光电检测技术论文范文

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2制定发展措施

面对新媒体传播技术的挑战，广电行业应当高度重视，深刻反思，找准差距，从多方面入手，制定发展措施，尽快摆脱被动不利格局。一是要重视提高节目质量，调研不同受众者的需求，认真策划和研发节目内容。二是借鉴其他传媒的成功经验，重视拓展业务空间，不断创新服务方式和手段，用高质量的节目和周到的服务赢得客户。三是急需实现真正意义上的制播分离，通过改革节目制作运作机制，提高节目制播能力，不断丰富节目内容，满足不同受众群体的多种需要。四是充分开发利用广电传媒的实用性、独特性和不可替代性的资源优势，从抓好市场调查研究入手，不断研发更新广电传媒新产品，积极参与市场竞争，巩固城市有线广播电视网络媒体阵地。五是拓展互联网新媒体领域，争取政府在政策层面上更大力度和更有实效的协调和支持，充分运用高新技术手段，不断拓展新媒体业务发展空间，巩固农村直播卫星覆盖等优势。六是要心存危机忧患意识，积极开拓创新和锐意进取。

3加强技术监测的必要性

广播电视技术监测是政府履行监管职能与确保安全播出的技术监管手段和重要技术环节;是主管机构实施行业技术质量评比、评判和规范化管理的基本依据;是维护空中广播电视电波运行秩序、保护用户权益和监测广播电视覆盖效果不可缺少的有效手段;是促进广播电视行业自身发展的千里眼和顺风耳，实现广电行业内部自我管理和建立广播电视技术质量自我监督机制的耳目和有力助手;是加强安全播出管理、改善播出质量和扩大有效覆盖的科学技术手段，是实现广播电视事业产业繁荣发展的有机组成部分。广播电视监测是伴随着广播电视传输和覆盖的发展而发展的，广播电视覆盖到哪里，相应的监测技术系统就应当跟随覆盖到哪里。一个庞大的现代化广播电视传输覆盖网需要构建一个高质量、高效率和完善的广播电视监测网，并且不同的广播电视传输覆盖手段需要不同的技术监测措施，以实现监管机构对广播电视传输覆盖网的播出质量实时监测，对电波覆盖效果和传输情况准确、有效和及时地进行核查，维护和管控空中电波和网络频道运行秩序，核查各类播出系统是否符合播出相应的技术参数标准。广播电视监测的主要任务是:监测广播电视覆盖效果和传输及播出技术质量;监测广播电视频段无线电波秩序和网络频道秩序;监测境外电台对我国广播的动态等。这就是说，要对广播频段各种传输和播出手段的技术质量和覆盖效果进行监测;要对各种传输和播出手段是否合法、是否按政府批准的技术标准和技术规范进行传输和播出进行监测;要严格保护并有效利用频谱资源，保证广大受众良好收听收看;要对境外对我国的广播是否按国际法规和国际协议规定的技术条件进行监测，以维护我国的合法权益。加强广播电视监测，完善对广播电视多媒体播出传输的全方位无缝隙监管，是广电职能部门义不容辞的责任。广播电视行业在求生存、谋发展的同时，要牢记“确保广播电视安全播出”的根本职责和义务，务必高度重视对广播电视监测系统的技术更新改造，采用科学、有效和完备的技术监测系统，加强对广播电视监测系统及时进行补位、跟进和完善，加大对广播电视新媒体播出全方位的监测监管，不断增强广播电视安全播出保障能力，有效地保障广播电视播出质量和传输覆盖效果。

4甘肃广播电视监测技术系统现状

甘肃广播电视监测工作起步较早，从最早的手动、半自动广播电视监测阶段，发展到单板机自动监测、磁带记录、及时报警、纸带打印;再到采用上海科江公司的自动化无线广播电视监测系统，实现了全省15个地市30多套中波广播的联网监测，以及兰州市区4套开路模拟电视、10多套调频广播的有效监测，使我们的监测工作迈上了新台阶。随着国家广电总局有线网络监测中心甘肃分中心的建成，对所辖地区有线电视播出前端的数据采集和监测终端进行质量、内容和安全的监测，实现了对全省15个地市模拟有线电视的有效监测，我们的监测工作取得了长足的进步。而北京博汇公司TrinityAres数字卫星电视监管系统的使用，标志着我们的监测工作进入了全新的数字化时代，实现了监测手段的现代化、网络化、智能化，是甘肃省广播电视监测史上的一个重大突破。图2为该系统的结构图，图中的虚线框表示可选的连接方式，因为组播数图2TrinityAres数字卫星电视监管系统框图据中已经包括监测参数及TS码流，码流监测集中监管主机与监测前端主机网络相连，前端监测主机一块板卡对应一个码流，即可完成信号监测、画面显示、集中控制等全部功能。另外还引入了博汇公司无线数字广播电视监测技术，随着新平台的建设和不断完善，逐步实现了对广大县级地区无线调频广播的远程监测，极大促进了无线广播的有效覆盖。虽然甘肃省初步建立了有线广播电视监测系统、无线广播电视监测系统、卫星广播电视监测系统，对广播电视无线、有线和卫星传输与覆盖的安全播出能够进行监测，但由于多种因素的限制，目前省级广播电视监测系统还不适应新技术发展和新媒体监测管理工作的需要，特别是受当地经济条件制约，省级监测系统设备技术升级改造经费不到位，造成全省广播电视数字化节目、网络视音频信息节目和多媒体手机电视节目等至今尚未配置相应的技术监测设备，造成广播电视数字化节目和多媒体手机电视无法进行有效的监测和管控，亟待引起有关方面予以高度关注和重视，尽快落实技术升级改造经费，确保数字化监测系统设备得到及时更新改造，确保数字化广播电视节目得到有效监测，全省广播电视安全播出得到保障，更好地适应新媒体发展和技术变革要求。

5提升技术保障能力的重要性和紧迫性

确保安全播出关系到国家舆论导向正确性，关系到广大用户的收听收看权益，这不仅仅是技术问题，也关系到社会稳定和健康发展的问题。因此，我们要不断增强对安全播出重要性、紧迫性和责任感的认识，务必把提高广播电视安全播出可靠性和不断提升安全播出保障能力放在各项工作的首位。随着广播电视事业产业的繁荣发展，广播电视节目的套数越来越多，节目播出时间越来越长，而对设备所要求的检修时间却越来越短，对维护人员的技术素质要求越来越高。随着广播电视监测监管节目信息量的不断加大，对监测技术岗位人员带来的工作压力和难度加大。同时随着广播电视播出传输设备集成化程度越来越高，其系统设备的技术更新换代越来越快，涉及安全播出技术环节的底层设计问题越来越成为难以破解的“黑匣子”，这一系列问题给安全播出技术一线单位带来了相当大的工作难度。这说明无论是广播电视监管机构还是安全播出责任单位，都务必高度重视安全播出技术环节工作，无论对人员素质要求还是在技术设备层面上来讲，都必须想方设法地全面提升技术保障能力，特别要在两方面入手:一是播出传输机构务必要严格落实《广播电视安全播出管理规定》(总局62号令)及其各专业实施细则，才能有效化解技术和管理上的难题和挑战;二是政府要加大投入，尽快提升和完善广播电视监测技术系统，对广播电视播出质量及其安全性实施全方位的全程可靠监测和有效监管，以更好地适应广播电视多媒体繁荣发展对广播电视安全运行和播出保障提出的要求。

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基金项目：基金项目：专业结构调整服务地方发展计划（2013zytz077）、校级大学物理团队项目（2013jyxmo5）、蚌埠学院2015年院级科研项目（2015ZR17）、蚌埠学院2012年院级重点教研项目（JYLZ1205）

摘 要：较化学检测法等传统环境污染检测方法，光学测量方法以其无可比拟的优势广泛应用于环境污染物的检测及监测，近几十年来发展迅速，并具有广泛的应用前景。随着激光技术和计算机技术的发展，光学测量方法也随之变革。例如激光光谱对特定气体的检测（LASAIR系统），紫外差分光学吸收光谱仪（DOAS系统）和傅里叶变换红外干涉仪（FTIR系统）等，都为这一变革提供有力的佐证。论文介绍光学显微镜检测方法，光学分析方法以及光电检测技术，重点分析光学显微镜检测方法在环境监测中的应用、光学分析方法在水质检测领域的应用、光电检测技术在环境监测中的应用，光学测量方法的最新发展方向。

关键词 ：光学显微镜；光电检测技术；光谱学分析法；DOAS系统；FTIR系统；LASAIR系统

中图分类号：O439文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）08-0005-04

随着现代科技的不断更新与物质生活的高度发达，环境污染物的排放量日益增多，人们在享受着丰富物质生活的同时，也受到了环境污染带来的冲击，例如酸雨的侵害，雾霾天气的影响，全球变暖导致的海平面上升等问题。传统的检测方法（如化学法），由于用时长、花费高、操作复杂，需要各个部门相互协作，甚至在检测时都可能会产生环境污染物，越来越受到抵制。而光学测量方法在环境检测方面，更能有效地避免这些弊端的产生。

在环境中，对于水质，有关部门主要通过对水质采样、化验、分析的方法实现对水质的监控。对于水体富营养化的这种情况，有关部门通过光学显微镜直接对水体进行观查即可。而对于重金属污染过的水源，往往光学显微镜很难直接观测出来，还要通过物理或化学的方法使重金属沉积，沉淀或“染色”，才有可能观察到。但是这种方法用时长，不利于及时了解水污染的情况，而且在使重金属沉淀的方法中，有可能又会产生新的污染物，样品处理又带来了困难。由于光学显微镜很难实现对空气的检测，所以在环境监测中用处并不大。这时人们联想到，也可以通过光的其他特性来实现对环境的实时的监控。而光电检测技术（如外光谱法，激光光谱法等），人们可以直接检测环境中的污染物，无需费时费力，既能实时地反映出污染物的量和浓度，又不会产生附加污染物，且在环境监测中实用性很强。光电检测技术利用光的光谱特性，可以在受污染的水中使用，也可以在工厂的排气烟囱中使用，甚至可以专一地检测某种气体，例如，甲烷气体，二氧化碳气体，含硫化合物气体等[1]。

1 光学显微镜检测方法在环境监测中的应用

在现实生活中，我们最易受到水污染带来的侵害，水体富营养化一直是我们关注的重大问题，而光学显微镜在这方面的检测应用极其广泛。环境保护部门在水污染地需要将水质进行抽样、化验、分析、观察，这时就要用到光学显微镜[2]。

1.1 细菌、霉菌检测

水体细菌含量是人们辨别水质是否利于饮用的重要标准，如人们会对水中的大肠杆菌群检测做一个革兰氏染色镜检。

1.2 生物群落检测

浮游植物是水域的初级生产者，繁殖速度很快。水体富营养化会促进其繁殖能力，从而影响水质的饮用安全。对浮游植物的检测，离不开光学显微镜。光学显微镜直接对水质进行观察监测，每过一段时间，镜检跟踪浮游植物的群落状况，以判断水体是否富营养化。

1.3 特殊物质检测

石棉纤维被动物体吸入肺部后，容易沉着在肺泡内，影响动物体的呼吸，对动物体的健康影响很大。在用光学显微镜检测时，必须用高倍镜才能观察到石棉纤维，因此，对光学显微镜的分辨率要求比较高。为确定肝癌细胞的使用量，需要用光学显微镜镜检肝癌细胞的复苏状况。

