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光電信息處理技術范文1

[關鍵詞] 卓越計劃；大學教育項目；培養計劃；聯合實驗室；光電信息工程

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-893X（2013）06?0066?02

“卓越工程師教育培養計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）是教育部2009年推出的一項重大的教育改革試點項目，是高等工程教育滿足國家戰略需求、強化主動服務行業企業需求、創新高校與行業企業聯合培養人才機制、改革工程教育人才培養模式的重大教改項目。通過“卓越計劃”的實施，提升學生的工程實踐能力、創新能力和國際競爭力，推進我國高等工程教育的發展。本文以我校“卓越計劃”的試點專業光電信息工程為例，積極探索并不斷完善這一新的人才培養模式，以國際知名信息技術企業QNX/TI中國大學教育項目資助的NUPT- RIM/QNX-TI光電應用聯合實驗室為平臺進行校企深度合作，培養創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量光機電工程技術人才，實現卓越計劃之實施初衷。

一、光電信息工程專業“卓越計劃”實施目標、培養標準和培養要求

（一）實施目標

為了完善高等工程教育體系，促進我國從工程教育大國走向工程教育強國，培養大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量光電工程技術人才，教育部進行工程教育改革而啟動實施“卓越計劃”。我校光電信息工程專業是“卓越計劃”的試點專業，為積極參與教育部 “卓越計劃”，探索我校光電信息工程專業“卓越計劃”培養新模式，促進相關專業建設水平提升，提高人才培養質量，培養優秀光電類工程技術人才，學校對 “卓越計劃”的實施進行部署。預期經過4年“卓越計劃”對光電信息工程專業學生的培養過程，學校形成成熟的光電類卓越工程人才培養模式和培養方案，工程教育專業建設水平和人才培養質量明顯提高，“卓越計劃”人才培養的社會效益顯著，對其他相關專業建設具有顯著示范作用。

（二）培養標準

經過“卓越計劃”培養的學生熟練掌握光電信息工程的基礎理論、系統的專門知識，必要的生產實踐及試驗方面的知識和技能，了解本學科前沿發展動態和方向，并具備較強的工程意識、工程素質、工程實踐能力、自我獲取知識的能力、創新素質、創業精神、社會交往能力、良好的職業道德、組織管理能力和國際視野。可以從事光電信息系統的設計、研發、制造、營銷、服務或相關項目過程的實施、使用及維護，也可承擔企業管理、生產技術管理及企業市場運營等工作。

（三）培養要求

按本校光電信息工程專業“卓越計劃”培養的學生應具備較全面的光電知識、較高的能力和素質為。學生應德、智、體全面發展，具有良好的溝通能力、管理組織能力和較強的團隊合作精神；應具有較扎實的自然科學基礎，較好的人文、社會科學

[收稿日期] 2013-07-12；[修回日期] 2013-10-10

[基金項目] 南京郵電大學人才引進項目（NY211042）；江蘇省普通高校自然科學研究計劃項目（TJ212031）和QNX/TI大學教育項目研究成果

[作者簡介] 喻春雨（1976-），女，遼寧沈陽人，南京郵電大學光電工程學院副教授，主要研究方向：光電成像與圖像處理；韋瑋（1960-），女，北京人，南京郵電大學光電工程學院教授，主要研究方向：光電功能材料研究與制備.

基礎和良好的心理素質；能較系統地掌握本專業領域的技術理論基礎知識，主要包括數學、光學與光子學、理論物理、電子技術、光電檢測、光電成像、光電顯示與存儲、圖像信息處理及計算機應用、市場經濟學、經濟法律及企業管理等基礎知識；具有本專業必須的設計、研發、使用、維修及管理等方面的綜合能力；具有本專業領域某個專業方向必須的專業知識，并了解其科學前沿和發展趨勢；具有初步的科學研究、科技開發及組織管理能力；具有較強的創新意識、工程實踐和獲取新知識的能力；能熟練使用一門外語，并兼修第二外語。

二、基于大學教育項目的光電信息工程專業“卓越計劃”實施方案

（一）學校總體“卓越計劃”實施方案

借鑒國內外工程教育成功經驗，遵循“行業指導、校企合作、分類實施、形式多樣”的原則，以我校光電信息工程專業為依托，以培養“厚基礎、重實踐、強能力、求創新”的本科工程型卓越工程師后備人才目標，以校企聯合實驗室為平臺，以課程體系與教學內容改革以及教學方法與形式改革為核心，以高水平工程教育師資隊伍建設為保障，積極探索和創建具有我校特色的校企合作工程教育模式。合理制訂“學校工作方案”和“專業培養方案”，以光電信息工程專業等先行試點專業帶動其他專業，爭取我校所有工程教育專業在“十二五”期間完成“卓越計劃”申報工作并成功加入國家級或省級“卓越計劃”試點。除制定政策外，學校對試點專業每年投入數十萬經費，以支持“卓越計劃”實施。

（二）以QNX/TI大學教育項目我校實施光電信息工程專業“卓越計劃”

TI與QNX目前在中國著名高校推行大學教育項目[5]。眾所周知，TI成立于1930年，總部位于美國得克薩斯州達拉斯，是全球領先半導體設計制造公司，它的技術應用從數字通信娛樂、醫療服務到汽車系統無所不在。QNX是黑莓RIM的子公司，成立于1980年，總部位于加拿大渥太華，是嵌入式系統領軍者，其產品應用包括：網絡路由器、車載遠程信息處理裝置、工業控制系統、醫療設備、安全防衛系統等。

為積極拓展在華業務，QNX于2010年8月上海世博會期間推出中國高校計劃，此計劃由QNX聯合TI共同實施，展現軟件對于系統運行在降低開發時間、成本上的重要性，為中國頂尖工程院校（以車輛研究為主）提供有力支持。此計劃已于2011年暑假在中國教育部備案，并將在5年內發展30家高校成員，目前以清華為首的十幾所高校已加入該教育項目，我校是唯一的光電應用技術高校成員。此教育項目有助于提高我校在光電技術領域的教學水平，學生通過接觸QNX嵌入式軟件和TI硬件產品，能夠進行更多以實踐為基礎的技術研究，有效的將光、機、電結合，更好地為將來的職業生涯做準備。

