光电检测技术论文范文1
关键词：认知理论；布鲁纳；光电检测技术；专业课教学
作者简介：莫文琴（1978-），女，湖北武汉人，中国地质大学（武汉）机械与电子信息学院，讲师；晋芳（1978-），女，湖北武汉人，中国地质大学（武汉）机械与电子信息学院，副教授。（湖北 武汉 430074）
基金项目：本文系中国地质大学（武汉）研究生培养模式与教学改革基金（编号：CUGYCXK0820）和中国地质大学（武汉）中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（编号：CUGL110222）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）04-0076-02
认知学习理论是通过研究人的认知过程来探讨学习规律的理论。认知理论主要包括：人是学习的主体，学习不是通过练习和强化形成的，而是通过顿悟与理解获得；学习可以看成学生个体构建自己的认知体系的过程；教学要关心学生学习过程的主动性及学生对知识意义的建构。[1，2]认知学习理论不仅重视人的主体性，而且准确把握了学习的基本过程及其规律。布鲁纳认知理论是现代认知理论的代表，他强调认知学习与认知发展，提倡发现学习，倡导结构主义教育。“光电检测技术”是一门综合性很强的专业课，涉及了光学、电子和计算机等多门学科，也是现代检测技术重要的发展方向。由于该课程基本知识点多、应用性较强，如何提高教学质量是该课程教师所共同关注的问题。[3，4]因此，通过将布鲁纳认知理论应用到“光电检测技术”的教学中，尊重学生学习的主体地位和知识的认知规律，促进了学生对该课程基本知识点的掌握，完善了学生专业知识体系的构建，取得了良好的教学效果。
一、课程教学遵循知识的认知过程
布鲁纳认为认知结构在一个人的学习过程中是不断发展的，人们总是通过把新来的信息与原有的认知结构联系起来积极构建起知识体系；学习的实质在于主动形成认知结构，学习包括知识的获得、知识的转化和评价三个过程。[1]
1.知识的获取
认识的获取，是新知识通过“同化”思维后，被容纳到新的认知结构中。我们在介绍新知识时，需要通过与学生以往接触过的系统进行类比，帮助学生理解和掌握新知识。学生在学习“光电检测技术”课程之前已经修完了“传感器技术”课程，那么在介绍现代光电检测技术中的光纤传感器时，将其与传统传感器进行类比：传统传感器的核心是电量参数的变化，传输信号为电信号，传输介质是电线，被测量是物理量（温度、压力或流量）；而光纤传感器的核心是光电场参数的变化，传输信号变成了光信号，传输介质是光纤，被测量仍然是物理量。通过这样的比较和分析，将新知识（光电场参数、光信号和光纤）“同化”到传统传感器结构中，帮助学生构建新的认知结构。
2.知识的转化
在获取知识之后，就是对新知识进一步分析和概括，从而演绎出新内容的过程。同样以上述例子说明，在学生获得光纤传感器的概念后，就要其思考：为什么会产生光纤传感器，光纤传感器和原有传统传感器相比，优势是什么？于是教师可以通过对不同光纤传感器的应用进行介绍和归纳，让学生了解到光纤传感器具有长距离遥测、耐恶劣环境（高温、强电磁干扰）、灵敏度高和易于联网等优点。这样，学生一旦遇到需要高灵敏度探测处于恶劣环境的物理量的课题时，自然就会考虑能否采用光纤传感器这一方案，或者说通过新知识的转化，学生在已掌握传统探测方法的基础上又增加了光纤传感这一方法，开拓了学生思路，提高了学生解决问题的能力。
3.学习评价
学习评价除了传统的考试，还可以通过课堂问答、开放式讨论、实验及课程设计等方式来实施。平时在课程教学过程中，待学生学完某一章节之后，教师利用课堂问答来检验学生对基本知识点的掌握程度，并根据学生的反馈来调整教学的进度，如果学生大部分还未真正理解该章节的基本概念和理论，则需要再次帮助学生完成基本知识点的获取。
开放式讨论则是在学生已具备一定理论基础后，检验他们是否能将新知识转化成为认知系统中新的内容。学生在“光电检测技术”课程中学习了激光雷达的工作原理后，教师可以设定具体问题，比如雷达测速与激光雷达测速的区别，让学生展开讨论。这样，学生通过与已修完的“物理检测理论与检测技术”课程中所学的雷达测速进行比较和分析，就能了解到两种测速的方法其实都是基于多普勒效应，只是激光的方法是利用光信号作为载波，而雷达是利用微波。但正是由于激光雷达采用的是比微波频率高104～105倍的光载波，它的测速精度也远高于一般雷达测速系统。利用类似的问题，可以检验学生是否掌握了新的测试技术，从而评价学生的学习效果。
