時(shí)間：2022-04-13 11:45:16
開(kāi)篇：寫(xiě)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篇傳感技術(shù)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：光纖傳感；軍隊(duì)人才培養(yǎng)；課程建設(shè)與改革
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）09-0065-04
一、引言
光纖傳感技術(shù)是一門(mén)基礎(chǔ)理論與工程應(yīng)用緊密結(jié)合、理論與實(shí)踐能力并重的系統(tǒng)學(xué)科，既要求學(xué)員有扎實(shí)的光學(xué)、電學(xué)基礎(chǔ)，又要求學(xué)員能夠擺脫課本的束縛、根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用靈活運(yùn)用已學(xué)到的知識(shí)。為適應(yīng)這一形勢(shì)，2006年以來(lái)，我們針對(duì)技術(shù)類本科生、軍事指揮類本科生、碩士研究生和博士研究生的不同特點(diǎn)和未來(lái)適應(yīng)部隊(duì)工作的不同要求，建立了光纖傳感技術(shù)系列課程。
作為一門(mén)應(yīng)用學(xué)科，“學(xué)以致用”是光纖傳感技術(shù)系列課程的特色之一。為此，課程建設(shè)非常注重學(xué)員對(duì)課程知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)，在教學(xué)實(shí)踐中，結(jié)合課程特點(diǎn)和授課對(duì)象的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，大力推進(jìn)教學(xué)方法與手段的研究改革，在多層次一體化課程體系建設(shè)、教學(xué)方法與手段改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)、教師隊(duì)伍建設(shè)等方面取得了較大成績(jī)，下面分別進(jìn)行介紹。
二、光纖傳感技術(shù)多層次一體化課程建設(shè)
我校早在上世紀(jì)90年代就開(kāi)設(shè)了《光纖傳感技術(shù)》課程，并作為光纖傳感專業(yè)研究生的必修專業(yè)基礎(chǔ)課，為培養(yǎng)光纖傳感技術(shù)人才起到了不可替代的作用。然而隨著光纖傳感技術(shù)在現(xiàn)代化信息戰(zhàn)爭(zhēng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，部隊(duì)對(duì)光纖傳感專業(yè)的人才數(shù)量和質(zhì)量要求越來(lái)越高。我校原有的只針對(duì)研究生展開(kāi)的《光纖傳感技術(shù)》課程已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)培養(yǎng)部隊(duì)所需人才的緊迫要求。從2004年開(kāi)始我院開(kāi)始醞釀對(duì)光纖傳感技術(shù)課程進(jìn)行深入改革，將授課對(duì)象拓展到全校本科生和本院研究生，并從2006年開(kāi)始實(shí)行。經(jīng)過(guò)6年多的系統(tǒng)建設(shè)，最終建立起了完備的多層次光纖傳感系列課程。
由于本科生和研究生、本專業(yè)和非本專業(yè)學(xué)員、技術(shù)類和軍事指揮類學(xué)員的知識(shí)基礎(chǔ)和應(yīng)用方向差異太大，如何科學(xué)劃分課程層次、清晰明確課程內(nèi)容、準(zhǔn)確定位課程目標(biāo)是光纖傳感系列課程建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
在廣泛調(diào)研軍隊(duì)需求、不同類別學(xué)員的知識(shí)積累和興趣及國(guó)內(nèi)外學(xué)校同專業(yè)的課程設(shè)置基礎(chǔ)上，我們建立起了分別面向本科生和研究生、技術(shù)類和軍事指揮類、本院專業(yè)和全校學(xué)員的光纖傳感系列課程。新增了技術(shù)類《光纖傳感技術(shù)》、軍事指揮類《光纖傳感技術(shù)》，面向全校本科生專題研討課《基于虛擬儀器的光纖傳感技術(shù)》三門(mén)課程，原有針對(duì)研究生的《光纖傳感技術(shù)》則改為《光纖傳感系統(tǒng)》[1，2]。
（一）建立起針對(duì)本院技術(shù)類本科生的《光纖傳感技術(shù)》課程內(nèi)容體系，以“扎實(shí)廣泛的技術(shù)基礎(chǔ)為核心，典型的系統(tǒng)應(yīng)用為亮點(diǎn)”
考慮到授課學(xué)員在學(xué)習(xí)本課程之前已經(jīng)在《光纖通信》、《光電檢測(cè)技術(shù)》等課程中對(duì)光纖和光纖器件等有初步了解，在本課程中首先介紹光纖傳感技術(shù)的概念和內(nèi)涵，然后針對(duì)光纖傳感系統(tǒng)的特點(diǎn)，介紹光纖、光纖器件、光纖傳感原理和光纖傳感信號(hào)解調(diào)原理。這四部分內(nèi)容涵蓋了強(qiáng)度型、偏振型、波長(zhǎng)型、相位型和分布式光纖傳感的系統(tǒng)構(gòu)成、傳感原理和關(guān)鍵技術(shù)，為光纖傳感基礎(chǔ)知識(shí)，具有信息量大、知識(shí)點(diǎn)多、覆蓋范圍廣泛的特點(diǎn)；最后以2-3種典型的光纖傳感系統(tǒng)為例，向?qū)W員示范在系統(tǒng)中如何對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行靈活應(yīng)用，啟發(fā)學(xué)員根據(jù)學(xué)到的基礎(chǔ)知識(shí)來(lái)分析理解新型光纖傳感系統(tǒng)。
（二）研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程以“系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)為核心，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為亮點(diǎn)”
與原有的研究生《光纖傳感技術(shù)》相比，新的課程內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了大幅度的改革，突出“系統(tǒng)應(yīng)用”，大幅度削減了光纖傳感基礎(chǔ)知識(shí)，而是以四大類典型光纖傳感系統(tǒng)為授課重點(diǎn)。課程中的四大類典型光纖傳感系統(tǒng)選取了目前應(yīng)用最為廣泛或技術(shù)難度較高的光纖水聽(tīng)器系統(tǒng)、光纖陀螺系統(tǒng)、分布式光纖傳感系統(tǒng)和光纖光柵傳感系統(tǒng)，針對(duì)每一類對(duì)其應(yīng)用背景、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)指標(biāo)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，構(gòu)建課本知識(shí)到實(shí)際工程應(yīng)用的技術(shù)橋梁。在講解完每一類典型光纖傳感系統(tǒng)后，特別設(shè)計(jì)了光纖傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要求學(xué)員以分組的形式，根據(jù)特定應(yīng)用背景設(shè)計(jì)出光纖傳感系統(tǒng)，闡明系統(tǒng)特色和關(guān)鍵技術(shù)。
課程調(diào)整所面臨的最大難題在于：學(xué)習(xí)本課程的研究生既包括本校本專業(yè)的學(xué)員，也包括來(lái)自于外院和外校的本科非光信息專業(yè)的學(xué)員。對(duì)于前者，通過(guò)本科生階段的《光纖傳感技術(shù)》學(xué)習(xí)已經(jīng)具備了良好的基礎(chǔ)，在新課程學(xué)習(xí)中應(yīng)盡量避免內(nèi)容重復(fù)；對(duì)于后者，直接學(xué)習(xí)典型光纖傳感系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)存在一定難度，需要對(duì)光纖傳感基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行介紹。為此，在研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程中，首先設(shè)定了3個(gè)課時(shí)對(duì)光纖傳感基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行回顧和總結(jié)，并點(diǎn)明各部分基礎(chǔ)知識(shí)所涉及的參考書(shū)。同時(shí)由于使用了與本科生《光纖傳感技術(shù)》課程同一系列的教材，為解決學(xué)員基礎(chǔ)參差不齊的難題提供了有效的解決辦法，而面向全校的《基于虛擬儀器的光纖傳感技術(shù)》則為畢業(yè)于本校其他專業(yè)的研究生學(xué)員提供了學(xué)習(xí)本課程的基礎(chǔ)。
（三）軍事指揮類本科生的《光纖傳感技術(shù)》課程以“完善學(xué)員知識(shí)結(jié)構(gòu)為重點(diǎn)，突出軍事應(yīng)用特色為亮點(diǎn)”，為學(xué)員提供裝備相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)
課程針對(duì)軍事指揮類本科學(xué)員培訓(xùn)的主要目標(biāo)，將軍事指揮類本科生《光纖傳感技術(shù)》課程的主要任務(wù)確定為拓展軍事指揮類學(xué)員的知識(shí)面，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，了解最新軍用傳感器技術(shù)，一方面可以充分發(fā)揮我軍現(xiàn)有裝備的作戰(zhàn)效能，另一方面可以掌握外軍作戰(zhàn)手段，有效克敵制勝。課程簡(jiǎn)化了基礎(chǔ)知識(shí)部分內(nèi)容，擴(kuò)充了典型光纖傳感部分，特別是注重光纖水聽(tīng)器、光纖陀螺和分布式光纖傳感器在軍事中的應(yīng)用，并拓展光纖水聽(tīng)器在聲納系統(tǒng)應(yīng)用中的相關(guān)知識(shí)，讓學(xué)員在進(jìn)行工作崗位后可以更快的掌握相關(guān)裝備的使用和維護(hù)。
（四）面向研究生的《虛擬光纖傳感技術(shù)》以“引導(dǎo)學(xué)員自主學(xué)習(xí)為核心，激發(fā)學(xué)員獨(dú)立思考為亮點(diǎn)”
課程以光纖傳感技術(shù)中相干檢測(cè)技術(shù)為背景，以虛擬儀器技術(shù)為手段，通過(guò)一個(gè)具體實(shí)例為研討對(duì)象，讓學(xué)員一邊學(xué)習(xí)新知識(shí)，一邊動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，一邊學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí)。課程首先在學(xué)員高中已經(jīng)具備的光學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)上講解干涉型光纖傳感的基本內(nèi)容，然后引導(dǎo)學(xué)員自習(xí)LabVIEW虛擬儀器語(yǔ)言，通過(guò)研討學(xué)習(xí)心得讓學(xué)員掌握LabVIEW基本知識(shí)，最后要求學(xué)員利用所學(xué)知識(shí)和工具完成光纖傳感中一個(gè)典型信號(hào)處理問(wèn)題。整個(gè)課程以學(xué)員自己動(dòng)手動(dòng)腦為主，精選了一門(mén)易學(xué)好用的虛擬儀器語(yǔ)言LabVIEW，使學(xué)員可以在四到五次課的時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)，并結(jié)合光纖傳感技術(shù)系列課程的建設(shè)成果，讓學(xué)員可以在課程上針對(duì)典型的干涉型光纖傳感系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)，一方面提升了學(xué)員的學(xué)習(xí)的積極性，另一方面加強(qiáng)了學(xué)員的自信心，并為學(xué)員以后的創(chuàng)新實(shí)踐奠定了基礎(chǔ)。
三、教學(xué)方法與手段改革
在教學(xué)過(guò)程中，在教學(xué)方法和教學(xué)手段上也進(jìn)行了一系列的改革，使用了大量的新技術(shù)、新手段、和新的教學(xué)方式。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（一）充分運(yùn)用科研成果和虛擬儀器技術(shù)的特點(diǎn)，增加了大量的課堂演示實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)
在光纖傳感技術(shù)系列課程中引入堂演示實(shí)驗(yàn)，對(duì)于加深學(xué)員對(duì)知識(shí)的理解效果最為明顯。在課程建設(shè)中，充分利用所在實(shí)驗(yàn)室在光纖傳感技術(shù)研究上的優(yōu)勢(shì)，在每門(mén)課程講授中都加入了1～2個(gè)課堂演示實(shí)驗(yàn)。
與專門(mén)的實(shí)驗(yàn)課不同，課堂演示實(shí)驗(yàn)的側(cè)重點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)效果上，通常都是完整的光纖系統(tǒng)，包括光源、光傳輸鏈路、光接收模塊、顯示模塊等等，并注重演示效果。以往的光纖系統(tǒng)雖然功能性明顯，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。近年來(lái)，課題組所在的實(shí)驗(yàn)室在光纖傳感系統(tǒng)的工程可靠性研究上投入了大量精力，一些便攜式高可靠性的光纖傳感集成模塊在科研項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用；這些科研成果的突破使得在課堂上演示一些復(fù)雜的光纖傳感系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)成為可能[5]。另一方面，由于虛擬儀器技術(shù)在光纖傳感技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，復(fù)雜的信號(hào)解調(diào)可以通過(guò)電腦直觀的顯示在課堂多媒體系統(tǒng)中，“所見(jiàn)即所得”的方式使得課堂演示實(shí)驗(yàn)的效果非常直觀和可信。以研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程為例，我們選取了光纖光柵應(yīng)變系統(tǒng)作為課堂演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在硬件上，這套系統(tǒng)的光收發(fā)模塊為集成化的便攜式光纖光柵解調(diào)儀，采用法蘭盤(pán)對(duì)接可串接起多個(gè)光纖傳感陣列；而復(fù)雜的信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)則全部通過(guò)虛擬儀器技術(shù)在電腦上軟件實(shí)現(xiàn)，解調(diào)結(jié)果直接顯示在電腦程序界面中。通過(guò)這套系統(tǒng)，我們完整地演示了光纖傳感器設(shè)計(jì)、光纖傳輸鏈路構(gòu)成、復(fù)用光纖傳感網(wǎng)絡(luò)、和光纖傳感信號(hào)解調(diào)等多項(xiàng)知識(shí)內(nèi)容，學(xué)員普遍反映通過(guò)這一演示實(shí)驗(yàn)對(duì)光纖傳感系統(tǒng)有了清晰深刻的了解。
