光电感知技术范文

光电感知技术篇1

[关键词]分布式光纤传感器；应用；后向散射；偏振光；光干涉

中图分类号：TP212.14 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0342-01

引言：光纤传感技术，能够加快信息的感知和传输效率，尤其是在航天航空，以及工业等领域之中，使用该传感技术，可以加快了解相关设备以及周围环境的具体情况，并且及时解决。尤其是基于不同研究和设计原理的光纤传感技术，能够促使光纤传感技术在不同行业之中，发挥更大的作用。利用光纤作为信号传输的元件，光纤传感技术，可以对时间和空间的分布以及传感状态信息进行分析和传输，并且可以对相关的数据进行连续的测量，保证了信号传输的稳定性和连续性。

一、分布式光纤传感技术原理

（一）后向散射原理

在分布式光纤传感器设计的过程，其中一项设计原理就是后向散射原理，而在后向散射原理之中，有一个分支，就是背向拉曼散射原理，该原理在光纤传感设计之中的应用，如图1所示，通过光纤上设计两个热点温度，然后需要利用的是反斯托克斯光强进行调试，能够比较准确的发现拉曼散射的信号。因为其操作比较简单，而且技术原理也是比较简单的，所以在光纤传感技术设计的初期，一种是用的是拉曼散射原理。但是在实际的应用过程之中，对温度的感知精准度，是会受到设计器件以及元件的性能等限制的。

（二）偏振光时域反射和光干涉技术原理

在设计光纤传感器的过程之中，还会应用到偏振光时域的反射原理进行设计。在利用该种设计原理的时候，主要是针对的偏振光的变化状态进行观察和分析。而光干设计原理，就是通过对时间的扰动进行分布式的传感。这两种的设计原理，也是光纤传感技术中经常使用的一个设计原理。

（三）光纤布拉格光栅原理

光纤布拉格光栅，在光纤传感器设计之中的应用，是因为其性能比较好，是测量敏感元件。而且该元件可以应用到光纤光栅传感调节系统之中，即如图2所示系统设计，通过对入射光谱以及反射光谱的设计，可以发现光纤布拉格光栅，是具有高强度的灵感度，而且其可靠性极高，能够在极其恶劣的环境下，实现对数据和信号的传输，这对于某些行业来说，是一种重要的发明。而在该调节系统之中，布拉格光栅在光线传感器之中的应用，检测区域范围进一步扩大。

二、分布式光纤传感技术应用分析

（一）用于民用工程

光纤传感器，可以应用在民工工程之中，尤其是在建筑行业之中，应用的频率更高。在建筑的过程之中，可以检测到桥梁的相关数据，可以对岩石进行测量，这对确定地基，以及确定相关的施工技术具有重要的作用，能够提高建筑质量和效率。同时也可以在高速公路上，测量车辆的速度。因此，在民用工程之中，光纤传感器的应用是十分的广泛的。能够为相关部门提供重要的数据作为后期的研究的基础，而且高速公路上，可以对路况进行实时监控，这样能够避免出现故障，保证车辆同行的安全。

（二）用于航天航空

在航天航空领域，也需要使用光纤传感器，这是因为同过光纤传感器，可以更准确的了解航天飞机等具体情况。因为光纤传感器的体积比较小，而且能够构成一个智能的网络结构，便于传播相关的数据和信号，而且可以对航天航空飞机进行内部和外部的实时监控，这样能够保证在飞机等飞行器出现问题的时候，可以及时发现，并且采取相应的解决手段和方法，确保飞行人员的以及飞行器的安全。目前光纤传感器可以为应用在飞机的机翼，以及稳定轴等重要的位置，可以随时的监控飞机的具体情况。因此，光纤传感器在航天航空之中的应用，也是十分的广泛。

（三）用于船舶行业

我国船舶行业近些年发展比较迅速，但是在海上航行的时候，一定船舶出现撞击等情况，就会导致沉船。如果能够及时的发现相关的情况，就可以避免这种情况的发生。目前，我国船舶在安装和设计的过程之中，也应用了光纤传感器技术，这样可以及时的发现船舶的关键位置，是否出现了超负荷运转的情况，以至于结构出现了损伤，影响到船舶的安全性能和稳定性能。而在使用光纤传感器以后，可以加快对船舶情况的实时监控，这样能够保证有效的预防安全事故的发生，避免出现人员伤亡的情况。

（四）用于电力工业

电力工业，也是光纤传感技术应用比较广泛的行业之一。主要是因为利用光线传感器，可以实现对电缆和电线的情况进行检测，这样能够保证电力企业以及电力系统的正常运转。同时，利用光纤传感技术，可以对电缆温度进行预测和分析，避免出现高温，破坏电缆的情况发生，维持电力系统的正常运转，保证电力系统安全的一种预防性的措施和手段。因此，在高压电力系统之中，需要使用光纤传感器。

结束语

光纤传感器技术的研究以及应用，能够解决我国很多行业存在的问题，比如在船舶行业之中，可以感知到水位的变化以及水温的变化，这样可以及时的依据水温的变化，进行合适的调整。但是目前我国我国光纤传感器仍然有不足支持，也是有待研究和发展的领域。而现阶段我国光纤传感技术的应用效果已经比较明显。尤其是基于不同的设计原理，其效果也是各有不同，但是都能够实现精准探知的功能和效果，同r其在行业之中的实用价值和作用也可以得到进一步的发展。

参考文献：

[1] 李建中.基于POTDR的分布式光纤传感技术及其应用[J].电子科技大学，2010（07）：166-168.

[2] 周会娟.基于受激布里渊散射的分布式光纤传感系统及其应用研究[J].国防科学技术大学，2012（05）：156-158.

[3] 常天英，崔洪亮.光纤传感技术及其在智能城市和智能油田中的应用[J].信息化创新，2010（09）：111-113.

[4] 刘文义.分布式光纤传感技术在地震监测中的应用探讨[J].国际地震动态，2010（08）：166-167.

光电感知技术篇2

【关键词】光纤通信；智能电网；应用

1.光纤通信技术的现状

光纤通信技术，其促进了我省电力系统通信的发展，当前，光纤通信技术的种类大致可以分为以下几种：

1.1波分复用技术

波分复用技术是指将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输，在接收端将各个不同波长的光信号分开的通信技术。波分复用技术应用特点具体可以归结为以下几点：首先，其充分利用光纤的低损耗波段，增加光纤的传输容量，使一根光纤传送信息的物理限度增加一倍至数倍。目前我们只是利用了光纤低损耗谱（1310nm-1550nm）极少一部分，波分复用技术可以充分利用单模光纤的巨大带宽约25THz，传输带宽充足。其次，传送信号的能力大；它具有在同一根光纤中，可以传送2个或数个非同步信号的强大能力，从而有利于数字信号和模拟信号的兼容。第三，具有较强的灵活性；它可以对已建光纤系统，尤其早期铺设的芯数不多的光缆，只要原系统有功率余量，就可以进一步增容，进而实现多个单向信号或双向信号的传送而不用对原系统作很大的改动。第四，当出现故障时，恢复的速度快；由于光纤数量少，一方面大大降低了建设成本，与此同时，当出现故障时，恢复起来也迅速方便。第五，由于有源光设备的共享性，对多个信号的传送或新业务的增加降低了成本。第六，系统的可靠性提高；系统中有源设备得到大幅减少，这样在一定程度上就大大提高了系统的可靠性。

1.2光纤接入技术

光纤接入技术是指以光纤作为传输介质，采用激光传输技术的接入网，泛指本地交换机或者远端设备与用户之间采用光纤通信或者部分采用光纤通信的系统。根据接入网室外传输设施中是否包含有源设备，其可以分为：无源光网络（PON）有源光网络（AON）。这种光纤所具有的优势：首先，其具有带宽优势，与双绞线和同轴缆相比，光纤的理论带宽几乎是无限的，并且单个波长可以传输10Gb/s，采用波分复用可以传输更高的速率。其次，长距离传输优势；衰减很小，增加光放器传输距离可达数百公里。第三，抗恶劣环境优势，其抗腐蚀能力强，而且不受电磁波等因素的干扰。第四，安全性优势，其盗接线头困难，不易盗听。

2.光纤通信技术在智能电网中的应用分析

智能电网的发展已经日益成为当今国际的共识，中国的智能电网建设为顺应这一国际形势，也在如火如荼的紧张进行着。目前，电力系统已经成功建成了先进的电力专用光纤通信网络，同时传感器的网络发展也势不可挡，两者必将会进一步促进青海省电力系统智能电网的快速发展。

