發(fā)布時(shí)間：2022-07-18 18:10:55
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的光電技術(shù)樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
光電顯示技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)的分析
姓名:婁展卿 學(xué)號(hào): 院系:新聞傳播院
摘要:光電顯示技術(shù)的簡(jiǎn)介。分析中國(guó)光電顯示市場(chǎng)現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)。介紹光電顯示技術(shù)的類型及其主流產(chǎn)品。介紹一些有較好發(fā)展前景的未成熟技術(shù)。
關(guān)鍵字:光電顯示;顯像管技術(shù);液晶顯示技術(shù);等離子顯示技術(shù); 發(fā)展現(xiàn)狀;前景。
一 光電顯示技術(shù)簡(jiǎn)介:光電顯示技術(shù)是多學(xué)科的交叉綜合技術(shù),主要有:
1、陰極射線管(cathode ray tube-crt)。是傳統(tǒng)的光電信息顯示器件,它顯示質(zhì)量?jī)?yōu)良,制作和驅(qū)動(dòng)比較簡(jiǎn)單,有很好的性能價(jià)格比,但同時(shí)它也有一些嚴(yán)重的缺點(diǎn),如有電壓高、軟x-射線、體積大、笨重、可靠性不高等。
2、液晶顯示(liquid crystal-lc)。液晶是一種介于固體于液態(tài)之間的有機(jī)化合物,兼有液體的流動(dòng)性與固體的光學(xué)性質(zhì),即現(xiàn)在的液晶顯示器lcd。
3、等離子體顯示(plasma display panel-pdp)。等離子體顯示是利用氣體放電發(fā)光進(jìn)行顯示的平面顯示板,可以看成是有大量小型日光燈排列構(gòu)成的。等離子體顯示技術(shù)成為近年來(lái)人們看好的未來(lái)大屏幕平板顯示的主流。
關(guān)鍵詞：光電自準(zhǔn)直儀；CCD；重心法；拋物線法
中圖分類號(hào)：TP20 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1 概述
自準(zhǔn)直儀[1]是利用光學(xué)自準(zhǔn)直原理實(shí)現(xiàn)的小角度測(cè)量的重要儀器，是角度測(cè)量最重要的儀器之一，應(yīng)用非常廣泛，在精密、超精密測(cè)量方面有極為重大的作用。尤其是在實(shí)現(xiàn)小角度的多維測(cè)量、非接觸測(cè)量中具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)軌平臺(tái)的直線度、精密平臺(tái)的平面度等精密測(cè)量領(lǐng)域，是機(jī)械、計(jì)量、科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)等部門必備的常規(guī)測(cè)量?jī)x器之一，各級(jí)計(jì)量的定標(biāo)都是需要通過(guò)自準(zhǔn)直儀作為參考標(biāo)準(zhǔn)之一，還經(jīng)常被用作各種零部件生產(chǎn)控制和質(zhì)量檢測(cè)的計(jì)量工具[2]。
目前，國(guó)內(nèi)自主研制的光電自準(zhǔn)直儀還尚未有成熟的產(chǎn)品上市，各研究所使用的多為國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品。國(guó)外的自準(zhǔn)直儀雖然精度高、性能好，但是價(jià)格昂貴且維護(hù)不便。本文基于工程實(shí)踐自主研發(fā)了一種寬量程、高分辨率的雙線陣光電自準(zhǔn)直儀，其分辨率可達(dá)0.8″量程±0.6°，有著非常重大的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。
2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
雙線陣光電自準(zhǔn)直系統(tǒng)利用了自準(zhǔn)直原理，將測(cè)量反射鏡反射光束分光分別照射在兩個(gè)不同的線陣CCD器件上，使反射鏡的二維角度變化轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)于兩個(gè)線陣CCD器件上的線量變化，通過(guò)對(duì)CCD器件輸出信號(hào)的采集，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理計(jì)算出線量變化量，利用自準(zhǔn)直原理公式計(jì)算角度變化，從而實(shí)現(xiàn)高精度二維角度變化的測(cè)量。系統(tǒng)主要由光學(xué)部分，硬件電路部分和計(jì)算機(jī)軟件部分組成。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
系統(tǒng)的測(cè)量原理是：光源發(fā)出的光束經(jīng)光學(xué)透鏡組后形成平行光射向反射鏡（反射鏡位于被測(cè)物體上），反射鏡將入射光束反射回光學(xué)透鏡組，并照射在CCD器件上，在驅(qū)動(dòng)電路的作用下，CCD器件將內(nèi)部像素信號(hào)順序輸出，數(shù)據(jù)采集電路對(duì)CCD器件輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和采集，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)數(shù)字化，最后將采集數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示（或通過(guò)DSP處理核心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理然后將最終結(jié)果通過(guò)液晶屏顯示）。
3 光路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
光源是光電自準(zhǔn)直系統(tǒng)的重要組成部分，光源的發(fā)光強(qiáng)度、光強(qiáng)穩(wěn)定性及光源的發(fā)熱量等特性對(duì)于儀器的測(cè)量距離和測(cè)量精度都有很大的影響。光電自準(zhǔn)直儀的光路原理如圖2所示：
當(dāng)光源發(fā)出光線照明位于物鏡焦平面上的分劃板，o點(diǎn)在物鏡光軸上，那么由它發(fā)出的光線通過(guò)物鏡后，成一束與光軸平行的平行光束射向反射鏡，當(dāng)反射鏡面垂直于光軸時(shí)，光線仍然按原路返回，經(jīng)物鏡后仍成像在分劃板上o處，與原目標(biāo)重合。如圖3所示。
當(dāng)反射鏡面與光束不垂直，而是有小偏轉(zhuǎn)角度α，當(dāng)平行光軸的光線射向反射鏡時(shí)，光線按反射定律與原光線成2α返回，通過(guò)物鏡后成像在分劃板上的o′處，與原目標(biāo)不重合而有X的位移量。根據(jù)三角關(guān)系可推算出： X=2f*tanα （1）
式中，α為反射鏡偏轉(zhuǎn)角，X為光斑回像位移，f為物鏡焦距。
因?yàn)槲镧R是固定的，所以f是一固定常數(shù)。如果已知了X的數(shù)值，就可以根據(jù)式（1）計(jì)算出反射偏角α的大小。
基于此，本文采用的自準(zhǔn)直系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些調(diào)整。為了避免光路干涉，必須將光源從水平光軸上調(diào)離，故此應(yīng)用分光棱鏡使光源光路與探測(cè)器件位于分光棱鏡相互垂直的兩條光路上而互不干擾；為了實(shí)現(xiàn)測(cè)量反射鏡二維角度變化，要增加一塊分光棱鏡，將回射光路分成兩路，每一路上安裝探測(cè)器件用來(lái)單獨(dú)測(cè)量相應(yīng)一維角度變化，原理圖如圖4所示：
