時(shí)間：2023-03-02 15:06:05
序論：在您撰寫光電檢測(cè)技術(shù)論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，IPTV、OTTTV、網(wǎng)絡(luò)視音頻等新媒體不斷沖擊著傳統(tǒng)廣播電視的傳輸覆蓋陣地，廣播電視的競(jìng)爭(zhēng)壓力越來越大，市場(chǎng)規(guī)模份額逐漸縮小，受眾大量流失，廣電行業(yè)的繁榮發(fā)展遇到了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。就當(dāng)前實(shí)施三網(wǎng)融合來講，電信行業(yè)發(fā)展推進(jìn)最快，市場(chǎng)份額不斷增加，受益最多;而廣電行業(yè)原有的發(fā)展優(yōu)勢(shì)卻在不斷被弱化，行業(yè)市場(chǎng)份額逐級(jí)減少。盡管廣電行業(yè)內(nèi)部近年也在改革，但力度不大、進(jìn)展緩慢，全國(guó)并未形成統(tǒng)一的整體格局，而是各省(市、自治區(qū))各自為政，未真正實(shí)現(xiàn)全國(guó)廣電網(wǎng)絡(luò)的整合。此次三網(wǎng)融合中，廣電網(wǎng)絡(luò)并未通過數(shù)字化和雙向化改造提升行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，反而失去了原有的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。
2制定發(fā)展措施
面對(duì)新媒體傳播技術(shù)的挑戰(zhàn)，廣電行業(yè)應(yīng)當(dāng)高度重視，深刻反思，找準(zhǔn)差距，從多方面入手，制定發(fā)展措施，盡快擺脫被動(dòng)不利格局。一是要重視提高節(jié)目質(zhì)量，調(diào)研不同受眾者的需求，認(rèn)真策劃和研發(fā)節(jié)目?jī)?nèi)容。二是借鑒其他傳媒的成功經(jīng)驗(yàn)，重視拓展業(yè)務(wù)空間，不斷創(chuàng)新服務(wù)方式和手段，用高質(zhì)量的節(jié)目和周到的服務(wù)贏得客戶。三是急需實(shí)現(xiàn)真正意義上的制播分離，通過改革節(jié)目制作運(yùn)作機(jī)制，提高節(jié)目制播能力，不斷豐富節(jié)目?jī)?nèi)容，滿足不同受眾群體的多種需要。四是充分開發(fā)利用廣電傳媒的實(shí)用性、獨(dú)特性和不可替代性的資源優(yōu)勢(shì)，從抓好市場(chǎng)調(diào)查研究入手，不斷研發(fā)更新廣電傳媒新產(chǎn)品，積極參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，鞏固城市有線廣播電視網(wǎng)絡(luò)媒體陣地。五是拓展互聯(lián)網(wǎng)新媒體領(lǐng)域，爭(zhēng)取政府在政策層面上更大力度和更有實(shí)效的協(xié)調(diào)和支持，充分運(yùn)用高新技術(shù)手段，不斷拓展新媒體業(yè)務(wù)發(fā)展空間，鞏固農(nóng)村直播衛(wèi)星覆蓋等優(yōu)勢(shì)。六是要心存危機(jī)憂患意識(shí)，積極開拓創(chuàng)新和銳意進(jìn)取。
3加強(qiáng)技術(shù)監(jiān)測(cè)的必要性
廣播電視技術(shù)監(jiān)測(cè)是政府履行監(jiān)管職能與確保安全播出的技術(shù)監(jiān)管手段和重要技術(shù)環(huán)節(jié);是主管機(jī)構(gòu)實(shí)施行業(yè)技術(shù)質(zhì)量評(píng)比、評(píng)判和規(guī)范化管理的基本依據(jù);是維護(hù)空中廣播電視電波運(yùn)行秩序、保護(hù)用戶權(quán)益和監(jiān)測(cè)廣播電視覆蓋效果不可缺少的有效手段;是促進(jìn)廣播電視行業(yè)自身發(fā)展的千里眼和順風(fēng)耳，實(shí)現(xiàn)廣電行業(yè)內(nèi)部自我管理和建立廣播電視技術(shù)質(zhì)量自我監(jiān)督機(jī)制的耳目和有力助手;是加強(qiáng)安全播出管理、改善播出質(zhì)量和擴(kuò)大有效覆蓋的科學(xué)技術(shù)手段，是實(shí)現(xiàn)廣播電視事業(yè)產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展的有機(jī)組成部分。廣播電視監(jiān)測(cè)是伴隨著廣播電視傳輸和覆蓋的發(fā)展而發(fā)展的，廣播電視覆蓋到哪里，相應(yīng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)就應(yīng)當(dāng)跟隨覆蓋到哪里。一個(gè)龐大的現(xiàn)代化廣播電視傳輸覆蓋網(wǎng)需要構(gòu)建一個(gè)高質(zhì)量、高效率和完善的廣播電視監(jiān)測(cè)網(wǎng)，并且不同的廣播電視傳輸覆蓋手段需要不同的技術(shù)監(jiān)測(cè)措施，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)廣播電視傳輸覆蓋網(wǎng)的播出質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)電波覆蓋效果和傳輸情況準(zhǔn)確、有效和及時(shí)地進(jìn)行核查，維護(hù)和管控空中電波和網(wǎng)絡(luò)頻道運(yùn)行秩序，核查各類播出系統(tǒng)是否符合播出相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。廣播電視監(jiān)測(cè)的主要任務(wù)是:監(jiān)測(cè)廣播電視覆蓋效果和傳輸及播出技術(shù)質(zhì)量;監(jiān)測(cè)廣播電視頻段無線電波秩序和網(wǎng)絡(luò)頻道秩序;監(jiān)測(cè)境外電臺(tái)對(duì)我國(guó)廣播的動(dòng)態(tài)等。這就是說，要對(duì)廣播頻段各種傳輸和播出手段的技術(shù)質(zhì)量和覆蓋效果進(jìn)行監(jiān)測(cè);要對(duì)各種傳輸和播出手段是否合法、是否按政府批準(zhǔn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范進(jìn)行傳輸和播出進(jìn)行監(jiān)測(cè);要嚴(yán)格保護(hù)并有效利用頻譜資源，保證廣大受眾良好收聽收看;要對(duì)境外對(duì)我國(guó)的廣播是否按國(guó)際法規(guī)和國(guó)際協(xié)議規(guī)定的技術(shù)條件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以維護(hù)我國(guó)的合法權(quán)益。加強(qiáng)廣播電視監(jiān)測(cè)，完善對(duì)廣播電視多媒體播出傳輸?shù)娜轿粺o縫隙監(jiān)管，是廣電職能部門義不容辭的責(zé)任。廣播電視行業(yè)在求生存、謀發(fā)展的同時(shí)，要牢記“確保廣播電視安全播出”的根本職責(zé)和義務(wù)，務(wù)必高度重視對(duì)廣播電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)更新改造，采用科學(xué)、有效和完備的技術(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)廣播電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)位、跟進(jìn)和完善，加大對(duì)廣播電視新媒體播出全方位的監(jiān)測(cè)監(jiān)管，不斷增強(qiáng)廣播電視安全播出保障能力，有效地保障廣播電視播出質(zhì)量和傳輸覆蓋效果。
4甘肅廣播電視監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)現(xiàn)狀
甘肅廣播電視監(jiān)測(cè)工作起步較早，從最早的手動(dòng)、半自動(dòng)廣播電視監(jiān)測(cè)階段，發(fā)展到單板機(jī)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、磁帶記錄、及時(shí)報(bào)警、紙帶打印;再到采用上海科江公司的自動(dòng)化無線廣播電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全省15個(gè)地市30多套中波廣播的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)，以及蘭州市區(qū)4套開路模擬電視、10多套調(diào)頻廣播的有效監(jiān)測(cè)，使我們的監(jiān)測(cè)工作邁上了新臺(tái)階。隨著國(guó)家廣電總局有線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)中心甘肅分中心的建成，對(duì)所轄地區(qū)有線電視播出前端的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)終端進(jìn)行質(zhì)量、內(nèi)容和安全的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全省15個(gè)地市模擬有線電視的有效監(jiān)測(cè)，我們的監(jiān)測(cè)工作取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。而北京博匯公司TrinityAres數(shù)字衛(wèi)星電視監(jiān)管系統(tǒng)的使用，標(biāo)志著我們的監(jiān)測(cè)工作進(jìn)入了全新的數(shù)字化時(shí)代，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)手段的現(xiàn)代化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，是甘肅省廣播電視監(jiān)測(cè)史上的一個(gè)重大突破。圖2為該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖中的虛線框表示可選的連接方式，因?yàn)榻M播數(shù)圖2TrinityAres數(shù)字衛(wèi)星電視監(jiān)管系統(tǒng)框圖據(jù)中已經(jīng)包括監(jiān)測(cè)參數(shù)及TS碼流，碼流監(jiān)測(cè)集中監(jiān)管主機(jī)與監(jiān)測(cè)前端主機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連，前端監(jiān)測(cè)主機(jī)一塊板卡對(duì)應(yīng)一個(gè)碼流，即可完成信號(hào)監(jiān)測(cè)、畫面顯示、集中控制等全部功能。另外還引入了博匯公司無線數(shù)字廣播電視監(jiān)測(cè)技術(shù)，隨著新平臺(tái)的建設(shè)和不斷完善，逐步實(shí)現(xiàn)了對(duì)廣大縣級(jí)地區(qū)無線調(diào)頻廣播的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，極大促進(jìn)了無線廣播的有效覆蓋。雖然甘肅省初步建立了有線廣播電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、無線廣播電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、衛(wèi)星廣播電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)廣播電視無線、有線和衛(wèi)星傳輸與覆蓋的安全播出能夠進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但由于多種因素的限制，目前省級(jí)廣播電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還不適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展和新媒體監(jiān)測(cè)管理工作的需要，特別是受當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)條件制約，省級(jí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)升級(jí)改造經(jīng)費(fèi)不到位，造成全省廣播電視數(shù)字化節(jié)目、網(wǎng)絡(luò)視音頻信息節(jié)目和多媒體手機(jī)電視節(jié)目等至今尚未配置相應(yīng)的技術(shù)監(jiān)測(cè)設(shè)備，造成廣播電視數(shù)字化節(jié)目和多媒體手機(jī)電視無法進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和管控，亟待引起有關(guān)方面予以高度關(guān)注和重視，盡快落實(shí)技術(shù)升級(jí)改造經(jīng)費(fèi)，確保數(shù)字化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備得到及時(shí)更新改造，確保數(shù)字化廣播電視節(jié)目得到有效監(jiān)測(cè)，全省廣播電視安全播出得到保障，更好地適應(yīng)新媒體發(fā)展和技術(shù)變革要求。