我校涵蓋信息類專業比較全面的高校，有實時嵌入式系統專職教師，具備RTOS平臺研發經驗并熟悉Vxworks、Linux系統和源碼，對于掌握QNX技術具有良好基礎，同時對TI產品已經比較熟悉。充分利用QNX/TI教育項目為我校提供的軟件（QNX Neutrino微內核實時系統平臺）、硬件（TI OMAP3530為基礎的Beagle Board開源社區開發平臺）及相關參考設計部分源代碼，初步建立兩個實驗平臺，分別是醫療系統實驗平臺和智慧汽車實驗平臺。

光電信息處理技術范文2

關鍵詞：激光測距，單片機，蜂鳴器

 

1、研究內容

殘疾人是社會中最主要的弱勢群體，他們要面對更多的困難和壓力。，激光測距。隨著2008年奧運會、殘奧會的成功舉辦，政府越來越關注弱勢群體，給予盲人的關懷也越來越多，這也使助盲成為現在社會的一個熱點問題。

目前市場上已經出現一些導盲類產品，例如盲杖、導盲犬等，但是因為種種原因，這些產品并不能有效的幫助盲人導盲。比如，導盲犬由于訓練困難，價格昂貴，一直不能被推廣普及。可見，如何實現更好的導盲依然是一個亟待解決的問題。

由此，我們想要設計出一個“新型智能導盲器”，使之能夠有效作為盲人的導盲器材，克服傳統導盲器件價格較高，使用不方便，使用范圍有限等缺點。

而隨著時代的發展，光電技術特別是光電探測技術，光信息處理技術的應用已經遍及現代生活的各個領域。尤其是光機電一體化系統，模塊很小，工作性能很高。基于此，我們想設計出“光電智能導盲器”，以便快速，準確，實時的幫助盲人了解周圍的實際情況，更好的服務廣大盲人群眾。

2、研究方案

為了實現準確、快速定位障礙物的目的，我們提出了 “光電智能手持導盲儀”。盲人通過使用此設備可以知道周圍物體的分布情況，可以獲得一個周圍環境的大概的距離遠近的輪廓圖。我們主要應用以下兩種技術：

一、激光測距技術：激光測距技術與一般測距技術相比，具有操作方便、系統簡單以及白天和夜晚都可以工作的優點。，激光測距。此外，與雷達測距、微波測距相比，激光測距具有良好的抗干擾性和較高的精度，以及更快的反應速度。

二、單片機控制技術：單片機體積小，重量輕，結構較為簡單，成本低廉，可以實現一般的控制功能。而且單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統，因此它得到了廣泛的應用。現代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。

三、蜂鳴器語音輸出技術：蜂鳴器反應快，聲音變頻速度快，距離越近頻率越高，便于快速給盲人用戶提示，同時蜂鳴器聲音也給周圍行人一定警告。

根據以上三種關鍵技術，我們提出的主要設計思路如下：

整個導盲儀通過激光測距模塊測距，蜂鳴器報警，起到導盲作用。

在導盲儀上，嵌入一個單片機控制模塊，作為整個裝置的核心。在單片機的旁邊固定一個蜂鳴器，蜂鳴器可以發出聲音。，激光測距。導盲儀前端安置一個激光探頭和一塊接收板。在導盲儀上則安裝一個開關，控制導盲儀的工作。

根據激光測距儀的原理，激光器發射頭發出激光束，遇到障礙物后反射到達導盲儀前端的接收板，接收板上裝有光電探測器。障礙物表面漫反射的光信號經過光電探測器轉變為電信號，再經過濾波，放大，整合，A/D轉換，傳送給單片機。經過單片機分析處理后，根據激光往返時間算出的距離輸出不同的指令，如果在報警距離以內，單片機便會發出控制信號，即高電平到蜂鳴器，驅動蜂鳴器發出不同頻率的提示音，使盲人通過蜂鳴器的聲音提示躲避障礙物，方便盲人出行。

導盲儀通過盲人的手動掃描，給盲人提供不同方位的障礙物信息。

3、技術路線及可行性分析

本作品主要包括：激光測距技術，光電檢測技術，單片機控制技術，語音輸出技術。

技術路線主要從光電技術，控制技術，電路設計技術三方面分析。

光電技術：主要是激光測距技術和光電檢測技術。目前，激光測距技術已經十分成熟，獨立的激光測距儀已經十分普遍。仿照成型的激光測距儀，設計制作出我們需要的激光測距模塊。

針對我們的需要，我們采用短脈沖高頻率激光測距技術。脈沖式激光測距是基于對光波在本機與目標間渡越時間的計量來感知目標距離，屬于“時基法”測距，其優點是操作方便、系統設計簡單，滿足設計要求。

單片機下達測距指令后由激光器發出脈沖激光，經擴束準直的光學系統后通過指示與穩定系統導向穿越大氣層射向目標。光學系統一般是望遠光學系統，為的是減少出射光束的發散角，以提高光能面密度，增大工作距離，還可以減少背景和周圍非目標物的干擾。指示與穩定系統，帶有瞄準鏡和方向機構，用以對準盲人需要探測的方位，提供目標角方位信息。圖中的傳感器，可提供目標方位和俯仰角。激光束離開本機的同時，從發射光束中取出參考脈沖信號，參考信號通過光電探測器，變成電脈沖，這個電脈沖經濾光、放大、整形后送入單片機，通過單片機控制，啟動數字式測距計時器開始計時；到達目標的激光束有一部分被表面漫反射回到測距機；經接收物鏡和窄帶光學濾波器再次到達探測器，窄帶光學濾波器的主要作用是充分利用激光優良的單色性，提高系統的信噪比；光探測器再次將光信號轉換為電信號，然后將電信號送往放大器和匹配濾波器，這是因為從光電探測器出來的信號不足以推動電路工作。處理后的信號進入比較器進行比較；比較器的輸出信號驅動測距計時器計時停止，單片機接收距離信息。，激光測距。根據距離信息，單片機決定是否驅動蜂鳴器發出聲音。