二噁英（Dioxin），是某些有害物燃烧后产生的脂溶性物质，不能被生物分解，具有很强的危害性。利用离体肝癌细胞的EROD与二噁英的复合毒性效应是生物学中的一种检测方法。环境监测部门也利用这种方法对环境中的石棉尘（石棉纤维）进行监测。

在受污染的水体中，培养鱼（一般选择生长速度快的青鱼）的受精卵，在鱼卵孵化过程中，使用光学显微镜监测受精卵的孵出率，并观察胚胎发育过程中畸形胎所占比重。

1.4 环境毒性测试

根据所知的生物学，单细胞藻类有很强的繁殖能力。可以在水体中培养藻类，用光学显微镜观察，监测藻类世代的生长情况和藻类种群的变化情况，判断水体中是否存在急性的毒性物质[3]。

2 光学分析方法在水质检测领域的应用

物质在吸收光波后，会在某一波段有一个吸收峰，通过分析这个波段，就可以得出该物质的光谱特性，光学分析方法就是在此研究基础上找到的一种测量方法[4]。反应灵敏度高，检测速度快的优点是人们在采用这种光学测量方法时首要的考虑因素。某些光学分析方法，人们往往既不需要像传统检测方法一样去使用试剂，又不需要花费太多的精力去维护相关的仪器设备。近几十年来，光学分析方法随着科技的脚步，在水质检测方面也跨上了一个新的台阶[5]。

2.1 比色分析法

比色分析法是指利用物质与物质之间的化学反应，获得深颜色的溶液后，通过比较前后溶液的颜色深浅度来测量所含物质浓度的方法[6]。比色分析法主要用于水质中，有色重金属离子的浓度检测。但是，有些重金属离子却是无色的，例如一价铜离子溶液，这时可以根据其易被氧化的化学特性，将一价铜离子溶液氧化成蓝色的二价铜离子溶液。比色分析法可分为目视比色分析法和光电比色分析法，两种方法的测量原理均为朗伯－比尔（Lambert-Beer）定律。但是，目视比色分析法中，人的主观判断会影响未知量的测量，因此目视比色分析法准确度不高。而采用分光光度法的光电比色分析法，弥补了主观判断造成的失误，未知量的准确度和灵敏度得到了提高。

通过了解，可以看出，使用比色分析法时，必须建立在显色反应的基础上，因此对溶液离子的化学性质要求比较高。人们可以采取目测的手段，也可以采用与离子反射或吸收波长相对应的单色光源进行检测，还可以使用与高速计算机联接的摄像头进行图像综合对比分析。利用显色剂的不同反应，比色分析法可被广泛地应用在水质监测方面以及测定受污染水质中的各类污染物浓度。

2.2 紫外光谱分析法

紫外光具有波长短，能量大，透过力强的特点，利用这一特点，人们可以通过紫外光谱区进行检测。有机分子在紫外光谱区的吸收较强（其实就是高能量脉冲杀死了有机活性物质），因此适用于检测水体有机污染物。紫外光谱分析法，分为单波长法，经过多年探索研究后，发展为双波长法，循序渐进到如今比较全面的全光谱法。对单波长法进行改进的双波长法，在测量时，无需参比溶液即可消除混浊度的影响。全光谱法是在光谱分析仪的基础上研究出的一种对待测溶液比较全面的检测方法，包含了吸光度在全紫外光谱区所有有机污染物。

2.3 间接测定法

水质中，对重金属离子的浓度还有一种间接检测方法荧光分析法[7]。顾名思义，荧光分析法就是获取重金属离子的荧光图像，再通过计算机编程处理，由此间接地测量出重金属离子的浓度。在这一过程中，需要用到与重金属离子相匹配的试剂。

2.4 直接测定法

直接测定法省去了间接测定法中匹配试剂的过程，检测速度有所提高，但是却要满足物质本身就发射荧光（如叶绿素、水中有机物等）这一苛刻条件。不管是间接测定法还是直接测定法，都无法忽略光源的重要作用。尤其是在直接测定中，要求光源的发射光波长与物质的吸收光波长一致。激光光源由于其得天独厚的优点（单色性好、能量集中），受到了研究人员的高度关注，激光诱导荧光技术就是采用激光作为光源的荧光检测技术。目前，激光光源在直接测定法中几乎已经取代了传统光源的检测地位。

3 光电检测技术在环境监测中的应用

虽然光学显微镜在水体污染的监测中可谓崭露头角，但在空气污染物的监测中却显得捉襟见肘。空气污染物通常指以气态形式进入大气层来物质（主要是人为污染，例如含硫化合物，二氧化碳气体等等），其对人体或生态系统具有很不好的效应，例如酸雨，雾霾等等。随着光学的发展，光电检测技术逐步应用到现实生活中，尤其在环境监测中，以其独特的优势获得了人们的青睐。

3.1 光电检测技术的原理

光电检测是指利用各类光电传感器，将被测量的物理信息转换成光信息，再通过A/D转换器转换成电信号，再综合利用信息传输技术和计算机编程处理技术，完成信息获取。当光照射到物体表面时，使物体发射电子、或电导率发生变化、或产生光电动势等。这种因光照而引起物体特性发生变化的现象称为光电效应光电检测系统以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，对载有待测物体信号的光信息进行处理，即通过光电检测器件接收光信息并转换为电信号。由输入电路、放大滤波等电路提取待测物的信息，再经过A/D转换器输入计算机运算和处理，最后提取出待测物体的几何量或物理量等所需信息（如图1的光电检测系统）。

3.2 光电检测系统在环境检测中的应用

光与物质的相互作用，改变了物质的某些物理特性。利用这种特性，制作的光电检测系统可以分为两大类：使用能覆盖宽光谱区的宽带光源的监测系统；使用激光或窄光谱光源，因而只能覆盖窄光谱区的监测系统[8-9]。在宽带监测系统中，傅里叶变换红外干涉仪（FTIR）或紫外差分光学吸收光谱仪（Uv-DOAs，又名DOAs系统）测系统可同时监测未知混合物中的多种化合物。通常这些化合物是包含在宽谱带内的，宽带监测系统能“观察到多种化合物的存在，但分辨率不高，不能将这些化合物从复杂混合物中直接区分开来”。但是，当宽带监测系统的分辨率低于欲观察的光谱线中的精细结构时，就不能观察到真正的吸收峰，且会限制对气体浓度值的检测。

激光监测系统由于分辨率高，扫描光谱范围窄，所以检测灵敏度相当高，但是激光监测系统发出的波长必须与被检测化合物吸收谱线的光波长相匹配。由于激光监测系统发出的激光波长是单色的，扫描波段被限制在极窄的范围内，一般情况下只能对应的检测出一种化合物。若检测的是混合物，则需要另加对应的监测装置。在目前的环境监测中，宽带监测系统和激光监测系统，这两种类型的监测装置都有其应用。例如，FTIR监测系统，它可提供对企业事故中泄漏出的某些有害化合物进行检测。这时对所有的可能的有害化合物来说，检测灵敏度就不如检测范围重要。但如果要连续实时监测从污染源（如烟囱向大气层中排放污染物，汽车尾气排放的污染气体时）释放出的有害气体，则监测装置抗其他化合物干扰的能力和高检测灵敏度就是重要因素了，这时，激光监测系统就成为了理想的监测系统。激光雷达像其它激光监测系统一样，能检测的样品不多，但它具有空间分辨力，是迄今为止，唯一能提供空间信息技术的检测系统，因此，探索污染物的发源地，激光雷达系统是最好的检测系统。诸如高空大气层中臭氧的消耗情况，可以使用激光雷达系统进行计算机模拟绘图。使用激光雷达系统提供大气层中空气分子成分分布的垂直剖面图，可以对大气传输和扩散过程有更透彻的了解。

DOAS系统可以测量多种化合物，如含氮化合物、甲醛、酚、苯、甲苯、二甲苯[10]。它的工作原理是根据光的反射定律，光源发射的光波经过某些物质后，经吸收的光波与光源光波一起被反射镜反射回来，利用计算机高速运算的能力分析光波的差异性，故而称作差分光学吸收光谱技术。调取吸收光谱数据库中已知数据，与吸收光谱数据相比较，从而分析物质中存在的化合物种类。

LASAIR系统是激光技术与计算机技术相结合的高新技术[11-12]，利用激光的单色性和计算机的高速运算能力，提高了检测效率。可调二极管激光吸收光谱分析仪发射出的激光光波长，足以满足吸收峰在中红外区（320um的范围内）的物质检测，适合大多数的工业环境监测。可调二极管激光吸收光谱仪，已在全球范围内有毒有害气体的检测上发挥了重要作用。LASAIR能测量的气体分子包括NOx、HF、HCI、HI、NH3、C2H2、COx、H2S、CH4。但是，由于每种气体对光波的吸收峰值不尽相同，必须要使用发射对应吸收峰值波长的激光光源。

4 结束语

随着时代而发展的光纤通讯和光电子信息技术被应用于环境监测中，尤其是具有体积小、寿命长和光电转换效率高的近红外二极管激光器[13-14]，目前已经迅速商品化，成为了检测空气污染物质的最合适光源。而调谐二极管激光吸收技术利用分子的吸收光谱单一分立吸收线这一原理，可以采样到被检测气体的每种光学信息。当激光通过被检测气体时，光电磁波会被吸收和散射而衰减。利用被测量物质分子的吸收能力远远高于物质分子对光的散射能力，我们可以忽略掉物质分子散射的这一衰弱影响。经过近30年的发展，调谐二极管激光吸收技术日益成熟，被广泛的应用在空气污染物质的检测和监测中。随着光谱学分析技术和激光技术的完美结合，特别是在近些年来，制作半导体材料和器件的工艺长足进步的情形下，激光光谱学分析技术在环境监测方面的应用越来越成熟。

红外半导体激光器可以在常温下工作，取代了传统光源的地位[15]。研究结果表明，红外半导体激光器的发射波长与很多环境污染气体的吸收波长相同。由于红外半导体激光器具有谱线窄、单频、功率大、工作可靠的优点，也为制作高质量，高水准的气体检测仪打下了坚实重要的基础。根据其对环境的抗干扰能力强，经常不需要标定，可直接安装在管道上检测等实用性的特点，被大量使用在工业生产过程中检测污染气体方面。

从光学显微镜早期在环境监测中的应用（主要在水质检测方面），到后来应用光学分析方法监测环境，直到现在人们又通过光的其他特性发明了各式各样的监测仪器，如：激光监测仪（DOAS系统），傅里叶变换红外干涉仪（FTIR监测系统）。可以说，光学测量方法是随着光学的发展而发展变化的。随着量子力学的发展，人们对光的认识不仅仅只是停留在了光谱层面上，而且也通过实验验证了人们对光的本质的假设。人们相信，现在我们所知的光学只是其冰山一角，光学测量方法也会随着光学的发展而日新月异。

参考文献：

（1）刘楚明.光学的发展史，应用与展望[J].科技创业家，2014，43（09）：700-721.

（2）水源守护者.光学显微镜在环境监测中的应用[EB/OL].（2010-7-23）[2015-4-1].http：//bbs.Instrument.com.cn/shtml/20100723/2679312/.

（3）刘允，解鑫.水体生物毒性检测技术研究进展综述[J].净水技术，2013，32（5）：5-10.

（4）李震，张金松，胡泓，宛如意.水质检测中的光学分析方法[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学深圳研究生院，2014.

