发布时间：2022-07-18 18:10:55
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的光电技术样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
姓名:娄展卿 学号: 院系:新闻传播院
摘要:光电显示技术的简介。分析中国光电显示市场现状以及发展趋势。介绍光电显示技术的类型及其主流产品。介绍一些有较好发展前景的未成熟技术。
关键字:光电显示;显像管技术;液晶显示技术;等离子显示技术; 发展现状;前景。
一 光电显示技术简介:光电显示技术是多学科的交叉综合技术,主要有:
1、阴极射线管(cathode ray tube-crt)。是传统的光电信息显示器件,它显示质量优良,制作和驱动比较简单,有很好的性能价格比,但同时它也有一些严重的缺点,如有电压高、软x-射线、体积大、笨重、可靠性不高等。
2、液晶显示(liquid crystal-lc)。液晶是一种介于固体于液态之间的有机化合物,兼有液体的流动性与固体的光学性质,即现在的液晶显示器lcd。
3、等离子体显示(plasma display panel-pdp)。等离子体显示是利用气体放电发光进行显示的平面显示板,可以看成是有大量小型日光灯排列构成的。等离子体显示技术成为近年来人们看好的未来大屏幕平板显示的主流。
关键词：光电自准直仪；CCD；重心法；抛物线法
中图分类号：TP20 文献标识码：A
1 概述
自准直仪[1]是利用光学自准直原理实现的小角度测量的重要仪器，是角度测量最重要的仪器之一，应用非常广泛，在精密、超精密测量方面有极为重大的作用。尤其是在实现小角度的多维测量、非接触测量中具有显著的优点，被广泛应用于导轨平台的直线度、精密平台的平面度等精密测量领域，是机械、计量、科学研究、工业生产等部门必备的常规测量仪器之一，各级计量的定标都是需要通过自准直仪作为参考标准之一，还经常被用作各种零部件生产控制和质量检测的计量工具[2]。
目前，国内自主研制的光电自准直仪还尚未有成熟的产品上市，各研究所使用的多为国外进口产品。国外的自准直仪虽然精度高、性能好，但是价格昂贵且维护不便。本文基于工程实践自主研发了一种宽量程、高分辨率的双线阵光电自准直仪，其分辨率可达0.8″量程±0.6°，有着非常重大的实际工程应用价值。
2 整体结构设计
双线阵光电自准直系统利用了自准直原理，将测量反射镜反射光束分光分别照射在两个不同的线阵CCD器件上，使反射镜的二维角度变化转化为对应于两个线阵CCD器件上的线量变化，通过对CCD器件输出信号的采集，经过数据处理计算出线量变化量，利用自准直原理公式计算角度变化，从而实现高精度二维角度变化的测量。系统主要由光学部分，硬件电路部分和计算机软件部分组成。整个系统结构如图1所示。
系统的测量原理是：光源发出的光束经光学透镜组后形成平行光射向反射镜（反射镜位于被测物体上），反射镜将入射光束反射回光学透镜组，并照射在CCD器件上，在驱动电路的作用下，CCD器件将内部像素信号顺序输出，数据采集电路对CCD器件输出信号进行调理和采集，实现模拟信号数字化，最后将采集数据传入计算机，在计算机内进行数据处理和显示（或通过DSP处理核心对数据进行处理然后将最终结果通过液晶屏显示）。
3 光路结构设计
光源是光电自准直系统的重要组成部分，光源的发光强度、光强稳定性及光源的发热量等特性对于仪器的测量距离和测量精度都有很大的影响。光电自准直仪的光路原理如图2所示：
当光源发出光线照明位于物镜焦平面上的分划板，o点在物镜光轴上，那么由它发出的光线通过物镜后，成一束与光轴平行的平行光束射向反射镜，当反射镜面垂直于光轴时，光线仍然按原路返回，经物镜后仍成像在分划板上o处，与原目标重合。如图3所示。
当反射镜面与光束不垂直，而是有小偏转角度α，当平行光轴的光线射向反射镜时，光线按反射定律与原光线成2α返回，通过物镜后成像在分划板上的o′处，与原目标不重合而有X的位移量。根据三角关系可推算出： X=2f*tanα （1）
式中，α为反射镜偏转角，X为光斑回像位移，f为物镜焦距。
因为物镜是固定的，所以f是一固定常数。如果已知了X的数值，就可以根据式（1）计算出反射偏角α的大小。
基于此，本文采用的自准直系统结构进行一些调整。为了避免光路干涉，必须将光源从水平光轴上调离，故此应用分光棱镜使光源光路与探测器件位于分光棱镜相互垂直的两条光路上而互不干扰；为了实现测量反射镜二维角度变化，要增加一块分光棱镜，将回射光路分成两路，每一路上安装探测器件用来单独测量相应一维角度变化，原理图如图4所示：
从光源射出的光线经分光棱镜分光后，透过物镜为平行光并射向反射镜；反射光线再次经过物镜形成汇聚光线，通过分光棱镜1后被分光棱镜2分成光强相同、光路垂直的两路。两块探测器件（CCD）安装在分光棱镜光束输出的两路上，并且位于物镜的共扼焦面，反射光正好成像在探测器件（CCD）上。当反射镜垂直主光轴时，反射光线正好汇聚在两个探测器件（CCD）的中心位置；当反射镜有一个空间偏转时，反射光线的汇聚点都将偏离探测器件的中心位置，测量汇聚点偏离中心位置的距离，利用式（1）即可求出两个偏转角α、β的角度值。
