光电感知技术篇1

【摘要】随着经济的发展，Android系统在电子信息、通信系统特别是移动设备方面应用十分广泛。比如：摩托罗拉、三星等智能手机大多采用的是Android系统。Android系统提供了的加速度传感器和陀螺仪是基于硬件的传感器，其中有三个传感器即使基于硬件的也是基于软件的传感器。文章根据Android系统的五个传感器技术的应用，进行了论述研究。

【关键词】Android系统；移动设备；传感器技术；应用研究

一、引言

随着手机等移动设备的发展，人们对移动设备的要求不仅仅限于接打电话、QQ等传统手机功能，要求智能手机具备更加完善强大的娱乐商务功能，目前传统计算机的应用功能基本全部实现智能手机上。Android作为一种流行系统平台，令人津津乐道的特性数不胜数，其中最为耀眼的是Android平台的各种传感器。

二、基于Android移动设备的传感器技术概述

（一）Android平台简介

Android的中文翻译是安卓，本来的意思是机器人，是Google公司基于Linux自由及开放代码的操作系统，这种操作系统较好的整合应用软件、用户界面、操作系统和中间件，打造了一个移动终端开放完整的移动软件，在2007年11月5日正式开发成功面试。Android（安卓）最初是由AndyRubin开发的一种操作系统，主要支持的移动设备是手机。2005年8月，Google收购安卓并未安卓注资，2007在Google的领导下改良Android系统，使Android成为一种基于Linux自由及开放代码的操作系统，除了支持智能手机还支持平板电脑等移动设备。Android是完全开放的操作系统，它的迅速发展使其发展趋势趋向多元化，Google公司强大的互联网功能和服务优势，Android的移动技术应用的前景非常美好。

（二）基于Android平台传感器概述

传感器是被测量信号输入的第一道关口，是传感器系统中的元件组成部分，它包括载体和电路连接的敏感元件和转换元件，但是传感器系统却是组合某种信息处理能力元件的传感器。传感器是一种检测装置，是实现移动设备自动控制、自动检测的前提装置。Android平台应用的传感器技术有姿态传感器技术、光电传感器技术、磁场传感器技术和加速度传感器技术等诸多耀眼的传感器技术，传感器系统功能非常强大，为用户提供了巨大的便利。

三、基于Android移动设备的传感器技术应用

（一）基于Android移动设备的加速度传感器技术应用

Android平台的加速度传感器是Android基于硬件的传感器，它能够有效的跟踪手机、电脑等移动设备的运动状况，在移动设备上应用普及，Android平台的移动设备极少有不装加速度传感器的，这种加速度传感器目前已经成为移动应用不可分割的一部分，比如：三星、摩托罗拉、游戏平台等诸多设备都采用这种加速度传感器。虽说利用加速度传感器特性已经成为Android平台开发移动应用的主流趋势，但是加度度传感器在开发应用过程中存在诸多问题。比如：重复劳动量大、设计方案通用性差和代码复用率低等。针对加速度传感器存在的这些问题，结合加速度传感器的工作原理提出了相应的解决这些问题的通用设计方案，这个方案设计的目的是增强软件的复用性、缩短应用的开发周期、提高开发加速度传感器的效率。

1.Android加速度传感器的工作原理

检测物体运动加速度的变化，可以轻而易举知道物体的运动状态，Android加速度传感器具有检测移动设备在三维空间加速度的功能，可以通过知道移动设备的运动状态获取移动设备加速度传感器的参数，以此控制三维空间中移动设备运动的方式。

2.Android平台加速度传感器的通用设计方案

影响加速度的因素有两个，一个是加速度的大小一个是加速度的方向，这两个因素都是由移动设备的运动状态决定的。在设计Android平台加速度传感器的通用设计方案时，只需考虑移动设备移动的加速度大小和移动方向便可。Android平台加速度传感器的三维空间坐标系和移动设备平面绘图坐标系的不同之处在于当手机等移动设备屏幕方向进行横竖屏切换时，绘图坐标系的方向随着移动设备的屏幕方向旋转，但是加速度传感器坐标系的坐标轴方向却保持不变。在加速度传感器实际应用中，为了把加速度传感器接收的加速度变化反映在移动设备的运动状态上，必须切换加速度传感器的坐标系方向使之与绘图坐标系方向保持一致，这样移动设备的屏幕会出现两种状态的显示情况，坐标系处理方式存在差异，导致设计方案不能通用。在设计加速度传感器的坐标系的方案时，可以将移动设备的屏幕方向固定横或者竖屏，通过避免应用程序运行过程中移动设备屏幕方向的切换，简化两种坐标系方向转换过程中的处理逻辑。这种简化只需考虑一种坐标系变换处理的方式，解决了重复劳动量化大等问题，提高开发效率，但是需注意的是移动设备屏幕方向不同，坐标系变换处理的方式也不同。【摘要】随着经济的发展，Android系统在电子信息、通信系统特别是移动设备方面应用十分广泛。比如：摩托罗拉、三星等智能手机大多采用的是Android系统。Android系统提供了的加速度传感器和陀螺仪是基于硬件的传感器，其中有三个传感器即使基于硬件的也是基于软件的传感器。文章根据Android系统的五个传感器技术的应用，进行了论述研究。

【关键词】Android系统；移动设备；传感器技术；应用研究

一、引言

随着手机等移动设备的发展，人们对移动设备的要求不仅仅限于接打电话、QQ等传统手机功能，要求智能手机具备更加完善强大的娱乐商务功能，目前传统计算机的应用功能基本全部实现智能手机上。Android作为一种流行系统平台，令人津津乐道的特性数不胜数，其中最为耀眼的是Android平台的各种传感器。