（5）杨开武.气体浓度光学分析方法研究的进展[J].光谱学与光谱分析，2000，20（2）：134-135.

（6）沈继忱，王雪晴.基于图像比色法的有色溶液浓度检测方法的研究[J].光学仪器，2008，30（2）：9-12.

（7）陈国珍.荧光分析法[M].北京：科学出版社，1975（02）：236-245.

（8）李红.国外新型环境监测光学技术的发展趋势[J].现代科学仪器，2000，11（02）：356-402.

（9）耿玉珍.工业中的光学环境检测技术[J].光电子技术与信息，1995，8（03）：34-39.

（10）美国热电子公司.DOAS2000仪表说明书[Z].美国，1995.

（11）Schiff，H.I.MacKay，G.I.and Bechara.The use of tunable diode laser spectroscopy for atmospheric measurements[J].Air monitoring by spect roscopic techniques，1994，5：239 -333.

（12）Unisearch Associates Inc.Stack measurements of Hydrogen fluoride using the LASAIR instrument[R].America，1994，6：123-159.

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1.1人才培养模式的改革探讨

社会的发展对高校人才的发展提出新的挑战，要培养适应现代社会发展需要的高素质、应用型的复合人才，就必须改革人才的培养模式.结合蚌埠学院的特点，构建适合社会发展、学生发展的人才培养模式，成为专业建设中的首要问题.随着科学与技术的发展，各种学科之间的相互渗透已成为学科发展的主要趋势.面向21世纪，我校提出了加强基础，拓宽知识面，注重培养创新精神和实践能力，增强适应性和竞争性的总体要求，推进学科建设.实现专业与基础的结合，理论与实际的结合，相邻、相关学科的交叉、渗透和融合.其目的就是培养具有坚实基础和创新能力的复合型人才.致力于光电子学在信息领域的科学研究与技术应用，结合本校特点，本专业办学指导思想是：实基础、适口径、重应用、强素质、理工结合.培养学生具有坚定的社会主义政治方向、较强的创新意识、良好的职业道德和身心素质，并系统掌握光信息科学与技术的基本理论和基本知识，受到电子技术实训、光信息专业的基础实验和课程设计、毕业设计等方面的基本训练，具备从事光电子、光信息、光电技术及其相关学科工作的基本能力.本专业的培养目标是：培养适应经济社会发展需要的德智体美全面发展的，具备光信息科学与技术的基本理论、基本知识、基本技能和专业知识，能在光电子学、光通信、光学信息处理、光电检测、光电信息显示与存储，以及相关的电子信息科学、计算机科学等技术领域，从事产品设计与开发、生产制造与管理、科学研究、教学工作的应用型高级专门人才.按照社会需求，结合学生兴趣和学院办学定位和人才培养规格等，我们需要努力不断探讨和改革人才培养模式，以培养应用型人才.

1.2合理构建课程体系，优化教学内容

由于光信息科学与技术专业在国家目录上编列的时间不长以及社会日新月异的需求，目前课程体系中还存在一些问题，例如课程大纲、教材内容不统一和怎样符合不同学校的办学特色，不同课程内容相互重复，课程设置时课程先后顺序、学时分配的矛盾等.合理构建课程体系，优化教学内容，对人才培养具有决定性的作用，因此要以知识全面性和学习者为中心，结合学校办学特色来设计课程和培养环节，要合理安排通识课程、专业课程以及其它诸如实验课程等的比例，安排应突出学生知识、能力、素质结构的优化组合，强化学生应用和工程意识，另外要更多渠道优化，为学生研究性学习和创新能力的培养提供较大的时间和空间，诸如校选课制、网络课堂等.光信息科学与技术更新和发展飞速，在课程建设方面，我们要以构建“适应需求为导向的课程体系”为龙头，带动教学内容的更新，合理动态更新教学内容，淘汰过时的，促进课程质量的提高；其次根据课程设置对光学和光电子技术系列课程进行修订、整合，使课程体系少重复、层次清晰、拓宽知识面；再次为了反映当代科技的重大成就和前沿，我们除了完善光通信原理、光电子技术、激光原理与技术等专业基础课，还考虑研究生课程打通，考虑实际应用，增设了光信息科学与技术方面的选修课，如激光光谱技术、非线性光学、信号与系统、光信息存储与现实、MATLAB光学模拟技术、太阳能基础、传感器与检测技术等，以适应国内外迅速发展的光电子技术的要求，培养“理实交融”的复合型的光信息科学与技术人才.另外，由于光信息科学与技术属于应用面广,实战性强的专业，建立光学与光电子技术实验课程新体系也尤为重要.围绕本专业培养目标和市场对人才需求的特点，结合本院学科特点，经过反复调研、酝酿和会议讨论，我们设置光信息科学与技术专业的主要课程为高等数学、大学物理、物理光学、应用光学、电磁场与电磁波、模拟电子技术、数字电子技术、原子物理、量子力学、数学物理方法、光电子学、信息光学、光通信原理、光电子技术、光电检测技术及应用等.学位课程中的专业基础课、专业课，从以上主要课程中选取.

1.3实验与实践教学光信息科学与技术专业科学和技术关系密切

理论知识与实践能力并重，所以围绕专业方向和培养目标，以深化实验教学和实践教学以及实践锻炼、注重实验和实践能力、鼓励创新能力作为指导思想，加强校内外教学和实践环节的实效性，注重建立高素质的实验和实践教师队伍和教学考核办法，努力构建创新人才培养的实验与实践教学体系[1,6,7].围绕本专业培养目标和市场对人才需求的特点，根据本专业特点以及我校专业实验室建设指导思想和发展目标，全面考虑主要实验课程包括大学物理实验、光学基础实验、模拟电子技术实验、数字电子技术实验、数字图像处理实验、光电子技术实验、光通信与光信息技术实验、激光原理与技术实验和光电检测技术及应用实验，精心设计实验内容和创建实验室.实验室要建出特色、建出水平、形成优势，发挥示范作用.基础课实验室要提高建设水平和教学质量，同时重视专业实验室建设，重视用高新技术提高实验室建设水平，强度基础性和完整性建设的同时，增加有利于学生动手能力培养的设计性、探究性、创新性类实验项目.我们利用已有光学实验室、数学建模实验室、电子技术实验室，强化建设信号与系统、EDA、电子工艺设计、近代光学实验、信息光学实验、激光实验室、光通信实验室、电子线路实验、光电技术实验等专业基础实验室，需要努力争取校领导及各职能部门的支持，确保经费到位，计划1年内基本建成，可以满足新专业教学和研究工作的需要.本专业主要实践教学环节包括军事训练、社会实践、金工实习、电工电子实习、光信息专业基础实验、光电子学课程设计、光通信原理课程设计、光电检测课程设计、毕业实习、毕业设计（论文）等.我们需要进一步努力在原有校内、外实习基地的基础上，通过更多知名光电信息企业和重点实验室争取建立实践能力强、技术前沿以及管理一流的实习基地，主动与相关企业联系调研，理论联系实际，实现学校培养与市场需求的有机结合.此外，争取实施校园网进教室和实验室计划，增加图书馆馆藏文献资料数量，丰富教学手段，激发学生兴趣和创新动力.

1.4务必拥有自己的核心资源

开办新专业仅有良好的课程设置和合理的实验室建设是不够的，还需要优良的师资队伍建设.进一步加强教师队伍建设，教师队伍的数量、结构、素质、水平达到较高先进水平.计划到2014年，在学历结构上，教师中具有博士学位的比例达到30%左右；35岁以下专任教师中具有硕士学位的占90%以上.在职称结构上，教授占教师总数20%以上，副教授占教师总数40%以上.全力推进科学研究工作，以科研促教学，走产学研相结合的路子.充分发挥学科带头人的作用，多出一些高质量的研究成果.深入到蚌埠市及周边地区的企业，了解他们在生产中碰到的技术难题，寻找一些我们可以解决的问题作为研究课题，进行合作研究，为地方经济建设服务.同时建立与本地区科研院所的联系，加强合作，共同申报科研课题.建立科研激励机制，培养合理的科研梯队.广泛开展学术研讨、学术交流活动，形成浓厚的学术氛围，加大科技开发和成果转化力度.目前存在一个问题是该专业课教师数量不够，迫切需要加入新生力量充实教师队伍，加强教学和科研实力，还要注重在职教师的教学和学术进修.光信息科学与技术的建设必须拥有大量的人才资源，包括高素质的师资队伍、各种教辅人员、高效精干的行政管理人员.必须拥有较好的办学“硬件设施”和“软件平台”，包括教学和科研设施和服务、与外界交流的各种平台和渠道，以及各项政策法规、规章制度等.

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）09-0172-02

一、建设背景

进入21世纪，国际竞争日趋激烈，竞争的焦点是人才的竞争，是全民素质的竞争。随着科学技术高速发展，专业发展出现了一些新问题，表现在专业之间的交叉不断增加，相近专业内涵界限不清，专业与学科联系更加密切。同时由于高等学校本科招生不断扩大，势必造成各专业办学规模也不断扩大，由于发展速度过快，教学质量参差不齐。同时由于“测控技术与仪器”是由十几个专业合并而来，从名称上体现不出特色与优势。为此对于办学有鲜明特色的学校，必须探索一个适合自身特点，形成一个既有历史特色，又符合教育、教学发展规律的新专业。经过多年的教学实践，总结长春理工大学“测控技术与仪器”专业的办学基础与特色，依据本科教学的规律，对该专业建设进行了全面地研究与规划，制定出了一套全新的具有鲜明特色的专业培养方案，用以指导本专业的教学工作。

二、建设方法与步骤

1.建设指导思想。以当前人们普遍关注的本科生教学改革为对象，探讨适合人才培养与特色教育发展的教学方法，形成具有创新意识与能力的人才培养机制。总结长春理工大学测控技术与仪器的特点，建设成为以光电测控技术为优势的国家级特色专业，并以此形成办学的特色与品牌。

