时间：2022-04-13 11:45:16
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关键词：光纤传感；军队人才培养；课程建设与改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）09-0065-04
一、引言
光纤传感技术是一门基础理论与工程应用紧密结合、理论与实践能力并重的系统学科，既要求学员有扎实的光学、电学基础，又要求学员能够摆脱课本的束缚、根据实际工程应用灵活运用已学到的知识。为适应这一形势，2006年以来，我们针对技术类本科生、军事指挥类本科生、硕士研究生和博士研究生的不同特点和未来适应部队工作的不同要求，建立了光纤传感技术系列课程。
作为一门应用学科，“学以致用”是光纤传感技术系列课程的特色之一。为此，课程建设非常注重学员对课程知识的实践应用能力培养，在教学实践中，结合课程特点和授课对象的学习特点，大力推进教学方法与手段的研究改革，在多层次一体化课程体系建设、教学方法与手段改革、创新人才培养、教师队伍建设等方面取得了较大成绩，下面分别进行介绍。
二、光纤传感技术多层次一体化课程建设
我校早在上世纪90年代就开设了《光纤传感技术》课程，并作为光纤传感专业研究生的必修专业基础课，为培养光纤传感技术人才起到了不可替代的作用。然而随着光纤传感技术在现代化信息战争中的应用越来越广泛，部队对光纤传感专业的人才数量和质量要求越来越高。我校原有的只针对研究生展开的《光纤传感技术》课程已经远远不能适应培养部队所需人才的紧迫要求。从2004年开始我院开始酝酿对光纤传感技术课程进行深入改革，将授课对象拓展到全校本科生和本院研究生，并从2006年开始实行。经过6年多的系统建设，最终建立起了完备的多层次光纤传感系列课程。
由于本科生和研究生、本专业和非本专业学员、技术类和军事指挥类学员的知识基础和应用方向差异太大，如何科学划分课程层次、清晰明确课程内容、准确定位课程目标是光纤传感系列课程建设的重点和难点。
在广泛调研军队需求、不同类别学员的知识积累和兴趣及国内外学校同专业的课程设置基础上，我们建立起了分别面向本科生和研究生、技术类和军事指挥类、本院专业和全校学员的光纤传感系列课程。新增了技术类《光纤传感技术》、军事指挥类《光纤传感技术》，面向全校本科生专题研讨课《基于虚拟仪器的光纤传感技术》三门课程，原有针对研究生的《光纤传感技术》则改为《光纤传感系统》[1，2]。
（一）建立起针对本院技术类本科生的《光纤传感技术》课程内容体系，以“扎实广泛的技术基础为核心，典型的系统应用为亮点”
考虑到授课学员在学习本课程之前已经在《光纤通信》、《光电检测技术》等课程中对光纤和光纤器件等有初步了解，在本课程中首先介绍光纤传感技术的概念和内涵，然后针对光纤传感系统的特点，介绍光纤、光纤器件、光纤传感原理和光纤传感信号解调原理。这四部分内容涵盖了强度型、偏振型、波长型、相位型和分布式光纤传感的系统构成、传感原理和关键技术，为光纤传感基础知识，具有信息量大、知识点多、覆盖范围广泛的特点；最后以2-3种典型的光纤传感系统为例，向学员示范在系统中如何对基础知识进行灵活应用，启发学员根据学到的基础知识来分析理解新型光纤传感系统。
（二）研究生的《光纤传感系统》课程以“系统应用技术为核心，系统设计为亮点”
与原有的研究生《光纤传感技术》相比，新的课程内容和标准进行了大幅度的改革，突出“系统应用”，大幅度削减了光纤传感基础知识，而是以四大类典型光纤传感系统为授课重点。课程中的四大类典型光纤传感系统选取了目前应用最为广泛或技术难度较高的光纤水听器系统、光纤陀螺系统、分布式光纤传感系统和光纤光栅传感系统，针对每一类对其应用背景、系统组成、系统指标和关键技术进行详细分析，构建课本知识到实际工程应用的技术桥梁。在讲解完每一类典型光纤传感系统后，特别设计了光纤传感系统设计环节，要求学员以分组的形式，根据特定应用背景设计出光纤传感系统，阐明系统特色和关键技术。
课程调整所面临的最大难题在于：学习本课程的研究生既包括本校本专业的学员，也包括来自于外院和外校的本科非光信息专业的学员。对于前者，通过本科生阶段的《光纤传感技术》学习已经具备了良好的基础，在新课程学习中应尽量避免内容重复；对于后者，直接学习典型光纤传感系统中的关键技术存在一定难度，需要对光纤传感基础知识进行介绍。为此，在研究生的《光纤传感系统》课程中，首先设定了3个课时对光纤传感基础知识进行回顾和总结，并点明各部分基础知识所涉及的参考书。同时由于使用了与本科生《光纤传感技术》课程同一系列的教材，为解决学员基础参差不齐的难题提供了有效的解决办法，而面向全校的《基于虚拟仪器的光纤传感技术》则为毕业于本校其他专业的研究生学员提供了学习本课程的基础。
（三）军事指挥类本科生的《光纤传感技术》课程以“完善学员知识结构为重点，突出军事应用特色为亮点”，为学员提供装备相关知识基础
课程针对军事指挥类本科学员培训的主要目标，将军事指挥类本科生《光纤传感技术》课程的主要任务确定为拓展军事指挥类学员的知识面，完善知识结构，了解最新军用传感器技术，一方面可以充分发挥我军现有装备的作战效能，另一方面可以掌握外军作战手段，有效克敌制胜。课程简化了基础知识部分内容，扩充了典型光纤传感部分，特别是注重光纤水听器、光纤陀螺和分布式光纤传感器在军事中的应用，并拓展光纤水听器在声纳系统应用中的相关知识，让学员在进行工作岗位后可以更快的掌握相关装备的使用和维护。
（四）面向研究生的《虚拟光纤传感技术》以“引导学员自主学习为核心，激发学员独立思考为亮点”
课程以光纤传感技术中相干检测技术为背景，以虚拟仪器技术为手段，通过一个具体实例为研讨对象，让学员一边学习新知识，一边动手做实验，一边学会自主学习。课程首先在学员高中已经具备的光学知识基础上讲解干涉型光纤传感的基本内容，然后引导学员自习LabVIEW虚拟仪器语言，通过研讨学习心得让学员掌握LabVIEW基本知识，最后要求学员利用所学知识和工具完成光纤传感中一个典型信号处理问题。整个课程以学员自己动手动脑为主，精选了一门易学好用的虚拟仪器语言LabVIEW，使学员可以在四到五次课的时间内学会，并结合光纤传感技术系列课程的建设成果，让学员可以在课程上针对典型的干涉型光纤传感系统进行信号处理实验，一方面提升了学员的学习的积极性，另一方面加强了学员的自信心，并为学员以后的创新实践奠定了基础。
三、教学方法与手段改革
在教学过程中，在教学方法和教学手段上也进行了一系列的改革，使用了大量的新技术、新手段、和新的教学方式。主要体现在以下几个方面：
（一）充分运用科研成果和虚拟仪器技术的特点，增加了大量的课堂演示实验环节
在光纤传感技术系列课程中引入堂演示实验，对于加深学员对知识的理解效果最为明显。在课程建设中，充分利用所在实验室在光纤传感技术研究上的优势，在每门课程讲授中都加入了1～2个课堂演示实验。
与专门的实验课不同，课堂演示实验的侧重点在实验效果上，通常都是完整的光纤系统，包括光源、光传输链路、光接收模块、显示模块等等，并注重演示效果。以往的光纤系统虽然功能性明显，但结构复杂。近年来，课题组所在的实验室在光纤传感系统的工程可靠性研究上投入了大量精力，一些便携式高可靠性的光纤传感集成模块在科研项目中得到广泛应用；这些科研成果的突破使得在课堂上演示一些复杂的光纤传感系统实验成为可能[5]。另一方面，由于虚拟仪器技术在光纤传感技术中的广泛应用，复杂的信号解调可以通过电脑直观的显示在课堂多媒体系统中，“所见即所得”的方式使得课堂演示实验的效果非常直观和可信。以研究生的《光纤传感系统》课程为例，我们选取了光纤光栅应变系统作为课堂演示实验内容。在硬件上，这套系统的光收发模块为集成化的便携式光纤光栅解调仪，采用法兰盘对接可串接起多个光纤传感阵列；而复杂的信号解调系统则全部通过虚拟仪器技术在电脑上软件实现，解调结果直接显示在电脑程序界面中。通过这套系统，我们完整地演示了光纤传感器设计、光纤传输链路构成、复用光纤传感网络、和光纤传感信号解调等多项知识内容，学员普遍反映通过这一演示实验对光纤传感系统有了清晰深刻的了解。
（二）借鉴国外大学相关专业的教学模式，在考核中引入小型综合设计环节，充分考察学员的综合素质
课题组的两位教员具有国外留学的经历，在课程建设中充分参考国外大学在光纤传感技术课程的教学方法，在作业环节引入小型光纤传感综合设计内容，并将其作为课程考核评价标准的一部分，实现对学员综合素质的培养和考核评价。