4数据处理单元
图5为实际光点局部的灰度分布图。
光点中心的位置的确定有许多方法，本文采用四种方法：重心法、改进重心法、高斯分布拟合法、椭圆拟合法进行分析比较。
4.1重心法
重心法即灰度重心法，属于比较简单的一种定位算法，理论上计算出的结果有很高的精确程度，但实际的精度情况很复杂，容易受各种不确定因素的干扰影响精度，如背景干净程度、光点内灰度分布、光点形状、光点区域识别准确程度等，所以使用灰度质心作为定位亚像素中心精度略有欠缺。重心法原理如下式：
其中为信号的重心位置，为第i个像元的敏感电压值（与灰度值成正比）。实际算法编写时，需要设置相应的阈值，只把高于阈值电压的像素点进行加权，可以提高算法精度，有效滤除噪声。
4.2改进重心法
一般来讲，灰度值越大，像素对光点定位的贡献也就越大。在此基础上，把重心法所采用的线性关系推广为非线性关系，以灰度的平方作为权重来计算，即
其中为信号的重心位置，为第i个像元的敏感电压值（与灰度值成正比）。这种方式让灰度的权重达到了2次从而更加接近实际情况，在不增加多少算法复杂度的情况下使结果更接近实际情况。
重心法与改进重心法将光点区域的所有点都以加权的方式进行平均容易受到噪声的干扰，任意一个噪声点就有可能对结果造成比较大的影响，适合在噪声较低情况下的定位。
4.3高斯拟合
对于一个LED光源来说，能量分布可以用理想高斯模型来描述，如图6所示：
其在x、y方向上的投影均为高斯分布。以x方向为例，发光点的能量分布数学模型为
解超定矩阵的最小二乘解，通过即可解得抛物线中心点位置。
同理，可得到y方向中心位置。
这种测量方法用抛物面来近似能量分布，比用直接灰度或灰度的直接变换作为权重更加接近实际，且计算过程中没有计算对数，相对减少了计算量和误差累计；但仍需要进行广义逆矩阵求解，适用于实时性要求不高的情况。
4.5实际测量与真实值比较
图7中，波形为5340个像素点的电压值，横轴为像素点个数，纵轴为像素点对应的电压值。可以看到，除重心法外，几种方法的测量结果差距在1个像素点以内，转换为角度在1″之内。
5 硬件电路设计及实现
目前，常用的光学传感器主要有以下几类：线阵CCD、面阵CCD、四象限探测器、PSD、CMOS等。本文采用双线阵CCD光电自准直仪系统，利用自准直原理，将测量反射镜反射光束分光分别照射在两个不同的线阵CCD器件上，使反射镜的二维角度变化转化为对应于两个线阵CCD器件上的线量变化，通过对CCD器件输出信号的采集，经过数据处理计算出线量变化量，利用自准直原理公式计算角度变化，从而实现高精度二维角度变化的测量。这样，就完美地解决了线阵CCD作二维测量时可能会不精确的问题。
本文拟选用TOSHIBA公司生产的TCD1500C型线阵CCD图像传感器，其基本指标如表1所示：
物镜焦距为870mm，自准直仪分辨率为
光电自准直仪的整体电路结构如图8所示：
光学系统部分透过分光棱镜的光线照射在CCD芯片上，通过CCD驱动电路正常工作的CCD产生相应的5340个敏感电压值并将这些数据发送给基于DSP2812的数据处理、采集电路，DSP2812将这些数据存放在片外RAM中并进行处理，将最终得到的角度数据通过RS-422转232发送到89C51单片机上；单片机起一个串口转并口的作用，把数据原封不动通过并口发送至液晶屏加以显示。
5.1 CCD驱动电路
CCD芯片的管脚中，SH是转移脉冲，它将感光元件产生的电荷信号转移到转移栅中；SP是像元同步脉冲信号，一位SP对应一个CCD光敏元输出信号；Φ是移位脉冲，它将转移栅当中的信号逐位转移出来；RS是复位信号；DOS是CCD信号输出；OS是输出信号补偿。
本文拟采用CPLD芯片，结合TCD1500C的时序图设计实现CCD驱动电路。图9为TCD1500C的时序图。
5.2 基于DSP2812的数据采集和处理电路
由于线阵CCD产生的输出信号是由DOS（信号输出）和OS（输出信号补偿）两部分组成的，故此，在将信号输入DSP2812之前要先对2路信号进行差分放大，再将得到的数据经由DSP2812存放于片外RAM中；将数据存好后，再应用上文中的各种软件算法对数据进行处理得到角度值，并通过RS-422转RS-232发送给液晶屏显示电路。
5.3 基于89C51的液晶屏显示电路
由于DSP2812输出的数据是通过RS-422串口发送的，而本论文选用的240128液晶屏模块只有并口接口，故此要用89C51作为一个串口-并口的过渡。89C51不对数据做任何处理，只是单纯的作为一个数据中转站，将数据发送至液晶屏模块显示。
结语
本文设计并制作一个基于线阵CCD的光电自准直仪专用检测仪器。此自准直仪将使用两块线阵CCD传感器进行二维角度的测量，并采用DSP芯片进行数据采集和处理，并将数据传输到上位机上进行显示。DSP中将采用一些算法进行数据处理，上下位机之间的通信采用RS-422串口进行通信。仿真和试验结果都表明该光电自准直仪已经达到预定设计指标。
参考文献
[1] 林玉池， 于建. 光电自准直仪现状与展望[J]. 宇航计测技术， 1999， 19（6）： 30-32.