2.建设主要内容和方法。主要从培养方案、课程体系、教学内容三个方面入手，重点进行教学计划、教学大纲、课程建设、实验实习、毕业设计（论文）等教学环节规范。在此基础上完善教师队伍、创新基地、实验示范中心等内容建设。建设分五步进行，调研阶段整理资料阶段建设内容研讨建设内容实施总结与交流。①调查研究。面向高校：通过到国内设有“测控技术与仪器”专业的大学走访、实地考查、与教师座谈等方式，对测控专业的办学现状有了进一步了解。国内目前设置该专业的院校由几十所发展到140余所，其中此专业侧重电信的有45%，侧重机电的有35%，侧重计算机的有10%，侧重光电的有11所。以光电技术为主的学校多数集中在光通信、光电对抗等方面，进行光学精密仪器总体与结构为主并形成优势的学校只有天津大学、浙江大学及长春理工大学3所。面向企业：通过两种方式进行了调研：一是在每年的毕业生招聘会期间，与各企业相关人员座谈，了解他们的需求和对往届学生的评价；二是每年到与本专业相关的单位去实地调研，特别是近年来国外光学、光电相关企业在我国“长三角”、“珠三角”及周边地区建厂，急需大量的光电测控方面人才。我校培养的“测控技术与仪器”专业的人才就业情况很好，特别是光学仪器方向的人才。我校培养光学、光电仪器方向的学生近五年来实际就业率达到85%以上，近几年来社会对侧重光电专业人才的需求有上升趋势。跟踪国际：通过访问发达国家著名高校、聘请回国人员讲座等办法，了解国外高等学校办学方式与经验。国外控制技术伴随计算机技术的发展已达到较高的水平，特别是机器人、多轴转台等的智能控制研究方面，美国、日本、英国等达到相当高的水平。而我校在光电检测方面具有相当优势，但控制方面教学与科研都是弱项，使得“测”、“控”出现严重脱节现象。②培养方案调整根据掌握的资料，结合实际情况进行综合与分析。我校是以光学仪器发展而来，是以光学仪器创造品牌，这一点始终不能放弃。近年来许多大学遵循“宽口径，厚基础”原则，按专业培养学生。但我校一直沿用专业方向培养，这样更有利于突出特色。我校“测控技术与仪器”专业原来下设4个专业方向：“光学仪器”、“检测技术及仪器”、“精密仪器”和“光学工艺与光学设计”。由于近几年教育部增加了一些有特色的目录外专业，我校以“测控技术与仪器”专业中的“光学工艺与光学设计”方向分离出来，在2003年申办了“光电信息工程”专业。这样测控技术与仪器专业只有“光学仪器”、“检测技术及仪器”和“精密仪器”3个方向。但在近几年实际执行中，“测控技术与仪器”专业的“精密仪器”在分方向时很少有学生选择，基本分不出班级，所以实际上本专业就是两个方向。而“光学仪器”方向与“光电信息工程”的专业有交叉。所以在实际运行过程中，本方向越办越窄，而且已失去了原有的优势的地位。现代测控技术多学科的交叉，发挥我校在精密仪器基础、凭借光学相关课程、实践教学和光学仪器总体设计方面长处，结合现代控制技术的发展。对专业方向进行了重新调整，即形成“光学精密仪器”、“检测技术及仪器”和“光电测控技术及系统”3个专业方向，形成以光学仪器和光学设计优势，光电测控技术领先，检测技术和信息处理并进的人才培养方案。

三、具体建设内容

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）30-0070-02

21世纪被称为信息时代，电子科学与技术在信息、能源、材料、航天、生命、环境、军事和民用等科技领域将获得更广泛的应用，必然导致电子科学与技术产业的迅猛发展。这种产业化趋势反过来对本专业的巩固、深化、提高和发展起到积极的促进作用，也对人才的培养提出了更高的要求。因此，本文从人才的社会需求出发，结合我校实际情况，进行了本科专业培养方案的改革探索，并详细介绍了培养方案的制定情况。

一、人才的社会需求情况

目前，我校电子科学与技术专业的本科毕业生主要面向长三角地区庞大的微电子、光电子、光伏和新能源行业，市场对专业人才的需求基本上是供不应求的。但是也应该注意到电子科学与技术产业的分布不均，分类较细，且发展变化较快。另外，电子科学与技术产业结构具有多样性，既有劳动密集型的大型企业、大公司，更多的是小公司和小企业；既有国有企业和私营企业，更有合资、独资的外企。因此，社会需求与本专业毕业生的供需矛盾还会继续存在。

二、专业的培养目标和定位

本专业培养具备微电子、光电子领域的宽厚专业基础知识，熟练实验技能，能掌握电子材料、电子器件、微电子和光电子系统的新工艺、新技术研究开发和设计技能，有较强的工程实践能力，能够在该领域从事各种电子材料、元器件、光电材料及器件、集成电路的设计、制造和相应的新产品、新技术、新工艺的研究、开发和管理工作工程技术人才。并且结合我校“大工程观”人才培养特色，依据“卓越工程师”教育理念下工程技术型人才培养的原则，培养适应微电子和新兴光电行业乃至区域社会经济建设需求的工程技术型人才。

三、本科培养方案制定的思路

电子科学与技术专业培养方案参照工程教育认证的要求，以及专业下设微电子、光电子材料与器件两个本科培养方向的思路制定。注重培养学生的专业基础知识和实践工程能力，使毕业生能满足长三角地区微电子、光电子和新能源行业发展的需求。微电子方向的课程设置专注于电子材料与电子器件、集成电路与系统设计方面，光电子材料与器件方向则偏向于光电信息、光电材料与光电器件方面。

四、本科培养方案的改革探索

要实现电子科学与技术专业的培养目标，适应电子信息产业的不断发展，并结合我校学科发展方向和特色，对电子科学与技术专业本科人才培养方案进行了研究，并对省内外几所高校电子科学与技术专业的培养方案进行调研，最终形成了富有特色的电子科学与技术专业人才培养方案，主要内容如下：

1.培养方案的模块化设计。在设计电子科学与技术专业本科培养方案的整体框架时，根据“加强基础、拓宽专业、培养能力”和培养工程技术型人才的办学理念下，专业培养方案分人文与社会科学、专业基础和专业课三个模块，下设微电子和光电子材料与器件两个专业方向。学生在前两年学习相同的课程，到大三时根据自己的兴趣选择专业方向，选修各自方向的专业课。由于两个方向的不同培养要求，因此在专业基础选修课、专业必修课和专业选修课方面设置限选模块，每个专业方向必须修满相应的学分才能毕业。

2.改革专业基础课程。专业基础课程是为专业课程奠定基础，因此，在保留了原有电子信息类专业通常所开设的电子类课程外，增加了与专业相关的课程，如EDA技术、通信原理、数字信号处理、物理光学、应用光学、激光原理与技术等课程，删减了原先与物理类相关的一些课程，如物理学史、原子物理、热力学与统计物理学等，并删减了一些计算机软件类课程，如C++程序设计、计算机在材料科学中的应用等。专业基础选修课程分方向限选模块，两个专业方向对应有不同的专业基础选修课程。

3.优化专业课程。专业课程是整个专业教育中的主干部分，微电子方向的课程设置紧紧围绕半导体和集成电路设计方向，开设有集成电路设计、微电子工艺原理与技术、工艺与器件可靠性分析、半导体测试技术、现代电子材料及元器件、集成电路工艺与器件模拟等课程。光电子材料与器件方向围绕光电材料和光纤通信方向，开设光电子材料与器件、光电检测原理与技术、太阳能电池原理与技术、光纤传感原理与技术、光纤通信技术等课程。另外专业课程里面还设置有专业实验，通过加强实验环节，训练学生的动手操作能力，增强学生的理论知识。

五、与省内外专业人才培养的区别

具有电子科学与技术专业的各大高校分布在不同的地区，服务于不同的区域经济，这就要求专业学生的培养具有区域化、差异化。我们分析了杭州电子科技大学、浙江工业大学、苏州大学、南京理工大学和徐州工程学院这五所不同地区、不同层次高校的电子科学与技术专业的培养方案。不仅使我们能学习到其他高校的先进办学理念、合理的课程设置体系，也可以发现与其他高校之间的差异。具体表现为以下几个方面：

1.专业定位。各个学校的电子科学与技术专业依据自身的师资力量、办学条件、区域经济要求确定专业的发展定位。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业依托1个教育部重点实验室、2个国家级实验教学示范中心、3个省部级重点实验室，人才培养定位于能从事电子元器件、电子电路乃至电子集成系统的设计和开发等方面工作的工程技术人才。浙江工业大学的电子科学与技术专业主要培养光通信、电子电路系统、集成电路设计等方面的人才。苏州大学的电子科学与技术专业定位在培养能够在电路与系统、集成电路与系统等领域从事各类系统级、板级和芯片级研发工作的高级工程技术人才。南京理工大学的电子科学与技术专业主要是突出光电技术和微电子与信息处理学科的交叉和融合，以光电成像探测理论与技术及微电子理论与技术为专业特色。徐州工程学院的电子科学与技术专业主要定位在培养能从事光电子材料与器件开发的工程技术人才。而我校的电子科学与技术专业定位于服务长三角地区半导体和新能源行业，培养能从事集成电路设计与开发、光电子材料与器件的研发等工作的工程技术人才。

2.课程体系。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业培养学生设计、开发电子元器件、电子电路系统、电子集成系统的能力，在课程设置上开设了通信电子电路、EDA技术、薄膜物理与技术、电子材料与电子器件、电子系统设计与实践、集成电路设计、嵌入式系统原理和应用、现代DSP技术及应用等专业课程。浙江工业大学的电子科学与技术专业培养学生设计、开发电子电路系统、集成电路系统的能力，开设了电路原理、模电数电、通信电子线路、集成电路设计、光纤通信原理、光网络技术、数字信号处理等专业课程，以及电子线路CAD实验、单片机综合实验、通信原理实验、通信电子线路大型实验、微电子基础实验、半导体器件仿真大型实验、集成电路设计大型实验等实验类课程。苏州大学的电子科学与技术专业培养学生设计与开发电路与系统、集成电路与系统，从事各类系统级、板级和芯片级研发工作的能力，开设了信号与系统、电磁场与电磁波、高频电路设计与制作、电子线路CAD、CMOS模拟集成电路设计、VLSI设计基础等专业课程，以及电子技术基础实验、信号与电路基础实验、电子线路实验、电子系统综合设计实验等实验类课程。南京理工大学培养学生从事光电子器件、光电系统和集成电路的设计、开发、应用的能力，开设了信号与系统、光学、光电信号处理、光辐射测量、光电子器件、光电成像技术、超大规模集成电路设计、光电子技术、显示技术、光电检测技术、数字图像处理、半导体集成电路、集成电路测试技术、微电子技术、光电子线路、电视原理等专业课程。徐州工程学院的电子科学与技术专业培养学生设计与开发光电子材料与器件的能力，开设有信号与系统、光电子学、光电子技术、激光原理与技术、光伏材料等专业课程，以及模拟电路课程设计、数字电路课程设计、单片机原理课程设计等实践性课程。我校的电子科学与技术专业主要培养学生集成电路设计、光电子材料与器件的设计与制备能力，开设有半导体物理学、半导体器件原理、MEMS技术、微电子工艺原理与技术、薄膜材料及制备技术、工艺与器件可靠性分析、集成电路工艺与器件模拟、EDA技术、通信原理、数字信号处理、光电子材料与器件、光电检测原理与技术、太阳能电池原理与技术、光纤通信技术等专业课程，以及近代物理实验、专业实验等实验类课程。

3.人才培养特色。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业的人才培养特色是注重集成电路设计、系统集成方面能力的培养。浙江工业大学的人才培养注重光纤通信、集成电路设计方面能力的培养。苏州大学的人才培养注重电路与系统设计、集成电路与系统设计方面能力的培养。南京理工大学的人才培养注重光电技术和微电子与信息处理学科的交叉和融合，以光电成像探测理论与技术及微电子理论与技术为专业特色。徐州工程学院的人才培养注重光电材料与器件方面能力的培养。我校的人才培养注重电子材料与电子器件的设计与开发、集成电路设计方面能力的培养。

参考文献：

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中图分类号：TP333.5+3文献标识码：B

文章编号：1004-373X(2009)03-160-03

Design of the Driving Time Sequence Circuit of Linear CCD Based on FPGA

YUAN Jinfeng,CHEN Wenyi,LI Kai

(Xi′an Institute of Post &Telecommunications,Xi′an,710061,China)

Abstract：CCD is used in modern photoelectronics,precision instrument and many aspects.Usually,the driving time sequence is designed under special condition or special uses.This paper takes linear CCD device TCD1500C as example,by researching the character of CCD and sequence circuit waveform,designs driver circuit waveform that uses FPGA and enables it to meet the application requirements.By changing the clock frequency or increasing the cycle-integral number of clock pulses,thus changing optical integration time.