單片機控制：單片機是整個裝置的控制核心，所有的控制功能通過寫入單片機程序來實現。，激光測距。單片機要能接收兩次電信號，根據激光測距的距離信息，進行分析判斷。，激光測距。在設定的允許范圍以外，不發出控制信號，如果一旦低于預先設定的范圍，則發出控制信號，控制信號驅動蜂鳴器發出聲音。根據單片機接收到的距離信息，單片機發出不同的電壓控制信號，蜂鳴器據此發出不同頻率的聲音。

電路設計：信號處理電路包括光電信號處理電路和聲音輸出電路。整個電路中單片機、探頭、光電傳感器和蜂鳴器是主體，激光探頭發射和接收板接收光信號，經過光電轉換，濾波，放大，A/D轉換之后，反饋到單片機，單片機進行信號處理，最后通過電路控制蜂鳴器輸出聲音信號。蜂鳴器反應快，聲音變頻速度快，根據單片機發出不同的電平信號，發出不同頻率間隔的提示音。

4、特色與創新點

1、利用激光測距技術，快速，準確的測量障礙物的距離；并根據距離信息，實現單片機的控制；

2、手持導盲儀使用方便，探測靈活，可用于高低地勢探測，障礙報警；

3、利用蜂鳴器的聲音頻率提示障礙物距離遠近，便于盲人判斷；

4、結構簡單實用，方便攜帶，可擴展性強，可長時間使用。

5、參考資料

[1]王永仲，現代軍事光學技術[M]，北京：科學出版社，2003。

[2]何俊發，王紅霞，劉曉彬，激光測距新方法研究[J]，應用激光，2003，23(5)：299—300。

[3]陳敏，杜小平，一種提高相位激光測距精確度的方法[J]，現代電子技術，2005，16：114一l15。

光電信息處理技術范文3

【關鍵詞】發光器件，光接收器件，輸入輸出，光電耦合器

隨著半導體技術和光電子學的發展，一種能有效地隔離噪音和抑制干擾的新型半導體器件――光電耦合器于1996年問世了。光電耦合器的優點是體積小、壽命長、無觸點、抗干擾能力強、能隔離噪音、工作溫度寬，輸入輸出之間電絕緣，單向傳輸信號及邏輯電路易連接等。光電耦合器按光接收器件可分為有硅光敏器件（光敏二極管、雪崩型光敏二極管、PIN光敏二極管、光敏三極管等）、光敏可控硅和光敏集成電路。把不同的發光器件和各種光接收器組合起來，就可構成幾百個品種系列的光電耦合器，因而，該器件已成為一類獨特的半導體器件。其中光敏二極管加放大器類的光電耦合器隨著近年來信息處理的數字化、高速化以及儀器的系統化和網絡化的發展，其需求量不斷增加。

1 光電耦合器的結構特點

光電耦合器的主要結構是把發光器件和光接收器件組裝在一個密閉的管殼內，然后利用發光器件的管腳作輸入端，而把光接收器的管腳作為輸出端。當在輸入端加電信號時，發光器件發光。這樣，光接收器件由于光敏效應而在光照后產生光電流并由輸出端輸出。從而實現了以“光”為媒介的電信號傳輸，而器件的輸入和輸出兩端在電氣上是絕緣的。這樣就構成了一種中間通過光傳輸信號的新型半導體電子器件。光電耦合器的封裝形式一般有管形、雙列直插式和光導纖維連接三種。圖1是三種系列的光電耦合器電路圖。

（1）輸入和輸出端之間絕緣，其絕緣電阻一般都大于10Ω，耐壓一般可超過1kV，有的甚至可以達到10kV以上。

（2）由于“光”傳輸的單向性，所以信號從光源單向傳輸到光接收器時不會出現反饋現象，其輸出信號也不會影響輸入端。

（3）由于發光器件（砷化鎵紅外二極管）是阻抗電流驅動性器件，而噪音是一種高內阻微電流電壓信號。因此光電耦合器件的共模抑制比很大，所以，光電耦合器件可以很好地抑制干擾并消除噪音。

（4）容易和邏輯電路配合。

（5）響應速度快。光電耦合器件的時間常數通常在微秒甚至毫微秒極。

（6）無觸點、壽命長、體積小、耐沖擊。

2 光電耦合器的發展現狀

目前，光電耦合器已顯示出一種朝大容量和高速度方向發展的明顯趨勢。美、日兩國生產的光電耦合器以紅外發光二極管和光敏器件管組成的器件為主，該類器件大約占整個美、日兩國生產的全部光電耦合器的60%左右。因為這種類型的器件不僅電流傳輸效率高（一般為7～30%），而且響應速度比較快（2～5μs），因而能夠滿足大多數應用場合要求。例如：日本橫河電機公司、美國莫托羅拉公司生產的光電耦合器具有很高的輸入、輸出絕緣性能，其響應速度快、傳輸效率高等特點，近幾年來，國內有關單位投入大量人力物力也研究和開發了各種光電耦合器件。如上海半導體器件八廠、上海無線電十七廠等。而重慶光電技術研究所為了適應市場需要研制出了一種由高速響應發光器件和邏輯輸出型光接收放大器組成的厚膜集成雙路高速高增益光電耦合器。這種光電耦合器的輸入端由兩只GaAIAs側面發光管組成，其輸出端由兩只Si―PIN光電探測器以及兩個高速高增益線性放大電路組成。

除此之外，重慶光電技術研究所還研制出了高速高壓光電耦合器、GG2150I型射頻信號光電耦合器、GG2060I型高壓脈沖測量光電耦合器、GH1204U型高壓光傳輸光電耦合器以及GH1201Y型和GOHQ-I型光電耦合器等。