（二）借鑒國(guó)外大學(xué)相關(guān)專業(yè)的教學(xué)模式，在考核中引入小型綜合設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，充分考察學(xué)員的綜合素質(zhì)
課題組的兩位教員具有國(guó)外留學(xué)的經(jīng)歷，在課程建設(shè)中充分參考國(guó)外大學(xué)在光纖傳感技術(shù)課程的教學(xué)方法，在作業(yè)環(huán)節(jié)引入小型光纖傳感綜合設(shè)計(jì)內(nèi)容，并將其作為課程考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的一部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)員綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和考核評(píng)價(jià)。
光纖傳感綜合設(shè)計(jì)參考了香港理工大學(xué)和英國(guó)南安普頓大學(xué)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用為主要考察目標(biāo)。本科生光纖傳感技術(shù)采用適當(dāng)?shù)木C合設(shè)計(jì)題目難度，重視對(duì)知識(shí)融會(huì)貫通和綜合應(yīng)用能力的考察，一般在授課過(guò)程中只進(jìn)行1次；研究生除了要求基礎(chǔ)知識(shí)綜合應(yīng)用能力，更注重對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用系統(tǒng)的完整性和前沿問(wèn)題的拓展性考察[6]，一般則開(kāi)設(shè)2～3次。綜合設(shè)計(jì)作業(yè)由學(xué)員分組完成，小組內(nèi)成員根據(jù)資料調(diào)研、方案設(shè)計(jì)、報(bào)告撰寫(xiě)等工作內(nèi)容的不同進(jìn)行明確分工，并推選一位組員參加課堂專門(mén)設(shè)置答辯環(huán)節(jié)。
（三）針對(duì)授課內(nèi)容的層次劃分和授課對(duì)象的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，科學(xué)合理設(shè)置研討專題
研討式教學(xué)我校近年來(lái)大力推廣的教學(xué)方式之一。由于光纖傳感技術(shù)具有經(jīng)典與前沿相結(jié)合、理論與工程應(yīng)用相結(jié)合的特點(diǎn)，在系列課程建設(shè)中，課題組在原有研究生《光纖傳感技術(shù)》的研討式專題內(nèi)容基礎(chǔ)上，進(jìn)行了深入的思考和大膽的拓展，將課程中的研討專題劃分為三大類：經(jīng)典理論知識(shí)的研討、前沿研究的研討和學(xué)位論文研究方法的研討。
經(jīng)典理論知識(shí)的研討要求學(xué)員在授課之前對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，并在課堂上對(duì)全體學(xué)員講解自己對(duì)該問(wèn)題的理解。如在進(jìn)行“光纖干涉儀傳感系統(tǒng)”的授課時(shí)，要求學(xué)員預(yù)習(xí)時(shí)弄明白兩個(gè)問(wèn)題：什么是隨機(jī)相位衰落？什么是偏振誘導(dǎo)信號(hào)衰落？進(jìn)行研討時(shí)不要求學(xué)員對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行深入剖析，但要求學(xué)員用精煉的語(yǔ)言闡明問(wèn)題的物理含義。學(xué)員普遍認(rèn)為這種研討專題不是特別復(fù)雜，通過(guò)預(yù)習(xí)教材即可，但大部分學(xué)員會(huì)準(zhǔn)備PPT課件，且自愿上講臺(tái)講述的學(xué)員一般在以往的學(xué)習(xí)過(guò)程中接觸過(guò)與該專題相關(guān)的研究工作，因此在其課件上還會(huì)加入自己以往的工作、自己對(duì)該問(wèn)題的擴(kuò)展認(rèn)知及自己尚未弄明白的問(wèn)題等。這種教學(xué)效果是在深入了解學(xué)員的知識(shí)積累基礎(chǔ)上，通過(guò)巧妙設(shè)置研討專題取得的。
前沿研究的研討要求學(xué)員進(jìn)行大量的資料查閱，特別是光纖傳感前沿研究課題的查閱。對(duì)于某一個(gè)問(wèn)題，由于課堂講授的時(shí)間受限或者教材中沒(méi)有系統(tǒng)的描述，對(duì)該問(wèn)題的課堂講授可能不夠全面，在這種情況下，教師會(huì)提供相關(guān)信息，要求學(xué)員查閱該文獻(xiàn)并進(jìn)行精讀，然后在課堂上進(jìn)行研討。這種研討專題分為兩種：一種是教師提供明確的檢索信息，由學(xué)員查閱到該文獻(xiàn)后精度文獻(xiàn)，分析文獻(xiàn)的精華及不足；另一種則是教師提供所要解決的問(wèn)題，由學(xué)員對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行解讀，提煉關(guān)鍵檢索信息，進(jìn)行檢索后，對(duì)檢索文獻(xiàn)進(jìn)行初步分析，總結(jié)該問(wèn)題的研究現(xiàn)狀。學(xué)員反映這種研討專題的難度稍大于第一種，但一般稍花時(shí)間都能解決。
學(xué)位論文研究方法的研討目的在于：無(wú)論是本科生還是研究生，在學(xué)習(xí)完相應(yīng)的光纖傳感技術(shù)課程后馬上就要投入到學(xué)位論文工作中。通過(guò)對(duì)這類問(wèn)題的研討，學(xué)員逐漸掌握了在未來(lái)從事學(xué)位論文研究中必須具備的研究方法，這類的研討主要培養(yǎng)學(xué)員的仿真計(jì)算能力和光纖傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。例如在講授完光纖光柵的基本理論之后，學(xué)員反映耦合模理論的公式很繁瑣，難以一眼看出其中的物理特性，為此，我們安排了相關(guān)理論的仿真計(jì)算研討，要求學(xué)員根據(jù)課堂講授的公式進(jìn)行理論仿真，計(jì)算光纖光柵反射光譜，并繪制帶寬、反射率等關(guān)鍵參數(shù)隨著光柵參數(shù)的變化曲線。學(xué)員在課堂研討時(shí)要講述自己的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置和仿真結(jié)果。通過(guò)這種研討方式，學(xué)員對(duì)光纖光柵的反射譜特性建立了深入的了解，效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于課堂直接講授相關(guān)結(jié)論。
根據(jù)光纖傳感課程層次劃分，不同的光纖傳感技術(shù)課程對(duì)三種研討專題的應(yīng)用程度也不相同，本科生的光纖傳感技術(shù)課程以經(jīng)典理論知識(shí)的研討為主，并設(shè)置1～2次前沿研究的研討；研究生的光纖傳感技術(shù)課程則以前沿研究的研討專題和學(xué)位論文研究方法的研討專題為主，對(duì)特別重要的概念設(shè)置少量經(jīng)典理論知識(shí)的研討專題。
四、以光纖傳感技術(shù)課程為支撐的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)
光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用范圍極廣，一套實(shí)用的光纖傳感系統(tǒng)可以很龐大很復(fù)雜，也可以很小巧靈活。針對(duì)這一特點(diǎn)，課題組教師在學(xué)院本科生和研究生的各項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)中，積極開(kāi)展與光纖傳感技術(shù)相關(guān)的各項(xiàng)活動(dòng)。
針對(duì)本科生的光纖傳感技術(shù)系列課程，在授課結(jié)束后，在光電設(shè)計(jì)大賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)活動(dòng)中開(kāi)設(shè)了大量關(guān)于光纖傳感技術(shù)應(yīng)用的課題，引起學(xué)員濃厚的興趣和廣泛的參與熱情。一方面，參與光纖傳感技術(shù)相關(guān)的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)員數(shù)量大幅度提高。以技術(shù)類本科畢業(yè)設(shè)計(jì)為例，2013、2014年參與光纖傳感技術(shù)相關(guān)課題的學(xué)生均達(dá)到光信息專業(yè)學(xué)員總數(shù)的50%以上。另一方面，學(xué)員完成課題的質(zhì)量也得到大幅度提升，近年來(lái)有8名本科生獲得學(xué)校創(chuàng)新資助，從側(cè)面反映出光纖傳感技術(shù)課程教學(xué)效果的日漸提高。這些競(jìng)賽成果也作為評(píng)價(jià)授課效果的標(biāo)準(zhǔn)之一，并將學(xué)員在課外延拓活動(dòng)中的效果和意見(jiàn)及時(shí)反饋到教學(xué)過(guò)程中[3，4]。
針對(duì)研究生的光纖傳感技術(shù)系列課程，一方面鼓勵(lì)學(xué)員在課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上努力拓展研究深度，在光纖傳感研究領(lǐng)域不斷創(chuàng)新。在課題組所在實(shí)驗(yàn)室所培養(yǎng)的研究生中，有3名研究生獲得學(xué)校創(chuàng)新資助，1名研究生獲得湖南省創(chuàng)新資助，其課題都是光纖傳感領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。此外還有5項(xiàng)研究生參與申請(qǐng)的光纖傳感技術(shù)相關(guān)專利；另一方面，鼓勵(lì)學(xué)員積極參與到與光纖傳感技術(shù)相關(guān)的科研項(xiàng)目中，在實(shí)際工程環(huán)境中對(duì)課程知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通。目前在光纖信息專業(yè)的畢業(yè)研究生中，參加過(guò)光纖傳感相關(guān)的湖上或海上試驗(yàn)的學(xué)員達(dá)到95%以上，為其真正走向工作崗位后充分適應(yīng)部隊(duì)對(duì)光纖傳感技術(shù)人才的需要積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
五、高素質(zhì)教師隊(duì)伍建設(shè)
作為教育的重要媒介，教師是活動(dòng)中的主要因素。教員整體素質(zhì)的高低，直接影響著教學(xué)質(zhì)量的高低。因此，建立一支教學(xué)水平高、結(jié)構(gòu)合理的高素質(zhì)師資隊(duì)伍顯得尤為重要。
（一）從教學(xué)和科研兩個(gè)方面錘煉教師隊(duì)伍，使教師的教學(xué)水平和科研能力相互促進(jìn)共同提高
科學(xué)研究是教師工作的重要組成部分，是提高教學(xué)水平的重要手段，也是提高自身素質(zhì)的重要途徑。對(duì)于光纖傳感技術(shù)系列課程而言，學(xué)即能致用是其重要特點(diǎn)之一，教學(xué)和科研的相互促進(jìn)作用尤為明顯。課題組全部教員均參加了多個(gè)重大科研項(xiàng)目。通過(guò)重大科研項(xiàng)目的歷練，教員的學(xué)術(shù)水平得到很大的提高，一方面教員接觸了學(xué)術(shù)前沿，開(kāi)拓了學(xué)術(shù)視野，經(jīng)歷了科研實(shí)踐，在課堂教學(xué)中自然會(huì)將科研最新成果、專業(yè)發(fā)展動(dòng)向帶進(jìn)課堂，另一方面，教員在參與重大科研項(xiàng)目時(shí)對(duì)光纖傳感的技術(shù)內(nèi)容有了更加深刻的認(rèn)知，對(duì)于在課堂上清楚明白的講好各個(gè)知識(shí)點(diǎn)至關(guān)重要。同時(shí)，通過(guò)教學(xué)活動(dòng)中對(duì)課程內(nèi)容的反復(fù)推敲及與學(xué)員之間展開(kāi)的研討交流，可以加深教員對(duì)技術(shù)環(huán)節(jié)的領(lǐng)悟，甚至激發(fā)教員的靈感。通過(guò)在科研和教學(xué)兩個(gè)方面同時(shí)錘煉，促進(jìn)教師知識(shí)更新和自身進(jìn)步，提高教師的創(chuàng)新能力和教學(xué)質(zhì)量，將真正做到科研教學(xué)一體化。
（二）鼓勵(lì)教員進(jìn)行對(duì)外交流，充分借鑒國(guó)內(nèi)外同類專業(yè)課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)
課題組有兩名教員具有國(guó)（境）外留學(xué)經(jīng)歷，其他教員也多次參加國(guó)內(nèi)外的學(xué)術(shù)活動(dòng)和教學(xué)活動(dòng)交流，在課程建設(shè)過(guò)程中充分利用了這一優(yōu)勢(shì)。在教員已經(jīng)帶回的國(guó)外大學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)教員在回到學(xué)校后仍然定期與留學(xué)單位交流，及時(shí)獲取留學(xué)單位最新的課程設(shè)置和教學(xué)安排信息，并通過(guò)交流，不斷補(bǔ)充自身的不足，更新課程內(nèi)容，豐富教學(xué)手段，提高自身教學(xué)水平。在對(duì)外學(xué)術(shù)活動(dòng)交流中，有意識(shí)的了解其他院校同類專業(yè)課程的教學(xué)情況，對(duì)于感興趣的單位積極主動(dòng)與對(duì)方聯(lián)系進(jìn)行實(shí)際考察。活躍的對(duì)外交流活動(dòng)極大地激發(fā)了教師的教學(xué)熱情，并不斷提高其教學(xué)水平。
（三）加強(qiáng)青年教師的教學(xué)技能培訓(xùn)
目前，課題組教員是一支相對(duì)年輕化的隊(duì)伍，很多才剛剛博士畢業(yè)，青年教師充滿熱情，思想活躍，比較了解學(xué)員的思想，與學(xué)員進(jìn)行交流方面具有優(yōu)勢(shì)。但是，他們大多沒(méi)有經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的教學(xué)技能訓(xùn)練，普遍缺乏教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。為了使青年教師盡快掌握教學(xué)技能，提高業(yè)務(wù)能力與水平，課題組指定認(rèn)真負(fù)責(zé)、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的老教師擔(dān)當(dāng)青年教師的導(dǎo)師，對(duì)青年教師實(shí)行“一對(duì)一”的“傳、幫、帶”指導(dǎo)，指導(dǎo)青年教師備課、編寫(xiě)教案；采取措施督促教員投入足夠的精力。教員上崗前，必須經(jīng)過(guò)教研室、系所、學(xué)院三級(jí)試講，每次授課必須重新編寫(xiě)教案、編寫(xiě)課件、編制教學(xué)日歷；在教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)、督導(dǎo)組、院系領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)常性聽(tīng)查課，督促教學(xué)水平的提高。
