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1.前言
隨著我國科學技術和經濟的發展，光電檢測技術被廣泛應用到機械設計制造中。主要是因為其特點是可以實現無接觸檢測，因而可以將機械動態檢測變成光電靜態檢測，從而可顯著簡化機械結構。除此之外在很多場合還可省去調整操作，本文首先對闡述光電檢測的基本原理;然后對光電檢測在機械設計制造中的應用進行了分析和探究。
2.光電檢測的基本原理
電管的基本結構簡圖如圖1所示，具體選擇哪一種結構的光電管與設備具體結構和使用要求有關。透射式光電管的工作原理是發光二級管發出的光信號直接照射到接收三級管的基極，三極管基級接收到光信號后在發射極或集電極上產生一個輸出信號，然后后續電路再對所接收到的信號進行處理去控制相應部件.顯然光電流的強弱直接影響到輸出信號的強弱，當發光管和接收管之間沒有任何物體時，輸出信號最強;反之當有物體夾在中間時，輸出信號就開始減弱，中間物體的厚度越厚，透明度越差，則輸出信號就越弱，因此用這種光電管即可進行物置檢測，也可進行物體厚度檢測。
透射式光電管在印刷機上主要用于位置檢測和雙.張檢測，其位置檢測實際結構示意圖如圖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發光管和接收管之間的通與斷，控制圓盤2固定在回轉軸3上，因而可以用來檢測回轉軸3的相對位置，從而根據工藝要求發出相應的控制信號，厚度檢測如圖2（B）所示，由發光管1發出的信號經過紙張2到達接收管3，紙張厚度或透明度發生變化后，接收管3輸出的信號強度也隨之變化，因而在用一張紙調試好后當有兩張紙或多張紙通過發光管和接收管之間時，接收管的輸出信號強度減弱，從而發出雙張或多張控制信號。
3.光電檢測在機械設計制造中的應用
在實際應用過程中，光電檢測這一種技術能夠在機械設計中所應用的位置比較多，它所具有的特點就是可以實施沒有接觸性、不觸摸式的檢測，并且能夠在動態環境下實施檢測，還能夠取得比較好的效果，這樣就能夠表現機械結構比較簡單，同時在檢測過程中，還能夠將這些不必要的場合省略。由于印刷機的紙張一旦檢測中，采取先進的光電檢測技術以后，其紙張厚度就有著非常大的變化，這樣就不用去調整所檢測的零部件。如果單單的應用機械檢測，所檢測的紙張一旦出現變化，就會出現機械檢測工作不正常。
3.1印刷機上的應用
光電檢測技術在的印刷機上應用是現今發展的必然趨勢，在技術上只有緊密的與計算機信息技術聯系在一起，才能夠提高印刷機的操作效率。從現在設計與實踐中分析，在一些小型的印刷機中應用光電檢測技術系統是比較難的，其價格昂貴，一般是這些業主難以承擔。目前，國內的一些印刷機的企業自行研發了一些專業性的控制裝置，雖然價格低廉，但是可操作性差，具有不穩定性，安全性能值得考慮。透射式光電管在印刷機上主要用于位置檢測和雙.張檢測，由于發光管1在發出需要的信號后，在歷經這些紙張2后，就可以直到接收管3了，同時紙張的透明度與厚度，都會因此產生變化，這樣接收管3所輸出的必要信號，在此基礎上，其強度也會發生變化，對此，在調試紙張后，注意紙張的厚度與接收管的距離，時刻關注接收管的接受信號的強度。而對于射式光電管而言，它主要是進行位置上的檢測。在光電管1的上面，妥善的裝好一個接收管，一個發光管，一旦發現紙張在達到光電管的下面時，這些紙張所反應的信號，就會直接的傳導光電管1中，這樣就能夠在接收管的，形成了一個信號。
3.2在包裝機械制造中的應用
光電檢測的技術在包裝機械制造中的應用是必然發展的趨勢，在技術上只有緊密的與計算機信息技術聯系在一起，才能夠提高包裝機械的操作效率。從現在設計與實踐中分析，在一些小型的包裝機械中應用光電檢測技術系統是比較難的其價格昂貴，一般是這些業主難以承擔。光電檢測技術應用的范圍比較廣泛，在包裝機械中的應用也是如此，例如料面控制就是其成功之處，它的優點就是能完成沒有觸摸式的檢測，還能夠就動態性的檢測，直接轉變成一個靜態式的檢測，這樣就極大地簡化了機械的操作結構，應用經典的例子就是牙膏灌裝機，由于牙膏管尾的端是夾扁的，就應當與這些的商標圖案，時刻處在一個平面上，此時就應當采取反射型的光電性的控制裝置。一旦發現牙膏已經灌裝好，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，由此能夠起到步進電動機的帶動其慢速中的旋轉。在具體應用中一般包含兩大方面：一是整合了工程企業信息資源，提高了它的利用效率。通過計算機的應用到工程企業實務中，減少了工程企業人員的工作時間，又提高了工程企業核算的精確度和監管力度，這些變化也促使我國工程企業組織結構的變化，工作部門和人員工作的重新分工，大幅度的提高了我國的工程企業信息資源利用效率、精確度。
4.結束語
綜上所述，從光電檢測技術的工作過程看，這實際上是一個機電一體化的典型范例.也就是說，對設計人員來說既要掌握機械結構的基本知識，又要對光電器件的工作原理有所了解這樣才能充分發揮光電技術的作用。同時從實際生產中可看出，只要所設計電路本身具有良好的抗干擾能力，在工作中就不會有問題。本文主要對光電檢測的基本原理和光電檢測在機械設計制造中的應用進行了探究，從而知道在制造的過程中應該注意的問題和要求。
參考文獻：
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（蚌埠學院 數學與物理系，安徽 蚌埠 233030）
基金項目：基金項目：專業結構調整服務地方發展計劃（2013zytz077）、校級大學物理團隊項目（2013jyxmo5）、蚌埠學院2015年院級科研項目（2015ZR17）、蚌埠學院2012年院級重點教研項目（JYLZ1205）
摘 要：較化學檢測法等傳統環境污染檢測方法，光學測量方法以其無可比擬的優勢廣泛應用于環境污染物的檢測及監測，近幾十年來發展迅速，并具有廣泛的應用前景。隨著激光技術和計算機技術的發展，光學測量方法也隨之變革。例如激光光譜對特定氣體的檢測（LASAIR系統），紫外差分光學吸收光譜儀（DOAS系統）和傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR系統）等，都為這一變革提供有力的佐證。論文介紹光學顯微鏡檢測方法，光學分析方法以及光電檢測技術，重點分析光學顯微鏡檢測方法在環境監測中的應用、光學分析方法在水質檢測領域的應用、光電檢測技術在環境監測中的應用，光學測量方法的最新發展方向。
關鍵詞 ：光學顯微鏡；光電檢測技術；光譜學分析法；DOAS系統；FTIR系統；LASAIR系統
中圖分類號：O439文獻標識碼：A文章編號：1673-260X（2015）08-0005-04
隨著現代科技的不斷更新與物質生活的高度發達，環境污染物的排放量日益增多，人們在享受著豐富物質生活的同時，也受到了環境污染帶來的沖擊，例如酸雨的侵害，霧霾天氣的影響，全球變暖導致的海平面上升等問題。傳統的檢測方法（如化學法），由于用時長、花費高、操作復雜，需要各個部門相互協作，甚至在檢測時都可能會產生環境污染物，越來越受到抵制。而光學測量方法在環境檢測方面，更能有效地避免這些弊端的產生。
在環境中，對于水質，有關部門主要通過對水質采樣、化驗、分析的方法實現對水質的監控。對于水體富營養化的這種情況，有關部門通過光學顯微鏡直接對水體進行觀查即可。而對于重金屬污染過的水源，往往光學顯微鏡很難直接觀測出來，還要通過物理或化學的方法使重金屬沉積，沉淀或“染色”，才有可能觀察到。但是這種方法用時長，不利于及時了解水污染的情況，而且在使重金屬沉淀的方法中，有可能又會產生新的污染物，樣品處理又帶來了困難。由于光學顯微鏡很難實現對空氣的檢測，所以在環境監測中用處并不大。這時人們聯想到，也可以通過光的其他特性來實現對環境的實時的監控。而光電檢測技術（如外光譜法，激光光譜法等），人們可以直接檢測環境中的污染物，無需費時費力，既能實時地反映出污染物的量和濃度，又不會產生附加污染物，且在環境監測中實用性很強。光電檢測技術利用光的光譜特性，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某種氣體，例如，甲烷氣體，二氧化碳氣體，含硫化合物氣體等[1]。
1 光學顯微鏡檢測方法在環境監測中的應用
在現實生活中，我們最易受到水污染帶來的侵害，水體富營養化一直是我們關注的重大問題，而光學顯微鏡在這方面的檢測應用極其廣泛。環境保護部門在水污染地需要將水質進行抽樣、化驗、分析、觀察，這時就要用到光學顯微鏡[2]。