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关键词： 光电池 PN结 应用
随着科技日新月异地发展，光电池在人们的生产生活中产生了越来越重要的作用。光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。由于它可把太阳能直接变电能，也称为太阳能电池。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势，是发电式有源元件。
1.光电池概述
1.1光电池的分类
光电池按照材料分为：硒光电池、砷化镓光电池、硅光电池等。硅光电池价格便宜，转换效率高，寿命长，适于接受红外光。硒光电池光电转换效率低、寿命短，适于接收可见光，最适宜制造照度计。砷化镓光电池转换效率比硅光电池稍高，光谱响应特性则与太阳光谱最吻合，主要应用于宇宙飞船、卫星、太空探测器等电源方面。
1.2硅光电池的工作原理
硅光电池是目前的主要研究方向。它是在一块N型硅片上用扩散的办法掺入一些P型杂质（如硼）形成PN结。当足够的光照到PN结区时，将在结区附近激发出电子―空穴对，在N区和P区之间出现电位差。电路中有电流流过，电流的方向由P区流至N区。若将外电路断开，就可测出光生电动势。
2.光电池的应用
光电池主要有两方面的应用：（一）太阳能电池，光伏作用直接将太阳能转换成电能，太阳能电池目前在航空、通信、太阳能发电站等方面得到应用。例如现在普遍使用的太阳能热水器，正是利用太阳能，把太阳能装换成电能而加热水。随着太阳能电池技术的不断发展，其成本会逐渐下降，在生产生活各领域将发挥越来越大的作用。（二）光电转换器件，要求光电池具有灵敏度高、响应时间短的特点，有特殊的制造工艺，用于光电检测和自动控制系统中。
2.1太阳能电池电源
2.1.1太阳能电池的发电方式
太阳电池电源系统主要由太阳电池方阵、蓄电池组、调节控制和阻塞二极管组成。太阳能发电有两种方式，一种是光―热―电转换方式，另一种是光―电直接转换方式。光―热―电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光―热转换过程；后一个过程是热―电转换过程。光―电直接转换方式，该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光―电转换的基本装置就是太阳能电池。
2.1.2太阳电池电源系统框图
太阳能电池电源系统
2.2光电池在光电检测和自动控制方面的应用
2.2.1光电池在光电检测和自动控制的工作原理
光电池作为光电探测使用时，其基本原理与光敏二极管相同：当光不照射时，光电池处于截止状态；受光照射时，PN结吸收其能量而产生电子―空穴对，从而使P区和N区的少数载流子浓度大大增加，并形成了光电流。由于光电池工作时不需要外加电压，光电转换效率高，光谱范围宽，频率特性好，噪声低，它已广泛地用于光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视等方面。
2.2.2光电池的三种基本应用电路
2.2.2.1光电池构成的光电跟踪电路，用两只性能相似的同类光电池作为光电接收器件。当入射光通量相同时，执行机构按预定的方式工作或进行跟踪。当系统略有偏差时，电路输出差动信号带动执行机构进行纠正，以此达到跟踪的目的。电路图如下：
2.2.2.2光电开关多用于自动控制系统中。无光照时，系统处于某一工作状态，如通态或断态。当光电池受光照射时，产生较高的电动势，只要光强大于某一设定的阈值，系统就改变工作状态，达到开关目的。电路图如下：
2.2.2.3光电池放大电路。在测量溶液浓度、物体色度、纸张的灰度等场合，可用该电路作前置级，把微弱光电信号进行线性放大，然后带动指示机构或二次仪表进行读数或记录。在实际应用中，主要利用光电池的光照特性、光谱特性、频率特性和温度特性等，通过基本电路与其他电子线路的组合可实现或自动控制的目的。电路图如下：
参考文献：
【关键词】创新能力；教学方法；课题式教学法
本文结合我校的实际情况，从培养学生的创新能力的角度出发，对物理学专业《光电技术基础》课程的教学方法进行改革与探讨。