实验和课程设计是学习评价环节中最为重要的内容。它是对新知识转化程度的一种检验，即考查学生对于新知识的使用是否得当，分析和概括是否准确。[1]学生不再是被动接受新知识，而是亲身试验，从实验的结果和现象中加深对基本知识点的掌握，验证问题的解决方法是否有效。“光电检测技术”课程开设有光电器件特性实验，学生在对光电二极管的光伏特性进行测试时，经常会提出疑问，即为什么当光电二极管的两端电压改变时，流过管子的电流始终不变？这时，教师就会反问他们，如果光电管上光照没有变化，管子的电流会变化吗？他们才恍然大悟，流经管子的电流只与入射光照有关，既然管子受到的光照恒定，光电流也是不变的。通过这种验证性实验，学生对光电器件的各种特性印象深刻，因此对课程的基本概念的掌握更加牢固。
当然，正如布鲁纳所说，知识的获取、转化和评价是三个几乎同时发生的过程。我们在“光电检测技术”课程教学中，将上述学习的三个过程贯穿整个课程讲授中，即每一章理论学习后安排课堂问答、开放式讨论和实验，这正符合学生对知识的认知过程，通过这些教学环节的展开，学生由浅入深、由表及里地掌握了这门学科的精髓。
二、教学应使学生理解各门学科的基本结构
学科的基本结构包含两个方面的内容：学科的基本知识结构以及学习的态度和方法。[1]学科的基本知识结构指的是该学科的基本知识概念和基本规律。学科的基本知识结构好比金字塔的基底，承受着最沉的负荷，只有基础打扎实了，才能有塔顶的辉煌。
在光电检测技术系统中，光电探测器起着将光载波转换为电信号的核心作用，其选取和使用是否得当在很大程度上决定了光电系统的性能。而光电器件的主要性能参数是区别各种光电探测器的基础，比如光谱特性，即探测器输出信号大小与照射到探测器上光波长的关系。可以这样解释：探测器好比人的眼睛，在红橙黄绿青蓝紫各种颜色中，我们总是对黄绿色的光最为敏感，也就是说在黄绿色光波长处，人眼的光谱响应度是最大的。这样的类比之后，学生很容易去理解光电器件的主要性能，从而能够根据各种光电器件的区别和特点，将各种光电器件应用在各自适合的场合，比如PIN型探测器和雪崩光电二极管，时间响应最快，适用于光通信中高速光信号的探测；而光敏电阻时间响应慢，线性较差，一般来说作为开关光信号的探测。通过对光电器件特性参数这一基本概念的理解和掌握，为器件选型、光电检测电路的设计和光电检测系统的设计打下基础。
由于“光电检测技术”课程涉及较多的专业基础，比如大学物理、模拟电子和数字电子、电子测量课程等，所以学生要学好该门课程，应当具有一定的知识背景，才能消化晦涩难懂的知识点。有些学生专业基础较差，在课程学习中很容易碰到挫折而放弃努力，这时，教师应该指导学生端正学习态度，以脚踏实地的态度去学习这门课程，不应急功近利；帮助他们复习相关的知识背景，从而理解本课程的重要知识点，只有这样后续学习才能顺利进行。同时，考虑到本课程应用性较强，教师讲课时应多联系实际，结合业界热点问题，介绍相关系统和技术。通过具体的应用系统案例将需要介绍的知识点引出，然后对知识点进行详细讲解，帮助学生深刻理解和掌握，最后引导学生回过头去分析系统中这些知识点是如何发挥作用的，解决了哪些问题。例如干涉测量技术这一章中介绍了典型的相位调制干涉仪，萨古纳克干涉仪是其中一种。倘若教师直接给出该干涉仪的工作原理，学生的兴趣不会很大。但是教师如果抛出这样一个问题：哪位同学知道苹果iPhone手机中的陀螺仪是如何工作的？想必学生就很想知道答案了。这时，教师就可以说明：如果将萨古纳克干涉光路放到光纤中，这便是光学陀螺仪了。萨古纳克干涉仪利用光的干涉作用，测量光环路的转动角速度。知道了萨古纳克干涉仪工作原理，教师再引导学生回到苹果手机中的陀螺仪的例子，正是因为陀螺仪能够感知三个轴方向的角速度，结合加速度传感器，就能够为手机提供导航和增强功能。因为学习的最好刺激，是对所学内容有兴趣。[5]一旦他们发现这些基本知识点可以解决实际系统中的重要问题，就会觉得值得去学，从而使学习的主动性和积极性得到提高。
三、提倡发现学习，激发教学生长点
