时间：2023-06-05 09:54:34
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇光电检测技术，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
中图分类号：TN247文献标识码：A文章编号：
1.概论
世界已进入信息时代，人们在利用信息的过程中，首先要解决的就是获取可靠的信息，因此传感器技术越来越受到人们的重视。而随着传感器技术的发展，传感器所要面向的应用范围从纳米尺度到天文尺度两段都在不断扩展，精密测量技术已经得到了越来越多的研究和重视，这就使得作为现代精密测量的核心技术的光电检测技术的重要性与日俱增，因为传统的检测方法已经无法满足这些工作条件下的特殊要求。因此，光电检测技术的教学和研究已越来越受到国内为高等院校、科研机构和相关企业的重视。
现在一起科学技术是机械、光学、电学、计算机以及控制技术的综合化，光、机、电、算一体化已经成为仪器发展的趋势。传感器的微型化、纳米技术的发展，也对现代精密测量技术提出了越来越高的要求。在这种情况下，光电检测技术的重要性越来越明显。然而，在目前的测控技术月仪器体系中，光电检测技术的重要性并没有得到足够的重视。本文首先介绍了现代精密测量技术的发展现状，随之介绍了光电检测技术的基本内容及其面临的问题，最后提出应当突出光电检测技术的重要性，使之在测控技术与仪器专业体系中占有重要地位，这对培养具有创新能力和前瞻意识的高素质人才具有良好的促进作用。
2.现代精密测量技术的发展现状
现代精密测量技术是一门集光学、电子、传感器、图像、制造机计算机技术为一体的综合叉学科，涉及广泛的学科领域，它的发展需要众多相关学科的支持。在现代工业制造技术和科学研究中，测量仪器具有精密化、集成化、智能化的发展趋势。
科学技术向微小领域发展，由毫米级、微米级继而涉足到纳米技术，即微/纳米技术。微/纳米技术研究和探测物质结构的功能尺寸与分辨能力达到微米至纳米级尺度，使人类在改造自然方面深入原子、分子级纳米层次。
纳米级加工技术可分为加工精度和加工尺度两方面。加工精度由本世纪初的最高精度微米级发展到现在的几个纳米数量级。金刚石车床加工的超精密衍射光栅精度已达1nm，实验室已经可以制作10nm以下的线、柱、槽。
在这一大背景下，传统的测量方式已经很难发挥大的作用。因此，与精密测量技术的发展需求相对应，光电检测技术得到了越来越多的重视和应用。由于光电检测技术在工业测控、精密测量和计量方面的重要作用，特别是随着社会对产品质量意识的逐步提高。
3.测控技术与以其专业及其只是结构组成
测控技术与仪器技术隶属于信息技术领域的仪器科学与技术学科，其内容主要涉及测量控制与仪器仪表技术领域。随着科学技术尤其是电子信息技术的飞速发展，测量控制欲仪器仪表技术领域也发生了很大的变化。其自身结构已从单纯机械结构或机电结合或机光电结合的结构发展成为集传感技术、计算机技术、电子技术、现代光学、精密机械等多种高新技术于一身的系统，其用途也从单纯数据采集发展为集数据采集、信号传输、信号处理以及控制为一体的测控国产。特别是进入21世纪以来，随着计算机网络技术、软件技术、微纳米技术的发展，测量控制与仪器仪表呈现出虚拟化、网络化和微型化的发展趋势，从而使仪器科学与技术学科的多学科综合及多系统集成的属性越来越明显。
由此可见，测控技术与仪器专业的学生其知识面必须比较宽，横跨了传感器、通讯、控制、计算机等多方面的内容。
光电检测技术的简介
技术的业务培养目标是：培养具备精密仪器设计制造以及测量与控制方面基础知识与应用能力，能在国民经济各个部门从事测量与控制领域内有关技术、仪器与系统的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理等方面的高级工程技术人才。
技术的业务培养要求是：主要学习精密仪器的光学、机械与电子学基础理论、测量与孔子理论和有关测控仪器的设计方法，手奥现代测控技术和仪器应用的训练，具有本专业测控技术及仪器系统的应用级设计开发能力。
光电检测技术的基本内容及其面临的问题
光电检测技术是测控技术与仪器专业能使技术人员了解和掌握光电转换的基本原理及光电检测技术所必须的各种知识，了解和掌握常用光电测量方法及常用测量仪器的使用，具备进行各种基本光电测量所需技能和设计简单光电检测电路的能力。
光电检测技术基本内容包括三方面的内容。
掌握与光电技术有关的基础知识、基本原理和基础效应。如：阴极光电效应，半导体光电效应，PN结的光电效应：光电池及光电二三极管工作原理，光电成像原理，CCD工作原理，直接检测的典型光路。
理解光电技术的基本应用。了解常用光电器件如光电培正管、摄像管、CCD器件、光电池、光电二三极管等的特性参数。了解基本光电检测系统的主要参数。
了解光电检测的基本方法及光电检测电路的设计思想。了解光电技术的发展及广泛应用。掌握各种基本光电检测方法的有关技术。
6.光电检测技术在测控技术与仪器专业体系中的作用
综上所述，《光电检测技术》课程在测量控制与仪器仪表技术领域的重要性在不断增加。然而，在目前的测控技术与仪器专业课程体系中，《光电检测技术》课程的重要性并没有得到足够的重视。因此，我们需要对《光电检测技术》在测控技术与仪器专业课程体系中的作用进行重新认识。
光电检测技术在测控技术与仪器专业课程体系中的作用可以概括为四个字：承前启后。“承前”是指光电检测技术是传感器技术、工程光学、测控电路等内容的深入和拓展，“启后”则是指光电检测技术的内容是后续如光电仪器设计、智能仪器设计等环节的重要知识基础。没有对光电检测技术知识的良好掌握，要实现对各种现代精密测量技术的整体把握、实现符合要求的具有良好性能价格比的精密测量系统是不可能的。
7.结束语
因此，本文认为，在测控技术与仪器技术学习中，应当突出光电检测技术的重要性，在实验设备、授课学时、人员配置、科研技术等方面予以重点支持，使之在测控技术与仪器专业课程体系中占有与其在测量控制与仪器仪表技术领域的重要性相称的重要地位，这对于培养具有创新能力和前瞻意识的高素质人才具有良好的促进作用。
参考文献：
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[2] 曲兴华。仪器制造技术。北京：机械工业出版社，2005.
关键词：微弱光信号；现代光电检测技术；应用现状
1 概述
微弱光信号检测技术及其相应的光电检测技术可应用于各个领域，如在军事领域，用于隐形目标侦查、武器制造和目标距离检测以及无线通信等；在工业领域，可用于检测产品质量、控制环境污染量及产品计量等方面；在化学分析领域，可用于鉴定物质结构、检测分析药物成分等：在医学领域，可用于分析医学电子图像，通过回测微弱信号检测疾病等[1]。微弱光信号检测技术的研究意义重大。
2 微弱光信号检测技术研究现状
对于微弱光信号检测来说，其难点在于微弱信号采集部分的设计以及转换电路的设计。近些年来，随着现代光电技术的发展，关于微弱光信号的检测、采集与处理技术的研究也取得巨大发展。在采集检测系统的设计与实现方面，众多学者从不同角度进行了尝试和探索。
如采通过在信号处理电路中设置信号通道和参考通道方式，利用微处理器将广义白噪声滤除，开发出“BHJ-400”型红外测温仪。该红外测温设备即使在强噪声的背景下也能实现对微弱光的检测[2]；文献[3]基于信号的相关性原理，设计一锁相放大器并用于检测微弱光信号的测量系统中。从而研制出红外多光谱辐射温度测量系统，同时采用将方法与函数模型法相结合并根据自动化原理设计出双向反射分布函数自动测量系统[3]；采用在同一测量装置上集成非接触式光学成像CCD传感器和接触式光纤传感器方式测量工件的孔径，由于测量技术的科学先进性，该测量设备的测量精度可以达微米级[4]；文献[5]以采用高精度运算放大器及FLASH型芯片核心进行硬件系统和软件系统设计，其测量输出光功率的稳定度可达±0.01nW，有效实现了在光纤通讯领域中对传输终端的微弱光信号功率的高精度测量[5]。
可以看出现有方法多数基于相关检测原理设计锁相放大器，实现对微弱光信号的检测。然而这类方法都有实现成本高、流程和结构比较复杂等不足。寻找一种精度较高、成本较低且结构简单的微弱光信号检测系统十分必要。近期许多学者提出了一些改进的检测方法，取得了较好检测效果。
如文献[6]对传统的全部采用专用集成电路来检测微弱光信号的方法进行改造，将传统方法中不能适用于多变场合的缺点进行优化。该系统采用部分集成电路与相对分立元件相结合的方式形成两种放大器，系统中的光电转换电路以低输入偏置电流放大器AD549 为主。实验证明，分立电路既保留了传统检测系统抗干扰能力强等优点，且具有可操作性强和测量方式多变等优点[6]。文献[7]采用S2387系列光电二极管，结合多级放大路与T型反馈电阻网络，设计了一种放大倍率可编程的微弱光强信号采样电路。基于对实验数据的分析，通过对前后级放大倍数的合理分配，实现对光强或波长变化比较大的微弱光信号的最优放大，使得到的图像波形更加便于分析、研究。同时该电路兼顾了提高响应速度与降低噪声的要求，简洁可靠，测量精度高[7]。文献[8]通过设计下位机将待测光信号进行光电转换、放大和滤波等处理，下位机由光电转换电路、前置放大电路、多级放大电路、有源滤波电路和数据传输电路构成。通过采集卡将下位机采集到的信号送到上位机处理，提出一种自适应窄带功率谱滤波方法[8]。
此外，微弱光信号检测方法的理论研究也得到了较快发展，如文献[9]采用最优混沌模型李亚普诺夫指数法定量检测微弱光电信号幅值方法。基于最优混沌模型，解决了传统混沌方法检测时出现的可检测信噪比高、检测阈值误差大等问题[9]。文献[10]基于相关检测理论，设计微弱光纤陀螺信号检测系统，实现对开环背景噪声中微弱光纤陀螺信号的精确检测[10]。文献[11]基于数字正交相关检测方法，设计用于微弱激光信号检测的光电检测装置，在数字相关检测基本原理的基础上完成对光电检测系统的整体设计开发。仿真和实验结果验证了该方法的有效性[11]。
3 结束语
综上所述，国内外科研领域对微弱光信号检测技术的关注度较高，为开发高精度、低成本的微弱光信号检测装置，进行了探索并取得了显著成效。另一方面众多学者也将传统集成元件检测方法改进以适应不同检测场合，促进了微弱光信号检测技术的发展。微弱光信号检测技术在各个领域都占据着比较重要的地位，未来微弱光信号检测技术在相关领域的应用会越来越广泛，同时也将向智能化、数字化方向发展。
参考文献
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（蚌埠学院 数学与物理系，安徽 蚌埠 233030）
基金项目：基金项目：专业结构调整服务地方发展计划（2013zytz077）、校级大学物理团队项目（2013jyxmo5）、蚌埠学院2015年院级科研项目（2015ZR17）、蚌埠学院2012年院级重点教研项目（JYLZ1205）
摘 要：较化学检测法等传统环境污染检测方法，光学测量方法以其无可比拟的优势广泛应用于环境污染物的检测及监测，近几十年来发展迅速，并具有广泛的应用前景。随着激光技术和计算机技术的发展，光学测量方法也随之变革。例如激光光谱对特定气体的检测（LASAIR系统），紫外差分光学吸收光谱仪（DOAS系统）和傅里叶变换红外干涉仪（FTIR系统）等，都为这一变革提供有力的佐证。论文介绍光学显微镜检测方法，光学分析方法以及光电检测技术，重点分析光学显微镜检测方法在环境监测中的应用、光学分析方法在水质检测领域的应用、光电检测技术在环境监测中的应用，光学测量方法的最新发展方向。
