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光電檢測技術論文范文1
（蚌埠學院 數(shù)學與物理系，安徽 蚌埠 233030）
基金項目：基金項目：專業(yè)結構調整服務地方發(fā)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(tǒng)環(huán)境污染檢測方法，光學測量方法以其無可比擬的優(yōu)勢廣泛應用于環(huán)境污染物的檢測及監(jiān)測，近幾十年來發(fā)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(fā)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(tǒng)），紫外差分光學吸收光譜儀（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(huán)境監(jiān)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(huán)境監(jiān)測中的應用，光學測量方法的最新發(fā)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(tǒng)；FTIR系統(tǒng)；LASAIR系統(tǒng)
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(xiàn)代科技的不斷更新與物質生活的高度發(fā)達，環(huán)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(huán)境污染帶來的沖擊，例如酸雨的侵害，霧霾天氣的影響，全球變暖導致的海平面上升等問題。傳統(tǒng)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(xié)作，甚至在檢測時都可能會產(chǎn)生環(huán)境污染物，越來越受到抵制。而光學測量方法在環(huán)境檢測方面，更能有效地避免這些弊端的產(chǎn)生。
在環(huán)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(xiàn)對水質的監(jiān)控。對于水體富營養(yǎng)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(chǎn)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(xiàn)對空氣的檢測，所以在環(huán)境監(jiān)測中用處并不大。這時人們聯(lián)想到，也可以通過光的其他特性來實現(xiàn)對環(huán)境的實時的監(jiān)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(huán)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(chǎn)生附加污染物，且在環(huán)境監(jiān)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(huán)境監(jiān)測中的應用
在現(xiàn)實生活中，我們最易受到水污染帶來的侵害，水體富營養(yǎng)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(huán)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(chǎn)者，繁殖速度很快。水體富營養(yǎng)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(jiān)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(yǎng)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(chǎn)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(huán)境監(jiān)測部門也利用這種方法對環(huán)境中的石棉塵（石棉纖維）進行監(jiān)測。
在受污染的水體中，培養(yǎng)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(jiān)測受精卵的孵出率，并觀察胚胎發(fā)育過程中畸形胎所占比重。
1.4 環(huán)境毒性測試
根據(jù)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(yǎng)藻類，用光學顯微鏡觀察，監(jiān)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(yōu)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(tǒng)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(jù)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(lián)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(jiān)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(qū)進行檢測。有機分子在紫外光譜區(qū)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(jīng)過多年探索研究后，發(fā)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(qū)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(fā)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(fā)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(yōu)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(jīng)取代了傳統(tǒng)光源的檢測地位。
3 光電檢測技術在環(huán)境監(jiān)測中的應用
雖然光學顯微鏡在水體污染的監(jiān)測中可謂嶄露頭角，但在空氣污染物的監(jiān)測中卻顯得捉襟見肘。空氣污染物通常指以氣態(tài)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(tài)系統(tǒng)具有很不好的效應，例如酸雨，霧霾等等。隨著光學的發(fā)展，光電檢測技術逐步應用到現(xiàn)實生活中，尤其在環(huán)境監(jiān)測中，以其獨特的優(yōu)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(fā)射電子、或電導率發(fā)生變化、或產(chǎn)生光電動勢等。這種因光照而引起物體特性發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為光電效應光電檢測系統(tǒng)以激光、紅外、光纖等現(xiàn)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(jīng)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(tǒng)）。