5提升技術(shù)保障能力的重要性和緊迫性
確保安全播出關(guān)系到國(guó)家輿論導(dǎo)向正確性，關(guān)系到廣大用戶的收聽收看權(quán)益，這不僅僅是技術(shù)問題，也關(guān)系到社會(huì)穩(wěn)定和健康發(fā)展的問題。因此，我們要不斷增強(qiáng)對(duì)安全播出重要性、緊迫性和責(zé)任感的認(rèn)識(shí)，務(wù)必把提高廣播電視安全播出可靠性和不斷提升安全播出保障能力放在各項(xiàng)工作的首位。隨著廣播電視事業(yè)產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展，廣播電視節(jié)目的套數(shù)越來越多，節(jié)目播出時(shí)間越來越長(zhǎng)，而對(duì)設(shè)備所要求的檢修時(shí)間卻越來越短，對(duì)維護(hù)人員的技術(shù)素質(zhì)要求越來越高。隨著廣播電視監(jiān)測(cè)監(jiān)管節(jié)目信息量的不斷加大，對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)崗位人員帶來的工作壓力和難度加大。同時(shí)隨著廣播電視播出傳輸設(shè)備集成化程度越來越高，其系統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)更新?lián)Q代越來越快，涉及安全播出技術(shù)環(huán)節(jié)的底層設(shè)計(jì)問題越來越成為難以破解的“黑匣子”，這一系列問題給安全播出技術(shù)一線單位帶來了相當(dāng)大的工作難度。這說明無論是廣播電視監(jiān)管機(jī)構(gòu)還是安全播出責(zé)任單位，都務(wù)必高度重視安全播出技術(shù)環(huán)節(jié)工作，無論對(duì)人員素質(zhì)要求還是在技術(shù)設(shè)備層面上來講，都必須想方設(shè)法地全面提升技術(shù)保障能力，特別要在兩方面入手:一是播出傳輸機(jī)構(gòu)務(wù)必要嚴(yán)格落實(shí)《廣播電視安全播出管理規(guī)定》(總局62號(hào)令)及其各專業(yè)實(shí)施細(xì)則，才能有效化解技術(shù)和管理上的難題和挑戰(zhàn);二是政府要加大投入，盡快提升和完善廣播電視監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，對(duì)廣播電視播出質(zhì)量及其安全性實(shí)施全方位的全程可靠監(jiān)測(cè)和有效監(jiān)管，以更好地適應(yīng)廣播電視多媒體繁榮發(fā)展對(duì)廣播電視安全運(yùn)行和播出保障提出的要求。
6廣播電視繁榮發(fā)展與監(jiān)管監(jiān)測(cè)
關(guān)鍵詞：光電檢測(cè)技術(shù);機(jī)械設(shè)計(jì)制造;應(yīng)用
1.前言
隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，光電檢測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)制造中。主要是因?yàn)槠涮攸c(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)無接觸檢測(cè)，因而可以將機(jī)械動(dòng)態(tài)檢測(cè)變成光電靜態(tài)檢測(cè)，從而可顯著簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)。除此之外在很多場(chǎng)合還可省去調(diào)整操作，本文首先對(duì)闡述光電檢測(cè)的基本原理;然后對(duì)光電檢測(cè)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和探究。
2.光電檢測(cè)的基本原理
電管的基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，具體選擇哪一種結(jié)構(gòu)的光電管與設(shè)備具體結(jié)構(gòu)和使用要求有關(guān)。透射式光電管的工作原理是發(fā)光二級(jí)管發(fā)出的光信號(hào)直接照射到接收三級(jí)管的基極，三極管基級(jí)接收到光信號(hào)后在發(fā)射極或集電極上產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，然后后續(xù)電路再對(duì)所接收到的信號(hào)進(jìn)行處理去控制相應(yīng)部件.顯然光電流的強(qiáng)弱直接影響到輸出信號(hào)的強(qiáng)弱，當(dāng)發(fā)光管和接收管之間沒有任何物體時(shí)，輸出信號(hào)最強(qiáng);反之當(dāng)有物體夾在中間時(shí)，輸出信號(hào)就開始減弱，中間物體的厚度越厚，透明度越差，則輸出信號(hào)就越弱，因此用這種光電管即可進(jìn)行物置檢測(cè)，也可進(jìn)行物體厚度檢測(cè)。
透射式光電管在印刷機(jī)上主要用于位置檢測(cè)和雙.張檢測(cè)，其位置檢測(cè)實(shí)際結(jié)構(gòu)示意圖如圖2（A）所示.圖中光電管1是通用的槽形光禍，控制圓盤2用來控制光電管1發(fā)光管和接收管之間的通與斷，控制圓盤2固定在回轉(zhuǎn)軸3上，因而可以用來檢測(cè)回轉(zhuǎn)軸3的相對(duì)位置，從而根據(jù)工藝要求發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，厚度檢測(cè)如圖2（B）所示，由發(fā)光管1發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過紙張2到達(dá)接收管3，紙張厚度或透明度發(fā)生變化后，接收管3輸出的信號(hào)強(qiáng)度也隨之變化，因而在用一張紙調(diào)試好后當(dāng)有兩張紙或多張紙通過發(fā)光管和接收管之間時(shí)，接收管的輸出信號(hào)強(qiáng)度減弱，從而發(fā)出雙張或多張控制信號(hào)。
3.光電檢測(cè)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用
在實(shí)際應(yīng)用過程中，光電檢測(cè)這一種技術(shù)能夠在機(jī)械設(shè)計(jì)中所應(yīng)用的位置比較多，它所具有的特點(diǎn)就是可以實(shí)施沒有接觸性、不觸摸式的檢測(cè)，并且能夠在動(dòng)態(tài)環(huán)境下實(shí)施檢測(cè)，還能夠取得比較好的效果，這樣就能夠表現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，同時(shí)在檢測(cè)過程中，還能夠?qū)⑦@些不必要的場(chǎng)合省略。由于印刷機(jī)的紙張一旦檢測(cè)中，采取先進(jìn)的光電檢測(cè)技術(shù)以后，其紙張厚度就有著非常大的變化，這樣就不用去調(diào)整所檢測(cè)的零部件。如果單單的應(yīng)用機(jī)械檢測(cè)，所檢測(cè)的紙張一旦出現(xiàn)變化，就會(huì)出現(xiàn)機(jī)械檢測(cè)工作不正常。
3.1印刷機(jī)上的應(yīng)用
光電檢測(cè)技術(shù)在的印刷機(jī)上應(yīng)用是現(xiàn)今發(fā)展的必然趨勢(shì)，在技術(shù)上只有緊密的與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)聯(lián)系在一起，才能夠提高印刷機(jī)的操作效率。從現(xiàn)在設(shè)計(jì)與實(shí)踐中分析，在一些小型的印刷機(jī)中應(yīng)用光電檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)是比較難的，其價(jià)格昂貴，一般是這些業(yè)主難以承擔(dān)。目前，國(guó)內(nèi)的一些印刷機(jī)的企業(yè)自行研發(fā)了一些專業(yè)性的控制裝置，雖然價(jià)格低廉，但是可操作性差，具有不穩(wěn)定性，安全性能值得考慮。透射式光電管在印刷機(jī)上主要用于位置檢測(cè)和雙.張檢測(cè)，由于發(fā)光管1在發(fā)出需要的信號(hào)后，在歷經(jīng)這些紙張2后，就可以直到接收管3了，同時(shí)紙張的透明度與厚度，都會(huì)因此產(chǎn)生變化，這樣接收管3所輸出的必要信號(hào)，在此基礎(chǔ)上，其強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生變化，對(duì)此，在調(diào)試紙張后，注意紙張的厚度與接收管的距離，時(shí)刻關(guān)注接收管的接受信號(hào)的強(qiáng)度。而對(duì)于射式光電管而言，它主要是進(jìn)行位置上的檢測(cè)。在光電管1的上面，妥善的裝好一個(gè)接收管，一個(gè)發(fā)光管，一旦發(fā)現(xiàn)紙張?jiān)谶_(dá)到光電管的下面時(shí)，這些紙張所反應(yīng)的信號(hào)，就會(huì)直接的傳導(dǎo)光電管1中，這樣就能夠在接收管的，形成了一個(gè)信號(hào)。
3.2在包裝機(jī)械制造中的應(yīng)用
光電檢測(cè)的技術(shù)在包裝機(jī)械制造中的應(yīng)用是必然發(fā)展的趨勢(shì)，在技術(shù)上只有緊密的與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)聯(lián)系在一起，才能夠提高包裝機(jī)械的操作效率。從現(xiàn)在設(shè)計(jì)與實(shí)踐中分析，在一些小型的包裝機(jī)械中應(yīng)用光電檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)是比較難的其價(jià)格昂貴，一般是這些業(yè)主難以承擔(dān)。光電檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的范圍比較廣泛，在包裝機(jī)械中的應(yīng)用也是如此，例如料面控制就是其成功之處，它的優(yōu)點(diǎn)就是能完成沒有觸摸式的檢測(cè)，還能夠就動(dòng)態(tài)性的檢測(cè)，直接轉(zhuǎn)變成一個(gè)靜態(tài)式的檢測(cè)，這樣就極大地簡(jiǎn)化了機(jī)械的操作結(jié)構(gòu)，應(yīng)用經(jīng)典的例子就是牙膏灌裝機(jī)，由于牙膏管尾的端是夾扁的，就應(yīng)當(dāng)與這些的商標(biāo)圖案，時(shí)刻處在一個(gè)平面上，此時(shí)就應(yīng)當(dāng)采取反射型的光電性的控制裝置。一旦發(fā)現(xiàn)牙膏已經(jīng)灌裝好，就直接的傳送到該工位，這樣凸輪就能夠透過杠桿將這些牙膏的帶底座直接的從需要的位置中直接的托起，由此能夠起到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)其慢速中的旋轉(zhuǎn)。在具體應(yīng)用中一般包含兩大方面：一是整合了工程企業(yè)信息資源，提高了它的利用效率。通過計(jì)算機(jī)的應(yīng)用到工程企業(yè)實(shí)務(wù)中，減少了工程企業(yè)人員的工作時(shí)間，又提高了工程企業(yè)核算的精確度和監(jiān)管力度，這些變化也促使我國(guó)工程企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的變化，工作部門和人員工作的重新分工，大幅度的提高了我國(guó)的工程企業(yè)信息資源利用效率、精確度。