從光源射出的光線經(jīng)分光棱鏡分光后，透過(guò)物鏡為平行光并射向反射鏡；反射光線再次經(jīng)過(guò)物鏡形成匯聚光線，通過(guò)分光棱鏡1后被分光棱鏡2分成光強(qiáng)相同、光路垂直的兩路。兩塊探測(cè)器件（CCD）安裝在分光棱鏡光束輸出的兩路上，并且位于物鏡的共扼焦面，反射光正好成像在探測(cè)器件（CCD）上。當(dāng)反射鏡垂直主光軸時(shí)，反射光線正好匯聚在兩個(gè)探測(cè)器件（CCD）的中心位置；當(dāng)反射鏡有一個(gè)空間偏轉(zhuǎn)時(shí)，反射光線的匯聚點(diǎn)都將偏離探測(cè)器件的中心位置，測(cè)量匯聚點(diǎn)偏離中心位置的距離，利用式（1）即可求出兩個(gè)偏轉(zhuǎn)角α、β的角度值。
4數(shù)據(jù)處理單元
圖5為實(shí)際光點(diǎn)局部的灰度分布圖。
光點(diǎn)中心的位置的確定有許多方法，本文采用四種方法：重心法、改進(jìn)重心法、高斯分布擬合法、橢圓擬合法進(jìn)行分析比較。
4.1重心法
重心法即灰度重心法，屬于比較簡(jiǎn)單的一種定位算法，理論上計(jì)算出的結(jié)果有很高的精確程度，但實(shí)際的精度情況很復(fù)雜，容易受各種不確定因素的干擾影響精度，如背景干凈程度、光點(diǎn)內(nèi)灰度分布、光點(diǎn)形狀、光點(diǎn)區(qū)域識(shí)別準(zhǔn)確程度等，所以使用灰度質(zhì)心作為定位亞像素中心精度略有欠缺。重心法原理如下式：
其中為信號(hào)的重心位置，為第i個(gè)像元的敏感電壓值（與灰度值成正比）。實(shí)際算法編寫(xiě)時(shí)，需要設(shè)置相應(yīng)的閾值，只把高于閾值電壓的像素點(diǎn)進(jìn)行加權(quán)，可以提高算法精度，有效濾除噪聲。
4.2改進(jìn)重心法
一般來(lái)講，灰度值越大，像素對(duì)光點(diǎn)定位的貢獻(xiàn)也就越大。在此基礎(chǔ)上，把重心法所采用的線性關(guān)系推廣為非線性關(guān)系，以灰度的平方作為權(quán)重來(lái)計(jì)算，即
其中為信號(hào)的重心位置，為第i個(gè)像元的敏感電壓值（與灰度值成正比）。這種方式讓灰度的權(quán)重達(dá)到了2次從而更加接近實(shí)際情況，在不增加多少算法復(fù)雜度的情況下使結(jié)果更接近實(shí)際情況。
重心法與改進(jìn)重心法將光點(diǎn)區(qū)域的所有點(diǎn)都以加權(quán)的方式進(jìn)行平均容易受到噪聲的干擾，任意一個(gè)噪聲點(diǎn)就有可能對(duì)結(jié)果造成比較大的影響，適合在噪聲較低情況下的定位。
4.3高斯擬合
對(duì)于一個(gè)LED光源來(lái)說(shuō)，能量分布可以用理想高斯模型來(lái)描述，如圖6所示：
其在x、y方向上的投影均為高斯分布。以x方向?yàn)槔?，發(fā)光點(diǎn)的能量分布數(shù)學(xué)模型為
解超定矩陣的最小二乘解，通過(guò)即可解得拋物線中心點(diǎn)位置。
同理，可得到y(tǒng)方向中心位置。
這種測(cè)量方法用拋物面來(lái)近似能量分布，比用直接灰度或灰度的直接變換作為權(quán)重更加接近實(shí)際，且計(jì)算過(guò)程中沒(méi)有計(jì)算對(duì)數(shù)，相對(duì)減少了計(jì)算量和誤差累計(jì)；但仍需要進(jìn)行廣義逆矩陣求解，適用于實(shí)時(shí)性要求不高的情況。
4.5實(shí)際測(cè)量與真實(shí)值比較
圖7中，波形為5340個(gè)像素點(diǎn)的電壓值，橫軸為像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，縱軸為像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓值?？梢钥吹?，除重心法外，幾種方法的測(cè)量結(jié)果差距在1個(gè)像素點(diǎn)以內(nèi)，轉(zhuǎn)換為角度在1″之內(nèi)。
5 硬件電路設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
目前，常用的光學(xué)傳感器主要有以下幾類：線陣CCD、面陣CCD、四象限探測(cè)器、PSD、CMOS等。本文采用雙線陣CCD光電自準(zhǔn)直儀系統(tǒng)，利用自準(zhǔn)直原理，將測(cè)量反射鏡反射光束分光分別照射在兩個(gè)不同的線陣CCD器件上，使反射鏡的二維角度變化轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)于兩個(gè)線陣CCD器件上的線量變化，通過(guò)對(duì)CCD器件輸出信號(hào)的采集，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理計(jì)算出線量變化量，利用自準(zhǔn)直原理公式計(jì)算角度變化，從而實(shí)現(xiàn)高精度二維角度變化的測(cè)量。這樣，就完美地解決了線陣CCD作二維測(cè)量時(shí)可能會(huì)不精確的問(wèn)題。
本文擬選用TOSHIBA公司生產(chǎn)的TCD1500C型線陣CCD圖像傳感器，其基本指標(biāo)如表1所示：
物鏡焦距為870mm，自準(zhǔn)直儀分辨率為
光電自準(zhǔn)直儀的整體電路結(jié)構(gòu)如圖8所示：
光學(xué)系統(tǒng)部分透過(guò)分光棱鏡的光線照射在CCD芯片上，通過(guò)CCD驅(qū)動(dòng)電路正常工作的CCD產(chǎn)生相應(yīng)的5340個(gè)敏感電壓值并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給基于DSP2812的數(shù)據(jù)處理、采集電路，DSP2812將這些數(shù)據(jù)存放在片外RAM中并進(jìn)行處理，將最終得到的角度數(shù)據(jù)通過(guò)RS-422轉(zhuǎn)232發(fā)送到89C51單片機(jī)上；單片機(jī)起一個(gè)串口轉(zhuǎn)并口的作用，把數(shù)據(jù)原封不動(dòng)通過(guò)并口發(fā)送至液晶屏加以顯示。
5.1 CCD驅(qū)動(dòng)電路
CCD芯片的管腳中，SH是轉(zhuǎn)移脈沖，它將感光元件產(chǎn)生的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移柵中；SP是像元同步脈沖信號(hào)，一位SP對(duì)應(yīng)一個(gè)CCD光敏元輸出信號(hào)；Φ是移位脈沖，它將轉(zhuǎn)移柵當(dāng)中的信號(hào)逐位轉(zhuǎn)移出來(lái)；RS是復(fù)位信號(hào)；DOS是CCD信號(hào)輸出；OS是輸出信號(hào)補(bǔ)償。
本文擬采用CPLD芯片，結(jié)合TCD1500C的時(shí)序圖設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)CCD驅(qū)動(dòng)電路。圖9為TCD1500C的時(shí)序圖。
5.2 基于DSP2812的數(shù)據(jù)采集和處理電路
由于線陣CCD產(chǎn)生的輸出信號(hào)是由DOS（信號(hào)輸出）和OS（輸出信號(hào)補(bǔ)償）兩部分組成的，故此，在將信號(hào)輸入DSP2812之前要先對(duì)2路信號(hào)進(jìn)行差分放大，再將得到的數(shù)據(jù)經(jīng)由DSP2812存放于片外RAM中；將數(shù)據(jù)存好后，再應(yīng)用上文中的各種軟件算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到角度值，并通過(guò)RS-422轉(zhuǎn)RS-232發(fā)送給液晶屏顯示電路。
5.3 基于89C51的液晶屏顯示電路