3.2 光電檢測系統(tǒng)在環(huán)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(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)測系統(tǒng)[8-9]。在寬帶監(jiān)測系統(tǒng)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(tǒng)）測系統(tǒng)可同時監(jiān)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(jiān)測系統(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雜混合物中直接區(qū)分開來”。但是，當寬帶監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)發(fā)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(jiān)測系統(tǒng)發(fā)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(jiān)測裝置。在目前的環(huán)境監(jiān)測中，寬帶監(jiān)測系統(tǒng)和激光監(jiān)測系統(tǒng)，這兩種類型的監(jiān)測裝置都有其應用。例如，F(xiàn)TIR監(jiān)測系統(tǒng)，它可提供對企業(yè)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(xù)實時監(jiān)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(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)就成為了理想的監(jiān)測系統(tǒng)。激光雷達像其它激光監(jiān)測系統(tǒng)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(tǒng)，因此，探索污染物的發(fā)源地，激光雷達系統(tǒng)是最好的檢測系統(tǒng)。諸如高空大氣層中臭氧的消耗情況，可以使用激光雷達系統(tǒng)進行計算機模擬繪圖。使用激光雷達系統(tǒng)提供大氣層中空氣分子成分分布的垂直剖面圖，可以對大氣傳輸和擴散過程有更透徹的了解。
DOAS系統(tǒng)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(jù)光的反射定律，光源發(fā)射的光波經(jīng)過某些物質后，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(shù)據(jù)庫中已知數(shù)據(jù)，與吸收光譜數(shù)據(jù)相比較，從而分析物質中存在的化合物種類。
LASAIR系統(tǒng)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(fā)射出的激光光波長，足以滿足吸收峰在中紅外區(qū)（320um的范圍內）的物質檢測，適合大多數(shù)的工業(yè)環(huán)境監(jiān)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(fā)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(fā)射對應吸收峰值波長的激光光源。
4 結束語
隨著時代而發(fā)展的光纖通訊和光電子信息技術被應用于環(huán)境監(jiān)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(jīng)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(jīng)過近30年的發(fā)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(jiān)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(huán)境監(jiān)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(tǒng)光源的地位[15]。研究結果表明，紅外半導體激光器的發(fā)射波長與很多環(huán)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(yōu)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(jù)其對環(huán)境的抗干擾能力強，經(jīng)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(yè)生產(chǎn)過程中檢測污染氣體方面。
從光學顯微鏡早期在環(huán)境監(jiān)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(jiān)測環(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)測儀器，如：激光監(jiān)測儀（DOAS系統(tǒng)），傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR監(jiān)測系統(tǒng)）。可以說，光學測量方法是隨著光學的發(fā)展而發(fā)展變化的。隨著量子力學的發(fā)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(xiàn)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(fā)展而日新月異。
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光電檢測技術論文范文2
關鍵詞：電子科學與技術；本科培養(yǎng)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(huán)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(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。這種產(chǎn)業(yè)化趨勢反過來對本專業(yè)的鞏固、深化、提高和發(fā)展起到積極的促進作用，也對人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。因此，本文從人才的社會需求出發(fā)，結合我校實際情況，進行了本科專業(yè)培養(yǎng)方案的改革探索，并詳細介紹了培養(yǎng)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(yè)的本科畢業(yè)生主要面向長三角地區(qū)龐大的微電子、光電子、光伏和新能源行業(yè)，市場對專業(yè)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(chǎn)業(yè)的分布不均，分類較細，且發(fā)展變化較快。另外，電子科學與技術產(chǎn)業(yè)結構具有多樣性，既有勞動密集型的大型企業(yè)、大公司，更多的是小公司和小企業(yè)；既有國有企業(yè)和私營企業(yè)，更有合資、獨資的外企。因此，社會需求與本專業(yè)畢業(yè)生的供需矛盾還會繼續(xù)存在。