通過(guò)從科研和教學(xué)兩方面錘煉教學(xué)隊(duì)伍，課題組教員自身水平得到了大大提高，多次在全軍和全校獲得教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)，其中獲軍隊(duì)院校育才獎(jiǎng)1人次，優(yōu)秀研究生導(dǎo)師獎(jiǎng)3次，校本科“研究型”教學(xué)比賽三等獎(jiǎng)1人次，校研究生教學(xué)優(yōu)秀三等獎(jiǎng)1人次，教員在國(guó)內(nèi)教學(xué)期刊上發(fā)表高水平教學(xué)論文10篇，課題組已經(jīng)成為了一支能獨(dú)立承擔(dān)授課任務(wù)的高水平教師隊(duì)伍。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：智能車輛；環(huán)境感知；傳感器；多傳感器信息融合
中圖分類號(hào)：E91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2012） 14-0026-01
一、前言
隨著社會(huì)的進(jìn)步，汽車成為人們出行必不可少的交通工具，車輛堵塞、交通事故等問(wèn)題也日益顯現(xiàn)。汽車數(shù)量的快速增長(zhǎng)造成了公共交通效率低下、交通事故頻發(fā)。建立起現(xiàn)代化的智能交通系統(tǒng)便被提到日程上來(lái)。智能車輛（Intelligent Vehicles， IV）作為智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation Systems，ITS）的重要組成部分，也是系統(tǒng)的運(yùn)行主體，能夠提高駕駛安全性，大幅改善公路交通效率，降低能源消耗量，由于眾多優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)的研究日益受到國(guó)內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)的關(guān)注。
智能交通系統(tǒng)能夠有效緩解交通壓力，合理調(diào)配公共交通資源和道路資源。基于機(jī)器傳感技術(shù)和控制技術(shù)，駕駛系統(tǒng)采用信息傳輸技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)監(jiān)測(cè)道路路面、交通標(biāo)志、其他車輛、行人以及交通事故等道路環(huán)境狀況，有效保證智能車輛在各種路況下的安全行駛，并能對(duì)一些異常狀況進(jìn)行及時(shí)處理。在過(guò)去的10多年里，相關(guān)技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，有些國(guó)家已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)了一些基于視覺(jué)的道路識(shí)別和跟蹤系統(tǒng)。其中，具有代表性的系統(tǒng)有：LOIS系統(tǒng)、GOLD系統(tǒng)、RALPH系統(tǒng)、SCARF 系統(tǒng)和ALVINN系統(tǒng)等。從這些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用便可看出，感知外部環(huán)境模塊是智能車輛的核心技術(shù)。
二、環(huán)境感知傳感器在智能車輛上的應(yīng)用現(xiàn)狀
智能車輛在道路上暢行離不開(kāi)相應(yīng)的傳感技術(shù)，其中最重要的是道路環(huán)境感知模塊，該模塊將先進(jìn)的通訊技術(shù)、信息傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)結(jié)合起來(lái)系統(tǒng)利用。智能車輛系統(tǒng)主要有環(huán)境感知模塊、分析模塊、控制模塊等部分組成。環(huán)境感知傳感系統(tǒng)主要由機(jī)器視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、超聲波傳感器和紅外線傳感器組成。
（一）機(jī)器視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)
機(jī)器視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)是指智能車輛利用CCD等成像元件從不同角度全方位拍攝車外環(huán)境，根據(jù)搜集到的視覺(jué)信息，識(shí)別近距離內(nèi)的車輛、行人、交通標(biāo)志等。機(jī)器視覺(jué)也有其弱點(diǎn)，容易受到環(huán)境的影響，在能見(jiàn)度較低時(shí)效果不理想，因此，在傳感器類別中屬于被動(dòng)型。與雷達(dá)系統(tǒng)相比較，視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)價(jià)格低廉，一輛車上可以安裝多處，監(jiān)測(cè)范圍更大，搜集道路信息更為全面，通過(guò)對(duì)其所得的圖像進(jìn)行處理可以識(shí)別、檢測(cè)周圍路況，這些也是主動(dòng)型傳感器無(wú)法替代的。所以越來(lái)越多的人對(duì)利用機(jī)器視覺(jué)感知車輛行駛環(huán)境產(chǎn)生很大的興趣，該系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)生活中隨處可見(jiàn)，普及率最高，機(jī)器視覺(jué)在智能車輛研究領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用， 成為最受歡迎的傳感器之一。
（二）雷達(dá)系統(tǒng)
雷達(dá)系統(tǒng)是一種主動(dòng)型傳感器，利用微電磁波探測(cè)目標(biāo)距離、速度、方位等。雷達(dá)不需要復(fù)雜的設(shè)計(jì)與繁復(fù)的計(jì)算。雷達(dá)系統(tǒng)的使用不受光線、天氣等因素干擾，無(wú)論是白天還是黑夜，晴天或者下雨，雷達(dá)系統(tǒng)都能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于雷達(dá)是靠電磁波反射原理來(lái)工作的，這會(huì)導(dǎo)致相近的不同雷達(dá)間電磁波相互干擾而影響工作效能。但是，瑕不掩瑜，由于雷達(dá)在準(zhǔn)確提供遠(yuǎn)距離的車輛和障礙物信息方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，因此在車輛的防碰撞系統(tǒng)中有著廣闊的應(yīng)用前景。
（三）超聲波傳感器
顧名思義，超聲波傳感器是指利用超聲波為檢測(cè)方法的傳感器。使用超聲波探測(cè)得來(lái)的的數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單、快速，超聲波傳感器可以發(fā)射定向長(zhǎng)生波，能夠在較小范圍內(nèi)檢測(cè)到物置。這種技術(shù)在醫(yī)學(xué)應(yīng)用上比較廣泛和成熟。汽車工業(yè)上的利用首見(jiàn)于在歐洲銷售的的BMW 車上的超聲波停車裝置。這種系統(tǒng)利用一片單片機(jī)進(jìn)行控制，超聲波遇到障礙反射回傳后，根據(jù)傳感器探測(cè)距離發(fā)出不同的提示音。
（四）紅外線傳感器
紅外線傳感器是利用紅外線來(lái)進(jìn)行測(cè)量工作的傳感器，技術(shù)更加先進(jìn)。紅外線傳感器不受黑暗、風(fēng)、沙、雨、雪、霧的阻擋，環(huán)境適應(yīng)性好，且功耗低。這些特點(diǎn)使它遠(yuǎn)超其他傳感器。與超聲波傳感器相比，反應(yīng)速度更快，探測(cè)范圍更廣，由于其探測(cè)視角小，方向性和測(cè)量精度有所提高。與機(jī)器視覺(jué)結(jié)合使用，紅外線傳感器可以增強(qiáng)機(jī)器視覺(jué)識(shí)別的可靠性，使黑夜如同白晝，因此常被用于智能汽車中的夜視系統(tǒng)中。
三、多傳感器的綜合利用
在復(fù)雜的路況環(huán)境下，單一傳感器都有其局限性，僅僅安裝單一傳感器難以提供路況環(huán)境的全面描述，因此設(shè)計(jì)智能車輛必須配置多種傳感器。例如夜間行駛時(shí)紅外線傳感器是必不可少的；而停車、倒車時(shí)主要使用超聲波、雷達(dá)探測(cè)周邊障礙物的遠(yuǎn)近；機(jī)器視覺(jué)除日常應(yīng)用外與其他傳感器結(jié)合起來(lái)可以使得智能車輛駕駛安全性更加可靠。
隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和電子技術(shù)的進(jìn)步，智能車輛技術(shù)研究中多傳感器信息融合技術(shù)的應(yīng)用取得了許多令人振奮的成果。如車載系統(tǒng)互聯(lián)技術(shù)、歐洲的Peugeo系統(tǒng)、美國(guó)的IVHS系統(tǒng)等。Tsai-Hong Hong等利用激光傳感器采集圖像獲得車輛前方的距離信息，在正常的路況環(huán)境下，采用彩色攝像機(jī)與激光傳感器聯(lián)合感知道路表面和定位道路邊界。這些技術(shù)經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，相信在不久的將來(lái)引起汽車工業(yè)的革命。
四、結(jié)語(yǔ)
在智能車輛的環(huán)境感知模塊技術(shù)研究中，傳感器是智能車輛控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。如何使傳感器技術(shù)更好的應(yīng)用到汽車行業(yè)上來(lái)，未來(lái)將成為傳感器技術(shù)研究領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展方向。
整合各種類型的傳感器技術(shù)，使其為智能車輛提供更加真實(shí)可靠的路況環(huán)境信息，對(duì)智能汽車技術(shù)的發(fā)展來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。由于實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境所得到信息大多數(shù)都是不確定信息，傳感器回饋信息融合還原真實(shí)路況還有很大的困難。
縱觀全球，我國(guó)的智能車輛研究工作還處于起步階段，同歐美日等相比還很落后。但隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車保有量不斷膨脹，嚴(yán)峻的交通現(xiàn)狀迫使我們把發(fā)展智能交通盡早提到日程上來(lái)，只要我們勇于創(chuàng)新，結(jié)合我國(guó)具體國(guó)情，不斷進(jìn)行深入、細(xì)致的研究，我國(guó)智能化交通必能早日實(shí)現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
本書(shū)為第11屆意大利傳感器與微系統(tǒng)會(huì)議的論文集，其中精選了具有代表性的會(huì)議論文。這次會(huì)議展示了在傳感器與微系統(tǒng)領(lǐng)域的理論模擬與實(shí)際應(yīng)用的最新成果。傳感器與微系統(tǒng)是一個(gè)新興的交叉學(xué)科，其涉及到物理、化學(xué)、材料科學(xué)以及生命科學(xué)等領(lǐng)域。
本書(shū)共分為六部分，第一部分為化學(xué)傳感器，主要介紹了：可調(diào)諧二極管激光光譜儀原位測(cè)量平流層微量氣體；四苯基卟啉在高有序熱解石墨上的組裝：前所未有的吸附壓縮驅(qū)動(dòng)的雙層模式組裝；一種室溫下的基于鉑／氧化銥復(fù)合物的氧氣傳感器；聚合物涂層的長(zhǎng)周期光柵作為高靈敏度化學(xué)傳感器；用于低溫下檢測(cè)氫氣的光纖傳感器；溶劑對(duì)復(fù)合薄膜形貌和傳感特性的影響；納米鈦對(duì)氣體的傳感性質(zhì)；基于二元金屬的碳水化合物傳感裝置；一種快速檢測(cè)牛奶中M1黃曲霉素的便攜式熒光計(jì)；利用光學(xué)傳感器檢測(cè)橄欖油的質(zhì)量；質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系在計(jì)劃、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)厚膜氣體檢測(cè)器中的應(yīng)用；基于單壁碳納米管的光纖傳感器；合成且表征用于二氧化氮檢測(cè)的納米材料；鉑金元素作為覆蓋層的P型一氧化鈦薄膜用于對(duì)氫氣的檢測(cè)；包含銀納米簇的氟化聚亞酰胺納米復(fù)合薄膜用于對(duì)有機(jī)氣體的光學(xué)檢測(cè)等等。第二部分為物理傳感器，主要介紹了荒蕪環(huán)境中的固體定位風(fēng)速計(jì)；一種具有濺射內(nèi)核的二維平面磁通量閥門(mén)；一種用于探測(cè)RF電場(chǎng)的光學(xué)探針；通過(guò)拉曼散射來(lái)測(cè)量多孔硅結(jié)構(gòu)的應(yīng)力；對(duì)熱傳感器的一種十分有效的計(jì)算機(jī)模擬模型；對(duì)硅化鉻應(yīng)力傳感器的認(rèn)識(shí)。第三部分為生物傳感器，主要介紹了基于不定型硅基器件檢測(cè)DNA分子；抑制酪氨酸酶的有機(jī)相酶?jìng)鞲衅鳎挥糜谌肆霾《緳z測(cè)的DNA壓電生物傳感器；用于檢測(cè)硬質(zhì)小麥安全型的用戶友好的電化學(xué)手持設(shè)備；采用SPR成像技術(shù)來(lái)研究DNA―DNA生物分子的相互作用。第四部分為微米納米技術(shù)，主要介紹了實(shí)驗(yàn)室芯片技術(shù)對(duì)基因進(jìn)行分析；利用硅基玻璃芯片對(duì)化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行快速光學(xué)檢測(cè)；采用不同導(dǎo)電納米顆粒來(lái)控制復(fù)合材料聚合物的傳感性質(zhì)；采用電化學(xué)刻蝕硅片的方法制備嵌入式微通道；采用超聲束沉積方式制備具有氣體傳感的金屬氧化物／有機(jī)物雜化材料；聚焦離子束刻蝕用于氣體傳感技術(shù)；一種模擬IPMC傳感器的軟件工具；對(duì)印跡二氧化鈦納米粒子的合成與表征；機(jī)車安全與舒適度測(cè)量；懸臂梁的強(qiáng)制型阻尼振動(dòng)。第五部分為傳感器陣列和多重傳感系統(tǒng)，主要介紹了整合型微重力化學(xué)物質(zhì)檢測(cè)裝置；采用雜化電子鼻原位檢測(cè)硫質(zhì)噴氣孔火山口噴發(fā)的火山氣體；對(duì)主要公路旁的漂浮粒子和氧化氮化合物的檢測(cè)；多傳感器布局在敵對(duì)環(huán)境中的機(jī)器人。第六部分為傳感器網(wǎng)絡(luò)和對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)分析，主要介紹了對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概覽：對(duì)ZGIGBEE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一瞥；動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下塵埃傳感器網(wǎng)絡(luò)：在城市環(huán)境中普遍應(yīng)用性能的研究；一種配置了IEEE 802.15.4的移動(dòng)設(shè)備的便攜式軟件工具；一種神經(jīng)光譜分類的光學(xué)傳感器；對(duì)城市環(huán)境污染檢測(cè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)計(jì)；應(yīng)用多傳感器微型化系統(tǒng)對(duì)橄欖油進(jìn)行評(píng)價(jià)。