Keywords：CCD device;time sequence circuit;driver;optical integration time

0 引 言

电荷耦合器件(Charge Coupled Devices,CCD)是一种图像传感器，它在工业、计算机图像处理、军事等方面都得到广泛的应用。目前CCD的应用技术已成为集光学、电子学、精密机械与计算机技术为一体的综合技术，在现代光子学、光电检测技术和现代测试技术领域中起到了相当大的作用。因此，CCD的作用是不可估量的。然而，CCD要正常工作是要驱动时序的，虽然有些CCD往往自带驱动，但是在特殊需要或需要加特殊功能时，CCD驱动往往需要自己设计，例如曝光时间可调等功能。

现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA）是在PAL,GAL,EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

由于FPGA具有易修改，在线编程等特点，可根据不同要求进行在线配置，从而升级方便。另外由于FPGA集成度高，可将系统的部分或全部功能集成在一片芯片上，可减小系统硬件复杂度。

2 CCD工作原理和特性参数

TCD1500C是一种高灵敏度、低暗电流、5 340像元的线阵CCD图像传感器，其像敏单元大小是7 μm×7 μm×7 μm;相邻像元中心距也是7 μm;像元总长是37.38 mm。其驱动时序图如图1所示。TCD1500C在驱动脉冲作用下开始工作。

由图1可知，CCD的一个工作周期分为两个阶段：光积分阶段和电荷转移阶段。在光积分阶段，SH为低电平，它使存储栅和模拟移位寄存器隔离，不会发生电荷转移现象。存储栅和模拟移位寄存器分别工作，存储栅进行光积分，模拟移位寄存器则在驱动脉冲的作用下串行地向输出端转移信号电荷，再由SP进行采样和保持，最后由OS端分别输出。RS信号清除寄存器中的残余电荷。在电荷转移阶段SH为高电平，存储栅和模拟移位寄存器之间导通，实现感光阵列光积分所得的光生电荷势阱中，此时，输出脉冲停止工作，输出端没有有效电荷输出。由于结构上的安排，OS先输出13个虚设像元信号，再输出45个哑元像元，然后再输出5 340个有效像元信号，之后再是12个哑元信号，输出1个奇偶检测信号，以后便是空驱动(空驱动的数目可以是任意的)。

2 芯片的选择以及设计平台概述

FPGA选择的是ALTERA公司的FLEX10K系列的EPF10K10LC84-4，他是一款典型在线可编程FPGA器件。

设计选择的平台主要是Modelsim。Modelsim仿真工具是Model公司开发的，它支持Verilog DHL,VHDL以及他们的混合仿真，可以将整个程序分布执行，使设计者直接看到它的程序下一步要执行的语句，而且在程序执行的任何步骤任何时刻都可以查看任意变量的当前值，可以在Dataflow窗口查看某一单元或模块的输入输出的连续变化等，比Quartus自带的仿真器功能强大的多，是目前业界最通用的仿真器之一。仿真都正确无误后再用Quartus Ⅱ软件来综合和下片。本程序采用Verilog硬件描述语言编写，其可移植性和可读性都好。

3 CCD驱动时序的设计和实现

由图1所示，其设计方法是：在系统最佳工作频率下，通过基本计数单元产生CCD工作所需的波形，保证CCD正常工作。根据TCD1500C的技术手册，可以看出时钟Φ为典型值0.5 MHz时，占空比为1∶1；输出复位脉冲ΦRS为1 MHz，占空比为1∶3，采样保持脉冲ΦSP=1 MHz，脉冲宽度为100 ns。根据所给出的时序关系图可以得到转移脉冲ΦSH，时钟Φ，复位脉冲RS，采样保持脉冲SP等控制信号的时序图。由于1个ΦSH周期中至少要有5 411个Φ脉冲，即TSH>5 411T。由此可知，改变时钟频率或增加光积分周期内的时钟脉冲数，就可以改变光积分时间。即通过积分时间控制信号A1，A2，A3控制积分时间的改变；000～111分别控制8档积分时间变换。000时间最短，111时间最长，可以通过软件动态设置积分时间，实现CCD光积分时间的智能控制。部分实现程序如下：

always @ (posedge CLK_20M or negedge RESET)

begin

if(~RESET)

rs_count ＜= 5′h00;//复位信号计数器

else if(rs_count == 5′h13)

rs_count ＜= 5′h00;

else

rs_count ＜= rs_count + 1′b1;

end

always @ (posedge CLK_20M or negedge RESET)

begin

if(~RESET)

RS ＜= 0;

else if(rs_count == 5′h0E)

RS ＜= 1;

else if(rs_count == 5′h13)

RS ＜= 0;

end

编译后最后得到的仿真波形结果如图2所示。

4 结 语

本文实际采用Modelsim开发系统实现编程和测试程序的编写，内部模块采用Verilog 硬件描述语言编写，完成了时序电路的设计和实现，并测试无误后下载到FPGA上，产生CCD驱动，输出结果十分理想。不仅简化了电路设计，提高可靠性，而且提高了研发速度。

参考文献

［1］常磊，李国宁，金龙旭.基于FPGA的全帧型面阵CCD驱动时序设计［A］.2006年国防光学及光电子学学术研讨会暨中国兵工学会光学专业委员会成立25周年年会论文集 ［C］.2006.

［2］管立新,沈保锁,柏劲松.帧同步系统的FPGA设计［J］.微计算机信息,2006,22(9Z):177-178,223.

［3］王庆有.CCD应用技术［M］.天津：天津大学出版社，2000.

［4］周奇勋,王勉华,乐春峡.基于FPGA的VHDL语言设计优化［A］.中国仪器仪表学会第五届青年学术会议论文集 ［C］.2003.

［5］常丹华.一种新的CCD电路设计方法［J］.传感器技术，2001，20(6)：32-34.

［6］赵春晖,刘会,梁刚键.基于CPLD和VHDL的一种线阵CCD驱动时序电路的设计与实现［J］.应用科技,2005,32(11):4-6.

［7］李敏杰,李云飞,司国良,等.基于FPGA的一种长线阵CCD驱动时序电路设计［A］.2006年国防光学及光电子学学术研讨会暨中国兵工学会光学专业委员会成立25周年年会论文集 ［C］.2006.

［8］郭晏强,熊莉英.利用Handel-C和VHDL语言设计FPGA应用［A］.第九届全国青年通信学术会议论文集 ［C］.2004.

［9］孙钊，高爱华，田爱玲.线阵CCD测径装置的设计［J］.应用光学，2003,24(2)：31-33.

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静脉输液是一种最常用的临床治疗方法[1]。目前，医院进行临床输液时，输液速度的调节一般由病人或医院护士来完成，效率不高。特别是在患者增多，医护人手紧张的情况下，这个矛盾尤为突出[2]。在长时间的静脉输液过程中，对护士来说，需要时刻保持紧张情绪，精神压力极大；对患者来说，如果没有陪护人员，患者必须自己时刻关注输液情况，如果稍有不慎，就极有可能导致更换药液不及时，对患者造成一定的伤害。因此，传统的人工输液监护形式有不少弊端，研制一种智能输液监控器，对患者输液过程进行自动化监控，并实现智能管理是医院今后发展的必然趋势[3]。

1系统总体设计

系统功能设计如下：在一定误差允许的条件下，系统实现对液滴的瞬时速度（滴数/min），以及总量计数（ml/h）的监测，作为输液泵的辅助工具用来测量流速以及总量。

系统总体结构见图1。输液监护器由单片机作为主控器件， 硬件电路包括输液检测模块、电源模块、按键模块以及报警模块和显示模块组成，单片机内部的软件应用程序由C语言进行编程设计。

2硬件设计

输液监护器直接固定在输液器上，系统选取纽扣电池作为系统电路电源。MSP430F413单片机作为系统核心芯片。单片机电路作为整个系统的核心控制部分，主要是完成与其他电路的接口，从而获得数据进行处理实现各种功能，并且将处理的结果采用液晶屏显示出来。单片机的接口电路非常简单，分别采用单片机的一般I/O口实现与其他电路的接口。该系统的时钟部分都是采用晶体振荡器实现的，本设计采用的晶体振荡器的时钟频率是32768HZ。这里需要考虑干扰的问题，在该系统中的干扰比较小，因此，模拟地和数字地共地，模拟电源输入端增加一个滤波电容以减少干扰。同时接入电路用来为LCD液晶屏提供驱动电压，选用的电阻为1MΩ，且在电源端接入0.1uF的电容，用来滤掉微小的波纹，以减少干扰。在干扰不是很大的情况下，单片机可以正常工作实现各种功能。

2.1输液检测模块 目前，采用光电检测技术[4]实现滴速检测是常用的方法。系统选用槽式光电开关LTH-301-32作为检测液滴的传感器。LTH-301-32红外发射管发出的红外光穿过莫菲氏管照射到接收管，当莫菲氏管中没有药液滴过时，光线衰减变弱，此时光电开关输出电流比较强；当莫菲氏管中有药液滴过时，光线会因为药液发生吸收和散射现象，光电开关只能得到比较弱的光信号，因此输出的电流比较弱。因此， 根据光电开关输出电流的强弱就可判断是否有液滴滴下。

2.2报警模块电路 当输液过程异常或输液完毕时，输液监护器会发出声光报警信号，可选用压电式蜂鸣器来实现这一功能。压电式蜂鸣器工作时约需10mA的驱动电流，由于单片机输出信号不能直接驱动蜂鸣器，因此外接驱动电路。蜂鸣器作为三极管的集电极负载，当三极管导通时，蜂鸣器发出鸣叫声；三极管截止时，蜂鸣器不发声。

2.3显示模块电路 显示模块主要有液晶LED来实现。系统的显示电路由简单段码液晶LED实现，该电路直接与单片机的I/O端口进行连接，并且MSP430F413具有直接驱动液晶的作用。

3软件设计

MSP430单片机的开发软件常用的是IAR公司的IAR Embedded Workbench集成开发环境，它可以编辑、汇编和编译汇编语言和C语言源文件，并且其C语言和汇编语言具有相同格式的头文件，给开发带来了灵活性。本设计的代码均由C语言编写[5]。

软件程序设计主要包括：定时器Timer_A的初始化，端口设置初始化，显示液晶的初始化，Timer_A的中断程序，端口的中断程序，液晶显示程序和主函数程序。主处理模块主要是实现各个模块软件的交互，并且设置默认显示记录总滴数，瞬时速度。本文主要采用在一段时间内累计相加的算法。

滴数/min的算法采用1min中每10s计1次数，第一个10s计数，计算1min的输液速度，20s计数，然后计算1min的输液速度，以此类推，然后当计时间到1min后，第一个10s的数重新写入，然后计算1min的输液速度，第二个10s再重新写入，计算1min的输液速度，以此类推。每10s刷新一次。利用1min内的计数来算瞬时速度。在第一个1min内10s计数，计算得瞬时速度的误差较大，随着时间的累加，误差逐渐减小。ml/h采用总的计量数计算总滴数转换而得，由于液滴的每滴存在着一定的误差，采用补偿的方法弥补缺陷。

4实验结果

在某市规模最大的一家三级甲等医院进行临床测试，结果显示， 当目测输液滴速在60滴/min左右时，输液监护器不会报警； 当手工缓慢调节滴速至目测低于40滴/min或高于80滴/min时，输液监护器会马上发出声光报警提示；当掐断输液管（模拟输液堵塞或输液结束状态）时，输液监护器也会马上发出声光报警提示。经反复测试， 无误报现象。此外，经实际测试，输液监控系统测得的流速结果见表1。

5结论

本文以单片机为系统核心，设计了一款轻巧便携的输液监护器。当有病人需要输液时， 将输液监护器固定在输液器的莫菲氏管上， 可以实时监测输液情况。临床测试表明，此输液监护器操作简单，安全可靠，可以使护士从繁重的工作中解脱出来，有精力投入到其他工作中，既节约了人力，又充分利用了护士资源。可以预测，医用输液监护系统未来的发展趋势将是把通信技术和单片机技术结合在一起，从而进一步提高系统的性能，使系统更加精密可靠，并且成本低廉，易于推广。同时，网络化和智能化也是输液监护系统未来的发展方向。

参考文献：

[1]李琴.基于MCGS的液体点滴监控系统模型的设计与实现（论文）[J].北京：华北电力大学，2006，1～2.