2.1光纤通信技术已经成为智能电网通信网络建设的首选

随着光纤复合电压电缆的成功研制，在智能电网全面建设中，电力光纤到户已经成为当今势不可挡的一种发展趋势。

我们都知道智能电网需要一个高可靠、高带宽的通信网来推动电网的建设和发展。例如：某省某县地区4座供电营业所均已实现光纤覆盖，通信采用2M电路方式；但光纤未覆盖变台、用户表，通信方式主要还以公网GPRS无线通信为主，给日常运维带来极大不便。而我省贵德县主光纤线路已建设完成正好具有带宽高、抗干扰能力强、性价比优等特点，其它通信技术无法比拟的优势，因此，建设智能电网通信网络是最佳选择。

2.2光通信和无线通信的融合是未来的发展趋势

众所周知，光纤通信技术最大的特点就是高速、稳定以及传输距离远且抗干扰能力强等众多优势，而无线最大的特点就是方便灵活，如何将两者的优势充分结合起来一直是技术人员研究的重点。这种需求随着视频通话、多媒体无线接入、P2P文件传送等大容量需求上升而使其变得更加的紧迫，因此，这就在一定程度上使人们意识到光纤和无线的结合必将成为未来的发展趋势。

2.3 更好的实现了电力光纤到户，解决了广大群众上网难的问题

电力光纤到户是一个非常好的概念和架构，它的目的是在接电的同时，把光纤直接入户，这在一定程度上将极大地改善了广大农村地区上网难的问题，我们可以在铺设电力线路的同时，最大可能地实现光纤的接入，为以后的上网需求提供更为便利的条件，同时我们也要充分发挥光纤到户的技术优点和政策优势，尤其是在边远地区，大力推广电力光纤到户，一次性地完成成本投入，争取为以后智能电网在农村全面铺开奠定良好的基础。

2.4功能完备的传感器网络对电网智能化的重要意义

光纤传感器网络是通过传感器来收集信息并借由光纤把相关数据传输到数据中心，然后依托数据中心的数据处理系统对前端传感器采集的数据进行离线或实时处理，并依此执行后续工作，如监测或监控，如果传感器布置在输电线路上，则可以对输电线路的状态进行检测。传感器网络涉功能涉及的方面较多，可能既涉及到光纤传感器网络，也涉及到无线传感器网络，甚至是二者的融合网络，如果这个网络较为完备，那将极大地推进智能电网的发展。例如，分布式光纤温度传感技术的引用。如果在部分地区发生雪灾时，我们引用这种先进的光纤温度传感技术，就能够做到对电力系统电缆、铁塔等设施的温度、压力进行实时监测，从而做到及时的排险，减少国家经济损失。

3.总结

综上所述，我们可以得知，光纤技术作为电力系统中信息传输的重要组成部分，为电力系统提供了容量大、快捷方便以及距离远这种安全可靠的信息传输方式，对我省电力系统的安全稳定的运行起到的重要的作用。因此，我们应该进一步加强光纤通信技术在智能电网中的应用研究，确保光纤通信技术在信息时代所占据重要的战略地位。

参考文献：

[1]杨富印，尹树华，陈光静.对光纤通信中几个问题的研究[J].电讯技术，2002年03期

[2]韦早春，黄学宁，潘身明，覃钢.光纤通信技术的进展[A]；2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C]；2005年

[3]胡辽林.高速光通信中若干关键技术的研究[D].西安电子科技大学，2004年

[4]张永健.电网监控与调度自动化[M].中国电力出版社，2004年

[5]魏丽芳，王克谦，郭克义.浅谈光纤通信技术在智能电网中的应用与发展[J].中小企业管理与科技，2011年第34期

作者：

侯骏（1979 - ）男，河北任丘，助理工程师，主要从事电力系统通信传输工作。

光电感知技术篇3

【关键词】4D数字;电影技术;数字音响系统

1.4D技术的形式和特点

近几年流行起来的4D数字电影，是依靠三维立体电影和周围环境模拟组成四维空间带给观众更加逼真的观感。它是在三维立体电影和特技影院相结合共同来完成的。随着三维软件技术在国内越来越广泛的应用，4D数字电影技术也得到了长足的发展。运用三维软件制作立体电影有着比其它软件独特的优势，由于三维场景本身就具有立体特性，与成像相关的各种参数及其脚本也很容易在软件环境中加以调节及运用等。近年来4D在3D技术的发展上非常迅猛，4D影院的表现形式也根据人们不断提高的娱乐需求有了很大的发展，目前平面银幕方式的4D影院正受到银幕是环球方式的冲击，而新型特技座椅配合动感控制平台，又使4D技术进入了一个崭新的阶段。在进入21世纪后，大直径、多画面的柱面4D影院逐渐成为主流。尤其是柱面银幕4D影院的出现，各种动感平台，旋转平台，轨道车也根据剧情进入影院，成为当今发展最为迅猛的4D影院类型。

2.4D技术制作的原理

在现实生活中，人们通过眼睛观察的周围环境之所以是立体的，是因为人的两只眼睛所处的空间位置不同，可以从两个不同的视角同时获得两幅不同的场景图像，人的大脑对这两幅图像进行处理后，不仅能分辨出所观察物体的颜色、质感等光学信息，还能根据两幅图像的差异判断出物体与双眼的距离等空间信息。

这样一幅立体的画面就呈现在脑海中。由于人的双眼所处空间位置的差异(这个距离一般用国际平均值6.35厘米)，致使现实环境分别在两眼中形成两幅有细微差别的图像，这两幅图像经过大脑的识别处理，人就能感知环境物与人眼的距离和环境物的状态(包括大小，颜色，材质等信息)。如下图所示：红色三角形与绿球相交的区域为左眼看到图像，而绿色三角形与绿球相交的区域则为右眼看到图像。左右眼的图像同时被大脑接收，融合，并加以识别，人就知道绿球与人的距离，绿球的大小，颜色，材质等信息，立体图像就在大脑中形成。当然，如果绿球处于运动状态，那么两眼将不断的刷新各自看到的图像，并交给大脑进行处理，人也就可以不断更新对绿球的感知信息。

3.4D影院技术的构成形式

3.1 4D动感影院的银幕

从视觉角度讲，采用180度的柱面环幕立体影像――它是指银幕保持在有相同圆心的一段弧度上，而不是一个平面（平幕）上。银幕的高宽比例为16 :9，柱面环幕3D物体运动影视范围大为扩展、开阔视野，摆脱了平面视觉束缚，使影视空间和现实空间更为接近，并且可以产生横越、环绕等多种运动方式，从而产生时空变换的感觉。

3.2立体眼镜

由于目前影院级别都采用的是需要戴眼镜的立体呈现方式，所以要想有比较好立体效果都需要佩戴立体眼镜，适合于观看柱面电影的柱面偏振光眼镜（即“立体眼镜”）。使观众看到的影片左眼和右眼的图像不同，这样反映到人脑中的影像就是3D立体影像，从而创造置身其中的立体视觉空间。

3.3 4D动感座椅

动感座椅根据影片的故事情节包含由计算机控制做出五种特技效果：分别是坠落、震动、喷风、喷水、拍腿。另再配以精心设计出烟雾、雨、光电、气泡、气味、布景、人物表演等等引入4D影视，从而调动了人的所有感知系统，使人真正走进影片情节。

3.4数字音响系统

4D动感影视采用高品质声音效果素材――多声道环绕声系统作为影院的音响系统。提供6.1甚至7.1声道系统从而增强环境声音效果。4D影院的多声道环绕声系统在设计和制作时充分考虑到柱面4D影院能够使3D物体产生环绕运动的特点，可以精确的对运动物体进行定位，使4D影视的声音也立体起来，形成真实的立体空间感。

4.4D电影的制作技术

最常见的电影4D效果，是用“光影分离技术”来实现的。它依赖于偏振光和滤光片，它和紫外线和红外线的识别完全不同，它是让每只眼睛只接收到一部分光，而滤掉另一部分。在以前拍摄的3D电影时，人们会在一个镜头前加一块水平方向的偏振片，只让水平方向振动的光透过；另一个镜头前加垂直方向的偏振片。再将这两个镜头并列，之间的距离和人眼之间距离差不多，就可以开始拍摄了。在播放时，让观众戴上带有偏振片的眼镜，偏振方向和摄像机偏振片的方向相同。这样，左眼的眼镜就会完全滤掉右侧摄像机拍摄的画面，而右眼的眼镜则滤掉左侧摄像机的画面。这种4D电影要求观众必须坐得笔直，才能最大程度的凸显三维效果。