光纤传感综合设计参考了香港理工大学和英国南安普顿大学的教学经验，以对知识的综合运用为主要考察目标。本科生光纤传感技术采用适当的综合设计题目难度，重视对知识融会贯通和综合应用能力的考察，一般在授课过程中只进行1次；研究生除了要求基础知识综合应用能力，更注重对实际工程应用系统的完整性和前沿问题的拓展性考察[6]，一般则开设2～3次。综合设计作业由学员分组完成，小组内成员根据资料调研、方案设计、报告撰写等工作内容的不同进行明确分工，并推选一位组员参加课堂专门设置答辩环节。
（三）针对授课内容的层次划分和授课对象的学习特点，科学合理设置研讨专题
研讨式教学我校近年来大力推广的教学方式之一。由于光纤传感技术具有经典与前沿相结合、理论与工程应用相结合的特点，在系列课程建设中，课题组在原有研究生《光纤传感技术》的研讨式专题内容基础上，进行了深入的思考和大胆的拓展，将课程中的研讨专题划分为三大类：经典理论知识的研讨、前沿研究的研讨和学位论文研究方法的研讨。
经典理论知识的研讨要求学员在授课之前对相关内容进行预习，并在课堂上对全体学员讲解自己对该问题的理解。如在进行“光纤干涉仪传感系统”的授课时，要求学员预习时弄明白两个问题：什么是随机相位衰落？什么是偏振诱导信号衰落？进行研讨时不要求学员对这两个问题进行深入剖析，但要求学员用精炼的语言阐明问题的物理含义。学员普遍认为这种研讨专题不是特别复杂，通过预习教材即可，但大部分学员会准备PPT课件，且自愿上讲台讲述的学员一般在以往的学习过程中接触过与该专题相关的研究工作，因此在其课件上还会加入自己以往的工作、自己对该问题的扩展认知及自己尚未弄明白的问题等。这种教学效果是在深入了解学员的知识积累基础上，通过巧妙设置研讨专题取得的。
前沿研究的研讨要求学员进行大量的资料查阅，特别是光纤传感前沿研究课题的查阅。对于某一个问题，由于课堂讲授的时间受限或者教材中没有系统的描述，对该问题的课堂讲授可能不够全面，在这种情况下，教师会提供相关信息，要求学员查阅该文献并进行精读，然后在课堂上进行研讨。这种研讨专题分为两种：一种是教师提供明确的检索信息，由学员查阅到该文献后精度文献，分析文献的精华及不足；另一种则是教师提供所要解决的问题，由学员对该问题进行解读，提炼关键检索信息，进行检索后，对检索文献进行初步分析，总结该问题的研究现状。学员反映这种研讨专题的难度稍大于第一种，但一般稍花时间都能解决。
学位论文研究方法的研讨目的在于：无论是本科生还是研究生，在学习完相应的光纤传感技术课程后马上就要投入到学位论文工作中。通过对这类问题的研讨，学员逐渐掌握了在未来从事学位论文研究中必须具备的研究方法，这类的研讨主要培养学员的仿真计算能力和光纤传感系统的设计能力。例如在讲授完光纤光栅的基本理论之后，学员反映耦合模理论的公式很繁琐，难以一眼看出其中的物理特性，为此，我们安排了相关理论的仿真计算研讨，要求学员根据课堂讲授的公式进行理论仿真，计算光纤光栅反射光谱，并绘制带宽、反射率等关键参数随着光栅参数的变化曲线。学员在课堂研讨时要讲述自己的关键参数设置和仿真结果。通过这种研讨方式，学员对光纤光栅的反射谱特性建立了深入的了解，效果远远好于课堂直接讲授相关结论。
根据光纤传感课程层次划分，不同的光纤传感技术课程对三种研讨专题的应用程度也不相同，本科生的光纤传感技术课程以经典理论知识的研讨为主，并设置1～2次前沿研究的研讨；研究生的光纤传感技术课程则以前沿研究的研讨专题和学位论文研究方法的研讨专题为主，对特别重要的概念设置少量经典理论知识的研讨专题。
四、以光纤传感技术课程为支撑的创新型人才培养
光纤传感技术的应用范围极广，一套实用的光纤传感系统可以很庞大很复杂，也可以很小巧灵活。针对这一特点，课题组教师在学院本科生和研究生的各项教学活动中，积极开展与光纤传感技术相关的各项活动。
针对本科生的光纤传感技术系列课程，在授课结束后，在光电设计大赛、毕业设计等教学活动中开设了大量关于光纤传感技术应用的课题，引起学员浓厚的兴趣和广泛的参与热情。一方面，参与光纤传感技术相关的本科毕业设计学员数量大幅度提高。以技术类本科毕业设计为例，2013、2014年参与光纤传感技术相关课题的学生均达到光信息专业学员总数的50%以上。另一方面，学员完成课题的质量也得到大幅度提升，近年来有8名本科生获得学校创新资助，从侧面反映出光纤传感技术课程教学效果的日渐提高。这些竞赛成果也作为评价授课效果的标准之一，并将学员在课外延拓活动中的效果和意见及时反馈到教学过程中[3，4]。
针对研究生的光纤传感技术系列课程，一方面鼓励学员在课程学习的基础上努力拓展研究深度，在光纤传感研究领域不断创新。在课题组所在实验室所培养的研究生中，有3名研究生获得学校创新资助，1名研究生获得湖南省创新资助，其课题都是光纤传感领域的研究重点和难点。此外还有5项研究生参与申请的光纤传感技术相关专利；另一方面，鼓励学员积极参与到与光纤传感技术相关的科研项目中，在实际工程环境中对课程知识进行融会贯通。目前在光纤信息专业的毕业研究生中，参加过光纤传感相关的湖上或海上试验的学员达到95%以上，为其真正走向工作岗位后充分适应部队对光纤传感技术人才的需要积累了宝贵的经验。
五、高素质教师队伍建设
作为教育的重要媒介，教师是活动中的主要因素。教员整体素质的高低，直接影响着教学质量的高低。因此，建立一支教学水平高、结构合理的高素质师资队伍显得尤为重要。
（一）从教学和科研两个方面锤炼教师队伍，使教师的教学水平和科研能力相互促进共同提高
科学研究是教师工作的重要组成部分，是提高教学水平的重要手段，也是提高自身素质的重要途径。对于光纤传感技术系列课程而言，学即能致用是其重要特点之一，教学和科研的相互促进作用尤为明显。课题组全部教员均参加了多个重大科研项目。通过重大科研项目的历练，教员的学术水平得到很大的提高，一方面教员接触了学术前沿，开拓了学术视野，经历了科研实践，在课堂教学中自然会将科研最新成果、专业发展动向带进课堂，另一方面，教员在参与重大科研项目时对光纤传感的技术内容有了更加深刻的认知，对于在课堂上清楚明白的讲好各个知识点至关重要。同时，通过教学活动中对课程内容的反复推敲及与学员之间展开的研讨交流，可以加深教员对技术环节的领悟，甚至激发教员的灵感。通过在科研和教学两个方面同时锤炼，促进教师知识更新和自身进步，提高教师的创新能力和教学质量，将真正做到科研教学一体化。
（二）鼓励教员进行对外交流，充分借鉴国内外同类专业课程的教学经验
课题组有两名教员具有国（境）外留学经历，其他教员也多次参加国内外的学术活动和教学活动交流，在课程建设过程中充分利用了这一优势。在教员已经带回的国外大学教学经验的基础上，鼓励教员在回到学校后仍然定期与留学单位交流，及时获取留学单位最新的课程设置和教学安排信息，并通过交流，不断补充自身的不足，更新课程内容，丰富教学手段，提高自身教学水平。在对外学术活动交流中，有意识的了解其他院校同类专业课程的教学情况，对于感兴趣的单位积极主动与对方联系进行实际考察。活跃的对外交流活动极大地激发了教师的教学热情，并不断提高其教学水平。
（三）加强青年教师的教学技能培训
目前，课题组教员是一支相对年轻化的队伍，很多才刚刚博士毕业，青年教师充满热情，思想活跃，比较了解学员的思想，与学员进行交流方面具有优势。但是，他们大多没有经过系统的教学技能训练，普遍缺乏教学经验。为了使青年教师尽快掌握教学技能，提高业务能力与水平，课题组指定认真负责、教学经验丰富的老教师担当青年教师的导师，对青年教师实行“一对一”的“传、帮、带”指导，指导青年教师备课、编写教案；采取措施督促教员投入足够的精力。教员上岗前，必须经过教研室、系所、学院三级试讲，每次授课必须重新编写教案、编写课件、编制教学日历；在教学过程中，教学指导委员会、督导组、院系领导经常性听查课，督促教学水平的提高。
通过从科研和教学两方面锤炼教学队伍，课题组教员自身水平得到了大大提高，多次在全军和全校获得教学优秀奖，其中获军队院校育才奖1人次，优秀研究生导师奖3次，校本科“研究型”教学比赛三等奖1人次，校研究生教学优秀三等奖1人次，教员在国内教学期刊上发表高水平教学论文10篇，课题组已经成为了一支能独立承担授课任务的高水平教师队伍。
参考文献：
[1]孟洲，胡永明，姚琼，宋章启.《光纤传感技术》研究生课程改革探讨[J].中北大学学报（社会科学版），2007，23（2）：98-100.
[2]孟洲，姚琼，曹春燕，梁迅，张学亮.光纤信息技术本硕博系列课程体系研究与实践探索[J].高等教育研究学报，2012，35（1）：50-53.
[3]周建华，邱琪，周晓军，光纤通信实验教学改革探讨[J].电子科技大学学报社科版，2003，5（2）：89-91.
[4]胡昌奎，杨应平，黎敏，刘辛，易迎彦，光电信息类专业光纤系列课程教学内容与课程体系的改革[J].高等理科教育，2008，（2）：16-18.