[2]陈巍，郁汉琪.基于单片机的液体点滴速度监控的研究[J].自动化博览，2009，5（10）：74～75.

篇8

中图分类号：TB96 文献标识码：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），电荷耦合器件，是贝尔实验室在20世纪60年代末期发明的图像传感器。由于其在检测方面的独特空间特性和结构特性，CCD自问世以来便广泛应用于光电检测领域，尤其在工业在线检测领域具有不可替代的地位。与传统的机械式、电磁式、光学式检测技术相比，基于CCD传感器的非接触式检测技术在尺寸检测的智能化和自动化方面体现出明显的优势。文献[1]提出一种基于面阵 CCD 和激光辅助的测宽系统用于在线测量钢板宽度。文献[2]采用两个面阵CCD的图像拼接方法实现对 130mm的大尺寸轴径的高精度测量，并就图像拼接时需要注意的问题进行了说明。文献[3]介绍了一种基于面阵CCD的振动非接触测量系统，并对该系统参数的确定方法和系统所采集的序列运动图像的处理方法进行了分析。本文介绍一种基于面阵CCD的宽度测量系统，并运用蓝牙4.0技术实现图像信息的传输。蓝牙4.0整合包括传统蓝牙技术、蓝牙低耗能技术和蓝牙高速技术，低功耗是蓝牙4.0的突出特点，使其在短距无线应用和便携式操作控制方面具有优势。

1 硬件系统组成

基于面阵CCD的非接触测量系统的硬件部分由面阵 CCD、传感器固定附件、图像采集模块以及计算机组成，如图1所示。CCD将被测物体成象后的光信号转换为电信号，图像采集模块则进行模数转换获得相应的数字信号，运用蓝牙4.0技术实现信号的无线传输，通过计算机上的图像处理软件对获取的图像进行处理、提取，最终将计算的测量结果输出。

1.1 CCD图像传感器

CCD图像传感器将光学信号直接转换为对应大小的模拟电流信号，再经放大和模数转换从而实现图像的获取、存储、传输和处理。根据感光单元的排列方式不同，CCD可分为线阵CCD和面阵CCD两大类。前者价格低廉，结构简单，适用于一维动态目标的测量，但在获取二维图像时需配以运动扫描，获取时间长且测量效率低，不适于高精度的平面曲线轮廓检测；后者则应用面较广，可以获取二维图像信息，测量图像直观，适合测量面积、尺寸、位置、形状甚至温度等信息。面阵CCD图像传感器是感光单元有序排列成二维网状的传感器，因其具备自扫描特性，能够把光学图像变换成按空间域分布的离散电压信号，再通过计算机系统进行处理，就可以完全实现高精度、高分辨率检测。①

图1 测量系统框图

图2 CCD检测原理

用面阵CCD的非接触测量物体宽度的原理如图2所示，光源发出的均匀光线照在被测物体上，其宽度信号通过成象物镜成象在面阵CCD的光敏面上，CCD再将光信号转换成对应的模拟电信号。

1.2 蓝牙4.0

蓝牙无线技术是使用范围最广泛的全球短距离无线标准之一，蓝牙4.0包括了传统蓝牙、高速蓝牙和低功耗蓝牙三种蓝牙技术。②③低功耗技术（Low Energy）是蓝牙4.0的核心，其最大的特点是运行功耗和待机功耗极低，只需一粒纽扣电池便可使蓝牙低功耗设备连续工作达数年之久，这种技术即为蓝牙4.0BLE。测量系统中，由CCD获取的模拟电信号经图像采集模块转换为数字信号后，采用蓝牙4.0技术传输至计算机端进行相应的处理。蓝牙无线传输技术可以实现非接触测量系统的便携式操作和户外应用。蓝牙4.0BLE不仅有低功耗特点，还具有高可靠性、高安全性、低成本、快速启动、瞬间连接的特点，其有效的传输距离较传统蓝牙有极大提高，可达60～100m。这些保证了测量系统的无线传输的可靠和高效，也大大提高了户外非接触测量的应用范围。

表1 钢板宽度测量记录

2 测量实验

为了检测系统的测量效果，实验选取10块不同宽度的钢板进行测量，选用激光光源照在被测钢板上，测量结果见表1。数据显示10次测量的误差8在0.1mm以内，10次测量误差的平均值为0.08743mm，测量效果是理想的。测量误差主要是因为系统中存在光学系统造成的误差、环境误差、设备误差等。

3 结语

本文介绍了一种简单易行的非接触式宽度测量系统，利用面阵CCD摄像机获取被测物体的图像，接着经图像采集模块进行模数转换，并通过蓝牙无线传输技术传送至计算机，再经图像处理获得宽度值。实验对10块不同的钢板进行测量，测量误差较小，效果理想，证明了本系统是可行的。

基金项目：湖北省教育厅科学研究计划资助项目（Q20133006）

注释

① 郭伟.基于面阵CCD的钢板几何尺寸测量系统的研究[D].太原科技大学硕士学位论文，2013.

② 欧阳骏，陈子龙，黄宁淋.蓝牙4.0BLE开发完全手册[M].北京：化学工业出版社，2013.4.

③ 张德龙.基于蓝牙 4.0 的无线扭矩测量分析[J].电子测试，2013.15：79-80，62.

参考文献

篇9

作者简介：李春先（1977-），女，湖北黄冈人，长沙理工大学物理与电子科学学院，讲师；王成志（1974-），男，山东潍坊人，长沙理工大学物理与电子科学学院，讲师。（湖南 长沙 410114）

基金项目：本文系湖南省教改课题“探索物理学专业本科毕业论文（设计）教学新模式，培养创新型人才”（批准号：湘教通[2011]308号）的研究成果。

中图分类号：G642.477 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）07-0177-02

本科毕业论文（设计）（以下简称“毕业论文”）是学生在系统学习完本专业的基础课后，按照科学的思维方法和规范化的研究进程，系统完成一项具有综合性和创新性的科研活动。它是本科教育的最后一个环节，其目的是总结、消化在校期间的学习成果，使学生能够初步掌握运用所学知识分析问题和解决问题的方法以及学会科学研究的基本程序，培养学生的科学研究能力和创新实践能力。毕业论文要求具有一定的创见性，能够较好地解决学科领域中不太复杂的问题，立论要科学，观点要创新，论据要翔实严密。由此可见，毕业论文是本科教育中很重要的一个实践环节，但近年来高校本科毕业论文的质量受到诸多因素的影响，出现了一定的下滑，并引起了学术界关于毕业论文是否有必要存在的争议。因此分析影响本科毕业论文质量的因素，探索提高毕业论文质量的有效方法与措施，确保毕业论文的质量，应是当前高校教学研究工作中的重要课题之一。[1]近几年，毕业论文课题组把毕业论文的改革与课程设置体系的改革有机地结合起来，对如何提高本科毕业论文质量进行了有益探索，取得了较好的效果。近几届本科毕业论文的质量显著提高，在学校检查中名列前茅，并且取得了一系列学术成果，本科生以第一作者分别在《物理学报》[2-5]等权威期刊上发表多篇学术论文。这些成果不仅为学生进一步科学研究奠定了基础，同时也说明只要改革得当，研究的质量会显著提高，产生高水平的成果是可能的。以物理学专业为例，下面对提高毕业论文质量的做法和体会进行阐述。

一、 改革课程设置体系，大力开设前沿选修课是提高毕业论文质量的前提

根据教师科研方向，把教师划分为六个科研团队：分子器件科研团队、光电信息物理科研团队、凝聚态物理科研团队、空间物理科研团队、量子光学和量子信息科研团队、电子信息技术科研团队。在传统必修基础课的基础上，大力增加前沿选修课，规定每个科研团队开展1～2门具有前沿性且与科研相结合的选修课，例如“石墨烯分子器件物理基础”、“光电检测技术”、“太阳能电池”、“光信息处理”、“凝聚态物理前沿专题”、“空间物理现象的物理基础”、“量子光学导论”、“量子信息基础”、“电子设计和制作”等选修课，一般为48个课时。由于选修课具有新颖性和前沿性，因此深受学生的欢迎。

对于这些选修课，在教学方法上与传统基础课不同，采取讨论和探索式教学的方式，手段灵活多样，不拘一格。针对物理课概念性强的特点，在讨论中加深了对课程内容的理解和基本方法的掌握，形成了“勤于思考，乐于探讨”的学术氛围。在课堂上教师只讲解要点，其他内容和相关问题留给学生。把学生分成几个组，给予每组相应的内容和问题，几个人一组通过查找文献完成给定的任务，然后教师要求学生在课堂上展示自己的答案。另外，课程的内容和要求要与该课程的相关科研手段和方法匹配，这样学生不但学到了基础知识和基本技能，而且学到了与该课程相关的科研方法和手段，为今后的毕业论文奠定了基础。因此，在该前沿方向中选择一些问题作为本科毕业论文题目，不但具有可行性、前沿性、新颖性和专业性，而且有利于锻炼学生利用知识解决问题的能力以及创新能力，这正是毕业论文的目的所在。

二、选题是提高毕业论文的基础

选题就是指导教师确定毕业论文的研究内容。一个好的选题，要充分锻炼学生利用本专业知识理论解决问题的能力以及创新能力。选题是毕业论文的第一个环节，也是毕业论文的基础。课题组可从以下几个方面进行选题：

第一，与本专业相结合，即在本专业范围内选题。

第二，与科研结合，与学科前沿结合，做到选题新颖。将本学科的前沿、热点问题融于毕业论文之中，把科研中遇到的问题转化为毕业论文的课题。只有题目新，才能有创新的空间，只有内容新，才能有新的结果和结论。从学生选题来看，学生对科研型题目的选择热情逐年增高，使得这些题目具有较好的需求基础。特别是计划考研的学生很愿意接受一次科研训练，从而为以后从事科研工作提供一定的基础。

第三，可行性。选题难度要适中，既要考虑学生的学识水平，又要考虑学生潜能的最大发挥。前沿选修课为学生提供了一定的基础，只要选题得当，本科生同样能对学科前沿问题进行深入研究。例如，量子相干态两个正交分量在相空间的几何表示是椭圆，但教材和文献上没有给出系统的证明，但是只要理解了《量子光学基础》的一些定义和物理意义就可以利用学过的数学知识给出完整的证明。