1 教学改革的必要性
光电技术作为信息科学的一个分支，它将传统的光学技术、现代微电子技术、精密机械及计算机技术有机的结合起来，它将电子技术的各种基本概念，移植到光频段，产生光频段的电子技术，是具有很强的实用性和实践性的课程[1]。其基础知识是光学基础、模拟电子技术和数字电子技术，因此，我们既要重视培养学生的基础知识，更要注重培养学生的实践解决问题的能力。而物理学专业本身光学基础比较扎实，但电子技术发面的知识相对薄弱一些，这就导致学生对很多相关的知识一知半解，如果补充太多，教学进度就会太慢，如果不补充，学生无法理解，需要花太多的时间，而无法按计划完成任务，导致学生真正学到的东西不多，加之物理学专业所学的仿真软件不多。为了弥补物理学专业的不足，通过教学实践，逐步尝试在《光电技术基础》课程教学中，采用课题式教学法[2]，设置若干相关课题，让学生分组完成设计和仿真，最后统一安排一次课，让学生上来讲解设计方案和仿真结果。采用该教学方式，一方面能巩固学生的基础知识，提高理论知识的实践运用能力； 另一方面，能提高学生设计电路的能力，达到了激发学生主动学习仿真软件的能力。
2 教学改革的内容
2.1 优化课题设计，激发学生主动学习的精神
在讲解各类光电器件过程中，有意思的选择日常生活中大家常用到的光电器件，分析其工作原理，让学生感知《光电技术基础》课的重要性和适用性，以激发学生学习该门课的兴趣。在写教学日历时，对该门课的教学过程进行整体规划，对课题也进行整体规划，大概学到发光器件与光电耦合器件这章，就可以设计若干个课题供学生分组学习，选择这章的理由是对含光电耦合器件电路的设计中，基本可以包含该门课所学的光电器件，又可以巩固对模拟电子技术和数字电子技术的相关知识。
2.2 培养学生与人合作精神和独立解决问题的精神
在课题式教学[2]过程中，以小组为单位，完成课题的学习，每个课题又包含若干个模块，在比较短的时间内独立完成课题的学习，对大部分学生来说具有一定的困难，因此每个组员承担部分学习任务，独立完成。在课题学习过程中，每个组员通过查资料、与同学交流或与教师探讨，完成自己的模块学习。最后，组员通过汇总完成课题的学习。达到学习的目的。最后，设置一次课的时间让学生分组介绍他们的学习成果。
2.3 改变教学方式，提高教学质量
传统的教学方式以教师为主体，教师讲授，学生被动的听。而在该课程的具体教学中，选典型应用系统的分析和设计为提升教学内容[3]，进行课题式教学法[2]，以学生为主体，教师为辅，学生带着课题学习，教师评价学生的学习成果。一方面，可以提高学生解决实践问题的能力；另一方面，在相同的时间里，如果教师讲解，只能完成部分学习，并且可能学生真正理解的东西也不多，而课题式教学过程中，每组学生学习一个课题，同一组的不同组员可能有不同的学习思路，而组与组之间又不同的学习内容，所以在相同的时间内学生学到的知识就更多，且更牢固，起到了事半功倍的效果，也弥补了物理学专业学生的弱项。
3 结束语
从培养学生的创新能力为出发点，结合专业特征和课程结构，探讨了《光电技术基础》课程教学过程中采用课题式的教学法的思想。
【参考文献】
[1]王庆友.光电技术[M].北京：电子工业出版社，2008.
关键词：光电信息技术；特种设备；应用研究
0 前言
随着科技的发展，光电信息技术得到了很大的进步，因而在各个领域当中都得到了良好的应用。其中融合了光学、微电子、红外遥感、超声波、光电子等都想技术，同时涉及了光信息的探测、传输、辐射，以及广电信息的存储、显示、转换、处理等方面的内容。在特种设备领域当中，光电信息技术正在得到越来越广泛的应用，有效地提高了特种设备的安全性能。
1 特种设备与光电信息技术的基本概述
1.1 特种设备
特种设备指的是具有较大危险性，甚至会威胁到人们生命安全的设备，如锅炉、压力管道、压力容器、电梯、起重设备、大型游乐设施、客运索道、场内专用机动车辆等。其中，机电类特种设备主要包括客运索道、电梯、大型游乐设施、起重设备等，承压类特种设备则主要包括压力管道、压力容器、锅炉等。由此可见，在人们的日常生活当中，特种设备发挥着至关重要的意义。[1]随着光电信息技术的发展和应用，在化学品、医疗、传统设备制造等行业和领域当中，都将光电信息技术应用与特种设备当中，使得特种设备的使用安全得到了良好的保证，其使用性能也得到了有效的提升。
