光学与光电技术范文篇1

从“离网”向“并网”的跨越

光伏并网发电是当今世界光伏发电的主要发展方向，是光伏技术步入大规模发电阶段，成为电力工业组成部分之一的重大技术步骤。许多统计资料表明，近几年来世界光伏并网发电市场发展迅速，光伏并网发电的装机容量从1996年的7MWp上升到2000年的140MWp，光伏并网发电在光伏行业中的市场比例也从1996年的10％上升到2000年的50％，2007年光伏并网发电的市场比例已达到80％。而在中国，光伏发电也将在未来的电力供应中扮演重要的角色，其累计装机容量预计至2010年将达600MWp，2023年将达到30GWp，2050年将达到100GWp。根据电力科学院预测，到2050年，中国可再生能源发电将占到全国总电力装机的25％，其中光伏发电则占到5％。显而易见，光伏并网发电已经是大规模光伏发电的主要趋势。

早在上世纪80年代，合肥工业大学已经开展起太阳能光伏与风力发电技术的研究，张兴就是在那个时候走入合肥工业大学校门的。在这所留下他半生印记的学校里，不仅走过了从学士到博士的求学之路，而且也撇下了攻关，探索的辛勤汗水。他对太阳能光伏发电技术的研究，源于1997年新疆新能源研究所原所长王国华研究员在合肥工业大学的一次讲学。在那次讲学中，张兴对欧美日等发达国家正在兴起的光伏并网技术产生了浓厚的兴趣，当时，我国的光伏发电技术与产业还是针对技术相对落后的光伏离网系统，很少有人关注技术新颖且有一定难度的光伏并网技术。尽管深知其中的挑战，张兴却从未想过低头，他抓住光伏并网系统中的并网逆变器这一核心技术，开始了潜心的研究。经过一年多的努力，他终于成功研制了500W光伏并网样机。在1998年的全国光伏年会上，该样机一经展出即引起了同行的高度关注。在此基础上，1999年，张兴教授又与新疆新能源研究所开展了技术合作，共同承担起自治区的科技攻关项目。当时，逆变电源专家曹仁贤创办的合肥阳光电源有限公司起步不久，虽然主打产品主要是离网型光伏逆变器，但他还是给予了这一项目充分的肯定和支持。在共同的努力下，该项目组于2000年成功开发出3kW工程化样机，并在新疆鄯善县成功地进行了应用测试，取得了预期性能。随之，在经过一年多的试运行之后，2001年，该项目顺利通过了新疆维吾尔自治区组织的专家鉴定，得到了一致的好评。

而正是这个项目的成功，拉开了张兴教授与合肥阳光电源有限公司产学研合作的帷幕。此后，国家“十五”科技攻关项目“并网光伏发电用系列逆变器的产业化开发”、科技部新能源行动计划项目等诸多科技攻关项目在他们的携手并进下，得以产业化实践，同时建造了多个并网光伏示范电站，其中，科技部新能源行动计划项目“60kW光伏并网系统的应用与研究”项目获得新疆维吾尔自治区科技进步二等奖。

与“阳光”同行

“阳光”，一个听起来倍感明媚的词语。而在电源领域，这一个词语则让人联想起我国知名的新能源发电电源专业制造商――合肥阳光电源有限公司(以下简称“阳光电源”)。

自1997年成立以来，阳光电源专注于可再生能源发电产品的研发与生产，囊括了光伏发电电源、风力发电电源、回馈式节能负载、电力系统电源等系列产品，曾成功参与北京奥运鸟巢、上海世博会、三峡工程，全球环境基金可再生能源项目、西班牙MaIaga5MW大型光伏电站，英国和法国小型风力并网发电项目、青藏铁路等重大工程，获得了国内外业界的一致好评。多年来，阳光电源先后获得“安徽省优秀民营科技企业”、“安徽名牌产品”、“优秀创新企业”，“安徽省‘115’产业创新团队”、国家发改委REDP项目“技术进步优秀项目奖”，“太阳能光伏产品金太阳认证”等荣誉，是安徽省可再生资源电源工程技术研究中心依托单位、安徽省研究生产学研示范基地。