二、專業(yè)的培養(yǎng)目標和定位
本專業(yè)培養(yǎng)具備微電子、光電子領域的寬厚專業(yè)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(tǒng)的新工藝、新技術研究開發(fā)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(chǎn)品、新技術、新工藝的研究、開發(fā)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(yǎng)特色，依據(jù)“卓越工程師”教育理念下工程技術型人才培養(yǎng)的原則，培養(yǎng)適應微電子和新興光電行業(yè)乃至區(qū)域社會經(jīng)濟建設需求的工程技術型人才。
三、本科培養(yǎng)方案制定的思路
電子科學與技術專業(yè)培養(yǎng)方案參照工程教育認證的要求，以及專業(yè)下設微電子、光電子材料與器件兩個本科培養(yǎng)方向的思路制定。注重培養(yǎng)學生的專業(yè)基礎知識和實踐工程能力，使畢業(yè)生能滿足長三角地區(qū)微電子、光電子和新能源行業(yè)發(fā)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(tǒng)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(yǎng)方案的改革探索
要實現(xiàn)電子科學與技術專業(yè)的培養(yǎng)目標，適應電子信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，并結合我校學科發(fā)展方向和特色，對電子科學與技術專業(yè)本科人才培養(yǎng)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(yè)的培養(yǎng)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(yè)人才培養(yǎng)方案，主要內容如下：
1.培養(yǎng)方案的模塊化設計。在設計電子科學與技術專業(yè)本科培養(yǎng)方案的整體框架時，根據(jù)“加強基礎、拓寬專業(yè)、培養(yǎng)能力”和培養(yǎng)工程技術型人才的辦學理念下，專業(yè)培養(yǎng)方案分人文與社會科學、專業(yè)基礎和專業(yè)課三個模塊，下設微電子和光電子材料與器件兩個專業(yè)方向。學生在前兩年學習相同的課程，到大三時根據(jù)自己的興趣選擇專業(yè)方向，選修各自方向的專業(yè)課。由于兩個方向的不同培養(yǎng)要求，因此在專業(yè)基礎選修課、專業(yè)必修課和專業(yè)選修課方面設置限選模塊，每個專業(yè)方向必須修滿相應的學分才能畢業(yè)。
2.改革專業(yè)基礎課程。專業(yè)基礎課程是為專業(yè)課程奠定基礎，因此，在保留了原有電子信息類專業(yè)通常所開設的電子類課程外，增加了與專業(yè)相關的課程，如EDA技術、通信原理、數(shù)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(tǒng)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(yè)基礎選修課程分方向限選模塊，兩個專業(yè)方向對應有不同的專業(yè)基礎選修課程。
3.優(yōu)化專業(yè)課程。專業(yè)課程是整個專業(yè)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(xiàn)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(yè)課程里面還設置有專業(yè)實驗，通過加強實驗環(huán)節(jié)，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(yè)人才培養(yǎng)的區(qū)別
具有電子科學與技術專業(yè)的各大高校分布在不同的地區(qū)，服務于不同的區(qū)域經(jīng)濟，這就要求專業(yè)學生的培養(yǎng)具有區(qū)域化、差異化。我們分析了杭州電子科技大學、浙江工業(yè)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(qū)、不同層次高校的電子科學與技術專業(yè)的培養(yǎng)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(fā)現(xiàn)與其他高校之間的差異。具體表現(xiàn)為以下幾個方面：
1.專業(yè)定位。各個學校的電子科學與技術專業(yè)依據(jù)自身的師資力量、辦學條件、區(qū)域經(jīng)濟要求確定專業(yè)的發(fā)展定位。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業(yè)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(yǎng)定位于能從事電子元器件、電子電路乃至電子集成系統(tǒng)的設計和開發(fā)等方面工作的工程技術人才。浙江工業(yè)大學的電子科學與技術專業(yè)主要培養(yǎng)光通信、電子電路系統(tǒng)、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(yè)定位在培養(yǎng)能夠在電路與系統(tǒng)、集成電路與系統(tǒng)等領域從事各類系統(tǒng)級、板級和芯片級研發(fā)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(yè)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(yè)特色。徐州工程學院的電子科學與技術專業(yè)主要定位在培養(yǎng)能從事光電子材料與器件開發(fā)的工程技術人才。而我校的電子科學與技術專業(yè)定位于服務長三角地區(qū)半導體和新能源行業(yè)，培養(yǎng)能從事集成電路設計與開發(fā)、光電子材料與器件的研發(fā)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(yè)培養(yǎng)學生設計、開發(fā)電子元器件、電子電路系統(tǒng)、電子集成系統(tǒng)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(tǒng)設計與實踐、集成電路設計、嵌入式系統(tǒng)原理和應用、現(xiàn)代DSP技術及應用等專業(yè)課程。