1.1 細菌、霉菌檢測
水體細菌含量是人們辨別水質是否利于飲用的重要標準，如人們會對水中的大腸桿菌群檢測做一個革蘭氏染色鏡檢。
1.2 生物群落檢測
浮游植物是水域的初級生產者，繁殖速度很快。水體富營養化會促進其繁殖能力，從而影響水質的飲用安全。對浮游植物的檢測，離不開光學顯微鏡。光學顯微鏡直接對水質進行觀察監測，每過一段時間，鏡檢跟蹤浮游植物的群落狀況，以判斷水體是否富營養化。
1.3 特殊物質檢測
石棉纖維被動物體吸入肺部后，容易沉著在肺泡內，影響動物體的呼吸，對動物體的健康影響很大。在用光學顯微鏡檢測時，必須用高倍鏡才能觀察到石棉纖維，因此，對光學顯微鏡的分辨率要求比較高。為確定肝癌細胞的使用量，需要用光學顯微鏡鏡檢肝癌細胞的復蘇狀況。
二噁英（Dioxin），是某些有害物燃燒后產生的脂溶性物質，不能被生物分解，具有很強的危害性。利用離體肝癌細胞的EROD與二噁英的復合毒性效應是生物學中的一種檢測方法。環境監測部門也利用這種方法對環境中的石棉塵（石棉纖維）進行監測。
在受污染的水體中，培養魚（一般選擇生長速度快的青魚）的受精卵，在魚卵孵化過程中，使用光學顯微鏡監測受精卵的孵出率，并觀察胚胎發育過程中畸形胎所占比重。
1.4 環境毒性測試
根據所知的生物學，單細胞藻類有很強的繁殖能力。可以在水體中培養藻類，用光學顯微鏡觀察，監測藻類世代的生長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[3]。
2 光學分析方法在水質檢測領域的應用
物質在吸收光波后，會在某一波段有一個吸收峰，通過分析這個波段，就可以得出該物質的光譜特性，光學分析方法就是在此研究基礎上找到的一種測量方法[4]。反應靈敏度高，檢測速度快的優點是人們在采用這種光學測量方法時首要的考慮因素。某些光學分析方法，人們往往既不需要像傳統檢測方法一樣去使用試劑，又不需要花費太多的精力去維護相關的儀器設備。近幾十年來，光學分析方法隨著科技的腳步，在水質檢測方面也跨上了一個新的臺階[5]。
2.1 比色分析法
比色分析法是指利用物質與物質之間的化學反應，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量所含物質濃度的方法[6]。比色分析法主要用于水質中，有色重金屬離子的濃度檢測。但是，有些重金屬離子卻是無色的，例如一價銅離子溶液，這時可以根據其易被氧化的化學特性，將一價銅離子溶液氧化成藍色的二價銅離子溶液。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，人的主觀判斷會影響未知量的測量，因此目視比色分析法準確度不高。而采用分光光度法的光電比色分析法，彌補了主觀判斷造成的失誤，未知量的準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，必須建立在顯色反應的基礎上，因此對溶液離子的化學性質要求比較高。人們可以采取目測的手段，也可以采用與離子反射或吸收波長相對應的單色光源進行檢測，還可以使用與高速計算機聯接的攝像頭進行圖像綜合對比分析。利用顯色劑的不同反應，比色分析法可被廣泛地應用在水質監測方面以及測定受污染水質中的各類污染物濃度。
2.2 紫外光譜分析法
紫外光具有波長短，能量大，透過力強的特點，利用這一特點，人們可以通過紫外光譜區進行檢測。有機分子在紫外光譜區的吸收較強（其實就是高能量脈沖殺死了有機活性物質），因此適用于檢測水體有機污染物。紫外光譜分析法，分為單波長法，經過多年探索研究后，發展為雙波長法，循序漸進到如今比較全面的全光譜法。對單波長法進行改進的雙波長法，在測量時，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上研究出的一種對待測溶液比較全面的檢測方法，包含了吸光度在全紫外光譜區所有有機污染物。
2.3 間接測定法
水質中，對重金屬離子的濃度還有一種間接檢測方法熒光分析法[7]。顧名思義，熒光分析法就是獲取重金屬離子的熒光圖像，再通過計算機編程處理，由此間接地測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 直接測定法
直接測定法省去了間接測定法中匹配試劑的過程，檢測速度有所提高，但是卻要滿足物質本身就發射熒光（如葉綠素、水中有機物等）這一苛刻條件。不管是間接測定法還是直接測定法，都無法忽略光源的重要作用。尤其是在直接測定中，要求光源的發射光波長與物質的吸收光波長一致。激光光源由于其得天獨厚的優點（單色性好、能量集中），受到了研究人員的高度關注，激光誘導熒光技術就是采用激光作為光源的熒光檢測技術。目前，激光光源在直接測定法中幾乎已經取代了傳統光源的檢測地位。
3 光電檢測技術在環境監測中的應用
雖然光學顯微鏡在水體污染的監測中可謂嶄露頭角，但在空氣污染物的監測中卻顯得捉襟見肘。空氣污染物通常指以氣態形式進入大氣層來物質（主要是人為污染，例如含硫化合物，二氧化碳氣體等等），其對人體或生態系統具有很不好的效應，例如酸雨，霧霾等等。隨著光學的發展，光電檢測技術逐步應用到現實生活中，尤其在環境監測中，以其獨特的優勢獲得了人們的青睞。
3.1 光電檢測技術的原理
光電檢測是指利用各類光電傳感器，將被測量的物理信息轉換成光信息，再通過A/D轉換器轉換成電信號，再綜合利用信息傳輸技術和計算機編程處理技術，完成信息獲取。當光照射到物體表面時，使物體發射電子、或電導率發生變化、或產生光電動勢等。這種因光照而引起物體特性發生變化的現象稱為光電效應光電檢測系統以激光、紅外、光纖等現代光電器件為基礎，對載有待測物體信號的光信息進行處理，即通過光電檢測器件接收光信息并轉換為電信號。由輸入電路、放大濾波等電路提取待測物的信息，再經過A/D轉換器輸入計算機運算和處理，最后提取出待測物體的幾何量或物理量等所需信息（如圖1的光電檢測系統）。
3.2 光電檢測系統在環境檢測中的應用
光與物質的相互作用，改變了物質的某些物理特性。利用這種特性，制作的光電檢測系統可以分為兩大類：使用能覆蓋寬光譜區的寬帶光源的監測系統；使用激光或窄光譜光源，因而只能覆蓋窄光譜區的監測系統[8-9]。在寬帶監測系統中，傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR）或紫外差分光學吸收光譜儀（Uv-DOAs，又名DOAs系統）測系統可同時監測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的，寬帶監測系統能“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雜混合物中直接區分開來”。但是，當寬帶監測系統的分辨率低于欲觀察的光譜線中的精細結構時，就不能觀察到真正的吸收峰，且會限制對氣體濃度值的檢測。
激光監測系統由于分辨率高，掃描光譜范圍窄，所以檢測靈敏度相當高，但是激光監測系統發出的波長必須與被檢測化合物吸收譜線的光波長相匹配。由于激光監測系統發出的激光波長是單色的，掃描波段被限制在極窄的范圍內，一般情況下只能對應的檢測出一種化合物。若檢測的是混合物，則需要另加對應的監測裝置。在目前的環境監測中，寬帶監測系統和激光監測系統，這兩種類型的監測裝置都有其應用。例如，FTIR監測系統，它可提供對企業事故中泄漏出的某些有害化合物進行檢測。這時對所有的可能的有害化合物來說，檢測靈敏度就不如檢測范圍重要。但如果要連續實時監測從污染源（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）釋放出的有害氣體，則監測裝置抗其他化合物干擾的能力和高檢測靈敏度就是重要因素了，這時，激光監測系統就成為了理想的監測系統。激光雷達像其它激光監測系統一樣，能檢測的樣品不多，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的檢測系統，因此，探索污染物的發源地，激光雷達系統是最好的檢測系統。諸如高空大氣層中臭氧的消耗情況，可以使用激光雷達系統進行計算機模擬繪圖。使用激光雷達系統提供大氣層中空氣分子成分分布的垂直剖面圖，可以對大氣傳輸和擴散過程有更透徹的了解。