布鲁纳认为发现并不只限于获得人类尚未知晓的知识和规律，也包含通过独立思考而获得的一切形式和方法。[1]提倡发现学习，教师可以通过设定的问题和情境，[6]比如电机转速的测量，要求学生给出合理的设计方案。学生五人一组，每组将自己的设计方案在课堂上讲述出来，教师则引导学生对各种方案进行比较和评价。该方式以学生为主体，一方面是激发学生学习的内部动机，在掌握基本知识的前提下，使其主动探索知识、独立解决问题；另一方面在讨论和争议的过程中，学生能够获得知识的生长点，因为每一组的方案不尽相同，在求同存异的过程中知识和经验得到积累。当然，在学生讲述和讨论的过程中，需要教师进行正确指导，并对各种方案给予合理的评价。
四、结束语
“光电检测技术”这门课需要学生掌握较多的专业基础知识，并且应用性较强，强调学生的动手能力。学生从以往理论性较强的课程学习转向应用性较强的专业课学习，需要一定的过程。笔者通过将认知理论应用到课程教学的各方面，以学生为学习的主体，教学遵循学生对知识的认知过程，使得学生更容易理解很抽象的基本概念，提升了其使用新技术解决问题的能力，将新知识与原有认知系统关联起来，丰富了学生的知识体系。
参考文献：
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光电检测技术论文范文2
关键词： 单光子计数系统； 信噪比； 噪声； 弱光信号
中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）06?0167?04
光子计数技术是检测微弱光信号的一种技术。目前，单光子计数系统在环保检测、生物医学、放射探测、激光测量、化学分析等领域有着广泛的应用。当光功率低于10-14 W，激发出来的光信号将会是离散的光子脉冲。若仅仅用一般的光电探测器几乎无法实现将微弱的光信号探测出来并进行量化处理。此时，用一般的直流测量法，已不能把淹没在噪声里的有用信号有效地提取出来。为了实现精确的检测、提高信号抗干扰能力，需要有从噪声中提取、恢复和增强被测信号的技术[1]。本文用的单光子计数系统可以把淹没在噪声里的微弱光信号提取出来，检测光源（发光二极管）的光子分布。
2 单光子计数系统原理、计数性质
3 单光子计数系统的构成
3.1 光电倍增管PMT
PMT由光阴极、聚焦极、倍增极和阳极构成。性能优良的PMT，光谱响应特性好，时间响应快，光阴极的稳定性好，工作波段内的量子效率高，暗计数低[3]。由于PMT的偏置电压对非线性和信号电流的增益有很大的影响，因此为了使PMT有较好的灵敏度，减少噪声的影响，需要精心选择它的最佳偏置电压。选取依据是PMT的信号计数、暗计数和偏置电压的关系曲线如图4所示，由于信号计数曲线有一平坦的坪区，而暗计数曲线则处于连续上升的趋势，当信号计数曲线开始进入坪区时，信噪比SNR最大，此处的偏压是最佳偏置电压[4]。
3.2 放大器
为实现光子计数功能，双阈值甄别器达到的要求是死区时间短，甄别电平范围灵活可调，输出的脉冲输出幅度、宽度达到后续脉冲计数电路的需要。
3.4 计数器
4.2 背景计数
PMT的光阴极、各倍增极的热电子发射在信号检测中产生在没有入射时的背景计数，即暗计数。暗计数还包括杂散光的计数。面积较小的光阴极管的选择、管子的工作温度的降低以及适当甄别电平的选择，可降低暗计数率到最小，不过对于极微弱的光信号，这种噪声源仍不可忽略。若PMT的第一倍增极增益很高，甄别器已经去除各倍增极和放大器的噪声，则上述信号的噪声成分由于暗计数增加至信噪比为若在光信号累记计数中暗计数保持不变，则从实际计数中扣除它很容易。
4.4 脉冲堆积效应
分辨时间是可以区分两相继发生的事件的最短时间间隔，计数系统的分辨时间主要由PMT的分辨时间和甄别器的死时间决定。PMT的分辨时间通常在10～40 ns之间，在分辨时间内，当相继有两个或者两个以上的光子入射到光阴极，它们的时间间隔小于，PMT只输出一个脉冲，于是单位时间内光电子脉冲的输出计数率比入射到光阴极上的光子数少。与此类似的是，若在死时间内输入脉冲，甄别器输出计数率也会损失。上面这样的现象叫做脉冲堆积效应。若光子计数系统由高速的甄别器、计数器构成，极限光子流量约为109 s-1，因存在脉冲堆积效应，含有多个光子的超短脉冲光的强度光子计数器不能测量。
5 实验结果及数据分析
实验装置光路如图7所示。在测量实验中，计数时间设作500 s，光源（发光二极管）的电流调为最小，测量500次，通过计算机获得采样数据，求出光子数的平均值和方差，同样光子数出现的次数统计出来，除以测量的总次数，算出该光子数的几率，然后以横坐标表示光子数，纵坐标表示光子数几率，做出光子数的分布曲线，与理论的泊松分布曲线进行比较，检查测量数据是否符合理论的泊松分布，判断计数系统的稳定性。
