時間：2022-11-30 16:51:46
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇光電技術(shù)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：光電互感器；羅夫斯基線圈；泡克而斯效應(yīng)；法拉第效應(yīng)
中圖分類號：TP183文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi:10.3969/j.issn.1003-6970.2010.10.006
The Analysis of Optical Transformer Technology
Lv PengHuang YuanliangJin Zhuoyun
(Electric automatization institute of Jinan University, Zhuhai,519070)
Abstract：Optical Transformer bases on Photonics technology and optical fiber sensing technology, it is fit for the constantly developing and progressing of the voltage degree and current quality in electrical industry due to its perfect performance. In addition, it will take the place of traditional transformer gradually. Optical transformer is constituted of Optical Current Transformer, Optical Voltage Transformer and the Combined Optical Transformer. This paper mainly introduces the principle, current problems, solutions and the usage of Optical Transformer, and prospecting the future develop trend.
Key words: Optical Transformer; Rogowski coil; Pockels effect; Faraday effect
1．引 言
光電互感器是利用光電子技術(shù)和光纖傳感技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓、電流測量的新型互感器它是光學(xué)電壓互感器、光學(xué)電流互感器、組合式光學(xué)互感器等各種光學(xué)互感器的通稱。隨著電力工業(yè)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)電壓等級的不斷提高，電力工業(yè)對電壓、電流的測量要求也在不斷提高。互感器作為輸電線路中最基本最重要的檢測設(shè)備，其暴露出來的一系列缺點(diǎn)迫使一種安全、可靠、理論完善性能優(yōu)越的新方法來實(shí)現(xiàn)高電壓和高電流的測量。基于光學(xué)傳感技術(shù)的光學(xué)電流互感器（Optical Current Transformer, OCT)和光學(xué)電壓互感器（Optical Voltage Transformer, OVT)能有效地克服傳統(tǒng)電磁式互感器所固有的缺點(diǎn)，同時更適應(yīng)電力系統(tǒng)的智能化，并為計算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時系統(tǒng)中的開發(fā)利用，為變電站信息的采集、傳輸實(shí)現(xiàn)數(shù)字化處理提供了條件。光電互感器的諸多優(yōu)點(diǎn)，近三十年來引起了世界各國的關(guān)注，尤其美國、法國、日本和中國的學(xué)者和工程技術(shù)人員都進(jìn)行了深入的研究。
2.光電互感器的產(chǎn)生與歷史
早在20世紀(jì)60十年代，國外的諸多電氣公司就開始了對光電互感器的相互研究，最早研制成功的是美國的西屋電氣公司。但當(dāng)時研制的基于法拉第光效應(yīng)（電流互感器）和電光效應(yīng)（電壓互感器）的光電互感器還僅僅是純光學(xué)式的光電元件，他受到溫度限制無法達(dá)到戶外環(huán)境下0.2級精度的要求。到了60年代，在世界范圍內(nèi)興起了對光電式電流互感器應(yīng)用的研究，70年代一度形成，但當(dāng)時仍處于初級階段，溫度等影響仍未得到較好的解決，精度比較低。直到上世紀(jì)80年代，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，光電子技術(shù)、PC微機(jī)、單片機(jī)及數(shù)字處理器技術(shù)的興起與成熟，為研制出高性能的光電互感器奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)，電子式光電互感器得以研制成功，并逐漸開始投入使用。
1992年ABB公司的光電互感器在巴西電力系統(tǒng)投入應(yīng)用，至今運(yùn)行良好。SIMENS、ALSTOM等公司也相繼研制成功并投入運(yùn)行。到2000年，ABB公司已經(jīng)研制出可用于69kV到765kV電壓等級的光電電流互感器，測量電流范圍為5A~2000A，準(zhǔn)確度達(dá)到±0.2%。同時，他們研制了用于GIS中的復(fù)合電子式電壓、電流互感器，電流測量范圍為5A~2000A，電壓測量范圍為69~500kV，準(zhǔn)確度都達(dá)到±0.2%，電壓測量是直接使用電容環(huán)測量，不用分壓器。法國的Alstom公司利用Faraday效應(yīng)研制了一套電子式電流互感器，在-30~50℃的范圍內(nèi)準(zhǔn)確度達(dá)到±0.2%。
我國最早對光電互感器的研究是在20世紀(jì)80年代的一些大學(xué)進(jìn)行的，當(dāng)時也是以光學(xué)式的光電互感器為研究方向，目前已改為主攻電子式的光電互感器。盡管一些高科技公司的某些產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入掛網(wǎng)試運(yùn)階段，但是對光電互感器的研究仍處于初級階段，與國外還有一定的距離。國內(nèi)許多科研機(jī)構(gòu)和大專院校的研究人員也正致力于新型光電互感器的研究，從事這方面的主要研究單位有清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、上海大學(xué)、西安同維公司、廣州偉鈺光電科技有限公司等，經(jīng)過幾年的努力，研制工作已逐步向?qū)嵱没A段發(fā)展。光電互感器的高壓以及電氣絕緣特性使得它更加適合我國電力工業(yè)的發(fā)展，在將來的超高壓以及特高壓系統(tǒng)中將發(fā)揮巨大的作用。
3. 光電互感器的工作原理及其分類[1]
簡單的來說OCT工作原理是Faraday磁光效應(yīng)，OVT工作原理是Pockels線性電光效應(yīng)，光學(xué)電流傳感頭和光學(xué)電壓傳感頭位于絕緣套管的高壓區(qū)，控制室內(nèi)的發(fā)光二極管發(fā)出光信號經(jīng)絕緣材料制成的光纜傳輸至兩個傳感頭，經(jīng)高壓母線和電壓調(diào)制后，光信號又經(jīng)光纜從高壓區(qū)傳輸回主控室，最后經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集和信號處理系統(tǒng)得出被測電流、電壓信號。根據(jù)高壓部分是否采用有源器件將光電互感器分為兩類：高壓部分不采用有源器件的稱為無源型光電電流（電壓）互感器，采用有源器件的稱為有源型光電電流（電壓）互感器。
3.1 有源型OCT工作原理[2]
有源型OCT又稱混合式光學(xué)電流互感器，它的原理是利用有源器件調(diào)制技術(shù),把羅夫斯基線圈測量出的信號經(jīng)過積分運(yùn)算得出電流模擬信號,模/數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)電路將積分器輸出的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,然后通過電一光轉(zhuǎn)換裝置將電信號轉(zhuǎn)換成光信號,再通過光纖傳輸。到互感器低壓側(cè)信號處理電路,有源型OCT原理示意圖如圖1所示。
有源型OCT的關(guān)鍵部件為羅夫斯基線圈及積分器。羅夫斯基線圈是一種繞制在非磁性骨架上的空心線圈,具有精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、動態(tài)范圍寬、體積小、重量輕、造價低廉、線性度好等一系列優(yōu)點(diǎn)。其工作原理如圖2所示。
羅夫斯基線圈直接套在被測量的導(dǎo)體上,從而導(dǎo)體中流過的交流電流在導(dǎo)體周圍產(chǎn)生一個交替變化的磁場,從而在線圈兩端感應(yīng)出一個與電流變化成比例的交流電壓信號e(t):
其中,di/dt則是電流的變化率, 而L為線圈的電感,i(t)為還原電流,通過對交流電壓信號積分并運(yùn)算得出所要測量的電流值,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:
有源型OCT的傳感器和A/D轉(zhuǎn)換部件是需要電源供電的,目前常用的供能方式主要有利用特制電流互感器(CT)或電容分壓器從母線上取電能,激光供能,太陽能供電及蓄電池供電等。
3.2 無源型OCT的工作原理
無源型OCT與有源型OCT不同,其傳感器部分無需電源供電。無源型OCT以法拉第磁光效應(yīng)理論為基礎(chǔ),其實(shí)質(zhì)是光波在通過磁光材料時,電流產(chǎn)生的磁場使光波在通過磁光材料時其偏振面會發(fā)生旋轉(zhuǎn),測量其旋轉(zhuǎn)角度的大小即可確定被測電流。法拉第旋轉(zhuǎn)角θF的表達(dá)式為：
其中,V為代表光纖材料特性的維爾德常數(shù)；H為光傳播方向上的磁場強(qiáng)度；L為光路長度線；μ0為磁導(dǎo)率；N為繞載流體的光圈數(shù)；I為被測電流。
無源型電流互感器的存在問題是其本身的光學(xué)系統(tǒng)折射效應(yīng)隨環(huán)境因素而變化,光學(xué)傳感頭中存在著各種形式的雙折射,影響了整個系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。
3.3 有源型OVT工作原理
有源型OVT的傳感頭部分仍采用傳統(tǒng)的傳感技術(shù),即電容分壓技術(shù)。如圖3所示,被測對象通過電容分壓測量單元后形成一較低的電壓,刀轉(zhuǎn)換單元對電容分壓測量單元的輸出信號進(jìn)行模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換,形成光電信號,由于電容分壓測量單元和A/D轉(zhuǎn)換單元都需要供電模塊提供工作電源,有源型OVT的名稱由此而來。
有源型是當(dāng)前掛網(wǎng)運(yùn)行時間最長而且最為常見的光電電壓互感器,一方面其原理相對簡單,與傳統(tǒng)的電壓互感器結(jié)構(gòu)相近,容易實(shí)現(xiàn)另一方面其生產(chǎn)成本較低,便于制造。但是這種型式的光電互感器只是把傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)換為光電信號,不是真正意義上的光電化產(chǎn)品,它一方面沒有充分體現(xiàn)光學(xué)傳感的優(yōu)越性,另一方面電容分壓器的長期運(yùn)行會引進(jìn)額外的測量誤差,因此具有一定的局限性,是一種為了實(shí)現(xiàn)光電信號傳輸?shù)倪^渡性產(chǎn)品。
3.4 無源型OVT
無源型的原理是將高電壓直接加在電光晶體上,應(yīng)用先進(jìn)的光學(xué)傳感原理一效應(yīng)來測量電壓的全光纖型光電電壓互感器“泡克爾斯效應(yīng)”是描述電場對透明晶體影響的電光效應(yīng),某些透明的光學(xué)介質(zhì)也稱壓電晶體在外加電場作用下,晶體將變?yōu)楦飨虍愋缘碾p軸晶體,從而導(dǎo)致其折射率和通過晶體的偏振光特性發(fā)生變化,產(chǎn)生雙折射,使一束光變?yōu)閮墒辔徊煌闹本€偏振光。圖4為無源型的原理圖,一束線性偏振光照射到壓電晶體表面時分裂成振動方向相互垂直的兩束光,其相位差大小與所加電壓和材料有關(guān)。
雙折射后兩束偏振光的相位差可用以下公式計算：
其中：U=Usinωt,λ為入射光波波長；n0為晶體的折射率孔, γ41為晶體(BGO)線性電光系數(shù)口為被測電壓是電壓幅值。ω是角頻率。
通常利用偏光干涉的方法將轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龉鈴?qiáng)的變化來檢測它,利用1/4波片使兩束光的相位差增加90°,總的相位差為δ+π/2。出射光強(qiáng)可以表示為：
其中,I0是入射光強(qiáng),U0為半波電壓。
可見,利用出射光強(qiáng)和電壓的關(guān)系,通過光電變換和信號處理就能得到被測電壓。
3.5 光學(xué)組合式互感器工作原理
光學(xué)組合式互感器是基于電光晶體的Pockels效應(yīng)和磁光玻璃的Faraday效應(yīng)研制出的可以同時測量高壓輸電線電流及電壓的組合式互感器。它絕緣結(jié)構(gòu)簡單，電壓測量與電流測量間無相互干擾。非線性誤差小于0.3%，在24～33℃溫度范圍電壓傳感器24h內(nèi)的波動在±0.3%內(nèi)。
4.光電互感器的優(yōu)點(diǎn)[3]
與常規(guī)的電磁式互感器相比較,光電互感器的突出優(yōu)點(diǎn)是：
(1)高低壓完全隔離,安全性高,具有優(yōu)良的絕緣性能和優(yōu)越的性價比
由于光電互感器是通過由絕緣材料制成的光導(dǎo)纖維將高壓信號傳輸?shù)蕉卧O(shè)備，巧妙的避開了傳統(tǒng)互感器絕緣性能差的缺點(diǎn)，大大簡化了絕緣結(jié)構(gòu)，節(jié)省資源的同時，提高了互感器電氣絕緣性能。它的適合高壓的特性使它在不斷提高電壓的電力工業(yè)中顯示出越來越高的性價比。利用光纜代替電纜作為信號傳輸工具,又實(shí)現(xiàn)了高低壓的徹底隔離,不存在電壓互感器二次回路短路或電流互感器二次開路給設(shè)備和人身造成的危害,安全性和可靠性也大大地提高。
(2)沒有鐵芯,不存在磁飽和鐵磁諧振等現(xiàn)象
光電互感器在原理上與傳統(tǒng)互感器有著本質(zhì)的區(qū)別,它一般不用鐵芯完成磁藕合,因此,不存在傳統(tǒng)互感器磁飽和及鐵磁諧振現(xiàn)象,使得互感器運(yùn)行暫態(tài)響應(yīng)好,穩(wěn)定性好,確保了系統(tǒng)運(yùn)行的高可靠性。
(3)功能齊全，可靠性高
光電互感器能不但可以用于電壓電流測量，還可以用作保護(hù)功能。不必使用多個不同用途的鐵芯線圈,便可同時滿足計量和繼電保護(hù)的需要,同時還可以將電壓、電流組合在一起,構(gòu)成組合式光電互感器。這些對于傳統(tǒng)互感器是無法達(dá)到的。目前,光電互感器的測量精度最高可以達(dá)到0.2級和0.2S級。
(4)頻率響應(yīng)寬，動態(tài)范圍大
光電互感器傳感頭部分的頻率響應(yīng)取決于光纖在傳感頭上的渡越時間,實(shí)際能測量的頻率范圍主要決定于電子線路部分。光學(xué)傳感部件已經(jīng)用于測量高壓電力線路上的諧波和脈沖暫態(tài)電壓。
(5)沒有因充油而潛在的易燃、易爆等危險
由于光電互感器的絕緣結(jié)構(gòu)相對簡單,一般不采用油作為絕緣介質(zhì),不會引起火災(zāi)、爆炸等危險.