DOAS系統可以測量多種化合物，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光的反射定律，光源發射的光波經過某些物質后，經吸收的光波與光源光波一起被反射鏡反射回來，利用計算機高速運算的能力分析光波的差異性，故而稱作差分光學吸收光譜技術。調取吸收光譜數據庫中已知數據，與吸收光譜數據相比較，從而分析物質中存在的化合物種類。
LASAIR系統是激光技術與計算機技術相結合的高新技術[11-12]，利用激光的單色性和計算機的高速運算能力，提高了檢測效率。可調二極管激光吸收光譜分析儀發射出的激光光波長，足以滿足吸收峰在中紅外區（320um的范圍內）的物質檢測，適合大多數的工業環境監測。可調二極管激光吸收光譜儀，已在全球范圍內有毒有害氣體的檢測上發揮了重要作用。LASAIR能測量的氣體分子包括NOx、HF、HCI、HI、NH3、C2H2、COx、H2S、CH4。但是，由于每種氣體對光波的吸收峰值不盡相同，必須要使用發射對應吸收峰值波長的激光光源。
4 結束語
隨著時代而發展的光纖通訊和光電子信息技術被應用于環境監測中，尤其是具有體積小、壽命長和光電轉換效率高的近紅外二極管激光器[13-14]，目前已經迅速商品化，成為了檢測空氣污染物質的最合適光源。而調諧二極管激光吸收技術利用分子的吸收光譜單一分立吸收線這一原理，可以采樣到被檢測氣體的每種光學信息。當激光通過被檢測氣體時，光電磁波會被吸收和散射而衰減。利用被測量物質分子的吸收能力遠遠高于物質分子對光的散射能力，我們可以忽略掉物質分子散射的這一衰弱影響。經過近30年的發展，調諧二極管激光吸收技術日益成熟，被廣泛的應用在空氣污染物質的檢測和監測中。隨著光譜學分析技術和激光技術的完美結合，特別是在近些年來，制作半導體材料和器件的工藝長足進步的情形下，激光光譜學分析技術在環境監測方面的應用越來越成熟。
紅外半導體激光器可以在常溫下工作，取代了傳統光源的地位[15]。研究結果表明，紅外半導體激光器的發射波長與很多環境污染氣體的吸收波長相同。由于紅外半導體激光器具有譜線窄、單頻、功率大、工作可靠的優點，也為制作高質量，高水準的氣體檢測儀打下了堅實重要的基礎。根據其對環境的抗干擾能力強，經常不需要標定，可直接安裝在管道上檢測等實用性的特點，被大量使用在工業生產過程中檢測污染氣體方面。
從光學顯微鏡早期在環境監測中的應用（主要在水質檢測方面），到后來應用光學分析方法監測環境，直到現在人們又通過光的其他特性發明了各式各樣的監測儀器，如：激光監測儀（DOAS系統），傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR監測系統）。可以說，光學測量方法是隨著光學的發展而發展變化的。隨著量子力學的發展，人們對光的認識不僅僅只是停留在了光譜層面上，而且也通過實驗驗證了人們對光的本質的假設。人們相信，現在我們所知的光學只是其冰山一角，光學測量方法也會隨著光學的發展而日新月異。
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【關鍵詞】光電測試技術 教學內容研究 電力特色
《光電測試技術》是上海電力學院測控技術及儀器專業的重要專業選修課。它是一門綜合性很強的課程，涉及了光學、電子和計算機等多門學科，也是現代檢測技術重要的發展方向，對培養學生綜合運用專業知識及創新能力起著非常重要的作用。如何在有限的學時內，通過該課程的學習，培養學生達到教學目標，這對教師提出了挑戰。筆者從教學內容的選取和組織安排等方面進行了一定的探索和研究。
一、優選教學內容
光電測試技術課程包涵的知識點很多，并且隨著科技的進步，新的測試技術不斷地出現，需要進一步擴充教學內容。而不同的院校有又不同的背景，在不同的領域上有所側重，需要量體裁衣，合理選擇教學內容。
（一）突出電力特色
上海電力學院的辦學定位與培養目標是主要為社會培養和輸出所需要的應用型技術人才，特別要為電力行業的科技進步服務，培養電力行業所需的第一線的應用型技術人才。為了突出本校的電力特色，尤其考慮到測控技術與儀器專業的部分學生在畢業后會進入電廠等相關電力領域工作，所以在教授內容中加入最新的電力知識是很有必要的。
近年來，光電測試技術的發展可以說是日新月異，新的科技成果不斷涌現，在電力系統中的應用，主要體現在以下幾個方面。
1.火焰圖像檢測器
光學成像技術在燃煤火電廠煤粉爐爐膛火焰視頻監視上的應用，可以直接地反映爐膛內的燃燒情況，給運行人員提供相對直觀的判斷依據，對鍋爐的安全運行和操作起到及時的指導作用。安裝好、調試好、使用好爐膛火焰電視設備，對鍋爐的安全和節能經濟運行都有著非常重要的意義。這部分內容可以和書本教材中的固體成像器件配合起來教學。
2.激光盤煤技術
傳統的煤場存煤量測量方法不僅需要耗費大量的人力和物力，其測量結果也極不準確，嚴重制約了電廠現代化管理水平的提高。目前新型的自動盤煤方法為激光盤煤儀，采用二維高頻率激光掃描儀對料場的表面進行高頻率斷面掃描獲得高密度的斷面數據，結合行程測量器獲得的料場長度和回程測量器獲得的掃描儀偏轉角度數據，實現料場體積的計算、料場三維模型的顯示。在盤煤的實時性和準確性方面都有顯著的改善，取得了比較滿意的結果。[1]該部分內容可以和書本教材中紅外輻射與紅外探測器配合起來教學，還可結合數字信號處理、數字圖像處理等課程對圖像恢復重建等展開探討。
3.光纖傳感技術
光纖傳感技術具有細而柔軟、抗電磁干擾、絕緣性能好、防爆性能好、 耐腐蝕、導光性能好、信號衰減小等特點，可以解決常規檢測技術難以完全勝任的測量問題。分布式光纖傳感技術是隨著“智能結構和智能材料”的需要而發展起來的一項新技術，集傳感與信息傳輸于一體，廣泛應用在電力行業中：電纜狀態監測，如電力電纜的表面溫度檢測監控、事故點定位、電纜隧道、夾層的火情監測等；變電站監測，如母排、橋袈、變壓器、電動機、發電機、配電盤的溫度分布、測量及故障點檢測等；水電站、發電廠監測，如加熱系統、蒸汽、輸油管道；送煤系統的溫度監測和故障點的檢測等等。
光纖傳感技術正好和書本教材的光導纖維與光纖傳感器匹配，在了解光導纖維與光纖傳感器的基本原理后，引入大量的光纖傳感技術在電力系統中應用的工程實例，更好地貫徹了理論聯系實際這一原則，可以使學生思考如何學以致用。
（二）適應科技發展
光電測試技術內容多，知識面廣，又是多學科交互融合、互相滲透的前沿科學。通常情況下，教材對基礎知識、基本原理和基礎效應介紹較多，對具體應用和設計方面則較少；對經典的光電器件介紹較多，新型光電器件較少；傳統技術敘述較多，尖端技術和綜合應用較少。由于種種限制，不可能找到一本非常完美、各方面都滿意的書本教材，我們只能選擇較合適的，在講授基本內容的同時，一定要補充最新的相關內容，將新型的光電檢測器件、新型的光電測試技術和手段、各種光電檢測器件的最新進展和應用等最新相關科研成果融合在教學過程之中，不斷進行教學內容的完善和改進，有效的引導學生了解最新的、最先進的科學內容。比如在中國第一個目標飛行器和空間實驗室——天宮一號與神舟十號飛船實現對接時，激勵學生關注其中所采用的最新光電測試技術。
以上的內容是書本教材所無法包括的，所以我們要結合時代科技的進步，與時俱進，不斷深化教學內容，注意學校的行業特色，關注火電廠及電力設備等的光電測試技術，對于教材上沒有提到的但是有益的內容，一定要在課堂上提出，或者給出相關概念引導學生自己查找所需資料，不斷的通過自制多媒體課件、課外資料等來添加教學內容，給《光電測試技術》注入新的血液，來激發學生的學習興趣。
二、 精心組織教學內容
上海電力學院將該課程核定為32學時，在短課時內，面對如此多的教學內容，需要根據本專業的特點精心組織安排，否則會使得內容雜亂無章，缺少完整性和系統性，讓學生無所適從。
（一）課程認識和章節聯系
首先講解課程的主要內容、結構和各章節的之間的聯系，讓學生對該課程有一個整體性的認識，然后具體到每一個章節。在開始學習前都列出教學要求，學完一章后都有復結，讓學生清楚自己應該達到的標準，也方便期末考試。第一部分光電測試技術的理論基礎是最基礎的內容，尤其是我校未開設《物理光學》《應用光學》等相關課程，學生只是在《大學物理》中接觸過有關光的知識，這部分必須詳細講解。第二部分是常用的光輻射光源，只有這一章是講如何產生光信號的，其中光電測試用主要的光源發光二極管和半導體激光器都是從電信號轉換成光信號，正好與第三部分光電檢測器件是如何進行將光信號轉換成電信號相對應，可以讓學生更換地理解光電轉換。第三部分是各種光電檢測器件的結構原理及應用，要結合它們各自典型的應用系統的分析和設計，使學生對整個知識體系有個更全面、更深刻的理解。
（二）注意知識點的聯會貫通