1.2 光电信息技术
在当前社会中，随着科技的发展，新材料技术、生物技术、海洋开发技术、空间技术、新能源技术、信息技术等，并成为六大高技术群体。其中，光电信息技术的产生和发展，极大地推动了人类社会的进步。在科学领域当中，对于光电信息技术进行了严格的定义，其中包含了光学、超声波、微电子、光电子等多种技术，是一项综合性的信息技术，包含着光信息的辐射、探测、存储、显示、处理、转换、传播等方面的内容。[2]在信息技术产业革命中，光电信息技术是一项重要的技术。在光电信息技术的发展和应用当中，能够更好地提高人们的生活水平，而其在特种设备中的应用，也发挥了良好的作用。
2 光电信息技术在特种设备上的应用
2.1 医疗行业
在人们的日常生活中，医疗行业与人们的健康息息相关，因而需要应用到很多的设备。例如，胶囊型内窥镜，是一种带有摄像机的内窥镜，长度为2.3cm，直径为0.9cm。病人将其吞下，可以拍摄大肠、小肠、胃、十二指肠等部位的图像。应用此种特种设备，可以让病人免受传统检查中的痛苦。在胶囊行内窥镜当中，融合了电、机、光等微系统，被患者吞服之后，随着消化道蠕动前进，利用微型摄像机对数字图像进行拍摄，然后利用微波技术进行传输，最终随着患者排泄物排出体外。[3]在胶囊行内窥镜当中，次啊用了CMOS或CCD摄像机，通过体外微波或自身电池提供电能，同时通过微波将拍摄的图片传输到体外的控制装置，从而实现图像的打印、显示和记录。由此可见，在医疗行业特种设备当中，对光电信息技术的应用，取得了良好的效果。
2.2 日常工作
在人们的日常生活中，也常常会涉及应用了光电信息技术的特种设备，例如光控电焊眼罩，就是对光电遥控原理进行了应用。焊工在进行电焊的时候，需要防护面罩，以免强光刺激损伤眼睛。而在应用光电信息技术之后，可以利用液晶屏对传统的防护玻璃进行替代，这样，焊工在查看焊缝质量的时候，就无需频繁的摘带护目镜，能够更好地保护焊工的研究，同时也能够提升工作效率。另外，在印刷机纸张监控器中，也对光电继电器的原理进行了应用。利用该监控器，能够对每次印刷时使用一张纸进行监控，如果超过了一张纸，将会自动停止印刷，同时发出警报。此外，在路表的霓虹灯、路灯当中，将光敏二极管作为光敏器件，应用在自动控制电路中，能够有效地提高霓虹灯控制的灵敏度。
2.3 传统制造业
在传统制造业当中，锅炉的应用十分广泛，但是在实际应用中，锅炉具有很高的危险性，时常会发生爆炸等安全事故。[4]这些事故的主要原因大都在于水位计失灵，因此，可以利用光电信息技术，将双通道比色温度计应用其中，从而更好地解决这一问题。通过对适当电路和光电器件的应用，可以引入两个不同的波段，然后对两个光波段内辐射能量的比值进行测量，在经过易性的关系运算，从而得到被测物体的温度。在测量高温的时候，可以采用窄且靠近的波段，如果辐射能量较小，则选用两个较宽较靠近的波段，这样，在实际应用中，能够对黑度系数造成的影响进行降低。装通道比色温度计具有两个光电器件和两个通道，具有良好的稳定性和正确性。因此，在锅炉这样的特种设备中应用光电信息技术，能够有效地降低安全事故。
3 结语
作为一项十分先进的技术，光电信息技术在实际应用中发挥出了良好的效果，在各个相关领域中，都得到了极大的应用。对于特种设备来说，由于其与人们的生命财产安全息息相关，因此，将光电信息技术应用其中，能够有效地提高特种设备的安全性能，从而发挥出更为良好的作用。
参考文献：
[1] 李焱，张海波，张强，董宇星.惯导平台下舰载光电设备舷角正交测距技术[J].仪器仪表学报，2014（01）：8-14.
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[3] 楼侃.浅析光电信息技术在特种设备上的应用[J].中小企业管理与科技（上），2013（08）：293-294.
[4] 王雯雯，业成，宫宁生，周玉华.二维码与水印技术在特种设备防伪和信息追踪中的应用[J].中国特种设备安全，2014（11）：1-4+9.