关键词：智能车辆；环境感知；传感器；多传感器信息融合
中图分类号：E91 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2012） 14-0026-01
一、前言
随着社会的进步，汽车成为人们出行必不可少的交通工具，车辆堵塞、交通事故等问题也日益显现。汽车数量的快速增长造成了公共交通效率低下、交通事故频发。建立起现代化的智能交通系统便被提到日程上来。智能车辆（Intelligent Vehicles， IV）作为智能交通系统（Intelligent Transportation Systems，ITS）的重要组成部分，也是系统的运行主体，能够提高驾驶安全性，大幅改善公路交通效率，降低能源消耗量，由于众多优点，该技术的研究日益受到国内外相关机构的关注。
智能交通系统能够有效缓解交通压力，合理调配公共交通资源和道路资源。基于机器传感技术和控制技术，驾驶系统采用信息传输技术和计算机视觉技术监测道路路面、交通标志、其他车辆、行人以及交通事故等道路环境状况，有效保证智能车辆在各种路况下的安全行驶，并能对一些异常状况进行及时处理。在过去的10多年里，相关技术取得了很大的进步，有些国家已经成功开发了一些基于视觉的道路识别和跟踪系统。其中，具有代表性的系统有：LOIS系统、GOLD系统、RALPH系统、SCARF 系统和ALVINN系统等。从这些先进技术的应用便可看出，感知外部环境模块是智能车辆的核心技术。
二、环境感知传感器在智能车辆上的应用现状
智能车辆在道路上畅行离不开相应的传感技术，其中最重要的是道路环境感知模块，该模块将先进的通讯技术、信息传感技术、计算机控制技术结合起来系统利用。智能车辆系统主要有环境感知模块、分析模块、控制模块等部分组成。环境感知传感系统主要由机器视觉识别系统、雷达系统、超声波传感器和红外线传感器组成。
（一）机器视觉识别系统
机器视觉识别系统是指智能车辆利用CCD等成像元件从不同角度全方位拍摄车外环境，根据搜集到的视觉信息，识别近距离内的车辆、行人、交通标志等。机器视觉也有其弱点，容易受到环境的影响，在能见度较低时效果不理想，因此，在传感器类别中属于被动型。与雷达系统相比较，视觉识别系统价格低廉，一辆车上可以安装多处，监测范围更大，搜集道路信息更为全面，通过对其所得的图像进行处理可以识别、检测周围路况，这些也是主动型传感器无法替代的。所以越来越多的人对利用机器视觉感知车辆行驶环境产生很大的兴趣，该系统在现实生活中随处可见，普及率最高，机器视觉在智能车辆研究领域得到广泛的应用， 成为最受欢迎的传感器之一。
（二）雷达系统
雷达系统是一种主动型传感器，利用微电磁波探测目标距离、速度、方位等。雷达不需要复杂的设计与繁复的计算。雷达系统的使用不受光线、天气等因素干扰，无论是白天还是黑夜，晴天或者下雨，雷达系统都能够正常运转。由于雷达是靠电磁波反射原理来工作的，这会导致相近的不同雷达间电磁波相互干扰而影响工作效能。但是，瑕不掩瑜，由于雷达在准确提供远距离的车辆和障碍物信息方面有着得天独厚的优势，因此在车辆的防碰撞系统中有着广阔的应用前景。
（三）超声波传感器
顾名思义，超声波传感器是指利用超声波为检测方法的传感器。使用超声波探测得来的的数据处理简单、快速，超声波传感器可以发射定向长生波，能够在较小范围内检测到物置。这种技术在医学应用上比较广泛和成熟。汽车工业上的利用首见于在欧洲销售的的BMW 车上的超声波停车装置。这种系统利用一片单片机进行控制，超声波遇到障碍反射回传后，根据传感器探测距离发出不同的提示音。
（四）红外线传感器
红外线传感器是利用红外线来进行测量工作的传感器，技术更加先进。红外线传感器不受黑暗、风、沙、雨、雪、雾的阻挡，环境适应性好，且功耗低。这些特点使它远超其他传感器。与超声波传感器相比，反应速度更快，探测范围更广，由于其探测视角小，方向性和测量精度有所提高。与机器视觉结合使用，红外线传感器可以增强机器视觉识别的可靠性，使黑夜如同白昼，因此常被用于智能汽车中的夜视系统中。
三、多传感器的综合利用
在复杂的路况环境下，单一传感器都有其局限性，仅仅安装单一传感器难以提供路况环境的全面描述，因此设计智能车辆必须配置多种传感器。例如夜间行驶时红外线传感器是必不可少的；而停车、倒车时主要使用超声波、雷达探测周边障碍物的远近；机器视觉除日常应用外与其他传感器结合起来可以使得智能车辆驾驶安全性更加可靠。
随着计算机信息技术、通信技术、控制技术和电子技术的进步，智能车辆技术研究中多传感器信息融合技术的应用取得了许多令人振奋的成果。如车载系统互联技术、欧洲的Peugeo系统、美国的IVHS系统等。Tsai-Hong Hong等利用激光传感器采集图像获得车辆前方的距离信息，在正常的路况环境下，采用彩色摄像机与激光传感器联合感知道路表面和定位道路边界。这些技术经过不断改进，相信在不久的将来引起汽车工业的革命。
四、结语
在智能车辆的环境感知模块技术研究中，传感器是智能车辆控制系统的关键。如何使传感器技术更好的应用到汽车行业上来，未来将成为传感器技术研究领域的一个发展方向。
整合各种类型的传感器技术，使其为智能车辆提供更加真实可靠的路况环境信息，对智能汽车技术的发展来说是至关重要的。由于实际的应用环境所得到信息大多数都是不确定信息，传感器回馈信息融合还原真实路况还有很大的困难。
纵观全球，我国的智能车辆研究工作还处于起步阶段，同欧美日等相比还很落后。但随着我国社会经济的发展，汽车保有量不断膨胀，严峻的交通现状迫使我们把发展智能交通尽早提到日程上来，只要我们勇于创新，结合我国具体国情，不断进行深入、细致的研究，我国智能化交通必能早日实现。
参考文献：
本书为第11届意大利传感器与微系统会议的论文集，其中精选了具有代表性的会议论文。这次会议展示了在传感器与微系统领域的理论模拟与实际应用的最新成果。传感器与微系统是一个新兴的交叉学科，其涉及到物理、化学、材料科学以及生命科学等领域。
本书共分为六部分，第一部分为化学传感器，主要介绍了：可调谐二极管激光光谱仪原位测量平流层微量气体；四苯基卟啉在高有序热解石墨上的组装：前所未有的吸附压缩驱动的双层模式组装；一种室温下的基于铂／氧化铱复合物的氧气传感器；聚合物涂层的长周期光栅作为高灵敏度化学传感器；用于低温下检测氢气的光纤传感器；溶剂对复合薄膜形貌和传感特性的影响；纳米钛对气体的传感性质；基于二元金属的碳水化合物传感装置；一种快速检测牛奶中M1黄曲霉素的便携式荧光计；利用光学传感器检测橄榄油的质量；质量标准体系在计划、设计和实现厚膜气体检测器中的应用；基于单壁碳纳米管的光纤传感器；合成且表征用于二氧化氮检测的纳米材料；铂金元素作为覆盖层的P型一氧化钛薄膜用于对氢气的检测；包含银纳米簇的氟化聚亚酰胺纳米复合薄膜用于对有机气体的光学检测等等。第二部分为物理传感器，主要介绍了荒芜环境中的固体定位风速计；一种具有溅射内核的二维平面磁通量阀门；一种用于探测RF电场的光学探针；通过拉曼散射来测量多孔硅结构的应力；对热传感器的一种十分有效的计算机模拟模型；对硅化铬应力传感器的认识。第三部分为生物传感器，主要介绍了基于不定型硅基器件检测DNA分子；抑制酪氨酸酶的有机相酶传感器；用于人瘤病毒检测的DNA压电生物传感器；用于检测硬质小麦安全型的用户友好的电化学手持设备；采用SPR成像技术来研究DNA―DNA生物分子的相互作用。第四部分为微米纳米技术，主要介绍了实验室芯片技术对基因进行分析；利用硅基玻璃芯片对化学物质进行快速光学检测；采用不同导电纳米颗粒来控制复合材料聚合物的传感性质；采用电化学刻蚀硅片的方法制备嵌入式微通道；采用超声束沉积方式制备具有气体传感的金属氧化物／有机物杂化材料；聚焦离子束刻蚀用于气体传感技术；一种模拟IPMC传感器的软件工具；对印迹二氧化钛纳米粒子的合成与表征；机车安全与舒适度测量；悬臂梁的强制型阻尼振动。第五部分为传感器阵列和多重传感系统，主要介绍了整合型微重力化学物质检测装置；采用杂化电子鼻原位检测硫质喷气孔火山口喷发的火山气体；对主要公路旁的漂浮粒子和氧化氮化合物的检测；多传感器布局在敌对环境中的机器人。第六部分为传感器网络和对传感器的数据分析，主要介绍了对于无线传感器网络的概览：对ZGIGBEE网络架构一瞥；动态场景下尘埃传感器网络：在城市环境中普遍应用性能的研究；一种配置了IEEE 802.15.4的移动设备的便携式软件工具；一种神经光谱分类的光学传感器；对城市环境污染检测无线网络设备的设计；应用多传感器微型化系统对橄榄油进行评价。