光電測試技術涉及光、機、電、自動控制等許多領域。如在講到光電器件和集成運算放大器連接時，模擬電子技術中運算放大器的三大特點：“虛短”“虛斷”和“虛地”，如何運用它們來完成電壓放大、電流放大和阻抗變換，而這牽涉深度負反饋的概念，又與自動控制相關。所以在教授新課程的時候，不斷地回顧先前學習過的課程，可以較好地調動學生的參與積極性，不會覺得什么都是新的，都要從頭開始學，能夠溫故知新。
（三）重視實踐教學
《光電測試技術》又是一門實踐性很強的學科，我們積極鼓勵學生參加大學生科技創新活動，堅持課堂教學與課外創新實踐活動相結合，提高學生的設計與綜合分析能力。
例如講解光敏電阻后，先采用浙江英聯科技開發有限公司的YL系列傳感器實驗儀及系統實驗臺開設光敏電阻的特性測試實驗，讓學生先了解光敏電阻的光電特性、伏安特性和光譜響應特性，對書本知識深入掌握后，再鼓勵學生從光敏電阻特點出發自己設計路燈自動點熄電路，通過查找閱讀資料并與實際應用電路比較，能否進一步改進，使其更加智能化、自動化等，最后以小論文的形式提交。這樣不僅加深了學生對基礎知識的理解，拓寬了知識面，更是鍛煉了學生獨立思考和自主創新的能力。
在教學過程中，注意提出在日常生活中的一些光電檢測系統應用實例，可以提高學生學習的熱情。如講到光電開關，就會提到在洗手時，是如何實現手到水出的？除了光電開關外，還有什么器件能夠達到這種效果的？熱釋電器件可不可以？
三、結論
對《光電測試技術》的教學內容進行了探討，通過合理選擇教學內容、注重結合我校電力特色、重視實踐教學，將學生獨立思考能力、動手能力和創新能力的培養融合到專業課教學中，培養適應21世紀全面發展的高素質人才。
【參考文獻】
關鍵詞：激光測距，單片機，蜂鳴器
1、研究內容
殘疾人是社會中最主要的弱勢群體，他們要面對更多的困難和壓力。，激光測距。隨著2008年奧運會、殘奧會的成功舉辦，政府越來越關注弱勢群體，給予盲人的關懷也越來越多，這也使助盲成為現在社會的一個熱點問題。
目前市場上已經出現一些導盲類產品，例如盲杖、導盲犬等，但是因為種種原因，這些產品并不能有效的幫助盲人導盲。比如，導盲犬由于訓練困難，價格昂貴，一直不能被推廣普及。可見，如何實現更好的導盲依然是一個亟待解決的問題。
由此，我們想要設計出一個“新型智能導盲器”，使之能夠有效作為盲人的導盲器材，克服傳統導盲器件價格較高，使用不方便，使用范圍有限等缺點。
而隨著時代的發展，光電技術特別是光電探測技術，光信息處理技術的應用已經遍及現代生活的各個領域。尤其是光機電一體化系統，模塊很小，工作性能很高。基于此，我們想設計出“光電智能導盲器”，以便快速，準確，實時的幫助盲人了解周圍的實際情況，更好的服務廣大盲人群眾。
2、研究方案
為了實現準確、快速定位障礙物的目的，我們提出了 “光電智能手持導盲儀”。盲人通過使用此設備可以知道周圍物體的分布情況，可以獲得一個周圍環境的大概的距離遠近的輪廓圖。我們主要應用以下兩種技術：
一、激光測距技術：激光測距技術與一般測距技術相比，具有操作方便、系統簡單以及白天和夜晚都可以工作的優點。，激光測距。此外，與雷達測距、微波測距相比，激光測距具有良好的抗干擾性和較高的精度，以及更快的反應速度。
二、單片機控制技術：單片機體積小，重量輕，結構較為簡單，成本低廉，可以實現一般的控制功能。而且單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統，因此它得到了廣泛的應用。現代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。
三、蜂鳴器語音輸出技術：蜂鳴器反應快，聲音變頻速度快，距離越近頻率越高，便于快速給盲人用戶提示，同時蜂鳴器聲音也給周圍行人一定警告。
根據以上三種關鍵技術，我們提出的主要設計思路如下：
整個導盲儀通過激光測距模塊測距，蜂鳴器報警，起到導盲作用。
在導盲儀上，嵌入一個單片機控制模塊，作為整個裝置的核心。在單片機的旁邊固定一個蜂鳴器，蜂鳴器可以發出聲音。，激光測距。導盲儀前端安置一個激光探頭和一塊接收板。在導盲儀上則安裝一個開關，控制導盲儀的工作。
根據激光測距儀的原理，激光器發射頭發出激光束，遇到障礙物后反射到達導盲儀前端的接收板，接收板上裝有光電探測器。障礙物表面漫反射的光信號經過光電探測器轉變為電信號，再經過濾波，放大，整合，A/D轉換，傳送給單片機。經過單片機分析處理后，根據激光往返時間算出的距離輸出不同的指令，如果在報警距離以內，單片機便會發出控制信號，即高電平到蜂鳴器，驅動蜂鳴器發出不同頻率的提示音，使盲人通過蜂鳴器的聲音提示躲避障礙物，方便盲人出行。
導盲儀通過盲人的手動掃描，給盲人提供不同方位的障礙物信息。
3、技術路線及可行性分析
本作品主要包括：激光測距技術，光電檢測技術，單片機控制技術，語音輸出技術。
技術路線主要從光電技術，控制技術，電路設計技術三方面分析。
光電技術：主要是激光測距技術和光電檢測技術。目前，激光測距技術已經十分成熟，獨立的激光測距儀已經十分普遍。仿照成型的激光測距儀，設計制作出我們需要的激光測距模塊。
針對我們的需要，我們采用短脈沖高頻率激光測距技術。脈沖式激光測距是基于對光波在本機與目標間渡越時間的計量來感知目標距離，屬于“時基法”測距，其優點是操作方便、系統設計簡單，滿足設計要求。
單片機下達測距指令后由激光器發出脈沖激光，經擴束準直的光學系統后通過指示與穩定系統導向穿越大氣層射向目標。光學系統一般是望遠光學系統，為的是減少出射光束的發散角，以提高光能面密度，增大工作距離，還可以減少背景和周圍非目標物的干擾。指示與穩定系統，帶有瞄準鏡和方向機構，用以對準盲人需要探測的方位，提供目標角方位信息。圖中的傳感器，可提供目標方位和俯仰角。激光束離開本機的同時，從發射光束中取出參考脈沖信號，參考信號通過光電探測器，變成電脈沖，這個電脈沖經濾光、放大、整形后送入單片機，通過單片機控制，啟動數字式測距計時器開始計時；到達目標的激光束有一部分被表面漫反射回到測距機；經接收物鏡和窄帶光學濾波器再次到達探測器，窄帶光學濾波器的主要作用是充分利用激光優良的單色性，提高系統的信噪比；光探測器再次將光信號轉換為電信號，然后將電信號送往放大器和匹配濾波器，這是因為從光電探測器出來的信號不足以推動電路工作。處理后的信號進入比較器進行比較；比較器的輸出信號驅動測距計時器計時停止，單片機接收距離信息。，激光測距。根據距離信息，單片機決定是否驅動蜂鳴器發出聲音。
單片機控制：單片機是整個裝置的控制核心，所有的控制功能通過寫入單片機程序來實現。，激光測距。單片機要能接收兩次電信號，根據激光測距的距離信息，進行分析判斷。，激光測距。在設定的允許范圍以外，不發出控制信號，如果一旦低于預先設定的范圍，則發出控制信號，控制信號驅動蜂鳴器發出聲音。根據單片機接收到的距離信息，單片機發出不同的電壓控制信號，蜂鳴器據此發出不同頻率的聲音。
電路設計：信號處理電路包括光電信號處理電路和聲音輸出電路。整個電路中單片機、探頭、光電傳感器和蜂鳴器是主體，激光探頭發射和接收板接收光信號，經過光電轉換，濾波，放大，A/D轉換之后，反饋到單片機，單片機進行信號處理，最后通過電路控制蜂鳴器輸出聲音信號。蜂鳴器反應快，聲音變頻速度快，根據單片機發出不同的電平信號，發出不同頻率間隔的提示音。
4、特色與創新點
1、利用激光測距技術，快速，準確的測量障礙物的距離；并根據距離信息，實現單片機的控制；
2、手持導盲儀使用方便，探測靈活，可用于高低地勢探測，障礙報警；
3、利用蜂鳴器的聲音頻率提示障礙物距離遠近，便于盲人判斷；
4、結構簡單實用，方便攜帶，可擴展性強，可長時間使用。
5、參考資料
[1]王永仲，現代軍事光學技術[M]，北京：科學出版社，2003。
[2]何俊發，王紅霞，劉曉彬，激光測距新方法研究[J]，應用激光，2003，23(5)：299—300。
[3]陳敏，杜小平，一種提高相位激光測距精確度的方法[J]，現代電子技術，2005，16：114一l15。
關鍵詞：電子科學與技術；本科培養方案；課程設置；辦學特色
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）30-0070-02
21世紀被稱為信息時代，電子科學與技術在信息、能源、材料、航天、生命、環境、軍事和民用等科技領域將獲得更廣泛的應用，必然導致電子科學與技術產業的迅猛發展。這種產業化趨勢反過來對本專業的鞏固、深化、提高和發展起到積極的促進作用，也對人才的培養提出了更高的要求。因此，本文從人才的社會需求出發，結合我校實際情況，進行了本科專業培養方案的改革探索，并詳細介紹了培養方案的制定情況。