4.結(jié)束語
綜上所述，從光電檢測(cè)技術(shù)的工作過程看，這實(shí)際上是一個(gè)機(jī)電一體化的典型范例.也就是說，對(duì)設(shè)計(jì)人員來說既要掌握機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)，又要對(duì)光電器件的工作原理有所了解這樣才能充分發(fā)揮光電技術(shù)的作用。同時(shí)從實(shí)際生產(chǎn)中可看出，只要所設(shè)計(jì)電路本身具有良好的抗干擾能力，在工作中就不會(huì)有問題。本文主要對(duì)光電檢測(cè)的基本原理和光電檢測(cè)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用進(jìn)行了探究，從而知道在制造的過程中應(yīng)該注意的問題和要求。
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【關(guān)鍵詞】光電檢測(cè)技術(shù) 課程內(nèi)容 實(shí)驗(yàn) 考核
【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2016）02-0069-02
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，光電檢測(cè)技術(shù)作為一門研究光與物質(zhì)相互作用的新興技術(shù)，因其測(cè)量精度高、速度快、非接觸、頻寬與信息容量極大、傳遞信息效率高、自動(dòng)化程度高等突出特點(diǎn)，成為現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)最重要的手段和方法之一。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、航空航天以及日常生活中應(yīng)用得非常廣泛，是現(xiàn)代信息類工科學(xué)生必須掌握的知識(shí)。
自2004年起，光電檢測(cè)技術(shù)課程成為北京信息科技大學(xué)光信息科學(xué)與技術(shù)和測(cè)控技術(shù)與儀器兩個(gè)專業(yè)共同的一門重要專業(yè)課。該課程將光學(xué)檢測(cè)技術(shù)與現(xiàn)代微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合起來，深入講解各種光電轉(zhuǎn)換技術(shù)及器件的原理、特性和基本用法，結(jié)合具體應(yīng)用，詳細(xì)介紹各種激光干涉、衍射，光纖傳感等光電檢測(cè)方法、技術(shù)及系統(tǒng)，最終讓學(xué)生深入理解光電技術(shù)的基礎(chǔ)理論和基本知識(shí)，對(duì)各種光電器件和光電檢測(cè)技術(shù)有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，并且掌握多種光電檢測(cè)方法，以便在實(shí)踐中熟練應(yīng)用，為學(xué)生今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。理解和掌握這門課程，對(duì)于提高學(xué)生素質(zhì)和培養(yǎng)分析能力、創(chuàng)新能力都有重要意義。
同時(shí)由于光電檢測(cè)技術(shù)以光電子學(xué)為基礎(chǔ)，以光電子器件為主體，研究和發(fā)展光電信息的形成、傳輸、接收、變換、處理和應(yīng)用，這正是學(xué)院儀器科學(xué)與技術(shù)和光學(xué)工程兩個(gè)一級(jí)學(xué)科共同的研究方向。學(xué)院眾多教師在該方向的長(zhǎng)期科學(xué)研究過程中，不斷加深對(duì)光電檢測(cè)技術(shù)的基本理論、實(shí)施方法、系統(tǒng)和關(guān)鍵技術(shù)的理解和應(yīng)用，在光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)相結(jié)合的激光干涉測(cè)量、激光衍射測(cè)量、激光跟蹤測(cè)量、光纖傳感檢測(cè)、光電多自由度監(jiān)測(cè)等各種物理參數(shù)測(cè)量?jī)x器和系統(tǒng)方面展開了深入研究，取得了豐碩的研究成果并積累了豐富的科研經(jīng)驗(yàn)。
2013年開始，以精品課程為目標(biāo)，我們深入開展了光電檢測(cè)技術(shù)課程建設(shè)，涉及課程教學(xué)內(nèi)容的更新、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的改進(jìn)和考核方式的改革等。
一 教學(xué)內(nèi)容
如圖所示，一個(gè)典型的光電檢測(cè)系統(tǒng)包括光學(xué)處理部分、電子學(xué)處理部分，兩者通過光電轉(zhuǎn)換部分有機(jī)連接成一個(gè)整體。與之相對(duì)應(yīng)，光電檢測(cè)技術(shù)課程內(nèi)容多、發(fā)展快、涉及知識(shí)面廣。為此，我們首先對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行比較分析和歸納總結(jié)，提煉出最基礎(chǔ)的關(guān)鍵原理，同時(shí)吸取眾家之長(zhǎng)，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，補(bǔ)充有代表性的最新應(yīng)用。
首先對(duì)應(yīng)用光學(xué)、物理光學(xué)、信息光學(xué)等課程已經(jīng)講授的內(nèi)容大幅度減少授課學(xué)時(shí)，例如光電檢測(cè)中常見光源、光學(xué)系統(tǒng)和設(shè)備相關(guān)內(nèi)容的學(xué)時(shí)壓縮一半；但鑒于輻射度和光度學(xué)是專業(yè)選修課，一部分學(xué)生沒有選修，一部分學(xué)生選修后掌握不夠多，將該部分知識(shí)的講解課時(shí)適當(dāng)增加，補(bǔ)充了一些與學(xué)生日常生活關(guān)聯(lián)度高的內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；強(qiáng)化光電轉(zhuǎn)換器件部分，如前所述，該部分所介紹的各種光電轉(zhuǎn)換器件是光電檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，深入介紹了各種光電子發(fā)射探測(cè)器、光電導(dǎo)探測(cè)器、光伏探測(cè)器、光電成像器件的原理、特性和基礎(chǔ)應(yīng)用，還專門介紹了應(yīng)用日益廣泛的紅外熱成像探測(cè)器；同時(shí)考慮到調(diào)制解調(diào)技術(shù)在光電檢測(cè)系統(tǒng)中的廣泛使用，專門對(duì)此技術(shù)做了重點(diǎn)講解。調(diào)整后整體內(nèi)容更豐富，兼顧了基礎(chǔ)原理和實(shí)際應(yīng)用，學(xué)生反饋良好。
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* 北京信息科技大學(xué)課程建設(shè)項(xiàng)目資助
我們還將課程內(nèi)容與后續(xù)的專業(yè)綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)相配合。因?yàn)閷W(xué)院兩個(gè)專業(yè)都開設(shè)有專業(yè)綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)主要培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)掌握某些光機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，將所學(xué)與實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合起來，最終提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)及創(chuàng)新能力。光電檢測(cè)技術(shù)正是與專業(yè)綜合實(shí)踐相對(duì)應(yīng)的一門重要的綜合性課程，我們?cè)谑谡n過程中有意識(shí)地將后期綜合實(shí)踐可能涉及的內(nèi)容經(jīng)提煉后引入到課程教學(xué)中，前期培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用意識(shí)和能力，為后續(xù)的綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)打好基礎(chǔ)。
二 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)
課程設(shè)有8個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)。通過較充分的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在掌握光電檢測(cè)技術(shù)基本理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)設(shè)計(jì)和實(shí)施工程實(shí)驗(yàn)的能力，并能夠?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。
但我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在綜合運(yùn)用理論和技術(shù)手段設(shè)計(jì)系統(tǒng)的能力有所欠缺，主動(dòng)性不足。為此，我們特別增加了學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，例如讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)一個(gè)光強(qiáng)自動(dòng)控制裝置，能夠探測(cè)環(huán)境的光強(qiáng)，當(dāng)環(huán)境光暗到一定程度后（根據(jù)環(huán)境情況，制定特定的照度值），能點(diǎn)亮LED。并且環(huán)境光越暗，LED越亮。通過此實(shí)驗(yàn)，促使學(xué)生了解各種光強(qiáng)探測(cè)原理及傳感器，選擇合適的光強(qiáng)探測(cè)傳感器并設(shè)計(jì)其驅(qū)動(dòng)電路，掌握輸出光強(qiáng)控制方法并設(shè)計(jì)相關(guān)電路，掌握實(shí)驗(yàn)調(diào)試方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理方法。整個(gè)實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自主設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)方案審核通過后自主搭建系統(tǒng)并完成功能調(diào)試，最終提交完整的設(shè)計(jì)報(bào)告，包括任務(wù)分析、調(diào)研、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、成本核算、具體電路設(shè)計(jì)、調(diào)試過程和測(cè)試結(jié)果處理。這樣的實(shí)驗(yàn)學(xué)生參與度高、效果更好，對(duì)提高學(xué)生知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和手腦結(jié)合的能力有較大幫助。