光影分离技术是被动式的3D电影技术。也就是说，它不需要控制眼镜。色分技术也是这样。可能有些人还会对上世纪80年代的立体电影记忆犹新―――它的两片眼镜片颜色不同。如果不戴眼镜的话，这种电影投影出来像是印刷有偏差的彩色画册。戴上滤光眼镜之后，眼前就能出现色彩鲜艳的立体场景。它最大的弱点是容易引起视觉疲劳，已经淡出电影制作领域了。直到2007年，Dolby公司开发出Dolby3D系统，色分技术才重新热起来。借助放在放映机前的滤光片将投影机射出的光线分成红绿蓝三原色光，并分别投影到屏幕上。通过滤光眼镜来分别接收这些光谱的高频部分和低频部分，同样可以实现立体效果。该技术比传统色分技术好得多。最重要的是，放映机装上滤光片就可以放映3D电影，而取下滤光片，还可以放映传统电影。《阿凡达》首映礼上，采用的就是Dolby 3D+IMAX技术。

5.结语

“城市，让生活更美好”是2010年上海世博会的主题，更是未来发展的永恒主题。而在上海世博会熠熠生辉的数字技术，不但要服务上海世博会，同样要服务未来的城市和人类生活。目前的4D数字电影技术已经达到了较为成熟的阶段，至于哪种技术最后会成为主流，已经早已不是技术问题，而是另一个问题了。4D电影并非电影技术发展的唯一方向。例如“巨型超大银幕”IMAX屏的可视面积比普通电影屏大上10倍左右，且通过多种技术革新来保证在大屏幕上依然能获得清晰良好的视觉效果，更容易让观众产生身临其境之感。在经过30年的发展之后，IMAX屏幕可能成为人们观影的重要标准。这也是许多文章鼓励大家去看《阿凡达》、《龙腾》的原因。我们希望创新前沿的数字技术不但经受住世博会一百八十四天的考验，给人们带来新鲜美好的享受，更希望上海世博会数字技术的应用热潮永远能够延续，不断走进我们的生活，我国的战略性新兴产业能够借上海世博会的契机而快速腾飞。

【参考文献】

［1］刘达.数字电影技术标准及其战略研究[J].现代电视技术,2009,(06).

光电感知技术篇4

中国社会科学院社会学所曾做过一项调查：在最受尊敬的职业排行中，科学家连续多年都排名第一。可以说，成为科学家是很多中国人小时候的理想，他们有着崇高的形象。科学家是运用知识来创造新技术的人，同时也在社会中扮演着越来越重要的角色。他们认知新的知识，创造新的技术手段，可以改变人类的生活方式，甚至改变和创造新的文化，为人民带来新的福祉。如果把科学这个领域比喻成一张地图的话，那科学家们无疑是这张版图上一个个坐标，他们代表了科技的发展高度。

长期以来，山东省科学院重视人才培养，着力突出学科领军人才的引进和培养，建立学术带头人、骨干力量和后备发展力量等各类研究人员合理配置的人才机构。30年来，山东省科学院培育了一支包括国家级，省级有突出贡献专家和中青年拔尖人才、享受政府特殊津贴等高级专家在内的高层创新和管理人才队伍，目前在职专业技术人员达1200多人，其中高级专业技术人员420人，国家级有突出贡献的中青年专家和省级专业技术拔尖人才60余人。近年来，围绕着山东省经济社会发展重点，调整优化专业布局，在新能源和节能技术、先进制造、生态环境等领域组建了20多个科研创新团队，在重点研究方向建立了“泰山学者”岗位，聚集了一批高层次人才：努力营造培养一流的科技领军人才、一线创新人才、高技术企业经营人才和众多科研团队的良好环境。

孙立，许敏：生物质气化专家

孙立、许敏是中国新能源领域的知名学者，生物质能源转换与利用技术研究方面的领军人物之一，长期致力于新能源技术的研究。

1985年，孙立在工作中发现，农村每年都产生大量的秸秆残余物，一部分被用作炊事燃料烧掉，还有一部分在田间地头白白地烂掉、烧掉，每到收获季节，田间地头“狼烟四起”，既浪费了资源，又造成了环境污染，被称为农村中的一大“公害”。他带领许敏等课题组人员开始着手对全国的秸秆资源状况进行调研，在国内第一次提出了生物质气化集中供气的技术路线，率先建立了秸秆气化集中供气试点，并将技术辐射到全国，先后在国内二十多个省推广应用，取得了良好的经济、社会和环境效益，并对全国生物质能源的开发和可再生能源产业的发展起到了良好的示范和带动作用。以孙立为学术带头人，科技部和山东省政府建立了“国家秸秆气化技术研究推广中心”，“山东省生物质气化技术重点实验室”。在“十五”期间，孙立完成了新一代两步法生物质气化和发电技术的研究，使生物质气化的技术水平上升到新的高度。根据中国可持续发展的能源战略需求，孙立等又提出了分布式生物质气化发电、生物质合成二甲醚、生物质制氢、生物柴油等新的技术路线，为中国生物质转换及利用做出了应有的贡献。

作为山东省重大科技专项的首席专家，许敏带领课题组进行了生物质气化发电示范点的建设和试验研究，经过多次反复的试验改进，2005年在济南市董家镇柿子园建成了200千瓦的生物质气化发电示范工程。示范点建成后需要不断地调试运行，无论是数九寒冬还是炎炎夏日，课题组人员在示范点一待就是几天。经过艰苦努力，示范点气化机组和发电机组均已达到设计负荷并能稳定运转。生物质气化发电技术为农村区域供电提供了良好的模式和思路，为解决农村电力供应稳定，缓解偏远地区缺电少电现象，以及社会主义新农村建设都具有积极意义。

孙立、许敏等领导研发的“生物质热解气化集中供气技术”先后获得山东省科技进步一等奖、国家技术发明四等奖，“秸秆能源”获2006年“全球能源奖”一等奖，孙立个人获空气组第二名：许敏负责承担的“生物质热化学转换特性及过程研究”获得山东省科学院自然科学一等奖。

刘统玉：泰山学者、光纤传感专家

刘统玉，是山东省科学院的公派留学归国人才。从1990年起，在留学英国14年期间一直从事光纤传感技术研究，在光纤传感技术的多个研究领域，包括光纤光栅、光纤干涉仪、光纤智能结构和光纤化学，生物医学传感等都达到了较高的造诣。2004年，他回国后担任山东省科学院激光研究所首席专家，是光纤传感技术学术带头人。

刘统玉实现了山东省光线传感研究的从无到有。归国后，他组建了山东省科学院激光研究所光纤传感研究平台和山东省光纤传感工程技术研究中心。凝聚了以3名博士、6名硕士为骨干的20多人的研发团队，并担任“泰山学者”岗位特聘专家，进入了国家863专家组。在实验室建设方面，目前已拥有了20余台／套具有国际先进水平的光纤传感技术研发设备，具备了良好的科研条件。

刘统玉带领的科研队伍致力于光纤技术的应用研究和开发，目前光纤平台主持国家863课题1项，参与国家863课题1项、参与国家科技支撑计划课题2项，主持省、院重点课题各1项。此外，刘统玉还注重科研成果的产业化，建立了中英合资山东微感光电子有限公司，目前已开拓了电力、煤矿、石油、医疗等领域的市场，致力于科学技术转化为经济效益和社会效益。

王英龙：信息技术专家

王英龙是山东省有突出贡献的中青年专家，现任山东省科学院院长助理、山东省计算中心、山东省计算机网络重点实验室以及山东省信息系统测评工程技术研究中心等机构主任。2002年度被国务院授予“具有突出贡献专家”称号，享受政府特殊津贴。

2001年，当时的科研力量还比较分散，科研规划缺少长期、持续发展的综合目标，难以实现科技资源和成果的共享服务。面对这些困难，王英龙创造性地提出建设“山东省信息技术公共服务平台”的设想。他带领广大科技人员经过5年的努力开发，使这个平台上拥有“山东省计算机网络质量监督检验站”、“山东省软件评测中心”、“山东计算机司法鉴定所”、“山东省计算机网络测评中心”等社会公益机构，已经成为山东省信息化标准规范、质量保证体系中不可或缺的中坚力量。