一、人才的社會需求情況
目前，我校電子科學與技術專業的本科畢業生主要面向長三角地區龐大的微電子、光電子、光伏和新能源行業，市場對專業人才的需求基本上是供不應求的。但是也應該注意到電子科學與技術產業的分布不均，分類較細，且發展變化較快。另外，電子科學與技術產業結構具有多樣性，既有勞動密集型的大型企業、大公司，更多的是小公司和小企業；既有國有企業和私營企業，更有合資、獨資的外企。因此，社會需求與本專業畢業生的供需矛盾還會繼續存在。
二、專業的培養目標和定位
本專業培養具備微電子、光電子領域的寬厚專業基礎知識，熟練實驗技能，能掌握電子材料、電子器件、微電子和光電子系統的新工藝、新技術研究開發和設計技能，有較強的工程實踐能力，能夠在該領域從事各種電子材料、元器件、光電材料及器件、集成電路的設計、制造和相應的新產品、新技術、新工藝的研究、開發和管理工作工程技術人才。并且結合我校“大工程觀”人才培養特色，依據“卓越工程師”教育理念下工程技術型人才培養的原則，培養適應微電子和新興光電行業乃至區域社會經濟建設需求的工程技術型人才。
三、本科培養方案制定的思路
電子科學與技術專業培養方案參照工程教育認證的要求，以及專業下設微電子、光電子材料與器件兩個本科培養方向的思路制定。注重培養學生的專業基礎知識和實踐工程能力，使畢業生能滿足長三角地區微電子、光電子和新能源行業發展的需求。微電子方向的課程設置專注于電子材料與電子器件、集成電路與系統設計方面，光電子材料與器件方向則偏向于光電信息、光電材料與光電器件方面。
四、本科培養方案的改革探索
要實現電子科學與技術專業的培養目標，適應電子信息產業的不斷發展，并結合我校學科發展方向和特色，對電子科學與技術專業本科人才培養方案進行了研究，并對省內外幾所高校電子科學與技術專業的培養方案進行調研，最終形成了富有特色的電子科學與技術專業人才培養方案，主要內容如下：
1.培養方案的模塊化設計。在設計電子科學與技術專業本科培養方案的整體框架時，根據“加強基礎、拓寬專業、培養能力”和培養工程技術型人才的辦學理念下，專業培養方案分人文與社會科學、專業基礎和專業課三個模塊，下設微電子和光電子材料與器件兩個專業方向。學生在前兩年學習相同的課程，到大三時根據自己的興趣選擇專業方向，選修各自方向的專業課。由于兩個方向的不同培養要求，因此在專業基礎選修課、專業必修課和專業選修課方面設置限選模塊，每個專業方向必須修滿相應的學分才能畢業。
2.改革專業基礎課程。專業基礎課程是為專業課程奠定基礎，因此，在保留了原有電子信息類專業通常所開設的電子類課程外，增加了與專業相關的課程，如EDA技術、通信原理、數字信號處理、物理光學、應用光學、激光原理與技術等課程，刪減了原先與物理類相關的一些課程，如物理學史、原子物理、熱力學與統計物理學等，并刪減了一些計算機軟件類課程，如C++程序設計、計算機在材料科學中的應用等。專業基礎選修課程分方向限選模塊，兩個專業方向對應有不同的專業基礎選修課程。
3.優化專業課程。專業課程是整個專業教育中的主干部分，微電子方向的課程設置緊緊圍繞半導體和集成電路設計方向，開設有集成電路設計、微電子工藝原理與技術、工藝與器件可靠性分析、半導體測試技術、現代電子材料及元器件、集成電路工藝與器件模擬等課程。光電子材料與器件方向圍繞光電材料和光纖通信方向，開設光電子材料與器件、光電檢測原理與技術、太陽能電池原理與技術、光纖傳感原理與技術、光纖通信技術等課程。另外專業課程里面還設置有專業實驗，通過加強實驗環節，訓練學生的動手操作能力，增強學生的理論知識。
五、與省內外專業人才培養的區別
具有電子科學與技術專業的各大高校分布在不同的地區，服務于不同的區域經濟，這就要求專業學生的培養具有區域化、差異化。我們分析了杭州電子科技大學、浙江工業大學、蘇州大學、南京理工大學和徐州工程學院這五所不同地區、不同層次高校的電子科學與技術專業的培養方案。不僅使我們能學習到其他高校的先進辦學理念、合理的課程設置體系，也可以發現與其他高校之間的差異。具體表現為以下幾個方面：
1.專業定位。各個學校的電子科學與技術專業依據自身的師資力量、辦學條件、區域經濟要求確定專業的發展定位。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業依托1個教育部重點實驗室、2個國家級實驗教學示范中心、3個省部級重點實驗室，人才培養定位于能從事電子元器件、電子電路乃至電子集成系統的設計和開發等方面工作的工程技術人才。浙江工業大學的電子科學與技術專業主要培養光通信、電子電路系統、集成電路設計等方面的人才。蘇州大學的電子科學與技術專業定位在培養能夠在電路與系統、集成電路與系統等領域從事各類系統級、板級和芯片級研發工作的高級工程技術人才。南京理工大學的電子科學與技術專業主要是突出光電技術和微電子與信息處理學科的交叉和融合，以光電成像探測理論與技術及微電子理論與技術為專業特色。徐州工程學院的電子科學與技術專業主要定位在培養能從事光電子材料與器件開發的工程技術人才。而我校的電子科學與技術專業定位于服務長三角地區半導體和新能源行業，培養能從事集成電路設計與開發、光電子材料與器件的研發等工作的工程技術人才。
2.課程體系。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業培養學生設計、開發電子元器件、電子電路系統、電子集成系統的能力，在課程設置上開設了通信電子電路、EDA技術、薄膜物理與技術、電子材料與電子器件、電子系統設計與實踐、集成電路設計、嵌入式系統原理和應用、現代DSP技術及應用等專業課程。浙江工業大學的電子科學與技術專業培養學生設計、開發電子電路系統、集成電路系統的能力，開設了電路原理、模電數電、通信電子線路、集成電路設計、光纖通信原理、光網絡技術、數字信號處理等專業課程，以及電子線路CAD實驗、單片機綜合實驗、通信原理實驗、通信電子線路大型實驗、微電子基礎實驗、半導體器件仿真大型實驗、集成電路設計大型實驗等實驗類課程。蘇州大學的電子科學與技術專業培養學生設計與開發電路與系統、集成電路與系統，從事各類系統級、板級和芯片級研發工作的能力，開設了信號與系統、電磁場與電磁波、高頻電路設計與制作、電子線路CAD、CMOS模擬集成電路設計、VLSI設計基礎等專業課程，以及電子技術基礎實驗、信號與電路基礎實驗、電子線路實驗、電子系統綜合設計實驗等實驗類課程。南京理工大學培養學生從事光電子器件、光電系統和集成電路的設計、開發、應用的能力，開設了信號與系統、光學、光電信號處理、光輻射測量、光電子器件、光電成像技術、超大規模集成電路設計、光電子技術、顯示技術、光電檢測技術、數字圖像處理、半導體集成電路、集成電路測試技術、微電子技術、光電子線路、電視原理等專業課程。徐州工程學院的電子科學與技術專業培養學生設計與開發光電子材料與器件的能力，開設有信號與系統、光電子學、光電子技術、激光原理與技術、光伏材料等專業課程，以及模擬電路課程設計、數字電路課程設計、單片機原理課程設計等實踐性課程。我校的電子科學與技術專業主要培養學生集成電路設計、光電子材料與器件的設計與制備能力，開設有半導體物理學、半導體器件原理、MEMS技術、微電子工藝原理與技術、薄膜材料及制備技術、工藝與器件可靠性分析、集成電路工藝與器件模擬、EDA技術、通信原理、數字信號處理、光電子材料與器件、光電檢測原理與技術、太陽能電池原理與技術、光纖通信技術等專業課程，以及近代物理實驗、專業實驗等實驗類課程。
3.人才培養特色。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業的人才培養特色是注重集成電路設計、系統集成方面能力的培養。浙江工業大學的人才培養注重光纖通信、集成電路設計方面能力的培養。蘇州大學的人才培養注重電路與系統設計、集成電路與系統設計方面能力的培養。南京理工大學的人才培養注重光電技術和微電子與信息處理學科的交叉和融合，以光電成像探測理論與技術及微電子理論與技術為專業特色。徐州工程學院的人才培養注重光電材料與器件方面能力的培養。我校的人才培養注重電子材料與電子器件的設計與開發、集成電路設計方面能力的培養。
參考文獻：
[1]陳鶴鳴，范紅，施偉華，徐寧.電子科學與技術本科人才培養方案的改革與探索[A]//電子高等教育年會2005年學術年會論文集[C].17-20.