3 光電耦合器的應用

3.1用作固體繼電器

光電耦合器是一種將發光二極管和光敏三極管組裝在一起的新穎光電器件，它采用光信號來傳遞信息，從而使電路的輸入與電氣上處于完全隔離的狀態，這種信息傳遞方式是所有采用變壓器和繼電器作隔離來進行信號傳遞的一般解決方案所不能相比的。由于光電耦合器具有可單向傳遞信息、通頻帶寬、寄生反饋小、消噪能力強、抗電磁干擾性能好等特點，因而無論在數字電路還是在模擬電路中均得到了越來越廣泛的應用。

它的左半部分電路可用于將輸入的電信號Vi變成光電耦合器內發光二極管發光的光信號；而右半部分電路則通過光電耦合器內的光敏三極管再將光信號還原成電信號，所以這是一種非常好的電光與光電聯合轉換器件。圖中所用的光電耦合器的電流傳輸比為20%，耐壓為150V，驅動電流在8～20mA之間。在實際使用中，由于它沒有一般電磁繼電器常見的實際接點，因此不存在接觸不良和燃弧打火等現象，也不會因受外力或機械沖擊而引起誤動作。所以，它的性能比較可靠，工作十分穩定。

3.2 光電耦合器在PLC中的應用

光電耦合器實現現場與plc主機的電氣隔離，提高抗干擾性，避免外電路出故障時，外部強電侵入主機而損壞主機。實現電平交換，現場開關信號可能有各種電平，光電耦合器起變換plc主機要求的標準邏輯電平。

4結束語

光電耦合器在多種電子設備中的應用非常廣泛。隨著數字通信技術的迅速發展以及光隔離器和固體繼電器等自動控制部件在機械工業中應用的不斷擴大，特別是微處理機在各個領域中的應用推廣（有時一臺微機上的用量可達十幾個甚至上百個）和產品性能的逐步提高，光電耦合器的應用市場將日益擴大，同時，其社會交流和經濟交流也一定會十分顯著。今后，光電耦合器將向高速化、高性能，小體積，輕重量的方向發展。

參考文獻：

[1] 曲維本。光電耦合器的原理及其在電子線路中的應用。北京：國防工業出版社，1981

光電信息處理技術范文4

20世紀70年代以來,由于半導體激光器和光纖技術的重要突破，推動了以光纖傳感、光纖傳輸、光盤信息存儲與顯示、光計算以及光信息處理等技術的蓬勃發展，從深度和廣度上促進了光學和電子學及其他相應學科(數學、物理、材料等)之間的相互滲透，形成了一個邊緣的研究領域。光電子學一經出現就引起了人們的廣泛關注，反過來又進一步促進了光電子學及光電子技術的發展。光電子技術包括光的產生、傳輸、調制、放大、頻率轉換和檢測以及光信息存儲和處理等。因此，可以這么說，現代信息技術的支撐學科是微電子學和光學，光電子學則是由電子學和光學交叉形成的新興學科，對信息技術的發展起著至關重要的作用。光電子技術是光頻段的電子技術，是電子技術與光學技術相結合的產物，光電子技術是光電信息產業的支柱與基礎，涉及光電子學、光學、電子學、計算機技術等前沿學科理論，是多學科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術學科，其技術廣泛應用于光電探測、光通信、光存儲、光顯示、光處理等高新技術光電信息產業。同時，隨著生物醫學、生命科學等新興學科的發展，其中的信息獲取手段對光電子技術的依賴程度越來越高，加快了這些學科之間的交叉融合，從而誕生了很多邊緣學科，比如生物光子學、光醫學等。綜上所述，可見光電子技術在現代信息產業技術中的重要地位，因此，光電子技術這門課程不僅是光學工程專業的基礎必修課程，也應該作為電子信息工程專業的專業選修課程來開設。

電子信息工程專業的光電子技術課程的基礎理論知識包括：光度學基本知識、光輻射傳播、光束調制與解調、光輻射探測技術等。其中，光度學基本知識是最基礎的內容，包括：電磁波波譜、輻射度學、光度學、熱輻射基本定律、激光原理、典型激光器等。光輻射傳播包括：光輻射的電磁理論、光波在大氣中的傳播規律與特性、光波在電光晶體中的傳播規律與特性、光波在聲光晶體中的傳播規律與特性、光波在磁光晶體中的傳播規律與特性、光波在光纖波導中的傳播規律與特性、光波在水中的傳播特性、光波在非線性介質中的傳播等。光度學基本知識和光輻射傳播這兩個基礎內容可以說是光電子技術課程基礎中的基礎，而對于電子信息工程專業的學生來說，這些知識點比較抽象，為了便于該專業學生對光電知識的接受和激發他們的興趣，因此，在課堂上有必要多花時間重點講解這部分的知識點，同時在制作PPT教案時盡可能使用圖片或動畫描述一些原理性的知識。

比如：在講解激光是如何產生的時候，可制作動畫描述自發輻射、受激吸收、受激輻射的原理；在講解激光器的結構和工作原理時，可制作多色圖片對激光在各種光學諧振腔中的受激放大過程進行描述；在介紹各種典型的激光器時，最好收集到它們的實物照片進行講解；在講解光波在各種光學晶體中的傳播特性與規律時，最好能制作三維立體的圖片描述光學晶體的各向異性的特性，相應的公式表達盡量簡潔化，然后結合動畫描述光波在其中傳播時所發生的變化。光束的調制、掃描和解調技術的理論教學內容包括：光束調制的基本原理、電光調制技術、聲光調制技術、磁光調制技術、直接調制技術、光束機械掃描技術、光束電光掃描技術、光束聲光掃描技術、空間光調制器等。這些知識點的理論基礎都是“光輻射在光學晶體中的傳播規律和特性”。其中光束調制的基本原理移植了微電子學中微波調制中的很多概念，電子信息工程專業的學生易于理解，但是光束調制和掃描的實現技術中，除了需要使用各種光學晶體以外，還需要使用半波片、全波片、起偏器、檢偏器共同組成一個系統完成光束的調制和掃描。這些光學器件對于沒有光學工程基礎的電子信息工程專業的學生來說比較陌生，因此，在講解過程中應該通過動畫或圖片等手段形象地描繪線偏振光、橢圓偏振光、圓偏振光等基本光學概念，并借用相關的光學參考資料對這些光學器件的功能和原理進行簡單介紹。