作者简介：唐光远（1995―），男，河北唐山人，沈阳理工大学学生。
光电子技术是现代化新技术，具有无可比拟的先进性，它是光子技术和电子技术结合而成的新技术，涉及光的显示、光的存储以及激光等众多领域。它不仅是未来信息产业的核心技术，也是煤炭安全生产的重要技术保障。该技术涉及的课程体系众多，包括光学与物理、IED的生产与检测、生产管理、3D显示、光电半导体元件等内容，与多种学科交叉渗透。该技术的兴起运用也带动了它在煤炭生产企业中的运用，它能够为生产安全性提供保障。但是据调查统计，由于该技术在我国的发展时间尚短，我国又缺乏与该技术相关的专业人才，导致其应用面临严峻的困难，它的效能难以得到发挥。提高我国该领域的核心技术能力，培养高技术人才，并在煤炭安全生产中科学发挥它的作用，就成为我国煤炭企业降低事故发生率、减少企业资金浪费、切实提升企业竞争力的关键。
2光电子技术在煤炭安全生产中的应用
2．1近红外波长瓦斯浓度检测技术
瓦斯爆炸是造成煤炭生产不安全的最重要的因素之一，做好瓦斯的检测工作，明确气体的浓度就显得极其重要。利用光电子技术中的近红外波长瓦斯浓度检测手段，能够准确检测出煤炭井下的气体浓度，改善原有瓦斯传感器只能检测黑白元件的弊端，并且不需要每隔一周进行调试，从而减小误差，缓解人员工作压力，大大降低瓦斯爆炸事故发生的可能性。此外，由于光电子元件的发展，近红外波长瓦斯浓度检测技术还具有相对的稳定性，使用操作简便易行，使用年限也更长。
2．2LED矿灯
LED矿灯在井下的安装，起到照明的巨大作用，过去的照明器材的燃点高，极其容易达到煤尘燃点，引发煤炭事故。对此，我国相关部门已经规定，在煤炭生产中不宜使用燃点高的矿灯，要使用新型灯具。LED矿灯是代替过去老旧器材的有效设备，它具有较高的科技含量，其先进性主要表现在安全性、冷光源、低温度、节能、环保、杜绝火花等优势上，是光电子技术在具体设备中的有效运用。
2．3瓦斯突出传感器和煤岩界面传感器
瓦斯突出传感器具有传感和预测的功能，它可以防护煤炭与瓦斯突出造成的爆炸事故，在问题爆发之前就预测事故，然后通过有效的预防降低故障发生的概率，提高企业的经济效益。突出预测包括区域预测和局部预测两大种类，所谓的区域预测就是指对煤炭矿井和煤层区域的不安全因素进行预测，局部预测则是在区域预测的基础上，对重点部位和隐秘部位进行的预测。在具体的检测过程中包含声发射监测技术、电磁辐射监测技术以及环境监测三种类别，对预防事故，提高生产安全性具有十分重要的意义。煤岩界面传感器技术是光电子技术的重要组成部分之一，它能够减少原煤中岩石和其他矿产物的含量，提升企业的经济效益。它最先进的技术就是使用采煤机具备的自动跟踪手段，判断煤岩界面的能力水平，实现自动化采煤。具体而言，煤岩界面传感器技术是使用红外线记录仪器对地质的地表温度进行测试的手段，它能够对坚硬的顶板实施检测，并且反应时间迅速，减衰率小，能够穿透灰尘和水雾。据试验表明，波长为3um－5um的红外成像仪器可以在能见度仅为5米的满是烟雾的巷道中成功的利用采煤机实施定位，探测的距离可以达到80米以上。
2．4红外考勤及人员的跟踪定位
由于我国煤炭行业的迅猛发展，国家对其的重视度越来越高，加强监督管理也就成为相关人员探讨的重点。然而经过调查研究发现，我国一些较小的煤炭生产企业和偏远地区的单位，不具备较好的安全检测系统，在具体实施管理的过程中也存在严重的不足，不利于及时掌握煤矿井下作业的实际情况，危险事故一经发生很难做到安全救援，企业面临着巨大的安全隐患。采用光电子技术中的红外考勤对策能够对矿井工作人员进行跟踪，对他们的动向进行考察，监测他们的生产开采行为。一旦发生危险事故，可以在短时间内采取定位系统找到故障点，为事故救援提供精准的信息。并将计算机网络系统、地理信息系统、通信技术有效的结合在一起，做好考核工作和测评工作，保证煤矿的安全生产。
3结束语
关键词：光电着舰引导 陀螺稳定 伺服控制系统
中图分类号：V249 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）09-0104-02
1、引言
舰载机的着舰有很大的风险性，首先飞机的甲板长度有限，舰载机必须保证以一定的着舰高度、一定的降落角和合适的姿态降落到甲板上，同时要求着舰点的位置要求非常准确，这样在着舰时才能钩住阻拦索，其次，航母由于受到海浪的影响，其甲板会产生艏摇、横摇、纵摇和升沉的运动，这样的运动会使舰载机的理想着舰点位置发生变化，为了保证舰载机安全着舰，现代的航母都装备一套完整的着舰引导系统，向飞机提供精确的着舰引导数据。