为了使科研成果更好地为地方服务，2005年王英龙提出与济南高新区齐鲁软件园进行科技合作，为软件园现有的研发平台提供技术支撑，并协助其进行动漫渲染平台、服务外包平台的建设，协助软件园对企业进行信息安全管理知识的培训，建立信息安全管理体系，与软件园联合申报国家、省市各类项目达5项，争取科研经费376万元，成为齐鲁软件园“CIIIC软件与数据服务中心”重要战略合作伙伴。

王知学：汽车电子专家

今天，社会进入了信息网络时代，人们希望汽车不仅仅是一种代步工具，更希望汽车是生活及工作范围的一种延伸，在汽车上就像呆在自己的办公室和家里一样，可以收听广播、打电话、上网、处理工作。汽车电子化的程度被看作是衡量现代汽车水平的重要标志，是用来开发新车型，改进汽车性能最重要的技术措施。王知学作为山东省科学院嵌入式技术、汽车电子研究领域学术带头人，一直致力于汽车电子技术研究，先后主持承担了多项国家、省级重大科研项目。其中国家“863”软件重大专项“vASOS-基于OSEK／VDX和OSGI的嵌入式汽车软件平台系统和关键技术研究”是2004年国家启动“汽车计算平台工程”后首批汽车电子领域重点科研项目，主要研究汽车软件平台系统和关键技术以及相关平台和传感器产品；山东省2007年重大专项“汽车车身网络及相关ECU系列产品的研发及产业化”是山东省自主创新成果转化重大专项的首次运行项目，开发了多款具有自主知识产权的车身总线系统产品并实施产业化。

光电感知技术篇5

关键词：四网合一；物联网；PLC；电力复合光缆；FTTH

1 物联网相关技术

物联网技术涵盖多个领域，这些技术往往具有不同的行业标准与应用方向。对物联网相关的关键技术进行归纳和整理，可以将物联网技术概括为信息感知技术、信息传输技术、云运算与服务、管理和安全四大体系。

1.1 信息感知技术

感知识别技术位于物联网构架的最底层，是物联网产业化的基础，它实现对现实世界信息的感知、采集外界信息并转化为可以传输的数据流。主要包括RFID、传感器网络、二维码等。

传感器网络是由许多空间上的自动装置组成，利用传感器和多跳自组织网络协议协作实现对区域范围内信息的监控。但目前传感器在检测精度、稳定性、成本、功耗等方面达不到要求，是发展物联网产业的重要技术难题之一。

1.2 信息传输技术

物联网的产业化需要运用各种有线和无线通信技术，短距离无线通信技术是物联网应用的重点。物联网终端一般采用2.4GHz ISM频段（ITU-R定义，主要开放给工业、科学、医疗三个主要机构使用）进行通信，工作在该频段上的有无线局域网、蓝牙、ZigBee等无线网络。频谱空间的拥挤是制约物联网的大规模实际应用的重要原因之一，切实提升频谱保障能力是保证物联网规模化应用的前提。互联网是物联网信息传输和服务支持的基础设施，以IPv6为核心通信协议的下一代网络，为物联网的发展提供了良好的基础条件保障。

1.3 云运算与服务

海量数据的处理与运算是物联网大规模应用后所面临的重大挑战之一。云计算（cloud computing）是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，它由一系列可以动态升级和被虚拟化的资源组成。虚拟化、信息存储与计算能力分布式共享是云计算的核心，是海量信息高效利用的重要保证。

物联网的发展最终是以应用为目的，物联网环境下的服务内涵有了革命性发展，如果采用以往的技术和思路必然约束物联网的发展。应该从引领未来的角度出发，结合各个行业的标准，针对不同的应用需求研究出相应的规范化、通用化服务体系结构。

1.4 管理与安全

物联网的产业化必然会导致承载业务的多元化、规模化，管理技术是实现物联网可控、可管理、可运行的先决保证。

物联网将人们生产生活、社会经济活动、基础性设施资源全面架构在全球互联互通的网络上，实现理论上的虚拟化，物联网的开放性、包容性、匿名性的特征必然会有严重的安全隐患。因此实现信息网络安全是物联网产业化的必要条件，也是物联网技术成熟的标志。

2 四网合一

2.1 四网合一基本概念

四网合一又称为三加一技术方案，三表示电话、电视和互联网三网，一表示电力网。三网合一在世界部分区域已经进入初步运行阶段，电力网络又是世界上最普及、最大、最稳定的有线网络，因此如果利用现有的电力线网络搭接电话、电视和物联网等网络，无疑会节约构建和运营成本。

2.2 四网合一技术方案

（1）电力线通信（Power Line Communication，简称PLC）简介。电力线通信作为一种宽带接入技术利用电力线传输信号和数据的一种通信方式。在中高压电网（35kV+）上使用电力载波机利用低频率（9-490kHz）以低速率传输数据，在低压领域PLC应用于自动抄表、智能家居和负荷控制，其传输速率为1200bps甚至更低，故称为低速PLC。如今低压电力线通信技术的传输速率在1Mbps以上，由于该技术目前主要用于因特网访问，又称为电力线上网。

（2）电力线通信的设备和原理。在PLC系统中，通常在配电变压器低压输出端配装PLC主站，将宽带信号与电力载波高频信号进行相互转换。PLC主站的一边通过电感耦合联接电力线路，导入和导出高频PLC信号；另一边通过以往的通信方式，如ADSL、Cable Modem和光纤等连接至互联网。在用户端，用户的上网设备通过USB或以太网接口与PLC调制解调器连接，电话机通过RJ-11接口连接调制解调器，调制解调器可以安装在插座内，也可以在适当的地点安装中继器用来放大信号避免信号衰减或干扰过大带来的失真。

电力线上网采用的调制技术有多载波调制（DMT）、正交频分复用（OFDM）、扩频及常规的QPSK，FSK等。OFDM的信道利用率极高，窄带带宽也能传输大量数据，对抗频率选择性衰落和窄带干扰能力出色，所以OFDM技术成为电力线上网技术取得突破性进展的重要原因之一。

（3）电力线通信的优点和缺陷。终端配电网上存在着频谱范围很宽的噪声源，例如开关、电器，计算机，对电力线通信信号影响很大，可以安装滤波装置进行滤除。电力网复杂的网络拓扑结构会引起多径反射，导致信号的码间串扰和选择性衰弱，OFDM技术可以有效解决这一问题。电路的容性负载和阻抗会导致信号的衰减使接收端信号强度不能满足要求，可以在电路网络相应位置安装中继器放大信号。电力网线阻抗波动剧烈，往往开关一盏灯都将到期整个线路阻抗的变化，这就需要安装AGC（自动增益控制）电路加以改善。某些无线电设备和高速PLC共用同一频段，如果发送功率大，电力线就会等同于发射天线而产生电磁污染影响其他设备正常工作，因此需要制定出相应的技术要求进行避免。

（4）光纤到户简介。电力复合光缆是将电力线和光纤两者复合成一种既可以传输电能，又可以传输电视、电话和互联网信号的新型导线（Optical Fiber Overhead Wire，OFOW），电力复合光缆接入网也是FTTH的一种解决方案。光电复合公共传输系统的实施方案是通过对电力网络的光纤复合化，把光纤网依托在电力网上，在一定程度减少公共资源的浪费。

（5）光纤到户的设备与原理。光电复合系统由光路终端（OLT）、无源光纤分路器（POS）、光电网络节点（ONU）、电力复合光缆线路、光电复合转换器件、光电复合网络交换器、光电汇接盒合控制器组成。

光纤复合型架空地线（OPWG）工程是指把光纤架置在高压输电线中，用以建成输电线路的光纤通信网。把10Kv以上电网线路中的B相线路和380V低压线路的零线都改装为电力复合型光纤传输导线（OFOW），并分别作为公共传输网的上行端和中继线，对220V电力线改造，作为用户接入网的客户端。10kVOFOW上位端与110kV以上电压等级的OPGW或者ADSS、OPPC等系统连接，下位端通过OFOW方式与10kV配电变压器相连，传送至变压器的光纤信号通过光纤路由、交换器分离出来，然后与配电变压器输出端的380V光纤复合电力线路由接通，最后通过覆盖居民小区、事业单位、企业工厂的光电复合网络传送至用户端。在使用VLSI技术和DSP技术实现信息解调后，用户通过一种特殊的光电复合插头、光电复合插座获得电力、电视、、电信和互联网四种服务。