第四，实行双向选择。指导教师把题目放在网上，实行双向选择。在过去，选题方式一般由教师给学生单方面定题，学生缺乏主动性，限制了学生的主观能动性，学生对导师的研究方向和进行的课题缺乏了解，在选题方面存在被动接受的情况；在选题过程中，留给学生选题的时间过少，普遍存在着“指导教师报题随意、学生选题盲目”等问题。目前教师把题目、内容和要求详细显示在网络上，给出足够的时间让学生选。在选题的过程中，师生可以通过网络充分交流使学生对课题有充分的了解。在教学网络上学生确定题目，然后出题教师与选定该题目的学生进行面试或者交流，双方满意即可确定指导和被指导的关系。这样既避免了选题的盲目性，也有利于因材施教。

三、指导方式是提高毕业论文质量的关键

为了加强对毕业论文的指导可实行团队指导。如前所述，有六个科研团队，研究方向相同的学生归到相应的团队内，实行分类指导和团队指导。团队内的资源共同利用，学生统一管理，集体答疑，定期对学生毕业论文进行答疑和检查，了解和解决学生遇到的困难，提出每一阶段的要求和任务，确保论文的质量和进度。共同组织针对选题的学术讲座、学术交流会和论文写作交流会，组团可大大提高指导效率，节约成本。指导教师之间密切协作，充分利用了教师资源，大大提高了指导效率，节约了资源。团队内的学生各有所长，共同讨论问题，发现对方的长处，取长补短，还可以培养学生团队合作的精神。

四、学院和教研室强有力的管理与监管是提高毕业论文质量的保障

根据学校的有关精神，实行学院、教研室两级管理，学院制定制度和措施，教研室负责具体执行。

1.成立院毕业论文领导小组及答辩领导小组

院毕业论文领导小组负责全院毕业论文工作的领导和指导，包括拟订毕业论文工作计划、向全院教师布置毕业论文任务、选配毕业论文指导教师、组织毕业论文题目的审定并报学校审批。

2.物理学专业教研室成立毕业论文指导小组

毕业论文指导小组负责毕业论文的具体工作，包括组织毕业论文题目审查、确定毕业论文指导教师，并报院审核；组织学生选题；组织毕业论文指导教师向学生下达任务书；负责毕业论文进行过程的管理、检查并及时整理有关材料；设立毕业论文答辩小组，具体负责各组的论文审查、论文答辩。

3.课题实行两级审评制度，严把课题关

物理学教研室组织指导毕业论文丰富的教师对所报题目进行审批，不符合学校和学院要求的题目要撤掉，或者通知出题者进行修改，直到满足要求为止。教研室把评审符合要求的题目汇总，交给学院毕业论文指导小组评审，检查是否有不符合要求的课题，合格的课题方可进入选题系统供学生选择。

4.对毕业论文的各个环节进行检查和监控

组织指导教师开会，明确指导教师的任务。指导教师需提出论文应达到的目的与要求；介绍主要参考文献；指导学生制订论文撰写计划；检查学生论文撰写的进度质量，并给予及时指导帮助；指导学生修改论文初稿；审阅毕业论文并提出论文答辩资格及给出成绩评定建议；参加论文答辩；撰写指导总结。在论文指导过程中，指导教师应注重对学生勤奋、严谨、求实的科学态度和勇于创新的精神的培养。教研室在整个毕业论文期间担负着管理和监督的职责，应进行严格管理，组织毕业论文中期检查或抽查，并对检查工作进行认真总结。

五、结束语

近几年采取把毕业论文的改革和课程设置体系的改革有机结合、把科研前沿融入毕业论文中、团队指导、强有力的行政监管等措施对如何提高毕业论文进行了初步改革和探索，取得了较好的效果，学生和教师的积极性提高了，论文质量大幅提高，学生的创造性得到了增强，不仅使本科生取得了一系列学术成果，发表了一些有价值的学术论文，而且得到了学校主管部门与学生的一致好评。

参考文献：

[1]姚明仁.提高本科毕业设计质量的研究与实践[J].中国电力教育，

2008，（8）：147-148.

[2]梅龙伟，张振华，丁开河.单壁碳纳米管电子输运特性的稳定性分析[J].物理学报，2009，58（3）：1971-1979.

篇10

“一名合格的教师，最重要的是发自内心去热爱教师这一职业，要站在学生的角度去思考问题，弄清楚学生的需要。”赵立民时常以这样的标准鞭策自己，不断丰富自己的学识，并将其运用到课堂教学当中。教学是教师终身的事业，不管行政事务多么繁忙，赵立民始终不能忘记讲台才是教师最出彩的舞台。“电子技术”系列课是电类专业的学科基础课，作为课程负责人，他带领“电子技术”教学团队连续多年进行教学改革，提高教学质量，成效显著。“电子技术”系列课陆续被辽宁省评为省级“一类课”、优秀课和精品课，该教学团队被评为省级教学团队；其中，“模拟电子技术”课程于2013年被评为省级精品资源共享课；主编教材《可编程逻辑器件与数字系统设计》被评为省级精品教材，主编教材《电子技术实验教程》2013年被评为省级首批“十二五”教材。他先后主持和参与了辽宁省自然科学基金、教育部优秀青年基金以及部、省、市科研项目10余项；先后主持了“光纤光栅高压电流互感器研制”“肿瘤热疗临床温度光纤监测法的研究”等纵向课题研究，发表学术论文多篇。

教改是教师的职业追求

赵立民说：“教师潜心教学的过程中，还应该着眼于教育教学方法的研究和改革。只有在教学过程中不断思考和推进教育教学改革，才能固化方法让更多的学生受益，才能真正在提高教学效率和人才培养质量上有更大的作为。”在多年教学中，赵立民实践并总结了大量的教学方法。在他担任实验室主任期间，当时学校实验教学刚刚采取“独立设课、一人一组”，在管理之中也必须要相应地引入新的做法。赵立民结合学生做实验的实际情况，创造了“器件到手、课前插好、预习充分、效果提高”的实验教学方式，同时改变了考核方式，采用“5221”，即50%是期末实验考试成绩，20%是实验报告成绩，20%日常操作成绩，10%科学素质表现。这样双管齐下，大幅度地提高了实验效率和学生动手能力。功夫不负有心人，赵立民主讲的课程受到了学生们的一致好评，学生反映他的课：“教学深入浅出，通俗易懂，富有启发性，特别注重培养学生分析问题和解决问题的能力及创新能力。”

实干是做事业的应有品格

篇11

中图分类号：G643 文献标识码：A文章编号：1002-4107（2014）05-0086-02

一、校企联合培养模式的特点

按着国家确立的仪器仪表专业领域硕士研究生培养目标，创新能力的培养对研究生教育至关重要。结合工科研究生教育的实际，国内有学者提出在学位与研究生教育中影响创造能力培养的重要因素有：知识结构、实践环节、科学方法、个性培养、管理工作[1]；也有学者针对全日制工程硕士教育提出，培养具有创新活力的未来工程师需要合理的师资队伍结构，未来工程师应该依靠工程师与科学家共同培养。应该探索工程型科学家与科研型工程师合理配比的双师型师资结构[2]。西方发达国家与国内创新教育有所不同，譬如美国研究生学术能力培养的特点可概括为：重视基础理论，强化学科间渗透；注重探索精神和研究能力的培养；有具体的学术标准和良好的学术氛围；学术自治和社会监督[3]。为了保证实现培养目标的同时，突出专业研究生实践开发特色和创新能力的培养，东北石油大学电子科学学院和大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司共同启动了校企联合培养模式，针对仪表工程领域工程硕士专业业务素质培养进行了一系列的探索与实践，集中概括为三个方面：第一，为确保研究生具备从事本专业设计开发所必需的扎实理论基础和优化知识结构，结合实际建立了一套特色鲜明的课程体系；第二，为确保研究生历经严格的专业训练以提升其研发能力，建立了严格的学位论文质量保证体系；第三，为确保研究生综合素质的提升，建立了高效的研究生实践创新能力培养机制。

二、特色鲜明的课程体系

课程体系的构建是校企联合培养模式中十分重要的环节，事关研究生培养质量。根据国家仪器仪表工程硕士学位标准，为了保证学习基础突出、理论与实践相结合、前沿技术与现实需求结合的培养特色，构建课程体系要明确本专业的办学定位，即掌握仪器仪表学科的基本理论和相关工程技术，了解本学科的历史、现状和国际上的学术动态，掌握一门外语并能阅读本专业的外文资料。培养学生具有较好的专业理论基础，能较熟练运用相关专业技术从事仪器仪表工程开发或实际应用。要求学位获得者掌握所从事工程领域的坚实的基础理论和宽广的专门知识，具有解决仪器仪表工程领域实践问题的先进技术方法和现代技术手段。在明确办学定位基础上，结合培养目标和专业特色研究确定课程体系。具体课程规划为公共必修课、专业必修课、必修环节和选修课四个模块。按着培养方案要求每人修业不低于30学分，该课程体系突出现代传感技术、光电检测技术、智能信息处理技术、虚拟仪器技术四大研究方向。研究生可以根据自身研究方向自行选定选修课程，也可以根据课题需求和自身爱好跨专业选课，研究生有权自由选择集中修业或跨学年修业。研究生参加全国电子设计大赛并荣获奖励的可以置换智能仪器设计实践学分。

三、“四位一体”的学位论文质量保证体系

针对仪器仪表专业领域硕士研究生校企联合培养，历经探索形成了以研究生为主体、导师为引领、平台为基础、项目为依托“四位一体”的学位论文质量保证体系。

第一，突出研究生的主体地位和作用。研究生是学习的主体，是创新设计的主体，更是受教育的主体。其知识结构、理论基础、思维模式、实践技能等内在素质和研究态度、工作热情、勤奋程度等外在体现都是决定学位论文质量的内在因素，这些都需要导师对其研究生有充分的了解并经常予以高度关注。为此在校企联合培养模式下采用了双导师制，研究生在校理论学习期间，主要由高校的导师负责理论学习指导和综合素质考核，进入企业从事课题研究过程中主要由企业的导师负责指导开发实践。无论校内还是校外均以任务化管理的方式提供给研究生最大化的自由度和独立研发空间。事实证明，这更有利于发挥学生自主创新思维。

第二，充分发挥导师的引领作用。双导师作为创新培养体系的特征体现，在导师和研究生之间建立一种新型的“导学”关系，导师即要当好向导，引领学生朝着正确的方向前行，使学生在探索创新的路上不至于迷茫；导师又要当好伴侣，从思想层面上陪伴着学生，使学生在攀登科学高峰的进程中不感到寂寞和孤单。目前仪器仪表专业聘请校内导师12人、企业兼职导师5人，采取两种选配方式：其一是由校内教授担任主导师，企业高级工程师为副导师；其二是由企业教授级高级工程师主导师，校内年轻的副教授担任副导师。无论哪种方式，主导师都要负责培养计划的制订并提供论文研究课题，副导师配合主导师完成对研究生的指导任务。双导师配备原则主要考虑主副导师是否有深入合作研究的背景，是否能够真正形成理论研究与实践开发两者优势互补。除此之外，有计划地引进和培养青年后备人才，将青年博士列入后备导师团队，形成导师梯队。近五年本学科引进博士5人，在职培养博士7人，在读博士12人，这些对于强化导师队伍建设至关重要。

第三，加强平台基础建设，充分利用各级各类平台为研究生研究课题和创新实验提供实验条件。目前仪器仪表专业主要依托油气田控制与动态监测黑龙江省重点实验室和黑龙江省高校校企共建测试计量技术及仪器仪表工程研发中心，并与大庆油田测试技术服务分公司共建研究生创新设计培养基地。