目前，国内用于舰载的光电跟踪设备很多，但真正用于舰载机引导的光电跟踪设备还很少，作为用于着舰引导的光电跟踪设备，为了能够准确安全的引导舰载机着舰，光电经纬仪必须采用高精度的视轴稳定控制方法，克服船摇的影响，从飞机进场到安全着舰的过程中稳定跟踪飞机。
2、光电着舰引导系统
光电着舰引导系统是集可见、中波、测距功能于一体的光电跟踪设备，具有随动跟踪、单站定位的功能。由光电跟踪转台和机下控制台组成，光电跟踪转台上安装了激光测距机、变焦距可见电视和中波红外三个传感器系统。这3个传感器组合在一起，可实现对远、近距离目标的捕获、跟踪和测量。变焦距可见电视焦距变化范围大，可实现对近距离目标的捕获、跟踪；中波红外系统的探测器的波长为3-5μm，主要实现低能见度时对目标的捕获、跟踪和测量；激光测距系统的激光波长为1.57μm，为人眼安全的激光波长，可实现对目标距离的测量，实现光电跟踪测量系统单站定位的功能。其光电跟踪转台的设计效果如图1所示。
3、视轴稳定跟踪技术
安装在舰船上的跟踪设备，为使设备正常工作，必须采用稳定控制方法，从稳定技术角度看，目前采用的方法可分为机械平台和视轴自稳定控制。
光电着舰引导系统采用视轴稳定技术是陀螺稳定技术，属于视轴自稳定控制方法，将两个互相垂直的单自由度的陀螺安装在俯仰框上，两个陀螺分别敏感经纬仪在方位和俯仰方向相对于惯性空间的运动，并将此信号作为速度反馈实现陀螺稳定。其两轴陀螺稳定伺服机构组成框图如图2所示。
从控制原理的角度上看，视轴自稳定控制技术有两种方法，第一种方法为船摇速度前馈法，第二种方法为速率陀螺反馈法。
3.1 船摇速度前馈法
利用船上惯导系统或其它稳定基准实时测量船摇运动的横摇、纵摇、艏摇角度和角速度，经过计算机平滑处理和解算外推，求出船摇速度前馈量。分别输入到伺服控制系统方位和高低回路，进一步补偿船摇扰动引起的指向误差[2]。
3.2 速率陀螺反馈法
速率陀螺反馈法，即将两个正交速率陀螺安装在天线俯仰支臂上，分别敏感船摇运动在天线横向及俯仰轴向引起的扰动信号，并负反馈到角伺服控制系统各只路中组成各自的稳定回路。这种方法已经在我所研制的设备上得到了应用。
其伺服控制结构有两种如图3、4所示。
比较两种方法可知，前者由于在陀螺反馈稳定回路中除包含基座机械谐振频率外，还存在速率陀螺本身的闭环谐振频率，因此对稳定回路的稳定性影响较大，使陀螺稳定回路频率展宽受到限制，对高频扰动的隔离度降低，但它设计、调试比较容易。后者在稳定回路内少了一个陀螺谐振环节，使稳定回路频带可做得更高，它对高频船摇扰动隔离效果更好，但设计与调试的技术难度大[4]。
本论文采用以编码器测速组成了速度内环，陀螺反馈作为速度稳定外环组成双速度环稳定控制的方法。内环包含了驱动电机及负载平台，主要作用是克服控制对象非线性和摩擦力矩对跟踪精度的影响；在速度稳定外环中，速率陀螺测量出框架相对于惯性空间的转速，主要用于敏感载体扰动，通过伺服控制实现视轴稳定，这样的控制方法把抗摩擦力矩干扰功能和隔离载体干扰功能采用分层设计。
3.3 控制方法的抗干扰性分析
为了显示双速度稳定环在抗干扰方面的优越性，本文接下来分别采用船摇前馈的控制方法、采用陀螺反馈的单速度环的控制方法和采用陀螺反馈的双速度环的控制方法对光电经纬仪的伺服控制器进行了设计。并对三种控制器的抗干扰性能进行分析。抗干扰性的分析方法是在船摇扰动的输入处施加与舰船摇运动相近周期和幅值的正弦干扰信号，然后比较经纬仪角度输出端处的响应[3]。输入的干扰信号如图5所示，图6为三种控制方法对干扰的输出响应曲线。通过三个输出响应曲线我们可以得到如下结论：采用陀螺反馈的双速度环的视轴控制方法对干扰的抑制能力最强，采用速度前馈的控制方法对干扰的抑制能力最差。
4、结语
本文针对舰载机着舰过程的复杂性和危险性，设计了一套光电着舰引导系统，用于在舰载机着舰的过程中向飞行员提供精确的着舰引导数据。同时针对其视轴稳定这一关键技术进行了研究，采用基于陀螺的双速度环的控制方法对伺服控制系统进行了设计，通过对抗干扰性能的分析，表明此控制方法有效可行，可以提高系统的隔离度。
参考文献
[1]郑峰婴.舰载机着舰引导技术研究[D].南京：南京航空航天大学，2007.
[2]王凤英.船载电视跟踪仪自稳定问题研究.大连海事大学，硕士论文，2005.