本书几乎涵盖了传感器方面的所有方向，包括化学、物理、生物以及传感器构架等等。相信从事任何传感器研究方向的科研人员都会在本书中找到有参考价值的内容。
关键词：光纤测温装置，原理，应用，效果
一 引言
电缆是变电站的重要组成部分。。由于电缆分布广、易燃、着火后危害大且影响相关供电单位生产，对经济造成巨大损失。因此电缆的防火历来为电力部门所重视。但是电缆事故还是频繁发生。随着光纤技术的发展光纤传感技术在电力设备故障检测中的应用得到了逐步推广，其中光纤测温技术彻底解决了困扰电缆运行中过热监测的难题，可以实现对电力电缆发热敏感部位温度的准确、实时在线监测和故障预警、精确定位。
二 系统简介
AT810分布式光纤温度传感器系统是集光、机、电、计算机、光纤光缆和弱信号检测等技术为一体的高科技产品，主要依据激光耦合到光纤中，利用光纤的光时域反射（OTDR ）和光纤的背向喇曼散射温度效应。将感温光缆敷设于待测空间，可连续测量、准确定位整条光纤或光缆所处空间的温度，还具有不带电、抗射濒和电磁干扰、抗腐蚀、耐高温和使用寿命长等优点。
本系统主要由测温主机、应用软件、感温光缆及其他周边设备配置而成，对电缆桥架、电缆夹层、温油罐和变压器等设备的温度进行连续线型实时在线监测，在被监测设备发生火灾前即发出预警，使用户及时采取措施，排除隐患。整套监测系统通过其测温控制主机通讯接口或干接点继电器端子与火灾报警主控制器相连，并向其提供火灾报警区的报警信息及运行和故障信号。
三 光纤测温原理
激光脉冲在光纤中传输时，由于激光和光纤分子的相互物理作用，会产生三种散射光：瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射，其光谱分布如下图所示：
其中拉曼散射仅对温度敏感，因此最适合用来测量温度。AT810 光纤测温主机就是采用拉曼散射（RAMAN）和OTDR 技术研发的分布式光纤温度探测处理器（DTS），其工作原理如下：
1、激光器发出一束激光，通过耦合器调制后射入感温光纤中；
2、光纤中反射回的拉曼散射光通过光谱分离模块分解成不同波长的Stokes散射光和Antistokes 散射光。其中Stokes 散射光的强度与温度弱相关；而Antistokes散射光的强度与温度强相关；
3、通过对两束光信号进行处理和对比计算得出温度沿光纤的分布曲线；
4、利用光时域反射技术（OTDR），通过计算光波的传输速度和回波时间实现对所有温度点的定位；
四 AT810光纤测温预警系统在电缆线路中的应用
AT810光纤测温预警系统硬件组成如下:
应用中把特制的感温光缆铺设在待测电缆上方，让二者紧密接触。为提高监测的精度，以准确地获得被测电缆上各点的温度情况，须将传感光缆梆扎在电缆上。
下图为“分区温度显示”界面：
每个分区为一回电缆馈线，分区温度显示的是分区内所有温度里的最高值。
双击分区温度画面上的分获图块即可打开分区的实时曲线图：
从中可以清楚地看到当时整条电缆的温度分布情况。
五 应用效果
目前光纤测温系统已经全面应用在我变电站电缆回路中，在运行中曾多次对过热点准确报警，使事故隐患得到及时消除并能够在电缆突发性故障中准确判断出故障位置，大大节省了故障处理时间，使故障线路迅速恢复供电。下图为某馈线电缆绝缘击穿发生单相接地事故时的温度曲线：
通过曲线可以判断出故障发生在250米。
六 应用注意事项
1、输入电流为交流220伏市电；
2、严禁带电插拔光纤测温主机与报警输出箱之间的连接线；
3、主机光缆输入接头要保持清洁，平时用端盖保护；当与监测机连接时，端部要用无水酒精清洗干净后可靠连接。。
4、系统在工作时，禁止观察传感光缆尾端、连接处或者光缆的损坏处，激光会损害眼睛；
5、传感光缆最小弯曲半径不小于5cm，不能用硬或锐利物体挤、压和冲击传感光缆，并应远离热源；
6、由于上位监控系统后台服务程序启动需要一段时间（约2分钟），当上位监控软件打开时可能会提示无法连接，等待两三分钟后按F5刷新屏幕即可；
7、在光纤测温系统刚刚启动的几分钟里，上位机监控画面上的温度可能是不准确的，这是因为光纤测温系统主机内的恒温槽还没有达到稳定的工作状态，其预热的时间大约需30分钟；
8、历史温度曲线查看时，选择的时间段长不要超过4 小时，不然系统查询数据会很慢；
9、系统投入正常运行后要定期（至少一年一次）对系统功能进行测试，以测试和检验系统的火灾探测和报警能力。。
七 结束语
通过我变电站的实运行经验表明光纤测温预警系统不仅能够得到电缆的实时温度分布，及时发现薄弱环节，还能超温报警、升温速率报警及准确判断故障地点。使运行人员能及时了解运行情况、消除故障隐患，防止恶性事故的发生。因此光纤测温预警系统是一种理想的电缆过热监控系统，不仅可广泛应用于发电厂和变电站的电缆过热监控中，也可以应用于地铁、船舶、石油平台、银行和大型图书馆等重要场合的电缆过热监控中。
八 参考文献
[1]彭超，赵健康，苗付贵．分布式光纤测温技术在线监测电缆温度[J]．高电压技术，2006，32（8）．
[2]韩浩江．分布式光纤温度故障预警检测系统原理及应用[J]．上海电力，2007，（5）．
关键词 有限状态自动机；状态转化矩阵；电脑鼠；斜向45度
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）14-0186-02
“电脑鼠”，英文名叫做MicroMouse，是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能行走装置，电脑鼠可以在不同“迷宫”中自动记忆和选择路径，采用相应的算法，快速地达到所设定目的地。
这项竞技赛事风靡全球，从1979 年国际电工和电子工程学会（IEEE）每年都举办一次国际性的电脑鼠走迷宫竞赛，至今已有30年的历史，在欧洲东南亚日本、韩国等地区颇为盛行。
1 问题提出的背景
嵌入式微型机器人（电脑鼠）走迷宫竞赛具有一定难度，是一项富有挑战性和趣味性的比赛。此外，它还是一个很好的教学工具。电脑鼠可看作是一个集多项工程学科知识于一体的小型系统。成功的设计者通常都是合作团体，他们必须考虑电子、电气、机械以及计算机软件设计，算法各方面的问题。重量、速度、功耗、传感技术、重心以及程序各方面都是设计中需要决定和综合考虑的因素。
本论文从软件算法角度提出了斜向45度冲刺的算法创新，并在2015年天津电脑鼠相关赛项中成功应用。
电脑鼠在运行中可以划分为四个状态，等待状态、启动状态、搜索迷宫状态和冲刺状态。
1）等待状态
在该状态中，电脑鼠静止在起点，等待开始命令。同时实时显示传感器检测结果和电池的电压，这样方便调试传感器的灵敏度和更换电池。当控制启动的按键按下后，电脑鼠进入启动状态。
2）启动状态
迷宫是由18cm*18cm 大小的方格组成的，其行列各有16个方格。以左下角的点为（0，0）点，右上角的点为（15，15）点。在该状态中，电脑鼠根据第一次转弯的方向判断起点是在坐标的（0，0）点还是（15，0）点。
3）搜索迷宫状态
在该状态中，电脑鼠的任务就是探索并记忆迷宫地图。这里采用右手搜索法则，并搜索全迷宫。其程序流程图见图1所示：
4）冲刺状态
迷宫搜索完毕后，根据算法找出一条最优路径冲刺到终点。冲刺结束后返回到起点。
本论文研究的是，在冲刺状态下以最优路径为基础，通过类似自动机原理的算法找到最优路径下可以45度斜向跑的起始位置和终止位置。
5）方向的定义
为了让电脑鼠记住所走过的各个迷宫格的信息，我们就要对这256个迷宫格进行编号。很明显，用坐标是非常方便的。
在本文中，将向上的方向定义为0，向右为1、向下的方向定义为2、向左为3，如图所示。
2 冲刺路径绝对方向数组的获取
绝对方向数组的获取，通过读取GucMapBlock（根据当前格修改过周边4格的地图），获取冲刺地图，并变换成冲刺路径绝对方向的数组，在此基础上分析斜向45度路线的起始坐标和终止坐标。
算法分析：斜向包括4个方向，8种情况，每种情况至少连续两组以上即可选择。4个方向，8种情况，以绝对方向1010的情况为例如图3所示：
这种情况可以选择斜向跑，101010以及更多的重复循环情况也可以选择斜向跑，除此之外还有0101，1212，2121，2323，3232，0303，3030以及更多循环的情况。本论文就是通过有限状态自动机原理，把符合条件的所有情况筛选出来。