本書(shū)幾乎涵蓋了傳感器方面的所有方向，包括化學(xué)、物理、生物以及傳感器構(gòu)架等等。相信從事任何傳感器研究方向的科研人員都會(huì)在本書(shū)中找到有參考價(jià)值的內(nèi)容。
關(guān)鍵詞：光纖測(cè)溫裝置，原理，應(yīng)用，效果
一 引言
電纜是變電站的重要組成部分。。由于電纜分布廣、易燃、著火后危害大且影響相關(guān)供電單位生產(chǎn)，對(duì)經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。因此電纜的防火歷來(lái)為電力部門(mén)所重視。但是電纜事故還是頻繁發(fā)生。隨著光纖技術(shù)的發(fā)展光纖傳感技術(shù)在電力設(shè)備故障檢測(cè)中的應(yīng)用得到了逐步推廣，其中光纖測(cè)溫技術(shù)徹底解決了困擾電纜運(yùn)行中過(guò)熱監(jiān)測(cè)的難題，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力電纜發(fā)熱敏感部位溫度的準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和故障預(yù)警、精確定位。
二 系統(tǒng)簡(jiǎn)介
AT810分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)是集光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)、光纖光纜和弱信號(hào)檢測(cè)等技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品，主要依據(jù)激光耦合到光纖中，利用光纖的光時(shí)域反射（OTDR ）和光纖的背向喇曼散射溫度效應(yīng)。將感溫光纜敷設(shè)于待測(cè)空間，可連續(xù)測(cè)量、準(zhǔn)確定位整條光纖或光纜所處空間的溫度，還具有不帶電、抗射瀕和電磁干擾、抗腐蝕、耐高溫和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
本系統(tǒng)主要由測(cè)溫主機(jī)、應(yīng)用軟件、感溫光纜及其他周邊設(shè)備配置而成，對(duì)電纜橋架、電纜夾層、溫油罐和變壓器等設(shè)備的溫度進(jìn)行連續(xù)線型實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，在被監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)生火災(zāi)前即發(fā)出預(yù)警，使用戶及時(shí)采取措施，排除隱患。整套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)其測(cè)溫控制主機(jī)通訊接口或干接點(diǎn)繼電器端子與火災(zāi)報(bào)警主控制器相連，并向其提供火災(zāi)報(bào)警區(qū)的報(bào)警信息及運(yùn)行和故障信號(hào)。
三 光纖測(cè)溫原理
激光脈沖在光纖中傳輸時(shí)，由于激光和光纖分子的相互物理作用，會(huì)產(chǎn)生三種散射光：瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射，其光譜分布如下圖所示：
其中拉曼散射僅對(duì)溫度敏感，因此最適合用來(lái)測(cè)量溫度。AT810 光纖測(cè)溫主機(jī)就是采用拉曼散射（RAMAN）和OTDR 技術(shù)研發(fā)的分布式光纖溫度探測(cè)處理器（DTS），其工作原理如下：
1、激光器發(fā)出一束激光，通過(guò)耦合器調(diào)制后射入感溫光纖中；
2、光纖中反射回的拉曼散射光通過(guò)光譜分離模塊分解成不同波長(zhǎng)的Stokes散射光和Antistokes 散射光。其中Stokes 散射光的強(qiáng)度與溫度弱相關(guān)；而Antistokes散射光的強(qiáng)度與溫度強(qiáng)相關(guān)；
3、通過(guò)對(duì)兩束光信號(hào)進(jìn)行處理和對(duì)比計(jì)算得出溫度沿光纖的分布曲線；
4、利用光時(shí)域反射技術(shù)（OTDR），通過(guò)計(jì)算光波的傳輸速度和回波時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)所有溫度點(diǎn)的定位；
四 AT810光纖測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)在電纜線路中的應(yīng)用
AT810光纖測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)硬件組成如下:
應(yīng)用中把特制的感溫光纜鋪設(shè)在待測(cè)電纜上方，讓二者緊密接觸。為提高監(jiān)測(cè)的精度，以準(zhǔn)確地獲得被測(cè)電纜上各點(diǎn)的溫度情況，須將傳感光纜梆扎在電纜上。
下圖為“分區(qū)溫度顯示”界面：
每個(gè)分區(qū)為一回電纜饋線，分區(qū)溫度顯示的是分區(qū)內(nèi)所有溫度里的最高值。
雙擊分區(qū)溫度畫(huà)面上的分獲圖塊即可打開(kāi)分區(qū)的實(shí)時(shí)曲線圖：
從中可以清楚地看到當(dāng)時(shí)整條電纜的溫度分布情況。
五 應(yīng)用效果
目前光纖測(cè)溫系統(tǒng)已經(jīng)全面應(yīng)用在我變電站電纜回路中，在運(yùn)行中曾多次對(duì)過(guò)熱點(diǎn)準(zhǔn)確報(bào)警，使事故隱患得到及時(shí)消除并能夠在電纜突發(fā)性故障中準(zhǔn)確判斷出故障位置，大大節(jié)省了故障處理時(shí)間，使故障線路迅速恢復(fù)供電。下圖為某饋線電纜絕緣擊穿發(fā)生單相接地事故時(shí)的溫度曲線：
通過(guò)曲線可以判斷出故障發(fā)生在250米。
六 應(yīng)用注意事項(xiàng)
1、輸入電流為交流220伏市電；
2、嚴(yán)禁帶電插拔光纖測(cè)溫主機(jī)與報(bào)警輸出箱之間的連接線；
3、主機(jī)光纜輸入接頭要保持清潔，平時(shí)用端蓋保護(hù)；當(dāng)與監(jiān)測(cè)機(jī)連接時(shí)，端部要用無(wú)水酒精清洗干凈后可靠連接。。
4、系統(tǒng)在工作時(shí)，禁止觀察傳感光纜尾端、連接處或者光纜的損壞處，激光會(huì)損害眼睛；
5、傳感光纜最小彎曲半徑不小于5cm，不能用硬或銳利物體擠、壓和沖擊傳感光纜，并應(yīng)遠(yuǎn)離熱源；
6、由于上位監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)程序啟動(dòng)需要一段時(shí)間（約2分鐘），當(dāng)上位監(jiān)控軟件打開(kāi)時(shí)可能會(huì)提示無(wú)法連接，等待兩三分鐘后按F5刷新屏幕即可；
7、在光纖測(cè)溫系統(tǒng)剛剛啟動(dòng)的幾分鐘里，上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面上的溫度可能是不準(zhǔn)確的，這是因?yàn)楣饫w測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)內(nèi)的恒溫槽還沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)，其預(yù)熱的時(shí)間大約需30分鐘；
8、歷史溫度曲線查看時(shí)，選擇的時(shí)間段長(zhǎng)不要超過(guò)4 小時(shí)，不然系統(tǒng)查詢數(shù)據(jù)會(huì)很慢；
9、系統(tǒng)投入正常運(yùn)行后要定期（至少一年一次）對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行測(cè)試，以測(cè)試和檢驗(yàn)系統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)和報(bào)警能力。。
七 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)我變電站的實(shí)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明光纖測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)不僅能夠得到電纜的實(shí)時(shí)溫度分布，及時(shí)發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，還能超溫報(bào)警、升溫速率報(bào)警及準(zhǔn)確判斷故障地點(diǎn)。使運(yùn)行人員能及時(shí)了解運(yùn)行情況、消除故障隱患，防止惡性事故的發(fā)生。因此光纖測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)是一種理想的電纜過(guò)熱監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠和變電站的電纜過(guò)熱監(jiān)控中，也可以應(yīng)用于地鐵、船舶、石油平臺(tái)、銀行和大型圖書(shū)館等重要場(chǎng)合的電纜過(guò)熱監(jiān)控中。
八 參考文獻(xiàn)
[1]彭超，趙健康，苗付貴．分布式光纖測(cè)溫技術(shù)在線監(jiān)測(cè)電纜溫度[J]．高電壓技術(shù)，2006，32（8）．
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關(guān)鍵詞 有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)；狀態(tài)轉(zhuǎn)化矩陣；電腦鼠；斜向45度
中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）14-0186-02
“電腦鼠”，英文名叫做MicroMouse，是使用嵌入式微控制器、傳感器和機(jī)電運(yùn)動(dòng)部件構(gòu)成的一種智能行走裝置，電腦鼠可以在不同“迷宮”中自動(dòng)記憶和選擇路徑，采用相應(yīng)的算法，快速地達(dá)到所設(shè)定目的地。
這項(xiàng)競(jìng)技賽事風(fēng)靡全球，從1979 年國(guó)際電工和電子工程學(xué)會(huì)（IEEE）每年都舉辦一次國(guó)際性的電腦鼠走迷宮競(jìng)賽，至今已有30年的歷史，在歐洲東南亞日本、韓國(guó)等地區(qū)頗為盛行。
1 問(wèn)題提出的背景
嵌入式微型機(jī)器人（電腦鼠）走迷宮競(jìng)賽具有一定難度，是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性和趣味性的比賽。此外，它還是一個(gè)很好的教學(xué)工具。電腦鼠可看作是一個(gè)集多項(xiàng)工程學(xué)科知識(shí)于一體的小型系統(tǒng)。成功的設(shè)計(jì)者通常都是合作團(tuán)體，他們必須考慮電子、電氣、機(jī)械以及計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)，算法各方面的問(wèn)題。重量、速度、功耗、傳感技術(shù)、重心以及程序各方面都是設(shè)計(jì)中需要決定和綜合考慮的因素。
本論文從軟件算法角度提出了斜向45度沖刺的算法創(chuàng)新，并在2015年天津電腦鼠相關(guān)賽項(xiàng)中成功應(yīng)用。
電腦鼠在運(yùn)行中可以劃分為四個(gè)狀態(tài)，等待狀態(tài)、啟動(dòng)狀態(tài)、搜索迷宮狀態(tài)和沖刺狀態(tài)。
1）等待狀態(tài)
在該狀態(tài)中，電腦鼠靜止在起點(diǎn)，等待開(kāi)始命令。同時(shí)實(shí)時(shí)顯示傳感器檢測(cè)結(jié)果和電池的電壓，這樣方便調(diào)試傳感器的靈敏度和更換電池。當(dāng)控制啟動(dòng)的按鍵按下后，電腦鼠進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)。
2）啟動(dòng)狀態(tài)
迷宮是由18cm*18cm 大小的方格組成的，其行列各有16個(gè)方格。以左下角的點(diǎn)為（0，0）點(diǎn)，右上角的點(diǎn)為（15，15）點(diǎn)。在該狀態(tài)中，電腦鼠根據(jù)第一次轉(zhuǎn)彎的方向判斷起點(diǎn)是在坐標(biāo)的（0，0）點(diǎn)還是（15，0）點(diǎn)。
3）搜索迷宮狀態(tài)
在該狀態(tài)中，電腦鼠的任務(wù)就是探索并記憶迷宮地圖。這里采用右手搜索法則，并搜索全迷宮。其程序流程圖見(jiàn)圖1所示：
4）沖刺狀態(tài)
迷宮搜索完畢后，根據(jù)算法找出一條最優(yōu)路徑?jīng)_刺到終點(diǎn)。沖刺結(jié)束后返回到起點(diǎn)。
本論文研究的是，在沖刺狀態(tài)下以最優(yōu)路徑為基礎(chǔ)，通過(guò)類似自動(dòng)機(jī)原理的算法找到最優(yōu)路徑下可以45度斜向跑的起始位置和終止位置。
5）方向的定義
為了讓電腦鼠記住所走過(guò)的各個(gè)迷宮格的信息，我們就要對(duì)這256個(gè)迷宮格進(jìn)行編號(hào)。很明顯，用坐標(biāo)是非常方便的。
在本文中，將向上的方向定義為0，向右為1、向下的方向定義為2、向左為3，如圖所示。
2 沖刺路徑絕對(duì)方向數(shù)組的獲取
絕對(duì)方向數(shù)組的獲取，通過(guò)讀取GucMapBlock（根據(jù)當(dāng)前格修改過(guò)周邊4格的地圖），獲取沖刺地圖，并變換成沖刺路徑絕對(duì)方向的數(shù)組，在此基礎(chǔ)上分析斜向45度路線的起始坐標(biāo)和終止坐標(biāo)。
算法分析：斜向包括4個(gè)方向，8種情況，每種情況至少連續(xù)兩組以上即可選擇。4個(gè)方向，8種情況，以絕對(duì)方向1010的情況為例如圖3所示：
這種情況可以選擇斜向跑，101010以及更多的重復(fù)循環(huán)情況也可以選擇斜向跑，除此之外還有0101，1212，2121，2323，3232，0303，3030以及更多循環(huán)的情況。本論文就是通過(guò)有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)原理，把符合條件的所有情況篩選出來(lái)。
3 算法的實(shí)現(xiàn)
