時間：2022-02-01 20:17:34
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篇光電技術(shù)論文，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。
論文摘要：光電子器件和部件廣泛應(yīng)用于長距離大容量光纖通信、光存儲、光顯示、光互聯(lián)、光信息處理、激光加工、激光醫(yī)療和軍事武器裝備，預(yù)期還會在未來的光計算中發(fā)揮重要作用。本文將介紹國內(nèi)外光電子技術(shù)及光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
如果說微電子技術(shù)推動了以計算機(jī)、因特網(wǎng)、光纖通信等為代表的信息技術(shù)的高速發(fā)展，改變了人們的生活方式，使得知識經(jīng)濟(jì)初見端倪，那么隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大容量光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，光電子技術(shù)將起到越來越重要的作用。美國商務(wù)部指出：“90年代，全世界的光子產(chǎn)業(yè)以比微電子產(chǎn)業(yè)高得多的速度發(fā)展，誰在光電子產(chǎn)業(yè)方面取得主動權(quán)，誰就將在21世紀(jì)的尖端科技較量中奪魁”。日本《呼聲》月刊也有類似的評論：“21世紀(jì)具有代表意義的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，第一是光電子產(chǎn)業(yè)，第二是信息通信產(chǎn)業(yè)，第三是健康和福利產(chǎn)業(yè)……”，可以斷言，光電子技術(shù)將繼微電子技術(shù)之后再次推動人類科學(xué)技術(shù)的革命。
1世界光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
光纖通信技術(shù)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)初人們的預(yù)料，光纖已經(jīng)成為通信網(wǎng)的重要傳輸媒介，現(xiàn)在世界上大約有60%的通信業(yè)務(wù)經(jīng)光纖傳輸，到20世紀(jì)末將達(dá)到85%，但從目前光纖通信的整體水平來看，仍處于初級階段，光纖通信的巨大潛力還沒有完全開發(fā)出來。目前，各種新技術(shù)層出不窮，密集波分復(fù)用技術(shù)（DWDM，在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長的光信號，以提高單根光纖的傳輸能力）、摻鉺光纖放大器技術(shù)（EDFA，可將光信號直接放大，具有輸出功率高、噪聲小，增益帶寬等優(yōu)點）已取得突破性進(jìn)展并得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在DWDM系統(tǒng)和光傳輸設(shè)備中，光電技術(shù)的比例將從過去比重不到10%達(dá)到90%。一種全新的、無需進(jìn)行任何光電變換的光波通信——“全光通信”，由于波分復(fù)用技術(shù)和摻鉺光纖放大器技術(shù)的進(jìn)展，也日趨成熟，將在橫跨太平洋和大西洋的通信系統(tǒng)上首次使用，給全球的通信業(yè)帶來蓬勃生機(jī)。為此提供支撐的就是半導(dǎo)體光電子器件和部件。光電子器件和技術(shù)已形成一個快速增長的、巨大的光電子產(chǎn)業(yè)，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著越來越大的作用。美國光電子產(chǎn)業(yè)振興協(xié)會估計，到2003年，光電子產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值將達(dá)2000億美元。
Internet應(yīng)用的飛速增長對電信骨干網(wǎng)帶寬提出越來越高的需求，為滿足需求的增長，人們可以鋪設(shè)更多的光纖，或靠提高單路光的信息運載量（現(xiàn)在主干網(wǎng)可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設(shè)備）。但更主要的方法卻是靠發(fā)展波分復(fù)用技術(shù)，增加光纖內(nèi)通光的路數(shù)（光波分復(fù)用的實驗記錄已經(jīng)達(dá)到2.64Tbps）。波分復(fù)用技術(shù)的普遍運用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長的市場。無限戰(zhàn)略公司的報告指出：“信號傳輸用1.31μm和1.55μm激光器市場1999年達(dá)到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號放大用激光器1999年市場份額達(dá)到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號放大用激光器銷售額達(dá)2.9億美元，比去年增長121%。整個激光器市場的份額1999年達(dá)18億美元，預(yù)期2003年將達(dá)到30億美元”。美國通信工業(yè)研究公司（CIR）的研究預(yù)測，北美市場光電子部件的市場規(guī)模將由目前的28億美元增長到2003年的61億美元，約每年增長18.5%。密集波分復(fù)用設(shè)備銷售額也將從1998年的22億美元增加到2004年的94億美元。報告稱雖然10年內(nèi)全光通信還不會全面商業(yè)化，但是全光交換將在幾年內(nèi)成為市場主流，報告也指出盡管光學(xué)部件市場被大公司所占據(jù)，但仍有創(chuàng)新性公司進(jìn)入的可能。
2我國的光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)
近10年來我國光電子技術(shù)研究在國家“863”計劃和有關(guān)部門的支持下有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，在很多領(lǐng)域同國外先進(jìn)國家只有兩三年的距離，個別領(lǐng)域還處于世界領(lǐng)先地位。
國內(nèi)光電子有關(guān)產(chǎn)業(yè)基地在光電子器件、部件和子系統(tǒng)（如激光器、探測器、光收發(fā)模塊、EDFA、無源光器件）等已經(jīng)占領(lǐng)了國內(nèi)較大的市場份額，初步具備同國外大公司競爭的能力，在毫無市場保護(hù)的情況下，靠自己的力量爭得了一席之地，市場營銷逐年有較大的增長，個別產(chǎn)品還取得國際市場相關(guān)產(chǎn)品中的銷量最大的成績。我國相應(yīng)研究發(fā)展基地和本領(lǐng)域高技術(shù)公司的許多產(chǎn)品填補了國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的空白，打破國外產(chǎn)品在市場上的壟斷地位，同時爭取進(jìn)入國際市場。
摻鉺光纖放大器（EDFA）是高速大容量光纖通信系統(tǒng)必需的關(guān)鍵部件，國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品占國內(nèi)市場40%的份額。我國也是目前國際上少數(shù)幾個有能力研制PIC和OEIC的國家。808nm大功率激光器及其泵浦的固體綠光激光器，670nm紅光激光器已產(chǎn)品化和商品化并批量占領(lǐng)國際市場。國內(nèi)移動通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國產(chǎn)器件，國產(chǎn)1.55μmDFB激光器戰(zhàn)勝了國外器件，占領(lǐng)了100%的國內(nèi)市場。
但是，我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到在我國光電子技術(shù)發(fā)展中，光電子器件、部件雖是光通信、光顯示、光存儲等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵部分，但在整個系統(tǒng)和設(shè)備成本中所占的比重較小，其產(chǎn)值較低，目前科研開發(fā)主要處于跟蹤和小批量生產(chǎn)階段，光電子產(chǎn)業(yè)所需的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)目前還未有實質(zhì)突破；國內(nèi)研究生產(chǎn)的光電器件和部件有相當(dāng)部分還未能滿足整機(jī)和系統(tǒng)的要求，導(dǎo)致國外器件占據(jù)國內(nèi)市場相當(dāng)多的份額；在機(jī)制上仍未擺脫科研、生產(chǎn)、市場相互脫離的狀況。
《光電材料導(dǎo)論》是我校無機(jī)非金屬材料專業(yè)2013年開設(shè)的專業(yè)課程。開設(shè)這門課程的原因是：（1）國家在十二五規(guī)劃中提出了重點發(fā)展的七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，其中之一的的新材料產(chǎn)業(yè)包含了功能材料，而光電材料是功能材料的一種；（2）我校的無機(jī)非金屬材料教研室的很多老師從事光電材料相關(guān)的研究，具備開設(shè)這門課程的師資力量。所以在課程的教學(xué)內(nèi)容的選材方面，我們會著重從這兩個方面考慮。而教學(xué)方法會利用現(xiàn)在的多媒體技術(shù)，與傳統(tǒng)的板書相結(jié)合，讓學(xué)生更加形象生動的加深對知識的理解[1]。
1 教學(xué)內(nèi)容的選材
在教學(xué)內(nèi)容的選材方面，我們綜合考慮了以下幾個因素：
首先，學(xué)生必須能夠有所學(xué)，開設(shè)一門課程才是有意義的。光電材料是功能材料的一種，為了便于學(xué)生循序漸進(jìn)地吸收理解光電材料的專業(yè)知識點，教學(xué)內(nèi)容分成三個方面：光功能材料、電功能材料、光電材料及器件。首先，講解光功能材料和電功能材料方面的知識點，在具有這些知識的基礎(chǔ)上，再講解光電材料及器件方面的知識，學(xué)生們就比較容易理解。
其次，我們結(jié)合現(xiàn)在的就業(yè)情況及研究熱點。我們設(shè)置的教學(xué)內(nèi)容，既考慮了學(xué)生們以后的就業(yè)，也考慮到想進(jìn)一步深造讀研究生的學(xué)生們的研究工作。光功能材料方面的教學(xué)內(nèi)容包含了激光材料、發(fā)光材料、紅外材料及光纖材料。電功能材料方面的教學(xué)內(nèi)容包含了導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料、介電材料、鐵電材料及超導(dǎo)材料，其實半導(dǎo)體材料也是一種導(dǎo)電材料，之所以把半導(dǎo)體材料單獨作為一個章節(jié)，是因為半導(dǎo)體材料是太陽能電池和LED照明燈的核心材料，這也是為后面的光電材料及器件的講解做鋪墊。光電材料及器件方面的教學(xué)內(nèi)容包含了光電子發(fā)射材料、光電導(dǎo)材料、透明導(dǎo)電薄膜材料、光伏材料與太陽能電池及光電顯示材料。
2 教學(xué)方法的探索
光電材料的內(nèi)容更新很快，現(xiàn)在的學(xué)生不僅應(yīng)該掌握傳統(tǒng)基礎(chǔ)的材料知識，更應(yīng)該掌握最新的知識點，更應(yīng)該了解光電材料的最新研究進(jìn)展，而使用多媒體教學(xué)能夠及時地更新課件的內(nèi)容，使得教學(xué)內(nèi)容能夠跟上最新的研究成果[2]，也能讓學(xué)生及時了解學(xué)習(xí)最新的材料知識。