3 算法的实现
首先，搭建有限状态自动机，初始状态为“0”状态，输入值只有0，1，2，3四种情况，每一个输入之后，有限状态自动机会有状态跳转，如：在“0”状态下输入0时调整到“1”状态，输入1时调整到“2”状态，输入2时调整到“3”状态，输入3时调整到“4”状态；在“1”状态下输入0时调整到“1”状态，输入1时调整到“5”状态，输入2时调整到“3”状态，输入3时调整到“6”状态。有的输入会跳转到新状态，有的输入会跳转到已经存在的状态。其中，14，16，18，20，22，24，26，28为终止状态，分别是8种情况，首次达到终止状态，即满足两组斜向45度最低条件，再通过连续一组循环可以连续达到同一个终止状态，再次基础上可以计算出所有满足条件的斜向45度的起始坐标和终止坐标等信息。
有限状态自动机会转换成一个所有状态跳转关系都包含在28*4的状态转换矩阵中。
状态转换矩阵如下：
4 编程实现
在VC++6.0环境模拟斜向45度算法，根据缓冲区读取的实际数据在VC环境下，测试算法，通过算法运算出所有符合条件的序列段，并运算出起始步数，起始点绝对方向，起点坐标，终止坐标，步数等信息。
测试用例：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}；
运行结果：
【摘要】本文介绍了配网用智能开关的定义、发展历程、运行管理现状，并结合配电网管理，研究智能开关在实际应用中要注意的问题和解决办法。
【关键词】配电网；智能开关；管理
一、引言
国内智能化配电网试点工程建设已在不断扩大，取得很好示范效应，但在实际运用中出现重科技创新轻应用管理的问题，不能发挥应有的作用。配电网管理的基础设备是智能开关，事关配电网科技创新的实际效果。
二、配网中的智能开关
（1）智能开关的定义与发展。智能开关是指一次设备是由非常规互感器、隔离开关、接地开关、断路器组成，二次设备是由电力电子技术、数字化控制装置和通讯接口组成执行单元，一二次集成的开关设备。实现保护、控制、通讯功能，能独立执行当地功能，自动检测设备缺陷和故障，具有远程管理模式。初级智能开关是户外型可视化微机保护装置的一体化带通讯功能的集成柱上开关或开关箱。发展趋势是插接式开关系统（PASS）：PASS采用智能化传感器技术和微处理技术，通过数字通信实现对设备的在线监测、诊断、过程监视和站内计算机监控；通过智能软件分析可确定出设备的运行状况；PASS中安装了电子式互感器；通过高速现场总线传送数字化的电流电压信号。（2）配网中智能开关的选择、规划设计与安装调试。配网开关的选择需满足常规断路器所要求的分闸时间、绝缘耐压、动热稳定性需要。控制装置要实现不间断供电电源。要通过全密封防水型航空接插件和户外密封电缆进行电气连接。开关的智能化与传感技术是分不开的，要提高智能化开关的可靠性、检测精度，需采用光电传感器、在线位移传感器、角度传感器、新型光纤温度传感器、SF6压力传感器及检测真空度的传感技术。配网开关规划设计方面将技术先进和经济效益相结合，线路开关数量适当：线路长、故障多的增加开关数量要适当。辐射型多分支线路中主分支线均要加装开关，次分支可不加。环网的在主分支两侧都加装开关，减少停电范围以及发挥环网作用。智能开关在中压配电网的安装采取柱上断路器和杆下控制箱或者采用电缆开关箱，都要采用防撞、防误碰（控制箱）、防通讯连接线损伤甚至防盗的措施。编制《10kV柱上智能分段负荷开关成套设备（含控制单元、PT）测试规范》。主要项目有两类。设备检测过程中，如出现检测项目A类任一小项不通过，则认定该设备不能通过检测。检测项目B类按实际检测结果评分。A类是相间短路故障隔离、单相接地故障隔离、联络开关转供电、后备电源及工程配置能力；B类是通信协议一致性测试、电磁兼容及耐压、就地操作、结构及配置检查、成套设备运维安全防护。（3）配网中智能开关保护定值管理。第一，开关保护定值预期效果。故障区域自动隔离。当支线发生单相接地、相间短路故障时，根据电流保护阶梯式保护时限和过流三段反时限特性，以及零序电流的变化，智能开关先于变电站出线保护开关跳闸，自动隔离故障线路，变电站出线、干线分段开关及其它分支线路开关不因故障发生而跳闸引起停电。干线故障时，也不会引起变电站跳闸和上一级干线分段开关跳闸。环网线路根据环网方法不同，进行调整。快速恢复非故障区域供电。在辐射型配电网络中，若分支线路保护越级引起干线跳闸，或干线越级导致前一级干线跳闸，则可通过检压重合闸方式，延时和次数的不同进行自愈。达到主干线先重合，合闸闭锁，成功后分支开关检有压而合闸，若故障则分闸闭锁的效果。第二，开关保护定值的设定原则。一是主干分段开关采用阶梯式电流保护。从时间上、电流值上配合。主干断路器3～5个较宜，开关时间值调整一致（多分段开关时局部几个开关合一设定）或级差调整为大于等于150ms。二是分支线路配合前一级分段开关的定值，电流值的设定可根据负荷情况按照躲过负荷启动电流和两相末端短路值来设定，过流时间上等于或小于分段开关值，速断要小于分段开关值。三是计算出来的定值要保证低于变电站出线开关的定值。四是要根据配网管理系统的潮流以及负荷分布进行实时调整。（4）配网中智能开关通讯管理。目前逐步推广应用的通讯通道的最佳方式是主站（子站）采用标准的以太网通信设备，主站（子站）与站端（FTU/DTU）的通信使用较多的是光纤自愈环网和光纤以太网方式。由于架空线路覆盖范围广阔，目前多采用GPRS/CDMA通讯。FTU/DTU通过GPRS通信模块和配网管理系统主站系统构成虚拟专用网。
三、结语
衡量智能开关管理与应用水平，主要看经济效益、安全生产、客户服务、管理水平等方面。智能开关将全面代替其它配网开关，成为配电网管理的重要基础。
参 考 文 献
[1]高东（音）．《智能化断路器简介》．华东电网有限公司．2001（1）
[2]毛为民，文锋．基于柱上智能开关的广州地区架空馈线自动化模式的研究[J]．配电网自动化技术．全国电力系统配电技术协作网第二届年会论文集．2009（10）
【关键词】 温湿度 单片机 无线通信
为了对单片机有更深刻的了解，同时也在电子方面有更深刻的认识，通过学习，选择做一个通过nRF24.L01射频无线通信技术，基于STC89C51单片机，设计一个无线通信系统。核心部件单片机STC89C51，它在整个人类史上的地位已经不容置疑地确立了，相信它会越来越深入地浸透到人们的生活中，并且将在一定程度上影响人们对生活的理解和诠释。
一、温湿度检测系统主要功能
为了对空气中的温湿度进行测量以及利用无线传输显示，先在LCD1602显示屏设定初始值，同时DHT11开始检测当前空气温度、湿度，假定当前温湿度超过设定值，四个流水灯分别代表温度、湿度上下限，有选择的指示灯亮同时蜂鸣器报警，通过按键可以调节设定的初始值。
二、系统主要器件的简介
2.1主控器件
本设计是STC89C51单片机为控制核心，RC522为非接触式IC卡读写器，基于FRID的射频识别技术综合实现所有功能。本系统选择C语言作为STC单片机开发的首选编程语言。系统框图如下：
单片机技术的发展以微处理器（MPU）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。单片机是STC公司最新推出的一种新型51内核的单片机。单片机具有可靠性强、性价比高、电压低、功耗低，结构简单，体积小，信号处理可靠等优点。片内含有Flash程序存储器 SRAM、UART、SPI、A＼D、PWM等模块。
2.2 DHT11温度传感器
对于DHT11而言，其首先是建立在数字信号基础上的复合型温湿度传感器，在结构上，1个测温软件NTC，1个感湿软件，共同连接在8位高性能单片机上面。在技术应用层面，具有数字采集技术和温湿度传感技术的相互结合，进一步提高了传感器的准确性和适用性。除此之外，具有极高的抗干扰性、效率高等优点[10]。对DHT11的校对要借助湿度校验室来完成。OTP存储校准系数，并在对信号进行检测时发挥作用。串行接口采用单线制，简化了整个系统的结构，并提高了系统的效率，降低了能耗，数据信号传输距离能达到20米远，该种传感器在封装上，由为4 针单排引脚来实现，简化了连接方式，并能根据不同用户的需求进行适用。
2.3 nRF24.L01 2.4GHz射频收发芯片