【關鍵詞】虛擬技術 實踐教學 傳感器 檢測技術
【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）02-0234-02
目前在我院傳感器與檢測技術實踐教學中，學生通過操作實物模塊來實現各個參數的測試，但因受實驗硬件條件的限制，檢測中測量參數無法實現自由改變，這對它的特性分析帶來了一定的局限性。同時學生在反復練習過程中，設備容易損壞，其性能也會受到影響，這對課程的實踐教學帶來了一定的局限性。因此在實踐教學中引入了虛擬技術教學，通過虛擬的操作面板，用LabvIEw仿真軟件來實現相關參數的測試。
一、虛擬儀器簡介及虛擬技術在實踐教學中的意義
（一）虛擬儀器的含義
所謂虛擬儀器，就是用戶在通用計算機或者工作站平臺上，根據測試任務的需求來定義和設計儀器功能，通過數據采集卡，利用軟件來處理采集進來的數據，實現用戶自擴展傳統儀器的所有功能。
（二）虛擬技術在實踐教學中的意義
在傳感器與檢測技術實踐教學中引用虛擬技術，學生通過虛擬平臺的學習，可以提高學生的初步分析及感性認識，鞏固學生的理論知識。學生可以不受實踐硬件條件的限制，通過虛擬操作面板設計、選擇，及大地彌補了設備的不足。學生可以不用擔心損壞設備問題而大膽地進行實踐，并根據實踐情況及時進行改進和優化，省去了大量繁瑣的工作，節省了大量時間。
利用虛擬技術，可以徹底打破檢測技術受空間及時間的限制，如一些需要長時間才能觀察的變化過程，通過虛擬技術，可以在很短的時間內呈現給學生。虛擬制造技術還可以應用計算機、交互外設及軟件來構建一個虛擬的生產環境，使學生能如同在制造現場一樣，與熒屏上出現的制造過程進行自由交流。虛擬現實技術可以對學生學習過程中所提出的各種假設模型進行虛擬和虛物實化，通過虛擬系統便可直觀地觀察到這一假設所產生的結果或效果。
利用虛擬技術，可豐富課堂教學內容，展示全方位、多角度的教學內容。將實訓等技能訓練搬到課堂中進行，由于這些虛擬的訓練系統無任何危險，學生可以反復練習，直至掌握操作技能為止。在課程教學中可以在虛擬實訓室中進行訓練，可以節約大量昂貴的儀器設備費用。解決在教學現場訓練實驗實訓設備的損壞、訓練材料的消耗等問題，從而有效節約教育成本。
二、基于虛擬技術在傳感器與檢測技術實踐教學中應用的基本思路
傳感器與檢測技術實踐教學模塊中是由多光電檢測模塊、溫度檢測模塊、環境檢測模塊、力檢測模塊等組成。就其中的溫度檢測模塊來說明虛擬技術在實踐教學中應用的基本思路。基于虛擬技術的溫度檢驗技術，主要是通過LabvIEw平臺構建虛擬畫面，模擬仿真實際的溫度檢驗儀器，檢驗儀器通過軟件實現部分功能。主要思路是：通過溫度傳感器獲取現場溫度信號，經過信號調理，通過數據采集卡采集數據，再由信號選擇、調理之后送入計算機，由測控軟件進行分析、顯示、存儲等，利用虛擬仿真技術，能完成實體設備無法實現的大部分功能，最終通過數據參數的變化，來自動實現對溫度的檢測。
在原有溫度檢測模塊操作中，學生只能在現有硬件條件下實現電路的構建，完成溫度到電壓信號的轉變，但現有的硬件無法實現電壓信號的變化到實際監測環境中溫度的變化。而虛擬儀器中可視化圖形編程語言平臺，提供豐富、功能強大的數據處理軟件包，通過虛擬溫度程序框圖構建及虛擬的溫度運行結果畫面監測，能直觀的反映溫度的變化情況，與企業實際運行環境一致，非常方便學生的學習，提高學生學習的激情。
三、基于虛擬技術的K型熱電偶溫度檢測的實現
基于虛擬技術K型熱電偶溫度檢測的硬件實現是由計算機、加上數據采集及電路組成；軟件實現運用編程方法，通過建立動態模型庫來實現溫度仿真檢測。采用虛擬技術進行檢測優點突出，即可以縮短檢測時間、可減少工作量、提高效率；數據檢測時可及時保存、顯示，方便讀數。
（一）硬件實現
K型熱電偶溫度檢測系統主要由虛擬儀器和信號接口采集組成。溫度檢測過程中首先由熱電偶傳感器檢測溫度變化，采用運算放大器對取樣電阻兩端的信號進行差分運算放大并轉換為電信號，輸出的信號以過通道選擇送到數據采集卡，最后由計算機進行處理。
K型熱電偶電路如圖：
（二）軟件實現
基于虛擬技術K型熱電偶溫度檢測系統，軟件部分采用參數庫及函數庫調用模式。模型庫的開發主要建立在LabVIEW仿真模塊上。這些工具為建立K型熱電偶溫度檢測系統的模型庫提供了一個完整的平臺。基于虛擬技術K型熱電偶程序連接圖如下：
K型熱電偶溫度檢測結果可以在面畫中進行顯示，如下：
四、結束語
隨著虛擬技術的不斷發展，在實踐教學中廣泛采用。虛擬技術應用在傳感器與檢測技術實踐教學中，能夠在各個檢測模塊中直觀地反映測量的現象，這樣有利于拓展學生的思路、提高學生的學習積極性。
參考文獻：
[1]傅曉程.虛擬技術在電工電子實驗中的應用[D].浙江大學碩士學位論文.2007，10：1-32
關鍵詞：測試技術及儀器；導論；教學
作者簡介：王平（1977-），男，浙江杭州人，南京航空航天大學自動化學院，副教授。（江蘇 南京 210096）
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）35-0119-02
一、在本科教學中開展本專業導論課程的必要性
測控技術與儀器專業是建立在精密機械、電子技術、光學、自動控制和計算機技術基礎上，以工為主，多學科綜合的專業，探討各種精密測試和控制技術的新原理、新方法。開發激光、傳感器、光電檢測和計算機等新技術在精密測試儀器儀表中的應用，及以計算機技術為中心的面向機電運動、面向自動化生產的控制技術，使精密儀器儀表及測試和控制技術向高精度、動態、自動化、綜合和多功能等機電一體化和信息化方向發展。因此，本專業本科教學具有鮮明的特點，包括：
1.課程門類較多，具有交叉學科特征
本專業的主要課程包括機械設計基礎，電工電子學、微機原理與應用、自動控制、光學、測控電路、光電檢測技術、傳感器技術、智能儀器儀表設計、電路分析基礎、電子技術基礎、誤差理論及應用、計算機程序設計、微型計算機原理與接口技術等，涵蓋機械、電子、計算機等多門類的主干課程，課程信息量大。
2.注重復合能力的培養
本專業從培養人才方面來看，培養包括面向零件幾何精度參數、機械量和熱工過程參數的計量測試和控制技術，及儀器的應用和開發研究的高級工程技術人才，廣泛適用于質量監督部門、機械、電氣、汽車、造船、航空、航天、動力、冶金和石化等多方面產業和科研部門對人才的需求。因此，學生必須掌握機、電、計算機等多個領域的專業技能。
而本專業的學生入學情況則比較復雜，呈現如下幾種特點：很多學生是在高考時報考的是通信、電子、自動化等其他熱門專業，后經過調劑進入本專業學習，對本專業的特點缺乏認識，對于本專業課程多、跨學科能力培養的情況不太了解；存在與高中學習習慣的銜接問題，對大學學習的主動性不夠；對于90后的新一代本科生而言，普遍對于社會具有一定程度的認識，面臨較大的競爭壓力，但是對于本專業的就業前景以及如何提高自身的就業能力還缺乏清晰的認識。