二、基于Android移动设备的传感器技术概述

（一）Android平台简介

Android的中文翻译是安卓，本来的意思是机器人，是Google公司基于Linux自由及开放代码的操作系统，这种操作系统较好的整合应用软件、用户界面、操作系统和中间件，打造了一个移动终端开放完整的移动软件，在2007年11月5日正式开发成功面试。Android（安卓）最初是由AndyRubin开发的一种操作系统，主要支持的移动设备是手机。2005年8月，Google收购安卓并未安卓注资，2007在Google的领导下改良Android系统，使Android成为一种基于Linux自由及开放代码的操作系统，除了支持智能手机还支持平板电脑等移动设备。Android是完全开放的操作系统，它的迅速发展使其发展趋势趋向多元化，Google公司强大的互联网功能和服务优势，Android的移动技术应用的前景非常美好。

（二）基于Android平台传感器概述

传感器是被测量信号输入的第一道关口，是传感器系统中的元件组成部分，它包括载体和电路连接的敏感元件和转换元件，但是传感器系统却是组合某种信息处理能力元件的传感器。传感器是一种检测装置，是实现移动设备自动控制、自动检测的前提装置。Android平台应用的传感器技术有姿态传感器技术、光电传感器技术、磁场传感器技术和加速度传感器技术等诸多耀眼的传感器技术，传感器系统功能非常强大，为用户提供了巨大的便利。

三、基于Android移动设备的传感器技术应用

（一）基于Android移动设备的加速度传感器技术应用

Android平台的加速度传感器是Android基于硬件的传感器，它能够有效的跟踪手机、电脑等移动设备的运动状况，在移动设备上应用普及，Android平台的移动设备极少有不装加速度传感器的，这种加速度传感器目前已经成为移动应用不可分割的一部分，比如：三星、摩托罗拉、游戏平台等诸多设备都采用这种加速度传感器。虽说利用加速度传感器特性已经成为Android平台开发移动应用的主流趋势，但是加度度传感器在开发应用过程中存在诸多问题。比如：重复劳动量大、设计方案通用性差和代码复用率低等。针对加速度传感器存在的这些问题，结合加速度传感器的工作原理提出了相应的解决这些问题的通用设计方案，这个方案设计的目的是增强软件的复用性、缩短应用的开发周期、提高开发加速度传感器的效率。

1.Android加速度传感器的工作原理

检测物体运动加速度的变化，可以轻而易举知道物体的运动状态，Android加速度传感器具有检测移动设备在三维空间加速度的功能，可以通过知道移动设备的运动状态获取移动设备加速度传感器的参数，以此控制三维空间中移动设备运动的方式。

2.Android平台加速度传感器的通用设计方案

影响加速度的因素有两个，一个是加速度的大小一个是加速度的方向，这两个因素都是由移动设备的运动状态决定的。在设计Android平台加速度传感器的通用设计方案时，只需考虑移动设备移动的加速度大小和移动方向便可。Android平台加速度传感器的三维空间坐标系和移动设备平面绘图坐标系的不同之处在于当手机等移动设备屏幕方向进行横竖屏切换时，绘图坐标系的方向随着移动设备的屏幕方向旋转，但是加速度传感器坐标系的坐标轴方向却保持不变。在加速度传感器实际应用中，为了把加速度传感器接收的加速度变化反映在移动设备的运动状态上，必须切换加速度传感器的坐标系方向使之与绘图坐标系方向保持一致，这样移动设备的屏幕会出现两种状态的显示情况，坐标系处理方式存在差异，导致设计方案不能通用。在设计加速度传感器的坐标系的方案时，可以将移动设备的屏幕方向固定横或者竖屏，通过避免应用程序运行过程中移动设备屏幕方向的切换，简化两种坐标系方向转换过程中的处理逻辑。这种简化只需考虑一种坐标系变换处理的方式，解决了重复劳动量化大等问题，提高开发效率，但是需注意的是移动设备屏幕方向不同，坐标系变换处理的方式也不同。

（二）基于Android移动设备的光电传感器技术应用

1.光电传感器的工作原理

基于Android移动设备的光电传感器的工作原理的基础是光电效应，是被测量的移动设备的变化转换成光信号的变化，转换成的光电信号通过光电传感器的光电转换元件把它们变换成电信号。

2.光电传感器的的应用

光电传感器是应用光电元件作为检测移动设备变化元件的传感器，它包括光源、光电元件和光学通路三大部分，具有检测反应快、可测量参数多、结构简单、形式灵活多样、非接触和精度高等诸多优点。经常用在移动设备检测、烟尘浊度检测、带型材料加工中的偏离正确位置大小和方向的检测和包装充填物高度检测等领域。

四、结束语

文章先阐述了基于Android平台的简介、基于Android移动设备传感器技术简介，介绍了基于Android移动设备所具有的各种功能强大的传感器，然后详细论述了基于Android移动设备的加速度传感器和光电传感器。

参考文献

[1]贾雯杰，柴炜，张聪.光电式传感器在自动控制窗上的应用[J].科技传播，2011（8）：109-110.

[2]赵勇.光纤光栅及其传感技术[M].北京：国防工业出版社，2007.

[3]陈津.传感器技术应用综述及发展趋势探讨[J].科技创新导报，2008.

基金项目：三亚市院地科技合作项目（2012YD39）；琼州学院青年教师科研基金（QYQN201233）

作者简介：杨伟（1976—），男，海南琼海人，海南琼州学院电子信息工程学院实验师，研究方向：电子信息，通信技术。

（二）基于Android移动设备的光电传感器技术应用

1.光电传感器的工作原理

基于Android移动设备的光电传感器的工作原理的基础是光电效应，是被测量的移动设备的变化转换成光信号的变化，转换成的光电信号通过光电传感器的光电转换元件把它们变换成电信号。

2.光电传感器的的应用

光电传感器是应用光电元件作为检测移动设备变化元件的传感器，它包括光源、光电元件和光学通路三大部分，具有检测反应快、可测量参数多、结构简单、形式灵活多样、非接触和精度高等诸多优点。经常用在移动设备检测、烟尘浊度检测、带型材料加工中的偏离正确位置大小和方向的检测和包装充填物高度检测等领域。

四、结束语

文章先阐述了基于Android平台的简介、基于Android移动设备传感器技术简介，介绍了基于Android移动设备所具有的各种功能强大的传感器，然后详细论述了基于Android移动设备的加速度传感器和光电传感器。

参考文献

[1]贾雯杰，柴炜，张聪.光电式传感器在自动控制窗上的应用[J].科技传播，2011（8）：109-110.

