槽電機，停止該溜槽成品運輸。
4.2 硬件配置。
本設計選用三菱FX2n類型PLC和F930GOT觸摸屏。以其中的1至4號溜槽計數的PLC為例，根據圖3.2自動計數控制系統原理圖設計出PLC結構圖。輸入信號都是一些開關量，有1至4號溜槽的光電開關信號、1至4號溜槽的測速齒輪故障信號、溜槽電機啟動、停止信號、計數器復位信號，切光器信號。輸出信號有停1至4號溜槽電機信號、計數器計滿復位指示燈信號。PLC通過 RS-485通信模塊FX2N-485-BD與F930GOT觸摸屏連接。
4.3 根據系統的控制編寫I/O分配表如下：
該套PLC系統包含了24個輸入點，8個輸出點，考慮到I/O點數15%-20%的備用量，所以選用了三菱FX2n-64MR（32個輸入點，32個輸出點）。
4.4 根據 I/O分配表，畫出自動計數控制系統接線示意圖如圖4.1所示。
圖4.1 自動計數控制系統接線示意圖
F930GOT系列是人機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進行監控及編程。
4.3 自動計數控制系統梯形圖程序。
PLC自動計數控制系統包括1至4號溜槽的自動計數程序和1至4號溜槽電動機聯鎖停止程序。以1號溜槽的程序為例，其余溜槽程序同1號溜槽程序。
1、1號溜槽自動計數程序
該自動計數程序檢測裝置含有切光器檢測系統和光電檢測裝置，實現溜槽上有產品包經過時準確計數。當溜槽上有產品包經過時，切光器檢測系統X020接通，脈沖計數器C4開始計數，計數器C4數值即為產生的脈沖個數，對產生的脈沖個數分成三個區間，脈沖個數大于等于4且小于等于20，表示溜槽上經過的是單包產品包，輔助繼電器M1接通，M1和光電開關X000都接通時，計包計數器C0計數值增加1；脈沖個數大于等于24且小于等于34，表示溜槽上經過的是二連包產品包，輔助繼電器M4接通，M4和光電開關X000都接通時，計包計數器C0計數值增加2；脈沖個數大于35，表示溜槽上經過的是三連包產品包，輔助繼電器M8接通，M8和光電開關X000都接通時，計包計數器C0計數值增加3。計包計數器C0計數值達到設定值100時，觸點動作，Y004接通，計數器指示燈亮，可以用X004手動復位計數器C0。每一次產品包經過光電開光X000計數完成后，自動復位脈沖計數器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，并可經過調試將誤差的影響降到最低，也克服了疊包的干擾，達到了準確計數的目的。
圖4.2 自動計數程序
圖4.3 溜槽電機聯鎖停止程序
2、1號溜槽溜槽電機聯鎖停止程序
該程序是為了實現溜槽測速齒輪故障時，聯鎖停溜槽電機。當按下溜槽電機啟動按鈕X008，通過輔助繼電器M100，啟動自鎖，溜槽電機啟動，當按下溜槽電機停止按鈕X012，溜槽電機停止運行。溜槽電機正常運行時，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，溜槽停止運輸。
5 小型PLC實現自動計數帶來的經濟效益
成品火車出廠計數投用該自動計數控制系統后，節約了生產成本，提高了經濟效益，一年減少的轉運費用和管理人員費用可達到215萬元人民幣，費用計算如下。
5.1 節約年轉運費用:
年產產品52萬噸。按每年實際生產50萬噸，其中50%生產量由火車出廠，每噸轉運費7元計算，根據公式W=P×σ×I可算出一年減少的轉運費。
W=P×σ×I
=500000×50%×7
=175萬元
其中W表示年轉運費，P表示實際年產產品量，σ表示火車出廠產品量比例，I表示每噸產品轉運費
5.2 減少成品管理人員費用
按減少人數八人計算，企業需付出工資及各種福利按每人每年5萬元計算，根據公式M=N×R可算出一年減少管理人員費用。
M =N×R
=8×5
=40萬元
其中M表示總年費用，N表示總人數，R表示個人年費用
6 小結
本文只是PLC順序控制當中的計數控制的一個小例，事實上當前PLC已得到廣泛的應用，主要應用有1．用于順序控制2．用于過程控制3．用于運動控制4．用于信息控制5．用于遠程控制。前三個是為了使不同的系統都能實現自動化。信息控制是為了實現信息化，其目的是使自動化能建立在信息化的基礎上，實現管理與控制結合，進而做到供、產、銷無縫連接，確保自動化效益。遠程控制則是使在信息化基礎上的自動化能遠程化。然而，隨著自動化、信息化及遠程化的推進，系統將越來越復雜。為此，還必須實現這些控制進行控制。否則，一旦情況變化，或出現故障，而又不能及時應對，所有這些控制帶來的效益將化為烏有。恰恰是PLC，有對這些控制進行控制的能力。PLC是靠處理信息實施控制，PLC又有很多自診斷功能。充分利用PLC這兩個優勢，使PLC在實施上述控制時，具有一定的自適應、自診斷的能力，在實現自動化、信息化及遠程化之后，再實現智能化。這也是這些控制發展必然趨勢。
當然，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的趨勢。
參考文獻
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