关键词 ：光学显微镜；光电检测技术；光谱学分析法；DOAS系统；FTIR系统；LASAIR系统
中图分类号：O439文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）08-0005-04
随着现代科技的不断更新与物质生活的高度发达，环境污染物的排放量日益增多，人们在享受着丰富物质生活的同时，也受到了环境污染带来的冲击，例如酸雨的侵害，雾霾天气的影响，全球变暖导致的海平面上升等问题。传统的检测方法（如化学法），由于用时长、花费高、操作复杂，需要各个部门相互协作，甚至在检测时都可能会产生环境污染物，越来越受到抵制。而光学测量方法在环境检测方面，更能有效地避免这些弊端的产生。
在环境中，对于水质，有关部门主要通过对水质采样、化验、分析的方法实现对水质的监控。对于水体富营养化的这种情况，有关部门通过光学显微镜直接对水体进行观查即可。而对于重金属污染过的水源，往往光学显微镜很难直接观测出来，还要通过物理或化学的方法使重金属沉积，沉淀或“染色”，才有可能观察到。但是这种方法用时长，不利于及时了解水污染的情况，而且在使重金属沉淀的方法中，有可能又会产生新的污染物，样品处理又带来了困难。由于光学显微镜很难实现对空气的检测，所以在环境监测中用处并不大。这时人们联想到，也可以通过光的其他特性来实现对环境的实时的监控。而光电检测技术（如外光谱法，激光光谱法等），人们可以直接检测环境中的污染物，无需费时费力，既能实时地反映出污染物的量和浓度，又不会产生附加污染物，且在环境监测中实用性很强。光电检测技术利用光的光谱特性，可以在受污染的水中使用，也可以在工厂的排气烟囱中使用，甚至可以专一地检测某种气体，例如，甲烷气体，二氧化碳气体，含硫化合物气体等[1]。
1 光学显微镜检测方法在环境监测中的应用
在现实生活中，我们最易受到水污染带来的侵害，水体富营养化一直是我们关注的重大问题，而光学显微镜在这方面的检测应用极其广泛。环境保护部门在水污染地需要将水质进行抽样、化验、分析、观察，这时就要用到光学显微镜[2]。
1.1 细菌、霉菌检测
水体细菌含量是人们辨别水质是否利于饮用的重要标准，如人们会对水中的大肠杆菌群检测做一个革兰氏染色镜检。
1.2 生物群落检测
浮游植物是水域的初级生产者，繁殖速度很快。水体富营养化会促进其繁殖能力，从而影响水质的饮用安全。对浮游植物的检测，离不开光学显微镜。光学显微镜直接对水质进行观察监测，每过一段时间，镜检跟踪浮游植物的群落状况，以判断水体是否富营养化。
1.3 特殊物质检测
石棉纤维被动物体吸入肺部后，容易沉着在肺泡内，影响动物体的呼吸，对动物体的健康影响很大。在用光学显微镜检测时，必须用高倍镜才能观察到石棉纤维，因此，对光学显微镜的分辨率要求比较高。为确定肝癌细胞的使用量，需要用光学显微镜镜检肝癌细胞的复苏状况。
二噁英（Dioxin），是某些有害物燃烧后产生的脂溶性物质，不能被生物分解，具有很强的危害性。利用离体肝癌细胞的EROD与二噁英的复合毒性效应是生物学中的一种检测方法。环境监测部门也利用这种方法对环境中的石棉尘（石棉纤维）进行监测。
在受污染的水体中，培养鱼（一般选择生长速度快的青鱼）的受精卵，在鱼卵孵化过程中，使用光学显微镜监测受精卵的孵出率，并观察胚胎发育过程中畸形胎所占比重。
1.4 环境毒性测试
根据所知的生物学，单细胞藻类有很强的繁殖能力。可以在水体中培养藻类，用光学显微镜观察，监测藻类世代的生长情况和藻类种群的变化情况，判断水体中是否存在急性的毒性物质[3]。
2 光学分析方法在水质检测领域的应用
物质在吸收光波后，会在某一波段有一个吸收峰，通过分析这个波段，就可以得出该物质的光谱特性，光学分析方法就是在此研究基础上找到的一种测量方法[4]。反应灵敏度高，检测速度快的优点是人们在采用这种光学测量方法时首要的考虑因素。某些光学分析方法，人们往往既不需要像传统检测方法一样去使用试剂，又不需要花费太多的精力去维护相关的仪器设备。近几十年来，光学分析方法随着科技的脚步，在水质检测方面也跨上了一个新的台阶[5]。
2.1 比色分析法
比色分析法是指利用物质与物质之间的化学反应，获得深颜色的溶液后，通过比较前后溶液的颜色深浅度来测量所含物质浓度的方法[6]。比色分析法主要用于水质中，有色重金属离子的浓度检测。但是，有些重金属离子却是无色的，例如一价铜离子溶液，这时可以根据其易被氧化的化学特性，将一价铜离子溶液氧化成蓝色的二价铜离子溶液。比色分析法可分为目视比色分析法和光电比色分析法，两种方法的测量原理均为朗伯－比尔（Lambert-Beer）定律。但是，目视比色分析法中，人的主观判断会影响未知量的测量，因此目视比色分析法准确度不高。而采用分光光度法的光电比色分析法，弥补了主观判断造成的失误，未知量的准确度和灵敏度得到了提高。
通过了解，可以看出，使用比色分析法时，必须建立在显色反应的基础上，因此对溶液离子的化学性质要求比较高。人们可以采取目测的手段，也可以采用与离子反射或吸收波长相对应的单色光源进行检测，还可以使用与高速计算机联接的摄像头进行图像综合对比分析。利用显色剂的不同反应，比色分析法可被广泛地应用在水质监测方面以及测定受污染水质中的各类污染物浓度。
2.2 紫外光谱分析法
紫外光具有波长短，能量大，透过力强的特点，利用这一特点，人们可以通过紫外光谱区进行检测。有机分子在紫外光谱区的吸收较强（其实就是高能量脉冲杀死了有机活性物质），因此适用于检测水体有机污染物。紫外光谱分析法，分为单波长法，经过多年探索研究后，发展为双波长法，循序渐进到如今比较全面的全光谱法。对单波长法进行改进的双波长法，在测量时，无需参比溶液即可消除混浊度的影响。全光谱法是在光谱分析仪的基础上研究出的一种对待测溶液比较全面的检测方法，包含了吸光度在全紫外光谱区所有有机污染物。
2.3 间接测定法
水质中，对重金属离子的浓度还有一种间接检测方法荧光分析法[7]。顾名思义，荧光分析法就是获取重金属离子的荧光图像，再通过计算机编程处理，由此间接地测量出重金属离子的浓度。在这一过程中，需要用到与重金属离子相匹配的试剂。
2.4 直接测定法
直接测定法省去了间接测定法中匹配试剂的过程，检测速度有所提高，但是却要满足物质本身就发射荧光（如叶绿素、水中有机物等）这一苛刻条件。不管是间接测定法还是直接测定法，都无法忽略光源的重要作用。尤其是在直接测定中，要求光源的发射光波长与物质的吸收光波长一致。激光光源由于其得天独厚的优点（单色性好、能量集中），受到了研究人员的高度关注，激光诱导荧光技术就是采用激光作为光源的荧光检测技术。目前，激光光源在直接测定法中几乎已经取代了传统光源的检测地位。
3 光电检测技术在环境监测中的应用
虽然光学显微镜在水体污染的监测中可谓崭露头角，但在空气污染物的监测中却显得捉襟见肘。空气污染物通常指以气态形式进入大气层来物质（主要是人为污染，例如含硫化合物，二氧化碳气体等等），其对人体或生态系统具有很不好的效应，例如酸雨，雾霾等等。随着光学的发展，光电检测技术逐步应用到现实生活中，尤其在环境监测中，以其独特的优势获得了人们的青睐。
3.1 光电检测技术的原理
光电检测是指利用各类光电传感器，将被测量的物理信息转换成光信息，再通过A/D转换器转换成电信号，再综合利用信息传输技术和计算机编程处理技术，完成信息获取。当光照射到物体表面时，使物体发射电子、或电导率发生变化、或产生光电动势等。这种因光照而引起物体特性发生变化的现象称为光电效应光电检测系统以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，对载有待测物体信号的光信息进行处理，即通过光电检测器件接收光信息并转换为电信号。由输入电路、放大滤波等电路提取待测物的信息，再经过A/D转换器输入计算机运算和处理，最后提取出待测物体的几何量或物理量等所需信息（如图1的光电检测系统）。
3.2 光电检测系统在环境检测中的应用
光与物质的相互作用，改变了物质的某些物理特性。利用这种特性，制作的光电检测系统可以分为两大类：使用能覆盖宽光谱区的宽带光源的监测系统；使用激光或窄光谱光源，因而只能覆盖窄光谱区的监测系统[8-9]。在宽带监测系统中，傅里叶变换红外干涉仪（FTIR）或紫外差分光学吸收光谱仪（Uv-DOAs，又名DOAs系统）测系统可同时监测未知混合物中的多种化合物。通常这些化合物是包含在宽谱带内的，宽带监测系统能“观察到多种化合物的存在，但分辨率不高，不能将这些化合物从复杂混合物中直接区分开来”。但是，当宽带监测系统的分辨率低于欲观察的光谱线中的精细结构时，就不能观察到真正的吸收峰，且会限制对气体浓度值的检测。
激光监测系统由于分辨率高，扫描光谱范围窄，所以检测灵敏度相当高，但是激光监测系统发出的波长必须与被检测化合物吸收谱线的光波长相匹配。由于激光监测系统发出的激光波长是单色的，扫描波段被限制在极窄的范围内，一般情况下只能对应的检测出一种化合物。若检测的是混合物，则需要另加对应的监测装置。在目前的环境监测中，宽带监测系统和激光监测系统，这两种类型的监测装置都有其应用。例如，FTIR监测系统，它可提供对企业事故中泄漏出的某些有害化合物进行检测。这时对所有的可能的有害化合物来说，检测灵敏度就不如检测范围重要。但如果要连续实时监测从污染源（如烟囱向大气层中排放污染物，汽车尾气排放的污染气体时）释放出的有害气体，则监测装置抗其他化合物干扰的能力和高检测灵敏度就是重要因素了，这时，激光监测系统就成为了理想的监测系统。激光雷达像其它激光监测系统一样，能检测的样品不多，但它具有空间分辨力，是迄今为止，唯一能提供空间信息技术的检测系统，因此，探索污染物的发源地，激光雷达系统是最好的检测系统。诸如高空大气层中臭氧的消耗情况，可以使用激光雷达系统进行计算机模拟绘图。使用激光雷达系统提供大气层中空气分子成分分布的垂直剖面图，可以对大气传输和扩散过程有更透彻的了解。
DOAS系统可以测量多种化合物，如含氮化合物、甲醛、酚、苯、甲苯、二甲苯[10]。它的工作原理是根据光的反射定律，光源发射的光波经过某些物质后，经吸收的光波与光源光波一起被反射镜反射回来，利用计算机高速运算的能力分析光波的差异性，故而称作差分光学吸收光谱技术。调取吸收光谱数据库中已知数据，与吸收光谱数据相比较，从而分析物质中存在的化合物种类。
LASAIR系统是激光技术与计算机技术相结合的高新技术[11-12]，利用激光的单色性和计算机的高速运算能力，提高了检测效率。可调二极管激光吸收光谱分析仪发射出的激光光波长，足以满足吸收峰在中红外区（320um的范围内）的物质检测，适合大多数的工业环境监测。可调二极管激光吸收光谱仪，已在全球范围内有毒有害气体的检测上发挥了重要作用。LASAIR能测量的气体分子包括NOx、HF、HCI、HI、NH3、C2H2、COx、H2S、CH4。但是，由于每种气体对光波的吸收峰值不尽相同，必须要使用发射对应吸收峰值波长的激光光源。
4 结束语
随着时代而发展的光纤通讯和光电子信息技术被应用于环境监测中，尤其是具有体积小、寿命长和光电转换效率高的近红外二极管激光器[13-14]，目前已经迅速商品化，成为了检测空气污染物质的最合适光源。而调谐二极管激光吸收技术利用分子的吸收光谱单一分立吸收线这一原理，可以采样到被检测气体的每种光学信息。当激光通过被检测气体时，光电磁波会被吸收和散射而衰减。利用被测量物质分子的吸收能力远远高于物质分子对光的散射能力，我们可以忽略掉物质分子散射的这一衰弱影响。经过近30年的发展，调谐二极管激光吸收技术日益成熟，被广泛的应用在空气污染物质的检测和监测中。随着光谱学分析技术和激光技术的完美结合，特别是在近些年来，制作半导体材料和器件的工艺长足进步的情形下，激光光谱学分析技术在环境监测方面的应用越来越成熟。