（6）光纤到户的缺陷与优点。OFOW导线光电传输在同一线缆内完成；光纤通信要能承受电力传送带来的负荷温升（光电传输互不干扰）；电缆的耐环境性能、弯曲性、敷设性、阻燃性均要达到相应的规范，以上技术要求决定了光电缆标准高、成本高、维护难等特点。如何降低改造成本成为FTTH推广首要解决的问题。

光纤到户方案也有着无可比拟的优点，光电缆具有很好的抗雷电、抗电磁干扰、抗环境腐蚀的特性，系统运行也十分稳定。OFOW的高宽带利用率，数据传输安全性高，传输过程中不会产生电磁辐射污染等等，这些优点是PLC无可比拟的。

3 四网合一加速物联网发展

物联网中数据传输依靠网络，物联网中的大多数的应用需要网络平台的支持，物联网中含有数目巨大的节点，因此物联网的应用依赖于网络的发展。四网合一成为未来发展的必然趋势，并且四网合一的最终目的是提高信息产业的总体水平，而物联网是以虚拟化信息服务为目标，因此四网合一为物联网的发展提供了切入点。四网合一为物联网提供一个标准化的平台，随着四网合一的不断推进，物联网的具体应用将会越来越多，它会逐渐的融入到人们的生产生活之中。物联网技术将会在信息传输、改善民生、降低成本、提高生产率等方面发挥重大作用，我们相信随着物联网的推广、应用和完善我们的生活会越来越美好，物联网的春天向着我们走来。

4 小结

在未来的十年甚至数十年，物联网技术必将引领科技浪潮和世界发展。当带有“智慧”的千百亿传感装置都能够接入互联网时，我们将能可以听到地球的脉搏。

[参考文献]

[1]郭创新，高振兴，张金江.基于物联网技术的输变电设备状态监测与资产管理[期刊论文].电力科学与技术学报，2010（4）.

[2]李虹.物联网生产力的变革[M].北京：人民邮电出版社，2010.

光电感知技术篇6

关键词： 研究性学习 《传感器技术》 教学改革

一、引言

《传感器技术》是我院测控技术与仪器专业的一门专业核心课程，其与信息技术、计算机技术并称为支撑现代信息产业的三大支柱之一。本课程主要介绍传感器的地位和作用、定义、分类、发展趋势、选用原则、一般特性等基础知识，其涵盖了磁敏传感器、温度传感器、光电传感器、力敏传感器等类型传感器的工作原理，以及传感器的结构、主要参数、检测电路、典型应用及检测技术。随着科技水平的不断提升，新的多传感器融合信息技术和现代检测系统等发展日新月异。纯粹的传统传感器原理讲授则跟不上时展，满足不了建设地方应用型高水平大学的要求，必须在教学方法上加以创新，探索“研究性学习”教学方法。

二、研究性学习的理论背景

研究性学习的概念是1999年初由上海教育科学研究院普教所提出的。其方法是指学生在教师的指导下，通过各种研究性的学习方式，主动地发现、分析和解决问题，从而在知识学习、能力培养和素质形成方面实现学习目标的过程。在研究性学习中，学生思维的动力来源于对问题的敏锐意识，对问题孜孜不倦的探索则是激发学生对于专业课程学习兴趣的源泉。问题导向是研究性学习的本质，即在课程教学中通过培养学生对于知识点的问题意识，刨根问底解决问题，从而逐渐达到学习专业知识的目的，并做到活学活用。

三、《传感器技术》课程的研究性学习教学方法实施

根据上述研究性学习的方法和要求，笔者对《传感器技术》课程的教学方法尝试进行了改革，提高了学习效率，增强了学习效果。

《传感器技术》课程的知识点很多，对该课程传统的学习方法以教师讲授，学生死记硬背为主，而对知识产生的背景，特别是知识应用的条件和局限性等则重视不够。为此，根据研究性学习的要求，在《传感器技术》课程教学方法上，我们对该课程知识点以研究问题、探索未知的方式帮助学生领会、掌握和加以应用，并不断地给学生提供一些相关公司和研究机构网站及专业论坛，从而补充大量科学前沿知识和应用技能。譬如，在讲解热电阻传感器时，笔者将学生分为六组，让他们课前分别查阅热电阻传感器在家用电器设备（电冰箱、电饭锅、烘干机等）、住房设备（空调、电热地毯、太阳能系统等）、汽车（电子喷油嘴、液位器等）、测量仪器、办公设备（复印机、打印机等）、医疗（体温计、人工透析机等）六个方面的应用。查阅资料的过程从本质上来说是一个调研的过程，在这个过程中，学生既会享受获取知识的满足，又会以质疑与批判性思维方式，从而不断提出问题；而后，组织学生在课堂上分享和交流查阅的结果，并对困惑的问题进行相互分析和讨论。在课堂讨论中，则着重于引导学生一步步解决问题。在热敏电阻温度系数、热敏电阻偏置电路等关键或较难知识点上随时集中或分组讲解。并且，笔者结合自身的科学研究方向，作了热敏电阻在光辐射计量方面的应用研究报告，激发学生对学术前沿和未知领域进行探索的热情。通过这种教学方法，学生的整个学习过程充满浓厚的学术和研究氛围，学生不仅能够突破已有的书本知识，上升到应用层次领会课程知识点，而且对传感器技术涉及的前沿新知识进行构建，加深对客观世界的认识和理解，同时有利于钻研精神的养成和对知识应用能力的培养。

研究性学习要求学生在学习过程中具有很强的主体性，即将学生由传统学习过程中的被动接受者转变为主动学习者。为此，在《传感器技术》课程教学中，笔者采用了将教师作为学习主导，而以学生为主体的新型学习方法，即将学生的中心位置贯穿于整个课程的学习过程中。我们认为，《传感器技术》是一门应用性很强的课程，并不存在传统意义上的重难点内容。因此，在课程内容上不预先设定重难点，而是将重难点的划定指派给学生，学生在教师的指导下，自主开展研究性的学习活动，根据自身的兴趣点，相对独立地进行专题研究。这样，专题研究所涉及的内容即为重点内容；而需进一步查找资料，通过向老师请教和学生间交流才能理解的内容则为难点内容。在《传感器技术》教学中，我们预先设计了夜视成像技术、光子计数技术、电视成像技术、非接触测温计数等十余个学习专题，要求学生分组在这些学习专题中自主地选择感兴趣的内容；其次，要求学生自主安排时间进行课外研究性学习，并自主选择研究性学习的方式，以实现对课程内容的掌握。譬如，有一组学生对微光条件下的光电成像技术产生浓厚兴趣，我们则引导他们关注外光电效应器件中的像增强器，并将此列为课程重点内容。通过自主查找像增强器相关公司网站和论坛归纳其中的难点内容，并逐一解决。这样，学生的求知欲望和探索未知世界的兴趣使得其对本课程学习积极性和主动性得到充分发挥，课程教学效果由“要我学”转变为“我要学”，教学时间则由老师的课堂讲授扩展到学生课后的自主学习。

四、结语

对于目前《传感器技术》课程的“研究性学习”教学方法研究，我们还有很多没有解决或是忽略的问题，其探索也只是初步的。如何引导学生主动学习传感器知识，努力实现由被动学习向主动构建的转变，由接受学习向探索学习转变，是培养高层次应用型本科人才的教学目标。

参考文献：

[1]钱旭升.我国研究性学习的研究综述[J].教育探索，2003（8）：22-25.

[2]林健.面向卓越工程师培养的研究性学习[J].高等工程教育研究，2011（6）：5-15.