无线传感器网络技术是21世纪最具影响和创新性的技术之一，主要涉及现代计算机技术、电子科学技术、网络技术以及通信技术等。无线传感器网络的应用领域十分广泛，主要可应用于环境监测、医学保健、军事情报收集、工业生产自动化、建筑安全监测等方面。目前基于无线传感器网络技术的环境监测系统主要采用ZigBee、GPRS、FDMA、CDMA进行传输。它具有计算简单，直观合理的有点[15]。
三、系统硬件设计
nRF24.L01硬件的设计有单片机电路、nRF24.L01控制电路、温度传感器电路等；nRF24.L01控制电路实现nRF24. L01的智能化控制，比如自动发送或接收数据，完成报警。主要由AT89S52芯片和nRF24.L01芯片完成，无线通信部分由nRF24.L01控制芯片完成。
四、系统软件设计
4.1主机流程
该系统实现了以发射端控制传感器模块、nRF24.L01无线输出模块为主要功能的核心系统。主机的功能实现主要步骤有：当电源开始供电时，按下开关，该程序开始工作，传感器模块开始检测周围的温湿度、通过nRF24.L01传输到接收端。
结语：本设计以MCS-51系列单片机为核心设计的无线通信系统，并通过nRF.24L01射频无线通信技术，以实现主机采集温湿度传感器相关数据发送给从机单片机以LCD1602予以显示。温湿度传感器使用DHT11，主要通过RC522为非接触式IC卡读写器，基于FRID的射频识别技术综合实现所有功能。
参 考 文 献
论文介绍的可重构多变魔方模块采用了GY-85传感器模块感知位置信息，步进电机为执行器，模块监控器通过IIC总线与多变魔方控制器形成一个模块化分布式控制系统。论文以4模块构建的多变魔方为例，介绍了可重构多变魔方模块的硬件结构、软件结构、通信协议和模块运动的同步控制方法。
【关键词】模块化机器人 GY-85传感器 运动控制
1 可重构机器人与多变魔方
可重构机器人（Reconfigurable Robot）是由功能简单而具有一定感知能力的模块机器人有机联接而成。其核心是将机器人分解为标准化、模块化的组件，研究这些模块化组件如何有机的结合，以达到机械系统的快速拆装、功能模块间的有效通讯、整体机器人系统的协同控制。
多变魔方可看作是一个简单的可重构机器人，它同时拥有自重构、自组装和群体机器人的特点。多变魔方由结构简单、功能单一、配置方便的机电模块连接而成，这些模块集传感器、执行器、通信接口等装置为一体，能够快速拆装、互换装配、互相通讯、协调控制。多变魔方机器人的每个模块都可以自主移动并与其他模块自组装成魔方结构，可以被配置成各种不同形态，实现变形。
下面介绍一种可重构多变魔方模块及其重构的实现方法。
2 多变魔方的硬件结构
2.1 多变魔方的机械结构
多变魔方模块的机械结构采用直角立体三角形如图 1所示，每个模块包含了一个步进电机、位置传感器和驱动电路。由4个模块可组装连接成一个简单的多变魔方（其中有1个模块与支架相连，1个模块没有步进电机），通过驱动各模块步进电机可实现的几个变形操作见图2。
2.2 多变魔方的电路结构
可重构多变魔方模块包含位置信息传感器（GY-85）、步进电机驱动电路。模块之间通过IIC总线连接，并连接到多变魔方控制器，形成一个简单的模块化分布式控制系统。每个模块的电路是一样的，只是作为IIC总线上的器件地址需要进行设置。多变魔方控制器（上位控制机）包含人机交互和通信接口 。
位置信息传感器采用GY-85模块，这是一款九轴自由度IMU传感器，集成了三轴陀螺仪（ITG3205）、三轴加速度（ADXL345）和三轴磁场（HMC5883L）传感器，三个器件由IIC总线连接，集成在一小块PCB上，能够同时测量重力方向、磁场方向和角度方向的变化。
GY-85模块中ITG3205、ADXL345和HMC5883L三个器件已有统一的访问地址，分别为0xD0、0xA6和0x3C。为使多个GY-85模块通过IIC总线相连，需要通过模块监控器将每个可重构模块重新封装成一个IIC器件，并由模块编号开关设置不同的IIC器件地址。
模块监控器采用C8051F320，负责读取GY-85模块中位置信息和驱动模块执行器。
可重构模块的执行器采用步进电机，驱动参数有3个：当前的位置、目标位置和步进速度。模块监控器写入和读取驱动参数，可改变和获取步进电机状态。
多变魔方控制器通过通信接口IIC与各模块连接，并通过人机交互设备（带触摸屏的LCD显示器）显示多变魔方的状态信息，输入多变魔方状态的控制信息。
3 多变魔方的软件结构
多变魔方的软件由两部分组成：基于32位ARM架构下的多变魔方控制器软件和基于兼容8位MC51架构下的可重构模块监控软件，其中模块监控软件及其数据结构是重要基础。
3.1 模块监控软件及其数据结构
模块监控软件包括GY-85位置信息读取、电机状态读取、电机驱动、IIC总线驱动等模块组成。其中模块状态的数据结构通过下面语句来定义。
typedef struct {
int AA_x，AA_y，AA_z； //三轴角加速度数据
int Acc_x，Acc_y，Acc_z； //三轴加速度数据
int Mag_x，Mag_y，Mag_z； //三轴磁场数据
}GY_85； // GY-85模块位置信息数据结构
typedef struct {
int Target； //电机目标位置
int Position； //电机当前位置
int Speed； //电机当前运动速度方向（分正负方向）
}Motor； //电机数据结构
每个模块可分别定义两个位置信息变量和两个电机信息变量：
GY_85 GG0，GG1；
Motor MM0，MM1；
其中GG0、MM0为当前状态，由定时中断程序刷新（刷新周期取400ms），GG1、MM1为同步状态，由控制器发出的同步命令将GG0、MM0复制过来，以实现数据的同步采集。控制器发出的电机命令设置MM0中参数，可实现电机运动控制；先设置MM1然后同步复制到MM0可实现电机的同步控制。
3.2 控制器软件和通信协议
控制器软件在uC/OS II实时操作系统下工作，包括人机交互、运动控制、数据通信三个功能模块。人机交互的功能包括：多变魔方基本状态显示、各模块位置信息显示、多变魔方基本状态和自定义状态按钮检测。运动控制模块功能包括：单个模块驱动、基本状态控制、自定义状态控制。数据通信模块功能包括：IIC总线驱动、各模块位置信息和电机状态读取和电机运动数据设置。
多变魔方控制器与各可重构模块之间采用IIC通信接口，控制器为主器件，可重构模块为从器件。IIC总线的数据传输格式通常为：地址（1字节）+参数（n字节），设可重构模块扩展地址M_Addr为8位二进制，其中高4位为模块号M_No（模块号0000B对应所有模块），低4位为命令号M_Com（最低位为IIC的读写标志），参数分别为P1、P2……Pn。通信协议的数据包格式如图3所示，相关命令格式说明见表1。
4 模块运动的同步控制方法
首先通过多变魔方的上位控制机发出“同步允许”和“同步禁止”命令，来选择需要同步采集和同步控制的模块。
4.1 数据同步采集
发出对模块号为0000B（即对应所有模块）发出“同步刷新G”和“同步刷新M”命令，可将各模块的位置信息和电机信息的同步采集存放到各自GG1和MM1变量中，然后分别由“位置信息1”和“电机信息1”命令读取各模块的GG1和MM1变量，由此实现对各模块的数据同步采集。
4.2 电机同步控制
对各模块发出“运动控制1”命令，将模块电机目标位置发送到模块的MM1变量中，发出对模块号为0000B（即对应所有模块）发出“同步还原M”命令，各模块将同时驱动电机按给定的速度和方向到达目标位置，从而实现对各模块运动的同步控制。
5 结论
利用上述的可重构模块设计了一个四模块的多变魔方，实现了典型的变形操作。所设计的多变魔方融合了数字化传感技术、控制技术、通信技术和机电技术等；可重构模块不仅在机械结构上可以快速配置，形成不同构型的机器人，而且在电子线路上也能快速拓展；多变魔方结构简单，但造型丰富，能形成众多形态，再配上表面的灯光显示，具有很强的展示功能；多变魔方作为一个机电设计的教学案例，用于综合实验教学也有着重要意义。如将其作为一种新颖的室外大型电子“数字魔型”，布置在校园内或公共场所，在不同的时间、场合展示不同的造型，则需要改进其通信接口，如采用RS486、CAN总线。
参考文献
[1]强，关胜晓.可重构模块化机器人研究[J].计算机系统应用，2008，17（9）： 28-32.