(6)體積小、重量輕、減少占地面積
因無鐵芯及絕緣油等，光電互感器的重量一般只有電磁式CT、VT重量的1/10，且體積小，占地面積小，便于運(yùn)輸和安裝。
(7)無污染、無噪音，具有優(yōu)越的環(huán)保性能
由于光電互感器中信號是通過光來傳輸?shù)?因此不會產(chǎn)生噪音、電磁波等污染源,同時,可采用硅橡膠絕緣子和SF6氣體作為絕緣介質(zhì),替代傳統(tǒng)的磁套絕緣子和絕緣油,甚至可以做成無油無氣的OCT,這樣可大大降低這些配套設(shè)備生產(chǎn)過程中帶來的環(huán)境污染,具有優(yōu)越的環(huán)保性能。
(8)適應(yīng)了電力系統(tǒng)數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的需要
光電互感器可以根據(jù)需要輸出低壓模擬量和數(shù)字量,這可直接用于微機(jī)保護(hù)和電子式計量設(shè)備,而且能實(shí)現(xiàn)在線檢測和故障診斷,在變電站綜合自動化中具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。綜上所述,光電互感器以其優(yōu)越的特性以及明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,使得它在電力工業(yè)中占據(jù)了一席之地，同時對于保證日益龐大和復(fù)雜的電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行,并提高其自動化程度具有深遠(yuǎn)的意義。光電互感器是世紀(jì)電力系統(tǒng)的更新?lián)Q代產(chǎn)品,盡快使其實(shí)用化已經(jīng)成為電力系統(tǒng)發(fā)展的迫切需要。
5.光電互感器的缺點(diǎn)及目前的改進(jìn)方法
5.1OCT的缺點(diǎn)[4]
根據(jù)我國第一臺OCT掛網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，在小電流時OCT輸出的讀數(shù)波動較大，線性度較差，準(zhǔn)確度也略超出計量要求。一方面是由于小電流引起的法拉第旋轉(zhuǎn)角非常小，有限的傳感器靈敏度導(dǎo)致被測信號被噪聲所淹沒；另一方面機(jī)械振動、溫度變化以及由于光纖偏振特性等因素使得輸出光強(qiáng)的變化，降低了檢測的靈敏度，不過可以通過檢測電路的交直流分離等辦法消除此影響。然而對于有兩種特殊情況會使光強(qiáng)發(fā)生很大的變化，因而會對測量產(chǎn)生很大的影響：1.光強(qiáng)波動較快時，直流通道的響應(yīng)時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于交流通道,采用交流除以直流的方法明顯存在不同步的問題2.當(dāng)光強(qiáng)急劇下降衰減而超過PIN光電管的探測靈敏度時,OCT無法正常工作。
5.2OCT的改進(jìn)方法
針對以上諸多影響光電互感器的不利因素，我國許多研究人員做了大量的工作，并取得了一定的成果。
降低溫度影響：為了克服溫度對互感器帶來的影響，清華大學(xué)對種8國產(chǎn)光學(xué)玻璃磁光系數(shù)和溫度特性進(jìn)行了深入的研究，ZF6在降低溫度影響方面最能滿足OCT的要求。
提高系統(tǒng)抗外場干擾能力：在提高系統(tǒng)抗外場干擾方面有幾種方法，改進(jìn)由Sato等人提出的雙正交反射方案，將原光路設(shè)計中的第三角上第一次反射由向上改為向下（見圖4），使傳感頭內(nèi)光路在小載流導(dǎo)體平行及垂直的兩個面上的投影形成閉合回路來改善系統(tǒng)抗外場干擾能力。相比而言，鍍膜技術(shù)在此方面具有的優(yōu)點(diǎn)是簡化傳感頭使之易于加工，同時光路在任何平面內(nèi)的投影均及接近完全閉合，傳感頭厚度比雙正交反射方案減小一半以上。目前的保偏膜有兩種：多層介質(zhì)膜和單層介質(zhì)膜，多層介質(zhì)膜可以有效的解決相移問題，但對傳感頭的加工與安裝需十分精細(xì)，單層介質(zhì)膜在具有鍍膜技術(shù)的共同有點(diǎn)之外，相比多層介質(zhì)膜，更節(jié)省膜材料和膜加工所需時間，但此方法對膜厚度的控制要求更高的鍍膜工藝。利用多模光纖的消偏與消除相干擾性能，同時結(jié)合選用低相干光源，可以有效的一直有振動引起的光線中的噪聲干擾。
Rogowski線圈在OCT中的應(yīng)用：Rogowski線圈能夠很好的解決以上由于溫度、外場以及振動引起的光電互感器靈敏度以及準(zhǔn)確度降低等問題。國內(nèi)外都已有0.2級Rogowski線圈，清華大學(xué)開發(fā)了以DSP為核心，集合光纖、通信、微機(jī)技術(shù)的實(shí)用化設(shè)計方案。OCT集電流測量和諧波分析于一體,同時還提供遠(yuǎn)程計算機(jī)接口和繼電保護(hù)接口。試驗(yàn)表明,此種結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、抗干擾能力強(qiáng)和準(zhǔn)確度高（優(yōu)于0.5%）。
5.3OVT的缺點(diǎn)
光電電壓互感器晚于光電電流互感器，經(jīng)過各國的不斷努力，在理論上和技術(shù)上都取得了很大的進(jìn)展，與光電電流互感器類似，光電電壓互感器也遇到了溫度影響穩(wěn)定性問題，和長期運(yùn)行的可靠性問題。其中運(yùn)行環(huán)境的溫度變化是影響光電電壓互感器穩(wěn)定性和可靠性的重要因素。
5.4OVT的改進(jìn)方法
目前主要采用雙光路檢測技術(shù)來消除熱力效應(yīng)對光電電壓互感器的溫度穩(wěn)定性的影響，但是仍然存在無法改變晶體的熱光效應(yīng)。晶體的熱光效應(yīng)使得互感器在工作溫度范圍內(nèi)的準(zhǔn)確度只有2.1%，距離實(shí)用所需的1%要求還有一段距離。為了避免因晶體的旋光性和自然雙折射會直接對光波引入的附加相位差，目前一般選用立方晶體的BGO材料，它穩(wěn)定性好，無旋光性和自然雙折射。研究發(fā)現(xiàn)，BOG晶體的純度越高，光電電壓互感器的穩(wěn)定性越好。對于光源發(fā)射的光波波長由溫度影響而造成的系統(tǒng)穩(wěn)定性減弱情況，采用軟件補(bǔ)償技術(shù)消除波長變化的影響，明顯的提高了光電電壓互感器的穩(wěn)定性。通過對光線受到振動和其他機(jī)械擾動產(chǎn)生線性雙折射，且單模光纖產(chǎn)生噪聲更為嚴(yán)重的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，光線的芯徑越大，噪聲越小，通過使用低相干光源和線偏振光沿光纖的偏振軸輸入，來達(dá)到有效抑制噪聲對系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來的嚴(yán)重影響
6. 光電互感器在電力工業(yè)中的應(yīng)用[8]
基于西昌地區(qū)多高耗能用戶,該類用戶的電爐設(shè)備功率大,負(fù)荷波動大,產(chǎn)生大量大功率低次諧波污染,同時沖擊電流造成電磁式互感器鐵心飽和,有可能造成繼保誤動作,并使二次電流、電壓產(chǎn)生畸變,影響計量的準(zhǔn)確性等情況，2006年4月，安裝了35kV數(shù)字式光電互感器及其保護(hù)和計量裝置及其二次系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、運(yùn)行和運(yùn)行效果的對比分析,來為西昌地區(qū)尋找一條可靠先進(jìn)的電網(wǎng)技術(shù)革新之路。將該組光電互感器安裝于一個對電鐵及高耗能工業(yè)園區(qū)供電的110kV變電站內(nèi)一條35kV出線間隔,該線路對冶煉企業(yè)供電,日均負(fù)荷為1.2萬KW。該線路原裝有電磁式電流互感器,準(zhǔn)確級0.2級。35kV母線電壓互感器亦采用JDJJ2-35型電磁式電壓互感器。在出線間隔安裝了一組組合式光電電流電壓互感器,并裝配一套線路保護(hù)和一塊具有光纖以太網(wǎng)接口的電能表,以便將光電互感器的采集數(shù)據(jù)與電磁式互感器采集的模擬量在數(shù)據(jù)采集、電量及所接保護(hù)功能等方面進(jìn)行對比。同時,南自廠在合并器報文讀取中加進(jìn)了諧波分析部分,采集了當(dāng)?shù)氐闹C波污染情況。截止2007年的數(shù)據(jù)顯示，該組光電互感器運(yùn)行狀況良好。
母線保護(hù)由于其保護(hù)特殊性,需要接入大量的交流量。基于OET700數(shù)字式光電互感器的母線保護(hù)采用光纖接入來自多個合并器的電流量、電壓量。開入量(接入母線保護(hù)的隔離刀閘輔助接點(diǎn)、失靈啟動開入節(jié)點(diǎn)等)和開出量(包括出口跳閘接點(diǎn)、信號接點(diǎn)等)則仍采用傳統(tǒng)的輸入輸出方案,如圖2所示。
若一次系統(tǒng)采用光TV,則電壓模擬量同電流輸入類似。若采用光TA與傳統(tǒng)電磁式混用則通過合并器進(jìn)行采集一并打包給保護(hù)。在技術(shù)成熟條件下,開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出也可通過光纖進(jìn)行傳輸,以實(shí)現(xiàn)整個變電站全部設(shè)備的數(shù)字化。
同傳統(tǒng)的微機(jī)母線保護(hù)一樣,基于光電互感的母線保護(hù)配置以下保護(hù):差動保護(hù)、母聯(lián)失靈保護(hù)、母聯(lián)死區(qū)保護(hù)、母聯(lián)充電保護(hù)、母聯(lián)過流保護(hù)、母聯(lián)非全相保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)、復(fù)合電壓閉鎖等。所有保護(hù)功能均為邏輯圖設(shè)計,保護(hù)流程可視化、圖形化、模塊化。可根據(jù)系統(tǒng)接線要求進(jìn)行選擇配置,配置和維護(hù)方便靈活。
7. 光電互感器的發(fā)展趨勢
隨著電力系統(tǒng)智能化、數(shù)字化的產(chǎn)生和發(fā)展，人們對所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度要求越來越高，新型的OCT都將向著靈敏度更高的方向發(fā)展，同時更簡單更節(jié)約能源。全反射結(jié)構(gòu)的OCT比相同尺寸的金屬膜結(jié)構(gòu)OCT的輸出響應(yīng)更加靈敏。全光纖結(jié)構(gòu)的OCT將是未來發(fā)展的方向，目前，日本已經(jīng)開發(fā)出0.3級的全光纖OCT。
光電電壓互感器的主要發(fā)展方向也是新型全光纖OVT，因?yàn)椴徽搹姆€(wěn)定性準(zhǔn)確性以及能源的節(jié)省和環(huán)境的保護(hù)方面，它都較傳統(tǒng)電壓互感器有很大的優(yōu)勢。采用石英晶體和光纖作為敏感元件，通過光纖來檢測和傳輸信號，生產(chǎn)工藝更為簡單，不再需要自動聚焦透鏡、起（檢）偏器、波片、電光晶體等光學(xué)元件，節(jié)省資源的同時提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。全光纖OVT的諸多有點(diǎn)引起了廣泛的關(guān)注，在光電互感器方面起領(lǐng)頭作用ABB公司已經(jīng)開發(fā)出類似的產(chǎn)品，我國很多高校也投入了積極的研究。
8. 結(jié) 語
經(jīng)過三十余年的發(fā)展，國內(nèi)的光電互感技術(shù)不斷進(jìn)步。但是相比于國外上世紀(jì)60年代就開始研究，90年代就開始掛網(wǎng)運(yùn)行并將產(chǎn)品推廣到市場還有很長的一段路要走。隨著現(xiàn)代電力工業(yè)對電壓級別、電流強(qiáng)度要求的不斷提高，光電互感技術(shù)作為一種新技術(shù)越來越引起研究人員的關(guān)注。電力系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化也都促進(jìn)了光電互感技術(shù)的快速發(fā)展。當(dāng)然光電互感技術(shù)目前還存在著很多問題，但隨著測量要求逐步提高，測量技術(shù)的逐漸成熟，光電互感技術(shù)必定有著非常廣闊的發(fā)展空間。光電互感器將作為下一代互感器的主流產(chǎn)品，其不可替代的技術(shù)優(yōu)勢和價格優(yōu)勢已經(jīng)凸現(xiàn)出來，隨著當(dāng)前光電互感器的市場化進(jìn)程，必將帶來電力系統(tǒng)測量、保護(hù)和監(jiān)控的革命性變化。
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[關(guān)鍵詞]雷達(dá)；光電子技術(shù)；要點(diǎn)；前景；方法；分析
中圖分類號：TU584.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）15-0043-01
光電子技術(shù)與其他的電子信息技術(shù)合成能夠形成信息產(chǎn)業(yè)新的核心技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于光存儲、光顯示和激光等領(lǐng)域。光電子技術(shù)在雷達(dá)中的應(yīng)用改變傳統(tǒng)雷達(dá)應(yīng)用模式，充分發(fā)揮了光電子技術(shù)信息化、科技化和先進(jìn)化的優(yōu)勢。關(guān)于現(xiàn)代雷達(dá)中的光電子技術(shù)應(yīng)用主要可以分為以下幾個方面：
（一）信號傳輸
光電子技術(shù)在雷達(dá)中的應(yīng)用可以通過光纖鏈路的組成，完成光纖、二極管等要素的調(diào)制，在進(jìn)行信號傳輸時可以在光波調(diào)制中將微波信號傳輸上，完成這些工作以后需要使用光纖模擬傳輸微波信號。光纖鏈路在雷達(dá)信號傳輸中的應(yīng)用對現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用和信號光纖傳輸具有重要意義，這項技術(shù)在國外發(fā)展相對成熟，顯示意義明顯。雷達(dá)傳輸中使用光纖，傳輸消耗和傳輸頻率相較于電纜傳輸較低，并且在這種頻段下，光w產(chǎn)生的調(diào)制信號和傳輸消耗具有一致性，從而進(jìn)一步促進(jìn)雷達(dá)信號傳輸，達(dá)到對雷達(dá)系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制的目的。[1]
由于使用的雷達(dá)天線還含有一個輻射源，在受到反輻射的影響時，控制中心和天線之間的距離應(yīng)該設(shè)置好。通常情況下，使用同軸電纜傳輸信號消耗較大，傳輸指令與天線之間的距離也要控制好，而關(guān)于電纜銅量的消耗，會隨著頻率平方根的增大而增大。同軸電纜傳輸微波信號的前期，需要在一定的頻率范圍內(nèi)完成轉(zhuǎn)變，將信號電平在線路放大器內(nèi)進(jìn)行放大，指令中心傳輸?shù)男盘杽t不需要進(jìn)行變頻，線路放大器不使用也能使信號電平提高，光濾波器和光纖的使用效率也能夠提高。要進(jìn)一步保證其基本的使用性能，增強(qiáng)雷達(dá)的抗電磁能力可以通過光纜改變電纜，保證雷達(dá)天線遠(yuǎn)程傳輸?shù)墓δ堋＿@種應(yīng)用方法在軍事上具有重要使用作用，提升經(jīng)濟(jì)效益的同時創(chuàng)造軍事價值。此外，光纖重量輕、體積小，靈活度高，在一些限定空間或場合使用方便，保證雷達(dá)信號的傳輸有效。[2]
（二）信號處理