[2]赵勇.光纤光栅及其传感技术[M].北京：国防工业出版社，2007.

[3]陈津.传感器技术应用综述及发展趋势探讨[J].科技创新导报，2008.

光电感知技术篇2

关键词光学工程专业硕士；教学体系；实验室建设

中图分类号：G482文献标识码：B文章编号：1671-489X（2013）03-0140-03

EstablishmentofExperimentalTeachingSystemandLaboratoryConstructionforOpticalEngineeringProfessionalMasterDegree//ZhaoSongqing，JiaoZhiyong

AbstractInthispaper，basedonthepracticeofexperimentalteachingsystemandthelaboratoryconstructionforopticalengineeringprofessionalmasterdegree，weputforwardanewexperimentalteachingsystemforthecultivationofhighqualityofexcellentcreativetalentswhowillworkforrelatedenterprisesandresearchinstitutionsofphotoelectricandmarineresource.Wealsoraisetheteachingsystemwhichisofthecharacteristicoftheoreticalteachingtightlycombinedwithexperimentandcoreoftheabilitytrainingfortheopticalengineeringprofessionalmasterdegree.Wetriedtosetupsomeofthepreliminaryrelatedexperiments.

Keywordsopticalengineeringprofessionalmaster；teachingsystem；laboratoryconstruction

目前，信息产业的发展已从传统的无线电波向光频波段扩展，现代光学工程技术已扩展和渗透到国民经济和人民生活的每一个领域，可以预计，本世纪是光和电并存发展的时代。近年来，我国多所重点大学和部分普通高校相继设立光学工程专业学位硕士点。根据该专业的特点，一般将其设置在物理学院（物理系、理学院）或电子信息学院（光电信息系、电子工程学院）。中国石油大学光学工程专业是经教育部批准，于2010年在理学院中新设置的一个硕士点专业。该专业旨在培养光学技术在石油领域应用的创新型人才，应用面广、实践性强。鉴于本专业大多数学生来自非石油院校，对光学技术在石油领域的应用不了解不熟悉，同时缺乏相关的石油的勘探开发炼制和储运的背景知识，因此，建立石油领域相关的光与油气实验课的教学体系尤为重要。专业实验课在专业人才培养中，特别在提高学生的工程实践能力以及科技创新能力上起着至关重要的作用[1-3]。本文将研究中国石油大学光学工程专业硕士学位实验教学体系构建的思路及内容，实验室的具体建设情况以及今后要做的工作。

1光学工程专业硕士实验教学体系的构建

本专业建设初期，走访天津大学、南开大学、北京交通大学、北京邮电大学、山东大学等兄弟院校，考察他们的专业培养方向、实验教学体系、实践教学环节等。由于各校的学科优势与师资情况各不相同，各校的服务对象以及地理位置、招生情况也不尽相同，使得各高校在该专业的人才培养模式和专业方向上各有特色。在借鉴兄弟院校建设该专业经验的基础上，结合学校特色，经多次讨论研究，制订中国石油大学光学工程专业硕士的培养方案，在此基础上，初步建立光学工程专业学位研究生教学体系。

1.1光学工程专业硕士培养方向的确定

中国石油大学为教育部直属的石油特色鲜明的全国重点大学，因此，人才培养目标是：1）为光电类高新技术企业、科研机构培养优秀人才；2）为海洋资源部门包括中海油等石油石化企业培养优秀人才。

基于以上目标，在光学工程专业硕士下设置两个选修方向，其一是“光检测技术”，课程设置以光电信息与检测技术及应用等为主，其就业面向光电高新技术企业、显示设备制造企业，兼顾石油系统的测井行业；其二是“海洋光学仪器与应用”，课程设置以海洋光学与海洋光学仪器、遥感技术与应用、激光测量技术、军用光电系统等为主，其就业面向海洋资源探测机构，以及海洋石油勘探与开发企业和国防部门。

1.2光学工程专业硕士实验教学体系

根据本专业的知识结构特性，并根据学校本专业课程设置情况，该专业可分为激光原理与技术、光信息技术、光电子技术、光通信技术、光电检测技术、光显示与存储技术、T赫兹光谱技术、海洋光学技术等8个方面的内容，见图1。专业实验的教学体系的设立与设计围绕这8个方面进行，形成8个模块的实验内容，做到与理论教学的有机结合，既服务于理论教学，又是对理论教学的补充和提高。

为便于管理和教学，提高学生综合运用知识处理实际问题的能力，在实验课程的设计中，拟将以上8个模块的内容融合为4门实验课程：光信息技术实验（包括信息光学技术、光通讯技术）、光电技术实验（包括激光原理与技术、光电子技术）、光电检测与显示技术实验（包括光电检测技术、光显示与存储技术）、海洋光学仪器实验（包括激光光谱技术、海洋光学技术）。其中前2门实验课程是光信息科学与技术专业的必修实验，后2门实验课程为两个专业选修方向的选修实验。后2门实验课程学生在选做时完成每部分必选实验后，可以交叉选做另一专业方向的实验，以充分利用现有资源，培养复合型人才。