多媒體教學(xué)還有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣[3]，因為它在視覺上能夠讓學(xué)生很直觀的學(xué)習(xí)知識，比如：太陽能電池的工作原理，我們可以在Powerpoint（PPT）上給出太陽能電池工作原理圖，然后再對照圖給學(xué)生詳細(xì)講解其原理，學(xué)生將更深刻的理解其原理。再比如，在講解光纖的傳輸原理時，可以通過多媒體技術(shù)使用動畫，讓學(xué)生很直觀地了解光纖的原理。
但是多媒體教學(xué)應(yīng)該和傳統(tǒng)的板書結(jié)合起來，因為有些知識僅僅通過多媒體展示，學(xué)生可能比較難理解，還需要老師再次將其中的重點和難點板書出來詳細(xì)講解，同時也可以加深同學(xué)的印象。
同時，我們在整個的教學(xué)過程中，采用的是啟發(fā)式及提問式的教學(xué)方法。通過對學(xué)生進(jìn)行提問，啟發(fā)學(xué)生自主思考，加深學(xué)生對知識點的理解。
3 課程考核方式的選擇
課程考核的成績包含兩個方面，一個是平時成績的考核，一個是期末成績的考核。
平時成績的考核，我們通過上課提問、課后習(xí)題、出勤率等方面進(jìn)行考核。上課提問可以考查學(xué)生對上節(jié)課內(nèi)容的掌握程度，還可以考查學(xué)生是否認(rèn)真聽講、是否認(rèn)真思考問題。課后習(xí)題包括兩個方面，一個是對課上內(nèi)容的考查，幫助學(xué)生鞏固課上知識，另一個是對課外知識的拓展，督促學(xué)生課后查閱文獻(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。
期末成績的考核，我們采用撰寫科技論文的形式進(jìn)行考核?！豆怆姴牧蠈?dǎo)論》開設(shè)在大四上學(xué)期，總共24個課時。因為光電材料的內(nèi)容更新比較快，而教學(xué)課時比較有限，通過撰寫科技論文的形式，既可以督促學(xué)生去更全面的了解光電材料最新的研究進(jìn)展，又可以鍛煉學(xué)生查閱文獻(xiàn)的能力，培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)文獻(xiàn)的能力，有利于大四學(xué)生在下學(xué)期更快進(jìn)入本科畢業(yè)論文的工作。
4 需要改進(jìn)的地方
作為本專業(yè)開設(shè)的新課，在教學(xué)的探索與實踐過程中，肯定存在一些不足，有很多地方需要我們?nèi)シ词『透倪M(jìn)。我們自己對此進(jìn)行了總結(jié)，具體包括以下三個方面：
（1）在多媒體教學(xué)過程中，我們不僅只是使用了PPT這個軟件，還應(yīng)該引入視頻，比如，在講解使用直拉法制備單晶硅時，就可以引入一段視頻，讓學(xué)生更直觀地了解使用直拉法是如何制備單晶硅的。
（2）在教學(xué)的過程中，我們還應(yīng)該出示實物，讓學(xué)生能夠直接接觸，加深印象。可以出示實物包括光纖、發(fā)光二極管LED，單晶硅片和多晶硅片（這時，還可以教學(xué)生從宏觀上如何分辨單晶硅片和非晶硅片）、ITO玻璃、閃鋅礦及纖鋅礦結(jié)構(gòu)模型等，不但增強生學(xué)習(xí)光電材料的興趣，而且讓他們對光電材料實體有直接的感性認(rèn)識[4]。
（3）在教學(xué)過程中，我們還應(yīng)該加入兩個學(xué)時的討論課，老師布置一個題目，讓學(xué)生課后準(zhǔn)備，幾個學(xué)生一組，進(jìn)行資料搜集與整理，然后讓一個學(xué)生做代表，在討論課上做PPT報告，其他組的學(xué)生進(jìn)行提問，作報告的學(xué)生做解答。同時這個也要納入平時成績中，占總成績的20%。
關(guān)鍵詞：光電編碼器；角加速度觀測器；硬件在回路；加速度反饋控制
中圖分類號：TH113.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
Abstract：Acceleration information is often needed to realize the acceleration feedback control in modern servo control systems， while in the rotary motion form the observer algorithm based on motor model to estimate the angular velocity or angular acceleration is far less than the method to use an acceleration transducer. But the rotating accelerometer is high priced and restricts the application range because of its performance index. The article proposed an angular acceleration algorithm based on angular information measured by photoelectric encoder and model information of the observing object， which can estimate the acceleration of the servo control systems. It can also observe the angular rotation， angular velocity and severely changed angular acceleration with excellent effects which verified the robustness and feasibility through the hardware in the loop simulation based on RT-LAB platform. The proposed algorithm can also suit for servo systems which was not droved by motors and apply more widely， what’s more， the low costs make it more suitable for engineering.
Keywords：photoelectric encoder；angular acceleration observer；hardware in the loop；acceleration feedback control
1 引言
伺服系y多數(shù)以位置和速度為跟蹤目標(biāo)[1]，文獻(xiàn)[2]中，劉棟良等針對永磁同步電機(jī)，利用其定子交軸電流和轉(zhuǎn)速方程構(gòu)造觀測器，通過降維線性Luenberger算法實現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度的估算。文獻(xiàn)[3]中，郭鴻浩等人針對永磁無刷直流電機(jī)提出了角加速觀測方法，首先通過構(gòu)建滑模觀測器觀測反電動勢波形，再設(shè)計卡爾曼濾波器從觀測得到的反電動勢歸一化波形中提取位置信息，進(jìn)而實現(xiàn)對角加速度的估計，但是擴(kuò)展反電動勢的表達(dá)式較為復(fù)雜，其大小與轉(zhuǎn)速、電機(jī)電流及微分值有關(guān)，魯棒性較差。且對于非電機(jī)驅(qū)動的軸系，這種依賴電機(jī)模型的估計方法也無能為力。工程實踐中，大多數(shù)情況下伺服系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運動為非勻速運動，傳統(tǒng)的角速度觀測算法僅限于處于穩(wěn)態(tài)的恒定角速度觀測，對于動態(tài)加減速過程的角速度或均勻變化的角加速度的觀測存在較大誤差，并且機(jī)電或液壓等伺服系統(tǒng)由于存在內(nèi)部和外部的干擾、自身參數(shù)的攝動等不確定因素，嚴(yán)重影響觀測算法的性能。因此，對于旋轉(zhuǎn)伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速觀測，基于編碼器的方法更為可靠，中國科學(xué)院自動化研究所的秦曉飛等對傳統(tǒng)的M/T測速算法進(jìn)行了改進(jìn)[4]，提出一種基于假脈沖剔除的M/T測速算法，能夠消除機(jī)械振動引起的位置量化誤差，提高了交流伺服系統(tǒng)的測速性能；北京交通大學(xué)的文曉艷等詳細(xì)討論了M法和T法在工程實踐中的應(yīng)用并對其性能做了詳細(xì)分析[5]，指出工程應(yīng)用中應(yīng)該注意的問題。然而這兩種方法并不適用于對角加速的觀測，目前基于旋轉(zhuǎn)加速度計的方法測量角加速度存在傳感器價格昂貴或技術(shù)指標(biāo)適用范圍窄等原因[6]，使得其難以應(yīng)用于角加速度反饋或角速度反饋的控制過程；基于電機(jī)模型的觀測器算法估計角速度或角加速度也是一種常用方法[7-10]，大量實驗表明，基于模型觀測器估計算法的加速度反饋控制系統(tǒng)，其控制性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及基于加速度傳感器的加速度反饋控制系統(tǒng)，Bramde Jager[11]和Ivan Godler[12]等人分別對此作出了詳細(xì)研究。因此基于位置傳感器和觀測算法來有效獲取角速度和角加速度信息是一種折中的選擇。論文采用高階觀測器算法，能夠觀測劇烈變化的轉(zhuǎn)速，性能優(yōu)于常規(guī)觀測算法，且能夠?qū)崿F(xiàn)非劇烈變化的角加速度觀測，為加速度反饋魯棒控制提供一種有效方法，最后通過實驗對比驗證了論文提出的加速度觀測算法的跟蹤性能和算法的可實現(xiàn)性。
2 光電編碼器工作原理
光電編碼器是由光源、光柵盤和光電檢測裝置組成，光柵盤是在固定直徑的圓盤上等分地開通若干個長方形孔，通過聯(lián)軸器的帶動，當(dāng)光電編碼盤和軸一起旋轉(zhuǎn)時，光源發(fā)光通過透鏡照射到光敏電阻上，經(jīng)過檢測裝置檢測輸出脈沖信號。結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。
光電編碼器的輸出量有模擬量和數(shù)字量兩種形式，論文以數(shù)字編碼器為例進(jìn)行研究。數(shù)字增量式編碼器直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出3組方波脈沖信號，分別為A相、B相和C相， A相與B相的相位差為90度，C相為每轉(zhuǎn)一周輸出一個脈沖，用于基準(zhǔn)點定位，輸出波形如圖2所示。
編碼器旋轉(zhuǎn)方向的判斷是通過將A相B相輸出值保存起來，與下一個A相B相輸出值做比較，通過編碼時序就可以判斷出編碼器的旋轉(zhuǎn)方向，圖2中標(biāo)示出了輸出波形與編碼器旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系，算法的實現(xiàn)是通過判斷編碼器輸出AB兩相的狀態(tài)轉(zhuǎn)移順序，如圖3所示。
增量式編碼器測量轉(zhuǎn)角的方法是通過讀取脈沖數(shù)的方式計算出旋轉(zhuǎn)的角度或轉(zhuǎn)速等參數(shù)。而不同規(guī)格型號的編碼器光柵碼盤上的光柵線數(shù)是不同的，光柵線數(shù)決定每周輸出的脈沖數(shù)量，即影響測量的精度。采用正交編碼方式可以方便實現(xiàn)倍頻電路設(shè)計，提高編碼器測量精度。
3 三階觀測器設(shè)計
6 結(jié)論
為了適應(yīng)伺服控制系統(tǒng)中加速度反饋控制方式對角加速度進(jìn)行觀測的需求，論文提出一種基于增量式光電編碼器和觀測算法相結(jié)合的方法，用于觀測角加速度變化規(guī)律，并通過半實物仿真平臺進(jìn)行驗證，觀測效果良好，克服了采用旋轉(zhuǎn)加速度計價格昂貴和適用范圍小的問題，克服了基于電機(jī)模型純算法估計的不準(zhǔn)確問題，克服了針對非電機(jī)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)伺服系統(tǒng)無法使用估計算法的問題。計算量小，可以應(yīng)用于實時系統(tǒng)，跟蹤性能好，可以實現(xiàn)角位移，角速度和劇烈變化的角加速度的觀測，滿足伺服系統(tǒng)的控制需求。