首先，搭建有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)，初始狀態(tài)為“0”狀態(tài)，輸入值只有0，1，2，3四種情況，每一個(gè)輸入之后，有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)會(huì)有狀態(tài)跳轉(zhuǎn)，如：在“0”狀態(tài)下輸入0時(shí)調(diào)整到“1”狀態(tài)，輸入1時(shí)調(diào)整到“2”狀態(tài)，輸入2時(shí)調(diào)整到“3”狀態(tài)，輸入3時(shí)調(diào)整到“4”狀態(tài)；在“1”狀態(tài)下輸入0時(shí)調(diào)整到“1”狀態(tài)，輸入1時(shí)調(diào)整到“5”狀態(tài)，輸入2時(shí)調(diào)整到“3”狀態(tài)，輸入3時(shí)調(diào)整到“6”狀態(tài)。有的輸入會(huì)跳轉(zhuǎn)到新?tīng)顟B(tài)，有的輸入會(huì)跳轉(zhuǎn)到已經(jīng)存在的狀態(tài)。其中，14，16，18，20，22，24，26，28為終止?fàn)顟B(tài)，分別是8種情況，首次達(dá)到終止?fàn)顟B(tài)，即滿足兩組斜向45度最低條件，再通過(guò)連續(xù)一組循環(huán)可以連續(xù)達(dá)到同一個(gè)終止?fàn)顟B(tài)，再次基礎(chǔ)上可以計(jì)算出所有滿足條件的斜向45度的起始坐標(biāo)和終止坐標(biāo)等信息。
有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)換成一個(gè)所有狀態(tài)跳轉(zhuǎn)關(guān)系都包含在28*4的狀態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣中。
狀態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣如下：
4 編程實(shí)現(xiàn)
在VC++6.0環(huán)境模擬斜向45度算法，根據(jù)緩沖區(qū)讀取的實(shí)際數(shù)據(jù)在VC環(huán)境下，測(cè)試算法，通過(guò)算法運(yùn)算出所有符合條件的序列段，并運(yùn)算出起始步數(shù)，起始點(diǎn)絕對(duì)方向，起點(diǎn)坐標(biāo)，終止坐標(biāo)，步數(shù)等信息。
測(cè)試用例：test[N]={0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，1，0，1，0，0，1，0，1，0，0，0，0，0，0，1，1，2，2，1，2，1，2，1，2，1，2，2}；
運(yùn)行結(jié)果：
【摘要】本文介紹了配網(wǎng)用智能開(kāi)關(guān)的定義、發(fā)展歷程、運(yùn)行管理現(xiàn)狀，并結(jié)合配電網(wǎng)管理，研究智能開(kāi)關(guān)在實(shí)際應(yīng)用中要注意的問(wèn)題和解決辦法。
【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)；智能開(kāi)關(guān)；管理
一、引言
國(guó)內(nèi)智能化配電網(wǎng)試點(diǎn)工程建設(shè)已在不斷擴(kuò)大，取得很好示范效應(yīng)，但在實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)重科技創(chuàng)新輕應(yīng)用管理的問(wèn)題，不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。配電網(wǎng)管理的基礎(chǔ)設(shè)備是智能開(kāi)關(guān)，事關(guān)配電網(wǎng)科技創(chuàng)新的實(shí)際效果。
二、配網(wǎng)中的智能開(kāi)關(guān)
（1）智能開(kāi)關(guān)的定義與發(fā)展。智能開(kāi)關(guān)是指一次設(shè)備是由非常規(guī)互感器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、斷路器組成，二次設(shè)備是由電力電子技術(shù)、數(shù)字化控制裝置和通訊接口組成執(zhí)行單元，一二次集成的開(kāi)關(guān)設(shè)備。實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、通訊功能，能獨(dú)立執(zhí)行當(dāng)?shù)毓δ埽詣?dòng)檢測(cè)設(shè)備缺陷和故障，具有遠(yuǎn)程管理模式。初級(jí)智能開(kāi)關(guān)是戶外型可視化微機(jī)保護(hù)裝置的一體化帶通訊功能的集成柱上開(kāi)關(guān)或開(kāi)關(guān)箱。發(fā)展趨勢(shì)是插接式開(kāi)關(guān)系統(tǒng)（PASS）：PASS采用智能化傳感器技術(shù)和微處理技術(shù)，通過(guò)數(shù)字通信實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)、診斷、過(guò)程監(jiān)視和站內(nèi)計(jì)算機(jī)監(jiān)控；通過(guò)智能軟件分析可確定出設(shè)備的運(yùn)行狀況；PASS中安裝了電子式互感器；通過(guò)高速現(xiàn)場(chǎng)總線傳送數(shù)字化的電流電壓信號(hào)。（2）配網(wǎng)中智能開(kāi)關(guān)的選擇、規(guī)劃設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試。配網(wǎng)開(kāi)關(guān)的選擇需滿足常規(guī)斷路器所要求的分閘時(shí)間、絕緣耐壓、動(dòng)熱穩(wěn)定性需要。控制裝置要實(shí)現(xiàn)不間斷供電電源。要通過(guò)全密封防水型航空接插件和戶外密封電纜進(jìn)行電氣連接。開(kāi)關(guān)的智能化與傳感技術(shù)是分不開(kāi)的，要提高智能化開(kāi)關(guān)的可靠性、檢測(cè)精度，需采用光電傳感器、在線位移傳感器、角度傳感器、新型光纖溫度傳感器、SF6壓力傳感器及檢測(cè)真空度的傳感技術(shù)。配網(wǎng)開(kāi)關(guān)規(guī)劃設(shè)計(jì)方面將技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)效益相結(jié)合，線路開(kāi)關(guān)數(shù)量適當(dāng)：線路長(zhǎng)、故障多的增加開(kāi)關(guān)數(shù)量要適當(dāng)。輻射型多分支線路中主分支線均要加裝開(kāi)關(guān)，次分支可不加。環(huán)網(wǎng)的在主分支兩側(cè)都加裝開(kāi)關(guān)，減少停電范圍以及發(fā)揮環(huán)網(wǎng)作用。智能開(kāi)關(guān)在中壓配電網(wǎng)的安裝采取柱上斷路器和桿下控制箱或者采用電纜開(kāi)關(guān)箱，都要采用防撞、防誤碰（控制箱）、防通訊連接線損傷甚至防盜的措施。編制《10kV柱上智能分段負(fù)荷開(kāi)關(guān)成套設(shè)備（含控制單元、PT）測(cè)試規(guī)范》。主要項(xiàng)目有兩類。設(shè)備檢測(cè)過(guò)程中，如出現(xiàn)檢測(cè)項(xiàng)目A類任一小項(xiàng)不通過(guò)，則認(rèn)定該設(shè)備不能通過(guò)檢測(cè)。檢測(cè)項(xiàng)目B類按實(shí)際檢測(cè)結(jié)果評(píng)分。A類是相間短路故障隔離、單相接地故障隔離、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)供電、后備電源及工程配置能力；B類是通信協(xié)議一致性測(cè)試、電磁兼容及耐壓、就地操作、結(jié)構(gòu)及配置檢查、成套設(shè)備運(yùn)維安全防護(hù)。（3）配網(wǎng)中智能開(kāi)關(guān)保護(hù)定值管理。第一，開(kāi)關(guān)保護(hù)定值預(yù)期效果。故障區(qū)域自動(dòng)隔離。當(dāng)支線發(fā)生單相接地、相間短路故障時(shí)，根據(jù)電流保護(hù)階梯式保護(hù)時(shí)限和過(guò)流三段反時(shí)限特性，以及零序電流的變化，智能開(kāi)關(guān)先于變電站出線保護(hù)開(kāi)關(guān)跳閘，自動(dòng)隔離故障線路，變電站出線、干線分段開(kāi)關(guān)及其它分支線路開(kāi)關(guān)不因故障發(fā)生而跳閘引起停電。干線故障時(shí)，也不會(huì)引起變電站跳閘和上一級(jí)干線分段開(kāi)關(guān)跳閘。環(huán)網(wǎng)線路根據(jù)環(huán)網(wǎng)方法不同，進(jìn)行調(diào)整。快速恢復(fù)非故障區(qū)域供電。在輻射型配電網(wǎng)絡(luò)中，若分支線路保護(hù)越級(jí)引起干線跳閘，或干線越級(jí)導(dǎo)致前一級(jí)干線跳閘，則可通過(guò)檢壓重合閘方式，延時(shí)和次數(shù)的不同進(jìn)行自愈。達(dá)到主干線先重合，合閘閉鎖，成功后分支開(kāi)關(guān)檢有壓而合閘，若故障則分閘閉鎖的效果。第二，開(kāi)關(guān)保護(hù)定值的設(shè)定原則。一是主干分段開(kāi)關(guān)采用階梯式電流保護(hù)。從時(shí)間上、電流值上配合。主干斷路器3～5個(gè)較宜，開(kāi)關(guān)時(shí)間值調(diào)整一致（多分段開(kāi)關(guān)時(shí)局部幾個(gè)開(kāi)關(guān)合一設(shè)定）或級(jí)差調(diào)整為大于等于150ms。二是分支線路配合前一級(jí)分段開(kāi)關(guān)的定值，電流值的設(shè)定可根據(jù)負(fù)荷情況按照躲過(guò)負(fù)荷啟動(dòng)電流和兩相末端短路值來(lái)設(shè)定，過(guò)流時(shí)間上等于或小于分段開(kāi)關(guān)值，速斷要小于分段開(kāi)關(guān)值。三是計(jì)算出來(lái)的定值要保證低于變電站出線開(kāi)關(guān)的定值。四是要根據(jù)配網(wǎng)管理系統(tǒng)的潮流以及負(fù)荷分布進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。（4）配網(wǎng)中智能開(kāi)關(guān)通訊管理。目前逐步推廣應(yīng)用的通訊通道的最佳方式是主站（子站）采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通信設(shè)備，主站（子站）與站端（FTU/DTU）的通信使用較多的是光纖自愈環(huán)網(wǎng)和光纖以太網(wǎng)方式。由于架空線路覆蓋范圍廣闊，目前多采用GPRS/CDMA通訊。FTU/DTU通過(guò)GPRS通信模塊和配網(wǎng)管理系統(tǒng)主站系統(tǒng)構(gòu)成虛擬專用網(wǎng)。
三、結(jié)語(yǔ)
衡量智能開(kāi)關(guān)管理與應(yīng)用水平，主要看經(jīng)濟(jì)效益、安全生產(chǎn)、客戶服務(wù)、管理水平等方面。智能開(kāi)關(guān)將全面代替其它配網(wǎng)開(kāi)關(guān)，成為配電網(wǎng)管理的重要基礎(chǔ)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]高東（音）．《智能化斷路器簡(jiǎn)介》．華東電網(wǎng)有限公司．2001（1）
[2]毛為民，文鋒．基于柱上智能開(kāi)關(guān)的廣州地區(qū)架空饋線自動(dòng)化模式的研究[J]．配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)．全國(guó)電力系統(tǒng)配電技術(shù)協(xié)作網(wǎng)第二屆年會(huì)論文集．2009（10）
【關(guān)鍵詞】 溫濕度 單片機(jī) 無(wú)線通信
為了對(duì)單片機(jī)有更深刻的了解，同時(shí)也在電子方面有更深刻的認(rèn)識(shí)，通過(guò)學(xué)習(xí)，選擇做一個(gè)通過(guò)nRF24.L01射頻無(wú)線通信技術(shù)，基于STC89C51單片機(jī)，設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)。核心部件單片機(jī)STC89C51，它在整個(gè)人類史上的地位已經(jīng)不容置疑地確立了，相信它會(huì)越來(lái)越深入地浸透到人們的生活中，并且將在一定程度上影響人們對(duì)生活的理解和詮釋。
一、溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)主要功能
為了對(duì)空氣中的溫濕度進(jìn)行測(cè)量以及利用無(wú)線傳輸顯示，先在LCD1602顯示屏設(shè)定初始值，同時(shí)DHT11開(kāi)始檢測(cè)當(dāng)前空氣溫度、濕度，假定當(dāng)前溫濕度超過(guò)設(shè)定值，四個(gè)流水燈分別代表溫度、濕度上下限，有選擇的指示燈亮同時(shí)蜂鳴器報(bào)警，通過(guò)按鍵可以調(diào)節(jié)設(shè)定的初始值。
二、系統(tǒng)主要器件的簡(jiǎn)介
2.1主控器件
本設(shè)計(jì)是STC89C51單片機(jī)為控制核心，RC522為非接觸式IC卡讀寫(xiě)器，基于FRID的射頻識(shí)別技術(shù)綜合實(shí)現(xiàn)所有功能。本系統(tǒng)選擇C語(yǔ)言作為STC單片機(jī)開(kāi)發(fā)的首選編程語(yǔ)言。系統(tǒng)框圖如下：
單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器（MPU）技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域拉動(dòng)，表現(xiàn)出較微處理器更具個(gè)性的發(fā)展趨勢(shì)。單片機(jī)是STC公司最新推出的一種新型51內(nèi)核的單片機(jī)。單片機(jī)具有可靠性強(qiáng)、性價(jià)比高、電壓低、功耗低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，信號(hào)處理可靠等優(yōu)點(diǎn)。片內(nèi)含有Flash程序存儲(chǔ)器 SRAM、UART、SPI、A＼D、PWM等模塊。
2.2 DHT11溫度傳感器
對(duì)于DHT11而言，其首先是建立在數(shù)字信號(hào)基礎(chǔ)上的復(fù)合型溫濕度傳感器，在結(jié)構(gòu)上，1個(gè)測(cè)溫軟件NTC，1個(gè)感濕軟件，共同連接在8位高性能單片機(jī)上面。在技術(shù)應(yīng)用層面，具有數(shù)字采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)的相互結(jié)合，進(jìn)一步提高了傳感器的準(zhǔn)確性和適用性。除此之外，具有極高的抗干擾性、效率高等優(yōu)點(diǎn)[10]。對(duì)DHT11的校對(duì)要借助濕度校驗(yàn)室來(lái)完成。OTP存儲(chǔ)校準(zhǔn)系數(shù)，并在對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)發(fā)揮作用。串行接口采用單線制，簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并提高了系統(tǒng)的效率，降低了能耗，數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸距離能達(dá)到20米遠(yuǎn)，該種傳感器在封裝上，由為4 針單排引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了連接方式，并能根據(jù)不同用戶的需求進(jìn)行適用。
2.3 nRF24.L01 2.4GHz射頻收發(fā)芯片