建立专业实验教学体系与设计实验课程还必须兼顾专业实验教学环节的特点、功能和培养目标。本专业实验是建立在大学物理实验、电子技术实验的基础上的，主要从专业知识与实验技能两个方面训练学生的综合素质和能力，为毕业论好准备工作，从而为继续深造和就业打下良好的基础。围绕4门实验课程，建立8个实验模块，按照人才培养规律，设置3个层次的实验教学体系：层次一，专业基础实验；层次二，设计型/综合型实验；层次三，研究型/创新型实验。内容安排由浅入深，由基础到创新，由单一知识点到系统的综合的实验研究训练，构成一个完整、科学、独特的光信息科学与技术实验教学体系，见图2。

2光学工程专业硕士实验室的建设

2008年，学校投资600余万元用于建设材料物理与化学学科，购买太赫兹光谱检测设备、光纤传感设备、光谱与光电子检测设备，这些设备在立足科研的同时又可用于光学工程专业学位研究生的实验教学。同时基于学校的大学物理实验室、创新实验室、超声实验室、演示实验室，初步建立光学工程专业学位研究生实验教学实验室的规划建设，并实现本专业部分实验项目开设。下面是拟开设实验和需要购买的设备。

2.1光信息技术实验

通过本系列的实验，使学生对信息采集、处理、传输、存储等方面的光学方法有深入的理解。具体实验项目有：1）全息照相，全息光栅制作；2）阿贝成像与空间滤波、θ调制；3）菲涅耳全息照相、相面全息、彩虹全息；4）全息高密度信息存储、特征识别；5）傅里叶变换光谱实验；6）偏振光学实验；7）光纤偏振控制实验；8）基本光纤光学实验；9）Mach-Zehnder光纤干涉实验；10）波分复用（WDM）原理性实验；11）掺铒光纤放大器原理性实验；12）光纤各种参数测试实验。其中有7项属于第一层次的实验，5项属于第二层次的实验。

2.2光电技术实验

通过本部分实验的开设使学生加深对光电子学知识及其应用的掌握。具体实验项目有：1）光源基础实验LD/LED特性研究；2）光电探测原理实验；3）CCD原理及应用实验；4）光电报警系统设计实验；5）光电定向实验；6）光电倍增管特性参数测量；7）磁光调制实验；8）电光调制实验；9）声光调制实验；10）太阳能电池原理性实验；11）激光器系列实验。其中第一层次实验7个，第二层次实验3个。

2.3光电检测技术实验

本部分为专业选修实验，具体的实验项目有：1）光纤位移传感器实验；2）光纤温度传感器实验；3）光纤压力传感器实验；4）光谱分析实验；5）液晶电光效应与显示原理；5）CCD系列实验。其中第二层次实验2项，第三层次实验4项。

3下一步建设的设想

下一步建设的目标是按照提出的实验教学体系补充完善所缺实验设备，丰富各个层次的实验内容，出版光信息科学与技术专业实验课教材，希望学校加大投资力度尽快完善实验室硬件和软件。

1）在实验室硬件方面的建设中，继续完善、补充实验设备，完善激光原理与技术实验模块，完善光电检测技术实验模块，完善光显示与存储技术实验模块，完善激光光谱学实验模块以及海洋光学技术实验模块。并筹建光信息技术软件模块，建设光学计算机辅助设计实验室，完成对光学设计与CAD课程的支撑。

2）通过教学实践，建立完善的实验教学体系和实验教学模式。按照校级实验室的要求，建设光学工程专业学位实验室，合理安排不同层次实验项目的比例，优化验证型实验对原理的体现，加大设计型实验思考的力度，强化综合型实验对学生动手能力的培养，增强创新型实验对学生的针对性，做到因材施教。

3）建设网络实验教学资源和实验室信息化平台，包括实验室总体介绍、课程体系及大纲、每个实验的实施计划、试题库、相关多媒体课件、典型教案、网上选课系统等。实验教学及仪器设备的管理实现计算机网络管理，实现信息化、网络化，有效地提高工作效率。

4结束语

根据培养方案确定了光学工程专业学位实验教学体系，即开设4门实验课程，包含8个实验模块，分为3个层次的实验教学体系。利用学校已有的科研实验室实验设备，初步建设了光学工程技术专业学位研究生教学实验室，整个实验室具有基础性的验证性实验项目、设计性实验项目，同时具有综合性实验项目，还有创新性的实验项目，能够部分满足学生的需求，极大地调动学生的积极性，为锻炼和培养学生的实验技能、分析问题和解决问题的能力提供很好的实践基地，为学生继续深造和参加工作打好基础。

参考文献

[1]李叶芳，于清旭，王晓旭，等.光信息科学与技术专业实验室的建设[J].实验技术与管理，2005，22（8）：110-112.

光电感知技术篇3

【关键词】就业市场；光电；光机电一体化平台

随着光电行业的快速发展，其已经在社会生产的各个领域中占有举足轻重的地位，大力发展光电产业是国家高新技术发展规划中的重要组成部分。光电专业旨在培养符合光电行业发展和企业需求的光电显示技术方面的高级专业人才，但随着社会的发展和科技的进步，要求高等院校培养的学生必须是基础扎实、专业能力强、综合素质高、具有创新精神和国际视野的复合型人才。而传统的高等教育模式，偏重专业理论学习，弱化了实践环节的训练，导致培养的学生动手能力不强，发展后劲不足，难以满足社会和企业的需求。因此，培养具有实践能力和富有创新精神的高级专业人才，是企业期望，社会认同，学校努力的共同目标。如何在各门基础和专业课程、实验课程、课程设计中培养学生的综合能力、创新设计能力和工程实践能力，是一个复杂的系统工程，也是众多高校所面临的共同课题之一。因此对光电专业的实践进行研究，探索新型实践教学内容、方法及组织管理模式，可以进一步提高光电专业学生的培养质量，培养出具有实践能力和富有创新精神的高级人才。

“光机电一体化测控系统综合实训平台”是依据上述要求而提出的。其要求测控实训接近实际工业生产测控现场，又要针对教学及实训目的进行理论及技术高度提升，强化光机电一体化测量与控制系统的工作原理分析，提高光、机、电、计单元设计、系统安装与调试能力。