雷達(dá)信號處理一般是利用光纖延遲線，其主要構(gòu)成要素包括調(diào)制器和激光器等，屬于新型的信號處理器件，在微波射頻領(lǐng)域應(yīng)用較多，光纖延遲線的使用能夠促使多種不同信號處理器件的生成。例如在橫向匹配濾波器和編碼發(fā)生器以及相關(guān)處理器中可以通過雷達(dá)系統(tǒng)的處理充分發(fā)揮帶寬極寬系統(tǒng)的作用，聲波器表面頻率較高，功能優(yōu)越性明顯，在雷達(dá)信號處理中要控制其頻率需要同步使用信號處理器，提升雷達(dá)信號處理效果。處理寬帶雷達(dá)信號時由于雷達(dá)信號接收機(jī)的分辨率較高，電子情報信號處理時，可以選用大時間的帶寬積器件，使用成本相對較低，體聲濾器件和同軸電纜也可以用于雷達(dá)信號的處理。光纖延遲線不同于其他延遲線，性能更先進(jìn)，并且同時具有工作頻率高和任何延時的特點(diǎn)，其中延遲的介質(zhì)是單模石英光纖，成本低、性能高，使用價值較高，并且具有綜合性優(yōu)勢。因而在雷達(dá)信號處理過程中使用光纖延遲線能夠充分發(fā)揮其在不同處理器件中的構(gòu)件作用，雷達(dá)系統(tǒng)中使用光纖延遲線實(shí)現(xiàn)價值最大化，不僅能夠在海洋衛(wèi)星雷達(dá)和隨機(jī)程序發(fā)生器中應(yīng)用，同時還能夠在雷達(dá)信號處理系統(tǒng)和相控陣天線系統(tǒng)中應(yīng)用。因而雷達(dá)信號處理中使用光纖、光電子技術(shù)能夠充分發(fā)揮信號處理器件和通信系統(tǒng)的實(shí)際價值，使用過程中的經(jīng)濟(jì)效用顯著，總體應(yīng)用前景較好。[3]
（三）達(dá)波束光控制
相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)在控制雷達(dá)的達(dá)波束光時要使用有源單位，繼而形成一種具有跟蹤效用的尖銳波束，這種波束對電子調(diào)控方法具有一定的控制作用，并且能夠?qū)⑤椛鋯挝挥枰愿淖儯ＷC相對相位的實(shí)現(xiàn)。由于單個單元的控制器件屬于電子移相器，這種類型的器件在傳統(tǒng)意義上的使用通常可以分為鐵氧體移相器和二極管。二極管的工作頻率相對比較低，而鐵氧移相器的工作頻率則較高。鐵氧移相器和二極管的體積較大，因而產(chǎn)生的損耗量也比較大，但是在相位連續(xù)控制上和在線性度上仍舊存在較大的差異。分配射頻功率可以使用光學(xué)方法來進(jìn)一步完成相移，這種優(yōu)勢比較明顯。[4]
例如在實(shí)現(xiàn)微波相移的過程中可以使用線性連續(xù)的方法，在此過程中還能夠?qū)⑾辔坏捏w積予以減少，保證及能耗度降低，促進(jìn)波束的靈活控制。在一般的大型相控陣天線使用中需要多個MMIC收發(fā)模塊來完成雷達(dá)達(dá)波束光控制，在一定的自由空間內(nèi)能夠與振蕩器形成不同模塊的主振蕩器鎖定，關(guān)于參考信號的改動則需要使用同軸電纜的光纖鏈路，這種有利于在很大程度上減少體積和降低重量。光電技術(shù)在雷達(dá)達(dá)波束光控制中具有重要的使用意義，并且能夠促進(jìn)雷達(dá)電子器件的使用功能進(jìn)一步完善，總體應(yīng)用前景廣闊，在此過程中使用光電子技術(shù)促進(jìn)了新時期下雷達(dá)技術(shù)變革、發(fā)展和使用的經(jīng)濟(jì)效益提升。[5]
結(jié)語：
從目前情況分析來看，光電子技術(shù)應(yīng)用在微波領(lǐng)域主要以光纖通信為主，且這種應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)相對普及，但是在雷達(dá)中的應(yīng)用尚且不如通信光纖應(yīng)用普及程度高，隨著我國光電子技術(shù)研究、發(fā)展水平不斷提高，將進(jìn)一步在現(xiàn)代雷達(dá)中實(shí)現(xiàn)充分使用，總體應(yīng)用前景樂觀。其中光電集成電路和光纖等在雷達(dá)數(shù)據(jù)處理、雷達(dá)信號處理、多基地雷達(dá)和相控陣天線中使用具有高互聯(lián)性等多重優(yōu)點(diǎn)。光電子技術(shù)在現(xiàn)代雷達(dá)中的應(yīng)用包括雷達(dá)信號傳輸、雷達(dá)信號處理和雷達(dá)達(dá)波束光控制等幾個重要的方面，體現(xiàn)了現(xiàn)代雷達(dá)應(yīng)用光電子技術(shù)的先進(jìn)性和必要性。
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論文摘要摘要：光電子器件和部件廣泛應(yīng)用于長距離大容量光纖通信、光存儲、光顯示、光互聯(lián)、光信息處理、激光加工、激光醫(yī)療和軍事武器裝備，預(yù)期還會在未來的光計算中發(fā)揮重要功能。本文將介紹國內(nèi)外光電子技術(shù)及光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
假如說微電子技術(shù)推動了以計算機(jī)、因特網(wǎng)、光纖通信等為代表的信息技術(shù)的高速發(fā)展，改變了人們的生活方式，使得知識經(jīng)濟(jì)初見端倪，那么隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大容量光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，光電子技術(shù)將起到越來越重要的功能。美國商務(wù)部指出摘要：“90年代，全世界的光子產(chǎn)業(yè)以比微電子產(chǎn)業(yè)高得多的速度發(fā)展，誰在光電子產(chǎn)業(yè)方面取得主動權(quán)，誰就將在21世紀(jì)的尖端科技較量中奪魁”。日本《呼聲》月刊也有類似的評論摘要：“21世紀(jì)具有代表意義的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，第一是光電子產(chǎn)業(yè)，第二是信息通信產(chǎn)業(yè)，第三是健康和福利產(chǎn)業(yè)……”，可以斷言，光電子技術(shù)將繼微電子技術(shù)之后再次推動人類科學(xué)技術(shù)的革命。
1世界光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
光纖通信技術(shù)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)初人們的預(yù)料，光纖已經(jīng)成為通信網(wǎng)的重要傳輸媒介，現(xiàn)在世界上大約有60%的通信業(yè)務(wù)經(jīng)光纖傳輸，到20世紀(jì)末將達(dá)到85%，但從目前光纖通信的整體水平來看，仍處于初級階段，光纖通信的巨大潛力還沒有完全開發(fā)出來。目前，各種新技術(shù)層出不窮，密集波分復(fù)用技術(shù)（DWDM，在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長的光信號，以提高單根光纖的傳輸能力）、摻鉺光纖放大器技術(shù)（EDFA，可將光信號直接放大，具有輸出功率高、噪聲小，增益帶寬等優(yōu)點(diǎn)）已取得突破性進(jìn)展并得到廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在DWDM系統(tǒng)和光傳輸設(shè)備中，光電技術(shù)的比例將從過去比重不到10%達(dá)到90%。一種全新的、無需進(jìn)行任何光電變換的光波通信——“全光通信”，由于波分復(fù)用技術(shù)和摻鉺光纖放大器技術(shù)的進(jìn)展，也日趨成熟，將在橫跨太平洋和大西洋的通信系統(tǒng)上首次使用，給全球的通信業(yè)帶來蓬勃生氣。為此提供支撐的就是半導(dǎo)體光電子器件和部件。光電子器件和技術(shù)已形成一個快速增長的、巨大的光電子產(chǎn)業(yè)，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著越來越大的功能。美國光電子產(chǎn)業(yè)振興協(xié)會估計，到2003年，光電子產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值將達(dá)2000億美元。
Internet應(yīng)用的飛速增長對電信骨干網(wǎng)帶寬提出越來越高的需求，為滿足需求的增長，人們可以鋪設(shè)更多的光纖，或靠提高單路光的信息運(yùn)載量（現(xiàn)在主干網(wǎng)可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設(shè)備）。但更主要的方法卻是靠發(fā)展波分復(fù)用技術(shù)，增加光纖內(nèi)通光的路數(shù)（光波分復(fù)用的實(shí)驗(yàn)記錄已經(jīng)達(dá)到2.64Tbps）。波分復(fù)用技術(shù)的普遍運(yùn)用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長的市場。無限戰(zhàn)略公司的報告指出摘要：“信號傳輸用1.31μm和1.55μm激光器市場1999年達(dá)到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號放大用激光器1999年市場份額達(dá)到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號放大用激光器銷售額達(dá)2.9億美元，比去年增長121%。整個激光器市場的份額1999年達(dá)18億美元，預(yù)期2003年將達(dá)到30億美元”。美國通信工業(yè)探究公司（CIR）的探究猜測，北美市場光電子部件的市場規(guī)模將由目前的28億美元增長到2003年的61億美元，約每年增長18.5%。密集波分復(fù)用設(shè)備銷售額也將從1998年的22億美元增加到2004年的94億美元。報告稱雖然10年內(nèi)全光通信還不會全面商業(yè)化，但是全光交換將在幾年內(nèi)成為市場主流，報告也指出盡管光學(xué)部件市場被大公司所占據(jù)，但仍有創(chuàng)新性公司進(jìn)入的可能。
2我國的光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)
近10年來我國光電子技術(shù)探究在國家“863”計劃和有關(guān)部門的支持下有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，在很多領(lǐng)域同國外先進(jìn)國家只有兩三年的距離，個別領(lǐng)域還處于世界領(lǐng)先地位。
國內(nèi)光電子有關(guān)產(chǎn)業(yè)基地在光電子器件、部件和子系統(tǒng)（如激光器、探測器、光收發(fā)模塊、EDFA、無源光器件）等已經(jīng)占領(lǐng)了國內(nèi)較大的市場份額，初步具備同國外大公司競爭的能力，在毫無市場保護(hù)的情況下，靠自己的力量爭得了一席之地，市場營銷逐年有較大的增長，個別產(chǎn)品還取得國際市場相關(guān)產(chǎn)品中的銷量最大的成績。我國相應(yīng)探究發(fā)展基地和本領(lǐng)域高技術(shù)公司的許多產(chǎn)品填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的空白，打破國外產(chǎn)品在市場上的壟斷地位，同時爭取進(jìn)入國際市場。
摻鉺光纖放大器（EDFA）是高速大容量光纖通信系統(tǒng)必需的關(guān)鍵部件，國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品占國內(nèi)市場40%的份額。我國也是目前國際上少數(shù)幾個有能力研制PIC和OEIC的國家。808nm大功率激光器及其泵浦的固體綠光激光器，670nm紅光激光器已產(chǎn)品化和商品化并批量占領(lǐng)國際市場。國內(nèi)移動通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國產(chǎn)器件，國產(chǎn)1.55μmDFB激光器戰(zhàn)勝了國外器件，占領(lǐng)了100%的國內(nèi)市場。
但是，我們應(yīng)當(dāng)熟悉到在我國光電子技術(shù)發(fā)展中，光電子器件、部件雖是光通信、光顯示、光存儲等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵部分，但在整個系統(tǒng)和設(shè)備成本中所占的比重較小，其產(chǎn)值較低，目前科研開發(fā)主要處于跟蹤和小批量生產(chǎn)階段，光電子產(chǎn)業(yè)所需的規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)目前還未有實(shí)質(zhì)突破；國內(nèi)探究生產(chǎn)的光電器件和部件有相當(dāng)部分還未能滿足整機(jī)和系統(tǒng)的要求，導(dǎo)致國外器件占據(jù)國內(nèi)市場相當(dāng)多的份額；在機(jī)制上仍未擺脫科研、生產(chǎn)、市場相互脫離的狀況。
關(guān)鍵詞：自動化儀表測量；光電技術(shù)；具體應(yīng)用
引言
近年來，隨著微電子技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，自動化儀表的測量技術(shù)也獲得了較大的發(fā)展空間，光電技術(shù)作為自動化儀表智能化技術(shù)內(nèi)容的重要組成部分，其自身技術(shù)的熟練程度對自動化儀表的測量工作具有重要的影響。文章通過對自動化測量儀表中光電技術(shù)的應(yīng)用原理進(jìn)行了研究，并對光電技術(shù)在自動化儀表測量過程中的相關(guān)問題展開了具體分析。
1 自動化儀表測量與光電技術(shù)的相關(guān)原理
1.1 自動化儀表工作原理
由于不同類型的工業(yè)其自身的加工種類也不盡相同，因此各種參數(shù)儀表的測量原理也有所不同，但對測量儀表的具體組成進(jìn)行分析可知，一般的測量儀表均是由檢測環(huán)節(jié)、傳送放大環(huán)節(jié)以及顯示環(huán)節(jié)三個部分組成的，其中，檢測環(huán)節(jié)直接檢測需要被測量的相關(guān)參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)變成適合于測量的具體信號；而自動化儀表的傳送環(huán)節(jié)則將接受到的信號進(jìn)行放大，并傳送到儀表的顯示端，最終將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給儀表的操作者。由上文可知，自動化儀表測量原理可以總結(jié)為儀表將被檢測的信號進(jìn)行一次或者多次的形式變換，并最后以數(shù)字、圖形或者指針的形式顯示出來[1]。
1.2 光電技術(shù)在自動化儀表測量中的原理
1.2.1 分辨率較高的CCD的應(yīng)用
要想實(shí)現(xiàn)相關(guān)測量參數(shù)的自動化，首先要研發(fā)出可以代替人眼功能的儀器來代替人眼的測量工作，且該儀器應(yīng)該具備較高的性能和瞄準(zhǔn)度。CCD即電荷耦合元件是一種半導(dǎo)體的器件，且能夠?qū)⒐鈱W(xué)信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字信號，因此通過不斷提高CCD器件的質(zhì)量并使其逐步代替人眼在自動化儀表測量中的工作，可以較好地實(shí)現(xiàn)測量參數(shù)的自動化。將光電技術(shù)中的CCD應(yīng)用到自動化儀表測量工作中主要是通過其自身的遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)將測量儀表的指針與表盤映射到該電荷耦合元件的表面，并在驅(qū)動器的作用下，CCD器件將指針與表盤的相關(guān)信號傳送到器件的模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，且在傳輸?shù)倪^程中，數(shù)據(jù)以矩陣的形式被存儲起來，從而方便計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的識別，并將其顯示到儀表的顯示終端[2]。