由于DSP2812輸出的數(shù)據(jù)是通過(guò)RS-422串口發(fā)送的，而本論文選用的240128液晶屏模塊只有并口接口，故此要用89C51作為一個(gè)串口-并口的過(guò)渡。89C51不對(duì)數(shù)據(jù)做任何處理，只是單純的作為一個(gè)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，將數(shù)據(jù)發(fā)送至液晶屏模塊顯示。
結(jié)語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)并制作一個(gè)基于線陣CCD的光電自準(zhǔn)直儀專用檢測(cè)儀器。此自準(zhǔn)直儀將使用兩塊線陣CCD傳感器進(jìn)行二維角度的測(cè)量，并采用DSP芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)上進(jìn)行顯示。DSP中將采用一些算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，上下位機(jī)之間的通信采用RS-422串口進(jìn)行通信。仿真和試驗(yàn)結(jié)果都表明該光電自準(zhǔn)直儀已經(jīng)達(dá)到預(yù)定設(shè)計(jì)指標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞： 光電池 PN結(jié) 應(yīng)用
隨著科技日新月異地發(fā)展，光電池在人們的生產(chǎn)生活中產(chǎn)生了越來(lái)越重要的作用。光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件。由于它可把太陽(yáng)能直接變電能，也稱為太陽(yáng)能電池。它有較大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射在PN結(jié)上時(shí)，在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)，是發(fā)電式有源元件。
1.光電池概述
1.1光電池的分類
光電池按照材料分為：硒光電池、砷化鎵光電池、硅光電池等。硅光電池價(jià)格便宜，轉(zhuǎn)換效率高，壽命長(zhǎng)，適于接受紅外光。硒光電池光電轉(zhuǎn)換效率低、壽命短，適于接收可見(jiàn)光，最適宜制造照度計(jì)。砷化鎵光電池轉(zhuǎn)換效率比硅光電池稍高，光譜響應(yīng)特性則與太陽(yáng)光譜最吻合，主要應(yīng)用于宇宙飛船、衛(wèi)星、太空探測(cè)器等電源方面。
1.2硅光電池的工作原理
硅光電池是目前的主要研究方向。它是在一塊N型硅片上用擴(kuò)散的辦法摻入一些P型雜質(zhì)（如硼）形成PN結(jié)。當(dāng)足夠的光照到PN結(jié)區(qū)時(shí)，將在結(jié)區(qū)附近激發(fā)出電子―空穴對(duì)，在N區(qū)和P區(qū)之間出現(xiàn)電位差。電路中有電流流過(guò)，電流的方向由P區(qū)流至N區(qū)。若將外電路斷開(kāi)，就可測(cè)出光生電動(dòng)勢(shì)。
2.光電池的應(yīng)用
光電池主要有兩方面的應(yīng)用：（一）太陽(yáng)能電池，光伏作用直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，太陽(yáng)能電池目前在航空、通信、太陽(yáng)能發(fā)電站等方面得到應(yīng)用。例如現(xiàn)在普遍使用的太陽(yáng)能熱水器，正是利用太陽(yáng)能，把太陽(yáng)能裝換成電能而加熱水。隨著太陽(yáng)能電池技術(shù)的不斷發(fā)展，其成本會(huì)逐漸下降，在生產(chǎn)生活各領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來(lái)越大的作用。（二）光電轉(zhuǎn)換器件，要求光電池具有靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短的特點(diǎn)，有特殊的制造工藝，用于光電檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中。
2.1太陽(yáng)能電池電源
2.1.1太陽(yáng)能電池的發(fā)電方式
太陽(yáng)電池電源系統(tǒng)主要由太陽(yáng)電池方陣、蓄電池組、調(diào)節(jié)控制和阻塞二極管組成。太陽(yáng)能發(fā)電有兩種方式，一種是光―熱―電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光―電直接轉(zhuǎn)換方式。光―熱―電轉(zhuǎn)換方式通過(guò)利用太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽(yáng)能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。前一個(gè)過(guò)程是光―熱轉(zhuǎn)換過(guò)程；后一個(gè)過(guò)程是熱―電轉(zhuǎn)換過(guò)程。光―電直接轉(zhuǎn)換方式，該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光―電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽(yáng)能電池。
2.1.2太陽(yáng)電池電源系統(tǒng)框圖
太陽(yáng)能電池電源系統(tǒng)
2.2光電池在光電檢測(cè)和自動(dòng)控制方面的應(yīng)用
2.2.1光電池在光電檢測(cè)和自動(dòng)控制的工作原理
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：當(dāng)光不照射時(shí)，光電池處于截止?fàn)顟B(tài)；受光照射時(shí)，PN結(jié)吸收其能量而產(chǎn)生電子―空穴對(duì)，從而使P區(qū)和N區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，并形成了光電流。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，它已廣泛地用于光電耦合、光柵測(cè)距、激光準(zhǔn)直、電影還音、紫外光監(jiān)視等方面。
2.2.2光電池的三種基本應(yīng)用電路
2.2.2.1光電池構(gòu)成的光電跟蹤電路，用兩只性能相似的同類光電池作為光電接收器件。當(dāng)入射光通量相同時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按預(yù)定的方式工作或進(jìn)行跟蹤。當(dāng)系統(tǒng)略有偏差時(shí)，電路輸出差動(dòng)信號(hào)帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行糾正，以此達(dá)到跟蹤的目的。電路圖如下：
2.2.2.2光電開(kāi)關(guān)多用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中。無(wú)光照時(shí)，系統(tǒng)處于某一工作狀態(tài)，如通態(tài)或斷態(tài)。當(dāng)光電池受光照射時(shí)，產(chǎn)生較高的電動(dòng)勢(shì)，只要光強(qiáng)大于某一設(shè)定的閾值，系統(tǒng)就改變工作狀態(tài)，達(dá)到開(kāi)關(guān)目的。電路圖如下：
2.2.2.3光電池放大電路。在測(cè)量溶液濃度、物體色度、紙張的灰度等場(chǎng)合，可用該電路作前置級(jí)，把微弱光電信號(hào)進(jìn)行線性放大，然后帶動(dòng)指示機(jī)構(gòu)或二次儀表進(jìn)行讀數(shù)或記錄。在實(shí)際應(yīng)用中，主要利用光電池的光照特性、光譜特性、頻率特性和溫度特性等，通過(guò)基本電路與其他電子線路的組合可實(shí)現(xiàn)或自動(dòng)控制的目的。電路圖如下：