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吉林大學(xué)工商企業(yè)管理本科畢業(yè)論文格式
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這個東西還是要靠自己來搞海洋生物資源與環(huán)境 理論與應(yīng)用力學(xué)電子信息科學(xué)與技術(shù) 微電子學(xué) 光信息科學(xué)與技術(shù) 信息安全(信息科學(xué)技術(shù)) 光電子技術(shù)科學(xué) 材料物理 材料化學(xué) 環(huán)境科學(xué) 生態(tài)學(xué)資源環(huán)境科學(xué) 心理學(xué) 應(yīng)用心理學(xué) 統(tǒng)計學(xué) 系統(tǒng)科學(xué)與工程 教育學(xué) 教育學(xué) 學(xué)前教育 特殊教育 教育技術(shù)學(xué) 小學(xué)教育 人文教育 科學(xué)教育 華文教育 體育教育 運動訓(xùn)練 社會體育 運動人體科學(xué)民族傳統(tǒng)體育 運動康復(fù)與健康 農(nóng)藝教育 園藝教育 林木生產(chǎn)教育 特用作物教育/特用動物教育 水產(chǎn)養(yǎng)殖教育 應(yīng)用生物教育 農(nóng)業(yè)機(jī)械教育農(nóng)業(yè)建筑與環(huán)境控．遼寧大學(xué)自考畢業(yè)論文格式？大連水產(chǎn)學(xué)院漁業(yè)管理專業(yè)成人自考畢業(yè)論文格式請好心人解答一下：黑龍江大學(xué)經(jīng)濟(jì)法自考畢業(yè)論文格式要求和字?jǐn)?shù)中南大學(xué)英語本科自考畢業(yè)論文格式自考畢業(yè)論文格式又是怎么樣的？急用參考
紅河學(xué)院畢業(yè)論文格式
已經(jīng)有了雅思成績6.5 想我是紅河學(xué)院的大四學(xué)生，想?yún)⒓?011年的國考，不知道在哪里看考試大綱紅河學(xué)院2009年12月份四級準(zhǔn)考證前6為是多少？ 誰能告訴我下啊?我忘記準(zhǔn)在紅河學(xué)院培訓(xùn)的時候遇到一個女孩,感覺還不錯,彼此聯(lián)絡(luò)了一個月,突然間昆明到紅河學(xué)院怎么．
目前，利用太陽能最直接有效的方式便是光伏轉(zhuǎn)換，即將太陽的光能直接轉(zhuǎn)換為電能而供人類使用。而目前的光伏產(chǎn)品主要是技術(shù)相對成熟的硅太陽能電池，盡管其光電轉(zhuǎn)換效率很高，但對硅材料的后處理會產(chǎn)生大量廢液，嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境。長此以往，能源問題還沒解決，環(huán)境問題已經(jīng)產(chǎn)生。怎么辦？中國海洋大學(xué)唐群委教授，給出了他的答案：染料敏化太陽能電池。
唐群委，1980年8月生于山東濰坊，歷經(jīng)山東大學(xué)學(xué)士、華僑大學(xué)博士、法國斯特拉斯堡大學(xué)博士后、華僑大學(xué)訪問學(xué)者、美國南卡羅萊納大學(xué)博士后，于2012年正式學(xué)成歸來，成為了中國海洋大學(xué)材料科學(xué)與工程研究院的一名教授，碩士生導(dǎo)師。作為中國海洋大學(xué)最年輕的教授之一，唐群委肩負(fù)著高效染料敏化太陽能電池開發(fā)的重任。
染料敏化太陽能電池，一種模仿光合作用原理研制而成的新型太陽能電池，制作工藝相對簡單，生產(chǎn)成本僅為普通硅太陽能電池的1/4。在整個工作過程中，除電流外，無其他物質(zhì)釋放。但目前的染料敏化太陽能電池中的光電轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)低于其理論值，因此，提高染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率就成為唐群委教授及其團(tuán)隊的主要目標(biāo)。
唐群委教授長期從事新型材料和化學(xué)領(lǐng)域研究，在功能性水凝膠、自組裝導(dǎo)電多層膜、染料敏化太陽能電池等領(lǐng)域取得突出的研究成果，已在Adv Mater，AdvEnergy Mater，Chem Commun，J Materchem等國際權(quán)威雜志發(fā)表SCI80余篇，申請國家發(fā)明專利11項。博士學(xué)位論文“導(dǎo)電多層膜的層層自組裝及性能研究”獲得2012年福建省優(yōu)秀博士學(xué)位論文。
年輕且成績驕人。這些光環(huán)的背后，是敏銳的洞察力、艱辛的工作和大膽的創(chuàng)新：
――他首次提出“自組裝導(dǎo)電多層膜”的概念并成功發(fā)現(xiàn)自組裝導(dǎo)電多層膜的電導(dǎo)率隨組裝層數(shù)的滲濾現(xiàn)象，提出了新的導(dǎo)電機(jī)理，奠定了自組裝導(dǎo)電多層膜在光電子納米器件中應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。
――首次開發(fā)了低鉑、非鉑合金對電極材料，相對于全鉑對電極，對電解質(zhì)的催化效果提高2～3倍，而成本僅為其1/50。
――開發(fā)了雙面同時透射提高染料敏化太陽能電池性能的技術(shù)，相對于單面透射，染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高了30%以上。
――針對光陽極中因入射太陽光衰減導(dǎo)致染料激發(fā)不完全的難題，設(shè)計了一系列具有明顯增透效果的光陽極材料，所制備的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高至11%，達(dá)到國際先進(jìn)水平。
但這僅僅是個開始，唐群委并沒有因已得成績而止步，染料敏化太陽能電池要真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還將面臨一段漫長的考驗。他深切的知道這項技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用對于人類的能源危機(jī)意味著什么。
英文名稱：Laser Journal
主管單位：重慶市科學(xué)技術(shù)委員會
主辦單位：重慶市光學(xué)機(jī)械研究所
出版周期：雙月刊
出版地址：重慶市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：0253-2743
國內(nèi)刊號：50-1085/TN
郵發(fā)代號：78-9
發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時間：1975
期刊收錄：
CBST 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)速報(日)(2009)
中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽：
中科雙效期刊
聯(lián)系方式
區(qū)域產(chǎn)業(yè)是指在某一特定區(qū)域內(nèi)，生產(chǎn)同類商品或提供同種服務(wù)的所有企業(yè)的集合，反映的主要是產(chǎn)業(yè)空間布局狀況以及由此所決定的區(qū)域間橫向經(jīng)濟(jì)關(guān)系。生物工程相關(guān)產(chǎn)業(yè)涵蓋醫(yī)藥、食品、檢驗、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域⑤，產(chǎn)業(yè)相關(guān)集群的形成對于促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)，保障經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境與人的協(xié)調(diào)發(fā)展意義重大。
1．生物工程相關(guān)產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位“十一五”以來，國務(wù)院批準(zhǔn)了《促進(jìn)生物產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的若干政策》和《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃》，大力推進(jìn)生物技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新成果產(chǎn)業(yè)化，生物產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值以年均22．9％的速度增長?！秶鴦?wù)院關(guān)于印發(fā)生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的通知》提出，到2015年，生物產(chǎn)業(yè)增加值占國內(nèi)生產(chǎn)總值的比重將比2010年翻一番；到2020年，把生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展成為國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)?！秶摇笆濉笨茖W(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》和《國家“十二五”生物技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》明確提出將“研究預(yù)防和早期診斷關(guān)鍵技術(shù)，顯著提高重大疾病診斷和防治能力”作為“人口與健康”重點領(lǐng)域的發(fā)展思路之一；將生物制藥技術(shù)列為重大支持方向之一；將食品安全列為民生科技示范重點，食品安全檢測產(chǎn)業(yè)將成為新型公益類重點資助領(lǐng)域。
2．吉林省生物工程相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀“振興東北老工業(yè)基地”、“長吉圖開發(fā)開放先導(dǎo)區(qū)”、“長春市國家級生物產(chǎn)業(yè)基地”等國家和地方的政策性投入，使吉林省生物工程領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形成了比較優(yōu)勢，已擁有長春生物制品研究所、通化東寶等一批大中型生物醫(yī)藥企業(yè)集團(tuán)和一大批中小型生物醫(yī)藥研發(fā)和制藥企業(yè)，以及長春迪瑞、長春匯力、長春博德等體外診斷檢測試劑和儀器生產(chǎn)企業(yè)。2012年，相關(guān)產(chǎn)業(yè)整體呈現(xiàn)快速、強勁的發(fā)展勢頭，全年醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)銷售產(chǎn)值1550億元以上，同比增長34．7％⑥。吉林省工業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃提出，在醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)方面，將吉林省建設(shè)成為國內(nèi)外具有重要影響的國家生物藥基地、中藥北藥基地；在醫(yī)療儀器設(shè)備及器械方面，提升醫(yī)療器械行業(yè)發(fā)展水平，加快補齊醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展短板，重點發(fā)展多功能激光治療設(shè)備、臨床檢驗分析儀器等醫(yī)療檢驗儀器。到2015年，全省醫(yī)藥工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到2000億元，年均增長27％⑦。