1.2.2 微機(jī)控制技術(shù)
作為光電技術(shù)中的重要組成部分，微機(jī)控制技術(shù)對于實(shí)現(xiàn)儀表的智能化與自動化測量具有重要的作用和意義。現(xiàn)階段的微機(jī)控制技術(shù)主要分為兩種類型，一種是以VC語言作為整體操作平臺，并與數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)互相結(jié)合從而構(gòu)成完整的計算機(jī)控制系統(tǒng)軟件，其對測量參數(shù)具體的控制原理為：利用計算機(jī)對需要檢測的儀表指針的測試點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，并在其對標(biāo)準(zhǔn)源發(fā)出信號后，從而使儀表中的電流進(jìn)行平穩(wěn)上升，當(dāng)指針與表盤中的單位刻度數(shù)相吻合時，再次向標(biāo)準(zhǔn)源發(fā)出信號，并繼續(xù)測量第二個單位刻度數(shù)，以此類推，將儀表中不同位置的數(shù)據(jù)參數(shù)以證書的形式打印出來，從而實(shí)現(xiàn)儀表的自動化測量。首先，計算機(jī)通過對儀表的指針信號與表盤刻度信號進(jìn)行相關(guān)處理，并應(yīng)用中值波率與高斯波率處理噪聲信號，從而將收集到的信號存儲到數(shù)據(jù)庫中；其次，計算機(jī)利用Caany算子對噪聲進(jìn)行相應(yīng)的降噪處理，從而提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；最后，計算機(jī)通過在圖像擬合加工工序過程中加入最小二乘法，從而使信號達(dá)到較高精度的擬合度，并顯示到儀表終端[3]。
1.3 交流標(biāo)準(zhǔn)源控制系統(tǒng)的應(yīng)用
在自動化儀表的測量過程中，通過引入三相交流標(biāo)準(zhǔn)源，可以為儀表提供標(biāo)準(zhǔn)的電壓、電流、頻率以及相位和功率信號，從而提高儀表數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。其中，作為整個標(biāo)準(zhǔn)源信號交換的基準(zhǔn)，數(shù)據(jù)源以其高度穩(wěn)定的性能調(diào)節(jié)著數(shù)據(jù)在儀表的各個傳輸環(huán)節(jié)中的精準(zhǔn)度。由于傳統(tǒng)的電流、電壓控制器對儀表功率負(fù)載的最高承受額度是20W，而基于數(shù)據(jù)源技術(shù)的三相交流標(biāo)準(zhǔn)院系統(tǒng)則通過應(yīng)用前饋控制技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行無差別調(diào)節(jié)，從而避免了由于負(fù)載變化而引起的跟蹤信號基準(zhǔn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，在大幅度提高了儀表數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的同時，也保證了相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)的安全性[4]。
2 光電技術(shù)應(yīng)用于自動化儀表測量中所出現(xiàn)的問題及解決措施
2.1 發(fā)射電路的供電問題解決措施
由于應(yīng)用到儀表自動化測量過程中的多種光電技術(shù)系統(tǒng)均需要相應(yīng)的有源設(shè)備，因此高壓端口的供電電壓是否穩(wěn)定直接影響到傳輸系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。我國光電系統(tǒng)高壓側(cè)的供電形式主要分為三種：利用高壓母線進(jìn)行傳輸供電、將低壓側(cè)電能轉(zhuǎn)化為光能并利用光纖傳送到高壓端口、通過高壓電池進(jìn)行供電。在利用高壓母線進(jìn)行傳輸供電的過程中，一旦流經(jīng)母線內(nèi)的電流過小，則會使得信號的傳輸電路無法得到正常的供電，但如果母線內(nèi)的電流過大，又會使整個光電系統(tǒng)受到?jīng)_擊，容易出現(xiàn)電路損壞的情況，因此為了確保傳輸電路可以獲得穩(wěn)定的電壓，在利用高壓母線進(jìn)行傳輸供電時，可以在母線端口或光電系統(tǒng)前端增設(shè)變壓器，從而對流經(jīng)電路的電流進(jìn)行有效控制，提高系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。而在利用光纖將低壓側(cè)的電能轉(zhuǎn)化為光能并傳送到高壓側(cè)時，雖然可以保持輸出電壓的穩(wěn)定性，但是卻比較容易受到激光輸出功率影響，特別是受到光電轉(zhuǎn)化效率的影響。基于上述原因，在應(yīng)用光纖將低壓側(cè)電能轉(zhuǎn)化為光能并傳送高壓側(cè)時，則需要采取相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)化保護(hù)手段，例如增設(shè)光纜線路等，進(jìn)而通過提高光電轉(zhuǎn)化效率的方法，保證相關(guān)信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。最后，在應(yīng)用高壓電池進(jìn)行光電系統(tǒng)的傳輸供電時，由于經(jīng)常受到電池電量影響，使得相關(guān)人員在進(jìn)行光電系統(tǒng)電路設(shè)計的過程中必須考慮到電路控制，為線路的建造帶來了諸多不便，對于上述問題，國家相關(guān)部門應(yīng)該給予相應(yīng)的支持力度，并加大多種新型能源在光電系統(tǒng)供電過程中的應(yīng)用力度，例如風(fēng)力供電、水力供電等，從而在提高供電效率的同時，增加傳輸數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性[5]。
2.2 傳輸過程中的干擾問題
雖然與自動化儀表測量中的傳統(tǒng)傳輸系統(tǒng)相比，光電系統(tǒng)具有較高的抗電磁干擾的能力，但是對于光電系統(tǒng)自身而言，由于其是由發(fā)射電路、接收電路與光線三部分組成的，因此上述三個環(huán)節(jié)中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。
3 結(jié)束語
文章通過對自動化儀表的工作原理進(jìn)行分析，引出了以CCD技術(shù)與微機(jī)控制技術(shù)為代表的光電技術(shù)在儀表自動化測量中的相關(guān)原理，并從光電技術(shù)的成像系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件的控制系統(tǒng)與交流標(biāo)準(zhǔn)源的控制系統(tǒng)等方面對光電技術(shù)在儀表自動化測量中的應(yīng)用做出了具體的分析，可見，未來加強(qiáng)儀表自動化測量中光電技術(shù)的應(yīng)用力度對于促進(jìn)我國的計算機(jī)與微電子技術(shù)的發(fā)展、實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的高效性具有重要的歷史作用和現(xiàn)實(shí)意義。
參考文獻(xiàn)
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[2]自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)[J].中國無線電電子學(xué)文摘，2007，3（9）：183-248.
[3]孫元.軟測量模型自適應(yīng)校正與高溫場軟測量方法研究[D].中南大學(xué)，2012.
關(guān)鍵詞：光電信息 特種設(shè)備 節(jié)能
1 概述
光電信息技術(shù)是由光學(xué)、光電子、微電子、超聲波、紅外線遙感等技術(shù)結(jié)合而成的多學(xué)科綜合技術(shù)，涉及光信息的輻射、傳輸、探測以及光電信息的轉(zhuǎn)換、存儲、處理與顯示等眾多的內(nèi)容。光電信息技術(shù)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的各行各業(yè)。近年來，隨著光電信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對人們的生產(chǎn)生活提供了更多的便捷，尤其是在特種設(shè)備上，更好地提高了其安全性能，包括節(jié)能與可操作性。
所謂的特種設(shè)備指的是涉及生命安全、危險性較大的鍋爐、壓力容器（含氣瓶，下同）、壓力管道、電梯、起重機(jī)械、客運(yùn)索道、大型游樂設(shè)施。其中鍋爐、壓力容器（含氣瓶）、壓力管道為承壓類特種設(shè)備；電梯、起重機(jī)械、客運(yùn)索道、大型游樂設(shè)施為機(jī)電類特種設(shè)備。特種設(shè)備已經(jīng)在推動經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中起著不可或缺的作用，但是其也存在一定危險性：
例：2013年6月3日清晨，吉林寶源豐禽業(yè)公司發(fā)生火災(zāi)，本次事故系廠房氨氣爆炸引發(fā)火災(zāi)。從德惠市米沙子鎮(zhèn)寶源豐禽業(yè)有限公司火災(zāi)現(xiàn)場救援指揮部獲悉，截至6月10日，共造成121人遇難，76人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失1.8億。
因此特種設(shè)備的安全使用已經(jīng)不止是影響到個人的生命財產(chǎn)健康，更加影響到企業(yè)的生存和國民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展，本文將從光電信息技術(shù)的角度論述其在特種設(shè)備上的優(yōu)勢。
2 鍋爐上的雙色液位計的運(yùn)用
例：2003年10月23日，長沙市星沙開發(fā)區(qū)某廠發(fā)生一起重大鍋爐事故，該廠一臺江蘇無錫鍋爐廠2001年1月生產(chǎn)編號為01015， 直編號為L-02的SHL20-2.45/400-AⅡ雙鍋筒橫置式鏈條爐排鍋爐因缺水干燒造成大面積水冷壁管、對流管、過熱器管燒壞，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)60余萬，因停產(chǎn)等造成的間接損失更是無法估量。
上例的事故最主要的原因則是因?yàn)樵撳仩t水位表面不清晰，水位表閥門無法開啟，水位自動控制系統(tǒng)、水位系統(tǒng)失靈，是導(dǎo)致事故發(fā)生的重要原因。水位計失靈將會導(dǎo)致司爐工無法了解鍋筒內(nèi)水位變化，在運(yùn)行中就會發(fā)生缺水或滿水事故。比如電接點(diǎn)水位計往往存在以下的缺陷：①電接點(diǎn)水位計是分段顯示，沒有精度可言；②損壞率高，由于電極在水中腐蝕或結(jié)垢，一般在半年左右就必須更換。③存在假水位和誤報警的現(xiàn)象，鍋爐中的水經(jīng)常處于翻滾狀態(tài)，水汽混合物對電接點(diǎn)水位計形成誤顯示和誤報警現(xiàn)象。④密封點(diǎn)多，導(dǎo)線多，維護(hù)工作量大。雙色水位計。相比較之下，鍋爐雙色液位計，選用優(yōu)質(zhì)不銹鋼及進(jìn)口電子元件制造，顯示部位采用高亮度LED雙色發(fā)光管，組成柱狀顯示屏，通過LED光柱的紅綠變化來檢測所測液位的高低；顯示亮度高，可視距離遠(yuǎn)，標(biāo)尺清晰，顯示角度大，產(chǎn)品更具系列化，智能化。全過程測量防雨防雷，防腐防爆，可耐高溫、高壓，高密封、防泄露、無盲區(qū)，顯示醒目，讀數(shù)直觀，且測量范圍磊，適用于各種塔、罐、槽球形容器及鍋爐等設(shè)備的介質(zhì)液位測量。
3 自動扶梯上的紅外遙感技術(shù)的運(yùn)用
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隨著近年來房地產(chǎn)行業(yè)的高速發(fā)展，自動扶梯的使用頻率越來越高，如何采用高效節(jié)能的電梯控制技術(shù)成為了各商家及用戶十分關(guān)注的話題。在此紅外線傳感技術(shù)發(fā)揮其優(yōu)勢。上圖中，當(dāng)人走過裝在電梯首尾處時，觸動首尾兩端的紅外線傳感開關(guān)，使電梯的變頻器加速到高速頻率，電梯在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，變頻器內(nèi)置計時器開始計時，如果在設(shè)定內(nèi)的時間段內(nèi)再無乘客通過電梯，計時將結(jié)束，變頻器自動切換到低速頻率，低速運(yùn)行。如果在計時器計時期間，有乘客重新觸發(fā)紅外線傳感器開關(guān)，計時器將重新計時。對電梯的上行和下行，控制采用開關(guān)互鎖，從而確保扶梯系統(tǒng)能夠正常工作。為消耗扶梯下行或者制動過程中產(chǎn)生的多余能量，還需要在變頻器上加裝制動電阻。
通過紅外線遙感的控制能夠保證電梯在無人乘坐的情況下保持低速運(yùn)行或者靜止?fàn)顟B(tài)，從而降低能耗，減少扶梯運(yùn)行過程中的磨損。
4 電梯安全光幕的紅外技術(shù)及其內(nèi)LED燈的運(yùn)用
電梯安全光幕是一種利用光線感應(yīng)原理而制成的電梯門安全保護(hù)裝置，適用于所有電梯，保護(hù)進(jìn)出電梯乘客的安全。電梯光幕是由安裝在電梯轎門兩側(cè)的紅外發(fā)射器和接收器和專用柔性電纜三大部分組成。出于環(huán)保和節(jié)能需要，越來越多的電梯已經(jīng)省卻了電源盒。光幕發(fā)射端內(nèi)有若干個紅外發(fā)射管，在MCU的控制下，發(fā)射接收管依此打開，自上而下連續(xù)掃描轎門區(qū)域，形成一個密集的紅外線保護(hù)光幕。當(dāng)其中任何一束光線被阻擋時，控制系統(tǒng)立即輸出開門信號，轎門即停止關(guān)閉并反轉(zhuǎn)開啟，直至乘客或阻擋物離開警戒區(qū)域后電梯門方可正常關(guān)閉，從而達(dá)到安全保護(hù)目的，這樣可避免電梯夾人事故的發(fā)生。
LED發(fā)光二極管是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。
使用LED發(fā)光二極管更新電梯轎廂常規(guī)使用的白熾燈、日光燈等照明燈具，可節(jié)約照明用量90%左右，燈具壽命是常規(guī)燈具的30～50倍。LED燈具功率一般僅為1W，無熱量，而且能實(shí)現(xiàn)各種外形設(shè)計和光學(xué)效果，美觀大方。
5 結(jié)語
除此之外還有很多裝置也采用了光電信息技術(shù)，如光電平層開關(guān)，紅外線遙感操控器等等，這里就不一一例舉。
相信隨著科學(xué)技術(shù)水平地不斷發(fā)展進(jìn)步，光電信息技術(shù)方面將會有更大突破，會有更多的技術(shù)與生產(chǎn)相結(jié)合，制造出更多安全性能高、操作使用方便、節(jié)能低廉的特種設(shè)備，從而更好地服務(wù)于群眾，服務(wù)于社會主義現(xiàn)代化事業(yè)建設(shè)。
參考文獻(xiàn)：
[1]楊永才，馬軍山.光電信息技術(shù)[M].出版時間：2009年04月.