光电感知技术篇7

由于工作的原因，过去常有朋友问我买什么打印机适合他，是买喷墨打印机还是激光打印机，当然按照传统，我会跟他说如果你是家用或者对彩色输出有要求，建议购买喷墨打印机；如果是商用，而且对输出速度有很高要求，而且不经常输出彩色文档，则建议购买激光打印机。但是随着喷墨打印机的输出速度大幅提升，而且在彩色输出和环保方面比传统激光打印机具有很大的优势。这时候激光打印机非常需要一种技术能够帮助它们挽回这一劣势。LED（发光二极管）技术应运而生，接下来我们就为大家简单的介绍一下LED打印技术，我们暂且称其为页式打印机，以便和传统激光打印机予以区别。

LED打印机与激光打印机成像方式的区别

激光打印机和LED打印机的成像原理基本相同，都是依靠携带有图像信号的光线照射在感光鼓上形成图像潜影，而图像潜影在吸收碳粉后，转印到打印纸上并进行定影从而完成打印任务。他们最大的区别在于光源类型与光路系统不同。

激光打印机的光源是一只大功率的激光二极管，在打印信号的控制下，激光管根据打印需求发射激光束，激光束在经过聚焦透镜聚焦后，投射到一个高速旋转的多棱镜上，而多棱镜不停旋转，随时改变着反射出的激光束角度，从而形成一个位置变化的单点光束，这一光束在经过透镜组整形与改变方向后，在感光鼓上形成往复扫描的轴向激光，使感光鼓曝光，在单行感光完毕后，感光鼓转动，激光束继续使下一行进行感光，从而完成感光鼓的感光过程。（见图1）

而LED打印机将成千上万个微小的LED发光二极管排列成一个队列，放置在感光鼓轴向上方，打印机的每一个物理分辨率对应一个发光二极管，在打印信号的控制下，需要打印的部分LED灯点亮，它们产生的光线通过聚焦头直接投影在感光鼓表面，使感光鼓曝光，在单行感光完毕后，感光鼓转动，LED灯重新按打印要求点亮，使下一行进行感光，从而完成感光过程。（见图2）

能不能在激光打印机的光路系统中使用LED光源或在LED的光路系统中使用激光光源呢？答案是否定的，应该看到，激光打印机的光路系统较长，光线要经过多次折射和反射，加上激光束在感光鼓上的停留时间非常短，在这种情况下，普通光源会因多次折反射而导致光线强度衰减，光束在传输过程中会发散，导致最终照射到感光鼓表面的光线强度不足，光束直径较大而无法使感光鼓正常曝光。只有传输性能好、功率集中的激光束才能满足需求。而将激光管用于LED打印机的光路系统，会因激光管的控制电路复杂，成本高而难于实现。LED打印机光路短，光线停留在感光鼓表面的时间较长，这样普通光源即可满足要求，无需使用激光。（见图3）

LED打印机打印技术简介

LED打印机采用一组发光二极管来进行扫描感光成像，LED感光成像采用密集的LED阵列为光发射器（见图4），将数据信息的电信号转化为光信号然后发射到感光鼓上成像。而激光打印成像技术则是将全部的数据信号传送给一个发射装置，发射出的光线经过旋转的多棱镜反射后成像于感光鼓上。这样一来，LED技术的成像过程明显比激光成像过程要简单一些，也因为这样，通常LED打印技术在速度上要略优于激光打印。实验的数据显示，激光打印机很难实现60PPM，实现120PPM则非LED打印莫属。

LED打印机的感光鼓在定影成像中承担着重要的角色，它会直接影响到打印品的对比度。它的几个核心部分：碳粉、感光鼓、充电辊、磁辊和刮板（见图5），相应承担的作用如下：

1.碳粉作为直接熔化在打印介质上的附着物，其主要成分的科学配比起着决定性的作用；

2.感光鼓作为曝光成像核心部件，其感光性能的好坏，对打印品的对比度同样起决定性作用；

3.充电辊（又称胶辊）是为曝光成像做前期准备的，它给感光鼓充电结果的好坏，会直接影响曝光程度，从而影响打印品的黑度；

4.磁辊作为整个一次转印的直接参与者，起着两个作用：吸附碳粉颗粒、给碳粉颗粒充电；

5.磁辊表面有划痕的区域是不粘粉的，这样对应打印品的相关区域也会出现空白。另外，磁辊在打印了3个周期后，其表面将出现老化层，这也会影响磁辊给碳粉的充电效果，从而直接影响碳粉从磁辊传送到感光鼓表面的数量，也就直接影响了打印品的对比度；

6.粉仓刮板的主要作用是控制磁辊表面碳粉颗粒数，辅助作用是给碳粉颗粒充电，所以也直接影响打印品的对比度。

显影磁辊是运载墨粉的重要部件。永久磁芯是不旋转的，它的作用是利用磁性，吸附墨粉到磁辊表面。磁辊表面喷有一层粗糙的石墨层，使之与墨粉刮板形成电子空穴而利于墨粉传递。当载有墨粉的磁辊旋转出刮板位置时，磁辊表面的墨粉除带有电荷外，由于磁场的作用力使之形成磁穗，也就是墨粉雾，对磁辊外套施加偏压，使磁穗有秩序地排列起来。磁辊隔套的作用是控制磁辊表面磁穗与感光鼓之间的有效吸引距离，有利于提高墨粉跳动显像。

感光鼓表面光导体材料在不见光的情况下为绝缘体，呈中性状态，不带有任何电荷。要实现在光导体表面的静电潜像，必须在光导体表面进行充电，使之荷电。只有这样，当激光束扫描到光导体上时，光导体被曝光的点导通，形成光束点阵。点阵电荷与基体导通形成电位差潜像，当感光鼓旋转到与显影磁辊相切位置时，把磁辊上载有与光导体表面电荷属性相反的墨粉吸引到感光鼓表面，从而在感光鼓上显现出墨粉图像。

把光导体表面形成的静电潜像，经过显影显示出墨粉图像，这个过程称之为电子显影。显影工作是由显影器完成，其作用是将静电潜像变成可见图像。显影是利用物质间电荷同性相斥、异性相吸的原理完成的。

显影器中装有铁粉及碳粉，经摩擦后铁粉带正电，碳粉带负电，这样铁粉被碳粉包围而吸附了碳粉的铁粉又被永久磁铁吸附，形成类似于毛刷似的一层铁粉与碳粉混合物。当感光鼓表面从这层磁刷下经过时，碳墨粉因带负电而被吸到感光鼓表面仍保持着正电的部分，形成了可见的碳粉图像。搅拌器的作用，是使铁粉与碳粉摩擦带电。

感光鼓表面的静电潜像电荷与显影墨粉所带的电荷极性相反，当感光鼓与携带墨粉的磁辊靠近到一定的距离时，墨粉即被吸引，或者说是墨粉跳跃到感光鼓表面而形成墨粉图像，也称为跳动显影。值得一提的是，感光鼓曝光后表面静电潜像的电荷呈负极性，而墨粉所带电荷为正极性，显影单元的墨粉传递是这样完成的。

当墨粉在粉盒内被搅拌器搅拌均匀后，墨粉由掺杂的载体运载并被磁辊内的永久磁芯吸附到磁辊外表面上，这时墨粉不显极性。当磁辊载着墨粉旋转并与墨粉刮板相切，与之磨擦时，使墨粉带上正电荷。墨粉在墨粉刮板和磁场作用下，在磁辊表面上形成很薄且分布均匀的墨粉雾。墨粉刮板还起到限制墨粉量的作用，使墨粉不致吸附过多。

由以上可知，磁辊在LED打印机中起着重要作用，磁辊的质量直接影响着打印的质量。如果磁辊表面工艺粗糙、光洁度差、磁性能指标一致性较差，质量不稳定，打印时就会由于磁辊磁性能不一致，出现严重阴影，并且使图像均匀性差。

LED打印机的优势

LED打印机具有哪些优势呢？首先，它减少了光源部分的故障率，提高了光源的寿命。从表面上看由于LED打印机采用了大量发光二极管来作为光源，而激光打印机仅有一个激光二极管，激光打印机光源的可靠性会更好一些，但由于LED打印机的发光二极管工作在低电压小功率的状态下，几乎不会出现老化的情况，因此其寿命非常长。由于LED发出的是普通光，光线能量小，不会电离[空气，所以不会产生臭氧。值得一提的是，LED的电光转换效率接近100%，发光效率相当高，而且LED的寿命可以达到6万到10万小时。而激光打印机的激光二极管为了克服长距离传输产生的衰减和感光时间短的不利因素，其输出功率要求较高，这样就容易因发热量高而缩短其寿命。

同时激光打印机的光路系统内部有透镜和机械零件，但是透镜容易被外界的灰尘所污染，造成打印质量问题，而且其旋转多棱镜也会由于电机部件的寿命有限，旋转过程中易损坏、易老化等问题而大大增加光路系统的故障率。而LED打印机的光路系统比较简单，光学器件少，无机械运转部分，这样就大大降低了光学系统的故障率，而且降低了生产成本。