3．吉林省生物工程相關(guān)產(chǎn)業(yè)高層次人才相對不足目前，吉林省生物技術(shù)制藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但企業(yè)創(chuàng)新能力薄弱、仿制藥比重較大；高端醫(yī)學(xué)儀器設(shè)備、中端試劑和儀器一體化被國外壟斷。原因之一是企業(yè)技術(shù)力量十分薄弱，缺少足夠的優(yōu)秀創(chuàng)新人才，造成核心技術(shù)往往依賴引進(jìn)，受制于人。生物工程產(chǎn)業(yè)是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，通過對相關(guān)產(chǎn)業(yè)調(diào)研發(fā)現(xiàn)：（1）生物產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展導(dǎo)致人才數(shù)量缺口加大；（2）產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力提升導(dǎo)致高端人才匱乏；（3）國內(nèi)外同行業(yè)的發(fā)展差距導(dǎo)致人才流失嚴(yán)重；（4）要突破國外技術(shù)壁壘需要生物醫(yī)學(xué)與機(jī)電一體化人才；（5）高技術(shù)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對人才實踐能力的要求攀升。因此，吉林省生物工程相關(guān)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力的提升和持續(xù)健康發(fā)展需要大批高層次實踐創(chuàng)新人才。《國家中長期生物技術(shù)人才發(fā)展規(guī)劃（2010－2020年）》指出，重點培養(yǎng)生物產(chǎn)業(yè)高端創(chuàng)新型人才、產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)專業(yè)人才；鼓勵企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)、高校聯(lián)合建立生物技術(shù)人才培養(yǎng)基地；建立人才及人才團(tuán)隊在企業(yè)與科研院所之間流動的暢通渠道。目前，吉林省生物工程專業(yè)碩士學(xué)位授權(quán)單位僅3所，即吉林大學(xué)、吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)、中科院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所。3所招生單位為吉林省生物工程產(chǎn)業(yè)輸送了優(yōu)秀人才，但在生物、醫(yī)學(xué)、光學(xué)、機(jī)電一體化人才培養(yǎng)方面尚不能滿足我省生物工程相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對人才的需求。
二、長春理工大學(xué)對生物工程專業(yè)碩士學(xué)位研究生培養(yǎng)體系建設(shè)的探索
1．多學(xué)科交叉融合，凝練專業(yè)特色，明確人才培養(yǎng)目標(biāo)定位長春理工大學(xué)堅持生物、醫(yī)學(xué)、光學(xué)、機(jī)電等多學(xué)科交叉融合的辦學(xué)特色，結(jié)合吉林省生物醫(yī)藥、食品安全檢測工程產(chǎn)業(yè)等區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，形成了生物醫(yī)學(xué)光機(jī)電一體化技術(shù)的生物工程優(yōu)勢學(xué)科。涵蓋三個穩(wěn)定的、特色鮮明的專業(yè)方向：（1）生物醫(yī)學(xué)檢驗工程，以國產(chǎn)化及自主創(chuàng)新的生物醫(yī)學(xué)檢驗試劑與配套光電檢驗儀器一體化技術(shù)為研發(fā)目標(biāo)；（2）醫(yī)藥用生物反應(yīng)器與監(jiān)測設(shè)備工程，側(cè)重基因重組藥物的通用載體生物反應(yīng)器構(gòu)建與應(yīng)用技術(shù)，以及細(xì)胞工廠配套光電顯微光電監(jiān)控設(shè)備的研發(fā)；（3）食品安全檢測工程，側(cè)重食品中雌激素類、毒素、農(nóng)藥殘留等污染物快速檢測試劑與配套光電檢測儀器的研發(fā)。為吉林省醫(yī)藥、衛(wèi)生、食品、商檢等企事業(yè)單位培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的應(yīng)用復(fù)合型高層次人才。
2．優(yōu)化課程體系，構(gòu)建雙師型導(dǎo)師隊伍，探索三對接人才培養(yǎng)模式整合教學(xué)與實踐優(yōu)勢，按照專業(yè)方向的不同，采用分類培養(yǎng)的指導(dǎo)思想，突出知識背景交叉與能力培養(yǎng)并重的特色，設(shè)置了科學(xué)合理的課程體系，包括必修課（18學(xué)分）、公選課（10學(xué)分）、方向選修課（6學(xué)分）三個模塊，模塊間遵循“夯實基礎(chǔ)－提高能力－強化應(yīng)用”的培養(yǎng)規(guī)律。教學(xué)團(tuán)隊由企業(yè)專家、國外學(xué)者和校內(nèi)教師組成，企業(yè)專家講授實踐性較強的課程，國外專家學(xué)者主講學(xué)科前沿性講座，突出實踐與前沿的兼顧。采取集體培養(yǎng)與個人負(fù)責(zé)相結(jié)合的指導(dǎo)方式，構(gòu)建雙師型導(dǎo)師隊伍。導(dǎo)師組由具有副教授以上職稱或博士學(xué)位的校內(nèi)教師，和具有高級專業(yè)技術(shù)職務(wù)或具有博士學(xué)位的合作單位專家組成。形成一支結(jié)構(gòu)合理、學(xué)術(shù)思想活躍、教學(xué)科研與實踐經(jīng)驗豐富的教學(xué)團(tuán)隊。以實際項目為主要載體，融通基礎(chǔ)理論教學(xué)、前沿技術(shù)和實踐教學(xué)，構(gòu)建“學(xué)研用”三位一體的人才培養(yǎng)模式。學(xué)習(xí)方式分為全日制學(xué)習(xí)方式，學(xué)制2．5年；非全日制學(xué)習(xí)方式，學(xué)制3年。培養(yǎng)方式為校企（行）聯(lián)合培養(yǎng)，對于全日制學(xué)生，1年在校理論學(xué)習(xí)，半年行（企）業(yè)頂崗實踐，1年結(jié)合崗位實踐內(nèi)容完成畢業(yè)論文；對于非全日制學(xué)生，1年在校理論學(xué)習(xí)，半年企業(yè)頂崗實踐，1．5年結(jié)合崗位實踐內(nèi)容完成畢業(yè)論文。實現(xiàn)了人才培養(yǎng)與合作單位、生源層次、業(yè)界需求的對接，學(xué)校和用人單位的無縫連接。
3．建立校企聯(lián)盟，拓展實踐教學(xué)基地，全面提升人才實踐創(chuàng)新能力專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)的重點在于實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，企業(yè)和行業(yè)參與高校專業(yè)學(xué)位研究生教育是保證專業(yè)學(xué)位研究生教育質(zhì)量的重要手段⑧。因此，通過校企合作和優(yōu)勢互補，建立工程實踐基地，實現(xiàn)研究生聯(lián)合培養(yǎng)，已成為提升工程碩士研究生實踐能力的重中之重。長春理工大學(xué)與相關(guān)企業(yè)在聯(lián)合攻關(guān)、學(xué)術(shù)交流、學(xué)生就業(yè)、本科生實習(xí)等方面進(jìn)行合作的基礎(chǔ)上，建立了生物工程專業(yè)碩士培養(yǎng)的校企聯(lián)盟。目前，與長春生物制品所有限公司、長春迪瑞醫(yī)療科技股份有限公司等15家企事業(yè)單位簽署了實踐基地合作協(xié)議，形成了以吉林省為中心，輻射北京、上海等地的穩(wěn)定的校外實踐教學(xué)基地。此外，校內(nèi)建設(shè)的與該學(xué)科直接相關(guān)的實踐教學(xué)平臺有生命科學(xué)基礎(chǔ)實驗中心，吉林省生物檢測工程實驗室和吉林省中藥生物工程二級實驗室2個省級重點實驗室，2個學(xué)校參股的集生物醫(yī)學(xué)光機(jī)電一體化研發(fā)與生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)。目前，已投入建設(shè)經(jīng)費3000余萬元。校內(nèi)外實踐基地的建設(shè)，為學(xué)生提供了充足的實踐機(jī)會，使學(xué)生在讀期間能參與企業(yè)生產(chǎn)、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和新產(chǎn)品研發(fā)，全面提升了人才的創(chuàng)新實踐能力和就業(yè)競爭力。
4．“產(chǎn)學(xué)研”聯(lián)動，以科研合作為紐帶，保障學(xué)位論文的先進(jìn)性與實用性“產(chǎn)學(xué)研”合作教育的本質(zhì)特征是尋求高等教育自身規(guī)律與現(xiàn)實社會對人才需求之間矛盾的解決⑨。通過“產(chǎn)學(xué)研”合作教育，實現(xiàn)教學(xué)、科研、生產(chǎn)三結(jié)合，能更有效地提高辦學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量，克服高等教育脫離社會實踐需要的傾向，增強其社會適應(yīng)能力和生存能力⑩。自2000年以來，我校先后與中國藥品生物制品檢定所、中國食品檢驗檢疫研究院、長春生物制品所有限公司、長春百克藥業(yè)有限責(zé)任公司、長春迪瑞醫(yī)療科技股份有限公司、吉林省紫辰光電有限公司等多家企業(yè)，聯(lián)合完成了國家級、省級和橫向科研項目17項，累積科研經(jīng)費達(dá)2000余萬元。以科研合作為紐帶，將科研項目立項、研發(fā)推廣過程與生物工程專業(yè)碩士培養(yǎng)相結(jié)合，形成了“產(chǎn)學(xué)研”聯(lián)動模式，增進(jìn)了學(xué)校與企業(yè)間的合作交流。學(xué)生畢業(yè)論文選題結(jié)合專業(yè)方向、校企聯(lián)合攻關(guān)項目和企業(yè)實際需求，鼓勵原始創(chuàng)新或集成創(chuàng)新。學(xué)生在校內(nèi)和校外導(dǎo)師的共同指導(dǎo)下，掌握了扎實的專業(yè)理論基礎(chǔ)和先進(jìn)的實踐技術(shù)手段，具備了綜合運用科學(xué)理論和技術(shù)方法解決實際工程技術(shù)問題的能力，保障了學(xué)位論文的先進(jìn)性與實用性。
關(guān)鍵詞：光纖，光交換，F(xiàn)TTH，多模光纖，單模光纖
0.引言
光纖技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)十分的成熟，應(yīng)用也先當(dāng)廣泛，但是還是有很大的發(fā)展空間的。本文從它比較有前景的光交換技術(shù)以及FTTH兩個大的方面來分別論述一下他們的現(xiàn)狀已經(jīng)優(yōu)缺點，最后再介紹一下光纖的種類和選擇光纖的方法。
1.光交換是未來發(fā)展的趨勢
光交換是指不經(jīng)過任何光/電轉(zhuǎn)換，將輸入端光信號直接交換到任意的光輸出端。光交換是全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。在現(xiàn)代通信網(wǎng)中，全光網(wǎng)是未來寬帶通信網(wǎng)的發(fā)展方向。全光網(wǎng)可以克服電子交換在容量上的瓶頸限制；可以大量節(jié)省建網(wǎng)成本；可以大大提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可靠性。光交換技術(shù)也可以分為光路交換和分組交換。由于技術(shù)上的原因，目前還主要是開發(fā)光路交換，但今后發(fā)展方向?qū)⑹欠纸M光交換。