一、实践动手能力的需求

实践教学环节是光电专业教学中的一项重要内容，在培养和提高学生的综合动手能力方面起到至关重要的作用。江苏省常州工学院光光电工程学院设立于2006年，现有学院目前下设测控技术系、光电工程系、新能源工程系三个系，24个教学班，目前学院已有900余名本科毕业生活跃在各企事业单位从事光伏、测量与控制领域内相关技术、科技开发、应用研究、运行管理等方面的工作。根据学生就业信息反馈和相关的市场调研，当前就业市场对学生的综合素质要求越来越高，不仅要求学生理论功底扎实，而且越来越看重实践动手能力。光电专业学生一般具有较强的光伏、测控方面的理论知识，但缺乏电子技术类相关能力，而学生实践能力的培养需要各方面的训练条件和机会，因此对于实践环节硬件建设提出了新的课题。这是当前光电专业培养过程中必须要解决的课题，也是国内其他学校同类专业所面临的共同课题。

常州工学院在现有的实验室硬件环境基础上，整合资源，借助科研平台，积极发挥教师主动性，研制出光机电一体化平台，让学生能够更好的理论联系实践，学以致用。该平台将研究与理论教学内容紧密结合、充分发挥现有实践教学硬件条件的实践教学内容体系和培养模式，是解决理论和实践统一的有效途径。

二、光机电一体化测控系统综合实训平台

光电相关专业的课程既要求学生掌握传感器、工程光学、控制工程、计算机控制技术、误差理论与数据处理、信号分析与处理的基础理论知识，又要求学生能够利用测控仪器技术、光电测试技术、自动检测技术解决一些实际问题。目前大多数高校光电专业学生都只停留在基础理论知识的学习上，缺少亲自利用光电测控处理方法解决实际问题的训练环节，更缺乏学生进行创新实验的条件和环境，严重影响了教学的质量和效果，不利于培养学生的实际动手能力和创新思维能力。鉴于上述原因，在研究和技术积累的基础上，研制一种低成本、高精度、可扩展、基础性与创新性并举的光机电一体化测控教学创新实验平台，对提高教学质量和培养创新型人才是十分必要的。

该实训平台由激光测距装置、二维可控传送机构、单片微机控制器、数据采集卡、数控信号驱动器、上位监控计算机、系统测控软件及下微机测控数显器等组成。通过本系统实训，让学生可以掌握测控系统的全过程的综合知识和技术，包括信号测量技术、信号处理技术、运动驱动技术、系统仿真技术、上下位机通信技术、电子线路设计技术、计算机监控界面设计技术、系统设备安装与调试技术。

1.平台原理。光机电一体化测控技术综合实训平台基于激光三角的原理实现，其通过激光三角测量能够实现微小位移的精密测量。该平台采用非接触式测量，可以方便无损地测量被测物的厚度。该技术开发的检测仪器也可广泛应用于太阳能电池片测厚、印刷电阻测量、汽车四轮定位、造船、机械、石油、化工等行业的精密测量。

2.平台组成和各部分功能。光机电一体化测控技术综合实训平台主要由C型支架、激光测量装置、二维可控传送机构、测控箱、下位机测控数显器、计算机及系统测控软件等组成。C型支架主要支撑传感器测量装置往复扫描运动，由丝杠带动。激光测量装置安装于C型机构上下两端。二维可控传送机构主要模拟实际锂电池生产线薄膜的平面运动，控制被测物移动，由丝杠带动，光栅位移实现测量。测控箱内包含下位机控制器、电源、传动电机驱动、传感器信号驱动和上下位机数据采集卡通讯接口。下位机测控数显器能在脱离上位机时，实现系统测控与液晶显示。计算机包括数据采集卡和人机界面软件实现数据测量、分析和显示。

3.平台主要技术指标。测量范围：26-34mm；测量精度：1%；显示分辨率：1um；传感器测量扫描行程：0-450mm；被测物体传送行程：0-350mm；传送装置光栅位移数字测量：0～300mm；具有上下位机独立的测控与显示：被测物平均厚度、被测物瞬间厚度、实时测量曲线显示、报警等功能；带有系统仿真、数据处理模块；提供测量及监控系统软件源代码；供电要求：额定电压交流220V；额定功率小于2kW。

此外，平台间通过网络互联，可自动生成实验报告、保存实验数据、管理和考评成绩。

4.平台实训项目。本平台提供7个难易程度不同的实训项目。实验一为基于VisualBasic/Matlab的串口通信。主要实现上下传感器采集数字信号和计算机之间的串口通信，并通过相关工具软件实现数据的采集和实时显示。实验二为基于MatlabGUI实现上位机监控界面的编程设计。该实验需要学生掌握Matlab的基本功能和人机界面的实现。需要学生合理布局并设计完整、合理、直观、漂亮的人机界面图。实验三为静态厚度高精度测量和控制。主要让学生掌握差动式激光传感器静态测厚原理、了解静态测量误差的来源和抑制方法并采用Matlab人机界面实现静态被测物的厚度测量。实验四为二维动态厚度高精度测量和控制。主要让学生掌握差动式激光传感器动态测厚原理、了解动态测量误差的来源和抑制方法并采用Matlab人机界面实现C型机构不同扫描速度下动态被测物的厚度测量。实验五为多种测量数据软件的处理设计。主要让学掌握Matlab常规滤波方法：比如算术平均法、中位值滤波法、滑动平均法和中位值平均等滤波法。实验六为二维高精度丝杆传动和步进电机驱动控制。该实验主要基于汇编语言和C语言实现单片机对丝杠和步进电机驱动控制。实验七为下位机测控与显示界面设计。学生主要掌握单片机C语言的编程，图形液晶驱动程序的编写、步进电动机驱动控制原理和按键扫描程序的编写。