浙江工業(yè)大學的電子科學與技術專業(yè)培養(yǎng)學生設計、開發(fā)電子電路系統(tǒng)、集成電路系統(tǒng)的能力，開設了電路原理、模電數(shù)電、通信電子線路、集成電路設計、光纖通信原理、光網(wǎng)絡技術、數(shù)字信號處理等專業(yè)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(yè)培養(yǎng)學生設計與開發(fā)電路與系統(tǒng)、集成電路與系統(tǒng)，從事各類系統(tǒng)級、板級和芯片級研發(fā)工作的能力，開設了信號與系統(tǒng)、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(yè)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(tǒng)綜合設計實驗等實驗類課程。南京理工大學培養(yǎng)學生從事光電子器件、光電系統(tǒng)和集成電路的設計、開發(fā)、應用的能力，開設了信號與系統(tǒng)、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(guī)模集成電路設計、光電子技術、顯示技術、光電檢測技術、數(shù)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(yè)課程。徐州工程學院的電子科學與技術專業(yè)培養(yǎng)學生設計與開發(fā)光電子材料與器件的能力，開設有信號與系統(tǒng)、光電子學、光電子技術、激光原理與技術、光伏材料等專業(yè)課程，以及模擬電路課程設計、數(shù)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(yè)主要培養(yǎng)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(shù)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(yè)課程，以及近代物理實驗、專業(yè)實驗等實驗類課程。
3.人才培養(yǎng)特色。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業(yè)的人才培養(yǎng)特色是注重集成電路設計、系統(tǒng)集成方面能力的培養(yǎng)。浙江工業(yè)大學的人才培養(yǎng)注重光纖通信、集成電路設計方面能力的培養(yǎng)。蘇州大學的人才培養(yǎng)注重電路與系統(tǒng)設計、集成電路與系統(tǒng)設計方面能力的培養(yǎng)。南京理工大學的人才培養(yǎng)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(yè)特色。徐州工程學院的人才培養(yǎng)注重光電材料與器件方面能力的培養(yǎng)。我校的人才培養(yǎng)注重電子材料與電子器件的設計與開發(fā)、集成電路設計方面能力的培養(yǎng)。
參考文獻：
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光電檢測技術論文范文3
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(fā)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(yè)在線檢測領域具有不可替代的地位。與傳統(tǒng)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(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。文獻[1]提出一種基于面陣 CCD 和激光輔助的測寬系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)，并對該系統(tǒng)參數(shù)的確定方法和系統(tǒng)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(tǒng)，并運用藍牙4.0技術實現(xiàn)圖像信息的傳輸。藍牙4.0整合包括傳統(tǒng)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(yōu)勢。
1 硬件系統(tǒng)組成
基于面陣CCD的非接觸測量系統(tǒng)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(shù)轉換獲得相應的數(shù)字信號，運用藍牙4.0技術實現(xiàn)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(jīng)放大和模數(shù)轉換從而實現(xiàn)圖像的獲取、存儲、傳輸和處理。根據(jù)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(tài)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(wǎng)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(tǒng)進行處理，就可以完全實現(xiàn)高精度、高分辨率檢測。①
圖1 測量系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)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(xù)工作達數(shù)年之久，這種技術即為藍牙4.0BLE。測量系統(tǒng)中，由CCD獲取的模擬電信號經(jīng)圖像采集模塊轉換為數(shù)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(xiàn)非接觸測量系統(tǒng)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(tǒng)藍牙有極大提高，可達60～100m。這些保證了測量系統(tǒng)的無線傳輸?shù)目煽亢透咝В泊蟠筇岣吡藨敉夥墙佑|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(tǒng)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(shù)據(jù)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(tǒng)中存在光學系統(tǒng)造成的誤差、環(huán)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(tǒng)，利用面陣CCD攝像機獲取被測物體的圖像，接著經(jīng)圖像采集模塊進行模數(shù)轉換，并通過藍牙無線傳輸技術傳送至計算機，再經(jīng)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)完全手冊[M].北京：化學工業(yè)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(tǒng)的實現(xiàn)[J].電子設計工程，2009.10：31-33.