關(guān)鍵詞 光電子技術(shù)；發(fā)展態(tài)勢；應(yīng)用實(shí)踐；信息技術(shù)
中圖分類號：TN2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0005-02
光電子技術(shù)學(xué)科涉及了光學(xué)、電子學(xué)、光電子學(xué)、計算機(jī)等技術(shù)理論，是一種由多學(xué)科相互交叉并滲透形成的一項技術(shù)。光電子技術(shù)是將光子學(xué)為研究核心，電子學(xué)為研究支撐的新型技術(shù)，兼容了電子技術(shù)，而且還具有微電子技術(shù)不能相比的優(yōu)越性，有了更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展空間。21世紀(jì)是一個光電子共同作用的時代，光電子技術(shù)的高效發(fā)展有利于促進(jìn)世界相關(guān)技術(shù)的融合、滲透，有利于各科學(xué)技術(shù)之間相互作用，更好的為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展做貢獻(xiàn)。
1 光電子技術(shù)概述
光電子技術(shù)更加確切的應(yīng)該稱為光電子信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光能與電能的轉(zhuǎn)換是它的核心內(nèi)容，是指利用光子激發(fā)電子或者電子躍遷來產(chǎn)生光子物理現(xiàn)象所提供的一種技術(shù)方法。光電子技術(shù)是信息技術(shù)中一個重要的硬件設(shè)備，加大了把全世界計算機(jī)進(jìn)行聯(lián)系的可能性，也給和衛(wèi)星或外星聯(lián)系組成網(wǎng)絡(luò)提供了希望，是因特網(wǎng)的支柱技術(shù)。光電子技術(shù)從20世紀(jì)60年代產(chǎn)生以來，在眾多高新技術(shù)發(fā)展中它的發(fā)展最為迅速，在我國的眾多領(lǐng)域內(nèi)均已被應(yīng)用、推廣。
隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，時代的信息容量不斷增加，反映出了信息發(fā)展的高容量性以及高速度性在電子學(xué)與微電子學(xué)技術(shù)發(fā)展上的局限，而光的高頻率與高速度的信息處理特點(diǎn)逐漸在信息技術(shù)發(fā)展中取得突破性的發(fā)展，將信息的探測、傳輸、顯示、運(yùn)算、儲存和處理都使用光子與電子技術(shù)相結(jié)合來參與完成，確定了光電子技術(shù)在信息領(lǐng)域的地位。
2 光電子技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢與應(yīng)用實(shí)踐
1）在傳統(tǒng)領(lǐng)域中，光電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。光電子技術(shù)對改造我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)和發(fā)展新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)都有積極作用，對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化也有促進(jìn)作用。光電子技術(shù)具有準(zhǔn)確、快速、精密、高效等優(yōu)勢，能夠有效的提高產(chǎn)業(yè)的加工水平，增加產(chǎn)業(yè)的競爭力和附加值。以激光加工技術(shù)為例分析，激光加工技術(shù)通常應(yīng)用在我國重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，飛機(jī)、航天、汽車、通信等領(lǐng)域，其生產(chǎn)特點(diǎn)有加工效率高、速度快、變形小、質(zhì)量高、易控制，有助于實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)。能夠很大程度的降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，對提高國際競爭力也有重要的積極作用。
2）現(xiàn)代能源結(jié)構(gòu)中，光電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。在美國、日本等眾多國家都制定了光伏技術(shù)的長久發(fā)展計劃。各國將提高光電池轉(zhuǎn)換效率與穩(wěn)定性為技術(shù)開發(fā)方向，逐漸降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)業(yè)效率，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前在世界范圍內(nèi)，商業(yè)化和半商業(yè)化的生產(chǎn)模式已經(jīng)有80多個國家和地區(qū)形成，增長值已經(jīng)達(dá)到16%，市場的開拓也從空間開拓轉(zhuǎn)向了地面的系統(tǒng)應(yīng)用，甚至在驅(qū)動交通工具的領(lǐng)域也逐漸被應(yīng)用。據(jù)相關(guān)報道，在世界發(fā)展中，對太陽能住宅的建造投資已經(jīng)達(dá)到了600億美元，光電子技術(shù)在建造太陽能住宅中主要是將用光伏技術(shù)制作的光電池作為住宅屋頂、墻面、窗戶等建材，隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，這種新型能源的應(yīng)用規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，相關(guān)人員分析到2016年，在太陽能住宅的投資規(guī)模會擴(kuò)大一倍，投資將達(dá)1300億
美元。
太陽能光伏技術(shù)的應(yīng)用形成了一種新型能源，太陽能光纖技術(shù)發(fā)電系統(tǒng)主要是利用太陽電池半導(dǎo)體材料的一種光纖效應(yīng)，主要是將太陽光輻射能轉(zhuǎn)化為電能的新型的一種發(fā)電系統(tǒng)。因世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源出現(xiàn)供不應(yīng)求現(xiàn)象，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源短缺之間的矛盾越來越嚴(yán)重，于是世界各國逐漸的將發(fā)展目標(biāo)統(tǒng)一轉(zhuǎn)向了光伏發(fā)電，制定了長期的光伏技術(shù)發(fā)展計劃。光電子技術(shù)為光伏發(fā)電創(chuàng)造了高性能的材料與電子元件，很大程度的提高了光能的轉(zhuǎn)化率。光電子技術(shù)的不斷發(fā)展擴(kuò)大了光伏發(fā)電的應(yīng)用范圍，上到航天器，下到家用電器，大到兆瓦級電站，小到兒童玩具，都充滿著光伏電源，21世紀(jì)注定了是光伏技術(shù)的發(fā)展時代。
3）軍事領(lǐng)域中，光電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。光電子技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢可以應(yīng)用在毀滅性武器、精密制導(dǎo)、監(jiān)測、瞄準(zhǔn)、頻譜分析等技術(shù)領(lǐng)域。光電子技術(shù)能夠提高國防的反應(yīng)能力和準(zhǔn)確攻擊的能力，為軍事領(lǐng)域提供又準(zhǔn)又快的信息。光電子技術(shù)目前已經(jīng)成為了軍事領(lǐng)域發(fā)展的主流技術(shù)，逐漸成為了國防軍事現(xiàn)代化的發(fā)展支柱。
在軍事領(lǐng)域，光電子技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在兩個方面：①激光聚變的應(yīng)用。激光聚變是一種未來能源，它有巨大的軍用價值，它能夠模仿氫彈爆炸的過程，代替了成本高、危險性大的空中或地下核試驗(yàn)，有效解決了改進(jìn)核武器的性能的難題。到目前為止，激光致盲武器已經(jīng)逐漸裝備到部隊，艦載與機(jī)載激光反導(dǎo)器也已經(jīng)走出了實(shí)驗(yàn)室；②電光技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展成為了軍方的核心技術(shù)。隨著世界光電子技術(shù)的快速發(fā)展，美國國防防務(wù)水平也呈遞增的形勢發(fā)展，美國平均每年用在防務(wù)光電技術(shù)開發(fā)上的費(fèi)用就能達(dá)到50億美元。
4）在硅材料中，光電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。把硅當(dāng)材料制造的光電子元器件稱為硅光電子學(xué)，這是一門新興技術(shù)，具有很大的發(fā)展前景。用硅晶體當(dāng)作材料制造的光電二極管有量子效率高、響應(yīng)快、噪聲低、體積小、動態(tài)工作范圍大、壽命長等優(yōu)勢，通常被應(yīng)用在微弱、快速光信號探測等方面。硅光電子學(xué)技術(shù)的應(yīng)用能夠給世界帶來更先進(jìn)的數(shù)字設(shè)備，在性能方面能得到前所未有的突破，硅光電子學(xué)是未來發(fā)展的重點(diǎn)。
5）在尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，光電子的發(fā)展與應(yīng)用。光電子技術(shù)對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有積極作用，光電子技術(shù)所涉及到的科學(xué)領(lǐng)域都是未來發(fā)展的尖端科技，如兆兆紀(jì)元，這是1996年由惠普公司提出的，是為了滿足人類在信息時代的不斷增加的新需求，是人們想要在10到15年內(nèi)實(shí)現(xiàn)的一個夢想。具體兆兆紀(jì)元技術(shù)在傳輸技術(shù)上，每秒兆兆位千線，運(yùn)用遠(yuǎn)程的傳輸網(wǎng)絡(luò)；處理技術(shù)上，每秒運(yùn)算萬億次計算；存儲技術(shù)上，有兆兆字節(jié)的數(shù)據(jù)庫，有數(shù)兆兆字節(jié)的盤片驅(qū)動和數(shù)千兆位的記憶芯片。光纖傳輸?shù)娜萘俊⒐馓幚淼哪芰凸鈨Υ娴拿芏榷荚诳焖偬岣撸怆娮蛹夹g(shù)的發(fā)展態(tài)勢能夠充分實(shí)現(xiàn)這個夢想，
再如HIV免疫系統(tǒng)的檢測技術(shù)。相關(guān)人員已經(jīng)使用光學(xué)生物醫(yī)學(xué)儀器在研究艾滋病病毒上取得了巨大成果，有利于研制出能夠有效抵抗艾滋病病毒的新藥。在尖端的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用光學(xué)探測，比如研究定量衍生的DNA與定量化的聚合酶鏈反應(yīng)PCR，對人類抵抗HIV病毒有非常重要的作用。
3 結(jié)束語
光電子技術(shù)在這個信息化時代的作用越來越重要，現(xiàn)如今，光電子學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展到了經(jīng)濟(jì)、軍事、科技與社會發(fā)展的各個領(lǐng)域，信息的傳輸、探測、運(yùn)算、顯示、處理與存儲等都需要光子技術(shù)與電子技術(shù)共同參與完成。在世界范圍內(nèi)，光電子技術(shù)現(xiàn)已被確定為是未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制高點(diǎn)，是未來經(jīng)濟(jì)建設(shè)中推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造工程、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和新產(chǎn)的發(fā)展的關(guān)鍵力量，所以各國要加強(qiáng)對光電子技術(shù)的研究，推動光電子技術(shù)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍，促進(jìn)世界經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的發(fā)展
進(jìn)程。
關(guān)鍵詞：光電傳感器；自動控制；技術(shù)
1 光電傳感器的種類
1.1 對射式
對射式傳感器是指分開放置傳感器與發(fā)射器，待發(fā)射器打開并發(fā)出紅外光以后，通常會經(jīng)過一段距離的傳輸，最后才能抵達(dá)接收器的所在位置，同時和接收器形成一個通路，當(dāng)設(shè)定的檢測對象經(jīng)過對射式光源傳感器的時候，檢測物體就會被光路所阻擋，接收器會馬上做出反應(yīng)，同時輸出一個開關(guān)的控制信號，通常情況下，經(jīng)過發(fā)射器發(fā)出的光束，只能跨越感應(yīng)距離一次，所以在使用環(huán)境中如粉塵污染較為嚴(yán)重的情況下，或者是室外應(yīng)用對射式光電傳感器都比較適合。
1.2 漫反射式
漫反射式的檢測頭內(nèi)部，也含有發(fā)射器及接收器，但其中并沒裝置反光板，通常情況接收器是不能夠接受到發(fā)射器發(fā)出的光，當(dāng)設(shè)定的檢測對象經(jīng)過漫反射式光源傳感器的時候，其光線就被檢測對象所遮擋，同時檢測對象會將光線折射回去，這時接收器就能夠接收到光信號，同時輸出一個開關(guān)的控制信號，這種光電傳感器基本上都使用在自動沖水系統(tǒng)里。
1.3 反射式
在同一個接頭裝置的內(nèi)部中，裝置發(fā)射器、反光板以及接受器，在發(fā)射原理的作用下，發(fā)射器發(fā)出的光電會反射到接收器中，此種廣電控制就是光電板反射式的光電開關(guān)。一般狀態(tài)下，發(fā)射器會將所發(fā)射的光都是由反光板進(jìn)行反折射回去，這種情況是接收器可以接收到的，當(dāng)被檢測的物體被遮擋，那么接收器就不能接收到光路，開關(guān)就會起作用。
1.4 槽型傳感器
這種傳感器通常情況下也被稱作是U型光電開關(guān)，在其兩側(cè)裝有發(fā)射器和接收器，讓兩個儀器在平面上形成一個光軸，當(dāng)需要檢測的物體經(jīng)過U型傳感器時，光軸會被傳感器隔斷，此時，設(shè)置好的光電開關(guān)就會發(fā)生反應(yīng)，同時對開關(guān)量信號進(jìn)行輸出。這種光電開關(guān)的安全系數(shù)和穩(wěn)定性較之其他都很高，所以，在透明物體和半透明物體的檢測中經(jīng)常會使用。
1.5 光線式
光線式的光電傳感器實(shí)質(zhì)上就是用光纖將光源處的光連接到監(jiān)測點(diǎn)，連接過去的光會和檢測的物體產(chǎn)生作用，對光的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行改變，讓檢測物體都能檢測到該位置的光源信號，從而演變成了光線式光電開關(guān)。
2 光電傳感器的優(yōu)勢
2.1 檢測距離較一般傳感器長
相對于其他的檢測手段，光電傳感器的檢測距離相對大一些，如對射型保留大于十米的檢測距離，可以實(shí)現(xiàn)一般傳感器都不能達(dá)到的檢測距離。
2.2 種類較多
光電傳感器對待檢測物體的限制相對較少，其檢測原理是利用待測物體的反光或者遮擋進(jìn)行檢測，所以待測物不局限于金屬，所有可以進(jìn)行光的反射的物體都可以被檢測，比如玻璃，木材。液體或者塑料，幾乎涵蓋了所有物體。
2.3 檢測時間短
光電傳感器在檢測的過程中，都是由電子原件進(jìn)行檢測，沒有機(jī)械性的工作時間，光電的速度非常快，所以檢測響應(yīng)的時間就非常短。
2.4 分辨率高
可以通過高級設(shè)計技術(shù)，讓光束集中在一個小區(qū)域，或者一個光點(diǎn)，通過構(gòu)成特殊受光的一種光學(xué)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)高分辨率，在進(jìn)行微笑無題的檢測時，可以減少誤差，精確檢測位置。
2.5 非機(jī)械性接觸
對物體進(jìn)行檢測時，傳統(tǒng)的檢測方式可能要接觸被測物，對檢測結(jié)果的精確度造成影響，但是光電檢測不會接觸被測物，從而保證被測物在檢測的過程中完好無損，延長使用壽命。
2.6 進(jìn)行顏色的判別
不同顏色的光的反射率和吸收率是不同的，利用光電傳感器進(jìn)行檢測時，可以通過檢測物的反射率和吸收率來計算出物體的顏色，可以判定顏色是否合格和顏色的差異。
2.7 便于調(diào)整
在對可視光的投射過程中，進(jìn)行投光的光束是可視光，可以方便工作人員對被測物體進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，保證檢測結(jié)果的精準(zhǔn)。
3 光電傳感器在自動控制中的具體應(yīng)用
3.1 自動印刷
在印刷的過程中使用反射式的光電傳感器進(jìn)行開關(guān)的設(shè)置，可以對印刷機(jī)的斷紙工作，在印刷時，紙帶處于正常工作的狀態(tài)，反射式傳感器就可以將反射回來的光檢測到，通過信號判別是否有紙帶的不正常或是有斷紙的情況發(fā)生。若是反射器接收不到發(fā)射的信號，那么可能紙帶的情況不正常，這時工作人員就可以采取相應(yīng)的措施，將印刷裝置離壓，機(jī)器停止工作。使用光電傳感器還可以對單張紙進(jìn)行檢測，使用透射式的方式，檢測在印刷的過程中，紙張的厚薄對光的通透是有一定影響的，在紙張通過光電傳感器時，電路保持在通路的狀態(tài)中，在后續(xù)經(jīng)過互鎖，離壓和離水等工序，印刷機(jī)會逐漸降低運(yùn)轉(zhuǎn)速度，完成單張紙的膠印工作。
3.2 光電色質(zhì)的檢測
在對光電色質(zhì)進(jìn)行檢測時，最開始的應(yīng)用是分選方面，或者是糧食加工方面，例如在進(jìn)行糧食的分選時，根據(jù)顏色進(jìn)行分類就要使用到光電傳感器。在被測物中，不同的材質(zhì)有著不同的光學(xué)特性，光電技術(shù)就是根據(jù)這些差異性進(jìn)行工作，將顆粒物中不同顏色的糧食進(jìn)行分類處理，機(jī)器種類有大米色選機(jī)或是雜糧色選機(jī)等。進(jìn)行產(chǎn)品的包裝之前，可以先應(yīng)用色選機(jī)對糧食進(jìn)行檢測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)被測物的顏色有差異時，就會接通電源，使用壓縮空氣將顏色有差異的物品分離。
3.3 光電轉(zhuǎn)速傳感器
在檢測之前，我們可以在待檢測的轉(zhuǎn)軸上安裝一個轉(zhuǎn)速調(diào)制盤，在盤上打一個小孔，這時，白熾燈的光在轉(zhuǎn)速盤的另一面產(chǎn)生了恒定光，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到檢測要求的時候，這些恒定光就會達(dá)到光敏二極管，形成光電轉(zhuǎn)換器。此時，這些光和發(fā)光二極管之間若是存在遮擋，光電傳感器就會進(jìn)行低電平輸出，也就是一個脈沖。若是在光電傳感器的尾部加一個電動機(jī)，在尾部裝置一個多孔的電動轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的過程中就會形成很多的脈沖，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，就會得到轉(zhuǎn)速。
3.4 自動門的傳感設(shè)置
將光電傳感器在地鐵或電梯的自動門中加以運(yùn)用。分別將發(fā)射器和接收器裝置在對射距離內(nèi)，調(diào)整好高度和位置，對光軸上的直徑大于三十毫米的不透明物體進(jìn)行檢測，當(dāng)乘客或是大件物品遮擋住了光線，接收器就接收不到信號，將物體判定為障礙，同時門不會關(guān)閉并發(fā)出信號。在設(shè)置的過程中，將不同組別的傳感器發(fā)射信號調(diào)制不同的頻率，以免相互影響。
4 結(jié)束語
綜上所述，對光電傳感器的N類進(jìn)行了介紹，后文分析了光電傳感器的主要優(yōu)勢和應(yīng)用范圍，對光電傳感器在自動控制方面的應(yīng)用進(jìn)行了舉例介紹。信息時代的背景下，光電傳感器已經(jīng)成為了自然和生產(chǎn)中不可或缺的一項技術(shù)手段，推動了我國的科技發(fā)展，為我國的科技事業(yè)發(fā)揮了重要的作用。相對其他檢測方式，光電傳感器在自動控制中精度高，形式多樣，結(jié)構(gòu)簡單，相信在全行業(yè)的共同努力下，光電傳感器會愈發(fā)先進(jìn)，使用范圍也愈發(fā)廣泛。
參考文獻(xiàn)
[1]張敏.自動控制中光電傳感器的應(yīng)用探討[J].大科技，2014（16）：343-344.