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是21世紀(jì)最具影響和創(chuàng)新性的技術(shù)之一，主要涉及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子科學(xué)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及通信技術(shù)等。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要可應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)學(xué)保健、軍事情報(bào)收集、工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、建筑安全監(jiān)測(cè)等方面。目前基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要采用ZigBee、GPRS、FDMA、CDMA進(jìn)行傳輸。它具有計(jì)算簡(jiǎn)單，直觀合理的有點(diǎn)[15]。
三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
nRF24.L01硬件的設(shè)計(jì)有單片機(jī)電路、nRF24.L01控制電路、溫度傳感器電路等；nRF24.L01控制電路實(shí)現(xiàn)nRF24. L01的智能化控制，比如自動(dòng)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，完成報(bào)警。主要由AT89S52芯片和nRF24.L01芯片完成，無(wú)線通信部分由nRF24.L01控制芯片完成。
四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1主機(jī)流程
該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以發(fā)射端控制傳感器模塊、nRF24.L01無(wú)線輸出模塊為主要功能的核心系統(tǒng)。主機(jī)的功能實(shí)現(xiàn)主要步驟有：當(dāng)電源開(kāi)始供電時(shí)，按下開(kāi)關(guān)，該程序開(kāi)始工作，傳感器模塊開(kāi)始檢測(cè)周圍的溫濕度、通過(guò)nRF24.L01傳輸?shù)浇邮斩恕?/p>
結(jié)語(yǔ)：本設(shè)計(jì)以MCS-51系列單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的無(wú)線通信系統(tǒng)，并通過(guò)nRF.24L01射頻無(wú)線通信技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)主機(jī)采集溫濕度傳感器相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給從機(jī)單片機(jī)以LCD1602予以顯示。溫濕度傳感器使用DHT11，主要通過(guò)RC522為非接觸式IC卡讀寫(xiě)器，基于FRID的射頻識(shí)別技術(shù)綜合實(shí)現(xiàn)所有功能。
參 考 文 獻(xiàn)
論文介紹的可重構(gòu)多變魔方模塊采用了GY-85傳感器模塊感知位置信息，步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行器，模塊監(jiān)控器通過(guò)IIC總線與多變魔方控制器形成一個(gè)模塊化分布式控制系統(tǒng)。論文以4模塊構(gòu)建的多變魔方為例，介紹了可重構(gòu)多變魔方模塊的硬件結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議和模塊運(yùn)動(dòng)的同步控制方法。
【關(guān)鍵詞】模塊化機(jī)器人 GY-85傳感器 運(yùn)動(dòng)控制
1 可重構(gòu)機(jī)器人與多變魔方
可重構(gòu)機(jī)器人（Reconfigurable Robot）是由功能簡(jiǎn)單而具有一定感知能力的模塊機(jī)器人有機(jī)聯(lián)接而成。其核心是將機(jī)器人分解為標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的組件，研究這些模塊化組件如何有機(jī)的結(jié)合，以達(dá)到機(jī)械系統(tǒng)的快速拆裝、功能模塊間的有效通訊、整體機(jī)器人系統(tǒng)的協(xié)同控制。
多變魔方可看作是一個(gè)簡(jiǎn)單的可重構(gòu)機(jī)器人，它同時(shí)擁有自重構(gòu)、自組裝和群體機(jī)器人的特點(diǎn)。多變魔方由結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能單一、配置方便的機(jī)電模塊連接而成，這些模塊集傳感器、執(zhí)行器、通信接口等裝置為一體，能夠快速拆裝、互換裝配、互相通訊、協(xié)調(diào)控制。多變魔方機(jī)器人的每個(gè)模塊都可以自主移動(dòng)并與其他模塊自組裝成魔方結(jié)構(gòu)，可以被配置成各種不同形態(tài)，實(shí)現(xiàn)變形。
下面介紹一種可重構(gòu)多變魔方模塊及其重構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法。
2 多變魔方的硬件結(jié)構(gòu)
2.1 多變魔方的機(jī)械結(jié)構(gòu)
多變魔方模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用直角立體三角形如圖 1所示，每個(gè)模塊包含了一個(gè)步進(jìn)電機(jī)、位置傳感器和驅(qū)動(dòng)電路。由4個(gè)模塊可組裝連接成一個(gè)簡(jiǎn)單的多變魔方（其中有1個(gè)模塊與支架相連，1個(gè)模塊沒(méi)有步進(jìn)電機(jī)），通過(guò)驅(qū)動(dòng)各模塊步進(jìn)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)變形操作見(jiàn)圖2。
2.2 多變魔方的電路結(jié)構(gòu)
可重構(gòu)多變魔方模塊包含位置信息傳感器（GY-85）、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。模塊之間通過(guò)IIC總線連接，并連接到多變魔方控制器，形成一個(gè)簡(jiǎn)單的模塊化分布式控制系統(tǒng)。每個(gè)模塊的電路是一樣的，只是作為IIC總線上的器件地址需要進(jìn)行設(shè)置。多變魔方控制器（上位控制機(jī)）包含人機(jī)交互和通信接口 。
位置信息傳感器采用GY-85模塊，這是一款九軸自由度IMU傳感器，集成了三軸陀螺儀（ITG3205）、三軸加速度（ADXL345）和三軸磁場(chǎng)（HMC5883L）傳感器，三個(gè)器件由IIC總線連接，集成在一小塊PCB上，能夠同時(shí)測(cè)量重力方向、磁場(chǎng)方向和角度方向的變化。
GY-85模塊中ITG3205、ADXL345和HMC5883L三個(gè)器件已有統(tǒng)一的訪問(wèn)地址，分別為0xD0、0xA6和0x3C。為使多個(gè)GY-85模塊通過(guò)IIC總線相連，需要通過(guò)模塊監(jiān)控器將每個(gè)可重構(gòu)模塊重新封裝成一個(gè)IIC器件，并由模塊編號(hào)開(kāi)關(guān)設(shè)置不同的IIC器件地址。
模塊監(jiān)控器采用C8051F320，負(fù)責(zé)讀取GY-85模塊中位置信息和驅(qū)動(dòng)模塊執(zhí)行器。
可重構(gòu)模塊的執(zhí)行器采用步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)參數(shù)有3個(gè)：當(dāng)前的位置、目標(biāo)位置和步進(jìn)速度。模塊監(jiān)控器寫(xiě)入和讀取驅(qū)動(dòng)參數(shù)，可改變和獲取步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)。
多變魔方控制器通過(guò)通信接口IIC與各模塊連接，并通過(guò)人機(jī)交互設(shè)備（帶觸摸屏的LCD顯示器）顯示多變魔方的狀態(tài)信息，輸入多變魔方狀態(tài)的控制信息。
3 多變魔方的軟件結(jié)構(gòu)
多變魔方的軟件由兩部分組成：基于32位ARM架構(gòu)下的多變魔方控制器軟件和基于兼容8位MC51架構(gòu)下的可重構(gòu)模塊監(jiān)控軟件，其中模塊監(jiān)控軟件及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是重要基礎(chǔ)。
3.1 模塊監(jiān)控軟件及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
模塊監(jiān)控軟件包括GY-85位置信息讀取、電機(jī)狀態(tài)讀取、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、IIC總線驅(qū)動(dòng)等模塊組成。其中模塊狀態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過(guò)下面語(yǔ)句來(lái)定義。
typedef struct {
int AA_x，AA_y，AA_z； //三軸角加速度數(shù)據(jù)
int Acc_x，Acc_y，Acc_z； //三軸加速度數(shù)據(jù)
int Mag_x，Mag_y，Mag_z； //三軸磁場(chǎng)數(shù)據(jù)
}GY_85； // GY-85模塊位置信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
typedef struct {
int Target； //電機(jī)目標(biāo)位置
int Position； //電機(jī)當(dāng)前位置
int Speed； //電機(jī)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度方向（分正負(fù)方向）
}Motor； //電機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
每個(gè)模塊可分別定義兩個(gè)位置信息變量和兩個(gè)電機(jī)信息變量：
GY_85 GG0，GG1；
Motor MM0，MM1；
其中GG0、MM0為當(dāng)前狀態(tài)，由定時(shí)中斷程序刷新（刷新周期取400ms），GG1、MM1為同步狀態(tài)，由控制器發(fā)出的同步命令將GG0、MM0復(fù)制過(guò)來(lái)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步采集。控制器發(fā)出的電機(jī)命令設(shè)置MM0中參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制；先設(shè)置MM1然后同步復(fù)制到MM0可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的同步控制。
3.2 控制器軟件和通信協(xié)議
控制器軟件在uC/OS II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下工作，包括人機(jī)交互、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)通信三個(gè)功能模塊。人機(jī)交互的功能包括：多變魔方基本狀態(tài)顯示、各模塊位置信息顯示、多變魔方基本狀態(tài)和自定義狀態(tài)按鈕檢測(cè)。運(yùn)動(dòng)控制模塊功能包括：?jiǎn)蝹€(gè)模塊驅(qū)動(dòng)、基本狀態(tài)控制、自定義狀態(tài)控制。數(shù)據(jù)通信模塊功能包括：IIC總線驅(qū)動(dòng)、各模塊位置信息和電機(jī)狀態(tài)讀取和電機(jī)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)設(shè)置。
多變魔方控制器與各可重構(gòu)模塊之間采用IIC通信接口，控制器為主器件，可重構(gòu)模塊為從器件。IIC總線的數(shù)據(jù)傳輸格式通常為：地址（1字節(jié)）+參數(shù)（n字節(jié)），設(shè)可重構(gòu)模塊擴(kuò)展地址M_Addr為8位二進(jìn)制，其中高4位為模塊號(hào)M_No（模塊號(hào)0000B對(duì)應(yīng)所有模塊），低4位為命令號(hào)M_Com（最低位為IIC的讀寫(xiě)標(biāo)志），參數(shù)分別為P1、P2……Pn。通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包格式如圖3所示，相關(guān)命令格式說(shuō)明見(jiàn)表1。
4 模塊運(yùn)動(dòng)的同步控制方法
首先通過(guò)多變魔方的上位控制機(jī)發(fā)出“同步允許”和“同步禁止”命令，來(lái)選擇需要同步采集和同步控制的模塊。
4.1 數(shù)據(jù)同步采集
發(fā)出對(duì)模塊號(hào)為0000B（即對(duì)應(yīng)所有模塊）發(fā)出“同步刷新G”和“同步刷新M”命令，可將各模塊的位置信息和電機(jī)信息的同步采集存放到各自GG1和MM1變量中，然后分別由“位置信息1”和“電機(jī)信息1”命令讀取各模塊的GG1和MM1變量，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)各模塊的數(shù)據(jù)同步采集。
4.2 電機(jī)同步控制
對(duì)各模塊發(fā)出“運(yùn)動(dòng)控制1”命令，將模塊電機(jī)目標(biāo)位置發(fā)送到模塊的MM1變量中，發(fā)出對(duì)模塊號(hào)為0000B（即對(duì)應(yīng)所有模塊）發(fā)出“同步還原M”命令，各模塊將同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)按給定的速度和方向到達(dá)目標(biāo)位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各模塊運(yùn)動(dòng)的同步控制。
5 結(jié)論
利用上述的可重構(gòu)模塊設(shè)計(jì)了一個(gè)四模塊的多變魔方，實(shí)現(xiàn)了典型的變形操作。所設(shè)計(jì)的多變魔方融合了數(shù)字化傳感技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和機(jī)電技術(shù)等；可重構(gòu)模塊不僅在機(jī)械結(jié)構(gòu)上可以快速配置，形成不同構(gòu)型的機(jī)器人，而且在電子線路上也能快速拓展；多變魔方結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但造型豐富，能形成眾多形態(tài)，再配上表面的燈光顯示，具有很強(qiáng)的展示功能；多變魔方作為一個(gè)機(jī)電設(shè)計(jì)的教學(xué)案例，用于綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)也有著重要意義。如將其作為一種新穎的室外大型電子“數(shù)字魔型”，布置在校園內(nèi)或公共場(chǎng)所，在不同的時(shí)間、場(chǎng)合展示不同的造型，則需要改進(jìn)其通信接口，如采用RS486、CAN總線。
參考文獻(xiàn)
[1]強(qiáng)，關(guān)勝曉.可重構(gòu)模塊化機(jī)器人研究[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2008，17（9）： 28-32.