參考文獻(xiàn)：
【關(guān)鍵詞】創(chuàng)新能力；教學(xué)方法；課題式教學(xué)法
本文結(jié)合我校的實(shí)際情況，從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力的角度出發(fā)，對(duì)物理學(xué)專業(yè)《光電技術(shù)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)方法進(jìn)行改革與探討。
1 教學(xué)改革的必要性
光電技術(shù)作為信息科學(xué)的一個(gè)分支，它將傳統(tǒng)的光學(xué)技術(shù)、現(xiàn)代微電子技術(shù)、精密機(jī)械及計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，它將電子技術(shù)的各種基本概念，移植到光頻段，產(chǎn)生光頻段的電子技術(shù)，是具有很強(qiáng)的實(shí)用性和實(shí)踐性的課程[1]。其基礎(chǔ)知識(shí)是光學(xué)基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)，因此，我們既要重視培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，更要注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐解決問(wèn)題的能力。而物理學(xué)專業(yè)本身光學(xué)基礎(chǔ)比較扎實(shí)，但電子技術(shù)發(fā)面的知識(shí)相對(duì)薄弱一些，這就導(dǎo)致學(xué)生對(duì)很多相關(guān)的知識(shí)一知半解，如果補(bǔ)充太多，教學(xué)進(jìn)度就會(huì)太慢，如果不補(bǔ)充，學(xué)生無(wú)法理解，需要花太多的時(shí)間，而無(wú)法按計(jì)劃完成任務(wù)，導(dǎo)致學(xué)生真正學(xué)到的東西不多，加之物理學(xué)專業(yè)所學(xué)的仿真軟件不多。為了彌補(bǔ)物理學(xué)專業(yè)的不足，通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，逐步嘗試在《光電技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)中，采用課題式教學(xué)法[2]，設(shè)置若干相關(guān)課題，讓學(xué)生分組完成設(shè)計(jì)和仿真，最后統(tǒng)一安排一次課，讓學(xué)生上來(lái)講解設(shè)計(jì)方案和仿真結(jié)果。采用該教學(xué)方式，一方面能鞏固學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，提高理論知識(shí)的實(shí)踐運(yùn)用能力； 另一方面，能提高學(xué)生設(shè)計(jì)電路的能力，達(dá)到了激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)仿真軟件的能力。
2 教學(xué)改革的內(nèi)容
2.1 優(yōu)化課題設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的精神
在講解各類光電器件過(guò)程中，有意思的選擇日常生活中大家常用到的光電器件，分析其工作原理，讓學(xué)生感知《光電技術(shù)基礎(chǔ)》課的重要性和適用性，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該門課的興趣。在寫(xiě)教學(xué)日歷時(shí)，對(duì)該門課的教學(xué)過(guò)程進(jìn)行整體規(guī)劃，對(duì)課題也進(jìn)行整體規(guī)劃，大概學(xué)到發(fā)光器件與光電耦合器件這章，就可以設(shè)計(jì)若干個(gè)課題供學(xué)生分組學(xué)習(xí)，選擇這章的理由是對(duì)含光電耦合器件電路的設(shè)計(jì)中，基本可以包含該門課所學(xué)的光電器件，又可以鞏固對(duì)模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的相關(guān)知識(shí)。
2.2 培養(yǎng)學(xué)生與人合作精神和獨(dú)立解決問(wèn)題的精神
在課題式教學(xué)[2]過(guò)程中，以小組為單位，完成課題的學(xué)習(xí)，每個(gè)課題又包含若干個(gè)模塊，在比較短的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成課題的學(xué)習(xí)，對(duì)大部分學(xué)生來(lái)說(shuō)具有一定的困難，因此每個(gè)組員承擔(dān)部分學(xué)習(xí)任務(wù)，獨(dú)立完成。在課題學(xué)習(xí)過(guò)程中，每個(gè)組員通過(guò)查資料、與同學(xué)交流或與教師探討，完成自己的模塊學(xué)習(xí)。最后，組員通過(guò)匯總完成課題的學(xué)習(xí)。達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。最后，設(shè)置一次課的時(shí)間讓學(xué)生分組介紹他們的學(xué)習(xí)成果。
2.3 改變教學(xué)方式，提高教學(xué)質(zhì)量
傳統(tǒng)的教學(xué)方式以教師為主體，教師講授，學(xué)生被動(dòng)的聽(tīng)。而在該課程的具體教學(xué)中，選典型應(yīng)用系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)為提升教學(xué)內(nèi)容[3]，進(jìn)行課題式教學(xué)法[2]，以學(xué)生為主體，教師為輔，學(xué)生帶著課題學(xué)習(xí)，教師評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。一方面，可以提高學(xué)生解決實(shí)踐問(wèn)題的能力；另一方面，在相同的時(shí)間里，如果教師講解，只能完成部分學(xué)習(xí)，并且可能學(xué)生真正理解的東西也不多，而課題式教學(xué)過(guò)程中，每組學(xué)生學(xué)習(xí)一個(gè)課題，同一組的不同組員可能有不同的學(xué)習(xí)思路，而組與組之間又不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容，所以在相同的時(shí)間內(nèi)學(xué)生學(xué)到的知識(shí)就更多，且更牢固，起到了事半功倍的效果，也彌補(bǔ)了物理學(xué)專業(yè)學(xué)生的弱項(xiàng)。
3 結(jié)束語(yǔ)
從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合專業(yè)特征和課程結(jié)構(gòu)，探討了《光電技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)過(guò)程中采用課題式的教學(xué)法的思想。
【參考文獻(xiàn)】
[1]王慶友.光電技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.
關(guān)鍵詞：光電信息技術(shù)；特種設(shè)備；應(yīng)用研究
0 前言
隨著科技的發(fā)展，光電信息技術(shù)得到了很大的進(jìn)步，因而在各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中都得到了良好的應(yīng)用。其中融合了光學(xué)、微電子、紅外遙感、超聲波、光電子等都想技術(shù)，同時(shí)涉及了光信息的探測(cè)、傳輸、輻射，以及廣電信息的存儲(chǔ)、顯示、轉(zhuǎn)換、處理等方面的內(nèi)容。在特種設(shè)備領(lǐng)域當(dāng)中，光電信息技術(shù)正在得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，有效地提高了特種設(shè)備的安全性能。