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關(guān)鍵詞：光電著艦引導(dǎo) 陀螺穩(wěn)定 伺服控制系統(tǒng)
中圖分類號：V249 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）09-0104-02
1、引言
艦載機(jī)的著艦有很大的風(fēng)險性，首先飛機(jī)的甲板長度有限，艦載機(jī)必須保證以一定的著艦高度、一定的降落角和合適的姿態(tài)降落到甲板上，同時要求著艦點(diǎn)的位置要求非常準(zhǔn)確，這樣在著艦時才能鉤住阻攔索，其次，航母由于受到海浪的影響，其甲板會產(chǎn)生艏搖、橫搖、縱搖和升沉的運(yùn)動，這樣的運(yùn)動會使艦載機(jī)的理想著艦點(diǎn)位置發(fā)生變化，為了保證艦載機(jī)安全著艦，現(xiàn)代的航母都裝備一套完整的著艦引導(dǎo)系統(tǒng)，向飛機(jī)提供精確的著艦引導(dǎo)數(shù)據(jù)。
目前，國內(nèi)用于艦載的光電跟蹤設(shè)備很多，但真正用于艦載機(jī)引導(dǎo)的光電跟蹤設(shè)備還很少，作為用于著艦引導(dǎo)的光電跟蹤設(shè)備，為了能夠準(zhǔn)確安全的引導(dǎo)艦載機(jī)著艦，光電經(jīng)緯儀必須采用高精度的視軸穩(wěn)定控制方法，克服船搖的影響，從飛機(jī)進(jìn)場到安全著艦的過程中穩(wěn)定跟蹤飛機(jī)。
2、光電著艦引導(dǎo)系統(tǒng)
光電著艦引導(dǎo)系統(tǒng)是集可見、中波、測距功能于一體的光電跟蹤設(shè)備，具有隨動跟蹤、單站定位的功能。由光電跟蹤轉(zhuǎn)臺和機(jī)下控制臺組成，光電跟蹤轉(zhuǎn)臺上安裝了激光測距機(jī)、變焦距可見電視和中波紅外三個傳感器系統(tǒng)。這3個傳感器組合在一起，可實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)、近距離目標(biāo)的捕獲、跟蹤和測量。變焦距可見電視焦距變化范圍大，可實(shí)現(xiàn)對近距離目標(biāo)的捕獲、跟蹤；中波紅外系統(tǒng)的探測器的波長為3-5μm，主要實(shí)現(xiàn)低能見度時對目標(biāo)的捕獲、跟蹤和測量；激光測距系統(tǒng)的激光波長為1.57μm，為人眼安全的激光波長，可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)距離的測量，實(shí)現(xiàn)光電跟蹤測量系統(tǒng)單站定位的功能。其光電跟蹤轉(zhuǎn)臺的設(shè)計效果如圖1所示。
3、視軸穩(wěn)定跟蹤技術(shù)
安裝在艦船上的跟蹤設(shè)備，為使設(shè)備正常工作，必須采用穩(wěn)定控制方法，從穩(wěn)定技術(shù)角度看，目前采用的方法可分為機(jī)械平臺和視軸自穩(wěn)定控制。
光電著艦引導(dǎo)系統(tǒng)采用視軸穩(wěn)定技術(shù)是陀螺穩(wěn)定技術(shù)，屬于視軸自穩(wěn)定控制方法，將兩個互相垂直的單自由度的陀螺安裝在俯仰框上，兩個陀螺分別敏感經(jīng)緯儀在方位和俯仰方向相對于慣性空間的運(yùn)動，并將此信號作為速度反饋實(shí)現(xiàn)陀螺穩(wěn)定。其兩軸陀螺穩(wěn)定伺服機(jī)構(gòu)組成框圖如圖2所示。
從控制原理的角度上看，視軸自穩(wěn)定控制技術(shù)有兩種方法，第一種方法為船搖速度前饋法，第二種方法為速率陀螺反饋法。
3.1 船搖速度前饋法
利用船上慣導(dǎo)系統(tǒng)或其它穩(wěn)定基準(zhǔn)實(shí)時測量船搖運(yùn)動的橫搖、縱搖、艏搖角度和角速度，經(jīng)過計算機(jī)平滑處理和解算外推，求出船搖速度前饋量。分別輸入到伺服控制系統(tǒng)方位和高低回路，進(jìn)一步補(bǔ)償船搖擾動引起的指向誤差[2]。
3.2 速率陀螺反饋法
速率陀螺反饋法，即將兩個正交速率陀螺安裝在天線俯仰支臂上，分別敏感船搖運(yùn)動在天線橫向及俯仰軸向引起的擾動信號，并負(fù)反饋到角伺服控制系統(tǒng)各只路中組成各自的穩(wěn)定回路。這種方法已經(jīng)在我所研制的設(shè)備上得到了應(yīng)用。
其伺服控制結(jié)構(gòu)有兩種如圖3、4所示。
比較兩種方法可知，前者由于在陀螺反饋穩(wěn)定回路中除包含基座機(jī)械諧振頻率外，還存在速率陀螺本身的閉環(huán)諧振頻率，因此對穩(wěn)定回路的穩(wěn)定性影響較大，使陀螺穩(wěn)定回路頻率展寬受到限制，對高頻擾動的隔離度降低，但它設(shè)計、調(diào)試比較容易。后者在穩(wěn)定回路內(nèi)少了一個陀螺諧振環(huán)節(jié)，使穩(wěn)定回路頻帶可做得更高，它對高頻船搖擾動隔離效果更好，但設(shè)計與調(diào)試的技術(shù)難度大[4]。
本論文采用以編碼器測速組成了速度內(nèi)環(huán)，陀螺反饋?zhàn)鳛樗俣确€(wěn)定外環(huán)組成雙速度環(huán)穩(wěn)定控制的方法。內(nèi)環(huán)包含了驅(qū)動電機(jī)及負(fù)載平臺，主要作用是克服控制對象非線性和摩擦力矩對跟蹤精度的影響；在速度穩(wěn)定外環(huán)中，速率陀螺測量出框架相對于慣性空間的轉(zhuǎn)速，主要用于敏感載體擾動，通過伺服控制實(shí)現(xiàn)視軸穩(wěn)定，這樣的控制方法把抗摩擦力矩干擾功能和隔離載體干擾功能采用分層設(shè)計。
3.3 控制方法的抗干擾性分析
為了顯示雙速度穩(wěn)定環(huán)在抗干擾方面的優(yōu)越性，本文接下來分別采用船搖前饋的控制方法、采用陀螺反饋的單速度環(huán)的控制方法和采用陀螺反饋的雙速度環(huán)的控制方法對光電經(jīng)緯儀的伺服控制器進(jìn)行了設(shè)計。并對三種控制器的抗干擾性能進(jìn)行分析。抗干擾性的分析方法是在船搖擾動的輸入處施加與艦船搖運(yùn)動相近周期和幅值的正弦干擾信號，然后比較經(jīng)緯儀角度輸出端處的響應(yīng)[3]。輸入的干擾信號如圖5所示，圖6為三種控制方法對干擾的輸出響應(yīng)曲線。通過三個輸出響應(yīng)曲線我們可以得到如下結(jié)論：采用陀螺反饋的雙速度環(huán)的視軸控制方法對干擾的抑制能力最強(qiáng)，采用速度前饋的控制方法對干擾的抑制能力最差。
4、結(jié)語
本文針對艦載機(jī)著艦過程的復(fù)雜性和危險性，設(shè)計了一套光電著艦引導(dǎo)系統(tǒng)，用于在艦載機(jī)著艦的過程中向飛行員提供精確的著艦引導(dǎo)數(shù)據(jù)。同時針對其視軸穩(wěn)定這一關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，采用基于陀螺的雙速度環(huán)的控制方法對伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，通過對抗干擾性能的分析，表明此控制方法有效可行，可以提高系統(tǒng)的隔離度。
參考文獻(xiàn)
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近期，市場投資者對LED照明企業(yè)勤上光電的可見光通訊技術(shù)關(guān)注度升溫。該公司公告稱，近日，研發(fā)部門成功攻克可見光通訊又一技術(shù)難關(guān)——成功在COB光源上實(shí)現(xiàn)信號傳輸。
所謂可見光通訊，即利用快速的光脈沖無線傳輸信息。其原理為通過在LED燈中植入芯片，讓LED燈變成無線AP．利用快速的光脈沖，無線傳輸二進(jìn)制編碼，而達(dá)到通信的目的。其具有私密性強(qiáng)，安全性高、不會對人體健康造成影響等多種優(yōu)勢。
據(jù)公司介紹，相比于DOB光源．COB光源是目前LED照明應(yīng)用領(lǐng)域使用范圍最廣的技術(shù)之一，這一技術(shù)難關(guān)的突破，意味著公司在可見光通訊研發(fā)領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢得到進(jìn)一步鞏固，同時將可見光通訊的應(yīng)用領(lǐng)域再次擴(kuò)展，并降低了通訊丟包率，通信速率和通信距離均得到了進(jìn)一步提升。目前，公司與中國科學(xué)院半導(dǎo)體照明研究所獨(dú)家合作，雙方利用的資金、技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢展開產(chǎn)學(xué)研全面合作，并已經(jīng)研發(fā)出可見光通訊實(shí)驗(yàn)室設(shè)備樣機(jī)。
關(guān)鍵詞：主動防護(hù) 激光告警 紫外告警 紅外標(biāo)示 激光壓制 激光相控陣?yán)走_(dá)
車輛主動防護(hù)系統(tǒng)是一種具備探測威脅、識別威脅、消除威脅功能的防護(hù)系統(tǒng)。實(shí)施主動防護(hù)首先要對威脅目標(biāo)進(jìn)行探測，再對各種戰(zhàn)場數(shù)據(jù)綜合分析，進(jìn)行威脅性質(zhì)和威脅程度的識別，然后對威脅目標(biāo)進(jìn)行硬殺傷或軟殺傷反擊。對威脅目標(biāo)進(jìn)行探測、定位與鑒別，除了毫米波雷達(dá)外，離不開光電系統(tǒng)。光電系統(tǒng)對目標(biāo)定位精度高，響應(yīng)速度快，波譜豐富（從紫外到遠(yuǎn)紅外），可全向探測（360°），抗干擾性能好。在消除威脅方面，除了彈藥的硬殺傷攻擊和煙霧劑的被動防護(hù)外，光電裝備也是常用的防護(hù)手段。光電探測系統(tǒng)可連續(xù)和重復(fù)使用，可對目標(biāo)進(jìn)行軟殺傷和硬殺傷。無論是探測還是反擊，光電技術(shù)都可在主動防護(hù)系統(tǒng)的三個環(huán)節(jié)中發(fā)揮它特有的作用。
一、車輛主動防護(hù)系統(tǒng)中的光電技術(shù)
（一）威脅探測技術(shù)
光電探測技術(shù)分為主動和被動兩種，主動探測技術(shù)不受目標(biāo)輻射特性影響，探測距離遠(yuǎn)，可靠性高。被動探測技術(shù)不易被敵方發(fā)現(xiàn)，可以探測目標(biāo)性質(zhì)、方位和威脅程度。實(shí)踐中兩種技術(shù)結(jié)合使用，取長補(bǔ)短，可以準(zhǔn)確地探測目標(biāo)的距離、位置、方向和性質(zhì)。對威脅探測的光電技術(shù)主要有：激光告警器、紅外告警器、紫外告警器、激光成像雷達(dá)和近程激光雷達(dá)。
（二）威脅主動反擊技術(shù)
光電主動反擊技術(shù)主要指對敵方光學(xué)制導(dǎo)導(dǎo)彈和觀瞄儀器進(jìn)行激光干擾、致盲，紅外干擾等軟殺傷技術(shù)，以及直接采用強(qiáng)激光將彈藥燒蝕摧毀的技術(shù)。由于光電反擊裝備可以反復(fù)使用，所以一直受到世界各國大力研究與開發(fā)。對威脅主動反擊技術(shù)主要有：激光干擾機(jī)、激光觀瞄壓制儀和車載戰(zhàn)術(shù)激光武器。
（三）車載激光制導(dǎo)武器中的光電技術(shù)
車載激光制導(dǎo)武器中的光電裝備主要指激光目標(biāo)指示器和激光駕束制導(dǎo)儀，這兩種激光儀器技術(shù)已經(jīng)很成熟，但是目前沒有作為反導(dǎo)武器來使用。對于敵方的激光制導(dǎo)武器，可以使用車載激光制導(dǎo)彈藥摧毀敵方的制導(dǎo)站或制導(dǎo)車，使來襲彈藥失去控制而偏離正常彈道。
二、光電技術(shù)在車輛主動防護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用
多層防御和全程對抗是構(gòu)建車輛主動防護(hù)系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn)，但被防護(hù)對象重要程度不同和防護(hù)對象不同，應(yīng)該合理取舍，突出重點(diǎn)，在“萬無一失”與成本之間取得高度平衡。目前，對車輛的主要威脅武器很多，下面重點(diǎn)從光電技術(shù)方面分析車輛主動防護(hù)系統(tǒng)的配置情況。
（一）經(jīng)濟(jì)型主動防護(hù)系統(tǒng)
經(jīng)濟(jì)型系統(tǒng)針對的防護(hù)對象是激光制導(dǎo)導(dǎo)彈，配置有激光告警器、激光干擾機(jī)和煙幕彈，早期的主動防護(hù)系統(tǒng)大多是這種配置。激光告警器探測到激光駕束制導(dǎo)反坦克導(dǎo)彈或激光半主動末制導(dǎo)導(dǎo)彈威脅后，經(jīng)對探測信息的處理，判別出威脅的性質(zhì)和程度，選擇反擊方式反擊。對于激光駕束制導(dǎo)導(dǎo)彈施放紅外煙幕彈，對于激光半主動制導(dǎo)導(dǎo)彈，采用激光干擾機(jī)去反擊，也可施放煙幕彈反擊。由于煙幕彈數(shù)量有限，在來襲導(dǎo)彈距離較遠(yuǎn)時，用激光干擾機(jī)反擊。
（二）典型主動防護(hù)系統(tǒng)
典型系統(tǒng)針對的防護(hù)對象是各種導(dǎo)彈和大部分普通炮彈，包括激光、紅外、電視、GPS制導(dǎo)的導(dǎo)彈和坦克炮彈、火箭彈等，基本配置為毫米波雷達(dá)和紅外告警器，也有再增加激光告警器或紫外告警器。
（三）高速反應(yīng)主動防護(hù)系統(tǒng)
主動防護(hù)系統(tǒng)的反應(yīng)時間越短，防護(hù)威脅目標(biāo)的能力越強(qiáng)，車輛的防護(hù)性能越高，車輛越安全。在城市作戰(zhàn)中，敵方人員可能在很近的距離上發(fā)射導(dǎo)彈，通常的防護(hù)系統(tǒng)根本來不及響應(yīng)，所以提出了高速主動防護(hù)系統(tǒng)的要求，同時也要求威脅目標(biāo)傳感器具有極快的響應(yīng)速度，這種高速傳感器非光電探測器莫屬。