红外半导体激光器可以在常温下工作，取代了传统光源的地位[15]。研究结果表明，红外半导体激光器的发射波长与很多环境污染气体的吸收波长相同。由于红外半导体激光器具有谱线窄、单频、功率大、工作可靠的优点，也为制作高质量，高水准的气体检测仪打下了坚实重要的基础。根据其对环境的抗干扰能力强，经常不需要标定，可直接安装在管道上检测等实用性的特点，被大量使用在工业生产过程中检测污染气体方面。
从光学显微镜早期在环境监测中的应用（主要在水质检测方面），到后来应用光学分析方法监测环境，直到现在人们又通过光的其他特性发明了各式各样的监测仪器，如：激光监测仪（DOAS系统），傅里叶变换红外干涉仪（FTIR监测系统）。可以说，光学测量方法是随着光学的发展而发展变化的。随着量子力学的发展，人们对光的认识不仅仅只是停留在了光谱层面上，而且也通过实验验证了人们对光的本质的假设。人们相信，现在我们所知的光学只是其冰山一角，光学测量方法也会随着光学的发展而日新月异。
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关键词 光学工程专业硕士；教学体系；实验室建设
中图分类号：G482 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2013）03-0140-03
Establishment of Experimental Teaching System and Laboratory Construction for Optical Engineering Professional Master Degree//Zhao Songqing， Jiao Zhiyong
Abstract In this paper， based on the practice of experimental teaching system and the laboratory construction for optical engineering professional master degree， we put forward a new experimental teaching system for the cultivation of high quality of excellent creative talents who will work for related enterprises and research institutions of photoelectric and marine resource. We also raise the teaching system which is of the characteristic of theoretical teaching tightly combined with experiment and core of the ability training for the optical engineering professional master degree. We tried to set up some of the preliminary related experiments.
Key words optical engineering professional master； teaching system； laboratory construction
目前，信息产业的发展已从传统的无线电波向光频波段扩展，现代光学工程技术已扩展和渗透到国民经济和人民生活的每一个领域，可以预计，本世纪是光和电并存发展的时代。近年来，我国多所重点大学和部分普通高校相继设立光学工程专业学位硕士点。根据该专业的特点，一般将其设置在物理学院（物理系、理学院）或电子信息学院（光电信息系、电子工程学院）。中国石油大学光学工程专业是经教育部批准，于2010年在理学院中新设置的一个硕士点专业。该专业旨在培养光学技术在石油领域应用的创新型人才，应用面广、实践性强。鉴于本专业大多数学生来自非石油院校，对光学技术在石油领域的应用不了解不熟悉，同时缺乏相关的石油的勘探开发炼制和储运的背景知识，因此，建立石油领域相关的光与油气实验课的教学体系尤为重要。专业实验课在专业人才培养中，特别在提高学生的工程实践能力以及科技创新能力上起着至关重要的作用[1-3]。本文将研究中国石油大学光学工程专业硕士学位实验教学体系构建的思路及内容，实验室的具体建设情况以及今后要做的工作。
1 光学工程专业硕士实验教学体系的构建
本专业建设初期，走访天津大学、南开大学、北京交通大学、北京邮电大学、山东大学等兄弟院校，考察他们的专业培养方向、实验教学体系、实践教学环节等。由于各校的学科优势与师资情况各不相同，各校的服务对象以及地理位置、招生情况也不尽相同，使得各高校在该专业的人才培养模式和专业方向上各有特色。在借鉴兄弟院校建设该专业经验的基础上，结合学校特色，经多次讨论研究，制订中国石油大学光学工程专业硕士的培养方案，在此基础上，初步建立光学工程专业学位研究生教学体系。
1.1 光学工程专业硕士培养方向的确定
中国石油大学为教育部直属的石油特色鲜明的全国重点大学，因此，人才培养目标是：1）为光电类高新技术企业、科研机构培养优秀人才；2）为海洋资源部门包括中海油等石油石化企业培养优秀人才。
基于以上目标，在光学工程专业硕士下设置两个选修方向，其一是“光检测技术”，课程设置以光电信息与检测技术及应用等为主，其就业面向光电高新技术企业、显示设备制造企业，兼顾石油系统的测井行业；其二是“海洋光学仪器与应用”，课程设置以海洋光学与海洋光学仪器、遥感技术与应用、激光测量技术、军用光电系统等为主，其就业面向海洋资源探测机构，以及海洋石油勘探与开发企业和国防部门。
1.2 光学工程专业硕士实验教学体系
根据本专业的知识结构特性，并根据学校本专业课程设置情况，该专业可分为激光原理与技术、光信息技术、光电子技术、光通信技术、光电检测技术、光显示与存储技术、T赫兹光谱技术、海洋光学技术等8个方面的内容，见图1。专业实验的教学体系的设立与设计围绕这8个方面进行，形成8个模块的实验内容，做到与理论教学的有机结合，既服务于理论教学，又是对理论教学的补充和提高。
为便于管理和教学，提高学生综合运用知识处理实际问题的能力，在实验课程的设计中，拟将以上8个模块的内容融合为4门实验课程：光信息技术实验（包括信息光学技术、光通讯技术）、光电技术实验（包括激光原理与技术、光电子技术）、光电检测与显示技术实验（包括光电检测技术、光显示与存储技术）、海洋光学仪器实验（包括激光光谱技术、海洋光学技术）。其中前2门实验课程是光信息科学与技术专业的必修实验，后2门实验课程为两个专业选修方向的选修实验。后2门实验课程学生在选做时完成每部分必选实验后，可以交叉选做另一专业方向的实验，以充分利用现有资源，培养复合型人才。
建立专业实验教学体系与设计实验课程还必须兼顾专业实验教学环节的特点、功能和培养目标。本专业实验是建立在大学物理实验、电子技术实验的基础上的，主要从专业知识与实验技能两个方面训练学生的综合素质和能力，为毕业论好准备工作，从而为继续深造和就业打下良好的基础。围绕4门实验课程，建立8个实验模块，按照人才培养规律，设置3个层次的实验教学体系：层次一，专业基础实验；层次二，设计型/综合型实验；层次三，研究型/创新型实验。内容安排由浅入深，由基础到创新，由单一知识点到系统的综合的实验研究训练，构成一个完整、科学、独特的光信息科学与技术实验教学体系，见图2。
2 光学工程专业硕士实验室的建设
2008年，学校投资600余万元用于建设材料物理与化学学科，购买太赫兹光谱检测设备、光纤传感设备、光谱与光电子检测设备，这些设备在立足科研的同时又可用于光学工程专业学位研究生的实验教学。同时基于学校的大学物理实验室、创新实验室、超声实验室、演示实验室，初步建立光学工程专业学位研究生实验教学实验室的规划建设，并实现本专业部分实验项目开设。下面是拟开设实验和需要购买的设备。
2.1 光信息技术实验
通过本系列的实验，使学生对信息采集、处理、传输、存储等方面的光学方法有深入的理解。具体实验项目有：1）全息照相，全息光栅制作；2）阿贝成像与空间滤波、θ调制；3）菲涅耳全息照相、相面全息、彩虹全息；4）全息高密度信息存储、特征识别；5）傅里叶变换光谱实验；6）偏振光学实验；7）光纤偏振控制实验；8）基本光纤光学实验；9）Mach-Zehnder光纤干涉实验；10）波分复用（WDM）原理性实验；11）掺铒光纤放大器原理性实验；12）光纤各种参数测试实验。其中有7项属于第一层次的实验，5项属于第二层次的实验。
2.2 光电技术实验
通过本部分实验的开设使学生加深对光电子学知识及其应用的掌握。具体实验项目有：1）光源基础实验LD/LED特性研究；2）光电探测原理实验；3）CCD原理及应用实验；4）光电报警系统设计实验；5）光电定向实验；6）光电倍增管特性参数测量；7）磁光调制实验；8）电光调制实验；9）声光调制实验；10）太阳能电池原理性实验；11）激光器系列实验。其中第一层次实验7个，第二层次实验3个。
2.3 光电检测技术实验
本部分为专业选修实验，具体的实验项目有：1）光纤位移传感器实验；2）光纤温度传感器实验；3）光纤压力传感器实验；4）光谱分析实验；5）液晶电光效应与显示原理；5）CCD系列实验。其中第二层次实验2项，第三层次实验4项。
3 下一步建设的设想
下一步建设的目标是按照提出的实验教学体系补充完善所缺实验设备，丰富各个层次的实验内容，出版光信息科学与技术专业实验课教材，希望学校加大投资力度尽快完善实验室硬件和软件。
1）在实验室硬件方面的建设中，继续完善、补充实验设备，完善激光原理与技术实验模块，完善光电检测技术实验模块，完善光显示与存储技术实验模块，完善激光光谱学实验模块以及海洋光学技术实验模块。并筹建光信息技术软件模块，建设光学计算机辅助设计实验室，完成对光学设计与CAD课程的支撑。
2）通过教学实践，建立完善的实验教学体系和实验教学模式。按照校级实验室的要求，建设光学工程专业学位实验室，合理安排不同层次实验项目的比例，优化验证型实验对原理的体现，加大设计型实验思考的力度，强化综合型实验对学生动手能力的培养，增强创新型实验对学生的针对性，做到因材施教。
3）建设网络实验教学资源和实验室信息化平台，包括实验室总体介绍、课程体系及大纲、每个实验的实施计划、试题库、相关多媒体课件、典型教案、网上选课系统等。实验教学及仪器设备的管理实现计算机网络管理，实现信息化、网络化，有效地提高工作效率。
4 结束语
根据培养方案确定了光学工程专业学位实验教学体系，即开设4门实验课程，包含8个实验模块，分为3个层次的实验教学体系。利用学校已有的科研实验室实验设备，初步建设了光学工程技术专业学位研究生教学实验室，整个实验室具有基础性的验证性实验项目、设计性实验项目，同时具有综合性实验项目，还有创新性的实验项目，能够部分满足学生的需求，极大地调动学生的积极性，为锻炼和培养学生的实验技能、分析问题和解决问题的能力提供很好的实践基地，为学生继续深造和参加工作打好基础。
参考文献
[1]李叶芳，于清旭，王晓旭，等.光信息科学与技术专业实验室的建设[J].实验技术与管理，2005，22（8）：110-112.