【摘要】本文分析了本科生智能儀器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀,結(jié)合中國(guó)石油大學(xué)(華東)的實(shí)際情況,對(duì)實(shí)驗(yàn)室硬件條件,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,教學(xué)方法等提出改革方案,以增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力,提實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。
【關(guān)鍵詞】智能儀器與檢測(cè)技術(shù);實(shí)驗(yàn)教學(xué);多媒體
1引言
智能儀器與檢測(cè)技術(shù)是高校自動(dòng)化及相關(guān)專業(yè)的一門(mén)重要課程,它集技術(shù)性、工程性和實(shí)踐性于一體,是一門(mén)涉及傳感技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)分析與處理技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、可靠性技術(shù)、抗干擾技術(shù)和人工智能等多門(mén)學(xué)科的現(xiàn)代綜合技術(shù)[1]。該課程知識(shí)面廣,綜合性強(qiáng),學(xué)習(xí)難度較大,因此其實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)顯得尤為重要。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)促進(jìn)學(xué)生對(duì)以傳感器為核心的檢測(cè)技術(shù),對(duì)以單片機(jī)為核心的智能儀器技術(shù)的理解,增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。本文從課程教學(xué)的需要和培養(yǎng)具有設(shè)計(jì)能力的人才的觀點(diǎn)出發(fā),對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施進(jìn)行探討。
2實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀
智能儀器主要包括將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的傳感器部分,對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的濾波,放大等的信號(hào)調(diào)理電路,以及以單片機(jī)為核心對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理,
因此,在中國(guó)石油大學(xué)(華東)的智能儀器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室中,相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也由傳感器,轉(zhuǎn)換電路以及單片機(jī)這三部分組成。傳感器及轉(zhuǎn)換電路實(shí)驗(yàn)主要使用CSY-968傳感器實(shí)驗(yàn)儀,進(jìn)行電阻式,電容式,電感式等多種常用傳感器的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn),以及移相器,相敏檢波等轉(zhuǎn)換電路實(shí)驗(yàn),單片機(jī)實(shí)驗(yàn)則使用XYZ-22型綜合實(shí)驗(yàn)儀,進(jìn)行LED顯示,A/D轉(zhuǎn)換等多個(gè)以8051為核心的單片機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)室目前共開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二十一個(gè),能夠比較全面地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力,完成《智能儀器與檢測(cè)技術(shù)》課程的基本教學(xué)要求。目前實(shí)驗(yàn)室存在的問(wèn)題主要有:實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比較基礎(chǔ);實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為驗(yàn)證性的;教學(xué)手段比較傳統(tǒng)。針對(duì)以上問(wèn)題,提出了下面的教學(xué)改革方案,以改善實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)條件,增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。
3增加學(xué)科領(lǐng)域新型、高端實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
近年來(lái),隨著半導(dǎo)體,計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,智能儀器與檢測(cè)技術(shù)出現(xiàn)了如下趨勢(shì):微型化;多功能化;人工智能化;網(wǎng)絡(luò)化等[3]。這些發(fā)展變化的技術(shù)背景就是硬件及軟件的不斷發(fā)展及創(chuàng)新。而實(shí)驗(yàn)室目前只能進(jìn)行學(xué)科基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn),非常不利于學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展的情況,掌握工程實(shí)踐所需要的高級(jí)技能,從而限制了學(xué)生水平的提高。為此,有必要增加學(xué)科領(lǐng)域新型、高端的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
從檢測(cè)技術(shù)方面,大量應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)的傳感器得到了廣泛的應(yīng)用,如光纖,超聲,紅外,光電等,應(yīng)適當(dāng)引進(jìn)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器和項(xiàng)目,引導(dǎo)學(xué)生了解和掌握這些新型的檢測(cè)技術(shù)。從單片機(jī)方面,MCS-51系列8位單片機(jī)由于使用時(shí)間長(zhǎng),性能價(jià)格比高等特點(diǎn),在國(guó)內(nèi)仍然有比較廣泛的應(yīng)用,但是,單片機(jī)發(fā)展速度極快,大約每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番[4],大量其他系列的單片機(jī)不斷投入市場(chǎng),以其多功能、高速度、低功耗、低價(jià)格、擴(kuò)大存儲(chǔ)容量和加強(qiáng)I/O功能等優(yōu)勢(shì)在設(shè)計(jì)中占有越來(lái)越重要的地位,因此需要增加AVR,DSP,ARM等系列單片機(jī)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。這不僅可以滿足學(xué)生拓展知識(shí)面的要求,而且可以為學(xué)生的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和畢業(yè)設(shè)計(jì)等活動(dòng)提供強(qiáng)大的物質(zhì)支持。
4增加設(shè)計(jì)性,綜合性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
智能儀器與檢測(cè)技術(shù)是一門(mén)與工程實(shí)踐結(jié)合得比較緊密的課程。而實(shí)驗(yàn)室目前開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多為驗(yàn)證性的。驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)有利于鞏固學(xué)生所學(xué)的傳感器和單片機(jī)的相關(guān)理論知識(shí),有利于提高學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能,但是卻很難培養(yǎng)學(xué)生的工程綜合與應(yīng)用能力,理論與實(shí)際相結(jié)合的能力和創(chuàng)新研究能力。因此,必須在保留經(jīng)典的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上,增加設(shè)計(jì)性,綜合性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
設(shè)計(jì)性,綜合性實(shí)驗(yàn)主要是講義上給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕蝾}目,要求學(xué)生據(jù)此查閱大量相關(guān)的資料或文獻(xiàn),了解實(shí)驗(yàn)原理,選擇實(shí)驗(yàn)儀器,列寫(xiě)實(shí)驗(yàn)步驟,最終完成實(shí)驗(yàn)并撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。例如:智能溫度控制實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生使用8051單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)控制電熱杯加熱水溫度的應(yīng)用系統(tǒng),這個(gè)實(shí)驗(yàn)綜合了傳感器熱電阻Pt100及其轉(zhuǎn)換電路,8051單片機(jī)的軟件與硬件設(shè)計(jì)等多方面的知識(shí),實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)完整的智能儀器的設(shè)計(jì)過(guò)程,學(xué)生必須綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí),才可能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。這樣的實(shí)驗(yàn)有趣味,有難度,可以拓寬學(xué)生的知識(shí)面,激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣,增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能,提高其知識(shí)綜合運(yùn)用的能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力,從而提高學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
5充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和多媒體技術(shù),改進(jìn)教學(xué)方法
實(shí)驗(yàn)室目前采取的教學(xué)方法比較傳統(tǒng),概括地講就是實(shí)驗(yàn)前統(tǒng)一講授,實(shí)驗(yàn)中個(gè)別輔導(dǎo)。由于實(shí)驗(yàn)前需講解多個(gè)實(shí)驗(yàn),所以每個(gè)實(shí)驗(yàn)不可能面面俱到,只能點(diǎn)出實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)和注意事項(xiàng),實(shí)驗(yàn)中,由于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和學(xué)生眾多而時(shí)間有限,因此個(gè)別輔導(dǎo)的面也不廣。這樣學(xué)生的預(yù)習(xí)工作對(duì)教學(xué)效果影響很大。要改變這種現(xiàn)狀,必須充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和多媒體技術(shù),改進(jìn)教學(xué)方法。
多媒體輔助教學(xué)是一種以多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主要教學(xué)媒體的新型教學(xué)模式[5]。它可以實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的全員性、大容量、多信息、多趣味和高效率,能幫助教師更好地完成教學(xué)功能。為此提出兩點(diǎn)教學(xué)改革的方案,一是制作大量?jī)?yōu)質(zhì)的CAI多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件,在師生面對(duì)面的教學(xué)中產(chǎn)生圖、文、聲、像并茂的效果,刺激學(xué)生的科學(xué)靈感,強(qiáng)化知識(shí)的印象,加大知識(shí)信息傳播的力度和深度,以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足,提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。二是充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,積極開(kāi)發(fā)網(wǎng)上智能儀器與檢測(cè)技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)室,使學(xué)生在上課之前可以進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn),從而提高預(yù)習(xí)深度,最終改善教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞： 光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)； 復(fù)用； 相位生成載波
中圖分類號(hào)： TN 911.74文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.01.009
引言
隨著科技的發(fā)展，安全防范的重要性越顯突出。一些重要的保密部門(mén)、軍事要地、銀行、機(jī)場(chǎng)等對(duì)大范圍、長(zhǎng)距離、高可靠性的安防技術(shù)的需求越來(lái)越顯著。目前，已有大量的光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于安防系統(tǒng)，其特點(diǎn)是抗干擾性強(qiáng)、可靠性高，隱蔽性好、可防探測(cè)，易于安裝和維護(hù)[12]。
在實(shí)際應(yīng)用中，常常會(huì)遇到需要對(duì)多個(gè)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而一個(gè)被監(jiān)測(cè)對(duì)象需要對(duì)應(yīng)一套光纖傳感結(jié)構(gòu)，這不僅大大提高了整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成本，而且系統(tǒng)的復(fù)雜程度也逐級(jí)上升，給維護(hù)也帶來(lái)了很大的困難[3]。為了解決上述問(wèn)題，通常采用復(fù)用的方法，來(lái)達(dá)到簡(jiǎn)化系統(tǒng)，降低成本，易于維護(hù)的目的。
1背景技術(shù)
在光纖傳感所采用的復(fù)用技術(shù)中，相位載波復(fù)用是較常采用的技術(shù)，即通過(guò)相位載波復(fù)用，使不同的感應(yīng)單元復(fù)用共同的光源、光纖光路以及光電探測(cè)器等。這種復(fù)用方法，如文獻(xiàn)[45]所描述，通過(guò)對(duì)不同的感應(yīng)單元施以不同頻率的相位載波進(jìn)行調(diào)制，每個(gè)載波頻率對(duì)應(yīng)于一個(gè)感應(yīng)單元，各感應(yīng)單元產(chǎn)生的干涉信號(hào)被共同的光電探測(cè)器檢測(cè)。為了實(shí)現(xiàn)復(fù)用與解復(fù)用的目的，上述的相位載波復(fù)用技術(shù)一般具有以下特征：
（1）為了使復(fù)用的信號(hào)不發(fā)生混疊，相鄰載波頻率之間的頻率差必須大于外界擾動(dòng)引起的信號(hào)基波頻率上限的兩倍；
（2）對(duì)于光電探測(cè)器后的信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理技術(shù)，采用載波基波或諧波作為參考信號(hào)，對(duì)載波基波或諧波邊帶信號(hào)進(jìn)行處理，以達(dá)到將干涉信號(hào)解調(diào)出來(lái)的目的。
在該技術(shù)中，由于對(duì)相鄰頻率的間隔要求，同時(shí)為了使不同載波的基波、諧波頻率不發(fā)生混疊，使得調(diào)制頻率的選擇受到較多限制，由此會(huì)影響到實(shí)際復(fù)用的數(shù)量；同時(shí)，為了使復(fù)用的數(shù)量足夠大，對(duì)調(diào)制器件的工作點(diǎn)要求可能會(huì)很分散，并要求調(diào)制器件具有高的工作頻率，這不利于實(shí)際應(yīng)用。在信號(hào)的解調(diào)中，如引入信號(hào)處理技術(shù)，會(huì)增加信號(hào)處理部分的技術(shù)難度和技術(shù)復(fù)雜性，并大大提高后端的開(kāi)發(fā)成本和設(shè)備成本。
在光纖傳感系統(tǒng)的許多實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，兩個(gè)事件完全同時(shí)發(fā)生的概率很小，即兩個(gè)感應(yīng)單元同時(shí)感應(yīng)到信號(hào)的可能性很小。針對(duì)這種情況，本文提出一種新型的基于相位載波復(fù)用技術(shù)的光纖傳感復(fù)用方法。在光纖干涉系統(tǒng)中，對(duì)感應(yīng)外界擾動(dòng)的不同感應(yīng)光纖單元產(chǎn)生的干涉信號(hào)，用不同頻率的載波進(jìn)行調(diào)制，相鄰載波頻率之間的頻率差無(wú)需大于外界擾動(dòng)引起的信號(hào)基波頻率上限的兩倍，各光纖感應(yīng)單元形成的信號(hào)被共同的光電探測(cè)器檢測(cè)后，利用信號(hào)基波來(lái)分析擾動(dòng)信號(hào)的物理量，并利用載波基波或諧波的邊帶判斷感應(yīng)擾動(dòng)信號(hào)的光纖。
由于每次擾動(dòng)事件只發(fā)生在一個(gè)感應(yīng)單元，即只有一個(gè)感應(yīng)單元感應(yīng)到擾動(dòng)信號(hào)，設(shè)該單元為第i個(gè)感應(yīng)單元，從式（4）可以看出，調(diào)制頻率fmj（j≠i）的基波和諧波將不會(huì)出現(xiàn)邊帶，而調(diào)制頻率fmi的基波和諧波則出現(xiàn)邊帶，根據(jù)這一特點(diǎn)即可判斷感應(yīng)擾動(dòng)的感應(yīng)單元。由于僅需觀察是否出現(xiàn)邊帶，僅需相鄰的調(diào)制頻率有一定的間隔，不影響邊帶判斷即可，不需要傳統(tǒng)的相位載波復(fù)用方案那樣要求具有兩倍于基波最大頻率的要求。圖1為i單元發(fā)生擾動(dòng)時(shí)的頻譜示示意，在該圖中，載波頻率fmi出現(xiàn)了明顯的邊帶，說(shuō)明感應(yīng)信號(hào)來(lái)自于感應(yīng)單元i。對(duì)于出現(xiàn)邊帶的載波頻率的確定，利用一些便捷的分析手段，例如邊帶的能量、譜線的對(duì)稱性等，即可實(shí)現(xiàn)；信號(hào)基波則可用來(lái)恢復(fù)干涉信號(hào)。