同样，经过二十余年的努力，合肥工业大学在太阳能光伏与风力发电技术等可再生能源发电技术方面也取得了长足的进展，如今，不仅拥有电力电子与电力传动部级重点学科、教育部光伏工程研究中心，还进入了国家培育优势重点学科的“111计划”，成为“可再生能源并网发电部级创新引智基地”。而在可再生能源并网发电技术的科学研究中，张兴教授与阳光电源的产学研合作尤其值得称道。

从1999年共同开展新疆维吾尔自治区的科技攻关项目开始，他们的产学研合作已经整整十年。十年间，他们联手创造了不少成绩，近年来更是成果选出。

“上海电力局奉贤10kW光伏屋顶示范工程项目”属于上海电力局新能源发展计划项目，工程于2003年3月建成并投入运行，2004年7月通过专家鉴定，是上海首个全部采用国产化技术的光伏屋顶并网示范系统，该系统所用的1台10kW三相并网逆变器即由张兴课题组与阳光电源联合研制。

他们合作的“并网光伏发电用系列逆变器的产业化”项目是国家科技部“十五”科技攻关项目，该项目于2005年2月通过科技部的专家鉴定。其成功研发解决了并网光伏系统的关键部件逆变器的产业化难点，推进了我国并网光伏发电产业的发展，如今，该项目系列产品已在阳光电源实现了产业化，并定型了多种规格的并网逆变器产品。

随即，在国家科技部新能源行动计划项目“新疆乌鲁木齐大型光伏并网工程”研发中，张兴课题组承担起72台60kW并网逆变器的系统及控制设计任务，而阳光电源则对逆变系统的制造，现场安装与调试工作进行了全权负责。2004年12月，该工程完满建成并投入运行，2006年3月，通过科技部验收及专家鉴定。经鉴定，该项目采用可调度型并网发电结构，并具有并网发电、蓄电池充放电和独立逆变三重运行功能，省略了常规的充电控制器，简化了系统结构，大大提高了光伏并网发电系统的性价比，是当时新疆地区最大且功能最为先进的光伏并网示范工程，其成果被授予新疆维吾尔自治区科技进步二等奖。

此外，在“上海生态示范园光伏屋顶工程”、安徽省科技攻关项目“合肥阳光电源30kW光伏屋顶示范工程项目”以及

科技部科技攻关推广项目“上海崇明30kW光伏屋顶示范工程”研发中，他们的表现也不负众望。

“非常”追求

电力电子与新能源应用技术的多年研发、与阳光电源十年的产学研合作，点点滴滴的付出，张兴教授用自己的智慧和汗水写出了一个不一般的科研生涯。

在风力发电研究方面，其MW级变流器作为核心技术一直被外国垄断，其国产化的路途极其艰辛和富有挑战性，2004年，张兴教授与阳光电源再度联手进行科技攻关，他们首先完成了安徽省“十五”科技攻关项目“风力发电用交直交并网变流器”，并获得安徽省2006年度科技进步二等奖。接着，作为课题负责人之一，张兴教授与阳光电源联合申报并获得了“十一五”国家科技支撑计划“大功率风电机组研制与示范”的两个重大项目的资助――“15MW以上直驱式风电机组控制系统及变流器的研制与产业化”与“1，5MW以上双馈式风电机组控制系统及变流器的研制与产业化”。经过大家不懈的努力，目前，MW级双馈型与直驱型风机变流器基本实现了产业化，部分机型已经批量向整机厂商供货。

在柔性直流输电变流与控制研究方面，张兴教授着眼于柔性直流输电技术与风力发电相结合，对安徽省自然基金项目“电网异常条件下风场柔性直流输电网侧变流器控制策略研究”进行了攻关研究。与此同时，在合肥工业大学本科评建项目的支持下，他自主研发成功了一套15kW柔性直流输电变流及控制系统研究平台。