对大学新生开展新生研讨课，可以使大学新生尽快了解相关大学专业和课程设置，迅速完成从高中生向大学生的转变，掌握新的学习方法，为后续学习打下基础，因此国内外许多高校都在近年来开设了新生研讨课。然而，目前不少新生研讨课流于形式，教学研讨仅局限于课堂内，主要的教学形式还是老师讲学生听，虽然课内有一些讨论，但是学生没有真正地参与进来，教学效果不尽如人意。
为了改进新生研讨课，我们在新生研讨课“光电信息技术漫谈与应用”中，尝试进行新生研讨课教学改革，突破研讨课在时间和空间上的限制，把课堂内的研讨拓展至课外研究，把研讨问题引入更深更广层次；在具体的研讨教学过程中，加强理论与实验相结合、教师启发引导与学生自主探究相结合、课堂研讨与课外实验相结合。
二、课程改革和实践具体安排
“光电信息技术漫谈与应用”作为一门新生研讨课，它的作用是：通过教师与学生的交流、实验演示和操作、课题讨论辩论、课内外实验与研究等措施，帮助同学建立正确、全面的关于光电信息技术的认识，构建正确的知识观，激发学习研究光电信息技术的兴趣和动力，获得分析研究问题的能力和素养，为后续学习和进一步深造打下基础。因此，精心安排课程内容，构建新的研讨教学模式。
课程内容包含四个模块：光学；电子和单片机技术；光电检测技术；光通信技术。模块具体内容有：（1）光学：几何光学、波动光学、信息光学，重点理解成像系统的像差、光的干涉和衍射、光全息、光信息处理等内容。（2）电子和单片机技术：电路分析、线性电路、数字电路、单片机技术，重点理解电路分析原理、信号放大电路、模数转换、单片机工作原理。（3）光电检测技术：光电系统的构成、工作原理、应用范围、激光测距、光纤光栅传感、激光扫描，重点理解光电信号的调制、解调、检测原理，熟悉典型的光电系统。（4）光通信技术：调制解调、光发射、光接收，重点了解光通信原理、器件、光网络等。
构建新的研讨教学模式，通过漫谈、应用、研究、讨论四个教学环节来实现教学目的。第一“漫谈”，老师通过介绍典型光电仪器引出研讨内容，再辅以必要的讲解（研讨内容的知识背景、理论、技术以及进行实验演示等），让学生建立初步的认识，为后续研讨提供一定的知识基础。漫谈主要在课堂集中授课，采用多媒体、启发式教学，讲解基本概念、理论基础，并通过必要实验演示、现场交流讨论，帮助学生获得必要基础的知识和技术，建立正确认识、获得理论分析解决问题的能力。第二“应用”，要求学生在课外查找资料，利用现有的实验条件，进行相关的实验，从而获取必要的基础知识和实验结果，进而培养并提高学生实验动手能力，促进学生理解基本知识和技术。第三“研究”，通过课外辅导和课内研究而展开；学生五人组成研究小组，教师辅导学生查找资料，确定选题，拟定实验方案，设计实验，开展研究，最后撰写讨论提纲和报告。第四“讨论”，学生通过课内外的研究，获得研究结果，最后将研究报告制作成演讲PPT文档，在课堂进行汇报答辩；答辩过程中学生教师提问、讨论、辩论，最终教师总结、评定研讨成绩。
在实际的教学过程中，首先以点带面实现基本知识框架的构建。教师以典型的有吸引力的光电仪器为知识切入点，通过课堂讲解、分析、讨论，引发学生学习兴趣，激发学习动力。另外，要求学生查找相关资料和做实验，通过对资料和实验进行分析研究，建立对光电信息技术的认识，重点理解光学、电子和单片机技术，了解光电检测技术以及光通信技术。
通过课内的研究讨论、课外的实践活动，培养并提高学生自主学习能力、分析解决问题能力、实践动手能力、协作和交流能力，以及掌握一定的光学元件调试、光路调试、电子线路设计制作能力。通过组队和选题，在光学测试、光电电路设计、激光测量技术、光通信技术等方面开展研究，提高研究问题能力，提高科研素养。
教学方式采用“讲解――实验――研究――讨论”形式。教学方式上既有教师讲解又有师生互动讨论，内容上既有光电信息技术理论又有光电实验，空间上既在教室又在实验室，时间上既有课内又有课外，组织形式上既有个人又有团队。
从选课系统一开放就爆满到最后课程满意度达91%表明：这门新生研讨课课程深受新生欢迎，尤其是光电信息科学与工程、应用物理学、计算机科学与技术等专业信息同学，还有很多同学因没有选上该课而懊恼。选修该课的同学，积极认真，到课率95%。尤其是在第二阶段，即实验研讨课中，学生在老师的引导下，认真做实验，与老师和同学开展研讨，确定研讨内容、方案，最后实现了研讨目标，提高了学习和实验、研究、讨论的能力，为下一阶段学习打下了良好的基础。
三、总结
通过这一课程，新生不仅掌握了一定的光电信息技术知识和实验技能，还增长一些做研究的能力。同学通过查找资料、确定研讨题目、开展研究，完成了研讨整个教学环节的要求，为他们下一阶段的学习打下一个良好的基础。
通过该课程，我们还认识到，新生研讨课――这一新的教学模式，将教学主体由教师讲课改成学生研究，极大地激发了学生的学习主动性和学习兴趣，使教学达到事半功倍的效果，值得肯定和推广。
【参考文献】
[1]林冬华.美国新生研讨课全国调查20年：背景、发展与启示[J].中国高教研究，2011（11）.
关键词：电源电路；低噪声；光电检测；信号调理
中图分类号：TP391 文献标识码：A
在微弱光信号的检测中，利用光电倍增管（PMT）检测微弱信号仍然是一种主要方式。为此本文设计了一种基于光电倍增管（PMT）模块H10723-20的供电电路和信号调理电路，用于浮游植物粒径检测系统中微弱荧光信号的检测。由于需要检测的荧光信号比较微弱，背景噪声将对检测结果的精度和稳定性产生很大的影响，因此所设计的电路应必须具有较小的噪声和纹波。
1 系统设计方案
PMT模块H10723-20使用±5V的直流电压作为输入，为减小电源噪声，本文选择由输出为12V的开关电源通过DC-DC电压转换器转换而来的±5V电压作为PMT模块的输入电压。为方便后续电路对由H10723-20转化而来的电信号的传输和处理，本文设计了信号调理电路来调理、放大PMT模块的输出电压。由于检测到的光信号强度不同，为更加灵活的检测到光信号并防止强光对光电倍增管模块的损坏，本文为PMT模块设计了灵敏度调节电路，应对不同光强的光信号的检测。
电路主要由以下几部分组成：开关电源、DC-DC电压转换芯片、芯片电路、PMT模块、PMT灵敏度调节电路、信号调理电路，其总体结构框图如图1所示。图1中开关电源用来提供12V的电源电压；DC-DC电压转换芯片将开关电源提供的12V电压转换为±5V的电压供H10723-20使用，芯片电路用来降低±5V电压的噪声和纹波，提高输出电压的稳定性；灵敏度调节电路用来控制PMT模块的灵敏度；信号调理电路用来调理、放大PMT模块输出的电信号。
2 电源电路设计
2.1 DC-DC电压转换芯片的选择
经过各种DC-DC电压转换芯片的比较分析，本文最终选择MURATA公司的NMA1205DC芯片作为DC-DC电压转换器。该芯片标准输入电压为12V；输出为双路输出±5V，输出电流为±100mA。
该芯片内具有短路保护和热保护电路，且输入和输出相隔离，消除了直流路径，减小了开关噪声，使芯片具有较高的可靠性。芯片通过内部滤波电路平滑、滤波得到稳定的±5V大小的输出电压，使输出电压的纹波和噪声小于20mV。
2.2 芯片电路介绍
为更进一步减小输出电压的噪声，本文采用图2所示的芯片电路对芯片输入、输出电压进行调理，有效降低输出电压纹波和噪声。
图2中DC-DC电压转换芯片NMA1205DC的输入端加入电容的主要目的是为了降低来自上一级的纹波和噪声，较大的电容会使系统工作更加稳定，但考虑到PCB面积的损耗、其他器件的正常工作情况以及对应用系统中其余电路的干扰，本文的输入电容选用阻抗小的铝聚合物电解电容。考虑到输出电压噪声、转换器频率、输出电压纹波等因素，芯片输出端采用LC滤波电路平滑输出电压，减小输出电压纹波和噪声。由于大的电感可以降低输出电流和输出电压纹波且增大芯片的带负载能力，但却会耗费过多的PCB面积，综合考虑电路噪声、电压纹波、电感的尺寸、PCB面积等因素，本文选择22μH电感，电容C25、C26选择铝聚合物电解电容，C20、C22选择陶瓷电容，
3 PMT灵敏度调节电路
本文通过高精度旋转式电位器的滑动实现对PMT灵敏度的调节，具体原理为通过滑动电位器改变电阻值进而改变PMT模块H10723-20引脚Vcont IN和Vref OUT之间的电压值，不同的电压值决定了不同的灵敏度，从而实现了PMT的灵敏度的调节。为防止电位器在调节时滑至两端，出现短路的情况，在电位器两边分别加入电阻，以保护H10723-20模块，避免因短路导致PMT损坏。电路原理如图3所示。
4 信号调理电路设计
为满足后续电路对电压信号的要求，本文利用集成运算放大器AD823AN设计了放大电路来放大PMT模块的输出电压，电路原理图如图4所示。
放大电路输入级为放大级，主要用来放大PMT模块输出的电压信号，并利用电容和电阻构成有源低通滤波器，滤除高频噪声，提高电路性能。输出级为电压跟随器，输出电压近似输入电压幅值，并对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，使前、后级电路之间的相互影响很小，因而对前后级电路起到缓冲、隔离作用，并且具有很好的带负载能力。
5 结果分析
将本文设计的电路用在浮游植物粒径检测系统中，用来检测由波长445nm的激光激发产生的荧光光信号，系统设定波形经过10点移动平滑。所得荧光信号的波形如图5所示，整体波形具有较小的纹波和噪声，具有较高的信噪比，波形两边有较小的浮动是由于浮游植物粒径检测系统中波长为532nm的激光激发产生的少量荧光信号造成的，与本文所设计的电路无关，且不影响粒径的正确计算，本文的设计完全可以满足浮游植物粒径检测实验的要求，具有良好的效果。
结语
本文设计的电路应用在浮游植物粒径检测系统中，为该系统中的光电检测模块提供电源，并且对光电检测模块输出的信号进行调理和放大，有效地减小了电路噪声和纹波，得到了较好的荧光信号波形，有效的保证了检测结果的精度和整个检测系统的稳定性。
参考文献
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[2]侯惠淇，韩志刚，Jordi Cosp-Vilella.线性辅助的DC-DC电压转换器的设计[J].电子技术应用，2015，41（07）：47-49.