使用LED光源还有利于减小打印机的体积，提高打印速度。由于LED光源系统内无机械零件，的光学器件也较少，借助先进的工艺，可以将众多的LED集成在非常小的器件内。而激光打印机的光路系统内有较复杂的光学器件和机械零件，加上各器件间必须有一定的空间才能保证激光束正常传输，同时在传输的过程中激光束的偏转角度还不能过大，否则会影响打印质量，这就导致了其激光扫描盒的体积较大。特别是采用一次成像技术的彩色激光打印机，其内部需要安装四个激光扫描盒（见图6），因此整机的体积就可想而知了。

另外，激光打印机在成像过程中，其激光束需要对感光鼓表面进行逐点扫描和逐点曝光。可以看出这是一种串行式扫描系统。为保证成像的精确性，还需要对到达感光鼓上的每一行光数据进行扫描和校准，这都会影响其打印速度。而LED打印机在成像时，是上千个LED灯管并行工作，属于并行式扫描，且每个像素都对应一个光源，这样只需要控制光源的开关即可，无需对光数据进行校验，这就为LED打印机的高速打印打下了基础。

由于激光打印机采用单光源，依靠旋转多棱镜和光学系统使激光产生偏转，这样激光将无法始终保存垂直状态照射感光鼓表面，尤其是在感光鼓两端，激光入射角变化将更大，使图像产生一些畸变，边缘变得模糊。而LED打印机的每个光源都在成像点的正上方，这样就能始终保证光线垂直照射感光鼓，保证了打印稿的一致性和文字边缘的锐度。

LED打印机有更好的环保性。我们知道，臭氧对人体是有害的，而早期的激光打印机臭氧产生量是比较大的。虽然各厂家都使用了很多方法来降低激光打印机的臭氧产生量，如使用接触式感光鼓充电辊替代早先的电离式充电辊以降低感光鼓充电电路产生的臭氧量，提高感光鼓的光敏特性以降低激光的发射能量，采用臭氧过滤器以滤除产生的臭氧等，但对于高能激光束在传输过程中电离空气产生的臭氧，只能设法降低，而无法消除。这无疑是激光打印机的一大缺憾，而LED打印机发光二极管发出的是普通光，光线能量小，不会电离空气，自然就不会产生臭氧了，这对于以环保和以健康为重的办公场合，显得非常重要。

LED打印机的劣势

目前LED打印机还存在着一些缺点，正是这些缺点，使它在与激光打印机的竞争中处于弱势地位。

首先，要想提高LED打印机的轴向打印分辨率难度较高，从LED打印机的工作原理可以知道，打印时成像面上的每一个点都是通过一个对应的LED照射形成的。要想提高LED打印机的打印分辨率，不仅要在其光头上集成更多的LED器件，还要求将各LED器件的直径缩小，同时需要解决各LED光线互扰的问题，这就大大增加了其工艺难度和生成成本。要知道，一款600dpi的A4幅面LED打印机，单个光头上已集成了5000只左右的LED发光二极管，如要将其分辨率提高到1200dpi，其集成的LED发光二极管要超过10000只，制造难度可想而知。而对激光打印机而言，要提高分辨率主要依靠调制激光头的发射频率和提高棱镜的性能，提高分辨率所需的成本和技术难度相对较低。这也是目前主流LED打印机的分辨率只能达到600dpi，高端LED打印机的分辨率也只能达到1200dpi的原因。相对而言，1200dpi的激光打印机并不少见，而高端激光打印机的分辨率则早已超过2400dpi。

同时，为提高打印效果，现在的激光打印机普遍使用脉冲调制技术，即通过调节控制激光器脉冲的振幅，在感光鼓上形成大小、形状、位置以及曝光程度不同的像素，借此得到更为丰富的中间色调和更好的打印效果。当然，LED打印机也可利用类似的技术来控制二极管的亮度以提高打印效果。但是，LED光头在轴向没有可移动器件，因此使用脉冲调制技术无法提升轴向打印效果，只会对纵向打印效果有所帮助。而激光打印机的光束可落在感光鼓的任何部位，因此打印效果可在轴向和纵向上都得到提升，这使激光打印机在打印彩色图像时的图像真实度要优于LED打印机。（LED打印机与激光打印机优缺点对比见图8）

SLED技术横空出世

上面已经说了传统LED技术，在打印图像方面存在颜色过渡不自然的问题。其中的原因之一是在传统的LED技术中，一个LED芯片需要一个驱动芯片予以配合，而连接LED芯片与驱动芯片的信号线的数量很多，如果提高分辨率的话， LED和驱动芯片本身就要相应增加，也就是说从600dpi提升到1200dpi打印机的内置组件需要增加一倍，这样的话不仅成本提高了很多，由于组件的增加稳定性也会降低。

LED的特征是电子脉冲每次开关只有一个LED发光点发光，一个个LED发光点移动到前面来。一个信号线操作一行LED发光，从而控制一次输入。而每个SLED（Self-scanning Light Emitting Device）的芯片有57个LED，一个SLED的芯片由两个信号线来控制，57个SLED的芯片通过114根信号线来控制。

SLED技术的官方名称是DELCIS（Digitally-EnhancedLightingControlImagingSystem），就是经过数字化加强的发光二极管图像控制技术。目前日本富士施乐正在申请该项技术的专利。当初富士施乐开发SLED技术的根本目的是为了减小打印机和复合机的体积。

SLED技术的第二个目的是为了保证文件的高质量输出，SLED技术能够实现真正的1200×2400dpi分辨率，当达到这一分辨率之后，原来LED打印机出现的过渡不自然的现象将不会再出现了。

众所周知，激光打印引擎中有扫描光学系统，但是由于SLED打印引擎没有类似的光学系统，所以机器非常紧凑。LED打印机和激光打印机相比体积特别小巧，打印单元的体积仅有激光打印机的1/40。同时LED打印机光源部分没有机械运动部件，所以稳定性更好。

SLED高质量的打印输出有两个要素：提高分辨率以实现线条边缘平滑；另一个就是对于颜色不均匀现象的及时调整，如果LED的发光不同，输出图像的色彩就不均匀。为了实现高分辨率和高品质的打印，应该固定LED本身的发光量。首先应该合理设定发光量的偏差，第二是合理控制发光量。DELCIS技术就是确保实现固定发光量的技术，现在这项技术在日本已经申请专利。LED与DELCIS技术的结合，最终实现了出色的高分辨率打印效果。

链 接

蓝光是未来打印机提升分辨率的法宝

以目前的技术，仅仅依靠透镜技术的改良还是有着物理的极限，随着打印宽度的增大，必须要拉大两边的距离，所以依靠透镜发展来提高分辨率已经很难了。但是从另一个角度来看，通过调整光源的波长可以提升分辨率。因为波长能够决定打印机的点距，目前激光打印机使用的是红色激光，如果采用蓝色激光，点径可以比红色激光小2/3，比如现在很多CD已经开始使用蓝色激光，提升存储的密度。用红色激光的CD通过激光光源改良，容量可以扩大很多倍。所以如果将来激光打印机采用蓝色激光，点径是可以缩小的。

光电感知技术篇8

【关键词】作战需求;CUP;感知设备;传输模块;材料

引言

随着新型战机性能越来越优良，飞行强度和飞行难度日益加大，尤其当飞行员在进行高难度课目飞行时，战斗机的高机动性、高载荷极易使飞行员产生晕厥，以及可能产生倒飞、翻滚等错觉，影响战机的作战效能和飞行安全，甚至引发严重的飞行事故。航空卫勤专家周亚军曾指出：“飞行中的安全隐患，有时是感觉不出来的，对空中飞行员身体各项生理、心理健康指标进行实时监测，可以大大提高航空卫勤保障水平。”实时监测飞行员的各项生理指标将有助行员对自身身体出现的突发状况进行预防、预警和处理，及时纠正由于身体状况产生的生理错觉，降低身体突发状况的可能性，保障飞行质量。

1.智能材料概述

智能感知材料是20世纪90年代迅速发展起来的一类新型复合材料。一般来讲，它由各类纤维传感器和具有特殊性能的高分子原料制作而成：可以在纺织品中加入经过微型化处理的电子产品;还可以利用织造的方式，把具有特殊功能的材料与一般纤维交织，变成具有感应装置的布料，研究传感功能和电子特性。