1 特種設(shè)備與光電信息技術(shù)的基本概述
1.1 特種設(shè)備
特種設(shè)備指的是具有較大危險(xiǎn)性，甚至?xí){到人們生命安全的設(shè)備，如鍋爐、壓力管道、壓力容器、電梯、起重設(shè)備、大型游樂(lè)設(shè)施、客運(yùn)索道、場(chǎng)內(nèi)專用機(jī)動(dòng)車輛等。其中，機(jī)電類特種設(shè)備主要包括客運(yùn)索道、電梯、大型游樂(lè)設(shè)施、起重設(shè)備等，承壓類特種設(shè)備則主要包括壓力管道、壓力容器、鍋爐等。由此可見(jiàn)，在人們的日常生活當(dāng)中，特種設(shè)備發(fā)揮著至關(guān)重要的意義。[1]隨著光電信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在化學(xué)品、醫(yī)療、傳統(tǒng)設(shè)備制造等行業(yè)和領(lǐng)域當(dāng)中，都將光電信息技術(shù)應(yīng)用與特種設(shè)備當(dāng)中，使得特種設(shè)備的使用安全得到了良好的保證，其使用性能也得到了有效的提升。
1.2 光電信息技術(shù)
在當(dāng)前社會(huì)中，隨著科技的發(fā)展，新材料技術(shù)、生物技術(shù)、海洋開(kāi)發(fā)技術(shù)、空間技術(shù)、新能源技術(shù)、信息技術(shù)等，并成為六大高技術(shù)群體。其中，光電信息技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，極大地推動(dòng)了人類社會(huì)的進(jìn)步。在科學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中，對(duì)于光電信息技術(shù)進(jìn)行了嚴(yán)格的定義，其中包含了光學(xué)、超聲波、微電子、光電子等多種技術(shù)，是一項(xiàng)綜合性的信息技術(shù)，包含著光信息的輻射、探測(cè)、存儲(chǔ)、顯示、處理、轉(zhuǎn)換、傳播等方面的內(nèi)容。[2]在信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命中，光電信息技術(shù)是一項(xiàng)重要的技術(shù)。在光電信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用當(dāng)中，能夠更好地提高人們的生活水平，而其在特種設(shè)備中的應(yīng)用，也發(fā)揮了良好的作用。
2 光電信息技術(shù)在特種設(shè)備上的應(yīng)用
2.1 醫(yī)療行業(yè)
在人們的日常生活中，醫(yī)療行業(yè)與人們的健康息息相關(guān)，因而需要應(yīng)用到很多的設(shè)備。例如，膠囊型內(nèi)窺鏡，是一種帶有攝像機(jī)的內(nèi)窺鏡，長(zhǎng)度為2.3cm，直徑為0.9cm。病人將其吞下，可以拍攝大腸、小腸、胃、十二指腸等部位的圖像。應(yīng)用此種特種設(shè)備，可以讓病人免受傳統(tǒng)檢查中的痛苦。在膠囊行內(nèi)窺鏡當(dāng)中，融合了電、機(jī)、光等微系統(tǒng)，被患者吞服之后，隨著消化道蠕動(dòng)前進(jìn)，利用微型攝像機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行拍攝，然后利用微波技術(shù)進(jìn)行傳輸，最終隨著患者排泄物排出體外。[3]在膠囊行內(nèi)窺鏡當(dāng)中，次啊用了CMOS或CCD攝像機(jī)，通過(guò)體外微波或自身電池提供電能，同時(shí)通過(guò)微波將拍攝的圖片傳輸?shù)襟w外的控制裝置，從而實(shí)現(xiàn)圖像的打印、顯示和記錄。由此可見(jiàn)，在醫(yī)療行業(yè)特種設(shè)備當(dāng)中，對(duì)光電信息技術(shù)的應(yīng)用，取得了良好的效果。
2.2 日常工作
在人們的日常生活中，也常常會(huì)涉及應(yīng)用了光電信息技術(shù)的特種設(shè)備，例如光控電焊眼罩，就是對(duì)光電遙控原理進(jìn)行了應(yīng)用。焊工在進(jìn)行電焊的時(shí)候，需要防護(hù)面罩，以免強(qiáng)光刺激損傷眼睛。而在應(yīng)用光電信息技術(shù)之后，可以利用液晶屏對(duì)傳統(tǒng)的防護(hù)玻璃進(jìn)行替代，這樣，焊工在查看焊縫質(zhì)量的時(shí)候，就無(wú)需頻繁的摘帶護(hù)目鏡，能夠更好地保護(hù)焊工的研究，同時(shí)也能夠提升工作效率。另外，在印刷機(jī)紙張監(jiān)控器中，也對(duì)光電繼電器的原理進(jìn)行了應(yīng)用。利用該監(jiān)控器，能夠?qū)γ看斡∷r(shí)使用一張紙進(jìn)行監(jiān)控，如果超過(guò)了一張紙，將會(huì)自動(dòng)停止印刷，同時(shí)發(fā)出警報(bào)。此外，在路表的霓虹燈、路燈當(dāng)中，將光敏二極管作為光敏器件，應(yīng)用在自動(dòng)控制電路中，能夠有效地提高霓虹燈控制的靈敏度。
2.3 傳統(tǒng)制造業(yè)
在傳統(tǒng)制造業(yè)當(dāng)中，鍋爐的應(yīng)用十分廣泛，但是在實(shí)際應(yīng)用中，鍋爐具有很高的危險(xiǎn)性，時(shí)常會(huì)發(fā)生爆炸等安全事故。[4]這些事故的主要原因大都在于水位計(jì)失靈，因此，可以利用光電信息技術(shù)，將雙通道比色溫度計(jì)應(yīng)用其中，從而更好地解決這一問(wèn)題。通過(guò)對(duì)適當(dāng)電路和光電器件的應(yīng)用，可以引入兩個(gè)不同的波段，然后對(duì)兩個(gè)光波段內(nèi)輻射能量的比值進(jìn)行測(cè)量，在經(jīng)過(guò)易性的關(guān)系運(yùn)算，從而得到被測(cè)物體的溫度。在測(cè)量高溫的時(shí)候，可以采用窄且靠近的波段，如果輻射能量較小，則選用兩個(gè)較寬較靠近的波段，這樣，在實(shí)際應(yīng)用中，能夠?qū)诙认禂?shù)造成的影響進(jìn)行降低。裝通道比色溫度計(jì)具有兩個(gè)光電器件和兩個(gè)通道，具有良好的穩(wěn)定性和正確性。因此，在鍋爐這樣的特種設(shè)備中應(yīng)用光電信息技術(shù)，能夠有效地降低安全事故。
3 結(jié)語(yǔ)
作為一項(xiàng)十分先進(jìn)的技術(shù)，光電信息技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮出了良好的效果，在各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域中，都得到了極大的應(yīng)用。對(duì)于特種設(shè)備來(lái)說(shuō)，由于其與人們的生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)，因此，將光電信息技術(shù)應(yīng)用其中，能夠有效地提高特種設(shè)備的安全性能，從而發(fā)揮出更為良好的作用。
參考文獻(xiàn)：
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作者簡(jiǎn)介：唐光遠(yuǎn)（1995―），男，河北唐山人，沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)生。