通过实验一到五使学生能够深入理解和扎实掌握有关传感器测量、单片机控制、串口通信和软件实现等方面的基础理论知识，同时也使学生对工业自动生产线的产品检测判定模拟过程有直接的感受；实验六到七可以培养学生敢于挑战光机电一体化平台的技术难题，提高学生独立解决技术难题的能力，从而增强学生的探索兴趣和创新意识。

三、总结

光电专业学生一般具有较强的光伏、测控方面的理论知识，但缺乏电子技术类相关能力，而从就业信息反馈和市场需求来看，要求学生在学校的实践能力适应未来工作岗位的需求，上述对于学校实践环节硬件建设提出了新的课题。结合与企业的科研项目，通过构建“光机电一体化测控系统综合实训平台”，既模拟实际工业生产测控现场，又可针对教学进行理论和技术高度提升，强化光机电一体化测量与控制系统的工作原理，并提高学生分析、光、机、电、计单元设计、系统安装与调试能力。通过实际实践课程、毕业设计课程的实施效果来看，学生在较短的时间内系统地学习了光机电软件等相关知识，大幅提高学生理论联系实际的能力，提升了学生在后续理论学习的兴趣。此外该平台不仅适合光电专业学生实践操作的实施，也适合于电子技术类和机电专业学生的学习。

光电感知技术篇4

【关键词】：现代汽车；操控系统；智能化；自动化；传感器

中图分类号：F407.471文献标识码：A文章编号：

现代汽车电子从所应用的电子元器件到车内电子系统的架构均已进入了一个有本质性提高的新阶段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能自动化传感器。

1汽车电子操控系统

汽车电子已经经历从分立电子元器件搭建的电路监测控制，经过了电子元器件或组件加微处理器构筑的各自独立的、专用的、半自动和自动的操控系统，现在已经进入了采用高速总线（目前至少有5种以上总线已开发使用），统一交换汽车运行中的各种电子装备和系统的数据，实现综合、智能调控的新阶段。新的汽车电子系统由各个电子控制单元（ECU）组成，可以独立操控，同时又能协调到整体运行的最佳状态。

2智能自动化传感器

2.1传感器概念简述

微传感器、智能传感器是近几年才开始迅速发展起来的新兴技术。在我国的报刊杂志上目前所使用的技术名称还比较含混，仍然笼统地称之为传感器。这里介绍当前一些欧美专著中常用的技术名词的定义和技术内涵。首先必须说明的是，在绝大多数情况下，本文大小标题及全文中所说的传感器其实是泛指了三大类器件：将非电学输入参量转换成电磁学信号输出的传感器；将电学信号转换成非电学参量输出的执行器；以及既能用作传感器又能用作执行器，其中较多的是将一种电磁学参量形式转变成另一种电磁学参量形态输出的变送器。就是说，关于微传感器、智能传感器的技术特性可以扩大类推到微执行器、微变送器-传感器（或执行器、或变送器）的物理尺度中至少有一个物理尺寸等于或小于亚毫米量级的。微传感器不是传统传感器简单的物理缩小的产物，而是基于半导体工艺技术的新一代器件：应用新的工作机制和物化效应，采用与标准半导体工艺兼容的材料，用微细加工技术制备的。因此有时也称为硅传感器。可以用类似的定义和技术特征类推描述微执行器和微变送器。

2.2智能自动化传感器系统组成和性能

它由两块芯片组成，一是具有自检测能力的加速度计单元（微加速度传感器），另一块则是微传感器与微处理器（MCU）间的接口电路和MCU。这是一种较早期（1996年前后）的，但已相当实用的器件，可用于汽车的自动制动和悬挂系统中，并且因微加速度计具有自检能力，还可用于安全气囊。从此例中可以清楚看到，微传感器的优势不仅是体积的缩小，更在于能方便地与集成电路组合和规模生产。应该指的是，采用这种两片的解决方案可以缩短设计周期、降低开发前期小批量试产的成本。但对实际应用和市场来说，单芯片的解决方案显然更可取，生产成本更低，应用价值更高。

智能传感器（SmartSensor）、智能执行器和智能变送器-微传感器（或微执行器，或微变送器）和它的部分或全部处理器件、处理电路集成在一个芯片上的器件（例如上述的微加速度计的单芯片解决方案）。因此智能传感器具有一定的仿生能力，如模糊逻辑运算、主动鉴别环境，自动调整和补偿适应环境的能力，自诊断、自维护等。显然，出于规模生产和降低生产成本的要求，智能传感器的设计思想、材料选择和生产工艺必须要尽可能地和集成电路的标准硅平面工艺一致。可以在正常工艺流程的投片前，或流程中，或工艺完成后增加一些特殊需要的工序，但也不应太多。

2.3智能自动化传感器系统产业应用及展望

在一个封装中，把一只微机械压力传感器与模拟用户接口、8位模-数转换器（SAR）、微处理器（摩托罗拉69HC08）、存储器和串行接口（SPI）等集成在一个芯片上。其前端的硅压力传感器是采用体硅微细加工技术制作的。制备硅压力传感器的工序既可安排在集成CMOS电路工艺流程之前，亦可在后。这种智能压力传感器的技术和市场都已成熟，已广泛用于汽车（机动车）所需的各式各样的压力测量和控制单元中，诸如各种气压计、喷嘴前集流腔压力、废气排气管、燃油、轮胎、液压传动装置等。智能压力传感器的应用很广，不局限于汽车工业。目前，生产智能压力传感器的厂商已不少，市售商品的品种也很多，已经出现激烈的竞争。结果是智能压力传感器体积越来越小，随之控制单元所需的接插件和分立元件越来越少，但功能和性能却越来越强，而且生产成本降低很快（现在约为几美元一只）。