（四）全譜主動防護(hù)主動防護(hù)系統(tǒng)
全譜主動防護(hù)系統(tǒng)可以對付所有目標(biāo)，根據(jù)遠(yuǎn)、中、近距離實(shí)行多層防御，配置多種軟硬殺傷武器，同時按系統(tǒng)要求配置多種威脅目標(biāo)探測、跟蹤與識別傳感器，包括光電傳感器。用于遠(yuǎn)近距離的目標(biāo)探測與跟蹤，主動防護(hù)系統(tǒng)離不開毫米波雷達(dá)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，激光相控陣?yán)走_(dá)具有更大的優(yōu)勢，可以替代毫米波雷達(dá)。用于近距離反擊或高速動能彈的反擊，全譜主動防護(hù)系統(tǒng)也包含高速反應(yīng)系統(tǒng)的配置。
三、需要解決的光電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
（一）多傳感器信息融合技術(shù)
不同的傳感器有不同的功能和使用特點(diǎn)，它們可以有機(jī)組合，優(yōu)勢互補(bǔ)，發(fā)揮最大的目標(biāo)感知效果。而要做到這一點(diǎn)，需要明確各種傳感器在系統(tǒng)中的作用，將它們按功能、作用距離、響應(yīng)速度、判別目標(biāo)的能力進(jìn)行分工，按分工充分獲取威脅目標(biāo)的各種信息，然后將這些信息進(jìn)行融合，識別、跟蹤目標(biāo)，確定反擊的方式和時機(jī)。
（二）戰(zhàn)場信息共享技術(shù)
戰(zhàn)場信息指衛(wèi)星、戰(zhàn)場偵察系統(tǒng)、友鄰車輛獲得的敵方戰(zhàn)場態(tài)勢信息和敵方攻擊的武器信息，包括武器類型、射程、威力、飛行速度、發(fā)射平臺等，這些信息有助于主動防護(hù)系統(tǒng)對威脅目標(biāo)提早預(yù)警，準(zhǔn)確判斷、迅速出擊。信息共享需要建立硬件的和軟件的通信、信息處理和分享系統(tǒng)，信息化作戰(zhàn)系統(tǒng)應(yīng)該包含主動防護(hù)系統(tǒng)要求的信息共享內(nèi)容。
（三）光電傳感器與平臺結(jié)合技術(shù)
出于分辨率的考慮，光電傳感器探測視場一般都不大，光電傳感器要搜索和跟蹤目標(biāo)，激光觀瞄壓制儀要精確攻擊對方的光學(xué)窗口，都必須有自動穩(wěn)瞄平臺配合。無論是激光雷達(dá)還是激光觀瞄壓制儀，相對于車載的穩(wěn)瞄平臺而言，體積都比較大，重量也重，所以，針對主動防護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)瞄平臺需要結(jié)合車載的整個光電系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計。
參考文獻(xiàn)：
[1]李云霞，等.光電對抗原理與應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社， 2009.
關(guān)鍵詞：光電信息；教學(xué)實(shí)踐；創(chuàng)新能力；教育教學(xué)模式
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）17-0237-02
一、工程實(shí)踐教學(xué)模式現(xiàn)狀分析
光電信息技術(shù)是光學(xué)工程、激光、光電檢測、光電子學(xué)、信息光學(xué)、信號處理、電子學(xué)、通信和計算機(jī)技術(shù)互相滲透而形成的一門高新技術(shù)學(xué)科，是實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科領(lǐng)域。加強(qiáng)教學(xué)的實(shí)踐環(huán)節(jié)、強(qiáng)調(diào)工程設(shè)計的基本能力訓(xùn)練、引領(lǐng)學(xué)生的創(chuàng)新傾向是培養(yǎng)光電人才的關(guān)鍵。以設(shè)計為導(dǎo)向的實(shí)踐環(huán)節(jié)在專業(yè)課程教學(xué)中必不可少，而且起著相當(dāng)重要的作用。1989年，麻省理工學(xué)院提出了“回歸工程”新觀念，很快就得到了包括世界大學(xué)的普遍認(rèn)同。回歸工程主要指將普通工科高校的一切工作回到以技術(shù)創(chuàng)新為中心的素質(zhì)教育。與國外大學(xué)相比，目前我國工程類專業(yè)的培養(yǎng)模式和課程設(shè)置體系存在諸多缺陷，突出表現(xiàn)在學(xué)生工程訓(xùn)練不足、學(xué)生學(xué)習(xí)被動等方面，對實(shí)踐課程的認(rèn)知和重視程度欠缺，而且普遍缺乏校內(nèi)和校外實(shí)習(xí)基地。因此，學(xué)校教育與行業(yè)、企業(yè)對人才的需求脫節(jié)。為了改變這一現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的教育理念，培養(yǎng)具有廣闊視野和學(xué)科前瞻性的創(chuàng)造型人才，以設(shè)計為導(dǎo)向的實(shí)踐教學(xué)在國內(nèi)的專業(yè)課程教學(xué)越來越得到廣泛重視。清華大學(xué)和浙江大學(xué)分別于1996年和1998年開展了大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃，之后，已有多所大學(xué)把培養(yǎng)創(chuàng)新型人才作為重要舉措。就深圳大學(xué)而言，近兩年來我校和學(xué)院每年均有大量經(jīng)費(fèi)投入，每年均有創(chuàng)新項目和各類設(shè)計項目立項，給一部分學(xué)生創(chuàng)造了進(jìn)一步參與訓(xùn)練的機(jī)會，這對于本科生較早進(jìn)入研究和設(shè)計領(lǐng)域，鍛煉自己的實(shí)踐能力、團(tuán)隊合作能力與創(chuàng)造能力具有不可或缺的作用。
二、關(guān)于光電信息技術(shù)教學(xué)模式的初步設(shè)想
光電信息技術(shù)是光電信息工程專業(yè)本科生需要掌握的基本專業(yè)技術(shù)，光電信息工程專業(yè)目前開設(shè)內(nèi)容以工程光學(xué)、光電子技術(shù)、激光原理、光電檢測、成像與顯示技術(shù)等課程作為核心點(diǎn)構(gòu)成光電信息工程的專業(yè)知識體系。大學(xué)一、二年級學(xué)生，尤其是一年級學(xué)生，在思想上和發(fā)展方向上，正處于一個轉(zhuǎn)變期，這個階段的學(xué)生開始獨(dú)立的生活和學(xué)習(xí)，急需盡快適應(yīng)大學(xué)學(xué)習(xí)生活，確立能實(shí)現(xiàn)自身價值的目標(biāo)，找到適合自己的學(xué)習(xí)方法和生活方式。按照他們所接觸和感興趣的事物的不同，學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)和發(fā)展方向開始出現(xiàn)向多方向分化的趨勢。而通常專業(yè)教學(xué)計劃中大學(xué)二、三年級仍然以公共基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)為主，這些課程是最佳知識結(jié)構(gòu)的重要基石。但是，這些課程一時還不能夠體現(xiàn)社會的實(shí)際需要和專業(yè)知識的特色。為了在這一轉(zhuǎn)型時期使學(xué)生把基礎(chǔ)課與專業(yè)課銜接好，盡快明確專業(yè)技術(shù)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，激發(fā)學(xué)習(xí)動力和興趣，對光電信息技術(shù)有基本的認(rèn)識，產(chǎn)生學(xué)習(xí)的興趣和自信心，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情，并指導(dǎo)學(xué)生今后在專業(yè)上的發(fā)展，我們結(jié)合課程教學(xué)適時開展以設(shè)計為導(dǎo)向的光電信息技術(shù)科研訓(xùn)練。主要是引導(dǎo)學(xué)生了解專業(yè)技術(shù)的特點(diǎn)，建立對工程和科技的認(rèn)知，了解專業(yè)領(lǐng)域研究的一些技術(shù)手段，研究方法和儀器設(shè)備，增加學(xué)生的感性認(rèn)識，以期提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力。具體做法是，教師結(jié)合自身的科研和研究體會，讓學(xué)生們真切的感受到實(shí)際的創(chuàng)新過程，實(shí)現(xiàn)科研成果盡早進(jìn)課堂。通過以設(shè)計為導(dǎo)向的教學(xué)實(shí)踐，使同學(xué)們學(xué)會將知識融會貫通，提升創(chuàng)新思維，活躍學(xué)習(xí)氛圍，增加學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)和發(fā)現(xiàn)學(xué)生的非常規(guī)思維，萌發(fā)創(chuàng)新的念頭。為了適應(yīng)本科生的能力和認(rèn)知程度，把科研項目中一些與專業(yè)基礎(chǔ)課程內(nèi)容的聯(lián)系提取出來，向?qū)W生提出問題，引領(lǐng)學(xué)生思考。如果學(xué)生能夠提出一些合理方案和新想法，都可以作為創(chuàng)新的思路加以培養(yǎng)，并可以讓學(xué)生帶著問題進(jìn)入專業(yè)課學(xué)習(xí)。由于本項目參與的學(xué)生年級低，所以要引導(dǎo)學(xué)生逐步認(rèn)識科學(xué)實(shí)踐的過程和基本素質(zhì)要求，其次體現(xiàn)在對設(shè)計、實(shí)驗(yàn)方法的指導(dǎo)。通過引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生，多指方向、辦法，少給答案，讓學(xué)生主動進(jìn)行多方面的學(xué)習(xí)，積極思考，綜合分析。
三、以設(shè)計為導(dǎo)向的教學(xué)模式探索與實(shí)踐
實(shí)踐教學(xué)中，圍繞超快光電信號的探測分析為主題，以QUANTELYAG皮秒激光器為信號源，選取學(xué)生熟悉的CCD攝像機(jī)圖像信息技術(shù)為背景，通過講解、實(shí)驗(yàn)、制作、科技寫作和展示等五個需要學(xué)生動腦思維，動手制作的教學(xué)環(huán)節(jié)，從思想、興趣和學(xué)習(xí)方法等各個方面對學(xué)生加以引導(dǎo)和教育，鼓勵學(xué)生認(rèn)真學(xué)好第一階段的課程，掌握必要的知識。主要包括以下幾個方面。
1.選擇所要了解和研究的光電信息探測分析技術(shù)專題。學(xué)生獨(dú)立完成科技創(chuàng)新活動的第一步就是選題，這要求學(xué)生具備初步的專業(yè)常識，并要掌握一定的實(shí)際工作方法和手段，綜合運(yùn)用自身的智力和能力。
2.相關(guān)文獻(xiàn)檢索和綜述。在教師指導(dǎo)下，學(xué)生通過檢索閱讀有關(guān)的文獻(xiàn)資料，學(xué)習(xí)和補(bǔ)充與選題相關(guān)的理論知識和技術(shù)，在閱讀文獻(xiàn)的基礎(chǔ)之上了解在所選題目領(lǐng)域中的科技動態(tài)及發(fā)展現(xiàn)狀。在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生應(yīng)能學(xué)習(xí)到文獻(xiàn)檢索方法、歸納判斷能力和靈活運(yùn)用知識的能力。
3.方案對比、論證和確定。學(xué)生首先要清楚光電檢測方案的基本思想，提出幾個檢測備選方案，然后通過對比，對選題的可行性、可實(shí)現(xiàn)性以及選題的實(shí)際意義進(jìn)行論述。學(xué)生經(jīng)過在學(xué)習(xí)中討論，能夠增長知識，提高自學(xué)能力。在選定題目后，指導(dǎo)教師重點(diǎn)指導(dǎo)學(xué)生經(jīng)過分類、甄別、遴選查閱檢索與光電信息技術(shù)研究課題相關(guān)的文獻(xiàn)資料，初步提出一些自己的研究設(shè)想。
4.設(shè)計、計算及仿真。在本環(huán)節(jié)中，學(xué)生按照教師的指導(dǎo)和講授，對光電探測器件的各種參數(shù)進(jìn)行必要的計算或仿真，將設(shè)計方案落實(shí)到實(shí)際可用的具體成果。
5.實(shí)驗(yàn)。教師幫助學(xué)生進(jìn)行理論模擬和實(shí)驗(yàn)，但注意充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性和主觀能動性。依據(jù)實(shí)驗(yàn)框圖、光路圖和軟件流程圖，學(xué)生自己動手，完成一系列的原始試驗(yàn)和原理演示驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，體會學(xué)習(xí)知識點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)問題，記錄工作的過程和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和判斷。并對結(jié)果進(jìn)行分析處理，運(yùn)用分析、比較、歸納等思維方法，從而得出具有意義的研究結(jié)論。