6 结 语
本文介绍了微弱光检测技术，了解了单光子计数系统基本原理、基本实验技术，通过实际的实验，观察和对比发光二极管的实际光子数分布与理论的泊松分布的本质区别，加深了对光子数概率分布规律的理解。
参考文献
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光电检测技术论文范文3
关键词：干涉；振动测量；信号转化
中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）45-0275-02
一、引言
机械振动在石油的勘探、发电机组的振动监测、各种机床的振动、铁路和桥梁的振动分析等方面有广泛的应用。随着现代工程技术飞速发展，低频微小振动的测量成为振动测量的主要研究方向之一[1]。
基于激光干涉原理进行的光学测量的激光干涉测量法是一种高精度的测量技术[2]。其测量的分辨率和稳定性可以根据实际的应用情况选择适合的调制解调方法来提高。但是，激光干涉测量技术的测量精度受诸多因素的影响，使得理论与实际操作之间还存在较大的差距[3]。常见的高精度激光干涉测量法包括：零差激光干涉法[4]、外差激光干涉法[5]。
ZYGO公司的7705利用塞曼效应产生最大频差为3.65MHz的双频，其测量分辨率可达1.24nm；ZYGO公司的7712利用声光调制法获得频差为20MHz双频，其测量分辨率可达0.31nm[6]；Renishaw公司的ML10gold干涉仪测量分辨率可达1.24nm，测量范围为80m[7]；英国Renishaw公司Agilent（HP）公司的5519B型外差激光干涉仪的测量范围为±21.2m，测量分辨率可达1.24nm[8]。我国四川大学研制的线位移传感器检定仪测量分辨率可达1nm，测量范围20nm[9]；北京航空材料研究院研制的光外差马赫-泽德干涉仪具有良好的线性和重复性，其测量精度达3nm[10]；清华大学殷纯永教授的研究小组研制的SJD5型双频激光干涉仪分辨率达到0.49nm[11]。
本文优化了光路的设计，设计了检测条纹移动变化的方案，实现了光信号到电信号的转换，提高了测量的速度和准确率，从而提高了系统的测量精度。
二、实验原理
用迈克尔逊干涉仪可以观察到等倾干涉图样和等厚干涉图样，基本光路如图1所示。从光源S发出的一束光，经分束镜G1的后表面分成光强近似相等的反射光束1和透射光束2；反射光束1射出G1后投向反射镜M1，反射回来再穿过G1；光束2经过补偿板G2投向M2反射镜，反射回来再通过G2，在G1的后表面上反射。于是，这两束相干光在空间相遇并产生干涉，M2经G1下表面所成的像M2'，因M1和M2'之间为空气层，n≈1，则两相干光束的光程差为
=2dcosδ （1）
当M1和M2严格平行时，形成等倾干涉，否则形成等厚干涉。无论是等倾还是等厚干涉，只要迈克尔逊干涉仪一条干涉臂发生移动时，就会有条纹的移动，M1和M2'之间的距离每增加（或减少）λ/2，视场中有一个条纹移过，所以测试光的反射镜向一个方向发生振动时，干涉条纹就会朝相对应的方向移动，振动的频率的快慢影响观察点的明暗变化的快慢。测试光的反射镜的情况与条纹变化情况一一对应，测量出条纹的变化情况即可得到对应的振动情况。
三、实验设计
用函数信号发生器发出信号，将信号输出到压电陶瓷，压电陶瓷将电信号转化为振动信号，检测光的反光镜与压电陶瓷连接，检测光的光程随压电陶瓷的振动而变化，检测光与参考光形成干涉条纹，干涉条纹随检测光与参考光的光程差的变化而变化，所以干涉条纹的变化即反映了压电陶瓷的振动情况。光电检测器检测到条纹的变化情况，将条纹变化这一变化的图像信号转化为电信号。将转化后的电信号输入到计算机，通过计算机程序的运算，得出压电陶瓷的振动信号。
四、实验结果
用信号发生器作为激励源，驱动纳米振动平台，调节信号发生器使纳米振动平台振动幅度为25纳米，振动频率为20赫兹，频率为20赫兹时振动实验干涉仪输出信号为图2所示。
五、结论
本文所用干涉仪的信号处理电路是针对连续的模拟信号进行分析处理，因此，在现有的示波器检测精度下，测量干涉仪分辨率只由噪声决定。首先对振幅为15纳米、频率为20赫兹的振动信号进行测量，然后再分析振动信号频谱可得，此干涉仪能够进行高信噪比测量，干涉仪振动信号信噪比为30dB，分辨率可达到1nm。从而验证了本文提出的改进型迈克尔逊干涉仪用于低频微小振动测量的可行性。