只有這樣，才有利于電子信息工程專業的學生深刻理解光束的調制、掃描、解調等技術。光輻射探測技術的理論教學內容主要包括：光電探測的物理效應、光電探測器的性能參數、光電探測器的噪聲、光電導探測器—光敏電阻、PN結光伏探測器的工作模式、硅光探測器、光電二極管、光熱探測器、直接光電探測系統、光頻外差探測的基本原理等。由于電子信息工程專業的學生已經具備了較好的半導體器件理論基礎知識，而光電子器件本身也屬于半導體器件，因此學生只要掌握了愛因斯坦的光電效應原理，就很容易理解各種光電子器件的工作原理、性能特點及應用領域。該部分所介紹的各種光電半導體器件很可能會在學生將來從事信息產業技術的相關工作中用到，也可能會在將來某些學生跨到光電信息或光學工程相關專業進一步深造時從事相關科研課題研究時用到，比如：PN結光伏探測器、光敏電阻、光電二極管、光電三極管等，都會經常用到。因此，建議在理論教學過程中，除了結合圖片等多媒體教學手段介紹相關光電子器件的工作原理外，最好能夠給學生展示光電子器件的實物，以便給學生一些感官認識。電子信息工程專業光電子技術課程的系統方面的知識點包括：光電成像系統、光電顯示系統等。

其中，光電成像系統的基本器件是電荷耦合攝像器件(CCD)，CMOS攝像器件和電荷注入器件(CID)。目前，CCD攝像器件的應用最為成熟和廣泛，主要包括線陣CCD和面陣CCD等，其原理基礎仍然是光電半導體器件和兩相或三相電極電路的結合。因此，教學中應結合脈沖數字電路知識重點講解CCD的原理和特點。光電成像系統的內容包括：系統基本結構、基本參數、紅外成像系統、紅外成像中的信號處理及綜合特性等。其中紅外成像系統涉及很多應用光學方面的知識，這對沒有應用光學基礎知識的電子信息工程專業的學生來說比較陌生，而且屬于光學工程專業學生的研究方向之一，因此，這部分內容簡單介紹即可。而紅外成像中的信號處理都涉及電子電路方面的知識，屬于電子信息工程專業的范疇，這部分內容可以重點講解。光電顯示系統包括陰極射線管原理、液晶顯示原理、等離子體顯示原理、電致發光顯示原理及多色激光顯示原理等，其中前三類顯示技術的應用已很廣泛和成熟，可以重點講解，而后兩類顯示技術比較前沿，可以簡單介紹，以便讓電子信息工程專業的學生了解當今光電顯示技術的發展趨勢。電子信息工程專業光電子技術課程應用方面的內容包括：光纖通信、激光雷達、激光制導、紅外遙感、紅外跟蹤制導、光纖傳感技術等。這些應用技術可以分別舉一個相應的實際應用系統進行介紹，讓學生體會到光電子技術的重要性和廣泛性，激發他們對這門技術的興趣。#p#分頁標題#e#

對于電子信息工程本科專業而言，畢竟培養的學生不屬于光學工程或光電子技術領域的人才，而且電子信息工程專業已有很多屬于本專業的實驗課程及課程設計，筆者認為光電子技術課程的實驗教學應根據該專業學生的理論基礎和將來他們最可能需要的工程能力而設置。在該課程中，各種光電子器件和原理、功能及應用最易于電子信息工程專業的學生理解，而且也是電子信息工程師應該具備的基本知識，因此，筆者建議開設一些光電子器件的相關實驗課。由于光電子技術課程的總學時設置為48學時，所以建議理論教學為40學時，8學時為實驗教學(共4個實驗)。

光電信息處理技術范文5

關鍵詞：光信息科學與技術；多維實踐教學；課程設計；人才培養

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）33-0193-02

一、引言

高等教育是知識創新、傳播和應用的主要途徑，更是培養創新精神和創新人才的搖籃。教育部副部長趙沁平表示，在建設創新型國家過程中，高等學校應該也必須發揮重要的作用，可以提供全面的人才支持。而《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》提出，要“創立高校與科研院所、行業、企業聯合培養人才的新機制”。實踐教學是戰略性新興產業所需的創新人才培養過程中不可缺少的重要環節。[1]創新教育的基礎是實踐，要培養大學生的創新能力，必須為大學生構建良好的實踐平臺。[2]

光電信息產業是湖北省重點扶持的產業之一，光電子行業一直保持快速、健康發展勢頭，成為湖北省重要的支柱產業和先導產業，對于促進社會就業、拉動經濟增長、調整產業結構、轉變發展方式具有十分重要的作用。“十二五”期間是光電產業的關鍵時期，必須緊緊抓住這個戰略關鍵時期，大力培養高水平光電產業技術人才、創新產業組織方式，實現光電子產業戰略目標[3]。本專業面向我省戰略新興產業和區域內重點產業，培養德智體全面發展，專業基礎理論扎實，具備光電信息技術方面的基本技能和工程實踐能力，能很好地掌握計算機技術、電子技術和光電技術，具備設計節能環保光電產品的能力，能在光電產業、科研部門從事光電信息領域的科學研究、技術開發、設備使用與維護工作的高級專業人才。

本文針對光信息科學與技術專業實踐教學特點和專業發展特性，以武漢工程大學理學院校內實踐環節、校外實踐環節和校企產學研三個實踐環節三位一體實踐平臺為例，討論實踐教學模式的改革與創新的方法和意義。其探討對本專業建設發展以及其他理工科專業建設發展有一定意義。