三 考核方式
該課程加強(qiáng)了過程考核，增加了平時(shí)作業(yè)、課堂表現(xiàn)、小組專題宣講和實(shí)驗(yàn)部分在總成績(jī)中的占比，特別是對(duì)于平時(shí)表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)部分成績(jī)優(yōu)秀的學(xué)生，本人申請(qǐng)獲批后，可以免書面考試，以實(shí)物作品、論文、競(jìng)賽來代替。
對(duì)于大多數(shù)學(xué)生的期末考試，在出題過程中有意識(shí)地與課程目標(biāo)緊密呼應(yīng)。本課程的課程目標(biāo)按照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，主要涉及了通用標(biāo)準(zhǔn)畢業(yè)要求各種能力的培養(yǎng)，因此試卷題目也從各個(gè)角度對(duì)學(xué)生的以上能力進(jìn)行考核。例如，為考核學(xué)生了解光電檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)情況，我們出了讓學(xué)生填寫近年來諾貝爾物理獎(jiǎng)主要內(nèi)容的題目。又比如，為了考核學(xué)生掌握基本的創(chuàng)新方法，具有追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識(shí)；具有綜合運(yùn)用理論和技術(shù)手段設(shè)計(jì)系統(tǒng)的能力，設(shè)計(jì)過程中能夠綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、法律、安全、健康、倫理等制約因素的情況，我們?cè)诳荚囍杏嗅槍?duì)性地出了分值較高的光電檢測(cè)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)型題目，加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生綜合分析和設(shè)計(jì)能力的考核。
四 結(jié)束語
借助光電檢測(cè)技術(shù)課程建設(shè)，我們對(duì)該課程展開了全面探索和改進(jìn)，緊密結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，梳理了課程教學(xué)的內(nèi)容，增加了學(xué)生自主綜合實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)了課程考核方式，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的綜合分析和設(shè)計(jì)能力，初步達(dá)到了建設(shè)目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：光電傳感器，光電檢控技術(shù)，應(yīng)用
0.引言
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和信息時(shí)代的到來，作為現(xiàn)代信息技術(shù)三大支柱技術(shù)之一的傳感器技術(shù)，已然成為監(jiān)測(cè)和控制領(lǐng)域獲取物理信息的重要手段，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占據(jù)著極其重要的地位。比如，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，工廠的自動(dòng)流水生產(chǎn)線，全自動(dòng)加工設(shè)備，許多智能化的檢測(cè)儀器設(shè)備，都大量地采用了各種各樣的傳感器；在礦產(chǎn)資源、海洋開發(fā)、生命科學(xué)、生物工程等領(lǐng)域傳感器的應(yīng)用也是無處不在。可以說，沒有傳感器這個(gè)載體，任何先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)要實(shí)現(xiàn)這樣那樣的功能是不可能的。
1.光電傳感器及測(cè)控技術(shù)簡(jiǎn)介
1.1基本概念
光電傳感器是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)，是一種將光信號(hào)（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。論文參考網(wǎng)。光電傳感器是在各種光電檢測(cè)系統(tǒng)中采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器，它一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。
按光電元件(光學(xué)測(cè)控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類,即模擬式光電傳感器和脈沖(開關(guān))式光電傳感器。其中，模擬式光電傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，它與被測(cè)量間呈單值關(guān)系，主要包括有透射(吸收)式、漫反射式、遮光式(光束阻檔)三大類型；脈沖(開關(guān))式光電傳感器中，光電元件接收的光信號(hào)是斷續(xù)變化的，因此光電元件處于開關(guān)工作狀態(tài)，它輸出的光電流通常只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的脈沖形式的信號(hào)，多用于光電計(jì)數(shù)和光電式轉(zhuǎn)速測(cè)量等場(chǎng)合。
光電檢測(cè)技術(shù)：是利用光電傳感器實(shí)現(xiàn)各類檢測(cè)。它將被測(cè)量的量轉(zhuǎn)化成光通量，再轉(zhuǎn)化成電量，并綜合利用信息傳送和處理技術(shù)，完成在線和自動(dòng)測(cè)量。它具有高精度、高速度、遠(yuǎn)距離和大量程、非接觸式檢測(cè)、壽命長(zhǎng)、數(shù)字化和智能化的特點(diǎn)。
1.2光電傳感器工作原理
主要是把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。它是由于物體吸收到光子能量后產(chǎn)生的電效應(yīng)，通常把光電效應(yīng)分為三類：
1.2.1外光電效應(yīng)
在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。基于該效應(yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。
1.2.2內(nèi)光電效應(yīng)
在光線作用下能使物體電阻率改變的稱為內(nèi)光電效應(yīng)，又稱光電導(dǎo)效應(yīng)。基于該效應(yīng)的光電器件有光敏電阻、光敏晶體管等。
1.2.3半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)
在光線作用下能使物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的稱為半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)。基于該效應(yīng)的光電器件有光電池。
1.3光電傳感器特點(diǎn)
1.3.1 檢測(cè)距離長(zhǎng)。
1.3.2 對(duì)檢測(cè)物體的限制少
由于以檢測(cè)物體的遮光和反射為檢測(cè)原理，所以都可以對(duì)金屬、玻璃、塑料、液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測(cè)。
1.3.3 響應(yīng)時(shí)間短
光本身為高速，并且傳感器的電路全都由電子零件構(gòu)成，所以不包含機(jī)械工作時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間短。
1.3.4 分辨率高
能夠通過高級(jí)設(shè)計(jì)技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)上，或通過構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)高分辨率，也可進(jìn)行微小物體檢測(cè)和高精度的位置檢測(cè)。
1.3.5可實(shí)現(xiàn)非接觸的檢測(cè)
可以無須機(jī)械性地接觸檢測(cè)物體實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，因此不會(huì)對(duì)傳感器和檢測(cè)物體造成損傷，因此，傳感器能長(zhǎng)期使用。
1.3.6可實(shí)現(xiàn)顏色辨別
通過檢測(cè)物體形成的光的反射率和吸收率，根據(jù)被投光的光線波長(zhǎng)和檢測(cè)物體的顏色組合而有所差異。利用這個(gè)特性，可對(duì)檢測(cè)物體進(jìn)行顏色的檢測(cè)。
1.3.7便于調(diào)整
在投射可視光的類型中，投光光束是眼睛可見的，便于對(duì)檢測(cè)物體的位置進(jìn)行調(diào)整。
2.光電傳感器的研究應(yīng)用
光電傳感器可用于檢測(cè)直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測(cè)溫、氣體成分分析等；也可用來檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動(dòng)、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識(shí)別等。論文參考網(wǎng)。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置中獲得廣泛應(yīng)用。近年來，新的光電器件不斷涌現(xiàn)，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進(jìn)一步應(yīng)用開創(chuàng)了新的一頁。本文就光電傳感器最常見的應(yīng)用實(shí)例來進(jìn)一步說明。
2.1 在煙塵濁度監(jiān)測(cè)儀上的應(yīng)用
防止工業(yè)煙塵污染是環(huán)保的重要任務(wù)之一。為了消除工業(yè)煙塵污染，首先要知道煙塵排放量，因此必須對(duì)煙塵源進(jìn)行監(jiān)測(cè)、自動(dòng)顯示和超標(biāo)報(bào)警。煙道里的煙塵濁度是用通過光在煙道里傳輸過程中的變化大小來檢測(cè)的。如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達(dá)光檢測(cè)器的光減少，因而光檢測(cè)器輸出信號(hào)的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。
2.2 光電池在光電檢測(cè)和自動(dòng)控制方面的應(yīng)用
光電池作為光電探測(cè)使用時(shí)，其基本原理與光敏二極管相同，但它們的基本結(jié)構(gòu)和制造工藝不完全相同。由于光電池工作時(shí)不需要外加電壓；光電轉(zhuǎn)換效率高，光譜范圍寬，頻率特性好，噪聲低等，它已廣泛地用于光電讀出、光電耦合、光柵測(cè)距、激光準(zhǔn)直、電影還音、紫外光監(jiān)視器和燃?xì)廨啓C(jī)的熄火保護(hù)裝置等。