参考文献：
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光电检测技术论文范文4
关键词：理实一体化教材；光学测量工作技能标准；高素质技能型人才
中图分类号:G420 文献标识码:A 文章编号:1006-723X(2012)07-0186-03
光学测量作为光电检测技术专业重要的职业能力课程，也是本专业的核心专业课程，在学生职业能力的培养过程中发挥了重要的作用。通过对本课程学习，可有效培养学生从事光学加工、检测工作岗位的职业技能和实际动手能力，建立较为坚实的理论知识基础，并可为学生的能力提升和职业发展奠定良好的基础，故列为学校首批教学模式改革课程。根据市场需求与专业设置情况，教材作为一项重要的指导性教学资源首当其冲地必须进行理实一体化建设。
一、已有教材与职业教育培养模式间的差距
已有的光学测量类教材主要从光干涉测量、激光全息测量、散斑测量技术、激光衍射测量、莫尔条纹技术、激光多普勒等高新技术讲授现代测量技术，它的特色是测量手段非接触、测量精度高、速度快、信息容量大、效率高。现有教材主要培养目标为较强的科研能力养成，以本科教材为主。
高等职业教育则是以培养高素质技能型人才为主，光电检测技术专业的人才培养要求是：掌握开展岗位职业工作必需的基础理论、基本知识；能熟练操作相关岗位的常用生产设备，并能独立进行生产工作，初步具备从事生产现场工艺工作的能力；具有解决本专业一般工程技术问题的实际能力。光学测量课程在教学过程中以坚持培养学生的职业技能为主，着力提高学生的实际动手能力和科学地分析问题、解决问题的能力，教学方法以“理实一体”为主，大力加强实践教学的力度。理论教学为职业技能的培养服务，本着“实用、够用”的原则，重点满足科学地分析、解决问题的需要，满足学生职业能力提高的需要。
如此相比较，现有教材对光电检测技术专业高职人才培养目标的达成存在明显的不足：(1)缺乏相关的高职教材；(2)现有教材缺乏与岗位培养目的的对接，在教学内容中没有体现企业需要的工作任务；(3)现有教材缺乏与职业标准的对接，在教学内容中没有体现相关技能培养要求。
二、教材建设研究与设计
教材编写只是教材建设中的实施环节，在教材编写前必须谋定而后动，确定整个操作流程以保证教材的内容符合既定目标，并确保编写质量。图1所示为《光学测量技术》理实一体化教材建设过程框图：
(一)以企业调研为出发点，确定教材的编写理念，进行工作项目设定
“源于企业、置根企业、依托企业、服务企业”是本专业的特色之一，由于本专业脱胎于企业职工大学，具有“校企合作”办学的优良传统。在建设过程中，先后与云南北方光电、云南鑫圆锗业（上市公司）等多家企业签订了校企合作协议，其中云南北方光电仪器有限公司于2008年被评为云南省示范性校外实训基地。“校企合作”办学在专业建设各方面都取得了较显著的成果,并成立了以企业技术专家为主体的专业建设指导委员会，全面指导并参与了专业建设的各方面工作。
经广泛调研、分析光学测量工作的技能要求和技能标准，并认真听取了专业建设指导委员会意见后确定本教材的编写理念是：以项目为载体，以任务驱动模式为指导思想，将项目作为主线划分教学单元。在教材内容的安排上，基础理论知识、仪器工作原理围绕着所要完成的项目任务进行取舍，强调理论和实践的有机融合。在教材建设队伍中，邀请企业长期从事光学检测技术工作、科研的专家参与教材编写，能够更好地保证教材编写理念的实现。精选了光学企业常用的十七个典型工作项目，如图2所示。
（二）教材结构分析
在课程结构上首先确定了大的框架：以精选的十七个检测项目为典型工作项目，分为十七个模块。再将每个工作项目分解成不同阶段任务，如图3所示（以球面曲率半径测量项目为例）。在教学设计中理论和实际同步进行，可以很好地掌握必需的理论知识和设备的使用、所需数据的测量。当每个阶段的任务完成后，也就达到了该工作项目所要求的学习目标（应知、应会）。
（三）实训条件强有力的支撑