在PWM整流器技术研究方面，张兴教授完成了包括HT--7u超导托卡马克等离子移快控电源、蓄电池双向馈电电源、背靠背双向变流器等多项研究成果，并在其博士学位论文基础上，由“电气自动化新技术丛书”编委会资助并由机械工业出版社出版了《PWM整流器及控制》学术专著，该学术专著在新能源并网发电的逆变器研究与应用领域得到了学术界专家学者的肯定并被广泛引用。

在积极进行科研攻关的同时，张兴教授还将大量精力投入到特色实验室建设中。2006年，他主持完成了“合肥工业大学风力发电变流器及其控制实验室”的建设，其主要包括“250kW中低压双馈、交流异步全功率风力发电驱动平台”、“永磁同步直驱风力发电驱动平台”，以及分布式发电系统中的“风力发电模拟平台”，“柔性直流输电变流及控制系统研究平台”等。而他与阳光电源合作，还为该公司建成了“2MW双馈型风力发电变流器试验平台”、“2MW同步直驱风力发电变流器试验平台”。这些实验研究平台基本上涵盖了张兴教授及其团队近年来的大部分成果，在这些成果的基础上，经过深入地自主研制，这些平台已经开始发挥各自的功用，不仅大大促进了合肥工业大学新能源应用及其电力电子研究技术的发展，使其成为全国高校风力发电变流器研究条件一流的单位，也为国家支撑项目的取得与完成提供了良好的研究条件与基础。

经过多年的拼搏，张兴教授不仅在风力、太阳能并网发电的变流器技术的研究和工程应用方面取得众多的成果，积累了大量研究与工程经验，同时也为阳光电源以及电力电子行业输送了一批高素质人才。从当年初次涉足光伏并网发电技术，到如今的MW级风电变流器的研制成功，在太阳能光伏并网、风力发电变流控制与驱动领域的多年研究，使他和团队得到了锤炼和成长，逐渐发展为一支拥有2名教授、2名副教授、3名博士毕业的青年科研骨干教师以及近30名博士、硕士研究生的优秀团队，在一起，他们总是能形成一股强大的科研力量。而与阳光电源长期的优势互补合作，其科研水平经受了考验，更是得到了升华。

光学与光电技术范文篇2

关键词：光电技术及应用；教学改革；因材施教；科研与教学相结合；教学模式

中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2012）04-0115-02

一、课程改革背景及意义

1960年激光器的诞生，推动了光电子技术的飞速发展，使得光电子技术逐渐成为高新科学技术领域的先导和核心，在科学技术、国防建设、工农业生产、交通、邮电、天文、地质、医疗、卫生等国民经济领域获得了日益重要的应用[1]。作为光学与电子学的交叉学科，《光电技术及应用》的教学和研究工作也逐渐被国内外高校和科研机构所重视，以光电技术为基础的新课题、新理论、新方法、新技术、新材料、新应用正在并将不断涌现。为满足这种不断涌现的发展需求，国内高校纷纷在通信类、电子类、物理类等相关专业中开设《光电技术及应用》课程，该课程能有机地衔接《光学原理》、《激光技术及应用》、《传感器原理》、《电子测量技术》、《电子线路基础》等课程，拓展学生的思维宽度，培养学生在分析和解决问题时的发散思维能力[2-4]。为响应我校关于工科类专业课程教学改革的号召，在西华大学电气信息学院相关领导的支持下，课题组对《光电技术及应用》课程的教材、课时、教学模式等展开了深入研究，取得了一定成绩。下面就目前教学中存在的问题，教学改革建议等进行介绍和分析：

二、教学中存在的问题

结合课题组多年讲授《光电技术及应用》的实践经验和兄弟院校授课教师的交流，发现在目前的教学过程中，普遍存在以下几个问题：

1.很难选择到一本合适的教材。近年来出现了不少《光电技术及应用》方面的优秀教材和著作，为推动我国光电子技术专业的教学和科研以及光电产业的发展做出了重要的贡献。然而要选取一本非常合适的教材却并不是一件容易的事。原因在于：目前很多教材缺乏系统性、完整性，不能给学生一个全面、简单的认识；教材的更新速度跟不上光电子技术的高速发展速度，教学内容陈旧，缺乏新颖性，提不起学生的学习兴趣；大多数教材过于注重光学理论知识和公式推导，对于实际应用介绍过少显得空洞，导致学生不知道学完这门课程以后能有什么具体工程应用。