光纖只是解決傳輸問題,還需要解決光的交換問題。過去,通信網(wǎng)都是由金屬線纜構(gòu)成的,傳輸?shù)氖请娮有盘?交換是采用電子交換機(jī)?，F(xiàn)在,通信網(wǎng)除了用戶末端一小段外,都是光纖,傳輸?shù)氖枪庑盘?。合理的方法?yīng)該采用光交換。但目前,由于目前光開關(guān)器件不成熟,只能采用的是“光-電-光”方式來解決光網(wǎng)的交換,即把光信號變成電信號,用電子交換后,再變還光信號。顯然是不合理的辦法,是效串不高和不經(jīng)濟(jì)的。正在開發(fā)大容量的光開關(guān),以實現(xiàn)光交換網(wǎng)絡(luò),特別是所謂ASON-自動交換光網(wǎng)絡(luò)。
目前市場上看到的光交換，多數(shù)是基于光電和光機(jī)械的。而基于熱學(xué)、液晶、聲學(xué)、微光機(jī)電技術(shù)等光交換機(jī)將逐步被研發(fā)出來。其中微光機(jī)電技術(shù)（MEMS）是目前最有前途的一項技術(shù)。光交換為IP骨干網(wǎng)的光子化提供了一個非常有競爭力的方案。一方面，通過光交換可以使現(xiàn)有的IP骨干網(wǎng)的協(xié)議層次扁平化，更加充分的利用DWDM技術(shù)的帶寬潛力；另外一方面，由于光交換網(wǎng)對突發(fā)包的數(shù)據(jù)是完全透明的，不經(jīng)過任何的光電轉(zhuǎn)化，從而使光突發(fā)交換機(jī)能夠真正的實現(xiàn)所謂的T比特級光路由器，徹底消除由于現(xiàn)在的電子瓶頸而導(dǎo)致的帶寬擴(kuò)展困難。此外，光交換的QoS支持特征也符合下一代 Internet的要求。因此，光交換網(wǎng)絡(luò)很有希望取代當(dāng)前基于ATM/SDH架構(gòu)和電子路由器的IP骨干網(wǎng)，成為下一代光子化的Internet骨干網(wǎng)。
2.光纖到家庭(FTTH)的發(fā)展
FTTH(Fiber To The Home )，顧名思義就是一根光纖直接到家庭。具體說，F(xiàn)TTH是指將光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)安裝在住家用戶或企業(yè)用戶處，是光接入系列中除FTTD(光纖到桌面)外最靠近用戶的光接入網(wǎng)應(yīng)用類型。FTTH的顯著技術(shù)特點是不但提供更大的帶寬，而且增強了網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)格式、速率、波長和協(xié)議的透明性，放寬了對環(huán)境條件和供電等要求，簡化了維護(hù)和安裝。
FTTH可向用戶提供極豐富的帶寬,所以一直被認(rèn)為是理想的接入方式,對于實現(xiàn)信息社會有重要作用,還需要大規(guī)模推廣和建設(shè)。FTTH所需要的光纖是現(xiàn)有已敷光纖的2～3倍。論文參考網(wǎng)。過去由于FTTH成本高,缺少寬帶視頻業(yè)務(wù)和寬帶內(nèi)容等原因,使FTTH還未能大力發(fā)展,只有少量的試驗。近年來,由于光電子元器件的進(jìn)步,光收發(fā)模塊和光纖的價格大大降低;另外寬帶內(nèi)容日趨豐富,都加速了FTTH的實用化進(jìn)程。
FTTH的優(yōu)勢主要是有5點：第一，它是無源網(wǎng)絡(luò)，從局端到用戶，中間基本上可以做到無源；第二，它的帶寬是比較寬的，長距離正好符合運營商的大規(guī)模運用方式；第三，因為它是在光纖上承載的業(yè)務(wù)，所以并沒有什么問題；第四，由于它的帶寬比較寬，支持的協(xié)議比較靈活；第五，隨著技術(shù)的發(fā)展，包括點對點、1.25G和FTTH的方式都制定了比較完善的功能。
發(fā)達(dá)國家對FTTH的看法不完全相同:美國運行商Verizon和Sprint比較積極,要在10—12年內(nèi)采用FTTH改造網(wǎng)絡(luò)。日本NTT發(fā)展FTTH最早, 早在1997 年日本NTT 公司就開始發(fā)展FTTH，2000年后由于成本降低而使用戶數(shù)量大增；美國在2002 年前后的12 月中FTTH的安裝數(shù)量增加了200%以上。
FTTH[遇到的挑戰(zhàn):現(xiàn)在廣泛采用的ADSL技術(shù)尚有一定優(yōu)勢。與FTTH相比:①價格低廉②利用原有銅線網(wǎng)使工程建設(shè)簡單③對于目前影視節(jié)目及文件的傳輸ADSL既可滿足需求。這些原因使得FTTH目前大量推廣受制約。
設(shè)備成本過高造成投資效益低是阻礙FTTH發(fā)展關(guān)鍵因素。目前FTTH的設(shè)備價格還非常高昂，往往一線售價近1000美元，但在日本和美國等發(fā)達(dá)國家仍然得到了較好的發(fā)展，其原因之一就是其電信運營商可以向用戶收取較高的服務(wù)費。據(jù)了解，在日本電信運營商向FTTH用戶每月收取5000—6000日元服務(wù)費，折合人民幣約400—500元，在美國FTTH用戶每戶每月服務(wù)費也約為80—100美元，電信運營商的FTTH網(wǎng)絡(luò)一般2—3年可以收回投資，這種投資效益顯然是不錯的。但在中國情況則完全不同。在國內(nèi)不少城市，由于激烈的市場競爭，ADSL和基于5類線的LAN寬帶接入月使用費已降到50元人民幣以下，個別使用費較高的地區(qū)，如深圳，月使用費也只有100元人民幣?；谶@種寬帶接入服務(wù)的資費水平根本無法支撐FTTH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運營，投資回收周期長達(dá)10年，這樣的投資效益顯然不可能喚起電信運營商的投資興趣?？梢?，寬帶接入市場需要的是低成本的FTTH，惟有低成本的FTTH才會有應(yīng)用和發(fā)展的機(jī)會，而且也一定會有發(fā)展的機(jī)會。
光纖本身也有缺點，如質(zhì)地較脆，機(jī)械強度低就是它的致命弱點。稍不注意，就會折斷于光纜外皮當(dāng)中。而且光纖的接續(xù)比較困難，施工人員要有比較好的切斷、連接、分路和耦合技術(shù)。
FTTH的解決方案: 目前，F(xiàn)TTH接入技術(shù)主要有兩大類：基于無源光網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network—PON）接入技術(shù)的EPON和GPON，基于小區(qū)有源交換接入（Active Optical Network——AON）的Fiber P2P技術(shù)。
P2P方案一一優(yōu)點:各用戶獨立傳輸互不影響,體制變動靈活;可以采用廉價的低速光電子模塊;傳輸距離長。缺點:需要在用戶區(qū)安置1個匯總用戶的有源節(jié)點，用以減少用戶直接到局的光纖和管道數(shù)量。
PON方案——優(yōu)點:無源網(wǎng)絡(luò)維護(hù)簡單，原則上可以節(jié)省光電子器件和光纖。缺點:需要采用價格昂貴的高速光電子模塊;需要采用區(qū)分用戶距離不同的電子模塊,避免各用戶上行信號互相沖突;傳輸距離受PON分比而縮短;各用戶的下行帶寬互相占用,如果用戶帶寬得不到保證時,不僅要網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容,還需要更換PON和更換用戶模塊來解決。
PON有多種,一般有如下幾種:(1)APON:即ATM-PON,適合ATM交換網(wǎng)絡(luò)。(2)BPON:即寬帶的PON。(3)OPON:采用通用幀處理的OFP-PON。(4)EPON:采用以太網(wǎng)技術(shù)的PON,0EPON是千兆畢以太網(wǎng)的PON。(5)WDM-PON:采用波分復(fù)用來區(qū)分用戶的PON,由于用戶與波長有關(guān),使維護(hù)不便,在FTTH中很少采用。
近來,由于無線接入技術(shù)的迅速發(fā)展，可用作WLAN的IEEE802.11g協(xié)議,傳輸帶寬可達(dá)54Mbps,覆蓋范圍達(dá)100米以上,目前已可商用。論文參考網(wǎng)。如果采用無線接入WLAN作用戶的數(shù)據(jù)傳輸,對于一般用戶其上行數(shù)據(jù)量不大,IEEES02.11g是可以滿足的。而FTTH主要解決HDTV寬帶視頻的大數(shù)據(jù)下行傳輸,在需要時也可包含一些下行數(shù)據(jù)。這就形成“光纖到家庭+無線接入”(FTTH+無線接入)的家庭網(wǎng)絡(luò)。這種家庭網(wǎng)絡(luò),如果采用PON方式就特別簡單,因為此PON無上行數(shù)據(jù),不需要測距的電子模塊,使得成本大大降低,維護(hù)也十分簡單。如果所屬PON的用戶群體被無線城域網(wǎng)WiMAX(1EEE802.16)覆蓋,那么就不需要再建設(shè)專用的WLAN。接入網(wǎng)采用無線是趨勢,但無線接入網(wǎng)仍需要密布于用戶附近的光纖網(wǎng)來支撐,與FTTH基本相當(dāng)。FTTH+無線接入是未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。
3.光纖的正確選擇和使用
下面談?wù)劰饫w的正確選擇和使用方法。光纖大類上可分為多模光纖和單模光纖。
多模光纖是指可以傳輸多個光傳導(dǎo)模的光纖。在光纖通信初期，就是使用的就是多模光纖(G.651光纖)，其工作波長在850nm或1300nm，衰減常數(shù)分別為<4dB/km和<3dB/km，色散系數(shù)分別為<120ps/(nm.km)和<6ps/(nm.km)。由于它的衰耗和色散大，故只能用于短距離通信。但它芯徑大，對于接頭和連接器的要求都不高，使用起來比單模光纖要方便，目前多用于局域網(wǎng)。
單模光纖是指只傳輸一個光傳導(dǎo)模（基模）的光纖。其主要優(yōu)點是衰減較小，傳輸距離長，傳輸容量大，在長途骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)等場合均有廣泛應(yīng)用。單模光纖由于只能傳輸基模，它不存在模間時延差，具有比多模光纖大得多的帶寬，單模光纖的帶寬可達(dá)幾十GHz以上。論文參考網(wǎng)。所以單模光纖特別適合用于長距離、大容量的通信系統(tǒng)。隨著光纖制造技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，單模光纖的種類也在發(fā)展。常用的單模光纖有以下幾種: G.652光纖，G.653光纖，G.655光纖。
選擇光纖時應(yīng)該注意以下三個參數(shù):①最大無中繼傳輸距離 ②波長的最大比特率 ③光纖的波長數(shù)。以上參數(shù)都必須考慮到光纖布設(shè)終期的要求。如果最大無中繼傳輸距離在50～100km，建議選擇G.652常規(guī)光纖，它價格低廉，適合短距離傳輸。如果距離更長，但只需要單波長在10Gbit/s 以上，則可選用G.653色散位移光纖。如果不但距離長，而且需要多波長承載10 Gbit/s 或更高速率，那么最佳選擇則是G.655光纖。
由此可以總結(jié)出以下光纖選擇原則:1.距離短應(yīng)選擇G.652常規(guī)光纖,采用較多纖芯所增加的投資不大。2.長距離光纜因為傳輸距離長，必須采用高速率和多波長的波分復(fù)用技術(shù)，G.655色散位移光纖是最為理想的選擇。
4.結(jié)束語
光纖通信技術(shù)現(xiàn)已作為一種重要的現(xiàn)代信息傳輸技術(shù)之一，在現(xiàn)在的信息社會背景下得到了普遍意義上的應(yīng)用，在全球通信領(lǐng)域及相關(guān)行業(yè)在全球處于非常低迷的狀態(tài)時，光纖通信技術(shù)仍得到了一些發(fā)展。依照我國現(xiàn)行的通信技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展模式，光纖通信技術(shù)的應(yīng)用必會代替一切其他的信息傳送方式，而成為未來通信領(lǐng)域發(fā)展的主流技術(shù)，帶領(lǐng)人類進(jìn)入全光時代!