二、現有實踐教學中存在的問題

我校的光信息科學與技術專業于2003正式招生，至今已經發展12年，開設了光電子、激光和光通信等3個專業方向，并在籌建光學信息技術省重點實驗室。本專業學生主要學習光信息科學與技術的基本理論和技術，熟悉光學、電子學技術和計算機技術，目標培養具有扎實的數學、物理、電子和計算機的基礎知識，系統地掌握光學信息處理技術、現代電子學技術和計算機應用技術的基本技能，能在應用光電子學及相關的電子信息科學、光通訊、激光技術、光機電算一體化產業等領域從事科學研究、教學、產品設計、生產技術或管理工作的光信息科學與技術高級專門人才。但在專業發展的同時我們也看到了存在的一些問題。

（一）課程與實踐脫節

光信專業課程設計包括光電子電路、工程光學、光通信技術、光電技術、激光技術、太陽能光伏系統等，其學時約占總課時的三分之一，是專業課的理論教學的延伸與有效支撐。但通過與企業溝通和與往屆畢業生溝通了解到，專業課程內容存在陳舊落后，理論脫離實際，缺乏社會實踐性，導致學生進入工作單位后發現所學知識用不上，而實際需要的知識又沒學的現象。不僅課程設計，專業開設的各個實踐環節之間也出現脫節現象，各自為政，缺乏有設計的聯系。

（二）實踐教學考核體系不合理

大部分實踐課程考核方式仍然和普通專業課程考核方式一樣，比如實驗僅僅是專業課程考核中的一部分，普遍只占總成績20%，而這20%中還主要以出勤率和實驗報告，基本上老師的主觀印象評價占主要成分。而獨立于課程之外的生成實習環節也存在這一問題，對其的評價主要依賴企業出勤率和實習報告，其最后成績往往流于形式，而缺乏對實習過程中本應最重要的實踐過程及創新性的體現。這些不合理的考核評價方法最后會大大影響學生對實踐環節的重視程度，致使學生對實踐類學習項目敷衍忽視。

三、多維實踐教學模式

針對實踐教學中存在的問題，本專業提出了一系列改革措施。借用與美國佛羅里達理工學院合作辦學平臺，借鑒國內外高等工程實踐教育改革經驗[4-6]，通過與光電高新企業密切合作，以工程技術為主線，著力提高學生的工程意識、工程素質與工程實踐能力，在光通信器件、激光加工、太陽能應用和LED節能環保照明等領域培養從事光電系統設計、光電技術應用以及管理的應用型高級工程人才。

針對光電專業的實踐教學中校內實踐環節（實驗、課程設計）、校外實踐環節（生產實習）和校企產學研三個實踐環節進行有機整合，形成由校外生產實習基地、校內實驗室和校企聯合研發中心共同組成的、面向全體學生、多角度、多層面的學生實踐學習平臺，旨在提高學生的實踐和創新能力。

（一）加強具備國際視野的“雙師型”教師隊伍建設

在現有的實習基地基礎上，進一步擴寬和深化校企合作。專業每年派遣若干名具備留學經歷的專業教師深入企業，參與企業的生產管理、產品研發和現場管理，培養專業教師的工程實踐能力，同時解決企業高水平專業人才不足的實際困難。另外，邀請企業技術骨干參與專業課程教學和實驗指導和專業教材建設，讓教學內容更貼近生產和研發需求，避免教學和生產實際的脫節，保證教學內容的實用性，真正提高教學質量，培養創新和實踐能力。

（二）多維實踐平臺建設

專業實踐基地分為校內和校外2部分。在校內建設有光電子創新創業基地和專業實驗室，基地室內面積約300平方米，指導教師8名，接納規模40人，專業實驗室面積接近1000平方米；學校擬再投入300萬元建設飛秒激光實驗室，目前正在申報湖北省光學信息技術重點實驗室，隨著實驗室建設的不斷完善，課外實習實踐基地的成形，能為培養方案中的實踐環節的實施和學生實踐能力的培養提供保障。在校外部分，院里已經簽約校外實習基地6個，接納規模120人，能夠承擔認識實習、生產實習、畢業實習、工程實踐，以及職業崗位技能培訓。

1.三位一體實踐平臺硬件的建設。現有的校外生產實習基地的鞏固、規范，進而開拓新的學生生產實習基地；完善校內實驗室建設和運作管理，增加實驗室的開放性；促進光電專業與企業的產學研合作，推動校企聯合研發中心的建設和規范。

2.三位一體實踐平臺運作機制的建設。構建生產實習基地、實驗室、教研室的互動、協作，促成校企聯合研發模式的建立，以研發合作為橋梁，協調校內外學生實踐環節，真正提高學生的應用能力，以及在應用中的創新能力的培養。

3.根據合作的光電信息企業的需求，采用訂單培養模式，充分利用學校專業人才的培訓提高，調整專業實踐培養內容，優先為合作單位培養合格本科畢業生。

四、結論

多維實踐教學系統改革依托湖北省戰略新興產業人才培養針對光電專業的實踐教學中校內實踐環節（實驗、課程設計）、校外實踐環節（生產實習）和校企產學研三個實踐環節進行有機整合，形成由校外生產實習基地、校內實驗室和校企聯合研發中心共同組成的、面向全體學生、多角度、多層面的學生實踐學習平臺，旨在提高學生的實踐和創新能力。改革現有的實踐教學管理體制和運行模式，創造新的人才培養模式，引導學生積極參與教學過程，進行主動的創造性學習，并使學生較早地參與科學研究和生產實踐，提高大學生的科學素質、創新精神和創業、實踐能力，以培養適應新世紀我國現代化建設需要的具有創新精神、實踐能力和創業精神的高素質人才。

參考文獻：

[1]袁振國.當代教育學[M].北京：教育科學出版社，2004.

[2]李晨霞，康娟，夏濤.光電信息工程專業人才培養研究[J].高等理科教育，2008，（6）：35-37.

[3]王寧，賈傳磊，焦志勇.光信息科學與技術專業人才培養現狀分析與思考[J].科技信息，2008，（23）：372.

[4]王建偉.建立產學研緊密結合的高等理工實驗與實踐教學模式[J].實驗技術與管理，2008，22（9）：25-27.

[5]劉艷春.多維教學模式的探索[J].遼寧師專學報：自然科學版，2011，13（4）：55.