光電檢測技術論文范文4
關鍵詞：儀器儀表工程；專業(yè)碩士；校企合作；聯(lián)合培養(yǎng)
中圖分類號：G643 文獻標識碼：A文章編號：1002-4107（2014）05-0086-02
一、校企聯(lián)合培養(yǎng)模式的特點
按著國家確立的儀器儀表專業(yè)領域碩士研究生培養(yǎng)目標，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)對研究生教育至關重要。結合工科研究生教育的實際，國內有學者提出在學位與研究生教育中影響創(chuàng)造能力培養(yǎng)的重要因素有：知識結構、實踐環(huán)節(jié)、科學方法、個性培養(yǎng)、管理工作[1]；也有學者針對全日制工程碩士教育提出，培養(yǎng)具有創(chuàng)新活力的未來工程師需要合理的師資隊伍結構，未來工程師應該依靠工程師與科學家共同培養(yǎng)。應該探索工程型科學家與科研型工程師合理配比的雙師型師資結構[2]。西方發(fā)達國家與國內創(chuàng)新教育有所不同，譬如美國研究生學術能力培養(yǎng)的特點可概括為：重視基礎理論，強化學科間滲透；注重探索精神和研究能力的培養(yǎng)；有具體的學術標準和良好的學術氛圍；學術自治和社會監(jiān)督[3]。為了保證實現(xiàn)培養(yǎng)目標的同時，突出專業(yè)研究生實踐開發(fā)特色和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，東北石油大學電子科學學院和大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司共同啟動了校企聯(lián)合培養(yǎng)模式，針對儀表工程領域工程碩士專業(yè)業(yè)務素質培養(yǎng)進行了一系列的探索與實踐，集中概括為三個方面：第一，為確保研究生具備從事本專業(yè)設計開發(fā)所必需的扎實理論基礎和優(yōu)化知識結構，結合實際建立了一套特色鮮明的課程體系；第二，為確保研究生歷經(jīng)嚴格的專業(yè)訓練以提升其研發(fā)能力，建立了嚴格的學位論文質量保證體系；第三，為確保研究生綜合素質的提升，建立了高效的研究生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)機制。
二、特色鮮明的課程體系
課程體系的構建是校企聯(lián)合培養(yǎng)模式中十分重要的環(huán)節(jié)，事關研究生培養(yǎng)質量。根據(jù)國家儀器儀表工程碩士學位標準，為了保證學習基礎突出、理論與實踐相結合、前沿技術與現(xiàn)實需求結合的培養(yǎng)特色，構建課程體系要明確本專業(yè)的辦學定位，即掌握儀器儀表學科的基本理論和相關工程技術，了解本學科的歷史、現(xiàn)狀和國際上的學術動態(tài)，掌握一門外語并能閱讀本專業(yè)的外文資料。培養(yǎng)學生具有較好的專業(yè)理論基礎，能較熟練運用相關專業(yè)技術從事儀器儀表工程開發(fā)或實際應用。要求學位獲得者掌握所從事工程領域的堅實的基礎理論和寬廣的專門知識，具有解決儀器儀表工程領域實踐問題的先進技術方法和現(xiàn)代技術手段。在明確辦學定位基礎上，結合培養(yǎng)目標和專業(yè)特色研究確定課程體系。具體課程規(guī)劃為公共必修課、專業(yè)必修課、必修環(huán)節(jié)和選修課四個模塊。按著培養(yǎng)方案要求每人修業(yè)不低于30學分，該課程體系突出現(xiàn)代傳感技術、光電檢測技術、智能信息處理技術、虛擬儀器技術四大研究方向。研究生可以根據(jù)自身研究方向自行選定選修課程，也可以根據(jù)課題需求和自身愛好跨專業(yè)選課，研究生有權自由選擇集中修業(yè)或跨學年修業(yè)。研究生參加全國電子設計大賽并榮獲獎勵的可以置換智能儀器設計實踐學分。