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關(guān)鍵詞 教學(xué)改革 創(chuàng)新能力 物理 教學(xué)內(nèi)容
中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
0 前言
應(yīng)用物理學(xué)是當(dāng)今高新技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)，是多種技術(shù)學(xué)科的支柱。與本專業(yè)存在交叉的專業(yè)包括光學(xué)、工程物理、半導(dǎo)體和材料專業(yè)等。目前，我國對物理專業(yè)的人才需求仍舊是供不應(yīng)求，但表面上卻是學(xué)生就業(yè)壓力大。對人才培養(yǎng)的需求加上建設(shè)創(chuàng)新型國家和國際經(jīng)濟(jì)一體化的大背景，要求將創(chuàng)新教育貫穿于各級各類教育的全過程。本研究將立足于應(yīng)用物理專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。對工科院校物理專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行符合市場需求的重新定位，為高等院校物理專業(yè)深化教育教學(xué)改革提供有益經(jīng)驗。
1 研究思路
學(xué)院本著“理工交融”的辦學(xué)特色和“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重實踐、求創(chuàng)新”的人才培養(yǎng)模式，著力打造本科生的培養(yǎng)。注重與新科技、新產(chǎn)業(yè)以及地方經(jīng)濟(jì)結(jié)合安排課程，積極開展大學(xué)生素質(zhì)拓展和科技創(chuàng)新活動，正在走出一條分層次培養(yǎng)、適應(yīng)社會需求的人才培養(yǎng)道路。
2 改革的內(nèi)容
（1）改革培養(yǎng)方案，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，多元化設(shè)置培養(yǎng)方向。學(xué)院將應(yīng)用物理專業(yè)發(fā)展為應(yīng)用物理、材料物理、光電信息科學(xué)與工程三個專業(yè)，完成人才培養(yǎng)方案修訂，并組織實施。并在實踐中進(jìn)一步修改，使之逐步趨于完善；優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，按照“少而精”的原則設(shè)置必修課；增加選修課比重，允許學(xué)生跨系跨專業(yè)選修課程，使學(xué)生依托一個專業(yè)，著眼于綜合性較強的跨學(xué)科訓(xùn)練；分層次設(shè)置課程，盡量做到因材擇課，興趣與學(xué)習(xí)結(jié)合。
（2）改革課堂教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)形式，把創(chuàng)新能力培育納入課堂中。學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也必須滲透到各科課堂教學(xué)過程中。多門主干課實施教學(xué)模式改革，把創(chuàng)新能力培育納入課堂中。其中，電磁學(xué)、熱學(xué)、近代物理等課程改革獲得學(xué)校教學(xué)成果一等獎，光電子學(xué)基礎(chǔ)等課程改革獲得校教改立項并通過鑒定，原子物理學(xué)獲得校精品課程。大學(xué)物理獲得省級精品課程。用多樣的課堂教學(xué)形式，加強各學(xué)科的相互滲透和交叉綜合，拓寬學(xué)生的思維空間，注意融合學(xué)科前沿知識和高新科技，增大課堂信息量，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神。
（3）實行實驗課分層次立體化教學(xué)模式，探索開放式實驗教學(xué)體系。改革實驗室管理運行機(jī)制，探索和完善實施開放式實驗教學(xué)的方法及其在課堂教學(xué)、實驗技能競賽、創(chuàng)新實驗設(shè)計競賽、本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）中的應(yīng)用。學(xué)生實踐創(chuàng)新能力得到了培養(yǎng)和提高。建成了河南省物理實驗示范中心、洛陽市光電功能材料重點實驗室。
（4）改革和完善學(xué)生科技創(chuàng)新體系，建立校內(nèi)創(chuàng)新實踐基地。實行學(xué)生科學(xué)研究訓(xùn)練計劃，引導(dǎo)學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行科研訓(xùn)練；鼓勵學(xué)生申報大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃，科技創(chuàng)新項目等，通過科研促進(jìn)教學(xué)，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。
（5）建立和拓展校企聯(lián)合培養(yǎng)模式，建立校外實踐基地，打造人才培養(yǎng)的新模式。建立和拓展校企聯(lián)合培養(yǎng)的模式，促進(jìn)本科教育與社會對人才需求的接軌，提升學(xué)生就業(yè)能力，打造人才培養(yǎng)的新模式。和洛陽凱邁測控、四季沐歌等與物理專業(yè)緊密結(jié)合的企業(yè)建立聯(lián)合培養(yǎng)的模式，提高學(xué)生實踐能力，培養(yǎng)為區(qū)域經(jīng)濟(jì)服務(wù)的實用型人才。
3 初步成果和效果
通過四年的改革，取得了令人滿意的效果。
（1）形成新的利于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的物理專業(yè)整體培養(yǎng)方案和人才培養(yǎng)模式，建立系統(tǒng)的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系。建立和完善分層次開放式實驗教學(xué)體系和新的實驗室管理運作模式。建設(shè)物理實驗教學(xué)示范中心開放式實驗教學(xué)管理網(wǎng)站。發(fā)表教研論文12篇，舉辦全國高等學(xué)?！盁崃W(xué)與統(tǒng)計物理”教學(xué)與學(xué)術(shù)研討會。
（2）學(xué)生學(xué)習(xí)研究的主動性、積極性、創(chuàng)新性明顯提高。課外創(chuàng)新實踐產(chǎn)生了高質(zhì)量成果。獲得河南省級“挑戰(zhàn)杯”，河南省機(jī)器人游大賽，中國機(jī)器人大賽，全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模，全國大學(xué)生英語競賽等比賽的二十余項獎項；學(xué)生申報或授權(quán)專利15項；參加SRTP項目40項；學(xué)生發(fā)表實驗研究論文23篇。
（3）開辟適應(yīng)地方高校物理專業(yè)的校企聯(lián)合培養(yǎng)模式，與洛陽開拓者鉬業(yè)、洛陽鼎晶電子材料有限公司、洛陽嘉盛電源科技有限公司、洛陽金諾機(jī)械工程有限公司先后簽訂校企合作協(xié)議，建立一系列的實習(xí)基地，實施“預(yù)簽式” 培養(yǎng)辦學(xué)模式。
（4）通過教研結(jié)合，學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)和科學(xué)技術(shù)研究相互促進(jìn)，教師實驗科學(xué)研究成果顯著。物理工程學(xué)院五個科研團(tuán)隊（光電功能材料、材料物性分析與模擬計算、光電信息及其圖像處理、微納結(jié)構(gòu)與信息光學(xué)團(tuán)隊、光納半導(dǎo)體與傳感材料），共近200篇，其中SCI收錄94篇，EI/ISTP收錄42篇；主持項目47項，其中國家級項目21項，省廳級項目26項；申請發(fā)明專利40余項。
4 結(jié)束語
本研究對全國同類高校的理工科專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)可起到一定借鑒作用。當(dāng)然，應(yīng)用物理專業(yè)的辦學(xué)需要研究的課題還很多，還需要在以后實踐中進(jìn)一步探索。
本研究得到河南省高等教育教學(xué)改革研究項目（2012 SJGLX149，2014SJGLX197）
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：STM32F103，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)通信
仿真駕駛模擬器是機(jī)械、電子及計算機(jī)技術(shù)為一體的復(fù)雜系統(tǒng)，該系統(tǒng)由駕駛室與電動伺服裝置組成的仿真駕駛單元，計算機(jī)、投影機(jī)和環(huán)形幕組成顯示單元及駕駛數(shù)據(jù)采集模塊單元組成。仿真駕駛模擬器除可進(jìn)行模擬駕駛訓(xùn)練外，還具有汽車駕駛技能形成性評價、個性化培訓(xùn)計劃、交通事故經(jīng)典案例教學(xué)、駕駛案例性測評等的汽車駕駛應(yīng)用培訓(xùn)教學(xué)。論文格式。論文格式。其中數(shù)據(jù)采集單元實時采集仿真駕駛室內(nèi)的各操縱機(jī)構(gòu)狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)串口傳送到上位機(jī)，上位機(jī)通過汽車動力學(xué)模型及當(dāng)前路況信息計算出當(dāng)前速度、加速度、方向、位置等信息作為計算機(jī)實時生成圖象和控制電動伺服缸動作依據(jù)，同時依據(jù)采集到的數(shù)據(jù)完成對駕駛行為過程回放、行為分析、技能等綜合評估。
1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設(shè)計