2.有限的课时量和丰富的教学内容之间很难平衡。《光电技术及应用》课程的教学内容多、知识面广，涉及到光学、电子学、传感器、微电子学、半导体学、计算机学等学科，具体包括基本光学原理、光电探测器件、光电成像器件、光电发射器件、激光器及应用、光纤通信技术、光电检测技术、光电信号处理等内容[5-6]，而该课程在大多数高校都是作为专业课或专业选修课的形式开设的，学时量十分有限，甚至有的学校仅32个学时。如何在有限的学时内，处理好“广度”和“深度”之间的关系是一个必须解决的问题。

3.教学模式过于陈旧。目前，被广泛采用的教学模式就是PPT或黑板板书，缺乏教师和学生之间的互动环节，学生的积极性得不到很好的调动。如何引导学生由被动学习转变成主动学习，是另一个重要问题[7]。

三、教学改革建议

针对教学过程中存在的几个突出问题，结合课题组多年的教学实践经验和历届学生的反馈意见，提出以下建议：

1.因材施教，并以讲座形式更新教学内容。学生是整个教学活动的主体，在选取教材的时候，必须充分考虑学生的实际情况，如先修课程是否充足？学生的专业构成？物理类、光学类专业学生的光学基础较好，在实际应用方面有所欠缺。测控类、通信类专业学生的工程实践能力较强，在光学原理方面有所欠缺。每个学校的实际情况又不尽相同，如何正确引导和平衡他们的优缺点是值得研究的。建议教师结合自己学校学生的功底和先修课程，参考历届学生毕业设计及就业状况，编写合适的教材，做到因材施教。为解决教材更新慢的不足，建议结合自身的科研经验，以讲座的形式更新教学内容，使学生了解光电技术领域的前沿知识，如MEMS器件及应用、DSP与光电检测系统的交叉结合、微光学与微电子的交叉结合等。

2.保留经典理论，侧重工程应用，培养学生分析和解决问题的能力。在有限的课时内，要做到面面俱到是不可能的.在教学过程中必须对教材进行合理的取舍，建议教师要根据专业特点及学生基本情况，构建合适的知识体系，既要注重经典的理论，如黑体辐射三大定律、光电发射第一定律、光电发射第二定律等，又要突出应用性强的特点，如光电技术在机械（表面粗糙度检测、CT探伤）、环境保护（大气质量监测、水质污染监测）、生物医学（生物芯片、光电式血糖分析仪）、军事（光电制导、激光雷达）等领域的应用。适当地删除教材中过于陈旧的知识点和与先修课程中重复的知识点，同时要注意各个知识点之间的衔接关系，形成一个相对完整的知识结构。对于实验课学时应适当增加，针对那些对光电技术感兴趣的学生，建议他们提前进入实验室参加相关的科研工作，选择相关课题作为自己的毕业设计题目，这样既能满足他们的兴趣，培养动手能力，又能作出高质量本科毕业设计。

3.充分利用多媒体技术和网络技术，丰富教学模式。在传统的教学模式中，教师占据主导地位，以PPT和板书的方式进行授课，忽略了学生的主动性，不利于调动学生的思考积极性。经调查发现在PPT制作过程中，多使用Flash技术，直观简单，会使学生注意力更集中[8]。与此同时充分利用网络技术和学生展开互动，将电子版的讲义、教材、教案以及补充的相关知识到网上。定期在网上设定讨论主题，一般为近年来光电技术领域的研究热点，小组讨论，最后形成报告，可作为平时成绩的参考依据。通过这种教学模式，可锻炼学生独立思考问题、分析问题、解决问题的能力，对准备进一步深造硕士或博士学位的学生十分有利。