顺便需要说说的是，在一些中文资料中，尤其是一些产品宣传性材料中，笼统地将SmartSensor(或device)和Intelligentsensor（或device）都称之为智能传感器，但在欧美文献中是有所差别的。西方专家和公众通常认为，Smart（智能型）传感器比Intelligent(知识型)的智慧层次和能力更高。当然，知识型的内涵也在不断进化，但那些只能简单响应环境变化，作一些相应补偿、调整工作状态的，特别是不需要集成处理器的器件，其知识等级太低，一般不应归入智能器件范畴。

相信大多数读者能经常接触到的，最贴近生活的智能传感器可能要算是用于摄像头、数码相机、摄像机、手机摄像中的CCD图像传感器了。这是一种非智能型传感器莫属的情况，因为CCD阵列中每个硅单元由光转换成的电信号极弱，必须直接和及时移位寄存、并处理转换成标准的图像格式信号。还有更复杂一些的，在中、高档长焦距（IOX）光学放大数码相机和摄像机上装备的电子和光学防抖系统，特别是高端产品中的真正光学防抖系统。它的核心是双轴向或3轴向的微加速度计或微陀螺仪，通过它监测机身的抖动，并换算成镜头的各轴向位移量，进而驱动镜头中可变角度透镜的移动，使光学系统的折射光路保持稳定。

微系统（Microsystem）和MEMS（微机电系统）-由微传感器、微电子学电路（信号处理、控制电路、通信接品等）和微执行器构成一个三级级联系统、集成在一个芯片上的器件称之为微系统。如果其中拥有机械联动或机械执行机构等微机械部件的器械则称之为MEMS。

MEMS芯片的左侧给出的是制备MEMS芯片需要的基本工艺技术。它的右侧则为主要应用领域列举。很明显，MEMS的最好解决方案也是选用与硅工艺兼容的材料及物理效应、设计理念和工艺流程，也即采用常规标准的CMOS工艺与二维、三维微细加工技术相结合的方法，其中也包括微机械结构件的制作。

光电感知技术篇5

关键词交互式电子白板专利分析技术综述

中图分类号：TP391.6文献标识码：A

0引言

随着信息技术、计算机技术在教育领域的发展，以及多媒体信息技术的快速发展及其在教育领域日趋广泛的应用，教学模式、教学手段等也在发生着改变，教学设备从黑板到交互式电子白板大致经历了三个阶段的发展。

第一阶段：黑板到白板；第二阶段：白板到电子白板；第三阶段：从电子白板到交互式电子白板。现在，基于交互式电子白板强大的互动性，它不仅在教育领域中成为一种受到教师和学生欢迎的教学工具，而且在各种商务活动、会议讨论、远程培训中发挥着举足轻重的作用。

1交互式电子白板技术专利分析数据

本文综合运用专利分析与产业研究的方法，从专利统计定量分析的角度出发，以专利申请数量为切入点，选取专利发展趋势以及重点技术分支进行了深入分析与研究。中文数据库选择CNABS，外文数据库选择VEN，根据本文分析主题的特点，笔者采用以分类号为主，关键词为辅的检索方式，检索时间截止到2015年2月25日，在VEN数据库中检索到2000多项基于交互式电子白板的专利申请，在CNABS中共检索到1299件基于交互式电子白板的专利申请。

2主要技术分支的专利申请分析

交互式电子白板自发展以来，主要经历了以下四个阶段（如图1所示）：压感电子白板、电磁电子白板、红外电子白板、CCD光扫描电子白板。

上述四种交互式电子白板技术的工作原理及特点如下：

2.1压感电子白板

压感电子白板主要采用电阻式电子白板，采用的为电阻膜技术，包括水平线电阻膜、导电膜、垂直电阻膜、绝缘网格等，组合膜和使用区域的范围大小相同。

电阻式电子白板的工作原理：在电阻膜上加一个固定的电压，在没有外力作用的情况下，导电膜就不会接触到电阻膜，则此时不会检测到电压，也不会有任何定位信息传递给计算机。当有硬物按压在导电膜上时，导电膜就会与电阻膜接触，电流就会通过导电膜，然后被测试电路读取。电阻式电子白板的优势：定位相对准确，不需要专用笔，可进行触摸操作；劣势：版面怕划伤，反应速度较慢，无法实现超大面积。

2.2电磁电子白板

电磁感应式电子白板的基木原理：在白板屏幕垂直和水平两个方向上排列着接收线圈膜，线圈膜的大小与显示区域的大小相同，同时配备一支可以发射电磁波的电磁笔。电磁笔间歇地发射电磁波，每当电磁笔靠近接收线圈膜时，线圈就会感应到电磁波。根据电磁感应定律可知，离电磁笔近的线圈感应到的电动势就会高，根据线圈垂直方向和水平方向感应到的电动势的大小，然后通过一定的计算，就可以获得电磁笔所在的X、Y轴坐标的位置。

2.3红外电子白板

红外线感应电子白板主要是利用红外定位技术实现的，红外定位是利用近红外线衍射能力弱使物体很容易挡住红外线的特点来实现对触摸物定位。红外线感应电子白板具有结构简单，不受电流、电压和静电干扰，可以在某些恶劣的环境下工作，以及具有高稳定性和高分辨率等诸多优点，红外线触摸屏的优势是无需专用笔、可用手指、教鞭等进行书写或触摸操作，不怕划伤，即便板中有任何划伤也不影响操作使用，使用寿命较长，反应速度较快，透明度好，可用于液晶电视。

2.4光学电子白板

CCD光扫描式电子白板的基本原理：在电子白板屏幕显示区域的一侧设置两个距离固定的CCD线阵探测器和红外发射器，它们对准电子白板屏的显示区域。在屏幕显示区域的其他三边安装上反射膜，反射膜可以反射光线。当没有物体阻挡时，CCD线阵探测器检测到的图像是一条完整的光带。当有物体挡住屏幕显示区域光线传播的路径时，会发现CCD线阵探测器检测到的光带中出现了无反光的区域，分布在电子白板屏两脚的CCD线阵各自检测到的遮挡区域反应在CCD线阵的对应区域，这样根据对应的区域就可以计算出物体在显示区域的位置坐标。