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关键字：CCD;尺寸检测
中图分类号： V448.15+1 文献标识码： A
Abstract: CCD technology has become a set of applied optics, electronics, precision machinery and computer technology for the integrated technologies, and is widely used in modern optical and optoelectronic measurement technology. This paper describes research on CCD technology at home and abroad, and to explore the CCD technology trends.
Keywords:CCD ; Size detection
一．概述
电荷耦合器件(Charge Couple Device，CCD)是一种以电荷为信号载体的微型 图像传感器，具有光电转换和信号电荷存储、转移及读出的功能，其输出信号通常是符合电 视标准的视频信号，可存储于适当的介质或输入计算机，便于进行图像存储、增强、识别等处理。
自CCD于1970年在贝尔实验室诞生以来，CCD技术随着半导体微电子技术的发展而迅速发展，CCD传感器的像素集成度、分辨率、几何精度和灵敏度大大提高，工作频率范围显著增加，可高速成像以满足对高速运动物体的拍摄，并以其光谱响应宽、动态范围大、灵敏度和几何精度高、噪声低、体积小、重量轻、低电压、低功耗、抗冲击、耐震动、抗电磁干扰能力强、坚固耐用、寿命长、图像畸变小、无残像、可以长时间工作于恶劣环境、便于进行数字化处理和与计算机连接等优点，在图像采集、非接触测量和实时监控方面得到了广泛应用，成为现代光电子学和测试技术中最活跃、最富有成果的研究领域之一。
二．国内外研究状况
CCD检测技术作为一种能有效实现动态跟踪的非接触检测技术，被广泛应用于尺寸、位移、表面形状检测和温度检测等领域。
1尺寸测量
由CCD传感器、光学成像系统、数据采集和处理系统构成的尺寸测量装置，具有测量精度高、速度快、应用方便灵活等特点，是现有机械式、光学式、电磁式测量仪器所无法比拟的。在尺寸测量中，通常采用合适的照明系统使被测物体通过物镜成像在CCD靶面上，通过对CCD输出的信号进行适当处理，提取测量对象的几何信息，结合光学系统的变换特性，可计算出被测尺寸。
1997年，J.B.Liao等将CCD摄像系统应用在三维坐标测量机(Coordinate Measuring Machine，CMM)上，实现了三维坐标的自动测量。他们将一个面阵CCD安装在与CMM的3个轴线都成45°角的固定位置，通过计算机视觉系统与CMM原来的控制系统连接来控制探头和工件的移动，以此探测探头和工件的三维位置。该方法不需要对原CMM系统进行改变，只要将CCD视觉系统连入原有的测量机即可。由于测量系统中只用一个面阵CCD，从而简化了测量系统结构，降低了系统成本，减小了因手工操作引起的误差，提高了测量效率，并能避免单独使用CCD测量时，因光衍射而造成的边缘检测误差，可用于工件三维尺寸的精确测量。
2形变测量
尽管利用线阵CCD测量材料变形具有非接触、无磨损、精度高、不引入附加误差、能测量材 料拉伸的全过程，特别是测量材料在断裂前后的应力应变曲线，得到材料的各种极限特性 参数等优点，但只能测量材料拉伸时在轴线方向的均一形变。为此Scheday, Miehe和Cheva lier等人开展了采用面阵CCD测量材料形变的研究。在此基础上，Stefan Hart mann等人借助面阵CCD研究了橡胶材料在拉伸和压缩时的形变情况。即在圆柱 形黑色测试样品的轴线方向等距标定几个白点，用CCD摄取相应图像并送入计算机进行处理，通过检测白点标记间的距离来计算样品受力时轴向的形变，并通过轮廓检测算法得到轴对 称的圆柱型样品的轮廓尺寸，经过数据校正，可计算出被测样品半径方向上的形变。这种方法可同时获得两个方向上的形变量，并测量出材料被压缩时的非均一形变。
3三维表面测量
由于CCD传感器能同时获取被测表面的亮度和相位信息，因此，将CCD和计算机图像处理技术 与传统的三维表面非接触光学测量方法相结合，可实时测量物体形变、振动和外形。随着CCD工艺水平的提高，面阵CCD被广泛应 用于三维表面测量。1996年，B.Skarman等提出了相变数字全息 测量法。此后，F.Chesn、C.Quan、P.S.Huangv、G. Pedrini等人分别在有关测量方法中应用了CCD技术，从CCD图像中获取相位图的新方法也相继出现。在条纹图样投影法中采用相变技术时，只能检 测静物表面轮廓，不适用于实时检测振动和变化的表面形状。
4高温测量
物体的辐射光波长和强度与物体温度有着特定的关系，因此CCD作为一种光电转换器件，可用于温度测量。1993年，Tenchov等人采用CCD间接测量溶液表面温度；1995年，K.Y.Hsu和L.D.Chen用可测量红外波段的加强型CCD测量液态金属的燃烧火焰温度，但其测量误差达到400～200K，缺乏实用性。此后，利用红外CCD测量温度场成为CCD测温研究的主流。2001年，Takeshi Azami等人利用CCD的亮度波动信息来研究 熔融硅桥表面的热流状况，获得了较好的结果。事实上，由CCD的光谱响应特性、光电转换特性可知，利用RGB输出值可得到被测物体表面图像中的亮度和色度信息，并根据比色测温原理 计算出物体的表面温度场。虽然有人提出了基于CCD测温系统的三维温度场构建算法，但直接利用彩色CCD测量温度的仪器还处在实验研发阶段。尽管如此，由于CCD技术能测量运动物体的温度，给出二维或三维温度场，实现非接触高温测量，因此，CCD测温技术有很大的发展潜力和应用前景
三．发展趋势及应用前景
1数字化测量技术
数字化测量技术是数字化制造技术的一个重要的、不可或缺的组成部分；数字化测量仪器、数字化量具产品的不断丰富和发展，适合并满足了生产现场不断提高的使用要求。
2测量技术与制造系统的集成
将现代测量技术及仪器融合、集成于先进制造系统，从而构建成完备的先进闭环制造系统。
3激光测量技术的应用
随着激光测量技术的发展，将与CCD检测技术更紧密的结合在一起。
4传感器的微、纳米化
传感器向小型化、微、纳米级精度发展，生产现场适应性更强，精度更高。
5系统的集成化
随着微电子技术的不断发展，整个测量系统正向着系统化、集成化方向发展（SoC）。
综上所述，CCD应用技术已成为集光学、电子学、精密机械与计算机技术为一体的综合性技术，并被广泛应用于现代光学和光电测试技术领域。事实上，凡可用胶卷和光电检测技术的地方几乎都可以应用CCD。随着半导体材料与技术的发展，特别是超大规模集成电路技术的不断进步，CCD图像传感器的性能也在迅速提高，将CCD技术、计算机图像处理技术与传统测量方法相结合，能获取被测对象的更多信息，实现快速、准确的无接触测量，显著提高测量技术水平和智能化水平，因此，CCD技术必将以其突出的优点而在工业测控、机器视觉、多媒体技术、虚拟现实技术及其他许多领域得到越来越广泛的应用。
参考文献：
［1］王庆有.CCD应用技术［M］.天津：天津大学出版社，2000．
［2］王跃科，杨华勇.CCD图像传感技术的现状与应用前景［J］.光学仪器，1996,18(5)：32－36．
陕西长岭纺织机电科技有限公司作为国内综合实力最强的纺织电子仪器和电控设备科研生产基地，多年来坚持以技术创新推动纺织行业产业升级，不断加大新产品开发力度，在本次2012年中国国际纺织机械展览会暨ITMA亚洲展览会上重磅出击，携最新产品精彩亮相。
脱胎于中国军事电子工业雷达整机制造企业的长岭纺电依托自身雄厚的科研实力，在全球纺织行业不断向亚洲转移的形势下，公司积极调整产品结构，整合各种资源，不断提升企业的核心竞争力。在本次展会上展出的产品涵盖数字电子清纱器、纱线实验室仪器、棉纤维检测仪器、化纤长丝实验室仪器、织物实验室仪器、喷气织机等24个产品。首次亮相的新产品有CT4000条干均匀度测试仪、CF200棉纤维性能测试仪、CN200棉结测试仪、XHK-201绣花机电控系统、CS808棉花异纤清除机、全自动光电验布机、DQSS-35电子清纱器、DQSS-52电子清纱器等。
此次展出的CT4000条干均匀度测试分析仪自2010年开始研发，该产品将电容检测技术、光电检测技术融合起来，在实现对纱线的条干线密度不匀、直径变化、毛羽信息等指标测试的同时，特别利用光谱测量技术，实现了对纱线中杂质及灰尘含量的测试。该产品提供条干测试的波谱图、精细连续波谱图、变异—长度曲线、线密度频率分布图等图形，最高测试速度800m/min，实现测试的全自动化，大大提高测试效率。该分析仪代表了国产条干仪技术最高水平，它的推出将国产条干仪技术发展推行新的高度，对提高纺织行业检测水平起到了积极作用。
长岭纺电的电子清纱器产品呈现系列化，尤其是这次展出的适配各类自动络筒机的精锐 52电子清纱器是一种带异纤清除功能的智能化、嵌入式电子清纱器，采用先进的ARM技术和嵌入式平台设计，具有处理速度快，功耗低等特点，可以通过预留的以太网接口完成联网功能，实现集中监控管理。
长岭纺电还展出了该公司潜心研制开发的系列棉纤维测试仪器，除了填补国内空白的XJ128快速棉纤维性能测试仪和XJ129棉结和短绒测试仪，首次推出了CF200棉纤维性能测试仪和CN200棉结测试仪。CN200棉结测试仪是集光、机、电、气为一体的精密纺织电子仪器，该仪器测试速度快，可用于检测原棉及半成品棉的棉结变化，对纺织厂分析原料质量、科学的配棉、精细化控制设备状态从而提高纺织产品质量具有重要意义。CF200棉纤维性能测试仪是一种大容量、多指标的棉花纤维性能综合测试仪器，可以满足纺织企业对棉纤维检验仪器的需求，客观地评价棉花品质、指导纺织企业配棉、合理利用棉花原料，具有十分重要的意义。
实物展出的CS808棉花异纤清除机全面采用了该公司在异纤清除的六项专利技术，产品采用棉流下进上出的的龙门式结构，独立的可见光和紫外光双模块检测，避免相互干扰，能有效地清除棉花中的各种异纤，适用于各种清梳联和老式清花生产线。长岭纺电还展出了CA082-190-2C-Z4-E喷气织机，再次彰显了长岭纺电坚持不懈的创新精神和雄厚实力，这也是该公司立足企业发展需要，积极地调整产品结构，努力由单纯的“电”向“机电”转移，由单一的“纱线”向“纤维、纺织品”拓展的成功范例。该产品吸收了国内外喷气织机的优点，在引纬系统引入了模糊控制、智能引纬的控制方法，增强了喷气织机的适应性及可操作性。