三、“四位一體”的學位論文質量保證體系
針對儀器儀表專業(yè)領域碩士研究生校企聯(lián)合培養(yǎng)，歷經(jīng)探索形成了以研究生為主體、導師為引領、平臺為基礎、項目為依托“四位一體”的學位論文質量保證體系。
第一，突出研究生的主體地位和作用。研究生是學習的主體，是創(chuàng)新設計的主體，更是受教育的主體。其知識結構、理論基礎、思維模式、實踐技能等內在素質和研究態(tài)度、工作熱情、勤奮程度等外在體現(xiàn)都是決定學位論文質量的內在因素，這些都需要導師對其研究生有充分的了解并經(jīng)常予以高度關注。為此在校企聯(lián)合培養(yǎng)模式下采用了雙導師制，研究生在校理論學習期間，主要由高校的導師負責理論學習指導和綜合素質考核，進入企業(yè)從事課題研究過程中主要由企業(yè)的導師負責指導開發(fā)實踐。無論校內還是校外均以任務化管理的方式提供給研究生最大化的自由度和獨立研發(fā)空間。事實證明，這更有利于發(fā)揮學生自主創(chuàng)新思維。
第二，充分發(fā)揮導師的引領作用。雙導師作為創(chuàng)新培養(yǎng)體系的特征體現(xiàn)，在導師和研究生之間建立一種新型的“導學”關系，導師即要當好向導，引領學生朝著正確的方向前行，使學生在探索創(chuàng)新的路上不至于迷茫；導師又要當好伴侶，從思想層面上陪伴著學生，使學生在攀登科學高峰的進程中不感到寂寞和孤單。目前儀器儀表專業(yè)聘請校內導師12人、企業(yè)兼職導師5人，采取兩種選配方式：其一是由校內教授擔任主導師，企業(yè)高級工程師為副導師；其二是由企業(yè)教授級高級工程師主導師，校內年輕的副教授擔任副導師。無論哪種方式，主導師都要負責培養(yǎng)計劃的制訂并提供論文研究課題，副導師配合主導師完成對研究生的指導任務。雙導師配備原則主要考慮主副導師是否有深入合作研究的背景，是否能夠真正形成理論研究與實踐開發(fā)兩者優(yōu)勢互補。除此之外，有計劃地引進和培養(yǎng)青年后備人才，將青年博士列入后備導師團隊，形成導師梯隊。近五年本學科引進博士5人，在職培養(yǎng)博士7人，在讀博士12人，這些對于強化導師隊伍建設至關重要。
第三，加強平臺基礎建設，充分利用各級各類平臺為研究生研究課題和創(chuàng)新實驗提供實驗條件。目前儀器儀表專業(yè)主要依托油氣田控制與動態(tài)監(jiān)測黑龍江省重點實驗室和黑龍江省高校校企共建測試計量技術及儀器儀表工程研發(fā)中心，并與大慶油田測試技術服務分公司共建研究生創(chuàng)新設計培養(yǎng)基地。
第四，依托重大研究課題并結合生產(chǎn)實際精選研究生論文研究項目。校企聯(lián)合培養(yǎng)的研究生學位論文課題都是源于國家油氣重大專項、國家自然基金項目、黑龍江省自然基金、石油天然氣總公司計劃項目等課題。其主體研究方向面向油田生產(chǎn)測井及計量儀器儀表的現(xiàn)代傳感器研制。
四、“一個面向、三個結合”，實踐創(chuàng)新能力校企聯(lián)合培養(yǎng)機制