三、结论

《光电技术与应用》课程的教学改革是一个系统、持续的工作。作为一门应用性极强的课程，它的更新速度极快，近年来随着光电子和半导体技术，尤其是微电子的飞速发展，光电技术也在不断发展和进步，新理论、新技术、新应用不断出现，这就要求教师不断更新自己的知识结构，跟踪光电技术领域的前沿知识，更新自己的授课内容。通过优化教学内容，删去陈旧的知识点；结合科研的实践经验，做到教学和科研相互促进，激发学生的学习兴趣，变被动学习为主动学习；改进教学手段，将课堂教学和实际应用相结合，从而达到《光电技术与应用》课程教学改革的目的。

参考文献：

[1]石顺祥，过已吉.光电子技术及其应用[M].成都：电子科技大学出版社，2000.

[2]陈元枝.“光电检测技术”课程的教学体会[J].桂林电子科技大学学报，2007，13（5）：425-427.

[3]崔岩.光电子技术课程的教学体会[J].科技教育创新，2009，（6）：259-260.

[4]张婷.《光电技术》教学改革的探索与实践[J].教育理论与实践，2011，（6C）：39-40.

[5]郭培源，付扬.光电检测技术及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[6]王庆有.光电技术[M].北京：电子工业出版社，2005.

[7]王建军.信息时代教学创新模式的探索[J].教育理论与实践，2009，（11C）：3-4.

光学与光电技术范文篇3

关键词：光电检测技术；精密测量技术

中图分类号：TN247文献标识码：A文章编号：

1.概论

世界已进入信息时代，人们在利用信息的过程中，首先要解决的就是获取可靠的信息，因此传感器技术越来越受到人们的重视。而随着传感器技术的发展，传感器所要面向的应用范围从纳米尺度到天文尺度两段都在不断扩展，精密测量技术已经得到了越来越多的研究和重视，这就使得作为现代精密测量的核心技术的光电检测技术的重要性与日俱增，因为传统的检测方法已经无法满足这些工作条件下的特殊要求。因此，光电检测技术的教学和研究已越来越受到国内为高等院校、科研机构和相关企业的重视。

现在一起科学技术是机械、光学、电学、计算机以及控制技术的综合化，光、机、电、算一体化已经成为仪器发展的趋势。传感器的微型化、纳米技术的发展，也对现代精密测量技术提出了越来越高的要求。在这种情况下，光电检测技术的重要性越来越明显。然而，在目前的测控技术月仪器体系中，光电检测技术的重要性并没有得到足够的重视。本文首先介绍了现代精密测量技术的发展现状，随之介绍了光电检测技术的基本内容及其面临的问题，最后提出应当突出光电检测技术的重要性，使之在测控技术与仪器专业体系中占有重要地位，这对培养具有创新能力和前瞻意识的高素质人才具有良好的促进作用。

2.现代精密测量技术的发展现状

现代精密测量技术是一门集光学、电子、传感器、图像、制造机计算机技术为一体的综合叉学科，涉及广泛的学科领域，它的发展需要众多相关学科的支持。在现代工业制造技术和科学研究中，测量仪器具有精密化、集成化、智能化的发展趋势。

科学技术向微小领域发展，由毫米级、微米级继而涉足到纳米技术，即微/纳米技术。微/纳米技术研究和探测物质结构的功能尺寸与分辨能力达到微米至纳米级尺度，使人类在改造自然方面深入原子、分子级纳米层次。

纳米级加工技术可分为加工精度和加工尺度两方面。加工精度由本世纪初的最高精度微米级发展到现在的几个纳米数量级。金刚石车床加工的超精密衍射光栅精度已达1nm，实验室已经可以制作10nm以下的线、柱、槽。

在这一大背景下，传统的测量方式已经很难发挥大的作用。因此，与精密测量技术的发展需求相对应，光电检测技术得到了越来越多的重视和应用。由于光电检测技术在工业测控、精密测量和计量方面的重要作用，特别是随着社会对产品质量意识的逐步提高。