关键词：食品安全 快检 技术综述
引言
食品安全（food safety）是指食品无毒、无害，符合应当有的营养要求，对人体健康不造成任何急性、亚急性或者慢性危害。俗话说“民以食为天”，食品安全关系到人民群众的身体健康和生命安全，关系到社会和谐稳定，而近年来食品安全问题层出不穷，加了吊白块的面粉，有毒的大米，注了水的鸡肉，掺了石蜡的火锅底料，硫酸泡过的荔枝，以及假酒假烟假蜂蜜劣质奶粉充斥着市场，真让老百姓担心起这片“天”。因此，对食品的生产、加工和销售环节实施监测监控势在必行，食品安全分析检测技术应运而生。
传统的食品安全分析检测技术主要是指化学分析法和大型仪器检测法，相对成熟。但它们的操作只能局限于实验室，操作复杂，耗时长，不能满足对食品质量安全实时监督掌控的需求，尤其在突发事件时，快速检验检测技术以其简捷性和便携性两大优势得到了快速发展。
1、食品快速检验检测技术的研究现状
1.1 化学速测技术
化学速测技术主要是根据待测成分的某些化学性质，将样品与特定试剂发生水解、氧化、磺酸化或络合等化学反应，通过与标准品的颜色比较或特定波长下的吸光度比较，以获得检测结果，通常也成为化学比色分析法。
利用普通化学原理的速测法主要包括检测试剂和试纸，随着检测仪器的不断发展，国内外均已有与测试剂相配套的微型光电比色计。针对试纸检测的仪器也有报道，如硝酸盐试纸条[1]，主要是将硝酸盐还原为亚硝酸盐，在弱酸性条件下与对氨基苯磺酸重氮化后，和N-1-盐酸萘乙二胺偶合形成紫红色染料，试纸变色，插入检测仪读数即可。德国默克公司生产的与试纸联用的光反射仪技术相对成熟，国内尚无商品化仪器问世。
利用生物化学原理的速测法主要应用于微生物的检测，商品化成品以美国3M公司的PerrifilmTM Plate系列微生物测试片为代表，在检测金黄色葡萄球菌时，只需要测试片与确认片配套使用即可。测试片有上下两层薄膜组成，下层的聚乙烯薄膜上印有网格，便于计数，同时覆盖着含有特异性显色物质和抗生素的培养基，若样品中含有金黄色葡萄球菌，无须增菌，直接接种纸片培养24h后便可观察到显示出特殊颜色的菌落；确认片与测试片相似，只是含有不同的特异性显色物质，将有疑似菌落的测试片影印到确认片后，培养1-3h即可观察，不需进行繁琐的生理生化鉴定。而常规的Baird-Parker平板计数法耗时长达78h。
1.2 酶抑制速测技术
酶抑制速测技术主要用于食品中农药残留和重金属的快速检测。这些物质可通过键合作用造成酶的化学性质和结构的改变，产生的酶-底物结合体会发生颜色、吸光度或者pH值的变化，通过测定这些变化以达到定性或定量检测的目的。根据检测方式的不同，可分为试纸法、pH计法和光度法。相比而言，试纸法成本低、操作简单，更易于推广。它主要是将酶和底物分别固定在两张试纸片上，当样品中有待测组分时，会对酶产生抑制作用，两张试纸片接触后，酶和底物结合便会发生显著地颜色变化，比较适合农贸市场和超市等一些食品集散地的实时安全监管。由于该方法的检出限和保存性等方面的局限，只适用于初筛检测[2]。
1.3 生物传感器速测技术
生物传感器技术是利用生物感应元件的专一性，按照一定的规律将被测量转换成可用信号，使这种信号强度与待测物浓度形成一定的比例关系，具有快速、灵敏、高效的特点，是目前食品安全检测技术的研究热点，广泛应用于食品中农药残留、兽药残留等方面的检测，与传统的离线分析技术相比，它更适应于在复杂的体系内进行快速在线连续监测，在现场快速检测领域有着不可逾越的优势，按照传感器类型又可分为免疫传感器、酶传感器、细胞传感器、组织传感器、微生物传感器等等。
免疫传感器是在抗原抗体结合免疫反应的基础上发展起来的生物传感器。利用压电免疫传感器检测食品中常见肠道细菌时，通过葡萄球菌蛋白A将肠道菌共同抗原的单克隆抗体宝贝在10MHz的石英晶体表面，以大肠菌群为例，响应值可达10-6-10-9。
1.4 免疫速测技术
免疫速测是利用抗原抗体的专一、特异性反应建立起来的方法，根据选用的标记物可分为放射免疫检测、酶免疫检测、荧光免疫检测、发光免疫检测、胶体金免疫检测等。酶联免疫吸附检测法是应用较为广泛的一种免疫速测技术。它将酶标记在抗体/抗原分子上，形成酶标抗体/抗原即酶结合物，抗原抗体反应信号放大后，作用于能呈现出颜色的底物上，可通过仪器或肉眼进行辨别。目前，黄曲霉毒素酶联免疫试剂盒已广泛应用于食品检测中。
1.5 分子生物学速测技术
聚合酶链式反应（PCR）是近年来分子生物学领域中迅速发展并运用的一种技术，在食品检测中主要用于微生物的检测。它利用是否能从待测样品所提取的DNA序列中扩增出与目标菌种同源性的核酸序列来判定是否为阳性，该方法从富集菌体、提取遗传物质、PCR扩增到电泳、测序鉴定，可控制在24h，而致病菌的传统培养检测至少需要4-5天。
随着研究的逐深入，由PCR技术派生出的实时荧光PCR法、DNA指纹图谱法、免疫捕获PCR法、基因芯片法等也逐步得到了应用。基因芯片技术可以在很小的面积内预置千万个核酸分子的微阵列，利用细菌的共有基因作为靶基因，选用通用引物进行扩增，利用特异性探针检测这些共有基因的独特性碱基，从而区分出不同的细菌微生物。该法特异性强、敏感性高，可实现微生物检测的高通量和并行性检测。
2、食品快速检验检测技术的发展方向
食品安全快检法以其简捷性和便携性两大优势得到了快速发展，但缺点也显而易见，需要完善的地方依然很多：
2.1 简单 速检验检测技术往往是由一些非专业技术人员使用，因此，检测方法采样、处理、检测、分析等各个环节简单、易行是该方法的一大发展趋势。
2.2 准确 检法前处理简单，势必导致待测样品纯度不高，基体干扰大。因此，在今后方法的研究中，应更多关注与如何避免假阳性结果，尤其是在分子生物学速测法中，增强靶基因的特异性、引物的特异性、排除死菌体造成的假阳性应得到进一步探索。
2.3 便携 着微电子技术、智能制造技术、芯片技术的发展，检测仪器应向微型化、集约化、便携化方向发展，以满足更多的现场、实时、动态的检测要求。
2.4 经济 测成本的高低直接决定着检测技术能否得到广泛的推广和应用，如何在确保又好又快的检测基础上，尽最大可能的降低成本也是今后的研究方向。
2.5 标准化前，我国尚未制定出与食品安全快速检测技术相关的标准和规范，这也阻碍了快检法的推广和应用。随着技术的提高和检测中对快检法的需要，应及时制定出相关标准规范以增强快检结果的认可性和权威性。
参考文献
【关键词】 汽车玻璃 光学性能 单片机 AT89C52
1 引言
近二十年，随着社会与经济的发展，汽车年销量大幅增长，汽车已走进千家万户。1995年，中国各类汽车年销量为144.1779万辆，到2011年，年销量达到1850.51万辆[1～2]。而汽车玻璃作为汽车的重要组成部分，除了具有保护作用外，还直接影响到汽车的安全性能、车内舒适程度以及汽车的某些特殊功能。因此，汽车玻璃的力学、光学、高温和潮湿等性能受到了生产商家和用户的广泛关注，特别是光学性能[3～4]。
为了完善市场管理和保障人们的生命安全，国家对不同位置汽车玻璃的透射比、光畸变、反射比等参数进行了规定。本系统主要针对汽车玻璃中的透射比和反射比，设计一套基于单片机的汽车玻璃光学性能检测系统。
2 系统设计
本系统工作原理为：光源发出脉冲调制光，在双通道光路作用下，结合光电技术转换为微弱电信号，经模拟电信号处理、A/D转换成数字信号，最后利用主流单片机AT89C52控制实现键盘控制、报警、显示的功能，构成一套具有实时性、抗干扰能力强、连续正常工作的系统。
2.1 光源与光路
由于汽车玻璃大多处在太阳光环境下，所以在选择光源时，应尽量选择与日光接近的光源，考虑到性能、价格以及实用性等多方面因素，本次设计采用东莞市普飞电子科技有限公司的5WW4-Y-T高指向性、环氧封装、圆形的超高亮度白光LED[5]。通过1KHz脉冲电信号驱动，从而发出脉冲白光。
光路部分采用双通道技术，可以克服单通道测量方法的不稳定性和不重复性。
2.2 光电转换电路
由于本汽车玻璃检测系统是基于白光的研究设计，白光为可见光，可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围。一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长大约在380到780纳米之间的电磁波。再结合各器件波长范围、价格、有效面积以及特性等多方面因素的对比分析，最终选取硅材料FDS100，波长范围在300到1100纳米作为本检测系统的光电二极管[5]。并由电流-电压转换电路转换为电压信号。
2.3 模拟电信号处理与模/数转换
该模块主要由同相比例放大器、二阶压控电压源低通滤波器、二阶压控电压源高通滤波器组成。为了避免杂光的干扰和电压的波动等因素带来的信号的变化，加入滤波电路有效滤除干扰，以提高检测的精确度，得到符合设计的电信号。
为了后期单片机进行信息处理需要，增加模/数转换电路。考虑到透射、反射以及参考三路信号，选用美国国家半导体公司生产的8路输入通道，8位A/D转换器ADC0809。它具有多通道、低功耗、转换速度快、单电源供电的优点。
2.4 单片机与电路
单片机选择性价比较高的AT89C52，它是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8kB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。
单片机电路主要包括显示电路、报警电路、时钟电路和复位电路等。通过单片机进行数据处理后，对透射比和反射比进行分别显示，并设有超限报警处理电路，将超限情况反馈到生产线上，方便调整生产线。
3 结语
本系统是基于白光、光电检测和单片机处理的系统，实现对汽车玻璃反射率和透射率进行及时准确的检测。可以实时检测生产线上玻璃因配料和厚度变化，镀膜的膜层不均匀，玻璃形装等各类因素引起的玻璃反射率和透射率的变化情况。并能及时将数据反馈给生产，通过和标准值进行对比，如果在误差范围内，则继续生产，误差意外则应立即停止生产，等问题解决之后再回复生产，这样可以避免生产出大量不合格产品，最大限度的减少厂家损失。也可以通过整理数据，考察一段时期内生产线上玻璃透射率和反射率的变化情况，对生产原料进行改进，进行更稳定，精确的测量[6]。
参考文献：
[1]尹小平，王艳秀.中国汽车销量影响因素的实证分析[J].统计与决策，2011（8）：98-100.