[6]郝鵑，路美秀，安清波.多維教學模式在數據庫原理課程中的應用[J].信息系統工程，2011，（12）：145-146.

光電信息處理技術范文6

1處理電路的改進編碼器設計

1.1碼盤的編碼方式

編碼器分為絕對式和增量式兩種。碼盤是軸角編碼器測角的主要元件，圓周360°角度由碼道分開，絕對式碼盤有多條碼道，如圖1所示。每條碼道依靠透光﹙圖中白色﹚和不透光﹙圖中黑色﹚把圓周分成若干等分。并采用格雷碼、階梯碼和通圈形式刻劃。該編碼方式的特點為：1﹚第1圈粗碼A1和第2圈粗碼A2均刻一條線，弧長為半圈，相位錯開90°；2﹚第3圈A3起，每圈刻線數為2n?2；3﹚第n圈碼道的亮區中心位于第n+1圈碼道的暗區中心；4﹚碼道刻劃從里向外為粗碼、通圈、中精碼和精碼；5﹚該碼盤為直徑254mm，厚度12mm的環形玻璃圓盤。該編碼方式的優點是分辨率高、讀數誤差小、有絕對零點；缺點是不能直接進行運算處理，需要轉換成自然二進制代碼。目前我國的大型光電經緯儀多數采用此種編碼方式。

1.2改進設計的思路

碼盤輸出的碼道信號有粗碼﹙A碼﹚，中精碼﹙G5碼、J碼和F碼﹚，精碼﹙G碼﹚和通圈﹙T﹚信號。它們的波形依次為方波、梯形波、似正弦波、正弦波和高低電平［1?2］。傳統的處理方法是通過硬件電路進行鑒幅。粗碼與固定電平做比較，將方波和梯形波放大并整形為占空比為1:1的方波；中精碼與通圈做比較，將梯形波和似正弦波放大并整形為占空比為1:1的方波；精碼采用差分放大器、A/D轉換器和軟件細分，得到絕對式編碼器低10位的二進制角度代碼﹙即29…20﹚，三者組合成24位編對式編碼器的二進式角度總代碼，最小分辨率0.077″。選擇的比較電平易受環境變化和使用期限等因素的影響，導致各碼道的轉換點改變而出現亂碼、錯碼、抖動、飛車和不轉動等故障現象，經常影響光電經緯儀的正常使用。傳統的處理電路中，模擬器件使用數量較多，超過了整體譯碼電路的85%，使處理電路的運行速度、抗干擾能力、調試過程、通用性以及成本等受到了挑戰。鑒于傳統編碼器處理電路存在的以上弊端，本文提出了改進方法，即采用軟件形式替代編碼器數據處理電路中的模擬電路，并為數據處理系統增設參數整定和正常工作兩種模式。改進后的絕對式編碼器經HCX01項目論證，一方面成功地消除了傳統數據處理電路中模擬電路造成的調試復雜、抗干擾能力差等問題，另一方面實現了新數據處理電路關鍵參數的自動獲取，有效地避免了手動調試過程中引入的誤差，保證了譯碼精度，并提高了譯碼電路的可靠性。

1.3硬件電路設計方位

編碼器和高低編碼器分別安裝在垂直軸和水平軸上。基于DSP處理器的應用，其數據處理系統設計在一塊電路板上，由光電信號整理電路、A/D模擬轉換電路、DSP數據處理電路、接口電路、控制軟件和電源等組成。改進后的處理電路原理如圖2所示。

1.3.1數據采集裝置

數據采集裝置包括照明系統、碼盤、狹縫、讀數頭、軸系及固定機構等。其中，光源采用白熾燈照明方式。白熾燈為特制的6V，15W，要求用直流穩壓電源供電，亮度能手動調節；光學系統由非球面鏡、柱面鏡、轉角棱鏡、直角棱鏡和固定件組成；碼盤是一個環形玻璃圓盤，共刻印了22圈同心圓碼道。從外向里分成精碼道、中精碼道和粗碼道3個部分；狹縫分為精狹縫和粗狹縫，精狹縫拾取精碼信號和中精碼信號，粗狹縫拾取粗碼信號；讀數頭采用硅光電二極管，具有防潮、防腐和穩定等特點；軸系采用密珠軸系，具有較高的回轉精度［2?6］。

1.3.2數據處理裝置

該編碼器燈源采用6V、15W白熾燈，白熾燈發出的恒光經光學系統變為平行光后分三路照射到粗碼照明區和兩個精碼照明區；采用對徑讀取精碼、中精碼信號，軟件上進行數字量相加取平均，消除碼盤的工藝誤差、安裝的偏心誤差和軸系晃動誤差；精碼采用差分放大和12位A/D轉換器，以減小細分誤差和量化誤差。1﹚光電信號整理電路：精碼差分放大電路和中精碼放大電路完成編碼器原始信號的放大，同時對信號中的直流成分和噪音進行共模處理，進一步提高信號質量［7］。2﹚A/D模數轉換電路：整理后的精碼和中精碼信號均為±5V的交流信號，經過A/D轉換電路進行模數轉換，為了保證測角精度和測速反饋的要求，設計中選用8通道12位A/D轉換電路，8個通道轉換時間為1.98μs。高低、方位共40路光電信號，編碼器數據采集和A/D轉換時間小于10μs。3﹚DSP數據處理電路：DSP數據處理電路是編碼器分系統的核心元件，完成編碼器分系統指令接收，進行角度信息處理，實現與系統的數據通訊的控制功能，電路設計選用TMS320F2812中央處理器﹙DSP﹚作為核心處理電路。4﹚同步采樣信號接收及整理電路：為了實現角度信息與光電經緯儀時間的一致性，電路還設計了系統同步采樣信號接收及整理電路，對系統發送來的采樣信號進行整理處理，處理后的同步采樣信號脈沖為負脈沖信號，信號寬度6μs。5﹚電子調零電路：可以在方位角0°~360°、高低角?5°~185°范圍內，根據系統指令，能夠設置儀器的絕對零點，數據永久保存在E2ROM，直到重新設置。6﹚任意點清零功能：光電經緯儀可在任意位置完成手動清零。7﹚角度顯示：采集的角度數據送至平顯控制電路，實時顯示光電經緯儀的高低角和方位角，自檢時可顯示編碼器系統工作狀態和故障。8﹚供電電源：包含5V，±12V3個電源等級，電源采用GJB要求的標準電源產品。