2.总体设计方案

智能材料主要由高分子纤维、各类植入纤维传感器、信号传输与反馈单元、数据记录仪以及地面上位机等几部分组成。主要包括体温测量模块，血压测量模块，心率监控模块，脉搏检测模块，智能数据综合处理模块，上位机数据处理模块等。最终的智能感知材料将被制作成飞行员的指定穿戴内衣，以实现材料的各种功能。系统组成结构如图1所示：

图1 系统组成结构示意图

本方案设计的智能感知材料不但具备以上外部环境需求功能指标，还可以达到自身材料应该具备的多种性质，如耐高温，吸水、吸汗性能和可以洗涤等。

2.1 系统工作原理

传感器织物电极作为心电信号传感器、体温传感器以及脉搏传感器，通过特殊导线与测量单元相连接组成了传感器数据采集系统。

参数数据采集系统负责采集各种传感器输出的电信号并对其进行模数转换，将转换后的数字信号存储在存储模块中，通过无线网络向地面上位机发送包含生理信号的数据包。上位机装有监护软件，具有建立及存储数据文件、显示生理信号图像、提取或计算生理信号特征信息、识别异常心电波形及辅助诊断等功能。用于地面指挥中心了解飞行员实时飞行身体状况和综合分析各类数据，从而对飞行员进行针对性训练。数据记录仪则相当于智能感知材料的黑匣子，全程记录传感器检测到的数据，用行结束后，对数据的分析、处理。

2.2 各模块功能设计

2.2.1 体温检测模块

光纤光栅是一种新型光无源器件，具有制作简单、稳定性好、体积小、抗电磁干扰、使用灵活等诸多优点。由于光纤布拉格光栅体积小、重量轻，与纱线兼容并可织入织物内部，因此是构成智能材料最有潜力的传感元件。系统采用测体温方法是基于智能纤维材料传感器的人体测温方法。人体温度测量的智能纤维材料利用不饱和树脂高聚物进行封装。使用五个智能纤维材料传感器分别放置在右胸、右腋，左腋.后背和左胸。实验中先测得各智能纤维材料传感器反射中心波长数据，再结合5个智能纤维材料温度传感器的温度灵敏度系数，通过公式分析计算得到5个点的温度测量值。

人体测温的结构如图2所示：

图2 体温测量模块

图2为基于可调谐F_P滤波的解调光路和电路，在解调光路中由宽带光源SLED、隔离器、F-P滤波器构成可调谐窄带光源，在信号处理单元输出的驱动电压控制下，可调谐窄带光源输出不同中心波长的窄带光，经耦合器输入到传感光路。植入服装中的分布式光纤布拉格光栅反射光经光电探测器后输出电信号，经信号处理单元采样后进行波长分析。信号处理电路对波长进行采集与处理，植入服装中的分布式光纤布托格光栅反射光经光电转换后，由信号调理电路进行放大和滤波，信号调理电路的输出经过处理器的采样和存储，并对采样数据进行预处理。处理后再传给另外一个处理器，完成核心解调算法，并将温度结果进行输出。

2.2.2 脉搏检测模块

考虑到对人体无侵害性、体积限制、灵敏度、与服装集成时安置的特殊需求等因素，选用由聚偏氟乙烯（PVDF）压电薄膜制成的振动传感器，PVDF压电薄膜被层压在很薄的聚酯基片上，其具有结构简单、体积较小、容易安装、弹性好、灵敏度高、频带宽等优点，能基本满足脉搏测量的条件。脉搏模块由传感器、外接电路、电源、传输路线和信号采集卡组成。

2.2.3 心电检测模块

心电检测仪是通过捕捉心电信号反应人体心脏的健康程度，能够捕捉到心电信号的部位都可以作为心电监测部位。

模块采用导联线法是通过电极捕捉心电信号，可以将电极固定在服装上，心电采集系统主要由四部分组成：放大滤波、A/D转换、存储器、数据分析单元。

2.2.4 血压测量模块

该系统采用示波法来对血压进行监测。该血压测量模块主要有五大部分组成：气路部分、压力传感器部分、前端数据采集及处理部分、控制芯片以及LCD显示部分。模块系统示意如图3所示：

图3 血压测量模块组成

气路部分由气泵、放气阀与袖带组成。该血压测量模块的袖带位于检测衣的袖臂的肱动脉处，可以通过控制气泵袖带进行充气从而阻断动脉血流，之后再通过控制放气阀将袖带内的气体逐渐排空。

前端采集处理部分由高通滤波电路、低通滤波电路、运算放大电路以及A/D转换组成。

2.2.5 智能数据处理中心

在智能数据处理中心CPU接收到参数数据采集系统中各模块子系统实时监测并且发送过来的数据之后，给定处理算法，由CPU整体、统一分析处理，并且智能显示于上位机或者飞行战机显示屏。如果各项数据均正常，则处理中心整体对数据运算之后，显示身体健康;如果任何一个模块数据分析之后，不符合正常飞行员身体健康数据，身体健康诊断的专家诊断系统根据多项技术指标进行综合判断给出预警。

2.2.6 高分子纤维

作为各类纤维传感器、测量单元以及导线的搭载平台，又是飞行员的穿着内衣材料，需要使用者贴身穿着。实现传感器与原材料搭载的一体化，功能顺利实现，还要保证飞行员的穿着舒适性;具有良好的弹性和可恢复性，以确保能与使用者皮肤完好接触;用料舒适对皮肤无刺激;重量轻，外形结构尽量简约，减少对身体活动的限制;清洗方便。

2.2.7 穿戴内衣

在本方案中，智能感知材料制作为飞行员特制穿戴内衣，加工过程可以参考三维编织设备和三维异型整体编织技术。加工成功的穿戴内衣设置有布线区、织物电极连接盘以及用来安衣放测量单元的口袋。

传感器与处理器之间连接的导线可以利用具有感知和反应的智能纤维与普通纤维交织，融入在服装中。心电电极是用来传导人体体表心电电平的导体，也称做导引电极。目前临床应用的心电电极种类主要有金属平板电极、吸附电极，粘性电极等。心电监护仪采用电极片捕捉电信号时需要导联线的连接，而导联线在服装表层影响美观，在里层直接与皮肤接触影响服装的穿着舒适性，所以需要用材料将其固定遮盖。材料选择魔术贴，为了避免魔术贴表面粗糙影响触感，将在魔术贴与皮肤的接触面覆盖面料，改善其舒适度。脉搏信号与体温模块的测量电极也可以采用相同的处理办法。

3.材料设计可行性分析

智能感应材料技术的研究国内外虽然已经取得一定的成果，国外有较多的产品出现。但并未获得大规模产业化的进展。（1）为了实现智能功能，电子智能材料中不可避免要用到一些电子元件，用这些材料设计智能服装时会影响服装的穿着舒适性。如何将各种电子元件做成柔性体，将智能纤维与电子技术完美结合，技术还在初级阶段;（2）目前开发的电子智能材料由于电子元件和布线等因素，有些电路系统比较复杂，大部分还是存在不方便洗涤的情况;（3）智能材料中的智能功能，在使用初期测试效果比较明显，但经过一段时间使用后，功能可靠性可能下降，同时在使用时由于一些外界因素会影响电子元件，也会影响其功能;（4）另外材料中的电子器件不可避免的会产生微小的电流磁场，运行过程中会产生微量辐射作用。

智能材料的生产工艺仍然处于研究、试验阶段，仍然存在功能的稳定性，功能实现的难易，本身材料性质对功能实现的制约，生产成本造价高等等问题。

4.创新点

（1）智能纤维和高分子原料融合技术

利用各类智能纤维传感器和高分子原料生产出的智能材料是航空救生智能感知材料研究的核心技术。具有舒适高分子原料织物提供了可穿戴式模型的整个工作平台，所选用的纤维是依据欲达到的服装功能来选择的，再运用内部隐藏式配线技术，高分子原料和各类传感器实现了融合。

（2）先进传感和数据处理技术

智能材料技术是整合了多功能模块的系统集成技术，主要模块包括检测，数据采集及整理，数据处理及分析以及数据传输等。系统对各种生理信号如心电信号、血压、体温、脉搏等各种生理信号的全方位监测和综合处理，判断流程智能化、专家化。

5.结论