[2]王笃飞，程少杭.近期内中国汽车市场销量分析.湖北经济学院学报，2012（3）：59-73.
[3]张萍，王东.汽车安全玻璃现状与未来[J].中国玻璃，2004（1）：7-10.
[4]张振.汽车安全玻璃发展研究[J].车界论坛，2005（2）：1-3.
关键词：电子科学与技术；本科培养方案；课程设置；办学特色
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）30-0070-02
21世纪被称为信息时代，电子科学与技术在信息、能源、材料、航天、生命、环境、军事和民用等科技领域将获得更广泛的应用，必然导致电子科学与技术产业的迅猛发展。这种产业化趋势反过来对本专业的巩固、深化、提高和发展起到积极的促进作用，也对人才的培养提出了更高的要求。因此，本文从人才的社会需求出发，结合我校实际情况，进行了本科专业培养方案的改革探索，并详细介绍了培养方案的制定情况。
一、人才的社会需求情况
目前，我校电子科学与技术专业的本科毕业生主要面向长三角地区庞大的微电子、光电子、光伏和新能源行业，市场对专业人才的需求基本上是供不应求的。但是也应该注意到电子科学与技术产业的分布不均，分类较细，且发展变化较快。另外，电子科学与技术产业结构具有多样性，既有劳动密集型的大型企业、大公司，更多的是小公司和小企业；既有国有企业和私营企业，更有合资、独资的外企。因此，社会需求与本专业毕业生的供需矛盾还会继续存在。
二、专业的培养目标和定位
本专业培养具备微电子、光电子领域的宽厚专业基础知识，熟练实验技能，能掌握电子材料、电子器件、微电子和光电子系统的新工艺、新技术研究开发和设计技能，有较强的工程实践能力，能够在该领域从事各种电子材料、元器件、光电材料及器件、集成电路的设计、制造和相应的新产品、新技术、新工艺的研究、开发和管理工作工程技术人才。并且结合我校“大工程观”人才培养特色，依据“卓越工程师”教育理念下工程技术型人才培养的原则，培养适应微电子和新兴光电行业乃至区域社会经济建设需求的工程技术型人才。
三、本科培养方案制定的思路
电子科学与技术专业培养方案参照工程教育认证的要求，以及专业下设微电子、光电子材料与器件两个本科培养方向的思路制定。注重培养学生的专业基础知识和实践工程能力，使毕业生能满足长三角地区微电子、光电子和新能源行业发展的需求。微电子方向的课程设置专注于电子材料与电子器件、集成电路与系统设计方面，光电子材料与器件方向则偏向于光电信息、光电材料与光电器件方面。
四、本科培养方案的改革探索
要实现电子科学与技术专业的培养目标，适应电子信息产业的不断发展，并结合我校学科发展方向和特色，对电子科学与技术专业本科人才培养方案进行了研究，并对省内外几所高校电子科学与技术专业的培养方案进行调研，最终形成了富有特色的电子科学与技术专业人才培养方案，主要内容如下：
1.培养方案的模块化设计。在设计电子科学与技术专业本科培养方案的整体框架时，根据“加强基础、拓宽专业、培养能力”和培养工程技术型人才的办学理念下，专业培养方案分人文与社会科学、专业基础和专业课三个模块，下设微电子和光电子材料与器件两个专业方向。学生在前两年学习相同的课程，到大三时根据自己的兴趣选择专业方向，选修各自方向的专业课。由于两个方向的不同培养要求，因此在专业基础选修课、专业必修课和专业选修课方面设置限选模块，每个专业方向必须修满相应的学分才能毕业。
2.改革专业基础课程。专业基础课程是为专业课程奠定基础，因此，在保留了原有电子信息类专业通常所开设的电子类课程外，增加了与专业相关的课程，如EDA技术、通信原理、数字信号处理、物理光学、应用光学、激光原理与技术等课程，删减了原先与物理类相关的一些课程，如物理学史、原子物理、热力学与统计物理学等，并删减了一些计算机软件类课程，如C++程序设计、计算机在材料科学中的应用等。专业基础选修课程分方向限选模块，两个专业方向对应有不同的专业基础选修课程。
3.优化专业课程。专业课程是整个专业教育中的主干部分，微电子方向的课程设置紧紧围绕半导体和集成电路设计方向，开设有集成电路设计、微电子工艺原理与技术、工艺与器件可靠性分析、半导体测试技术、现代电子材料及元器件、集成电路工艺与器件模拟等课程。光电子材料与器件方向围绕光电材料和光纤通信方向，开设光电子材料与器件、光电检测原理与技术、太阳能电池原理与技术、光纤传感原理与技术、光纤通信技术等课程。另外专业课程里面还设置有专业实验，通过加强实验环节，训练学生的动手操作能力，增强学生的理论知识。
五、与省内外专业人才培养的区别
具有电子科学与技术专业的各大高校分布在不同的地区，服务于不同的区域经济，这就要求专业学生的培养具有区域化、差异化。我们分析了杭州电子科技大学、浙江工业大学、苏州大学、南京理工大学和徐州工程学院这五所不同地区、不同层次高校的电子科学与技术专业的培养方案。不仅使我们能学习到其他高校的先进办学理念、合理的课程设置体系，也可以发现与其他高校之间的差异。具体表现为以下几个方面：
1.专业定位。各个学校的电子科学与技术专业依据自身的师资力量、办学条件、区域经济要求确定专业的发展定位。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业依托1个教育部重点实验室、2个国家级实验教学示范中心、3个省部级重点实验室，人才培养定位于能从事电子元器件、电子电路乃至电子集成系统的设计和开发等方面工作的工程技术人才。浙江工业大学的电子科学与技术专业主要培养光通信、电子电路系统、集成电路设计等方面的人才。苏州大学的电子科学与技术专业定位在培养能够在电路与系统、集成电路与系统等领域从事各类系统级、板级和芯片级研发工作的高级工程技术人才。南京理工大学的电子科学与技术专业主要是突出光电技术和微电子与信息处理学科的交叉和融合，以光电成像探测理论与技术及微电子理论与技术为专业特色。徐州工程学院的电子科学与技术专业主要定位在培养能从事光电子材料与器件开发的工程技术人才。而我校的电子科学与技术专业定位于服务长三角地区半导体和新能源行业，培养能从事集成电路设计与开发、光电子材料与器件的研发等工作的工程技术人才。
2.课程体系。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业培养学生设计、开发电子元器件、电子电路系统、电子集成系统的能力，在课程设置上开设了通信电子电路、EDA技术、薄膜物理与技术、电子材料与电子器件、电子系统设计与实践、集成电路设计、嵌入式系统原理和应用、现代DSP技术及应用等专业课程。浙江工业大学的电子科学与技术专业培养学生设计、开发电子电路系统、集成电路系统的能力，开设了电路原理、模电数电、通信电子线路、集成电路设计、光纤通信原理、光网络技术、数字信号处理等专业课程，以及电子线路CAD实验、单片机综合实验、通信原理实验、通信电子线路大型实验、微电子基础实验、半导体器件仿真大型实验、集成电路设计大型实验等实验类课程。苏州大学的电子科学与技术专业培养学生设计与开发电路与系统、集成电路与系统，从事各类系统级、板级和芯片级研发工作的能力，开设了信号与系统、电磁场与电磁波、高频电路设计与制作、电子线路CAD、CMOS模拟集成电路设计、VLSI设计基础等专业课程，以及电子技术基础实验、信号与电路基础实验、电子线路实验、电子系统综合设计实验等实验类课程。南京理工大学培养学生从事光电子器件、光电系统和集成电路的设计、开发、应用的能力，开设了信号与系统、光学、光电信号处理、光辐射测量、光电子器件、光电成像技术、超大规模集成电路设计、光电子技术、显示技术、光电检测技术、数字图像处理、半导体集成电路、集成电路测试技术、微电子技术、光电子线路、电视原理等专业课程。徐州工程学院的电子科学与技术专业培养学生设计与开发光电子材料与器件的能力，开设有信号与系统、光电子学、光电子技术、激光原理与技术、光伏材料等专业课程，以及模拟电路课程设计、数字电路课程设计、单片机原理课程设计等实践性课程。我校的电子科学与技术专业主要培养学生集成电路设计、光电子材料与器件的设计与制备能力，开设有半导体物理学、半导体器件原理、MEMS技术、微电子工艺原理与技术、薄膜材料及制备技术、工艺与器件可靠性分析、集成电路工艺与器件模拟、EDA技术、通信原理、数字信号处理、光电子材料与器件、光电检测原理与技术、太阳能电池原理与技术、光纤通信技术等专业课程，以及近代物理实验、专业实验等实验类课程。
3.人才培养特色。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业的人才培养特色是注重集成电路设计、系统集成方面能力的培养。浙江工业大学的人才培养注重光纤通信、集成电路设计方面能力的培养。苏州大学的人才培养注重电路与系统设计、集成电路与系统设计方面能力的培养。南京理工大学的人才培养注重光电技术和微电子与信息处理学科的交叉和融合，以光电成像探测理论与技术及微电子理论与技术为专业特色。徐州工程学院的人才培养注重光电材料与器件方面能力的培养。我校的人才培养注重电子材料与电子器件的设计与开发、集成电路设计方面能力的培养。
参考文献：
[1]陈鹤鸣，范红，施伟华，徐宁.电子科学与技术本科人才培养方案的改革与探索[A]//电子高等教育年会2005年学术年会论文集[C].17-20.