【关键词】光电；探测；武器装备
引言：
光电探测技术是根据被探测目标辐射、反射的光波的特征来探测、识别的技术。光电技术在军事应用中的四大优点，看得更清、打得更准、反应更快和生存能力强。光电探测技术是现代战争中广泛使用的核心技术，它包括光电侦察、夜视、导航、制导、寻的、搜索、跟踪和识别多种功能。
一、红外探测技术
红外探测技术目前主要分为近红外，中红外和远红外三种研究领域，中红外探测技术由于中红外线的高强度和高穿透性，研究也最为成熟，可以分析物质的分子组成。远红外的主要优点就是其穿透性，用于探测，加热等，应用也比较广泛。近红外由于其强度小，穿透力一般，用近红外技术可以做某些成分的定量检测，最关键的是还不必破坏试样。由于温度高于绝对零度的任何物体都会辐射红外线，利用适当的对红外线足够灵敏的探测器，即使在夜里没有光照的情况下也能探测到物体的存在，还可得到它的外形图像。一些典型物体的温度和辐射峰值波长见表1。
表1典型物体的温度和红外辐射的波长
二、多光谱/超光谱成像技术
由于光学空间分辨率有限，以辐射强度为基础的空间信息并非总能提供足够的目标信息，例如远距离的小目标或隐匿在更亮背景干扰下的目标，仅仅根据它们辐射强度特性就无法分辨出来。遥感中采用光谱特性、偏振特性和时间特性等多维判别方法来识别目标和背景，并越来越重要。光谱成像就是在这种观念下研究发展起来的，光谱成像技术按波段数目和分辨率大致可分为三类：多光谱成像，其波段为 10～50 个，光谱分辨率（Δλ/λ）为0.1；超光谱成像，其波段为 50～1000 个，光谱分辨率为 0.01；极光谱成像其波段为 10-100 个，光谱分辨率为 0.001。对多光谱/超光谱成像数据分析表明，这种独特的数据的价值并不在于它是否能产生漂亮的图像，而在于多光谱/超光谱成像仪获得的独特的光谱特征所固有的信息，例如隐藏在树下的车辆和埋置的地雷等目标的信息。多光谱成像仪使用最多的焦平面阵列是可见光 CCD 和红外 HgCdTe 焦平面阵列，其发展趋势主流仍然是 CCD 和多色红外焦平面阵列。 其发展的技术特点是，尽可能提高光谱分辨率；充分利用能透过大气的各类电磁波谱；向红外、远红外和微波方面扩展。遥感技术将是向多光谱/超光谱成像仪与干涉雷达，被动雷达和合成孔径雷达等多传感器融合，可同时采集多维数据的传感器系统，通过先进的数据融合技术，可以获得需要的足够的目标信息，使遥感技术向多尺度、多波段、全天候、高精度、高效快速的目标发展。
三、激光雷达成像技术
激光雷达以的抗干扰、成像能力强，是重点发展的高灵敏度探测雷达。激光雷达类别可以从不同的角度来划分。若按用途和功能划分，则有精密跟踪激光雷达、制导激光雷达、火控激光雷达、气象激光雷达、侦毒激光雷达、水下激光雷达等；若按工作体制划分，则有单脉冲、连续波、调频脉冲压缩、调频连续波、调幅连续波、脉冲多普勒等体制的激光雷达。下面分别介绍激光雷达的各种应用。在对地形背景中的静止目标的探测，多普勒雷达及可见光或红外热成像系统都有其困难的一面，而激光雷达的优点是每个像元既具有高的角分辨率，又可获得准确的距离数据，具有稳定的目标和背景特征，因而能在自动目标识别系统中准确地进行模型化处理。激光雷达由于光束窄，扫描速度有限，需要与红外、可见光、毫米波雷达一起工作，进而通过数据融合，提高系统性能。激光成像技术目前主要有扫描成像，激光照明距离选通成像、激光照明单次成像和相干激光雷达。随着激光二极管泵浦技术和新的固体激光材料研究的进展，高效、全固体化且人眼安全的小型固体激光雷达正在得到发展，已经实验用于外差多普勒激光雷达、距离成像和障碍物回避等领域[1]。
四、紫外探测技术
紫外探测技术是军民两用光电探测技术之一，紫外探测的军事应用主要有导弹制导，来袭导弹告警，生化战剂探测，军用气象和军用短程通信等。主要发展有三种类型紫外探测器，即光电倍增管、成像紫外传感器和AlGaN/GaN光电二极管成像阵列。短波紫外探测器领域的研究集中在实现“日盲”探测器上，即对280nm 以上的光子不灵敏探测器。紫外探测技术的应用范围正在不断扩大，从低速飞行器扩展到高速飞行器，从空中平台扩展到地面的坦克和装甲车以及水面舰艇，从探测导弹威胁信息扩展到探测飞机等其他威胁信息。随着紫外探测器和紫外摄像器件制造技术的不断发展紫外探测技术必将成为重要的军事装备技术之一[2]。
五、多传感器数据融合技术
当前，探测技术都向多传感器融合的方向努力，可以克服单一探测技术的不足，使被探测目标信息尽量丰富，准确、迅速、实时，使战时掌握信息优先权、主动权，赢得宝贵的先发制人的时间，从而赢得战争的胜利。正因为多传感器融合就必然采用数据融合技术，在当前由于新型先进的传感器和先进处理技术的涌现以及软硬件的改进，使实时数据融合越来越有可能实现而得到极快发展。单一平台装备的传感器类型可能包括。雷达、激光测距机/目标指示器/跟踪器、前视红外系统、电视、敌我识别器、雷达告警机、导弹逼近告警接收机、激光告警接收机等不同类传感器间的融合。多平台装备不同类型传感器，通过借助日益发展成熟的数据链路技术，能够显著扩大传感器探测的空域、频域和时域。
参考文献：
[1]倪树新，李一飞.军用激光雷达的发展趋势[J]红外与激光工程2003.04