光电检测技术专业已建成支撑本专业人才培养工作的相关理实一体化实训室，实训室除了拥有常用光学测量仪器，还有部分先进的光学检测设备。校光机电实训中心利用国防科工委项目配备了较先进的光学检测设备和仪器，基本可满足学生的生产性实习及学生专业职业能力的培养，并可对学生进行相关职业技能的培训和等级考试。与本专业签订合作协议的多家企业为实践教学提供了良好的校外实训条件，深化了“工学结合、校企合作”，使学生岗位技能和职业能力的培养得到了充分保证，取得了较好的效果。
三、教材特色与创新
光学测量课程的教材一直以自编讲义为主，到目前已经经过三次改编。此次经过近一年的再建设，项目驱动的理实一体化教材《光学测量技术》已正式出版使用。该教材真正体现了以下创新和特色：（1）填补了高职高专光学测量技术教材建设的空白；（2）在编写态度、项目选择、实施要求等方面都体现了 “国防精神、军工标准”的办学特色；（3）以光学检验中常用测量仪器的使用为主线，将各项目中的理论知识融合到任务教学过程中，按照企业光学测量过程，以真实测量情景来组织实现理实一体化课程体系，达到学中做，做中学；（4）以培养学生在光学检验上的技能为主，依据光学测量工作岗位要求，并参照相应的军工标准组织教材编写，充分体现了高等职业教育特点；（5）在内容选材方面，一方面考虑现有较成熟的工艺过程，同时兼顾部分先进的检测技术，具有较好的实用性和前瞻性。
［参考文献］
光电检测技术论文范文5
关键词：家庭、火灾探测器、复合功能、开发
一、家庭探测器市场现状
随着社会经济的快速发展以及人们生活水平的日益提高，在家庭中液化石油气、管道煤气、天然气进入了大多数家庭，各种家用电器也得到了广泛的使用，人们在享受这些现化设施所带来便利的同时，却也增加了火灾隐患和有害气体中毒等的危险。目前，在消防产品中，产品种类大多集中于公共区域探测器的研制，而且功能单一，火灾探测器、气体探测器。而且各探测器通过声音发出报警信号。由于工程所用的探测器安装影响家庭室内环境美观，且功能单一，性能不稳定。
二、家用探测器主要功能
针对现有技术上存在的不足，我们要想研制一种实用新型目的，可以探测多种可能带来安全隐患的危险信号，然后通过对信号收集识别和处理，发出可视化的声光报警信号。而且该家用自动报警产品，结构简单，外观美观，安装方便，所占空间小，使用方便可靠，实用性强。
为了实现上述目的，本技术调研讨论拟通过如下的技术方案来实现：家用火灾自动报警系统，包括监控机构和执行机构，所述监控机构包括光电感烟火灾探测器、温度探测器、远红外线探测器、红外摄像头、CO探测器，所述执行机构包括主控单片机、忙音回音检测电路、键盘接口电路及显示电路、语音报警电路和DTMF拨号电路，所述主控单片机分别与所述光电感烟火灾探测器、温度探测器、远红外线探测器、红外摄像头、CO探测器、忙音回音检测电路、键盘接口电路及显示电路、语音报警电路和DTMF拨号电路相连，所述控制单片机一端还连接有继电器和无线信号发射器，所述继电器串联有脱扣器，所述脱扣器与继电器的常开触点相连，所述无线信号发射器通过无线连接有移动终端。
可以通过光电感烟火灾探测器检测现场的烟雾，通过温度探测器检测现场的温度，通过CO探测器检测现场CO的浓度，并通过主控单片机将检测到的数据通过无线发送到用户的移动终端上，远红外线探测器、红外摄像头的设置，一方面可以用来看到现场火灾的画面，另一方面可以很快的发现火灾现场被困人员所在的位置，同时当出现突发事件可以通过控制单片机使控制器与脱扣器失去连接时，继电器的常开触点断开，及时切断供电回路，使用方便可靠，实用性强。
三、家庭探测器技术方案
本具体实施方式采用以下技术方案：家用火灾自动报警系统，包括监控机构和执行机构，所述监控机构包括光电感烟火灾探测器4、温度探测器5、远红外线探测器6、红外摄像头7、CO探测器8，所述执行机构包括主控单片机1、忙音回音检测电路2、键盘接口电路及显示电路3、语音报警电路10和DTMF拨号电路11，所述主控单片机1分别与所述光电感烟火灾探测器4、温度探测器5、远红外线探测器6、红外摄像头7、CO探测器8、忙音回音检测电路2、键盘接口电路及显示电路3、语音报警电路10和DTMF拨号电路11相连，所述控制单片机1一端还连接有继电器12和无线信号发射器14，所述继电器12串联有脱扣器13，所述脱扣器13与继电器12的常开触点相连，所述无线信号发射器14通过无线连接有移动终端。