图2所示为四个主要技术分支的全球专利申请量随年代变化的趋势图。从图中可以得知，红外电子白板技术占据第一，其次是电磁及CCD光扫描技术，压感式电子白板在前期出现，经过短暂的发展后，到后期申请数量基本为零，这同目前市场呈现出的产品相符合。图中也进一步反映出从2006年开始，交互式电子白板呈现突飞猛进的增长，这同市场技术发展及人们对便捷、高效地沟通方式密切相关。目前，市面上占据电子白板技术主要的为电磁电子白板和红外电子白板，CCD光扫描电子白板真正发展起来的时间较晚，是近几年的新技术，以其自身的优势受到了越来越多的关注，但由于红外和电磁电子白板技术非常成熟，产品性能稳定，一段时间内仍将是市场主流，但随着CCD光扫描技术的逐渐发展和成熟，之后的发展CCD光扫描电子白板将会成为主流，逐步取代红外及电磁电子白板。

光电感知技术篇6

自1946年第一台计算机诞生以来，仅仅半个多世纪，信息技术以它广泛的影响和巨大的生命力，风靡全球，成为科技发展史上业绩最辉煌、发展最迅速、对人类影响最广泛和最深刻的科技领域。可以预见，21世纪将是信息的时代，信息技术将成为最活跃、与人们生活最密切相关的科技领域。下面我主要简单介绍一下未来信息技术的几个发展方向。

一、微电子与光电子向着高效能方向发展

微电子与光电子技术将步入更广阔的发展空间微电子技术已经走过了大规模(LSI)、超大规模(VLSI)、特大规模(ULSI)集成时代，于1964年进入吉规模(GSI)集成时代。作为高科技代表的集成电路技术对世界经济的发展有着举足轻重的作用。集成电路产品的发展趋势是芯片面积越来越大，集成度越来越高，特征尺寸越来越小，片上系统日益完善。集成系统是21世纪初微电子技术发展的重点。在需求牵引和技术推动的双重作用下，已经出现了将整个系统集成在一块或微电子芯片上的集成系统或系统集成芯片(SOC)。目前已经可以在一块芯片上集成108-109个晶体管。集成系统是微电子设计领域的一场革命，21世纪将是其真正快速发展的时期。微电子技术与其他学科的结合，将会产生一系列崭新的学科和经济增长点，除了系统级芯片外，量子器件、生物芯片、真空微电子技术、纳米技术、微电子机械系等都将成为21世纪的新型技术。

预计本世纪应用电子自旋、核自旋、光子技术和生物芯片的功能强大的计算机将要问世，可以模拟人的大脑，用于传感认识和思维加工。预计在未来十多年内可以产生存贮量达到每立方毫米100万G，而功耗仅仅为超大规模集成电路千万分之一的生物芯片。

二、现代通信技术向着网络化，数字化，宽带化方向发展

随着数字化技术的发展，音视频和多媒体技术突飞猛进音视频技术是当前最活跃，发展最迅速的高新技术领域。近年来，虽然模拟音频产品在市场上仍占主流，但数字化潮流正在迅猛冲击和变昔模拟领域，数字技术促进了音视频、通信和计算机技术的融合，出现了业务上相互渗透、汇合，在音频产品和技术方面，音频广播仍以模拟技术为主，但各国正在积极开展数字音频广播的研究和实施。组合音响也在向小型和微型的数字化和组合、多声道环绕声方向发展。视频产品和技术方面，家用电视机有逐渐朝向大屏幕发展的趋势。人们正迎来数字电视时代。对于电缆电视而言，有两个重要的发展趋势，即网络化和数字化，总的趋势是向综合信息业务网方向发展

通信传输在向高速大容量长距离发展，光纤传输速率越来越高，波长从1.3μm发展到1.55μm并已大量采用。一个波长段上用多个信道的波分复用技术已进入实用阶段；光放大器代替光电转换中继器已经实用；相干光通信，光弧子通信已取得重大进展。这将使无中继距离延长到几百甚至几千公里。随着光纤技术的逐渐成熟，光纤技术在通信中的广泛应用，通信技术的带宽正在一点一点的变大，我们可以大胆的预计本世纪通信技术将向带宽化迈进。术上相互吸收、移植的现象，发展了一大批集合性产品和业务，即所谓的”家电产品信息化。

三、信息技术将会促使遥感技术的蓬勃发展

感测与识别技术它的作用是扩展人获取信息的感觉器官功能。它包括信息识别、信息提取、信息检测等技术。这类技术的总称是“传感技术”。它几乎可以扩展人类所有感觉器官的传感功能。传感技术、测量技术与通信技术相结合而产生的遥感技术，更使人感知信息的能力得到进一步的加强。随着信息技术的迅速发展，通信技术和传感技术的紧密集合，我们可以预知：遥感技术将会在农田水利、地质勘探、气象预报、海洋开发、环境监测、地图测绘、土地利用调查、灾害性天气预报、森林防火，尤其在地质找矿、森林和土地利用调查、气象预报、地下水和地热调查、地震研究、水利建设、铁路选线、工程地质及城市规划与建设等方面发挥更大的作用。

总结：

从以上各个方面综合来看，信息技术有一些共同的发展趋势。

(1)高速大容量。速度和容量是紧密联系的，随着要传递和处理的信息量越来越大，高速大容量是必然趋势。因此从器件到系统，从处理、存储到传递，从传输到交换无不向高速大容量的要求发展。

(2)综合集成。社会对信息的多方面需求，要求信息业提供更丰富的产品和服务。因此采集、处理、存储与传递的结合，信息生产与信息使用的结合，各种媒体的结合，各种业务的综合都体现了综合集成的要求。