【摘要】本文分析了本科生智能仪器与检测技术实验教学的现状,结合中国石油大学(华东)的实际情况,对实验室硬件条件,实验内容,教学方法等提出改革方案,以增强学生的工程实践意识,培养学生应用系统设计的能力,提实验教学的质量。
【关键词】智能仪器与检测技术;实验教学;多媒体
1引言
智能仪器与检测技术是高校自动化及相关专业的一门重要课程,它集技术性、工程性和实践性于一体,是一门涉及传感技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信号分析与处理技术、数据通信技术、模式识别技术、可靠性技术、抗干扰技术和人工智能等多门学科的现代综合技术[1]。该课程知识面广,综合性强,学习难度较大,因此其实验教学环节显得尤为重要。通过实验教学促进学生对以传感器为核心的检测技术,对以单片机为核心的智能仪器技术的理解,增强学生的工程实践意识,培养学生应用系统设计的能力。本文从课程教学的需要和培养具有设计能力的人才的观点出发,对实验教学改革措施进行探讨。
2实验教学的现状
智能仪器主要包括将被测非电量转换成与之相对应的电信号的传感器部分,对传感器的信号进行进一步的滤波,放大等的信号调理电路,以及以单片机为核心对信号进行处理,
因此,在中国石油大学(华东)的智能仪器与检测技术实验室中,相应的实验内容也由传感器,转换电路以及单片机这三部分组成。传感器及转换电路实验主要使用CSY-968传感器实验仪,进行电阻式,电容式,电感式等多种常用传感器的静态和动态特性实验,以及移相器,相敏检波等转换电路实验,单片机实验则使用XYZ-22型综合实验仪,进行LED显示,A/D转换等多个以8051为核心的单片机基础实验,实验室目前共开设实验项目二十一个,能够比较全面地培养学生的动手能力,完成《智能仪器与检测技术》课程的基本教学要求。目前实验室存在的问题主要有:实验项目比较基础;实验内容多为验证性的;教学手段比较传统。针对以上问题,提出了下面的教学改革方案,以改善实验室的教学条件,增强实验教学效果。
3增加学科领域新型、高端实验项目
近年来,随着半导体,计算机技术的飞速发展,智能仪器与检测技术出现了如下趋势:微型化;多功能化;人工智能化;网络化等[3]。这些发展变化的技术背景就是硬件及软件的不断发展及创新。而实验室目前只能进行学科基础性的实验,非常不利于学生了解学科发展的情况,掌握工程实践所需要的高级技能,从而限制了学生水平的提高。为此,有必要增加学科领域新型、高端的实验项目。
从检测技术方面,大量应用新技术和新的物理效应的传感器得到了广泛的应用,如光纤,超声,红外,光电等,应适当引进相应的实验仪器和项目,引导学生了解和掌握这些新型的检测技术。从单片机方面,MCS-51系列8位单片机由于使用时间长,性能价格比高等特点,在国内仍然有比较广泛的应用,但是,单片机发展速度极快,大约每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番[4],大量其他系列的单片机不断投入市场,以其多功能、高速度、低功耗、低价格、扩大存储容量和加强I/O功能等优势在设计中占有越来越重要的地位,因此需要增加AVR,DSP,ARM等系列单片机的相关实验。这不仅可以满足学生拓展知识面的要求,而且可以为学生的电子设计竞赛和毕业设计等活动提供强大的物质支持。
4增加设计性,综合性的实验内容
智能仪器与检测技术是一门与工程实践结合得比较紧密的课程。而实验室目前开设的实验项目多为验证性的。验证性的实验有利于巩固学生所学的传感器和单片机的相关理论知识,有利于提高学生的基本实验技能,但是却很难培养学生的工程综合与应用能力,理论与实际相结合的能力和创新研究能力。因此,必须在保留经典的验证性实验项目的基础上,增加设计性,综合性的实验内容。
设计性,综合性实验主要是讲义上给出实验目的或题目,要求学生据此查阅大量相关的资料或文献,了解实验原理,选择实验仪器,列写实验步骤,最终完成实验并撰写实验报告。例如:智能温度控制实验,要求学生使用8051单片机设计一个控制电热杯加热水温度的应用系统,这个实验综合了传感器热电阻Pt100及其转换电路,8051单片机的软件与硬件设计等多方面的知识,实质上就是一个完整的智能仪器的设计过程,学生必须综合运用所学的知识,才可能独立完成实验。这样的实验有趣味,有难度,可以拓宽学生的知识面,激发学生的实验兴趣,增强学生的实验技能,提高其知识综合运用的能力,培养学生的创新意识和创造能力,从而提高学生的就业竞争力。
5充分利用网络资源和多媒体技术,改进教学方法
实验室目前采取的教学方法比较传统,概括地讲就是实验前统一讲授,实验中个别辅导。由于实验前需讲解多个实验,所以每个实验不可能面面俱到,只能点出实验要点和注意事项,实验中,由于实验项目和学生众多而时间有限,因此个别辅导的面也不广。这样学生的预习工作对教学效果影响很大。要改变这种现状,必须充分利用网络资源和多媒体技术,改进教学方法。
多媒体辅助教学是一种以多媒体计算机系统为主要教学媒体的新型教学模式[5]。它可以实现课堂教学的全员性、大容量、多信息、多趣味和高效率,能帮助教师更好地完成教学功能。为此提出两点教学改革的方案,一是制作大量优质的CAI多媒体实验教学课件,在师生面对面的教学中产生图、文、声、像并茂的效果,刺激学生的科学灵感,强化知识的印象,加大知识信息传播的力度和深度,以弥补传统实验教学的不足,提高实验教学的效果。二是充分利用网络资源,积极开发网上智能仪器与检测技术虚拟实验室,使学生在上课之前可以进行模拟实验,从而提高预习深度,最终改善教学效果。
关键词： 光纤振动传感系统； 复用； 相位生成载波
中图分类号： TN 911.74文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.01.009
引言
随着科技的发展，安全防范的重要性越显突出。一些重要的保密部门、军事要地、银行、机场等对大范围、长距离、高可靠性的安防技术的需求越来越显著。目前，已有大量的光纤传感技术应用于安防系统，其特点是抗干扰性强、可靠性高，隐蔽性好、可防探测，易于安装和维护[12]。
在实际应用中，常常会遇到需要对多个对象进行监测，而一个被监测对象需要对应一套光纤传感结构，这不仅大大提高了整个监测系统的成本，而且系统的复杂程度也逐级上升，给维护也带来了很大的困难[3]。为了解决上述问题，通常采用复用的方法，来达到简化系统，降低成本，易于维护的目的。
1背景技术
在光纤传感所采用的复用技术中，相位载波复用是较常采用的技术，即通过相位载波复用，使不同的感应单元复用共同的光源、光纤光路以及光电探测器等。这种复用方法，如文献[45]所描述，通过对不同的感应单元施以不同频率的相位载波进行调制，每个载波频率对应于一个感应单元，各感应单元产生的干涉信号被共同的光电探测器检测。为了实现复用与解复用的目的，上述的相位载波复用技术一般具有以下特征：
（1）为了使复用的信号不发生混叠，相邻载波频率之间的频率差必须大于外界扰动引起的信号基波频率上限的两倍；
（2）对于光电探测器后的信号，通过信号处理技术，采用载波基波或谐波作为参考信号，对载波基波或谐波边带信号进行处理，以达到将干涉信号解调出来的目的。
在该技术中，由于对相邻频率的间隔要求，同时为了使不同载波的基波、谐波频率不发生混叠，使得调制频率的选择受到较多限制，由此会影响到实际复用的数量；同时，为了使复用的数量足够大，对调制器件的工作点要求可能会很分散，并要求调制器件具有高的工作频率，这不利于实际应用。在信号的解调中，如引入信号处理技术，会增加信号处理部分的技术难度和技术复杂性，并大大提高后端的开发成本和设备成本。
在光纤传感系统的许多实际应用场合，两个事件完全同时发生的概率很小，即两个感应单元同时感应到信号的可能性很小。针对这种情况，本文提出一种新型的基于相位载波复用技术的光纤传感复用方法。在光纤干涉系统中，对感应外界扰动的不同感应光纤单元产生的干涉信号，用不同频率的载波进行调制，相邻载波频率之间的频率差无需大于外界扰动引起的信号基波频率上限的两倍，各光纤感应单元形成的信号被共同的光电探测器检测后，利用信号基波来分析扰动信号的物理量，并利用载波基波或谐波的边带判断感应扰动信号的光纤。
由于每次扰动事件只发生在一个感应单元，即只有一个感应单元感应到扰动信号，设该单元为第i个感应单元，从式（4）可以看出，调制频率fmj（j≠i）的基波和谐波将不会出现边带，而调制频率fmi的基波和谐波则出现边带，根据这一特点即可判断感应扰动的感应单元。由于仅需观察是否出现边带，仅需相邻的调制频率有一定的间隔，不影响边带判断即可，不需要传统的相位载波复用方案那样要求具有两倍于基波最大频率的要求。图1为i单元发生扰动时的频谱示示意，在该图中，载波频率fmi出现了明显的边带，说明感应信号来自于感应单元i。对于出现边带的载波频率的确定，利用一些便捷的分析手段，例如边带的能量、谱线的对称性等，即可实现；信号基波则可用来恢复干涉信号。
由于仅用信号基波来恢复干涉信号信息，无需像传统相位载波复用那样用载波基波或谐波作为参考信号来解调干涉信号，相应的信号处理手段简单，由于这个特点，也可以很方便地应用于施加载波的调制端远离解调端的情况下（例如图3的结构中），而无需将调制信号引回解调端或在解调端恢复出解调所用的参考信号。
3数据分析
本文采用的是图2的结构。所使用的第一耦合器1为3×3均分耦合器，第二耦合器2为2×2耦合器，有2个复用的感应单元：4（1）、4（2），使用的是光缆中的一芯，相应的光缆长度分别为21 km、14 km。光源为中国电子科技集团公司第44所生产的SO3B型超辐射发光管（SLD）型稳定光源。光纤延迟器3使用的是美国 “康宁”生产的G652型单模光纤，光电检测装置8中使用的光电探测器为中国电子科技集团公司第44所生产的型号为GT322C500的InGaAs光电探测器。使用的相位调制器是将光纤绕在压电陶瓷上制作而成。经测试，信号基波的最高频率小于80 kHz，施加在相位调制器7（1）、7（2）上的频率分别为100 kHz、110 kHz。低通滤波器9的带宽为80 kHz，从光电检测装置8输出的信号经低通滤波器输出的信号，经信号采集卡采样后，进行扰动位置以及扰动性质的判断。同时，对光电检测装置8输出的信号进行采样，对载波基波的边带，即频率100 kHz、110 kHz的边带进行分析，即可判断扰动来自那根感应光纤。系统中所使用的采集卡为NI公司产品。