2.3 CCD圖像傳感器（電荷耦合器件）的應(yīng)用
CCD傳感器應(yīng)用時(shí)是將不同光源與透鏡、鏡頭、光導(dǎo)纖維、濾光鏡及反射鏡等各種光學(xué)元件結(jié)合，應(yīng)用了光、機(jī)、電和計(jì)算機(jī)相結(jié)合的高新技術(shù)，作為一種非常有效的非接觸檢測(cè)方法，CCD被廣泛用于在線檢測(cè)尺寸、位移、速度、定位和自動(dòng)調(diào)焦等方面。
2.3.1 利用CCD測(cè)量幾何量，CCD誕生后，首先在工業(yè)檢測(cè)中制成測(cè)量長(zhǎng)度的光電傳感器，物體通過物鏡在CCD光敏元上造成影像，CCD輸出的脈沖表征測(cè)量工件的尺寸或缺陷。
2.3.2 用于傳真技術(shù)，文字、圖象識(shí)別。例如用CCD識(shí)別集成電路焊點(diǎn)圖案，代替光點(diǎn)穿孔機(jī)的作用。論文參考網(wǎng)。
2.3.3 自動(dòng)流水線裝置，機(jī)床、自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)監(jiān)視裝置、指紋機(jī)。
2.3.4 CCD固態(tài)圖像傳感器作為攝像機(jī)或像敏器件，取代攝像裝置的光學(xué)掃描系統(tǒng)（電子束掃描），與其它攝像器件相比，尺寸小、價(jià)廉、工作電壓低、功耗小，且不需要高壓。
2.3.5 M2A攝影膠囊（Mouthanus）,由發(fā)光二極管做光源，CCD做攝像機(jī)，每秒鐘兩次快門，信號(hào)發(fā)射到存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器取下后接入計(jì)算機(jī)將圖像進(jìn)行下載。
2.3.6 CCD是數(shù)碼相機(jī)的電子眼，它革新了攝影術(shù)，現(xiàn)在光可以被電子化地記錄下來，取代了膠片。這一數(shù)字形式極大地方便了對(duì)圖像的處理和發(fā)送，”諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)稱贊說，“無論是我們大海中深邃之地，還是宇宙中的遙遠(yuǎn)之處，它都能給我們帶來水晶般清晰的影像。”
2009年10月6日，瑞典皇家科學(xué)院在斯德哥爾摩宣布，將2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予華人科學(xué)家高錕以及兩名美國(guó)科學(xué)家韋拉德-博伊爾(Willard Boyle)和喬治-史密斯(George Smith)，以獎(jiǎng)勵(lì)他們?cè)诠饫w和半導(dǎo)體領(lǐng)域上的開創(chuàng)性研究。高錕的獲獎(jiǎng)理由為——“在光學(xué)通信領(lǐng)域光在光纖中傳輸方面所取得的開創(chuàng)性成就”。兩位美國(guó)科學(xué)家的獲獎(jiǎng)理由為——“發(fā)明了一種成像半導(dǎo)體電路，即CCD(電荷耦合器件)傳感器”。
3.結(jié)束語
光電傳感器及檢控技術(shù)兩者間的有效結(jié)合，提高了工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、軍用器械等等領(lǐng)域的生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本。可以預(yù)見，隨著信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，光電傳感器、微/ 納米光電測(cè)控技術(shù)等在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中將繼續(xù)得到越來越廣泛的應(yīng)用。
【參考文獻(xiàn)】
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【關(guān)鍵詞】相位式激光測(cè)距儀；系統(tǒng)；研究
1.緒論
二十世紀(jì)六十年代初激光的出現(xiàn)使得測(cè)距技術(shù)發(fā)生了翻天覆地的變化，很快激光技術(shù)被應(yīng)用到測(cè)距技術(shù)當(dāng)中，從而產(chǎn)生了激光測(cè)距。激光測(cè)距技術(shù)最早出現(xiàn)在軍事領(lǐng)域，主要應(yīng)用于地形測(cè)量，戰(zhàn)場(chǎng)測(cè)量，坦克、飛機(jī)、艦艇和大炮對(duì)目標(biāo)的測(cè)距，測(cè)量云層、飛機(jī)、導(dǎo)彈及人造衛(wèi)星的高度Ⅲ等方面，其主要優(yōu)點(diǎn)是非接觸、測(cè)距快、體積小、性能可靠等。近年來，隨著激光測(cè)距技術(shù)的不斷發(fā)展以及激光測(cè)距儀的價(jià)格不斷下調(diào)，其已廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控、礦山、港口、建筑、汽車等領(lǐng)域。
相位式激光測(cè)距儀是一款集激光調(diào)制技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、光電檢測(cè)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)以及單片機(jī)技術(shù)于一體的高精度測(cè)量?jī)x器，廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控、礦山、港口、建筑、汽車等領(lǐng)域。由于其精度高、快捷輕便、操作簡(jiǎn)單，在目前測(cè)距市場(chǎng)上十分受人青睞。
2.激光的概述
激光是由于物質(zhì)的受激輻射而產(chǎn)生的較強(qiáng)的光。構(gòu)成物質(zhì)的基本單位原子處于較高的能級(jí)時(shí)，可以自發(fā)發(fā)射一個(gè)光子而躍遷到低能級(jí)，這種輻射式自發(fā)輻射。而當(dāng)有外界光通過這一物質(zhì)時(shí)，一部分光子被粒子吸收，使它們躍遷到較高的能級(jí)；同時(shí)，頻率適當(dāng)?shù)恼丈涔膺€可以迫使處于高能級(jí)的粒子躍遷回低能級(jí)而發(fā)射出光子，稱之為受激輻射。受激輻射的光子有一個(gè)特點(diǎn)，它的頻率、相位、進(jìn)行方向和偏振方向都與誘發(fā)光子相同。
激光具有其獨(dú)特的物理特性。激光方向性好，通過透鏡后能匯聚成小于1nm的光斑；激光強(qiáng)度大，可以使被照物體在1/1000秒內(nèi)產(chǎn)生幾千度的高溫，瞬間發(fā)生汽化；激光單色性好，如氦氖激光器譜線相對(duì)寬度小于10-9nm。
由于激光的物理特性決定了其具有明顯的生物效應(yīng)。激光的熱作用對(duì)生物組織進(jìn)行汽化、切割、熱凝、熱敷。它的作用大小取決于激光束的波長(zhǎng)、功率、模式、照射時(shí)間、聚焦程度及靶面大小；激光的光化作用則是由激光作用于生物體而產(chǎn)生體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)；當(dāng)生物組織吸收激光能量密度超過某一確定域值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生汽化并伴有機(jī)械波；激光又是一種電磁波，也就是變化著的電磁場(chǎng)。
3.相位式激光測(cè)距的設(shè)計(jì)與原理
3.1 整體設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)如圖2.1所示。
圖2.1 相位式激光測(cè)距接收系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案
3.2 相位式激光測(cè)距原理
相位式激光測(cè)距是通過測(cè)量連續(xù)的調(diào)制光波信號(hào)在待測(cè)距離上往返傳播一次所產(chǎn)生的相位差來間接地測(cè)量信號(hào)傳播時(shí)間，從而得到被測(cè)距離的大小。其原理如下：
圖2.2 相位式激光測(cè)距調(diào)制波形圖
假設(shè)調(diào)制光波是頻率為f的正弦波，則波長(zhǎng)為：
由圖2.2可知，光波由A點(diǎn)傳到B點(diǎn)產(chǎn)生相位差為：
那么A、B兩點(diǎn)間的距離L為：
由上式可以看出，如果能夠測(cè)出光波相位差中的整數(shù)倍m和不足1的小數(shù)部分m，則能通過該公式算出被測(cè)距離L。實(shí)際中，因?yàn)檎{(diào)制光波從A點(diǎn)傳到B點(diǎn)產(chǎn)生的相位差非常小，測(cè)量起來非常困難；另外，如果發(fā)射系統(tǒng)置于A點(diǎn)，接收系統(tǒng)置于B點(diǎn)，這樣操作起來很不方便。因此，我們可以將一個(gè)角反射器置于B點(diǎn)，使調(diào)制光波照到角反射器后發(fā)出平行光波后，由激光測(cè)距儀的探測(cè)器所接收，最終通過鑒相器可測(cè)出調(diào)制光波在被測(cè)距離L上往返一次所發(fā)生的相位變化值。
光波在被測(cè)距離L上往返一次所產(chǎn)生的相位變化如圖2.3所示：
圖2.3 光波在距離L上往返一次的相位變化
但是，相位測(cè)量技術(shù)不能測(cè)量出光波相移中的整數(shù)倍，而只能測(cè)出光波相移中不足的尾數(shù)，也就是說只能夠確定不足l的小數(shù)。所以，如果被測(cè)距離大于Ls時(shí)，此方法是無法測(cè)出距離的。但當(dāng)被測(cè)距離小于Ls時(shí)，即m=0時(shí)，可以測(cè)出被測(cè)距離L為：
4.電檢測(cè)及信號(hào)放大模塊設(shè)計(jì)
光電檢測(cè)及信號(hào)放大模塊的主要任務(wù)是要將反射回來的測(cè)距光波信號(hào)進(jìn)行接收后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并將電信號(hào)放大供后續(xù)電路進(jìn)行處理。這個(gè)模塊主要包括光電接收和信號(hào)放大兩部分。
本系統(tǒng)的光電檢測(cè)及信號(hào)放大濾波電路，如圖3.1所示。
圖3.1 光電檢測(cè)及信號(hào)放大電路
在圖3.1所示的電路中，前置放大器U1、U2都采用了超高速運(yùn)放MAX4100，帶同濾波器U3采用的是低噪聲高速精密運(yùn)放器0P37。因?yàn)榻邮栈貋淼臏y(cè)距信號(hào)的頻率很高，所以我們選擇的MAX4100和0P37都是增益帶寬較高的運(yùn)放。在電路的前置放大部分里，在反饋電阻R1上并聯(lián)一個(gè)小電容C1是為了避免運(yùn)放U1的自激振蕩。PIN管輸出的電流信號(hào)經(jīng)過運(yùn)放U1后，轉(zhuǎn)換成了電壓信號(hào)，在經(jīng)過U2、U3濾波放大后，變成后續(xù)電路需要的電壓信號(hào)。這個(gè)電路實(shí)際上就是電流信號(hào)到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)變過程。
5.小結(jié)
相位式激光測(cè)距因其非接觸、測(cè)距快、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控、礦山、港口、建筑、汽車等領(lǐng)域。就目前而言，隨著相位式激光測(cè)距技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合的不斷擴(kuò)大，對(duì)測(cè)距機(jī)的要求也越來越高，主要表現(xiàn)在體積、精度、測(cè)程、成本等方面。如何在提高相位式激光測(cè)距儀的測(cè)距精度的同時(shí)擴(kuò)大測(cè)量范圍、降低設(shè)備成本并小型化是目前現(xiàn)代激光測(cè)距研究者一直要解決的問題。
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（蚌埠學(xué)院 數(shù)學(xué)與物理系，安徽 蚌埠 233030）