光電子技術(shù)是現(xiàn)代化新技術(shù)，具有無(wú)可比擬的先進(jìn)性，它是光子技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合而成的新技術(shù)，涉及光的顯示、光的存儲(chǔ)以及激光等眾多領(lǐng)域。它不僅是未來(lái)信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，也是煤炭安全生產(chǎn)的重要技術(shù)保障。該技術(shù)涉及的課程體系眾多，包括光學(xué)與物理、IED的生產(chǎn)與檢測(cè)、生產(chǎn)管理、3D顯示、光電半導(dǎo)體元件等內(nèi)容，與多種學(xué)科交叉滲透。該技術(shù)的興起運(yùn)用也帶動(dòng)了它在煤炭生產(chǎn)企業(yè)中的運(yùn)用，它能夠?yàn)樯a(chǎn)安全性提供保障。但是據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，由于該技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展時(shí)間尚短，我國(guó)又缺乏與該技術(shù)相關(guān)的專業(yè)人才，導(dǎo)致其應(yīng)用面臨嚴(yán)峻的困難，它的效能難以得到發(fā)揮。提高我國(guó)該領(lǐng)域的核心技術(shù)能力，培養(yǎng)高技術(shù)人才，并在煤炭安全生產(chǎn)中科學(xué)發(fā)揮它的作用，就成為我國(guó)煤炭企業(yè)降低事故發(fā)生率、減少企業(yè)資金浪費(fèi)、切實(shí)提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。
2光電子技術(shù)在煤炭安全生產(chǎn)中的應(yīng)用
2．1近紅外波長(zhǎng)瓦斯?jié)舛葯z測(cè)技術(shù)
瓦斯爆炸是造成煤炭生產(chǎn)不安全的最重要的因素之一，做好瓦斯的檢測(cè)工作，明確氣體的濃度就顯得極其重要。利用光電子技術(shù)中的近紅外波長(zhǎng)瓦斯?jié)舛葯z測(cè)手段，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出煤炭井下的氣體濃度，改善原有瓦斯傳感器只能檢測(cè)黑白元件的弊端，并且不需要每隔一周進(jìn)行調(diào)試，從而減小誤差，緩解人員工作壓力，大大降低瓦斯爆炸事故發(fā)生的可能性。此外，由于光電子元件的發(fā)展，近紅外波長(zhǎng)瓦斯?jié)舛葯z測(cè)技術(shù)還具有相對(duì)的穩(wěn)定性，使用操作簡(jiǎn)便易行，使用年限也更長(zhǎng)。
2．2LED礦燈
LED礦燈在井下的安裝，起到照明的巨大作用，過(guò)去的照明器材的燃點(diǎn)高，極其容易達(dá)到煤塵燃點(diǎn)，引發(fā)煤炭事故。對(duì)此，我國(guó)相關(guān)部門已經(jīng)規(guī)定，在煤炭生產(chǎn)中不宜使用燃點(diǎn)高的礦燈，要使用新型燈具。LED礦燈是代替過(guò)去老舊器材的有效設(shè)備，它具有較高的科技含量，其先進(jìn)性主要表現(xiàn)在安全性、冷光源、低溫度、節(jié)能、環(huán)保、杜絕火花等優(yōu)勢(shì)上，是光電子技術(shù)在具體設(shè)備中的有效運(yùn)用。
2．3瓦斯突出傳感器和煤巖界面?zhèn)鞲衅?/p>
瓦斯突出傳感器具有傳感和預(yù)測(cè)的功能，它可以防護(hù)煤炭與瓦斯突出造成的爆炸事故，在問(wèn)題爆發(fā)之前就預(yù)測(cè)事故，然后通過(guò)有效的預(yù)防降低故障發(fā)生的概率，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。突出預(yù)測(cè)包括區(qū)域預(yù)測(cè)和局部預(yù)測(cè)兩大種類，所謂的區(qū)域預(yù)測(cè)就是指對(duì)煤炭礦井和煤層區(qū)域的不安全因素進(jìn)行預(yù)測(cè)，局部預(yù)測(cè)則是在區(qū)域預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)重點(diǎn)部位和隱秘部位進(jìn)行的預(yù)測(cè)。在具體的檢測(cè)過(guò)程中包含聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)、電磁輻射監(jiān)測(cè)技術(shù)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)三種類別，對(duì)預(yù)防事故，提高生產(chǎn)安全性具有十分重要的意義。煤巖界面?zhèn)鞲衅骷夹g(shù)是光電子技術(shù)的重要組成部分之一，它能夠減少原煤中巖石和其他礦產(chǎn)物的含量，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。它最先進(jìn)的技術(shù)就是使用采煤機(jī)具備的自動(dòng)跟蹤手段，判斷煤巖界面的能力水平，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采煤。具體而言，煤巖界面?zhèn)鞲衅骷夹g(shù)是使用紅外線記錄儀器對(duì)地質(zhì)的地表溫度進(jìn)行測(cè)試的手段，它能夠?qū)?jiān)硬的頂板實(shí)施檢測(cè)，并且反應(yīng)時(shí)間迅速，減衰率小，能夠穿透灰塵和水霧。據(jù)試驗(yàn)表明，波長(zhǎng)為3um－5um的紅外成像儀器可以在能見(jiàn)度僅為5米的滿是煙霧的巷道中成功的利用采煤機(jī)實(shí)施定位，探測(cè)的距離可以達(dá)到80米以上。
2．4紅外考勤及人員的跟蹤定位
由于我國(guó)煤炭行業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)家對(duì)其的重視度越來(lái)越高，加強(qiáng)監(jiān)督管理也就成為相關(guān)人員探討的重點(diǎn)。然而經(jīng)過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)一些較小的煤炭生產(chǎn)企業(yè)和偏遠(yuǎn)地區(qū)的單位，不具備較好的安全檢測(cè)系統(tǒng)，在具體實(shí)施管理的過(guò)程中也存在嚴(yán)重的不足，不利于及時(shí)掌握煤礦井下作業(yè)的實(shí)際情況，危險(xiǎn)事故一經(jīng)發(fā)生很難做到安全救援，企業(yè)面臨著巨大的安全隱患。采用光電子技術(shù)中的紅外考勤對(duì)策能夠?qū)ΦV井工作人員進(jìn)行跟蹤，對(duì)他們的動(dòng)向進(jìn)行考察，監(jiān)測(cè)他們的生產(chǎn)開(kāi)采行為。一旦發(fā)生危險(xiǎn)事故，可以在短時(shí)間內(nèi)采取定位系統(tǒng)找到故障點(diǎn)，為事故救援提供精準(zhǔn)的信息。并將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、通信技術(shù)有效的結(jié)合在一起，做好考核工作和測(cè)評(píng)工作，保證煤礦的安全生產(chǎn)。
3結(jié)束語(yǔ)
關(guān)鍵詞：光電著艦引導(dǎo) 陀螺穩(wěn)定 伺服控制系統(tǒng)
中圖分類號(hào)：V249 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2012）09-0104-02
1、引言
艦載機(jī)的著艦有很大的風(fēng)險(xiǎn)性，首先飛機(jī)的甲板長(zhǎng)度有限，艦載機(jī)必須保證以一定的著艦高度、一定的降落角和合適的姿態(tài)降落到甲板上，同時(shí)要求著艦點(diǎn)的位置要求非常準(zhǔn)確，這樣在著艦時(shí)才能鉤住阻攔索，其次，航母由于受到海浪的影響，其甲板會(huì)產(chǎn)生艏搖、橫搖、縱搖和升沉的運(yùn)動(dòng)，這樣的運(yùn)動(dòng)會(huì)使艦載機(jī)的理想著艦點(diǎn)位置發(fā)生變化，為了保證艦載機(jī)安全著艦，現(xiàn)代的航母都裝備一套完整的著艦引導(dǎo)系統(tǒng)，向飛機(jī)提供精確的著艦引導(dǎo)數(shù)據(jù)。