当敲击加有100 kHz载波频率的传感光纤时，所得到的的信号依次如下，图4（a）为加载波后信号波形。图4（b）为其频谱图，可以看到，100 kHz左右的边带有信号，而110 kHz左右边带比较干净，所以可以判定敲击信号是加在100 kHz所在的传感光纤上的。图4（c）为经过80 kHz低通滤波器后得到的振动信号。
当敲击加有110 kHz载波频率的传感光纤时，所得到的信号依次如下，图5（a）为加载波后信号波形。图5（b）为其频谱图，可以看到，110 kHz左右的边带有信号，而100 kHz左右边带比较干净，所以可以判定敲击信号是加在110 kHz所在的传感光纤上的。图5（c）为经过80 kHz低通滤波器后得到的振动信号。
由以上数据分析可以看出，可以用载波基波或谐波的边带来判断信号发生的感应单元，可以通过低通滤波器解调出相应的线路上的信号。
4结论
本论文使用载波基波或谐波的边带来判断信号发生的感应单元，这种判断方法简单易行，系统结构简化。本方法的另一优点是相邻载波的频率差无需大于信号基波的频率上限的两倍，这方便了载波频率的选取以及相位调制器件的选择，也使得复用单元的数量更大。
参考文献：
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关键词：EKF；滤波；移动信标；节点定位
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）09-2048-03
无线传感器网络被广泛应用于智能军事、楼宇与智能家居、现代物流、医疗监护、交通控制、工业监控等领域，通过设置大量的节点去监测某事件相关的物理量，并以自组织方式形成无线网络，这些事件需要确定发生的位置，而经信息融合后得到的相关数据如果不包含事件位置信息将毫无意义，只有带有标识位置信息的传感数据才有实际的意义，因此传感器节点自身的正确定位是提供事件位置信息的前提，节点的精确定位基础而关键。
无线传感器网络中的节点密度和信标节点数目决定着网络成本，为了降低成本和节点的硬件要求，往往采用移动信标节点，在可移动的节点上安装GPS或其它定位装置，以一定规律的移动并周期性所在的位置信息，未知节点利用所收到的相关信息，采用适当的测距法和节点坐标计算方法算出该未知节点的粗略位置，进一步采用滤波技术进行计算来提高定位精度。由于无线传感器网络节点通信存在信号的非线性衰减、非视距传播、多径效应及噪声的影响，导致明显的非线性因素，不能使用经典卡尔曼滤波（KF）处理，而扩展卡尔曼滤波（EKF） 可以有效处理非线性数据，适合于非线性条件下的滤波循坏求精。
1 扩展卡尔曼滤波理论
卡尔曼滤波理论由Kalman在1960年提出，它综合了状态空间的概念与随机估计理论，利用对象的状态方程、观测方程，并设法除去噪声的影响的滤波算法，是一种基于高斯白噪声背景下适用于线性系统的对随机过程的最优估计，在许多领域得到了广泛的应用。
由于经典卡尔曼滤波技术不能直接运用于线性系统，对于非线性系统可以通过一阶泰勒展开近似线性化，在此基础上再运用KF进行处理，这就是EKF。在对非线性系统进行线性化的过程中舍去了高阶项，因此EKF是一种次优估计。在实际应用中，对于非线性程度较小的系统如移动信标的WSN节点定位，EKF仍能获得较高的估计精度，不失为一种较好的滤波循坏求精方法，EKF技术正逐渐成为处理非线性系统状态及参数估计问题最常用的方法。
2 扩展卡尔曼滤波的应用
2.1 节点测距方法
本文首先采用RSSI测距法，利用RSSI值并结合传播路径损耗经验模型计算未知节点到移动信标的距离。在实际应用环境中，由于多径、绕射、障碍物等因素，无线传感器网络路径损耗模型通常引入随机干扰的对数一常态分布模型[2]：
式中，[PL（d）]是未知节点所接收信标的信号强度；d表示未知节点到信标的距离；[PL（d0）]表示经过距离[d0]后的路径损耗，通常取[d0]=1m；[λ]表示路径衰减因子，其值与周围环境有关，取值在2至5之间；[Xδ]是均值为零，标准差为[δ]的高斯随机变量。
其次，使用加权质心定位算法（WCL）采用每个未知节点接收的RSSI值最大的前m个虚拟信标位置作定位参考信息，加权质心法权值的确定必须确保与未知节点越近的信标节点的权值越大，可取[3]：式2.2 扩展卡尔曼滤波模型
1） 状态方程模型
在无线传感器网络中除了一个移动信标以外所有节点都处于静止状态，所以系统的状态模型是线性的，可建立状态方程模型如下：
式中[Xn=xnynT]表示未知节点由第n-1个信标位置进行滤波计算时的未知节点的坐标向量，[Wn]是测量过程的系统噪声，[Wn～N（0，Q）]。由于未知节点的运动速度为0，A为二阶单位矩阵。
2） 观察方程模型
由于信号的非线性化衰减现象在节点通信过程中存在，还有多径效应和非视距传播的影响，所以观测模型是非线性的，分析和仿真采用自由空间传播路径损耗模型和对数一常态分布模型，取未知节点从移动信标得到的位置信号RSSI值为观察量，可建立观察方程：
（4）式中P表示发射功率，G表示天线的接收增益，[Vn]表示平均值为0的高斯分布随机变数，[Vn～N（0，R）]，其标准差范围为：4到10，另：
3） 初始值的确定
状态初值和初始状态误差协方差阵的选择非常重要，它们很大程度决定了EKF的收敛速度及节点的定位精度。实际应用中为加快EKF的收敛速度，可利用WCL获得一个未知节点的近似位置，即状态的初值；选择一个较大的初始状态误差协方差阵P0。
3 WSN节点的定位计算过程
1）移动信标按照预先规划的路径移动遍历整个传感区域，期间以一定的发射功率不同间隔距离地发送位置信息。
2）未知节点在收到信息后，选择RSSI值最高的前m个信标信号记录其位置坐标信息[RSSIi；xbi，ybi]，i=1，2，…，m，m≥3。
3）未知节点对信标信号点，依其RSSI值从大到小排序，并记录未知节点到信标的信号位置的观测距离集合：[D=d1，d2，...，dm]，D中元素从小到大排序，观测距离[dm]是与[RSSIm]相对应的值。
4）进行WCL计算，得到未知节点的近似位置。
5）确定EKF的初始值，即状态初值和初始状态误差协方差阵，采用EKF进行迭代运算，最终得到未知节点的精确定位。
4 仿真验算及结论
利用Matlab7.0软件该算法的性能进行仿真验算。假设无线传感器网络设置在室外环境，路径损耗较大，参照MICA2 mote，式（4）、（6）中移动信标节点无线电发射参数取值如下：发射功率与天线的接收增益之和为111dB，衰减因子[λ]设为3.2，高斯分布随机变数的标准差为5，初始状态误差协方差阵则为：
[P0=25.00.00.025.0]；
设置200个传感器节点随机分布在200×200m2的正方形传感区域中，移动信标节点运动路线采用SCAN路径规划方法如图1所示，运动中确保图1中的水平和垂直方向同时分别有从7到12个信标位置的六种情形，移动信标节点在这些位置发送信标位置信息。在WCL计算时取m=6，即数值较大的6个信标位置点，确定EKF迭代次数为50次，仿真结果如图2所示。
通过仿真及分析，验证了运用EFK可以提高移动信标节点的定位精度，该算法除了可用于RSSI测距方法，还可应用于TDOA、TOA、AOA等测距方法。
参考文献：
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长期以来，李劲松以高灵敏度激光光谱技术及其应用研究为主要研究方向，开展着自己的科学研究工作。多年来，他勤勉研究、J真执着的精神以及在科研方面取得的成果受到了业界的高度关注。
从事科研 开拓创新
“2008年，李劲松在中科院安徽光学精密机械研究所获得博士学位，毕业之际，他收到了国内外多个科研院所的offer，但是由于对科研的喜欢和热切追求，他最终选择了隶属于法国科学院（CNRS）和法国太空中心（CNES）的法国兰斯大学大气分子光谱实验室， 加入到该学院物理系系主任Georges Durry教授的课题组从事科研工作。
在当时，李劲松的主要任务是服务于法俄科学院合作的“福布斯-土壤（PHOBOS-GRUNT Mission）”号火星探测项目中子课题：“紧凑型可调谐二极管激光吸收光谱仪的研制”工作。期间，他独立承担了与法国皮埃尔西蒙拉普拉斯研究院气象动力学实验室合作的“室温和低温下2.05μm附近压力诱导的CO2分子吸收谱线频移研究”，为该实验室提供了一系列可靠的光谱参数，为其在高精度激光雷达探测大气CO2空间分布的研究提供了很好的支撑，显示了他强大的独立科研能力。此后，他利用自己得天独厚的优势，对科研展开了孜孜不倦的探索。
2011年1月，为了追求更高的科研目标，李劲松进入德国马克斯普朗克化学研究所大气化学系Fischer研究小组，开始对基于新型量子级联激光光谱技术及其在大气化学方面的应用研究，进行了积极的探索和创新。
在德国期间，李劲松为Fischer课题研制出的高纬度机载量子级联激光光谱传感器，在大气CO、N2O、H2CO长期观察研究方面取得了丰富的数据，从而为研究所在大气化学方面的数据分析提供了有利的支撑作用，相关成果报道在传感器和光学领域权威期刊Sensors and Actuators B和Opt. Express。2013年6月，李劲松受美国科罗拉多州立大学机械工程系Azer教授的邀请，作为访问学者开展QCL激光光谱技术在内燃机燃烧成分诊断方面的指导研究。
报效祖国 责无旁贷
心有赤子情，怀有报国心。满怀着对祖国的依恋和感恩，李劲松谢绝了德国Fischer研究员和美国Azer教授的盛情挽留，怀着报效祖国和家乡的梦想于2013年12月回到了自己的家乡――安徽合肥。他作为“海外高层次人才”进入安徽大学物理与材料科学学院光电信息获取与控制教育部重点实验室。
回国后，李劲松在安徽大学首次开展了基于单个量子级联激光器的大气多组分同时测量的双光谱技术研究，解决了当前量子级联激光传感技术方面的诸多不足，并将该技术成功推广到安徽省科技攻关计划资助的“公共安全领域爆炸物和危化品的遥感探测研究”，国家自然科学基金资助的“大气N2O稳定同位素的双光谱原位测量技术研究”，以及科技部国家重点研发计划资助的“深海海水溶解性气体和金属离子化合物原位测量研究”等方面的应用研究，收到了显著的效果。现在，李劲松以第一作者和通讯作者在高水平SCI期刊已30余篇论文。