基金項(xiàng)目：基金項(xiàng)目：專業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整服務(wù)地方發(fā)展計(jì)劃（2013zytz077）、校級(jí)大學(xué)物理團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2013jyxmo5）、蚌埠學(xué)院2015年院級(jí)科研項(xiàng)目（2015ZR17）、蚌埠學(xué)院2012年院級(jí)重點(diǎn)教研項(xiàng)目（JYLZ1205）
摘 要：較化學(xué)檢測(cè)法等傳統(tǒng)環(huán)境污染檢測(cè)方法，光學(xué)測(cè)量方法以其無可比擬的優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染物的檢測(cè)及監(jiān)測(cè)，近幾十年來發(fā)展迅速，并具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著激光技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)測(cè)量方法也隨之變革。例如激光光譜對(duì)特定氣體的檢測(cè)（LASAIR系統(tǒng)），紫外差分光學(xué)吸收光譜儀（DOAS系統(tǒng)）和傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR系統(tǒng)）等，都為這一變革提供有力的佐證。論文介紹光學(xué)顯微鏡檢測(cè)方法，光學(xué)分析方法以及光電檢測(cè)技術(shù)，重點(diǎn)分析光學(xué)顯微鏡檢測(cè)方法在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用、光學(xué)分析方法在水質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用、光電檢測(cè)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，光學(xué)測(cè)量方法的最新發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞 ：光學(xué)顯微鏡；光電檢測(cè)技術(shù)；光譜學(xué)分析法；DOAS系統(tǒng)；FTIR系統(tǒng)；LASAIR系統(tǒng)
中圖分類號(hào)：O439文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-260X（2015）08-0005-04
隨著現(xiàn)代科技的不斷更新與物質(zhì)生活的高度發(fā)達(dá)，環(huán)境污染物的排放量日益增多，人們?cè)谙硎苤S富物質(zhì)生活的同時(shí)，也受到了環(huán)境污染帶來的沖擊，例如酸雨的侵害，霧霾天氣的影響，全球變暖導(dǎo)致的海平面上升等問題。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法（如化學(xué)法），由于用時(shí)長(zhǎng)、花費(fèi)高、操作復(fù)雜，需要各個(gè)部門相互協(xié)作，甚至在檢測(cè)時(shí)都可能會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染物，越來越受到抵制。而光學(xué)測(cè)量方法在環(huán)境檢測(cè)方面，更能有效地避免這些弊端的產(chǎn)生。
在環(huán)境中，對(duì)于水質(zhì)，有關(guān)部門主要通過對(duì)水質(zhì)采樣、化驗(yàn)、分析的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的監(jiān)控。對(duì)于水體富營(yíng)養(yǎng)化的這種情況，有關(guān)部門通過光學(xué)顯微鏡直接對(duì)水體進(jìn)行觀查即可。而對(duì)于重金屬污染過的水源，往往光學(xué)顯微鏡很難直接觀測(cè)出來，還要通過物理或化學(xué)的方法使重金屬沉積，沉淀或“染色”，才有可能觀察到。但是這種方法用時(shí)長(zhǎng)，不利于及時(shí)了解水污染的情況，而且在使重金屬沉淀的方法中，有可能又會(huì)產(chǎn)生新的污染物，樣品處理又帶來了困難。由于光學(xué)顯微鏡很難實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的檢測(cè)，所以在環(huán)境監(jiān)測(cè)中用處并不大。這時(shí)人們聯(lián)想到，也可以通過光的其他特性來實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的實(shí)時(shí)的監(jiān)控。而光電檢測(cè)技術(shù)（如外光譜法，激光光譜法等），人們可以直接檢測(cè)環(huán)境中的污染物，無需費(fèi)時(shí)費(fèi)力，既能實(shí)時(shí)地反映出污染物的量和濃度，又不會(huì)產(chǎn)生附加污染物，且在環(huán)境監(jiān)測(cè)中實(shí)用性很強(qiáng)。光電檢測(cè)技術(shù)利用光的光譜特性，可以在受污染的水中使用，也可以在工廠的排氣煙囪中使用，甚至可以專一地檢測(cè)某種氣體，例如，甲烷氣體，二氧化碳?xì)怏w，含硫化合物氣體等[1]。
1 光學(xué)顯微鏡檢測(cè)方法在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
在現(xiàn)實(shí)生活中，我們最易受到水污染帶來的侵害，水體富營(yíng)養(yǎng)化一直是我們關(guān)注的重大問題，而光學(xué)顯微鏡在這方面的檢測(cè)應(yīng)用極其廣泛。環(huán)境保護(hù)部門在水污染地需要將水質(zhì)進(jìn)行抽樣、化驗(yàn)、分析、觀察，這時(shí)就要用到光學(xué)顯微鏡[2]。
1.1 細(xì)菌、霉菌檢測(cè)
水體細(xì)菌含量是人們辨別水質(zhì)是否利于飲用的重要標(biāo)準(zhǔn)，如人們會(huì)對(duì)水中的大腸桿菌群檢測(cè)做一個(gè)革蘭氏染色鏡檢。
1.2 生物群落檢測(cè)
浮游植物是水域的初級(jí)生產(chǎn)者，繁殖速度很快。水體富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)促進(jìn)其繁殖能力，從而影響水質(zhì)的飲用安全。對(duì)浮游植物的檢測(cè)，離不開光學(xué)顯微鏡。光學(xué)顯微鏡直接對(duì)水質(zhì)進(jìn)行觀察監(jiān)測(cè)，每過一段時(shí)間，鏡檢跟蹤浮游植物的群落狀況，以判斷水體是否富營(yíng)養(yǎng)化。
1.3 特殊物質(zhì)檢測(cè)
石棉纖維被動(dòng)物體吸入肺部后，容易沉著在肺泡內(nèi)，影響動(dòng)物體的呼吸，對(duì)動(dòng)物體的健康影響很大。在用光學(xué)顯微鏡檢測(cè)時(shí)，必須用高倍鏡才能觀察到石棉纖維，因此，對(duì)光學(xué)顯微鏡的分辨率要求比較高。為確定肝癌細(xì)胞的使用量，需要用光學(xué)顯微鏡鏡檢肝癌細(xì)胞的復(fù)蘇狀況。
二噁英（Dioxin），是某些有害物燃燒后產(chǎn)生的脂溶性物質(zhì)，不能被生物分解，具有很強(qiáng)的危害性。利用離體肝癌細(xì)胞的EROD與二噁英的復(fù)合毒性效應(yīng)是生物學(xué)中的一種檢測(cè)方法。環(huán)境監(jiān)測(cè)部門也利用這種方法對(duì)環(huán)境中的石棉塵（石棉纖維）進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
在受污染的水體中，培養(yǎng)魚（一般選擇生長(zhǎng)速度快的青魚）的受精卵，在魚卵孵化過程中，使用光學(xué)顯微鏡監(jiān)測(cè)受精卵的孵出率，并觀察胚胎發(fā)育過程中畸形胎所占比重。
1.4 環(huán)境毒性測(cè)試
根據(jù)所知的生物學(xué)，單細(xì)胞藻類有很強(qiáng)的繁殖能力。可以在水體中培養(yǎng)藻類，用光學(xué)顯微鏡觀察，監(jiān)測(cè)藻類世代的生長(zhǎng)情況和藻類種群的變化情況，判斷水體中是否存在急性的毒性物質(zhì)[3]。
2 光學(xué)分析方法在水質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用
物質(zhì)在吸收光波后，會(huì)在某一波段有一個(gè)吸收峰，通過分析這個(gè)波段，就可以得出該物質(zhì)的光譜特性，光學(xué)分析方法就是在此研究基礎(chǔ)上找到的一種測(cè)量方法[4]。反應(yīng)靈敏度高，檢測(cè)速度快的優(yōu)點(diǎn)是人們?cè)诓捎眠@種光學(xué)測(cè)量方法時(shí)首要的考慮因素。某些光學(xué)分析方法，人們往往既不需要像傳統(tǒng)檢測(cè)方法一樣去使用試劑，又不需要花費(fèi)太多的精力去維護(hù)相關(guān)的儀器設(shè)備。近幾十年來，光學(xué)分析方法隨著科技的腳步，在水質(zhì)檢測(cè)方面也跨上了一個(gè)新的臺(tái)階[5]。
2.1 比色分析法
比色分析法是指利用物質(zhì)與物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)，獲得深顏色的溶液后，通過比較前后溶液的顏色深淺度來測(cè)量所含物質(zhì)濃度的方法[6]。比色分析法主要用于水質(zhì)中，有色重金屬離子的濃度檢測(cè)。但是，有些重金屬離子卻是無色的，例如一價(jià)銅離子溶液，這時(shí)可以根據(jù)其易被氧化的化學(xué)特性，將一價(jià)銅離子溶液氧化成藍(lán)色的二價(jià)銅離子溶液。比色分析法可分為目視比色分析法和光電比色分析法，兩種方法的測(cè)量原理均為朗伯－比爾（Lambert-Beer）定律。但是，目視比色分析法中，人的主觀判斷會(huì)影響未知量的測(cè)量，因此目視比色分析法準(zhǔn)確度不高。而采用分光光度法的光電比色分析法，彌補(bǔ)了主觀判斷造成的失誤，未知量的準(zhǔn)確度和靈敏度得到了提高。
通過了解，可以看出，使用比色分析法時(shí)，必須建立在顯色反應(yīng)的基礎(chǔ)上，因此對(duì)溶液離子的化學(xué)性質(zhì)要求比較高。人們可以采取目測(cè)的手段，也可以采用與離子反射或吸收波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的單色光源進(jìn)行檢測(cè)，還可以使用與高速計(jì)算機(jī)聯(lián)接的攝像頭進(jìn)行圖像綜合對(duì)比分析。利用顯色劑的不同反應(yīng)，比色分析法可被廣泛地應(yīng)用在水質(zhì)監(jiān)測(cè)方面以及測(cè)定受污染水質(zhì)中的各類污染物濃度。
2.2 紫外光譜分析法
紫外光具有波長(zhǎng)短，能量大，透過力強(qiáng)的特點(diǎn)，利用這一特點(diǎn)，人們可以通過紫外光譜區(qū)進(jìn)行檢測(cè)。有機(jī)分子在紫外光譜區(qū)的吸收較強(qiáng)（其實(shí)就是高能量脈沖殺死了有機(jī)活性物質(zhì)），因此適用于檢測(cè)水體有機(jī)污染物。紫外光譜分析法，分為單波長(zhǎng)法，經(jīng)過多年探索研究后，發(fā)展為雙波長(zhǎng)法，循序漸進(jìn)到如今比較全面的全光譜法。對(duì)單波長(zhǎng)法進(jìn)行改進(jìn)的雙波長(zhǎng)法，在測(cè)量時(shí)，無需參比溶液即可消除混濁度的影響。全光譜法是在光譜分析儀的基礎(chǔ)上研究出的一種對(duì)待測(cè)溶液比較全面的檢測(cè)方法，包含了吸光度在全紫外光譜區(qū)所有有機(jī)污染物。
2.3 間接測(cè)定法
水質(zhì)中，對(duì)重金屬離子的濃度還有一種間接檢測(cè)方法熒光分析法[7]。顧名思義，熒光分析法就是獲取重金屬離子的熒光圖像，再通過計(jì)算機(jī)編程處理，由此間接地測(cè)量出重金屬離子的濃度。在這一過程中，需要用到與重金屬離子相匹配的試劑。