【关键词】 可编程控制器（PLC）；计数； 产品出厂
1 问题引出
全球经济的飞速发展使整个社会进入了一个全新的信息时代，信息技术在自动控制也得到了充分的利用。智能仪表控制系统，可编程控制器（PLC），集散控制系统等控制系统已经成为如今生产工业中不可缺少的元素。本文来源于公司产品出厂自动计数控制系统，使用三菱MITSUBISHI FX2n PLC和MITSUBISHI F930GOT触摸屏，来改善自动设备监控质量，实现自动计数。
公司年产产品的出厂分为火车、汽车、轮船三种运输方式。目前国内同类装置的火车运输都是把产品先送至火车库，然后入库码堆，点数，最后装上火车出厂。如用人工计数不仅繁琐而且容易出错，同时公司生产装置火车库受所在位置的场地限制，库容空间较小、如果生产产品量大，产品点包要投入更多的人力、物力费用，同时也增加了工人的劳动强度，提高了产品成本，对经济效益有极大的影响。实现产品出厂自动计数，可降低工人的劳动强度，降低生产成本，提高经济效益。由此可见实施自动计数控制监控设备的重要性和必须性。
2 解决问题的方法
实现计数有人工计数法已淘汰，自动计数法也有好几种，利用小型PLC控制系统计数法，可用于I/O点数少的控制系统，投资成本低。如产品出厂自动计数现场控制点较少就可利用中小型PLC实现。本文采用的是三菱MITSUBISHI FX2n PLC控制系统。
3 自动计数控制系统
3.1 工艺介绍。
为了适应现代化工业生产的需要，公司产品入火车库采用了袋装产品入库（两个溜槽）和火车装载出厂（十六个溜槽）两部分组成。在每一个溜槽上装有测速齿轮、测速齿轮故障检测装置和光电检测装置，在测速齿轮里装有OMRON继电器和7齿叶片组成的切光器检测系统，当产品包装袋从溜槽滑下经过切光器检测装置和光电检测装置时，发出信号给可编程控制器，可编程控制器对输入的信号进行判断并计算，将最终的运算结果通过RS-485接口传给操作室触摸屏，通过触摸屏进行人机对话达到自动计数的功能。当十六个溜槽中某一个溜槽的测速齿轮发生故障时，联锁停该溜槽电机，此溜槽停止成品火车运输。成品装载火车流程图如下图3.1所示。
整个系统是由PLC可编程序控制器控制运行。实现系统的自动运行，停止运行程序， PLC 是整个系统的核心部分。根据现场的实际情况和工艺监控的需要，1至4号溜槽计数用一套PLC和人机界面，5至8号溜槽计数用一套PLC和人机界面，9至12号溜槽计数用一套PLC和人机界面，13至16号溜槽计数用一套PLC和人机界面。现场共有四套PLC和人机界面类型相同，下面以其中的1至4号溜槽计数使用的一套PLC和人机界面为例，介绍控制作用，随后的所有章节内容皆以本套PLC为例介绍。自动计数控制系统原理图如下图3.2所示（1至4号溜槽计数）
3.2 计设要求
3.2.1 设计步骤
本控制系统是实现产品火车出厂自动计数，设计步骤如下：
1、熟悉工艺控制过程、要求，并确定控制方案；
2、检测仪表、可编程控制器及触摸屏选型；
3、编制可编程控制器输入输出表；
4、编制可编程控制器梯形图程序；
3.2.2 实现功能
要求用可编程控制器、触摸屏实现如下功能：
1、系统实现成品出厂自动计数。
2、系统实现测速齿轮故障时，自动联锁停止运输。
4 实现自动计数控制
4.1 控制要求。
在熟悉工艺流程基础上，确定系统的自动计数控制方案。整个系统是由PLC可编程控制器控制运行，实现系统的自动计数、联锁停止运行功能，以其中的1至4号溜槽计数的PLC为例，若1至4号溜槽中任一溜槽上有产品包通过时，该溜槽的切光器检测信号和光电开关信号送至PLC，表示此溜槽上有产品包通过，PLC计数器启动计数，当1至4号溜槽中任一溜槽的测速齿轮故障时，故障信号送至PLC，PLC通过内部运算，输出信号，联锁停止有故障的溜槽电机，停止该溜槽成品运输。
4.2 硬件配置。
本设计选用三菱FX2n类型PLC和F930GOT触摸屏。以其中的1至4号溜槽计数的PLC为例，根据图3.2自动计数控制系统原理图设计出PLC结构图。输入信号都是一些开关量，有1至4号溜槽的光电开关信号、1至4号溜槽的测速齿轮故障信号、溜槽电机启动、停止信号、计数器复位信号，切光器信号。输出信号有停1至4号溜槽电机信号、计数器计满复位指示灯信号。PLC通过 RS-485通信模块FX2N-485-BD与F930GOT触摸屏连接。
4.3 根据系统的控制编写I/O分配表如下：
该套PLC系统包含了24个输入点，8个输出点，考虑到I/O点数15%-20%的备用量，所以选用了三菱FX2n-64MR（32个输入点，32个输出点）。
4.4 根据 I/O分配表，画出自动计数控制系统接线示意图如图4.1所示。
图4.1 自动计数控制系统接线示意图
F930GOT系列是人机界面与编程器二合为一的新型触摸显示器，它可在触摸屏上直接对PLC进行监控及编程。
4.3 自动计数控制系统梯形图程序。
PLC自动计数控制系统包括1至4号溜槽的自动计数程序和1至4号溜槽电动机联锁停止程序。以1号溜槽的程序为例，其余溜槽程序同1号溜槽程序。
1、1号溜槽自动计数程序
该自动计数程序检测装置含有切光器检测系统和光电检测装置，实现溜槽上有产品包经过时准确计数。当溜槽上有产品包经过时，切光器检测系统X020接通，脉冲计数器C4开始计数，计数器C4数值即为产生的脉冲个数，对产生的脉冲个数分成三个区间，脉冲个数大于等于4且小于等于20，表示溜槽上经过的是单包产品包，辅助继电器M1接通，M1和光电开关X000都接通时，计包计数器C0计数值增加1；脉冲个数大于等于24且小于等于34，表示溜槽上经过的是二连包产品包，辅助继电器M4接通，M4和光电开关X000都接通时，计包计数器C0计数值增加2；脉冲个数大于35，表示溜槽上经过的是三连包产品包，辅助继电器M8接通，M8和光电开关X000都接通时，计包计数器C0计数值增加3。计包计数器C0计数值达到设定值100时，触点动作，Y004接通，计数器指示灯亮，可以用X004手动复位计数器C0。每一次产品包经过光电开光X000计数完成后，自动复位脉冲计数器C4、辅助继电器M1、M4、M8。该程序是将每包的误差固定在三个程序段中，是线性误差，并可经过调试将误差的影响降到最低，也克服了叠包的干扰，达到了准确计数的目的。
图4.2 自动计数程序
图4.3 溜槽电机联锁停止程序
2、1号溜槽溜槽电机联锁停止程序
该程序是为了实现溜槽测速齿轮故障时，联锁停溜槽电机。当按下溜槽电机启动按钮X008，通过辅助继电器M100，启动自锁，溜槽电机启动，当按下溜槽电机停止按钮X012，溜槽电机停止运行。溜槽电机正常运行时，若检测到溜槽的测速齿轮故障X016，则继电器M100动作，输出Y000停止溜槽电机，溜槽停止运输。
5 小型PLC实现自动计数带来的经济效益
成品火车出厂计数投用该自动计数控制系统后，节约了生产成本，提高了经济效益，一年减少的转运费用和管理人员费用可达到215万元人民币，费用计算如下。
5.1 节约年转运费用:
年产产品52万吨。按每年实际生产50万吨，其中50%生产量由火车出厂，每吨转运费7元计算，根据公式W=P×σ×I可算出一年减少的转运费。
W=P×σ×I
=500000×50%×7
=175万元
其中W表示年转运费，P表示实际年产产品量，σ表示火车出厂产品量比例，I表示每吨产品转运费
5.2 减少成品管理人员费用
按减少人数八人计算，企业需付出工资及各种福利按每人每年5万元计算，根据公式M=N×R可算出一年减少管理人员费用。
M =N×R
=8×5
=40万元
其中M表示总年费用，N表示总人数，R表示个人年费用
6 小结
本文只是PLC顺序控制当中的计数控制的一个小例，事实上当前PLC已得到广泛的应用，主要应用有1．用于顺序控制2．用于过程控制3．用于运动控制4．用于信息控制5．用于远程控制。前三个是为了使不同的系统都能实现自动化。信息控制是为了实现信息化，其目的是使自动化能建立在信息化的基础上，实现管理与控制结合，进而做到供、产、销无缝连接，确保自动化效益。远程控制则是使在信息化基础上的自动化能远程化。然而，随着自动化、信息化及远程化的推进，系统将越来越复杂。为此，还必须实现这些控制进行控制。否则，一旦情况变化，或出现故障，而又不能及时应对，所有这些控制带来的效益将化为乌有。恰恰是PLC，有对这些控制进行控制的能力。PLC是靠处理信息实施控制，PLC又有很多自诊断功能。充分利用PLC这两个优势，使PLC在实施上述控制时，具有一定的自适应、自诊断的能力，在实现自动化、信息化及远程化之后，再实现智能化。这也是这些控制发展必然趋势。
当然，能够完成这么多控制手段不仅仅是PLC，但是，PLC已成为其中的主角这是公认的趋势。
参考文献
［1］ 徐科军．传感器与检测技术．北京：电子工业出版社，2004.9
［2］ 廖常初．可编程控制器的编程方法与工程应用． 重庆： 重庆大学出版社， 2000.8
［3］ 马云锋，樊俊秀．PLC系统设计分析． 自动化技术与应用 ， 2006.2