目前，國(guó)內(nèi)用于艦載的光電跟蹤設(shè)備很多，但真正用于艦載機(jī)引導(dǎo)的光電跟蹤設(shè)備還很少，作為用于著艦引導(dǎo)的光電跟蹤設(shè)備，為了能夠準(zhǔn)確安全的引導(dǎo)艦載機(jī)著艦，光電經(jīng)緯儀必須采用高精度的視軸穩(wěn)定控制方法，克服船搖的影響，從飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)到安全著艦的過(guò)程中穩(wěn)定跟蹤飛機(jī)。
2、光電著艦引導(dǎo)系統(tǒng)
光電著艦引導(dǎo)系統(tǒng)是集可見(jiàn)、中波、測(cè)距功能于一體的光電跟蹤設(shè)備，具有隨動(dòng)跟蹤、單站定位的功能。由光電跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)和機(jī)下控制臺(tái)組成，光電跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝了激光測(cè)距機(jī)、變焦距可見(jiàn)電視和中波紅外三個(gè)傳感器系統(tǒng)。這3個(gè)傳感器組合在一起，可實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)、近距離目標(biāo)的捕獲、跟蹤和測(cè)量。變焦距可見(jiàn)電視焦距變化范圍大，可實(shí)現(xiàn)對(duì)近距離目標(biāo)的捕獲、跟蹤；中波紅外系統(tǒng)的探測(cè)器的波長(zhǎng)為3-5μm，主要實(shí)現(xiàn)低能見(jiàn)度時(shí)對(duì)目標(biāo)的捕獲、跟蹤和測(cè)量；激光測(cè)距系統(tǒng)的激光波長(zhǎng)為1.57μm，為人眼安全的激光波長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)距離的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)光電跟蹤測(cè)量系統(tǒng)單站定位的功能。其光電跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)效果如圖1所示。
3、視軸穩(wěn)定跟蹤技術(shù)
安裝在艦船上的跟蹤設(shè)備，為使設(shè)備正常工作，必須采用穩(wěn)定控制方法，從穩(wěn)定技術(shù)角度看，目前采用的方法可分為機(jī)械平臺(tái)和視軸自穩(wěn)定控制。
光電著艦引導(dǎo)系統(tǒng)采用視軸穩(wěn)定技術(shù)是陀螺穩(wěn)定技術(shù)，屬于視軸自穩(wěn)定控制方法，將兩個(gè)互相垂直的單自由度的陀螺安裝在俯仰框上，兩個(gè)陀螺分別敏感經(jīng)緯儀在方位和俯仰方向相對(duì)于慣性空間的運(yùn)動(dòng)，并將此信號(hào)作為速度反饋實(shí)現(xiàn)陀螺穩(wěn)定。其兩軸陀螺穩(wěn)定伺服機(jī)構(gòu)組成框圖如圖2所示。
從控制原理的角度上看，視軸自穩(wěn)定控制技術(shù)有兩種方法，第一種方法為船搖速度前饋法，第二種方法為速率陀螺反饋法。
3.1 船搖速度前饋法
利用船上慣導(dǎo)系統(tǒng)或其它穩(wěn)定基準(zhǔn)實(shí)時(shí)測(cè)量船搖運(yùn)動(dòng)的橫搖、縱搖、艏搖角度和角速度，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)平滑處理和解算外推，求出船搖速度前饋量。分別輸入到伺服控制系統(tǒng)方位和高低回路，進(jìn)一步補(bǔ)償船搖擾動(dòng)引起的指向誤差[2]。
3.2 速率陀螺反饋法
速率陀螺反饋法，即將兩個(gè)正交速率陀螺安裝在天線俯仰支臂上，分別敏感船搖運(yùn)動(dòng)在天線橫向及俯仰軸向引起的擾動(dòng)信號(hào)，并負(fù)反饋到角伺服控制系統(tǒng)各只路中組成各自的穩(wěn)定回路。這種方法已經(jīng)在我所研制的設(shè)備上得到了應(yīng)用。
其伺服控制結(jié)構(gòu)有兩種如圖3、4所示。
比較兩種方法可知，前者由于在陀螺反饋穩(wěn)定回路中除包含基座機(jī)械諧振頻率外，還存在速率陀螺本身的閉環(huán)諧振頻率，因此對(duì)穩(wěn)定回路的穩(wěn)定性影響較大，使陀螺穩(wěn)定回路頻率展寬受到限制，對(duì)高頻擾動(dòng)的隔離度降低，但它設(shè)計(jì)、調(diào)試比較容易。后者在穩(wěn)定回路內(nèi)少了一個(gè)陀螺諧振環(huán)節(jié)，使穩(wěn)定回路頻帶可做得更高，它對(duì)高頻船搖擾動(dòng)隔離效果更好，但設(shè)計(jì)與調(diào)試的技術(shù)難度大[4]。
本論文采用以編碼器測(cè)速組成了速度內(nèi)環(huán)，陀螺反饋?zhàn)鳛樗俣确€(wěn)定外環(huán)組成雙速度環(huán)穩(wěn)定控制的方法。內(nèi)環(huán)包含了驅(qū)動(dòng)電機(jī)及負(fù)載平臺(tái)，主要作用是克服控制對(duì)象非線性和摩擦力矩對(duì)跟蹤精度的影響；在速度穩(wěn)定外環(huán)中，速率陀螺測(cè)量出框架相對(duì)于慣性空間的轉(zhuǎn)速，主要用于敏感載體擾動(dòng)，通過(guò)伺服控制實(shí)現(xiàn)視軸穩(wěn)定，這樣的控制方法把抗摩擦力矩干擾功能和隔離載體干擾功能采用分層設(shè)計(jì)。
3.3 控制方法的抗干擾性分析
為了顯示雙速度穩(wěn)定環(huán)在抗干擾方面的優(yōu)越性，本文接下來(lái)分別采用船搖前饋的控制方法、采用陀螺反饋的單速度環(huán)的控制方法和采用陀螺反饋的雙速度環(huán)的控制方法對(duì)光電經(jīng)緯儀的伺服控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。并對(duì)三種控制器的抗干擾性能進(jìn)行分析?？垢蓴_性的分析方法是在船搖擾動(dòng)的輸入處施加與艦船搖運(yùn)動(dòng)相近周期和幅值的正弦干擾信號(hào)，然后比較經(jīng)緯儀角度輸出端處的響應(yīng)[3]。輸入的干擾信號(hào)如圖5所示，圖6為三種控制方法對(duì)干擾的輸出響應(yīng)曲線。通過(guò)三個(gè)輸出響應(yīng)曲線我們可以得到如下結(jié)論：采用陀螺反饋的雙速度環(huán)的視軸控制方法對(duì)干擾的抑制能力最強(qiáng)，采用速度前饋的控制方法對(duì)干擾的抑制能力最差。
4、結(jié)語(yǔ)
本文針對(duì)艦載機(jī)著艦過(guò)程的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性，設(shè)計(jì)了一套光電著艦引導(dǎo)系統(tǒng)，用于在艦載機(jī)著艦的過(guò)程中向飛行員提供精確的著艦引導(dǎo)數(shù)據(jù)。同時(shí)針對(duì)其視軸穩(wěn)定這一關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，采用基于陀螺的雙速度環(huán)的控制方法對(duì)伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)抗干擾性能的分析，表明此控制方法有效可行，可以提高系統(tǒng)的隔離度。
參考文獻(xiàn)
[1]鄭峰嬰.艦載機(jī)著艦引導(dǎo)技術(shù)研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2007.
[2]王鳳英.船載電視跟蹤儀自穩(wěn)定問(wèn)題研究.大連海事大學(xué)，碩士論文，2005.