如圖1所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由各檢測模塊及檢測電路、單片機(jī)、采集芯片、通信接口和上位機(jī)組成。其中采集芯片是系統(tǒng)的核心部件，采用ARM核心的STM32F103芯片，采集芯片控制系統(tǒng)的變速器、轉(zhuǎn)向盤、加速踏板及各種開關(guān)等的位置狀態(tài)，包括對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存取、時間參數(shù)設(shè)置與主機(jī)通信等。時鐘信號也是由采集芯片產(chǎn)生，定時對采集芯片機(jī)產(chǎn)生復(fù)位信號，使主單片機(jī)完成一次數(shù)據(jù)采集，然后又進(jìn)入休眠狀態(tài)。其中轉(zhuǎn)向裝置采用光電編碼器和現(xiàn)場可編程邏輯正列（FPEG）組成數(shù)字式傳感器，通過RS232與STM32通信。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在工作時，對模擬數(shù)據(jù)首先要通過放大器對信號進(jìn)行處理后傳送到STM32F103的ADC模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，對開關(guān)量和數(shù)字傳感器信號通過I/O或通信接口傳送到STM32F103，最后采集來的信號按照一定的通信協(xié)議發(fā)送到上位機(jī)處理。
圖1 汽車模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設(shè)計
2 硬件設(shè)計
仿真駕駛室內(nèi)的需要檢測各種模擬裝置的信號。這些狀態(tài)根據(jù)采用的傳感器可分為三類：數(shù)字量、模擬量和開關(guān)量。
2.1 模擬量的采集
加速踏板、離合器踏板和行車制動踏板（三踏板）的踏板行程分別反映供油量大小、離合器結(jié)合程度及制動力大小，所以傳感器應(yīng)采集出的是連續(xù)變化的量，即是模擬量。模擬量的采集要去抗干擾能力強，在設(shè)計中選擇了線性位移傳感器與三踏板的機(jī)械連接組成。線性位移傳感器的阻值變化特性為直線型，能夠準(zhǔn)確反映三踏板行程的大小。
STM32 核心為CORTEX-M3，內(nèi)部集成了2個1Msps12bit的獨立ADC，2個ADC前端由兩個多路切換器組成16路的模擬輸入通道，并將每個模擬輸入通道的結(jié)果存入對應(yīng)的16個A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寄存器（ADDR）中。并且內(nèi)部高達(dá) 72MHZ的主頻，高達(dá)1.25DMIPS/MHZ的處理速度，ADC最高速采樣的時候需要1.5+12.5個ADC周期，高速的DMA傳輸功能，靈活強大的4個TIMER等。加速踏板、離合器踏板和行車制動踏板模擬信號經(jīng)多路模擬開關(guān)和信號調(diào)理電路經(jīng)相應(yīng)的控制電路與ADC0、ADC1和ADC2三個模擬通道相連，完成對信號的采樣與轉(zhuǎn)換。
2.2 開關(guān)量采集
模擬的操作有大量的開關(guān)量信號。組合開關(guān)、點火開關(guān)等采用EQ153型實車開關(guān)來實現(xiàn)仿真駕駛的開關(guān)操作功能，在實車開關(guān)上都有微動開關(guān)，主芯片可通過光電隔離器與微動開關(guān)相連，提取開關(guān)量，并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平進(jìn)行處理。變速器采集模塊采用兩個PCB電路板構(gòu)成變速器模擬裝置，一個PCB電路板裝有4對發(fā)光二極管和光敏三極管，一對放光二極管和光敏三極管構(gòu)成一路采集，固定于變速器外殼內(nèi)與機(jī)械結(jié)合采集檔位桿操作動作，變速器采集模塊與主控板I/O采集接口連接，當(dāng)有檔位使能動作時，主控單片機(jī)要實時采集到變速器的使能動作。手制動采集模塊選用行程開關(guān)模擬，采集手制動動作，行程開關(guān)安裝于手制動控制桿底側(cè)，手制動采集模塊接線端子與主控板I/O接口連接，主控板能實時采集到手制動操作使能。
2.3轉(zhuǎn)向盤關(guān)電編碼設(shè)計
轉(zhuǎn)向盤度采集模塊采集轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)的角度、方向?？紤]在實際駕駛中轉(zhuǎn)向盤要求有一定的間隙，在采集時，采集精度要低，所以選用了以光電編碼為原理的碼盤檢測機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向立柱連接用于模擬轉(zhuǎn)向裝置，光電編碼為750個脈沖/圈，將轉(zhuǎn)向盤的角位移轉(zhuǎn)換為電脈沖輸出。光電編碼單獨采用現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)數(shù)據(jù)處理，F(xiàn)PGA不僅具有高精度的同步傳輸能力，而且具有速度高、體積小、抗干擾能力強的優(yōu)點。如圖2所示，由光電編碼器輸出的A相、B相和Z相脈沖信號經(jīng)光電耦合器抑制傳輸過程中的高頻噪聲信號后送入FPGA處理器，在FPGA中按照倍頻和鑒別方向設(shè)置等進(jìn)行計數(shù)處理，得到實時脈沖數(shù)，最后通過RS232與采集芯片通信，并傳輸?shù)街骺匦酒琒TM32F103。
圖2 轉(zhuǎn)向盤光電編碼硬件設(shè)計
2.3 與主機(jī)的通信接口
由于數(shù)據(jù)采集單元與上位機(jī)的主控室距離較長，所以采用傳輸距離可達(dá)1000多米，傳輸速率10Mbs的RS485總線通信標(biāo)準(zhǔn)。通信接口芯片采用Sipex公司的SP3075E芯片，接口設(shè)計如圖3所示。論文格式。
圖3 通信接口連接圖
3軟件設(shè)計
模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集過程中，應(yīng)完成多路模擬信號的采集和轉(zhuǎn)換，在上位機(jī)指令下將采集到的數(shù)據(jù)按一定的通信協(xié)議向上位機(jī)發(fā)送，并根據(jù)上位機(jī)下傳的各種輸出信號直行相應(yīng)的操作并開始下一次數(shù)據(jù)采集，將采集的數(shù)據(jù)儲存在采集系統(tǒng)的存儲器中，等待上位機(jī)的上傳指令。按照采集任務(wù)，主程序可分為多路AD轉(zhuǎn)換模塊、RS485通信模塊和中斷服務(wù)程序模塊，軟件流程圖如圖4所示。
圖4 主程序流程圖
3.1 AD信號采集程序片段及注釋
ADC1->CR2.B.ADON = 1; //開啟ADC
ADC1->SMPR1.W= 0; //設(shè)置每個通道的采樣時間
ADC1->SQR1.W= 0; //設(shè)置序列轉(zhuǎn)換長度和通道
ADC1->CR1.B.SCAN= 1; //掃描模式開啟
ADC1->SQR1.B.L= 5; //轉(zhuǎn)換長度為6
ADC1->CR2.B.DMA= 1; //使用DMA
ADC1->CR2.B.EXTTRIG= 1; //使用外部觸發(fā)信號
ADC1->CR2.B.CAL= 1; //開始ADC校準(zhǔn)
3.2通信接口程序片段及注釋
與上位機(jī)的通信模塊使用了兩個中斷，分別用于接收和發(fā)送中斷。通信模塊中還需設(shè)置破特率BRR。
USART1->BRR.W= UARTclk/Bud; //設(shè)置波特率
USART1->CR1.B.UE= 1; //使能UART1模塊
USART1->CR1.B.TE= 1; //使能UART1模塊發(fā)送功能
USART1->CR1.B.RE= 1; //使能UART1模塊接收功以
USART1->CR3.B.DMAT= 1; //發(fā)送使用DMA方式
USART1->CR1.B.TCIE= 0; //禁止UART1模塊發(fā)送完成中斷
USART1->CR1.B.RXNEIE= 1; //使能UART1模塊接收中斷
NVIC->ISER2.B.UART1= 1; //使能UART1的中斷
NVIC->ISER1.B.DMA1_CH4= 1; //使能DMA結(jié)束中斷
4 結(jié)束語
本文闡述了汽車仿真駕駛模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計，經(jīng)實踐表明，STM32主控芯片具有強大的數(shù)據(jù)運算和處理能力，保證了汽車仿真模擬駕駛器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠以高精度和高準(zhǔn)確度工作，完成對模擬器數(shù)據(jù)的采集。
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關(guān)鍵詞：CCD器件；時序電路；驅(qū)動；光積分時間
中圖分類號：TP333.5+3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
文章編號：1004-373X(2009)03-160-03
Design of the Driving Time Sequence Circuit of Linear CCD Based on FPGA
YUAN Jinfeng,CHEN Wenyi,LI Kai
(Xi′an Institute of Post &Telecommunications,Xi′an,710061,China)
Abstract：CCD is used in modern photoelectronics,precision instrument and many aspects.Usually,the driving time sequence is designed under special condition or special uses.This paper takes linear CCD device TCD1500C as example,by researching the character of CCD and sequence circuit waveform,designs driver circuit waveform that uses FPGA and enables it to meet the application requirements.By changing the clock frequency or increasing the cycle-integral number of clock pulses,thus changing optical integration time.