3.测控技术与以其专业及其只是结构组成

测控技术与仪器技术隶属于信息技术领域的仪器科学与技术学科，其内容主要涉及测量控制与仪器仪表技术领域。随着科学技术尤其是电子信息技术的飞速发展，测量控制欲仪器仪表技术领域也发生了很大的变化。其自身结构已从单纯机械结构或机电结合或机光电结合的结构发展成为集传感技术、计算机技术、电子技术、现代光学、精密机械等多种高新技术于一身的系统，其用途也从单纯数据采集发展为集数据采集、信号传输、信号处理以及控制为一体的测控国产。特别是进入21世纪以来，随着计算机网络技术、软件技术、微纳米技术的发展，测量控制与仪器仪表呈现出虚拟化、网络化和微型化的发展趋势，从而使仪器科学与技术学科的多学科综合及多系统集成的属性越来越明显。

由此可见，测控技术与仪器专业的学生其知识面必须比较宽，横跨了传感器、通讯、控制、计算机等多方面的内容。

光电检测技术的简介

技术的业务培养目标是：培养具备精密仪器设计制造以及测量与控制方面基础知识与应用能力，能在国民经济各个部门从事测量与控制领域内有关技术、仪器与系统的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理等方面的高级工程技术人才。

技术的业务培养要求是：主要学习精密仪器的光学、机械与电子学基础理论、测量与孔子理论和有关测控仪器的设计方法，手奥现代测控技术和仪器应用的训练，具有本专业测控技术及仪器系统的应用级设计开发能力。

光电检测技术的基本内容及其面临的问题

光电检测技术是测控技术与仪器专业能使技术人员了解和掌握光电转换的基本原理及光电检测技术所必须的各种知识，了解和掌握常用光电测量方法及常用测量仪器的使用，具备进行各种基本光电测量所需技能和设计简单光电检测电路的能力。

光电检测技术基本内容包括三方面的内容。

掌握与光电技术有关的基础知识、基本原理和基础效应。如：阴极光电效应，半导体光电效应，PN结的光电效应：光电池及光电二三极管工作原理，光电成像原理，CCD工作原理，直接检测的典型光路。

理解光电技术的基本应用。了解常用光电器件如光电培正管、摄像管、CCD器件、光电池、光电二三极管等的特性参数。了解基本光电检测系统的主要参数。

了解光电检测的基本方法及光电检测电路的设计思想。了解光电技术的发展及广泛应用。掌握各种基本光电检测方法的有关技术。

6.光电检测技术在测控技术与仪器专业体系中的作用

综上所述，《光电检测技术》课程在测量控制与仪器仪表技术领域的重要性在不断增加。然而，在目前的测控技术与仪器专业课程体系中，《光电检测技术》课程的重要性并没有得到足够的重视。因此，我们需要对《光电检测技术》在测控技术与仪器专业课程体系中的作用进行重新认识。

光电检测技术在测控技术与仪器专业课程体系中的作用可以概括为四个字：承前启后。“承前”是指光电检测技术是传感器技术、工程光学、测控电路等内容的深入和拓展，“启后”则是指光电检测技术的内容是后续如光电仪器设计、智能仪器设计等环节的重要知识基础。没有对光电检测技术知识的良好掌握，要实现对各种现代精密测量技术的整体把握、实现符合要求的具有良好性能价格比的精密测量系统是不可能的。

7.结束语

因此，本文认为，在测控技术与仪器技术学习中，应当突出光电检测技术的重要性，在实验设备、授课学时、人员配置、科研技术等方面予以重点支持，使之在测控技术与仪器专业课程体系中占有与其在测量控制与仪器仪表技术领域的重要性相称的重要地位，这对于培养具有创新能力和前瞻意识的高素质人才具有良好的促进作用。

参考文献：

[1]叶声华，王仲，曲兴华。精密测试技术展望。机电一体化。2001，6:6―7.

[2]曲兴华。仪器制造技术。北京：机械工业出版社，2005.