【關(guān)鍵詞】光電；探測(cè)；武器裝備
引言：
光電探測(cè)技術(shù)是根據(jù)被探測(cè)目標(biāo)輻射、反射的光波的特征來(lái)探測(cè)、識(shí)別的技術(shù)。光電技術(shù)在軍事應(yīng)用中的四大優(yōu)點(diǎn)，看得更清、打得更準(zhǔn)、反應(yīng)更快和生存能力強(qiáng)。光電探測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中廣泛使用的核心技術(shù)，它包括光電偵察、夜視、導(dǎo)航、制導(dǎo)、尋的、搜索、跟蹤和識(shí)別多種功能。
一、紅外探測(cè)技術(shù)
紅外探測(cè)技術(shù)目前主要分為近紅外，中紅外和遠(yuǎn)紅外三種研究領(lǐng)域，中紅外探測(cè)技術(shù)由于中紅外線的高強(qiáng)度和高穿透性，研究也最為成熟，可以分析物質(zhì)的分子組成。遠(yuǎn)紅外的主要優(yōu)點(diǎn)就是其穿透性，用于探測(cè)，加熱等，應(yīng)用也比較廣泛。近紅外由于其強(qiáng)度小，穿透力一般，用近紅外技術(shù)可以做某些成分的定量檢測(cè)，最關(guān)鍵的是還不必破壞試樣。由于溫度高于絕對(duì)零度的任何物體都會(huì)輻射紅外線，利用適當(dāng)?shù)膶?duì)紅外線足夠靈敏的探測(cè)器，即使在夜里沒(méi)有光照的情況下也能探測(cè)到物體的存在，還可得到它的外形圖像。一些典型物體的溫度和輻射峰值波長(zhǎng)見(jiàn)表1。
表1典型物體的溫度和紅外輻射的波長(zhǎng)
二、多光譜/超光譜成像技術(shù)
由于光學(xué)空間分辨率有限，以輻射強(qiáng)度為基礎(chǔ)的空間信息并非總能提供足夠的目標(biāo)信息，例如遠(yuǎn)距離的小目標(biāo)或隱匿在更亮背景干擾下的目標(biāo)，僅僅根據(jù)它們輻射強(qiáng)度特性就無(wú)法分辨出來(lái)。遙感中采用光譜特性、偏振特性和時(shí)間特性等多維判別方法來(lái)識(shí)別目標(biāo)和背景，并越來(lái)越重要。光譜成像就是在這種觀念下研究發(fā)展起來(lái)的，光譜成像技術(shù)按波段數(shù)目和分辨率大致可分為三類：多光譜成像，其波段為 10～50 個(gè)，光譜分辨率（Δλ/λ）為0.1；超光譜成像，其波段為 50～1000 個(gè)，光譜分辨率為 0.01；極光譜成像其波段為 10-100 個(gè)，光譜分辨率為 0.001。對(duì)多光譜/超光譜成像數(shù)據(jù)分析表明，這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)的價(jià)值并不在于它是否能產(chǎn)生漂亮的圖像，而在于多光譜/超光譜成像儀獲得的獨(dú)特的光譜特征所固有的信息，例如隱藏在樹(shù)下的車輛和埋置的地雷等目標(biāo)的信息。多光譜成像儀使用最多的焦平面陣列是可見(jiàn)光 CCD 和紅外 HgCdTe 焦平面陣列，其發(fā)展趨勢(shì)主流仍然是 CCD 和多色紅外焦平面陣列。 其發(fā)展的技術(shù)特點(diǎn)是，盡可能提高光譜分辨率；充分利用能透過(guò)大氣的各類電磁波譜；向紅外、遠(yuǎn)紅外和微波方面擴(kuò)展。遙感技術(shù)將是向多光譜/超光譜成像儀與干涉雷達(dá)，被動(dòng)雷達(dá)和合成孔徑雷達(dá)等多傳感器融合，可同時(shí)采集多維數(shù)據(jù)的傳感器系統(tǒng)，通過(guò)先進(jìn)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，可以獲得需要的足夠的目標(biāo)信息，使遙感技術(shù)向多尺度、多波段、全天候、高精度、高效快速的目標(biāo)發(fā)展。
三、激光雷達(dá)成像技術(shù)
激光雷達(dá)以的抗干擾、成像能力強(qiáng)，是重點(diǎn)發(fā)展的高靈敏度探測(cè)雷達(dá)。激光雷達(dá)類別可以從不同的角度來(lái)劃分。若按用途和功能劃分，則有精密跟蹤激光雷達(dá)、制導(dǎo)激光雷達(dá)、火控激光雷達(dá)、氣象激光雷達(dá)、偵毒激光雷達(dá)、水下激光雷達(dá)等；若按工作體制劃分，則有單脈沖、連續(xù)波、調(diào)頻脈沖壓縮、調(diào)頻連續(xù)波、調(diào)幅連續(xù)波、脈沖多普勒等體制的激光雷達(dá)。下面分別介紹激光雷達(dá)的各種應(yīng)用。在對(duì)地形背景中的靜止目標(biāo)的探測(cè)，多普勒雷達(dá)及可見(jiàn)光或紅外熱成像系統(tǒng)都有其困難的一面，而激光雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)像元既具有高的角分辨率，又可獲得準(zhǔn)確的距離數(shù)據(jù)，具有穩(wěn)定的目標(biāo)和背景特征，因而能在自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)中準(zhǔn)確地進(jìn)行模型化處理。激光雷達(dá)由于光束窄，掃描速度有限，需要與紅外、可見(jiàn)光、毫米波雷達(dá)一起工作，進(jìn)而通過(guò)數(shù)據(jù)融合，提高系統(tǒng)性能。激光成像技術(shù)目前主要有掃描成像，激光照明距離選通成像、激光照明單次成像和相干激光雷達(dá)。隨著激光二極管泵浦技術(shù)和新的固體激光材料研究的進(jìn)展，高效、全固體化且人眼安全的小型固體激光雷達(dá)正在得到發(fā)展，已經(jīng)實(shí)驗(yàn)用于外差多普勒激光雷達(dá)、距離成像和障礙物回避等領(lǐng)域[1]。
四、紫外探測(cè)技術(shù)
紫外探測(cè)技術(shù)是軍民兩用光電探測(cè)技術(shù)之一，紫外探測(cè)的軍事應(yīng)用主要有導(dǎo)彈制導(dǎo)，來(lái)襲導(dǎo)彈告警，生化戰(zhàn)劑探測(cè)，軍用氣象和軍用短程通信等。主要發(fā)展有三種類型紫外探測(cè)器，即光電倍增管、成像紫外傳感器和AlGaN/GaN光電二極管成像陣列。短波紫外探測(cè)器領(lǐng)域的研究集中在實(shí)現(xiàn)“日盲”探測(cè)器上，即對(duì)280nm 以上的光子不靈敏探測(cè)器。紫外探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，從低速飛行器擴(kuò)展到高速飛行器，從空中平臺(tái)擴(kuò)展到地面的坦克和裝甲車以及水面艦艇，從探測(cè)導(dǎo)彈威脅信息擴(kuò)展到探測(cè)飛機(jī)等其他威脅信息。隨著紫外探測(cè)器和紫外攝像器件制造技術(shù)的不斷發(fā)展紫外探測(cè)技術(shù)必將成為重要的軍事裝備技術(shù)之一[2]。
五、多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)
當(dāng)前，探測(cè)技術(shù)都向多傳感器融合的方向努力，可以克服單一探測(cè)技術(shù)的不足，使被探測(cè)目標(biāo)信息盡量豐富，準(zhǔn)確、迅速、實(shí)時(shí)，使戰(zhàn)時(shí)掌握信息優(yōu)先權(quán)、主動(dòng)權(quán)，贏得寶貴的先發(fā)制人的時(shí)間，從而贏得戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利。正因?yàn)槎鄠鞲衅魅诤暇捅厝徊捎脭?shù)據(jù)融合技術(shù)，在當(dāng)前由于新型先進(jìn)的傳感器和先進(jìn)處理技術(shù)的涌現(xiàn)以及軟硬件的改進(jìn)，使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)融合越來(lái)越有可能實(shí)現(xiàn)而得到極快發(fā)展。單一平臺(tái)裝備的傳感器類型可能包括。雷達(dá)、激光測(cè)距機(jī)/目標(biāo)指示器/跟蹤器、前視紅外系統(tǒng)、電視、敵我識(shí)別器、雷達(dá)告警機(jī)、導(dǎo)彈逼近告警接收機(jī)、激光告警接收機(jī)等不同類傳感器間的融合。多平臺(tái)裝備不同類型傳感器，通過(guò)借助日益發(fā)展成熟的數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)，能夠顯著擴(kuò)大傳感器探測(cè)的空域、頻域和時(shí)域。
參考文獻(xiàn)：
[1]倪樹(shù)新，李一飛.軍用激光雷達(dá)的發(fā)展趨勢(shì)[J]紅外與激光工程2003.04