針對這種情況，在高等學科開展本專業的導論課程對剛入學的學生進行專業特點、課程體系的設置、就業情況等方面的介紹和學習引導是非常必要的。
二、課程的教學目標和難點
本課程的教學目的在于初步建立起概念體系，了解專業的知識體系以及后續學習的科目，明確課程之間的銜接關系，合理分配時間，明確學習目的、用法。此外，應使得學生了解專業的應用和發展過程、發展前景、畢業分配和可能職位。
本課程的教學難點在于，本科新生不具備本專業的基本知識，只能用大量的、實例、類比去定性解釋基本概念以及課程體系結構，教學內容的深淺較難把握。同時，導論課的課時一般較少，通常在16學時左右，如何在短時間內讓學生建立對專業的初步認識具有難度。
三、課程內容
本課程通過4部分進行講授，主要包括：
1.基本概念
如測控技術、儀器儀表定義的介紹，包括什么是儀器儀表以及測控技術，并對現實生活中的儀器儀表分類舉例，包括醫療、家電、工廠自動化、軍事領域、航空儀表、宇航測控等應用的介紹；儀器的歷史簡介以及儀表的最基本功能組成部分，包括傳感器、信號處理、轉換、傳輸部分、信號顯示、與人交互部分等；儀器儀表的分類，以及各部分功能的演變、評價指標等。
2.介紹傳感器技術
包括其基本概念、分類、相關課程（如“傳感器技術”），以及性能指標（包括靜態指標、動態指標等）。介紹信號調理，用圖示方式介紹噪聲概念，模擬信號放大、模擬信號濾波的作用，以及相關課程（如“模擬電子技術”）；介紹信號處理，包括頻譜分析、濾波等應用簡介以及實現平臺，包括硬件平臺、軟件平臺及工具簡介；介紹相關課程如“數字信號處理”、單片機、DSP等相關技術；介紹可靠性設計，包括特定條件、特定時間、完成特定功能的含義；介紹一般可靠性設計方法，包括電源、信號調理、屏蔽、改善應用環境等方法；介紹通訊技術，簡單介紹通信技術的基本概念。
3.課堂討論
課堂討論儀器儀表的設計方法，回顧儀器儀表的評價指標，并討論選擇如下功能模塊的實現技術：包括傳感器的類型、原理、使用環境、壽命、精度、廠家、成本、對后續處理的要求；處理部分采用什么結構，模擬電路部分設計、模數轉換設計、數字電路部分設計主要芯片選擇、處理結構和算法；儀器整體結構，包括PC虛擬儀器結構、獨立儀器結構，以及顯示方式、輸入方式以及主要模塊的選擇；根據信息存儲要求、存儲手段、數據導出特征選擇存儲技術；并考慮可擴展技術，如多臺儀器能否聯網、如何協調工作、選用何種協議等問題。
4.總結
儀器儀表（檢測技術）與別的學科的關系以及檢測技術在工科體系中的地位，指明信息學科的最前端，使用最廣泛，需求最迫切。
四、教學方法的運用
傳統的教學方法手段單一，缺乏交流，尤其專業導論課程內容抽象，教學效果往往不理想。為了取得較好的教學效果，可以采用以下方法：
1.精心制作PPT教案
由于教學內容是以專題形式組織，且尚缺少成型的教材，因此需要制作教案。采用文字、圖像、聲音、視頻等多種媒體表現形式，以利于將背景知識及應用情況講透。教學過程中利用大屏幕投影的優勢，將一些需要教師在黑板上動態演示的過程作成FLASH動畫，既可以在課堂上演示，也可以由學生在課后自己觀摩。
在應用實例講解中，對現實生活中的儀器儀表分類舉例：醫療器械：例如心臟起博器、腸胃鏡、X光、B超、核磁共振、檢測監護儀器等，反映了檢測技術造成醫療手段的進步；家電行業中空調、熱水器、GPS定位導航系統技術進步造成消費者舒適度的提高；在工廠自動化中對溫度、壓力、轉速的測量，以及生產需要的信息資料的獲取等；在軍事領域，包括對敵監控等直觀、學生感興趣的應用作為切入點介紹。在對傳感器的定義介紹，舉例包括：溫度傳感器，可以是雙金屬片：溫度轉換為機械變形；熱電偶：溫度轉換為電壓；數字傳感器：溫度轉換為數字量等不同類型，但是功能相同。對信號處理、轉換、傳輸部分的介紹，采用圖表方式，表現各種信號處理、轉換、傳輸舉例：在信號顯示、與人交互部分，用圖舉例，包括指針表盤、LCD顯示、計算機屏幕等。在介紹評價指標時，以測溫度為例舉例，對于體溫、環境溫度、實驗室精密生化反映溫度控制、發電廠生產車間爐溫監測等幾種情況下需要的量程以及測試精度的對比。目的在于使儀器儀表抽象的知識形象化，便于學生理解。
2.教學形式上引入課堂討論
組織學生就感興趣的背景問題進行課堂討論和辯論，討論議題包括儀器儀表的應用、就業、學科在社會上的作用、前景等有爭議的問題，以激發學生的學習興趣和潛能，明確學習目的。
3.考核方式的選擇
專業導論考核方式應采用能反映學生對專業認識掌握程度的一些方法，如采用課程論文、調研等形式，既可以避免死背書的弊端，又可以培養學生專業的興趣。在這種考核方式下，學生不需要記憶枯燥的概念，而需要建立相應的知識體系。
五、教學效果
經過16課時的學習，大學一年級新生對于本專業的概念體系、知識體系和課程體系有了初步的了解和認識，并對后續學習的科目以及課程之間的銜接關系做了主動的調研，為今后四年的本科學習合理分配時間、明確學習目的打下了基礎。此外，學生對專業的應用和發展過程、發展前景、畢業分配和可能職位均做了一定的了解。經過六年的教學經驗證明，開設本課程對于學生的發展起到了明顯的促進作用。
參考文獻：
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[5]鄢泰寧.為新生開設專業概論課有助于激發學生的學習熱情[J].中國地質教育，2008，（2）：76-77.
關鍵詞 CCD 寬度測量 藍牙4.0 非接觸測量
中圖分類號：TB96 文獻標識碼：A
Width Measurement System Design Based on Array CCD
LI Sha
（School of Physics and Mechanical and Electrical Engineering， Hubei University of Education， Wuhan， Hubei 430205）
Abstract Proposed width of the non-contact measurement system based on CCD array， introduced the measurement principle and hardware of the system components， the use of Bluetooth 4.0 technology for wireless transmission of acquired signals to the computer. Experiment with different widths of steel were measured， the results show that the system measurement error is small， the effect is good， has some practical value.