2.4 直接測(cè)定法
直接測(cè)定法省去了間接測(cè)定法中匹配試劑的過程，檢測(cè)速度有所提高，但是卻要滿足物質(zhì)本身就發(fā)射熒光（如葉綠素、水中有機(jī)物等）這一苛刻條件。不管是間接測(cè)定法還是直接測(cè)定法，都無法忽略光源的重要作用。尤其是在直接測(cè)定中，要求光源的發(fā)射光波長(zhǎng)與物質(zhì)的吸收光波長(zhǎng)一致。激光光源由于其得天獨(dú)厚的優(yōu)點(diǎn)（單色性好、能量集中），受到了研究人員的高度關(guān)注，激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)就是采用激光作為光源的熒光檢測(cè)技術(shù)。目前，激光光源在直接測(cè)定法中幾乎已經(jīng)取代了傳統(tǒng)光源的檢測(cè)地位。
3 光電檢測(cè)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
雖然光學(xué)顯微鏡在水體污染的監(jiān)測(cè)中可謂嶄露頭角，但在空氣污染物的監(jiān)測(cè)中卻顯得捉襟見肘。空氣污染物通常指以氣態(tài)形式進(jìn)入大氣層來物質(zhì)（主要是人為污染，例如含硫化合物，二氧化碳?xì)怏w等等），其對(duì)人體或生態(tài)系統(tǒng)具有很不好的效應(yīng)，例如酸雨，霧霾等等。隨著光學(xué)的發(fā)展，光電檢測(cè)技術(shù)逐步應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中，尤其在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)獲得了人們的青睞。
3.1 光電檢測(cè)技術(shù)的原理
光電檢測(cè)是指利用各類光電傳感器，將被測(cè)量的物理信息轉(zhuǎn)換成光信息，再通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再綜合利用信息傳輸技術(shù)和計(jì)算機(jī)編程處理技術(shù)，完成信息獲取。當(dāng)光照射到物體表面時(shí)，使物體發(fā)射電子、或電導(dǎo)率發(fā)生變化、或產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)等。這種因光照而引起物體特性發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)光電檢測(cè)系統(tǒng)以激光、紅外、光纖等現(xiàn)代光電器件為基礎(chǔ)，對(duì)載有待測(cè)物體信號(hào)的光信息進(jìn)行處理，即通過光電檢測(cè)器件接收光信息并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。由輸入電路、放大濾波等電路提取待測(cè)物的信息，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器輸入計(jì)算機(jī)運(yùn)算和處理，最后提取出待測(cè)物體的幾何量或物理量等所需信息（如圖1的光電檢測(cè)系統(tǒng)）。
3.2 光電檢測(cè)系統(tǒng)在環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用
光與物質(zhì)的相互作用，改變了物質(zhì)的某些物理特性。利用這種特性，制作的光電檢測(cè)系統(tǒng)可以分為兩大類：使用能覆蓋寬光譜區(qū)的寬帶光源的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；使用激光或窄光譜光源，因而只能覆蓋窄光譜區(qū)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[8-9]。在寬帶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR）或紫外差分光學(xué)吸收光譜儀（Uv-DOAs，又名DOAs系統(tǒng)）測(cè)系統(tǒng)可同時(shí)監(jiān)測(cè)未知混合物中的多種化合物。通常這些化合物是包含在寬譜帶內(nèi)的，寬帶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能“觀察到多種化合物的存在，但分辨率不高，不能將這些化合物從復(fù)雜混合物中直接區(qū)分開來”。但是，當(dāng)寬帶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分辨率低于欲觀察的光譜線中的精細(xì)結(jié)構(gòu)時(shí)，就不能觀察到真正的吸收峰，且會(huì)限制對(duì)氣體濃度值的檢測(cè)。
激光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于分辨率高，掃描光譜范圍窄，所以檢測(cè)靈敏度相當(dāng)高，但是激光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出的波長(zhǎng)必須與被檢測(cè)化合物吸收譜線的光波長(zhǎng)相匹配。由于激光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出的激光波長(zhǎng)是單色的，掃描波段被限制在極窄的范圍內(nèi)，一般情況下只能對(duì)應(yīng)的檢測(cè)出一種化合物。若檢測(cè)的是混合物，則需要另加對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)裝置。在目前的環(huán)境監(jiān)測(cè)中，寬帶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和激光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這兩種類型的監(jiān)測(cè)裝置都有其應(yīng)用。例如，F(xiàn)TIR監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它可提供對(duì)企業(yè)事故中泄漏出的某些有害化合物進(jìn)行檢測(cè)。這時(shí)對(duì)所有的可能的有害化合物來說，檢測(cè)靈敏度就不如檢測(cè)范圍重要。但如果要連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)從污染源（如煙囪向大氣層中排放污染物，汽車尾氣排放的污染氣體時(shí)）釋放出的有害氣體，則監(jiān)測(cè)裝置抗其他化合物干擾的能力和高檢測(cè)靈敏度就是重要因素了，這時(shí)，激光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就成為了理想的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。激光雷達(dá)像其它激光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一樣，能檢測(cè)的樣品不多，但它具有空間分辨力，是迄今為止，唯一能提供空間信息技術(shù)的檢測(cè)系統(tǒng)，因此，探索污染物的發(fā)源地，激光雷達(dá)系統(tǒng)是最好的檢測(cè)系統(tǒng)。諸如高空大氣層中臭氧的消耗情況，可以使用激光雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬繪圖。使用激光雷達(dá)系統(tǒng)提供大氣層中空氣分子成分分布的垂直剖面圖，可以對(duì)大氣傳輸和擴(kuò)散過程有更透徹的了解。
DOAS系統(tǒng)可以測(cè)量多種化合物，如含氮化合物、甲醛、酚、苯、甲苯、二甲苯[10]。它的工作原理是根據(jù)光的反射定律，光源發(fā)射的光波經(jīng)過某些物質(zhì)后，經(jīng)吸收的光波與光源光波一起被反射鏡反射回來，利用計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算的能力分析光波的差異性，故而稱作差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)。調(diào)取吸收光譜數(shù)據(jù)庫(kù)中已知數(shù)據(jù)，與吸收光譜數(shù)據(jù)相比較，從而分析物質(zhì)中存在的化合物種類。
LASAIR系統(tǒng)是激光技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的高新技術(shù)[11-12]，利用激光的單色性和計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力，提高了檢測(cè)效率。可調(diào)二極管激光吸收光譜分析儀發(fā)射出的激光光波長(zhǎng)，足以滿足吸收峰在中紅外區(qū)（320um的范圍內(nèi)）的物質(zhì)檢測(cè)，適合大多數(shù)的工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)。可調(diào)二極管激光吸收光譜儀，已在全球范圍內(nèi)有毒有害氣體的檢測(cè)上發(fā)揮了重要作用。LASAIR能測(cè)量的氣體分子包括NOx、HF、HCI、HI、NH3、C2H2、COx、H2S、CH4。但是，由于每種氣體對(duì)光波的吸收峰值不盡相同，必須要使用發(fā)射對(duì)應(yīng)吸收峰值波長(zhǎng)的激光光源。
4 結(jié)束語
隨著時(shí)代而發(fā)展的光纖通訊和光電子信息技術(shù)被應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)中，尤其是具有體積小、壽命長(zhǎng)和光電轉(zhuǎn)換效率高的近紅外二極管激光器[13-14]，目前已經(jīng)迅速商品化，成為了檢測(cè)空氣污染物質(zhì)的最合適光源。而調(diào)諧二極管激光吸收技術(shù)利用分子的吸收光譜單一分立吸收線這一原理，可以采樣到被檢測(cè)氣體的每種光學(xué)信息。當(dāng)激光通過被檢測(cè)氣體時(shí)，光電磁波會(huì)被吸收和散射而衰減。利用被測(cè)量物質(zhì)分子的吸收能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于物質(zhì)分子對(duì)光的散射能力，我們可以忽略掉物質(zhì)分子散射的這一衰弱影響。經(jīng)過近30年的發(fā)展，調(diào)諧二極管激光吸收技術(shù)日益成熟，被廣泛的應(yīng)用在空氣污染物質(zhì)的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)中。隨著光譜學(xué)分析技術(shù)和激光技術(shù)的完美結(jié)合，特別是在近些年來，制作半導(dǎo)體材料和器件的工藝長(zhǎng)足進(jìn)步的情形下，激光光譜學(xué)分析技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用越來越成熟。
紅外半導(dǎo)體激光器可以在常溫下工作，取代了傳統(tǒng)光源的地位[15]。研究結(jié)果表明，紅外半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長(zhǎng)與很多環(huán)境污染氣體的吸收波長(zhǎng)相同。由于紅外半導(dǎo)體激光器具有譜線窄、單頻、功率大、工作可靠的優(yōu)點(diǎn)，也為制作高質(zhì)量，高水準(zhǔn)的氣體檢測(cè)儀打下了堅(jiān)實(shí)重要的基礎(chǔ)。根據(jù)其對(duì)環(huán)境的抗干擾能力強(qiáng)，經(jīng)常不需要標(biāo)定，可直接安裝在管道上檢測(cè)等實(shí)用性的特點(diǎn)，被大量使用在工業(yè)生產(chǎn)過程中檢測(cè)污染氣體方面。