经过市场调研设计具体实施方式的工作原理初步定为：用户端自动报警器安装于居民住宅，用于对居民住宅各个不同部位的不同类型探测智能化住宅防盗防火报警系统器远红外线探测器、红外摄像头、光电感烟、温度、一氧化碳进行监测与控制，并对从各个探测器采集来的数据进行处理。一旦有室内起火、煤气泄漏等情况发生时，与之相对应的报警探测器立即将相应的报警信号探测器的编号加密后传送给报警主机，报警主机对报警信号进行解码和判断，得出报警类型，确认无误后，通过家中的电话线路自动拨号报警，并与中央控制器建立联系，将相关信息传送至中央控制器中，同时当出现突发事件可以通过控制单片机使控制器与脱扣器失去连接时，继电器的常开触点断开，及时切断供电回路，同时可以通过移动终端实时查看现场情况。
该智能报警系统可以实现如下功能：89C51单片机对双音多频DTMF编、译码器的控制，使住宅通过电话网实现与相关部门之间的数据交换， DTMF拨号电路与89C51单片机通过电话网络完成住宅与外部的联络。当探测器检测到意外情况后，就发出报警电平信号到主控制部分89C51单片机处，单片机通过接口电路对读取的电平进行处理，然后控制双音多频拨号芯片向电话线路拨出电话号码，与此同时控制语音芯片拨出事先录制好的语音信号到电话线路，实现语音报警，拨号完成接听回铃声后，模拟挂机，从而完成向区域控制中心的单位保卫部门、110/119报警台电话机或用户发出呼叫信号，告知对方住宅被盗或有火灾发生。报警系统在拨号报警的同时启动现场报警器，进行事件的现场光LED报警，并启动语音电路，播放相应警情的语音提示音。系统不需要另外占用电话线路，当有报警信号时，报警电话享有电话线路的优先权。还需配置有应急按键，当家庭出现紧急情况时可通过报警主机键盘上的应急按键直接拨号报警。
语音电路APR9600采用模拟存储技术，噪音低，不怕断电，可以反复录放。语音信息可以分8段存放，分别用8个按键控制，按下哪个键就可以录放哪一段而不影响其它段。本系统中的语音信息分为2大类：预警信息和报警信息，其中预警又分为温度偏高预警和烟雾过大预警，报警分为火警和盗警。使用时，用户可以通过简单的按键操作，随时录制和播放任意一段。当出现预警或报警时，单片机通过P2.2-P2.4控制电子开关实现按键操作，启动相应的录音段，放出相应的语音预、报警信息，并且可以根据需要循环播放，播放次数由用户自行设置。
四、结论
本产品可以通俗检测多种可能带来安全隐患的危险信号，然后通过对信号收集识别和处理，发出声光报警信号并可视化显示。而且该家用自动报警产品，结构简单，外观美观，安装方便，所占空间小，使用方便可靠，实用性强。但本次品对多源信号早期发生时探测灵敏度不高，这是有待提高和完善的技术。
参考文献
1 陈颖;;火灾增长速率对感温火灾探测器响应时间影响的研究[J];热科学与技术;2010年02期
2 汪琼燕，杨振坤，陈晓;可扩展的基于单片机的火灾监控系统研究[J];中国测试技术;2004年04期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
3 秦华礼;常德强;易光旺;陈宝智;;火灾早期预测技术的发展趋势[A];
光电检测技术论文范文6
关键词：万能工具显微镜 光栅位移传感器 DSP 误差分析与补偿
万能工具显微镜、分度头、光学测角仪是用传统方法对长度和角度等几何量的测量的常用工具。基于测量精度高、抗干扰能力强、长期稳定性好等优点，这些仪器在几何量测量中扮演重要角色。作为测量仪器中的大型光学仪器，万工显功能特别强大。它可以通过多种方法并结合附件在直角坐标及极坐标下进行各种几何量的测量，在精密测量中使用十分广泛。然而随着现代科技的发展，对精密测量的精度、效率等方面也提出了越来越高的要求，要求光学测量仪器达到高精度、高效率、智能化。
设计应用光栅数显技术，能使万工显测量、读数实现数字化。这种数字化的智能测控系统用以解决老旧万工显操作繁琐、人为误差大、工作效率低等问题。这将是一个很有实际意义的课题，它可以对很多院校和厂矿这类老旧仪器进行改造，提高了读数精度和自动化程度，其在精密测量领域具有广泛的应用和实际的意义。
1 系统需求分析
本课题是基于成熟测量工具万工显的技术升级改造，既要保持原有仪器的精度和稳定性，又要降低测量难度，所以要选择适用于万能工具显微镜改造升级并且经济实用的位移传感器；为避免误差积累影响系统精度，需自行设计机械安装方案；为避免错位松动影响系统稳定，需严格遵守安装说明。
1.基于DSP技术的信号细分及数据采集电路模块设计
原有仪器测量精度较高，稳定性好。改造升级后要达到甚至超过原来的测量精度，保持更好的稳定性。在满足这些要求的情况下，选择DSP技术对信号细分和数据采集。