由于僅用信號(hào)基波來(lái)恢復(fù)干涉信號(hào)信息，無(wú)需像傳統(tǒng)相位載波復(fù)用那樣用載波基波或諧波作為參考信號(hào)來(lái)解調(diào)干涉信號(hào)，相應(yīng)的信號(hào)處理手段簡(jiǎn)單，由于這個(gè)特點(diǎn)，也可以很方便地應(yīng)用于施加載波的調(diào)制端遠(yuǎn)離解調(diào)端的情況下（例如圖3的結(jié)構(gòu)中），而無(wú)需將調(diào)制信號(hào)引回解調(diào)端或在解調(diào)端恢復(fù)出解調(diào)所用的參考信號(hào)。
3數(shù)據(jù)分析
本文采用的是圖2的結(jié)構(gòu)。所使用的第一耦合器1為3×3均分耦合器，第二耦合器2為2×2耦合器，有2個(gè)復(fù)用的感應(yīng)單元：4（1）、4（2），使用的是光纜中的一芯，相應(yīng)的光纜長(zhǎng)度分別為21 km、14 km。光源為中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第44所生產(chǎn)的SO3B型超輻射發(fā)光管（SLD）型穩(wěn)定光源。光纖延遲器3使用的是美國(guó) “康寧”生產(chǎn)的G652型單模光纖，光電檢測(cè)裝置8中使用的光電探測(cè)器為中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第44所生產(chǎn)的型號(hào)為GT322C500的InGaAs光電探測(cè)器。使用的相位調(diào)制器是將光纖繞在壓電陶瓷上制作而成。經(jīng)測(cè)試，信號(hào)基波的最高頻率小于80 kHz，施加在相位調(diào)制器7（1）、7（2）上的頻率分別為100 kHz、110 kHz。低通濾波器9的帶寬為80 kHz，從光電檢測(cè)裝置8輸出的信號(hào)經(jīng)低通濾波器輸出的信號(hào)，經(jīng)信號(hào)采集卡采樣后，進(jìn)行擾動(dòng)位置以及擾動(dòng)性質(zhì)的判斷。同時(shí)，對(duì)光電檢測(cè)裝置8輸出的信號(hào)進(jìn)行采樣，對(duì)載波基波的邊帶，即頻率100 kHz、110 kHz的邊帶進(jìn)行分析，即可判斷擾動(dòng)來(lái)自那根感應(yīng)光纖。系統(tǒng)中所使用的采集卡為NI公司產(chǎn)品。
當(dāng)敲擊加有100 kHz載波頻率的傳感光纖時(shí)，所得到的的信號(hào)依次如下，圖4（a）為加載波后信號(hào)波形。圖4（b）為其頻譜圖，可以看到，100 kHz左右的邊帶有信號(hào)，而110 kHz左右邊帶比較干凈，所以可以判定敲擊信號(hào)是加在100 kHz所在的傳感光纖上的。圖4（c）為經(jīng)過(guò)80 kHz低通濾波器后得到的振動(dòng)信號(hào)。
當(dāng)敲擊加有110 kHz載波頻率的傳感光纖時(shí)，所得到的信號(hào)依次如下，圖5（a）為加載波后信號(hào)波形。圖5（b）為其頻譜圖，可以看到，110 kHz左右的邊帶有信號(hào)，而100 kHz左右邊帶比較干凈，所以可以判定敲擊信號(hào)是加在110 kHz所在的傳感光纖上的。圖5（c）為經(jīng)過(guò)80 kHz低通濾波器后得到的振動(dòng)信號(hào)。
由以上數(shù)據(jù)分析可以看出，可以用載波基波或諧波的邊帶來(lái)判斷信號(hào)發(fā)生的感應(yīng)單元，可以通過(guò)低通濾波器解調(diào)出相應(yīng)的線路上的信號(hào)。
4結(jié)論
本論文使用載波基波或諧波的邊帶來(lái)判斷信號(hào)發(fā)生的感應(yīng)單元，這種判斷方法簡(jiǎn)單易行，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。本方法的另一優(yōu)點(diǎn)是相鄰載波的頻率差無(wú)需大于信號(hào)基波的頻率上限的兩倍，這方便了載波頻率的選取以及相位調(diào)制器件的選擇，也使得復(fù)用單元的數(shù)量更大。
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關(guān)鍵詞：EKF；濾波；移動(dòng)信標(biāo)；節(jié)點(diǎn)定位
中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）09-2048-03
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于智能軍事、樓宇與智能家居、現(xiàn)代物流、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、交通控制、工業(yè)監(jiān)控等領(lǐng)域，通過(guò)設(shè)置大量的節(jié)點(diǎn)去監(jiān)測(cè)某事件相關(guān)的物理量，并以自組織方式形成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，這些事件需要確定發(fā)生的位置，而經(jīng)信息融合后得到的相關(guān)數(shù)據(jù)如果不包含事件位置信息將毫無(wú)意義，只有帶有標(biāo)識(shí)位置信息的傳感數(shù)據(jù)才有實(shí)際的意義，因此傳感器節(jié)點(diǎn)自身的正確定位是提供事件位置信息的前提，節(jié)點(diǎn)的精確定位基礎(chǔ)而關(guān)鍵。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)密度和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)目決定著網(wǎng)絡(luò)成本，為了降低成本和節(jié)點(diǎn)的硬件要求，往往采用移動(dòng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，在可移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)上安裝GPS或其它定位裝置，以一定規(guī)律的移動(dòng)并周期性所在的位置信息，未知節(jié)點(diǎn)利用所收到的相關(guān)信息，采用適當(dāng)?shù)臏y(cè)距法和節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算方法算出該未知節(jié)點(diǎn)的粗略位置，進(jìn)一步采用濾波技術(shù)進(jìn)行計(jì)算來(lái)提高定位精度。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信存在信號(hào)的非線性衰減、非視距傳播、多徑效應(yīng)及噪聲的影響，導(dǎo)致明顯的非線性因素，不能使用經(jīng)典卡爾曼濾波（KF）處理，而擴(kuò)展卡爾曼濾波（EKF） 可以有效處理非線性數(shù)據(jù)，適合于非線性條件下的濾波循壞求精。
1 擴(kuò)展卡爾曼濾波理論
卡爾曼濾波理論由Kalman在1960年提出，它綜合了狀態(tài)空間的概念與隨機(jī)估計(jì)理論，利用對(duì)象的狀態(tài)方程、觀測(cè)方程，并設(shè)法除去噪聲的影響的濾波算法，是一種基于高斯白噪聲背景下適用于線性系統(tǒng)的對(duì)隨機(jī)過(guò)程的最優(yōu)估計(jì)，在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
由于經(jīng)典卡爾曼濾波技術(shù)不能直接運(yùn)用于線性系統(tǒng)，對(duì)于非線性系統(tǒng)可以通過(guò)一階泰勒展開(kāi)近似線性化，在此基礎(chǔ)上再運(yùn)用KF進(jìn)行處理，這就是EKF。在對(duì)非線性系統(tǒng)進(jìn)行線性化的過(guò)程中舍去了高階項(xiàng)，因此EKF是一種次優(yōu)估計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于非線性程度較小的系統(tǒng)如移動(dòng)信標(biāo)的WSN節(jié)點(diǎn)定位，EKF仍能獲得較高的估計(jì)精度，不失為一種較好的濾波循壞求精方法，EKF技術(shù)正逐漸成為處理非線性系統(tǒng)狀態(tài)及參數(shù)估計(jì)問(wèn)題最常用的方法。
2 擴(kuò)展卡爾曼濾波的應(yīng)用
2.1 節(jié)點(diǎn)測(cè)距方法
本文首先采用RSSI測(cè)距法，利用RSSI值并結(jié)合傳播路徑損耗經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算未知節(jié)點(diǎn)到移動(dòng)信標(biāo)的距離。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，由于多徑、繞射、障礙物等因素，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路徑損耗模型通常引入隨機(jī)干擾的對(duì)數(shù)一常態(tài)分布模型[2]：
式中，[PL（d）]是未知節(jié)點(diǎn)所接收信標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度；d表示未知節(jié)點(diǎn)到信標(biāo)的距離；[PL（d0）]表示經(jīng)過(guò)距離[d0]后的路徑損耗，通常取[d0]=1m；[λ]表示路徑衰減因子，其值與周圍環(huán)境有關(guān)，取值在2至5之間；[Xδ]是均值為零，標(biāo)準(zhǔn)差為[δ]的高斯隨機(jī)變量。
其次，使用加權(quán)質(zhì)心定位算法（WCL）采用每個(gè)未知節(jié)點(diǎn)接收的RSSI值最大的前m個(gè)虛擬信標(biāo)位置作定位參考信息，加權(quán)質(zhì)心法權(quán)值的確定必須確保與未知節(jié)點(diǎn)越近的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的權(quán)值越大，可取[3]：式2.2 擴(kuò)展卡爾曼濾波模型
1） 狀態(tài)方程模型
在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中除了一個(gè)移動(dòng)信標(biāo)以外所有節(jié)點(diǎn)都處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以系統(tǒng)的狀態(tài)模型是線性的，可建立狀態(tài)方程模型如下：
式中[Xn=xnynT]表示未知節(jié)點(diǎn)由第n-1個(gè)信標(biāo)位置進(jìn)行濾波計(jì)算時(shí)的未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)向量，[Wn]是測(cè)量過(guò)程的系統(tǒng)噪聲，[Wn～N（0，Q）]。由于未知節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度為0，A為二階單位矩陣。
2） 觀察方程模型
由于信號(hào)的非線性化衰減現(xiàn)象在節(jié)點(diǎn)通信過(guò)程中存在，還有多徑效應(yīng)和非視距傳播的影響，所以觀測(cè)模型是非線性的，分析和仿真采用自由空間傳播路徑損耗模型和對(duì)數(shù)一常態(tài)分布模型，取未知節(jié)點(diǎn)從移動(dòng)信標(biāo)得到的位置信號(hào)RSSI值為觀察量，可建立觀察方程：
（4）式中P表示發(fā)射功率，G表示天線的接收增益，[Vn]表示平均值為0的高斯分布隨機(jī)變數(shù)，[Vn～N（0，R）]，其標(biāo)準(zhǔn)差范圍為：4到10，另：
3） 初始值的確定
狀態(tài)初值和初始狀態(tài)誤差協(xié)方差陣的選擇非常重要，它們很大程度決定了EKF的收斂速度及節(jié)點(diǎn)的定位精度。實(shí)際應(yīng)用中為加快EKF的收斂速度，可利用WCL獲得一個(gè)未知節(jié)點(diǎn)的近似位置，即狀態(tài)的初值；選擇一個(gè)較大的初始狀態(tài)誤差協(xié)方差陣P0。
3 WSN節(jié)點(diǎn)的定位計(jì)算過(guò)程
1）移動(dòng)信標(biāo)按照預(yù)先規(guī)劃的路徑移動(dòng)遍歷整個(gè)傳感區(qū)域，期間以一定的發(fā)射功率不同間隔距離地發(fā)送位置信息。
2）未知節(jié)點(diǎn)在收到信息后，選擇RSSI值最高的前m個(gè)信標(biāo)信號(hào)記錄其位置坐標(biāo)信息[RSSIi；xbi，ybi]，i=1，2，…，m，m≥3。
3）未知節(jié)點(diǎn)對(duì)信標(biāo)信號(hào)點(diǎn)，依其RSSI值從大到小排序，并記錄未知節(jié)點(diǎn)到信標(biāo)的信號(hào)位置的觀測(cè)距離集合：[D=d1，d2，...，dm]，D中元素從小到大排序，觀測(cè)距離[dm]是與[RSSIm]相對(duì)應(yīng)的值。
4）進(jìn)行WCL計(jì)算，得到未知節(jié)點(diǎn)的近似位置。
5）確定EKF的初始值，即狀態(tài)初值和初始狀態(tài)誤差協(xié)方差陣，采用EKF進(jìn)行迭代運(yùn)算，最終得到未知節(jié)點(diǎn)的精確定位。
4 仿真驗(yàn)算及結(jié)論
利用Matlab7.0軟件該算法的性能進(jìn)行仿真驗(yàn)算。假設(shè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在室外環(huán)境，路徑損耗較大，參照MICA2 mote，式（4）、（6）中移動(dòng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)無(wú)線電發(fā)射參數(shù)取值如下：發(fā)射功率與天線的接收增益之和為111dB，衰減因子[λ]設(shè)為3.2，高斯分布隨機(jī)變數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差為5，初始狀態(tài)誤差協(xié)方差陣則為：
[P0=25.00.00.025.0]；
設(shè)置200個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在200×200m2的正方形傳感區(qū)域中，移動(dòng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)路線采用SCAN路徑規(guī)劃方法如圖1所示，運(yùn)動(dòng)中確保圖1中的水平和垂直方向同時(shí)分別有從7到12個(gè)信標(biāo)位置的六種情形，移動(dòng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)在這些位置發(fā)送信標(biāo)位置信息。在WCL計(jì)算時(shí)取m=6，即數(shù)值較大的6個(gè)信標(biāo)位置點(diǎn)，確定EKF迭代次數(shù)為50次，仿真結(jié)果如圖2所示。
通過(guò)仿真及分析，驗(yàn)證了運(yùn)用EFK可以提高移動(dòng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的定位精度，該算法除了可用于RSSI測(cè)距方法，還可應(yīng)用于TDOA、TOA、AOA等測(cè)距方法。
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長(zhǎng)期以來(lái)，李勁松以高靈敏度激光光譜技術(shù)及其應(yīng)用研究為主要研究方向，開(kāi)展著自己的科學(xué)研究工作。多年來(lái)，他勤勉研究、J真執(zhí)著的精神以及在科研方面取得的成果受到了業(yè)界的高度關(guān)注。
從事科研 開(kāi)拓創(chuàng)新
“2008年，李勁松在中科院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所獲得博士學(xué)位，畢業(yè)之際，他收到了國(guó)內(nèi)外多個(gè)科研院所的offer，但是由于對(duì)科研的喜歡和熱切追求，他最終選擇了隸屬于法國(guó)科學(xué)院（CNRS）和法國(guó)太空中心（CNES）的法國(guó)蘭斯大學(xué)大氣分子光譜實(shí)驗(yàn)室， 加入到該學(xué)院物理系系主任Georges Durry教授的課題組從事科研工作。
在當(dāng)時(shí)，李勁松的主要任務(wù)是服務(wù)于法俄科學(xué)院合作的“福布斯-土壤（PHOBOS-GRUNT Mission）”號(hào)火星探測(cè)項(xiàng)目中子課題：“緊湊型可調(diào)諧二極管激光吸收光譜儀的研制”工作。期間，他獨(dú)立承擔(dān)了與法國(guó)皮埃爾西蒙拉普拉斯研究院氣象動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室合作的“室溫和低溫下2.05μm附近壓力誘導(dǎo)的CO2分子吸收譜線頻移研究”，為該實(shí)驗(yàn)室提供了一系列可靠的光譜參數(shù)，為其在高精度激光雷達(dá)探測(cè)大氣CO2空間分布的研究提供了很好的支撐，顯示了他強(qiáng)大的獨(dú)立科研能力。此后，他利用自己得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，對(duì)科研展開(kāi)了孜孜不倦的探索。
2011年1月，為了追求更高的科研目標(biāo)，李勁松進(jìn)入德國(guó)馬克斯普朗克化學(xué)研究所大氣化學(xué)系Fischer研究小組，開(kāi)始對(duì)基于新型量子級(jí)聯(lián)激光光譜技術(shù)及其在大氣化學(xué)方面的應(yīng)用研究，進(jìn)行了積極的探索和創(chuàng)新。
在德國(guó)期間，李勁松為Fischer課題研制出的高緯度機(jī)載量子級(jí)聯(lián)激光光譜傳感器，在大氣CO、N2O、H2CO長(zhǎng)期觀察研究方面取得了豐富的數(shù)據(jù)，從而為研究所在大氣化學(xué)方面的數(shù)據(jù)分析提供了有利的支撐作用，相關(guān)成果報(bào)道在傳感器和光學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊Sensors and Actuators B和Opt. Express。2013年6月，李勁松受美國(guó)科羅拉多州立大學(xué)機(jī)械工程系A(chǔ)zer教授的邀請(qǐng)，作為訪問(wèn)學(xué)者開(kāi)展QCL激光光譜技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)燃燒成分診斷方面的指導(dǎo)研究。
報(bào)效祖國(guó) 責(zé)無(wú)旁貸
心有赤子情，懷有報(bào)國(guó)心。滿懷著對(duì)祖國(guó)的依戀和感恩，李勁松謝絕了德國(guó)Fischer研究員和美國(guó)Azer教授的盛情挽留，懷著報(bào)效祖國(guó)和家鄉(xiāng)的夢(mèng)想于2013年12月回到了自己的家鄉(xiāng)――安徽合肥。他作為“海外高層次人才”進(jìn)入安徽大學(xué)物理與材料科學(xué)學(xué)院光電信息獲取與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。
回國(guó)后，李勁松在安徽大學(xué)首次開(kāi)展了基于單個(gè)量子級(jí)聯(lián)激光器的大氣多組分同時(shí)測(cè)量的雙光譜技術(shù)研究，解決了當(dāng)前量子級(jí)聯(lián)激光傳感技術(shù)方面的諸多不足，并將該技術(shù)成功推廣到安徽省科技攻關(guān)計(jì)劃資助的“公共安全領(lǐng)域爆炸物和危化品的遙感探測(cè)研究”，國(guó)家自然科學(xué)基金資助的“大氣N2O穩(wěn)定同位素的雙光譜原位測(cè)量技術(shù)研究”，以及科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助的“深海海水溶解性氣體和金屬離子化合物原位測(cè)量研究”等方面的應(yīng)用研究，收到了顯著的效果。現(xiàn)在，李勁松以第一作者和通訊作者在高水平SCI期刊已30余篇論文。