第四，依托重大研究课题并结合生产实际精选研究生论文研究项目。校企联合培养的研究生学位论文课题都是源于国家油气重大专项、国家自然基金项目、黑龙江省自然基金、石油天然气总公司计划项目等课题。其主体研究方向面向油田生产测井及计量仪器仪表的现代传感器研制。

四、“一个面向、三个结合”，实践创新能力校企联合培养机制

为了提高研究生实践创新能力，建立了校企联合培养机制。为此采取了一系列的手段与措施，突出体现一个面向、三个结合为特色的校企联合两段式教育培养模式。其中，一个面向特指仪器仪表专业研究生论文选题面向油田生产实际；三个结合特指具体研究开发与本专业研究方向密切结合、与高级别科研项目密切结合、与先进实验装置密切结合。校企联合两段式教育形式上体现为理论学习阶段在校内，实践开发阶段在企业。校企联合两段式教育的内涵要充分利用仪器仪表工程学科特有优势，发挥研究生创新培养基地的作用，按高级工程技术人才培养模式，与行业企业深度合作，与油田生产测试及标准计量密切结合的仪器仪表研发课题密切结合，形成仪器仪表工程专业学位研究生的校企联合共同培养的教育模式。

具体操作上，第一，坚持论文选题与油田生产实际相结合。东北石油大学电子科学学院与大庆油田测试技术服务分公司共建研究生创新设计培养基地，因此，只有选择面向油田生产实际与仪器仪表工程相结合的课题，才能将研究生真正置于校企联合培养教育模式之中。第二，研究生要深入导师科研团队参与高级别项目研究：校企联合培养模式中双导师制的具体落实，集中体现在对于研究生的教育培养，而双导师之间的分工与配合显得尤为重要。对于研究生而言，必须深入导师科研团队参与高级别项目研究，才能以更加宽阔的视野面对技术领域高深问题，在实践中更有效地锻炼和培养自身的科研开发能力，快速提升思维能力。第三，研究生要深入开发现场亲历创新实践。只有深入开发现场才能深入了解企业需求，进而才能进一步实践创新。测试的核心技术是传感器技术，油田测试领域的传感器有其鲜明的特色，必须在苛刻的尺寸限制下实现井下各参数的测量，必须适应井下的恶劣环境。因此，只有深入企业了解生产实际，才能有针对性地开展现代传感技术及仪器研究，以提高测试水平，更好地为油田开发服务。否则，其研究成果将无法与生产实际对接，自然也无法参与创新设计。

通过三年仪器仪表工程专业硕士研究生校企联合培养模式的探索与实践，结合自身的办学条件及合作企业的生产实际，寻求出一条有效路径，从而进一步明确了培养目标；构建了一套科学的课程体系；明确了以研究生为主体、导师为引领、平台为基础、项目为依托“四位一体”的学位论文质量保证体系；突出体现仪器仪表专业研究面向油田生产实际、与本专业研究方向密切结合、与高级别科研项目密切结合、与先进实验装置密切结合的提高研究生实践创新能力手段与措施。尽管因合作企业突出的行业特点和自身的企业文化，致使该校企联合培养模式更多体现出个性化的特征，但仍有一定的推广价值。今后，将继续深入研究和不断实践，使得接续研究成果有更加广泛的应用性。

参考文献：

[1]高洁，王斌.理工科研究生创新教育的几点思考[J].教育新观察，2009，(9).

[2]王钰，康妮，刘惠琴.清华大学全日制工程硕士培养的探索与实践[J].学位与研究生教育，2010，(2).

[3]张莉，柴宝芬.美国研究生培养模式解读[J].现代教育科学，2010，(1).

收稿日期：2013-10-05

篇12

（State Grid Tai’an Electric Power Supply Company，Tai’an 271000，China）

摘要： 本论文主要从电气设备状态监测与故障诊断的重要性、监测与诊断技术方法、以及技术应用时注意的问题这三个方面来阐述笔者的观点。

Abstract: This paper expounds the author’s views mainly from the importance of condition monitoring and fault diagnosis of electrical equipment, monitoring and diagnosis technology, and the notice of the technology application.

关键词 ： 电气设备；状态监测；故障诊断；技术应用；注意问题

Key words: electrical equipment；condition monitoring；fault diagnosis；technology application；notice

中图分类号：TM835 文献标识码：A

文章编号：1006-4311（2015）06-0031-02

1 电气设备状态监测与故障诊断的重要性

1.1 保障电力系统运行的安全性、稳定性，保证供给 电气设备是电力系统的重要组成部分，是整个电力系统运行的主体，各个设备的运行安全稳定与否与整个电力系统的安全性、稳定性有着直接的影响。为了保障电力系统运行的安全性、稳定性，首先就要针对电气各个设备做好状态监测的工作，掌握设备运行的基本情况。只有这样，当设备有潜在的故障时，才能及早发现，及时维修，消除隐患，确保电气设备的正常运转，提高电力系统的安全性和稳定性。随着我国经济水平的快速发展和人民生活水平的提高，其对电力的需求也越来越大，如果出现严重的故障而导致不能正常供给，那么将会严重影响社会的生产和生活。因此，要保证电力系统的安全性和可靠性，只有这样，才能够满足社会生产生活对电气的需求，保证供给量，确保社会生产生活的正常运转。

1.2 有利于降低成本，提高经济效益 现如今，激烈的市场竞争是各个企业都面临的问题。有效地降低成本，提高企业的经济效益，是确保企业在竞争中占据优势的重要因素之一。对于电力企业和而言，就笔者自身的工作经历来谈，如果不重视电气设备的状态监测和故障维修，那么会导致设备超常工作而发生严重的破损甚至出现不可维修的故障。如果在出现严重性的设备损坏才进行维修，那么将会增加维修人员的工作量和费用；如果是出现无法维修的损坏而导致设备停止运行，那么企业就要重新购置新的电气设备。在这种情况下，就会浪费大量的人力物力，既增加了成本，又导致正常的工作中止，从而影响企业的效益。

2 电气设备状态监测与故障诊断的技术方法

电气设备如变压器、电容性、、高压断路、发电机等是状态监测和故障诊断的主要对象。电气设备状态监测与故障诊断的技术方法是基于科学有效的方案的基础之上的，对电气设备的运行时间、寿命长短、预防故障等进行监测和诊断，以确保电力系统的正常运转。

2.1 变压器设备监测与诊断 就变压器的运行而言，其重点项目是按规定和安排进行监测并依据监测的结果进行维修。但除了重点监测外，还有日常的监测和维修，比如关于对被频繁操作的有载调压开关和连续运转的风机的监测维修，这是确保变压器在繁重的运行压力下得以减压和得到维护的技术手段。一般情况下，对变压器进行大修包括吊铁心检查，周期是10到13年，绕组形变是检查的重要内容。如果变压器运行的各个指标显示正常，那么就可以直接完成评估卡的填写，然后进行综合性地诊断和分析，再次确认变压器的各项指标正常，根据具体的情况预测变压器再运行的寿命。当监测情况出来，如果发现变压器存在有故障并危及设备的安全运行时，就需要根据设备发生故障的程度进行相对应的维修，必须确保变压器的各项指标保持在正常的范围内。

2.2 电容性设备监测与诊断 关于电容性设备也就是互感器类的设备的监测和诊断内容主要有油色谱分析、红外检测、在线监测、离线监测、停电预试等。对电容性设备（包括电气的各个设备）的状态监测需要通过四个步骤（信息检出、数据采集、信息传输、数据处理）后，才能根据数据反应的现象进行综合性的诊断，然后根据诊断的结果对互感器类设备进行维修。停电预试需要与主设备结合，或者要在线路停电的状态下才能进行，经监测后发现电容性设备有潜在的故障并经诊断最终确定后，要根据设备存在故障程度的大小来安排何时停电检修，但要确保停电维修工作的及时性和效率性。如果故障要求设备解体才能维修时，则需要在机房内进行维修。

2.3 高压断路设备监测与诊断 高压断路设备的监测内容包括断路器的绝缘度是否合格、载流回路是否完好、操作机构的特性是否保持、断路器是否还有开断的能力等等。就笔者了解，目前，在断路器各个指标都正常的情况下，关于断路器的全面维修周期一般是取规定的上限，有些在出厂时得到生产方的承诺的情况下，还可能会超出规程的上限规定范围。在高压断路设备工作时，对其监测主要是对每次发生故障时电流的大小和发生故障时跳闸的次数分别进行统计，并根据发生故障时电流的人总和和闸刀开断的次数来安排维修的先后顺序。高压断路器的监测和诊断结果如果显示运行稳定、无潜在故障或存在故障，那么则可以根据监测程序填写评估卡并列入状态检修范围。

2.4 红外诊断技术 常用、有效、综合的电气设备状态监测与故障诊断技术的方法是红外诊断技术。红外检测技术集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一体，可以有效地对电气设备的潜在故障、存在的早期故障、以及绝缘的性能进行预测，使电气设备的监测、发现、诊断、预防和维修都处在预知的状态，这可以有效地获知电气设备的各项性能，并对电气设备进行及时地保护和维修。同时，利用红外诊断技术对电气设备进行状态监测和故障诊断，它可以不用接近设备、不用触摸设备、不用调取样本、不用解体设备就可以实现对设备的监测和维修功能。此外，它还具有精确、直观、快速、实时等功能特点。

3 电气设备状态监测与故障诊断技术应用时应注意的问题

在对电气设备进行状态监测与故障诊断时，既要重视技术等方面的应用，也要确保在管理上的保障。

3.1 以现代的科学技术进行状态监测和故障诊断 如上文所述，红外诊断技术是现如今最为广泛运用与电气设备监测与诊断之中的技术手段之一。对于它的优点和现代性，就应该积极地利用，而不是一贯地保持传统的监测手段，既费时又费力。可以将传统的监测方法的正确思路和方案与现代技术相结合，这样既可以实现全面地监测和诊断，又可以确保监测结果的时效性、直观性、科学性、可靠性。

3.2 加强对电气设备状态监测与故障诊断工作的安排与管理 无规矩不成方圆，要使得电气设备状态监测与故障诊断工作得到顺利地开展，首先就要加强对其管理。这个管理是指要明确具体的技术人员，做好责任分工工作。相关的负责人在开展工作前要做好策划，并组织其他的工作人员进行工作协调，在工作过程中，变电、配电、检修、试验等各项工作内容的工作人员各司其职，并将监测结果及时反应，以迅速综合和分析数据，得出诊断结果。总之，只有加强对工作的安排与管理，才能使其得到顺利地展开并取得预期的效果。

3.3 提高检修人员技术素质 随着电气设备的技术含量不断地增高、变电站的不断增多、监测和维修作业频率不断提高，其相关工作人员的技术素质也要不断地提高。因此企业就要加强对专业技术人员的培训，相关工作人员也要加强自身对专业知识的学习，以培养出适合企业发展需要的实用型、综合性人才。

4 结语

对电气设备的状态监测和诊断，可以保障整个电力系统运行的安全性和稳定性，保证正常的社会生产生活的用电供给。因此应该注重对电力设备状态监测和故障诊断的技术研究和应用，运用科学、有效、先进的技术方法来帮助我们更好地监测、预防、维修电气设备，从而更好地维护电气设备的运行寿命和降低故障率，以实现电力企业的经济效益。

参考文献：