為了提高研究生實踐創(chuàng)新能力，建立了校企聯(lián)合培養(yǎng)機制。為此采取了一系列的手段與措施，突出體現(xiàn)一個面向、三個結合為特色的校企聯(lián)合兩段式教育培養(yǎng)模式。其中，一個面向特指儀器儀表專業(yè)研究生論文選題面向油田生產(chǎn)實際；三個結合特指具體研究開發(fā)與本專業(yè)研究方向密切結合、與高級別科研項目密切結合、與先進實驗裝置密切結合。校企聯(lián)合兩段式教育形式上體現(xiàn)為理論學習階段在校內，實踐開發(fā)階段在企業(yè)。校企聯(lián)合兩段式教育的內涵要充分利用儀器儀表工程學科特有優(yōu)勢，發(fā)揮研究生創(chuàng)新培養(yǎng)基地的作用，按高級工程技術人才培養(yǎng)模式，與行業(yè)企業(yè)深度合作，與油田生產(chǎn)測試及標準計量密切結合的儀器儀表研發(fā)課題密切結合，形成儀器儀表工程專業(yè)學位研究生的校企聯(lián)合共同培養(yǎng)的教育模式。
具體操作上，第一，堅持論文選題與油田生產(chǎn)實際相結合。東北石油大學電子科學學院與大慶油田測試技術服務分公司共建研究生創(chuàng)新設計培養(yǎng)基地，因此，只有選擇面向油田生產(chǎn)實際與儀器儀表工程相結合的課題，才能將研究生真正置于校企聯(lián)合培養(yǎng)教育模式之中。第二，研究生要深入導師科研團隊參與高級別項目研究：校企聯(lián)合培養(yǎng)模式中雙導師制的具體落實，集中體現(xiàn)在對于研究生的教育培養(yǎng)，而雙導師之間的分工與配合顯得尤為重要。對于研究生而言，必須深入導師科研團隊參與高級別項目研究，才能以更加寬闊的視野面對技術領域高深問題，在實踐中更有效地鍛煉和培養(yǎng)自身的科研開發(fā)能力，快速提升思維能力。第三，研究生要深入開發(fā)現(xiàn)場親歷創(chuàng)新實踐。只有深入開發(fā)現(xiàn)場才能深入了解企業(yè)需求，進而才能進一步實踐創(chuàng)新。測試的核心技術是傳感器技術，油田測試領域的傳感器有其鮮明的特色，必須在苛刻的尺寸限制下實現(xiàn)井下各參數(shù)的測量，必須適應井下的惡劣環(huán)境。因此，只有深入企業(yè)了解生產(chǎn)實際，才能有針對性地開展現(xiàn)代傳感技術及儀器研究，以提高測試水平，更好地為油田開發(fā)服務。否則，其研究成果將無法與生產(chǎn)實際對接，自然也無法參與創(chuàng)新設計。
通過三年儀器儀表工程專業(yè)碩士研究生校企聯(lián)合培養(yǎng)模式的探索與實踐，結合自身的辦學條件及合作企業(yè)的生產(chǎn)實際，尋求出一條有效路徑，從而進一步明確了培養(yǎng)目標；構建了一套科學的課程體系；明確了以研究生為主體、導師為引領、平臺為基礎、項目為依托“四位一體”的學位論文質量保證體系；突出體現(xiàn)儀器儀表專業(yè)研究面向油田生產(chǎn)實際、與本專業(yè)研究方向密切結合、與高級別科研項目密切結合、與先進實驗裝置密切結合的提高研究生實踐創(chuàng)新能力手段與措施。盡管因合作企業(yè)突出的行業(yè)特點和自身的企業(yè)文化，致使該校企聯(lián)合培養(yǎng)模式更多體現(xiàn)出個性化的特征，但仍有一定的推廣價值。今后，將繼續(xù)深入研究和不斷實踐，使得接續(xù)研究成果有更加廣泛的應用性。
參考文獻：
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收稿日期：2013-10-05
作者簡介：劉祥樓（1963―），男，黑龍江訥河人，東北石油大學電子科學學院教授，博士，主要從事多維信息處理、生物識別及虛擬儀器工程研究。