Key words CCD； width measurement； Bluetooth 4.0； non-contact measurement
0 引言
CCD（Charge Coupled Device），電荷耦合器件，是貝爾實驗室在20世紀60年代末期發明的圖像傳感器。由于其在檢測方面的獨特空間特性和結構特性，CCD自問世以來便廣泛應用于光電檢測領域，尤其在工業在線檢測領域具有不可替代的地位。與傳統的機械式、電磁式、光學式檢測技術相比，基于CCD傳感器的非接觸式檢測技術在尺寸檢測的智能化和自動化方面體現出明顯的優勢。文獻[1]提出一種基于面陣 CCD 和激光輔助的測寬系統用于在線測量鋼板寬度。文獻[2]采用兩個面陣CCD的圖像拼接方法實現對 130mm的大尺寸軸徑的高精度測量，并就圖像拼接時需要注意的問題進行了說明。文獻[3]介紹了一種基于面陣CCD的振動非接觸測量系統，并對該系統參數的確定方法和系統所采集的序列運動圖像的處理方法進行了分析。本文介紹一種基于面陣CCD的寬度測量系統，并運用藍牙4.0技術實現圖像信息的傳輸。藍牙4.0整合包括傳統藍牙技術、藍牙低耗能技術和藍牙高速技術，低功耗是藍牙4.0的突出特點，使其在短距無線應用和便攜式操作控制方面具有優勢。
1 硬件系統組成
基于面陣CCD的非接觸測量系統的硬件部分由面陣 CCD、傳感器固定附件、圖像采集模塊以及計算機組成，如圖1所示。CCD將被測物體成象后的光信號轉換為電信號，圖像采集模塊則進行模數轉換獲得相應的數字信號，運用藍牙4.0技術實現信號的無線傳輸，通過計算機上的圖像處理軟件對獲取的圖像進行處理、提取，最終將計算的測量結果輸出。
1.1 CCD圖像傳感器
CCD圖像傳感器將光學信號直接轉換為對應大小的模擬電流信號，再經放大和模數轉換從而實現圖像的獲取、存儲、傳輸和處理。根據感光單元的排列方式不同，CCD可分為線陣CCD和面陣CCD兩大類。前者價格低廉，結構簡單，適用于一維動態目標的測量，但在獲取二維圖像時需配以運動掃描，獲取時間長且測量效率低，不適于高精度的平面曲線輪廓檢測；后者則應用面較廣，可以獲取二維圖像信息，測量圖像直觀，適合測量面積、尺寸、位置、形狀甚至溫度等信息。面陣CCD圖像傳感器是感光單元有序排列成二維網狀的傳感器，因其具備自掃描特性，能夠把光學圖像變換成按空間域分布的離散電壓信號，再通過計算機系統進行處理，就可以完全實現高精度、高分辨率檢測。①
圖1 測量系統框圖
圖2 CCD檢測原理
用面陣CCD的非接觸測量物體寬度的原理如圖2所示，光源發出的均勻光線照在被測物體上，其寬度信號通過成象物鏡成象在面陣CCD的光敏面上，CCD再將光信號轉換成對應的模擬電信號。
1.2 藍牙4.0
藍牙無線技術是使用范圍最廣泛的全球短距離無線標準之一，藍牙4.0包括了傳統藍牙、高速藍牙和低功耗藍牙三種藍牙技術。②③低功耗技術（Low Energy）是藍牙4.0的核心，其最大的特點是運行功耗和待機功耗極低，只需一粒紐扣電池便可使藍牙低功耗設備連續工作達數年之久，這種技術即為藍牙4.0BLE。測量系統中，由CCD獲取的模擬電信號經圖像采集模塊轉換為數字信號后，采用藍牙4.0技術傳輸至計算機端進行相應的處理。藍牙無線傳輸技術可以實現非接觸測量系統的便攜式操作和戶外應用。藍牙4.0BLE不僅有低功耗特點，還具有高可靠性、高安全性、低成本、快速啟動、瞬間連接的特點，其有效的傳輸距離較傳統藍牙有極大提高，可達60～100m。這些保證了測量系統的無線傳輸的可靠和高效，也大大提高了戶外非接觸測量的應用范圍。
表1 鋼板寬度測量記錄
2 測量實驗
為了檢測系統的測量效果，實驗選取10塊不同寬度的鋼板進行測量，選用激光光源照在被測鋼板上，測量結果見表1。數據顯示10次測量的誤差8在0.1mm以內，10次測量誤差的平均值為0.08743mm，測量效果是理想的。測量誤差主要是因為系統中存在光學系統造成的誤差、環境誤差、設備誤差等。
3 結語
本文介紹了一種簡單易行的非接觸式寬度測量系統，利用面陣CCD攝像機獲取被測物體的圖像，接著經圖像采集模塊進行模數轉換，并通過藍牙無線傳輸技術傳送至計算機，再經圖像處理獲得寬度值。實驗對10塊不同的鋼板進行測量，測量誤差較小，效果理想，證明了本系統是可行的。
基金項目：湖北省教育廳科學研究計劃資助項目（Q20133006）
注釋
① 郭偉.基于面陣CCD的鋼板幾何尺寸測量系統的研究[D].太原科技大學碩士學位論文，2013.
② 歐陽駿，陳子龍，黃寧淋.藍牙4.0BLE開發完全手冊[M].北京：化學工業出版社，2013.4.
③ 張德龍.基于藍牙 4.0 的無線扭矩測量分析[J].電子測試，2013.15：79-80，62.
參考文獻
[1] 秦廣勝，何對燕，商紅林.一種新的激光輔助鋼板寬度測量系統的實現[J].電子設計工程，2009.10：31-33.
摘要：從分析我國地方高校課程設計目前現狀出發，針對我校電子科學與技術專業課程設計存在的主要問題，提出課程設計的主要研究內容，以及要解決的關鍵問題。
關鍵詞：電子專業 課程設計 實踐
中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1673-9795（2014）01（b）-0000-00
目前，我國高校畢業生普遍存在實踐能力不足的問題。提高人才培養質量，培養滿足社會經濟建設和發展需求的面向生產、服務一線的應用型人才，關鍵要解決學生理論應用能力和實踐能力的培養問題。然而目前的情形是，大學培養的人才并不能完全符合社會的需求，動手能力地方高校電子科學與技術專業課程設計的教學改革研究與探索、實際操作能力、應用能力較差。基于人才培養和社會需求不相適應的矛盾，由于我校屬剛升本科院校，屬地方高校，由于多種原因使得學生整體素質較重點高校有一定差距。我院將人才培養目標定位為：培養具有創新意識、創造能力、創業精神和工程實踐能力的應用型人才。因此課程設計教學在我系人才培養目標的實現過程中，占有重要地位。它對于加深理論知識的理解， 培養學生的技術應用能力和實踐素質，形成職業崗位能力等具有重要意義。
1 現狀分析
子科學與技術專業培養目標是培養電子材料、元器件、集成電路、電子系統、光電子系統的設計、制造、科技開發，以及科學研究、教學和生產管理工作需要的復合型專業人才。該專業和生產實際緊密結合，具有較強的實踐性，其特點一是口徑寬，涉及的內容非常廣泛；二是相關學科的滲透與融合性強，既有硬件也有軟件，需要大量的實踐活動來培養學生的動手能力和實際工作的能力。大多數學生畢業后走向基層的工作崗位要求很快將所學知識轉化為實際工作能力。因此，必須加強學生動手能力的培養和訓練。然而受長期資金短缺和實驗實習條件的限制，對我校的電子科學與技術專業學生的實踐能力的培養單從實驗和畢業設計來說是不夠的，還需要加強課程設計的建設。
長期以來課程設計普遍存在幾點不足：
其一，內容不合理，同一門課既不跟蹤新技術發展變化又不根據學生實際能力、培養目標等因素多變，多年用一個題目
其二，設計題單調，幾十個學生用同一個題目，抄襲現象嚴重，課程設計的效果不明顯。
其三，教學模式單調，理論多而結合實際少。
2 解決問題的方法
課程設計是實踐能力培養的一個重要環節，是對各門學科一個綜合性考察。課程實驗與課程密切配合，目標單一明確，并有配套的實驗設備和實驗指導書，而畢業設計持續時間長，各個學生都有不同的題目。畢業設計不能代替課程設計，而課程設計則是對畢業設計起到補充作用。根據本專業的培養目標，內容選擇專業綜合性課設內容既要結合前修課程，以鞏固教學內容，又要有較強的實踐性和新穎性，因此我們考慮將科研成果轉化為教學內容，選擇本專業成熟的、有特色、適合教學的科研項目作為課設內容。課程設計中以老師提供選題和鼓勵學生自主選題相結合。嘗試在課程設計中內容上進行不同課程的交叉設置，指導學生理論聯系實際，培養學生分析解決實際問題的能力。課程設計中以老師提供選題和鼓勵學生自主選題相結合，鼓勵學生自主選題就是鼓勵學生自主思維，學生最終都要走向社會在各行業中發揮自己的才能。因此老師都要鼓勵學生自主選題，而不想自主選題的學生可采用教師的題目。
教師的指導充分體現個別答疑和集中討論相結合的原則。在指導過程中對于普遍性的問題，我們主要采取大組集中分析討論的方法。老師在其中主要起到引領的作用。同時要善于發現一些個別錯誤，并采用個別答疑的方法及時糾正。這種共性和個性問題的結合，合理地發揮了教師的指導作用。
在確定學生題目時，要做到以下幾點：
1）綜合性 題目要盡可能多地涵蓋本課程及相關課程的知識點，對于大綱中的重點和難點要盡量涉及，這樣有利于知識的深化和擴展。
2）難易適中 要充分考慮學生的個體差異、心理特點、知識結構等因素，題目設計不合理。題目太難打擊學生的自信心，太簡單又達不到訓練的目的。
3）實用性 提供實踐平臺供學生對比分析和試驗，通過實踐有利于學生加深對理論的體會、理解， 有利于學生了解實際工程的特點，做到理論與實踐相結合。
對于發現抄襲者，可適當的給予扣分等處罰，從而避免偷懶和高分低能的出現。在整個設計過程中教師起組織、引導、檢查、把關、和解決疑難問題的作用，充分發揮學生的主動性和創造性。指導教師每半天檢查學生的工作進度，避免消極怠工情況的出現。教師嚴格執行請假制度，對于缺席三分之一以上者沒有成績。設計成績完全依照每位同學在設計中的表現，與理論課成績無關，使同學清楚大家都在相同的起跑線上，面臨同樣的機遇和挑戰。查閱資料、收集信息，鍛煉了學生獲取新知識的能力。為解決一項難題、達到研究目標提出新設想、新方案，培養學生的創新思維和創新意識。實驗中遇到問題想辦法解決，提高了他們分析和解決問題能力。在整理和分析實驗數據的基礎上撰寫報告，鍛煉了學生的邏輯思維能力和科技論文的寫作能力。
3 結語
培養具有較強學習能力、創新能力、實踐能力的高級應用型人才，就必須高度重視學科教育中的實踐教學環節。通過提高學生的實踐能力，使學生在實踐中不斷學習新知識、開拓新視野、增強新本領。利用實驗中心先進的教學和科研設備、優質的教育資源，實現人與物的最佳配置，達到良好的教學效果，提高工程教育的質量，具有一定的現實意義和應用價值。
參考文獻
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