2.功能软件的设计与开发
为了使样板、螺丝、齿轮、滚刀等的检测从不可能到可能，从不精确到精确，从复杂到简单。自行设计万能工具显功能软件，实现简单几何元素、基本几何元素、组合几何元素等规划测量功能。同时，系统完成了万能工具显微镜数字显示仪表的图形测量、图形构造、图形预置、公制/英制转换、坐标摆正、直角坐标/极坐标转换、参数设置、用户提示等先进的仪表功能的实现。
2.光栅检测原理及光栅位移传感器选型
1.光栅检测原理
光栅位移传感器也称光栅尺或计量光栅，由标尺光栅和光栅读数头两部分组成，指示光栅则装在光栅读数头中。标尺光栅一般固定在机床活动部件上，光栅读数头装在机床固定部件上。目前计量光栅的位置检测技术发展已相当成熟，被广泛用于角度位移检测，也可用于直线位移检测。
2. 光栅信号细分及数据采集
光栅的刻划密度基本上决定了光栅尺的分辨率。然而工艺水平限制光栅的刻划密度受，而且从成本来讲刻花线数越多，就越昂贵，因此很难依靠提高刻划密度来提高光栅尺的分辨率。采用光栅信号细分技术是提高光栅尺分辨率的另一途径。光栅测量系统本就有较高的分辨率，若再配合电子细分则可以达到很高的分辨率，并且随着电子技术的飞速发展，细分实现越来越简单、可靠。根据本课题实用型升级改造的要求，光栅信号细分技术来提高光栅尺的分辨率。
3.软件开发环境
软件开发环境采用为CCS（Code Composer Studio）集成开发环境，该环境下编程代码的可读性更好、可移植性更高，便于二次开发。
1.开发环境
CCS是一种针对TMS320系列DSP的集成开发环境，提供有环境配置、源文件编辑、程序调试、跟踪和分析等工具。它支持如下开发周期的所有阶段：设计、编程和编译、调试、分析。
2.系统软件总体设计
良好的设计方案可以减少软件的代码量，提高软件的通用性、扩展性和可读性。本系统的设计方案和步骤如下：
（1）根据系统设计要求的功能需求，逐级划分模块；
（2）明确各模块之间的数据流传递关系，力求数据传递少，以增强各模块的独立性便于软件编制和调试；
（3）确定软件开发环境，选择设计语言，完成模块功能设计，并分别调试通过；
（4）按照开发式软件设计结构，将各模块有机的结合起来，即成一个较完善的系统。
本系统的核心部分是DSP的软件设计，只有对光栅位移传感器数据正确采样，之后的位移量测量才有实际意义。DSP软件一般包括初始化程序、数据采集程序、中断服务程序、按键处理程序、显示子程序及实现各种算法的功能模块。
4.智能测控系统的精度分析
1.光栅尺的细分误差
依据光栅尺结构的原理，检测光栅尺的长度尺寸值误差都是按照0.02mm为单位布置测量点，刚刚好都是0.02mm节距的整倍数。对小于0.02mm读数的处理则是通过系统内插细分来完成。实验中用精度为0.1um的电感测微仪，以1um距离为间隔反复检测光栅尺的细分误差，可以得出其误差都小于±0.5um的结论。
2.数字显示系统的的检定
查阅万工显检定规程中的相关条款，需要对读数装置的示值误差、读数装置的回程误差和示值误差进行检定。
3.示值误差的检定
检定示值误差也就是光栅尺的准确性。首先要选择检定标准，一般选择已经做过检定的玻璃刻度尺，要求其极限误差不大于0.5um；依据规程的规定横、纵向的示值误差分别进行检定。如果没有玻璃刻度尺，也可以选择万工显上原有的刻度尺作为标准与光栅尺进行比对。万工显原附有的示值误差表，还可以依此进行修正，光栅尺各被检点的实际误差由此来确定，若有超差再用线性补偿系统进行补偿。
5.总结与展望
本课题研究并设计基于光栅数显技术和DSP测控技术的万工显智能测控系统。本系统力图将传统的万工显改造成智能化、数字化的万工显，从而实现万工显检测过程的高精度、高效率。自行设计编程万能工具显微镜测控软件，扩展万工显的测量功能，使一些量的检测由复杂到简单，由不可能到可能。
目前整个系统只是实现了老旧万能工具显微镜的数字化显示和智能化的基本操作，并没有实现自动读数、自动测量等高级功能，所以在系统的改进设计上可以考虑开发自动读数和自动驱停模块，从而提高万能工具显微镜的智能化程度。■
参考文献
[1] 陈智君.便携式万工显自动读数系统的设计研究[D]：[硕士学位论文]. 天津大学，2005
[2] 屠恒海.嵌入式光栅数显测量系统的研究[D]：[硕士学位论文]. 哈尔滨理工大学，2008