2改進電路的技術特點

24位絕對式編碼器處理電路隨碼盤形式、碼道刻劃、細分方式的不同而各異，但其作用相同，即放大光電信號、細分，將其轉換成自然二進制的角度信息。

2.1中央處理器的選擇

本編碼器設計采用TMS320F2812中央處理器﹙DSP﹚作為核心處理電路，具有處理速度快、在線自檢功能和可并行處理各種事件等優點［8］。

2.2減少調整環節

以往在調整各碼道信號的輸出幅值時采用電位計手動調整，信號通過比較鑒幅器后輸出1:1的方波信號。而本改進電路去掉了傳統的粗碼電位計調整環節和中精碼、粗碼信號的比較鑒幅電路，絕對式編碼器輸入的所有碼道信號全部通過A/D模擬轉換器轉換，與傳統的處理電路相比，減少了電路的體積，系統的穩定性和集成度也得到了提高。2.3可靠性增加由于大幅度減少了調整環節和相應的放大器、比較器，在程序中增加了角度信號的調整和自動補償，并且可以在線自檢，提高了編碼器工作的可靠性。

3關鍵技術的實現

3.1信號參數的自動計算與調整

傳統的處理電路是通過硬件電路進行比較鑒幅，比較電平是固定的，導致占空比的變化不能準確反映出軸角的位置。本改進設計根據A/D轉換器采集的碼道信號是連續變換的數字值，DSP處理器利用公式計算出各碼道信號的參數后找出比較電平，再進行調整。以粗碼A5為例，比較電平計算見式﹙1﹚。當A5輸出的碼道信號幅值發生改變時，比較電平也相應改變，輸出的數字信號占空比始終為1:1，準確反映出軸角的位置，提高了24位絕對式編碼器的準確率和可靠性。Vs=Vmax?Vmin3+Vmin。﹙1﹚通常比較電平應設定為各路中精碼和粗碼信號峰值的1/3，如圖3所示。經過與相應的比較電平比較后，形成的各路數字信號的占空比為1:1。

3.2碼道自動檢查主控

計算機分系統按照通訊協議要求，將各碼道信號的檢查指令通過數據通訊分系統轉發給編碼器分系統，在線自檢方位和高低編碼器分系統的碼道工作狀態，如發現故障，能及時報警，并定位故障位置，實現編碼器分系統碼道故障的遠程診斷。1﹚中精碼、粗碼碼道的檢查：通過改進電路的A/D轉換器采集各路中精碼、粗碼的碼道信號，檢測其波形是否有高低電平的交替變化。有變化表明該條碼道工作正常，沒有變化表明該條碼道有故障。2﹚精碼碼道的檢查：通過改進電路的A/D轉換器采集各路精碼信號，檢測其波形是否滿足幅值和正交性要求。滿足要求表明該對精碼道工作正常；未滿足要求表明該對精碼道有故障。精碼信號參數如圖4所示。

3.3編碼連續性的實時檢查

編碼器在運行過程中，根據外推功能實時檢測方位、高低編碼器分系統的進位情況，如出現跳變現象，能及時報警并通知主控計算機分系統［9］。檢測依據是誤差外推公式，即編碼器分系統工作在800Hz的采樣頻率下，通過前3個采樣時刻編碼器分系統輸出的角度信息，根據式﹙2﹚計算出下一時刻編碼器分系統輸出的理論角度值S0，用理論值S0減去編碼器分系統實際輸出的角度值，“差值”大于60″，表明編碼器分系統出現進位故障，應及時報警。理論值計算公式S0=2﹙S1?S2﹚+S1+S32。﹙2﹚判斷依據為理論值減去當前值大于60″。參數60″即編碼器分系統以1/s的角速度轉動，以800Hz頻率采樣，在一個采樣周期內，編碼器角度變化為4.5﹙即58個分辨率﹚。

4新舊處理電路的比較

4.1舊處理電路的不足

絕對式編碼器傳統的處理電路由于硬件設計的固有原因，存在著如下不足［10?11］：1﹚粗碼、中精碼和精碼在數據處理系統內含有大量的電阻、運算放大器和可調電位計，在選配精確的電阻型號時工作繁瑣、任務量大，且電路調試過程過于復雜；2﹚調試各精碼信號的幅值、對稱性和差分放大器零點漂移需要依賴手動調節電位計和觀察示波器的波形，自動化程度很低，而且引入的信號幅值誤差導致后續譯碼中的細分誤差量偏大；3﹚硬件電路的編碼器設計無法適應光電碼盤信號強度隨環境條件改變和自身老化產生的變化，導致數據處理電路壽命短，不具有實用性；4﹚粗碼比較鑒幅電路的輸入電平在惡劣環境下極易被高頻噪聲干擾，噪聲信號很容易穿越比較電平，導致源碼信號產生跳變。

4.2新處理電路的優勢

絕對式編碼器改進型處理電路存在的明顯優勢：1﹚利用軟件替代和實現了傳統處理電路中的比較鑒幅電路和精碼差分放大電路的功能，簡化了硬件結構，電路調試簡單，有效地避免了模擬器件容差等因素帶來的誤差；2﹚為數據處理電路增設了工作模式，即參數整定模式和正常工作模式，該編碼器設計可根據氣候的變化或在輕微故障時，通過整定參加試驗任務；3﹚精碼道信號的幅值放大采用軟件形式，精碼sinθ、cosθ、sinθ'、cosθ'放大后消除了偶次諧波和共模量，信號質量好，提高了精碼譯碼的準確性。新舊型數據處理電路性能比較如表1所示。

5結束語