Keywords：CCD device;time sequence circuit;driver;optical integration time
0 引 言
電荷耦合器件(Charge Coupled Devices,CCD)是一種圖像傳感器，它在工業(yè)、計算機(jī)圖像處理、軍事等方面都得到廣泛的應(yīng)用。目前CCD的應(yīng)用技術(shù)已成為集光學(xué)、電子學(xué)、精密機(jī)械與計算機(jī)技術(shù)為一體的綜合技術(shù)，在現(xiàn)代光子學(xué)、光電檢測技術(shù)和現(xiàn)代測試技術(shù)領(lǐng)域中起到了相當(dāng)大的作用。因此，CCD的作用是不可估量的。然而，CCD要正常工作是要驅(qū)動時序的，雖然有些CCD往往自帶驅(qū)動，但是在特殊需要或需要加特殊功能時，CCD驅(qū)動往往需要自己設(shè)計，例如曝光時間可調(diào)等功能。
現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）是在PAL,GAL,EPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。
由于FPGA具有易修改，在線編程等特點，可根據(jù)不同要求進(jìn)行在線配置，從而升級方便。另外由于FPGA集成度高，可將系統(tǒng)的部分或全部功能集成在一片芯片上，可減小系統(tǒng)硬件復(fù)雜度。
2 CCD工作原理和特性參數(shù)
TCD1500C是一種高靈敏度、低暗電流、5 340像元的線陣CCD圖像傳感器，其像敏單元大小是7 μm×7 μm×7 μm;相鄰像元中心距也是7 μm;像元總長是37.38 mm。其驅(qū)動時序圖如圖1所示。TCD1500C在驅(qū)動脈沖作用下開始工作。
由圖1可知，CCD的一個工作周期分為兩個階段：光積分階段和電荷轉(zhuǎn)移階段。在光積分階段，SH為低電平，它使存儲柵和模擬移位寄存器隔離，不會發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。存儲柵和模擬移位寄存器分別工作，存儲柵進(jìn)行光積分，模擬移位寄存器則在驅(qū)動脈沖的作用下串行地向輸出端轉(zhuǎn)移信號電荷，再由SP進(jìn)行采樣和保持，最后由OS端分別輸出。RS信號清除寄存器中的殘余電荷。在電荷轉(zhuǎn)移階段SH為高電平，存儲柵和模擬移位寄存器之間導(dǎo)通，實現(xiàn)感光陣列光積分所得的光生電荷勢阱中，此時，輸出脈沖停止工作，輸出端沒有有效電荷輸出。由于結(jié)構(gòu)上的安排，OS先輸出13個虛設(shè)像元信號，再輸出45個啞元像元，然后再輸出5 340個有效像元信號，之后再是12個啞元信號，輸出1個奇偶檢測信號，以后便是空驅(qū)動(空驅(qū)動的數(shù)目可以是任意的)。
2 芯片的選擇以及設(shè)計平臺概述
FPGA選擇的是ALTERA公司的FLEX10K系列的EPF10K10LC84-4，他是一款典型在線可編程FPGA器件。
設(shè)計選擇的平臺主要是Modelsim。Modelsim仿真工具是Model公司開發(fā)的，它支持Verilog DHL,VHDL以及他們的混合仿真，可以將整個程序分布執(zhí)行，使設(shè)計者直接看到它的程序下一步要執(zhí)行的語句，而且在程序執(zhí)行的任何步驟任何時刻都可以查看任意變量的當(dāng)前值，可以在Dataflow窗口查看某一單元或模塊的輸入輸出的連續(xù)變化等，比Quartus自帶的仿真器功能強大的多，是目前業(yè)界最通用的仿真器之一。仿真都正確無誤后再用Quartus Ⅱ軟件來綜合和下片。本程序采用Verilog硬件描述語言編寫，其可移植性和可讀性都好。
3 CCD驅(qū)動時序的設(shè)計和實現(xiàn)
由圖1所示，其設(shè)計方法是：在系統(tǒng)最佳工作頻率下，通過基本計數(shù)單元產(chǎn)生CCD工作所需的波形，保證CCD正常工作。根據(jù)TCD1500C的技術(shù)手冊，可以看出時鐘Φ為典型值0.5 MHz時，占空比為1∶1；輸出復(fù)位脈沖ΦRS為1 MHz，占空比為1∶3，采樣保持脈沖ΦSP=1 MHz，脈沖寬度為100 ns。根據(jù)所給出的時序關(guān)系圖可以得到轉(zhuǎn)移脈沖ΦSH，時鐘Φ，復(fù)位脈沖RS，采樣保持脈沖SP等控制信號的時序圖。由于1個ΦSH周期中至少要有5 411個Φ脈沖，即TSH>5 411T。由此可知，改變時鐘頻率或增加光積分周期內(nèi)的時鐘脈沖數(shù)，就可以改變光積分時間。即通過積分時間控制信號A1，A2，A3控制積分時間的改變；000～111分別控制8檔積分時間變換。000時間最短，111時間最長，可以通過軟件動態(tài)設(shè)置積分時間，實現(xiàn)CCD光積分時間的智能控制。部分實現(xiàn)程序如下：
always @ (posedge CLK_20M or negedge RESET)
begin
if(~RESET)
rs_count ＜= 5′h00;//復(fù)位信號計數(shù)器
else if(rs_count == 5′h13)
rs_count ＜= 5′h00;
else
rs_count ＜= rs_count + 1′b1;
end
always @ (posedge CLK_20M or negedge RESET)
begin
if(~RESET)
RS ＜= 0;
else if(rs_count == 5′h0E)
RS ＜= 1;
else if(rs_count == 5′h13)
RS ＜= 0;
end
編譯后最后得到的仿真波形結(jié)果如圖2所示。
4 結(jié) 語
本文實際采用Modelsim開發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)編程和測試程序的編寫，內(nèi)部模塊采用Verilog 硬件描述語言編寫，完成了時序電路的設(shè)計和實現(xiàn)，并測試無誤后下載到FPGA上，產(chǎn)生CCD驅(qū)動，輸出結(jié)果十分理想。不僅簡化了電路設(shè)計，提高可靠性，而且提高了研發(fā)速度。
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論文摘要：當(dāng)今世界，在變電站自動化領(lǐng)域中，智能化電氣的發(fā)展，特別是智能化開關(guān)、光電式互感器等機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn)，變電站自動化技術(shù)即將進(jìn)入數(shù)字化新階段。本文論述了數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特征、結(jié)構(gòu)及功能劃分等。
經(jīng)過幾十年的發(fā)展,變電站自動化技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一定的水平，在我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造與建設(shè)中不僅中低壓變電站采用了自動化技術(shù)實現(xiàn)無人值班，而且在220kV及以上的超高壓變電站建設(shè)中也大量采用自動化新技術(shù)，從而大大提高了電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)代化水平，增強了輸配電和電網(wǎng)調(diào)度的可能性，降低了變電站建設(shè)的總造價，這已經(jīng)成為不爭的事實。然而，技術(shù)的發(fā)展是沒有止境的，隨著智能化開關(guān)、光電式電流電壓互感器、一次運行設(shè)備在線狀態(tài)檢測、變電站運行操作培訓(xùn)仿真等技術(shù)日趨成熟，以及計算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)在實時系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用，勢必對已有
的變電站自動化技術(shù)產(chǎn)生深刻的影響，全數(shù)字化的變電站自動化系統(tǒng)即將出現(xiàn)。
一數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特點
(1）智能化的一次設(shè)備
通常一次設(shè)備被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計，簡化了常規(guī)機(jī)電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。換言之，變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規(guī)的強電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。
(2)網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備
變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護(hù)裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠(yuǎn)動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)設(shè)計制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。
(3)自動化的運行管理系統(tǒng)
變電站運行管理自動化系統(tǒng)應(yīng)包括電力生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計無紙化；數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化；變電站運行發(fā)生故障時能即時提供故障分析報告，指出故障原因，提出故障處理意見；系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設(shè)備檢修報告，即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”。
二數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
在變電站自動化領(lǐng)域中，智能化電氣的發(fā)展，特別是智能開關(guān)、光電式互感器機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn)，變電站自動化技術(shù)進(jìn)入了數(shù)字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中，保護(hù)裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元，如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等將割列出來作為智能化一次設(shè)備的一部分。反言之，智能化一次設(shè)備的數(shù)字化傳感器、數(shù)字化控制回路代替了常規(guī)繼電保護(hù)裝置、測控等裝置的I/O部分；而在中低壓變電站則將保護(hù)、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化，完整地安裝在開關(guān)柜上，實現(xiàn)了變電站機(jī)電一體化設(shè)計。
數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個層次，根據(jù)IEC6185A通信協(xié)議草案定義，這三個層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。
過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，或者說過程層是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分。過程層的主要功能分三類：（1）電力運行實時的電氣量檢測；（2）運行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測；（3）操作控制執(zhí)行與驅(qū)動。間隔層設(shè)備的主要功能是：（1）匯總本間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息；（2）實施對一次設(shè)備保護(hù)控制功能；（3）實施本間隔操作閉鎖功能；（4）實施操作同期及其他控制功能；（5）對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制；（6）承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。必要時，上下網(wǎng)絡(luò)接口具備雙口全雙工方式，以提高信息通道的冗余度，保證網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。
站控層的主要任務(wù)是：（1）通過兩級高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)镜膶崟r數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實時數(shù)據(jù)庫，按時登錄歷史數(shù)據(jù)庫；（2）按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心；（3）接收調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行；（4）具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能；（5）具有（或備有）站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，人機(jī)聯(lián)系功能，如顯示、操作、打印、報警，甚至圖像，聲音等多媒體功能；（6）具有對間隔層、過程層諸設(shè)備的在線維護(hù)、在線組態(tài)，在線修改參數(shù)的功能；（7）具有（或備有）變電站故障自動分析和操作培訓(xùn)功能。
三數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)選型
網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的命脈，它的可靠性與信息傳輸?shù)目焖傩詻Q定了系統(tǒng)的可用性。常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)中單套保護(hù)裝置的信息采集與保護(hù)算法的運行一般是在同一個CPU控制下進(jìn)行的，使得同步采樣、A/D轉(zhuǎn)換，運算、輸出控制命令整個流程快速，簡捷，而全數(shù)字化的系統(tǒng)中信息的采樣、保護(hù)算法與控制命令的形成是由網(wǎng)絡(luò)上多個CPU協(xié)同完成的，如何控制好采樣的同步和保護(hù)命令的快速輸出是一個復(fù)雜問題，其最基本的條件是網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性，關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信速度的提高和合適的通信協(xié)議的制定。
如果采用通常的現(xiàn)場總線技術(shù)可能不能勝任數(shù)字化變電站自動化的技術(shù)要求。目前以太網(wǎng)（ethernet）異軍突起，已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)自動化過程控制領(lǐng)域，固化OSI七層協(xié)議，速率達(dá)到100MHz的嵌入式以太網(wǎng)控制與接口芯片已大量出現(xiàn)，數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的兩級網(wǎng)絡(luò)全部采用100MHz以太網(wǎng)技術(shù)是可行的。
四數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)發(fā)展中的主要問題
在三個層次中，數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的研究正在自下而上逐步發(fā)展。目前研究的主要內(nèi)容集中在過程層方面，諸如智能化開關(guān)設(shè)備、光電互感器、狀態(tài)檢測等技術(shù)與設(shè)備的研究開發(fā)。國外已有一定的成熟經(jīng)驗，國內(nèi)的大專院校、科研院所以及有關(guān)廠家都投入了相當(dāng)?shù)娜肆M(jìn)行開發(fā)研究，并且在某些方面取得了實質(zhì)性的進(jìn)展。但歸納起來，目前主要存在的問題是：（1）研究開發(fā)過程中專業(yè)協(xié)作需要加強，比如智能化電器的研究至少存在機(jī)、電、光三個專業(yè)協(xié)同攻關(guān)；（2）材料器件方面的缺陷及改進(jìn)；（3）試驗設(shè)備、測試方法、檢驗標(biāo)準(zhǔn)，特別是EMC（電磁干擾與兼容）控制與試驗還是薄弱環(huán)節(jié)。