從光學(xué)顯微鏡早期在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用（主要在水質(zhì)檢測(cè)方面），到后來應(yīng)用光學(xué)分析方法監(jiān)測(cè)環(huán)境，直到現(xiàn)在人們又通過光的其他特性發(fā)明了各式各樣的監(jiān)測(cè)儀器，如：激光監(jiān)測(cè)儀（DOAS系統(tǒng)），傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）。可以說，光學(xué)測(cè)量方法是隨著光學(xué)的發(fā)展而發(fā)展變化的。隨著量子力學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)光的認(rèn)識(shí)不僅僅只是停留在了光譜層面上，而且也通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了人們對(duì)光的本質(zhì)的假設(shè)。人們相信，現(xiàn)在我們所知的光學(xué)只是其冰山一角，光學(xué)測(cè)量方法也會(huì)隨著光學(xué)的發(fā)展而日新月異。
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教材的選擇應(yīng)符合我院專業(yè)培養(yǎng)的要求并且應(yīng)具有光電工程的專業(yè)特色，針對(duì)后續(xù)專業(yè)課程如“光電檢測(cè)技術(shù)”、“光學(xué)測(cè)量”、“自動(dòng)控制原理”等要求學(xué)生具備一定的檢測(cè)技術(shù)方面的知識(shí)，再加上我院學(xué)生整體上電路方面的知識(shí)相對(duì)薄弱的特點(diǎn)，經(jīng)過更換幾次教材，最后我們選定的是自編的《傳感與檢測(cè)原理》。根據(jù)教學(xué)大綱32個(gè)課時(shí)的要求，我們對(duì)教學(xué)內(nèi)容做了如下調(diào)整：適當(dāng)控制光電傳感器的學(xué)時(shí)，避免與光電檢測(cè)技術(shù)課程重復(fù)的內(nèi)容（如光電導(dǎo)、光生伏特器件等），結(jié)合專業(yè)特色，增加一些新型的傳感器的介紹比如紅外探測(cè)器、圖像傳感器、智能傳感器等。一方面使光電學(xué)院的學(xué)生能夠及時(shí)了解當(dāng)下熱門傳感器的發(fā)展動(dòng)態(tài)，其能達(dá)到的性能指標(biāo)，以及一些新型的傳感器的發(fā)展，緊跟時(shí)展，為學(xué)生在以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定一定的檢測(cè)技術(shù)方面的基礎(chǔ)，對(duì)專業(yè)知識(shí)的完善起到一定的輔助作用。結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，突出知識(shí)體系的重點(diǎn)和難點(diǎn)，特別是針對(duì)光電學(xué)院的學(xué)生以后做畢業(yè)論文或工作中可能會(huì)遇到的傳感器（如光纖傳感器、霍爾傳感器等）做重點(diǎn)詳細(xì)的介紹。
二、教學(xué)方法的改革探索
按照課程大綱的要求，在講授過程中，分別介紹了應(yīng)變式、電容式、電感式、壓電式、霍爾式、光纖、CCD、溫度傳感器等一些經(jīng)典傳感器的基本原理、特性、測(cè)量電路及其應(yīng)用。各種傳感器章節(jié)相對(duì)獨(dú)立，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整講授的順序。傳感器的講授基本遵循從組成結(jié)構(gòu)、工作原理、分類、等效電路、特性參數(shù)到應(yīng)用這一思路。另外結(jié)合較常見的被測(cè)量，教師適當(dāng)?shù)乜偨Y(jié)歸納常用的傳感器的使用要點(diǎn)及其選擇依據(jù)，如都是測(cè)量位移的傳感器，應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器或電感式傳感器在使用的時(shí)候區(qū)別在哪；又比如都是做開關(guān)，電容式傳感器和電感式傳感器在原理上是否有區(qū)別，等等。以前我校的教學(xué)模式是以課堂講授為主，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容開設(shè)少量的驗(yàn)證性試驗(yàn)。這種教學(xué)模式過于注重原理的分析，學(xué)生只是機(jī)械化地記住了傳感器的一些基本概念和工作原理，但是當(dāng)要解決實(shí)際問題時(shí)卻感覺無從下手，缺乏對(duì)傳感器的直觀認(rèn)識(shí)，甚至有學(xué)生體會(huì)不到傳感器的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。鑒于此，我們有必要對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行探討，通過教學(xué)方法、教學(xué)模式的改革讓學(xué)生切身感受到將“傳感與檢測(cè)技術(shù)”的知識(shí)學(xué)以致用的快樂，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)方法所未能達(dá)到的效果。
1.調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
教學(xué)方法改革的一個(gè)關(guān)鍵問題就是如何吸引學(xué)生的注意力，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣。在《傳感器與檢測(cè)原理》課程的教學(xué)過程中，我們通過平時(shí)生活中比較常見的現(xiàn)象來引出相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，如通過對(duì)吊扇和空調(diào)的對(duì)比，舉出溫度傳感器的作用；又如教室里的自動(dòng)感應(yīng)燈、審訊室的監(jiān)聽設(shè)備、家用的電磁爐都是怎樣工作的；又如醫(yī)學(xué)上的進(jìn)步：X照影技術(shù)、內(nèi)窺鏡手術(shù)等如何實(shí)施；機(jī)器人如何識(shí)別周圍環(huán)境；最新研制的無人駕駛汽車怎么實(shí)現(xiàn)在高速路上的行駛；等等。通過分析吊扇和空調(diào)工作原理的區(qū)別，引出傳感器的重要性。這些實(shí)例大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到了學(xué)習(xí)該課程的重要性，為學(xué)生學(xué)習(xí)該課程后續(xù)內(nèi)容作了準(zhǔn)備。
2.充分運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)手段合理使用教具。
傳感與檢測(cè)技術(shù)課程的特點(diǎn)是原理多，公式復(fù)雜，推理較多。在傳統(tǒng)以往的教學(xué)中，教師在黑板畫原理圖或組成圖時(shí)，一方面圖形較為復(fù)雜占用很多時(shí)間，另一方面圖形缺乏立體感，無法形象地描述檢測(cè)過程，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。因此在教學(xué)過程中，我們通過運(yùn)用多媒體，讓傳感器參與的控制/檢測(cè)系統(tǒng)的過程和結(jié)果比較形象化、立體化，讓學(xué)生對(duì)其工作原理有了感性的認(rèn)識(shí)；通過PPT，學(xué)生了解了各種不同類型傳感器的形狀，對(duì)傳感器有了比較直觀的印象。多媒體課件的引入充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍了課堂氣氛，使學(xué)生對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)有了比較全面的認(rèn)識(shí)。
3.教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。
為加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)并促進(jìn)學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的消化吸收，我們?cè)O(shè)置了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生自己動(dòng)手接觸各種不同類型傳感器并搭建其相應(yīng)的檢測(cè)系統(tǒng)，一方面通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證原理，加強(qiáng)對(duì)基本定義的理解，另一方面增強(qiáng)了學(xué)生的測(cè)試技能、動(dòng)手能力及實(shí)際問題的分析能力。
4.教學(xué)與科研相結(jié)合。
重視教學(xué)和科研的結(jié)合提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并拓展了學(xué)生的知識(shí)面，比如在講霍爾傳感器時(shí)，結(jié)合實(shí)際科研，采用霍爾傳感器來定位，通過實(shí)際檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)霍爾傳感器的應(yīng)用，包括霍爾元件的電路處理等進(jìn)行介紹說明，加深學(xué)生對(duì)霍爾效應(yīng)和對(duì)霍爾傳感器工作原理的理解。又比方說，要設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，我們根據(jù)不同的測(cè)量溫度和精度要求會(huì)選用不同的溫度傳感器。又比方結(jié)合我校光學(xué)工程的特色，在他們比較熟悉的光學(xué)類的科研項(xiàng)目中，通過具體的項(xiàng)目介紹各種不同光電類傳感器的選取依據(jù)，包括不同類型的光源的選取。通過傳感與檢測(cè)原理知識(shí)在實(shí)際科研中的應(yīng)用，學(xué)生可以更了解傳感與檢測(cè)原理課程學(xué)習(xí)的重要性。這種模式使學(xué)生認(rèn)識(shí)到了傳感與檢測(cè)技術(shù)在科研中的重要性，并激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。
5.教學(xué)與生活、社會(huì)需求相結(jié)合。
目前，部分同學(xué)缺乏對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣，不了解對(duì)本課程學(xué)習(xí)的意思，光學(xué)工程專業(yè)部分同學(xué)甚至認(rèn)為跟他們以后的工作、研究方向沒有關(guān)系，缺乏上課的積極性，不能很好地集中注意力。再加上枯燥理論的學(xué)習(xí)讓他們很難集中精神聽課，因此，在課程的講授中最為重要的就是如何培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們對(duì)本課程的學(xué)習(xí)熱情。在知識(shí)點(diǎn)的講授過程中，根據(jù)專業(yè)方向的不同，要有側(cè)重點(diǎn)，通過一些熱門的話題或他們比較感興趣的話題引出知識(shí)點(diǎn)，如在介紹一種傳感器的時(shí)候，通過列舉一些現(xiàn)實(shí)生活中較常見的現(xiàn)象或者儀器，比如在介紹應(yīng)變式傳感器的時(shí)候，首先向?qū)W生介紹他們較為熟悉的電子秤重計(jì)的工作原理等，在介紹電感式傳感器時(shí)可以先給大家介紹竊聽器、拾音器等他們比較感興趣的設(shè)備和比較感興趣的話題。讓學(xué)生比較直觀地了解不同傳感器的工作原理以及它的應(yīng)用，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到，傳感器在我們平時(shí)生活中隨處可見，提高其學(xué)習(xí)的積極性。
三、結(jié)語