【關(guān)鍵詞】 光電子技術(shù) 光醫(yī)學(xué) 光保健 學(xué)科現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢
一 引言
生物醫(yī)學(xué)光學(xué)與光子學(xué)是光學(xué)或者說光子學(xué)現(xiàn)展的一個分支學(xué)科。由于光學(xué)與光子學(xué)是具有極強(qiáng)應(yīng)用背景的學(xué)科，所以“生物醫(yī)學(xué)光子技術(shù)”這一多學(xué)科交叉的新興研究領(lǐng)域在20世紀(jì)末葉也隨之應(yīng)運(yùn)而生。
激光技術(shù)作為一項重大的科技成就，為研究生命科技和疾病的發(fā)生、發(fā)展開辟了新的途徑，為保健和臨床診療提供了嶄新的手段,推動人類科學(xué)技術(shù)進(jìn)入新的發(fā)展階段。
可以把與光的產(chǎn)生、傳播、操縱、探測和利用有關(guān)的物理現(xiàn)象和技術(shù)包括在內(nèi)的科學(xué)及工程籠統(tǒng)地簡稱為光學(xué)。用光學(xué)最廣的含義來概括各研究領(lǐng)域及其相關(guān)交叉分支時必然包括了激光和光電子技術(shù)。運(yùn)用光學(xué)及其技術(shù)研究光與人體組織的相互作用問題可歸之于“組織光學(xué)”范疇。它是研究光輻射能量在生物組織體內(nèi)的傳播規(guī)律以及有關(guān)組織光學(xué)特性的測量方法的一門新興交叉學(xué)科，是光醫(yī)學(xué)（光診斷和光治療）的理論基礎(chǔ)。經(jīng)過40多年的發(fā)展，激光與光電子技術(shù)在人類的保健、醫(yī)療以及生命科學(xué)中產(chǎn)生了很大影響。
在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，光電子技術(shù)使各種新療法，包括從激光心臟手術(shù)到用光學(xué)圖像系統(tǒng)的關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡進(jìn)行微損膝關(guān)節(jié)修復(fù)等，成為可能或得以實(shí)現(xiàn)。目前，科學(xué)家們正致力于研究光學(xué)技術(shù)在非侵入式診斷和檢測上的應(yīng)用，如乳腺癌的早期探查、糖尿病患者葡萄糖的“無針”監(jiān)控等。激光在醫(yī)學(xué)上的最早應(yīng)用雖然集中在治療方面，然而在80年代初期起便開始了光診斷技術(shù)的探索。指望無損害地獲得診斷信息是這些研究的驅(qū)動力之一，其中在物理學(xué)中高度發(fā)展的光譜技術(shù)有望在診斷醫(yī)學(xué)中得到應(yīng)用。利用光纖把光傳輸?shù)缴眢w內(nèi)部的能力，可以完成膀胱、結(jié)腸和肺等器官的檢查。隨著醫(yī)學(xué)診斷方法向無損化方向發(fā)展，利用光電子學(xué)技術(shù)對組織體進(jìn)行鑒別和診斷，有可能更早期、更精確地診斷各種疾病。近年來，人們開始把這種診斷方法稱之為“光活檢”。
隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)模式的轉(zhuǎn)變、健康概念的更新以及人民生活水平的提高，從20世紀(jì)80年代后期起，“激光美容術(shù)”在世界各地包括在我國各大城市逐漸地開展。保健美容是光電子技術(shù)應(yīng)用越來越活躍的領(lǐng)域。激光技術(shù)應(yīng)用于美容外科的起步較早，使得一些在美容整形外科很棘手的疾病，如太田痣、血管瘤等治療變得簡易有效。到20世紀(jì)末，人們又開發(fā)了一種稱為光子嫩膚術(shù)的新美容技術(shù)。它基于選擇性的光熱解作用，有效地改善肌膚的質(zhì)地和彈性，達(dá)到美容的效果。之所以用激光或強(qiáng)脈沖光進(jìn)行非消融性的嫩膚或治療越來越流行，是因?yàn)檫@類手術(shù)具有無損、不必住院、幾乎無副作用和無疼痛，從而使受術(shù)者容易接受的優(yōu)點(diǎn)。
國家自然科學(xué)基金委員會先后二次在“光子學(xué)與光子技術(shù)”以及“生物醫(yī)學(xué)光學(xué)”優(yōu)先資助領(lǐng)域戰(zhàn)略研究報告中分別指出：近年來生物醫(yī)學(xué)光學(xué)與光子學(xué)的迅猛興起，令人矚目，并因而引發(fā)出一門新興的學(xué)科－生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)（Biomedophotonics）。研究報告選定了近期優(yōu)先研究領(lǐng)域包括生物光子學(xué)、醫(yī)學(xué)光子學(xué)基礎(chǔ)研究、醫(yī)學(xué)臨床的光學(xué)診斷和激光醫(yī)學(xué)中的重要課題等諸方面。
福建師范大學(xué)在1974年成立了“醫(yī)用激光及其應(yīng)用技術(shù)”研究組，以激光與光電子技術(shù)為基礎(chǔ)，圍繞激光醫(yī)學(xué)應(yīng)用的核心技術(shù)開展研究與開發(fā)。至二十世紀(jì)九十年代，跟隨該領(lǐng)域的國際走向，轉(zhuǎn)入激光醫(yī)學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究工作，在國內(nèi)率先開展了生物組織光學(xué)與光劑量學(xué)的研究。伴隨研究工作的深入開展，逐步形成了我們有特色的若干前沿研究方向，并于2005年獲準(zhǔn)立項建設(shè)醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。
二 國內(nèi)外現(xiàn)狀
光學(xué)在生命科學(xué)中的應(yīng)用，在經(jīng)歷了一個緩慢的發(fā)展階段后，由于激光與新穎的光子技術(shù)的介入，進(jìn)入了一個迅速發(fā)展的新階段。與光學(xué)有關(guān)的技術(shù)沖擊著人類健康領(lǐng)域，正在改變著藥物療法和常規(guī)手術(shù)的實(shí)施手段，并為醫(yī)療診斷提供了革命性的新方法。特別在近十多年來，與蓬勃的學(xué)術(shù)研究活動相對應(yīng)，國際上出現(xiàn)了專門的研究性學(xué)術(shù)雜志，如：Laurin 出版公司于1991年發(fā)行了“Bio-Photonics”新雜志。美國光學(xué)學(xué)會重要的會刊之一“Applied Optics”也于1996年將其“Optical Technology”欄目擴(kuò)充為“ Optical Technology and Biomedical Optics”，并定期出版有關(guān)生物醫(yī)學(xué)光學(xué)的論文專集。SPIE亦于1996年創(chuàng)辦了期刊Journal of Biomedical Optics，且聲譽(yù)日隆。到2004年，該刊的SCI影響因子已達(dá)3.541。當(dāng)前，發(fā)達(dá)國家普遍對生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)學(xué)科給予了高度重視。例如，在美國國家衛(wèi)生研究院（NIH）新成立的國家生物醫(yī)學(xué)影像與生物工程研究所（NIBIB）中，生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)也成為其主要資助的領(lǐng)域。近三年中，美國NIH已經(jīng)召開過4次研討會，認(rèn)為新的在體生物光子學(xué)方法可用于癌癥和其它疾病的早期檢測、診斷和治療。新一代的在體光學(xué)成像技術(shù)正處在從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)向癌癥臨床應(yīng)用的重要時刻。在NIH的支持下，美國國家癌癥研究所（NCI）正在計劃5年投資1800萬美元，招標(biāo)建立“在體光學(xué)成像和/或光譜技術(shù)轉(zhuǎn)化研究網(wǎng)絡(luò)（NTROI）”，其研究內(nèi)容主要包括：光學(xué)成像對比度的產(chǎn)生機(jī)理、在體光學(xué)成像技術(shù)與方法、臨床監(jiān)測、新光學(xué)成像方法的驗(yàn)證、系統(tǒng)研制與集成等五個方面。2000年底，在美國NIBIB的首批支持項目中，光學(xué)成像方法約占30%。2000年7月，美國NIH投資2000萬美元，開展小動物成像方法項目（SAIRPs）研究，受到生命科學(xué)界的高度關(guān)注，其中光學(xué)成像方法是研究重點(diǎn)之一。美國國家科學(xué)基金會（NSF）在2000-2002年了4次關(guān)于生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究（Biophotonics Partnership Initiative）的招標(biāo)指南。“9.11”事件后，美國國防部啟動了“應(yīng)激狀態(tài)下的認(rèn)知活動”(Cognition under stress)項目，采用的研究方法就是光學(xué)成像技術(shù)。美國加州大學(xué)Davis分校于2002年10月宣布：未來10年內(nèi)，將投資5200萬美元建立生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)科學(xué)技術(shù)中心（The Center for Biophotonics Science and Technology），其中4000萬美元由NSF支持。在學(xué)術(shù)交流活動方面，國際光學(xué)界規(guī)模最大西部光子學(xué)會議（Photonics West）上，每年的四個大分會之一即是生物醫(yī)學(xué)光學(xué)會議（BiOS），論文均超過大會總數(shù)的三分之一，如，2003年關(guān)于BiOS的專題為19個，占整個會議的19/52=36.5%；2004年，IBOS會議專題為20個，占整個會議的20/55=36.4%。另外，每年還召開歐洲生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)會議。除疾病早期診斷、生理參數(shù)監(jiān)測外，在基因表達(dá)、蛋白質(zhì)―蛋白質(zhì)相互作用、新藥研發(fā)和藥效評價等研究中，特別是近年來的Science, Nature, PNAS等國際權(quán)威刊物發(fā)表的論文表明，光子學(xué)技術(shù)也正在發(fā)揮至關(guān)重要的作用。在某些領(lǐng)域，如眼科，光學(xué)和激光技術(shù)已成熟地應(yīng)用于臨床實(shí)踐。激光還使治療腎結(jié)石和皮膚病的新療法得以實(shí)現(xiàn)，并以最小的無損或微損療法代替外科手術(shù)，如膝關(guān)節(jié)的修復(fù)。現(xiàn)在，用激光技術(shù)和光激勵的藥物相結(jié)合可治好某些癌癥。以光學(xué)診斷技術(shù)為基礎(chǔ)的流動血細(xì)胞測量儀可用于監(jiān)測愛滋病患者體內(nèi)的病毒攜帶量。還有一些光學(xué)技術(shù)正處于無損醫(yī)學(xué)應(yīng)用的試驗(yàn)階段，包括控制糖尿病所進(jìn)行的無損血糖監(jiān)測和乳腺癌的早期診斷等。光學(xué)技術(shù)還為生物學(xué)研究提供了新的手段，如人體內(nèi)部造影、測量、分析和處理等。共焦激光掃描顯微鏡能將詳細(xì)的生物結(jié)構(gòu)的三維圖象展現(xiàn)出來，在亞細(xì)胞層次監(jiān)測化學(xué)組成和蛋白質(zhì)相互作用空間和時間特征。以雙光子激發(fā)熒光技術(shù)為代表的非線性成像方法，不僅可以改善熒光成像方法的探測深度、降低對生物體的損傷，而且還開辟了在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行高度定位的光化學(xué)療法。近場技術(shù)將分辨率提高到衍射極限以上，可以探測細(xì)胞膜上生物分子的相互作用、離子通道等等。激光器已成為確定DNA化學(xué)結(jié)構(gòu)排序系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。光學(xué)在生物技術(shù)方面的其它應(yīng)用還包括采用“DNA芯片”的高級復(fù)雜系統(tǒng)，和采用傳輸探針的簡單系統(tǒng)。激光鉗提供了一種在顯微鏡下方能看見的一種新奇的、前所未有的操作方法，能夠在生物環(huán)境中實(shí)現(xiàn)細(xì)胞或微觀粒子的操縱與控制，或在10-12m范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)力學(xué)參數(shù)的測量。結(jié)合光子學(xué)和納米技術(shù)已經(jīng)可以探測細(xì)胞機(jī)械活動，揭示細(xì)胞水平上隱秘的生命過程，利用納米器件甚至可以檢測和操縱原子和分子，這可以應(yīng)用在細(xì)胞水平的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。高技術(shù)的進(jìn)步，如：微芯片極大地加速了生物光子學(xué)的發(fā)展進(jìn)程。集成電路、傳感器元件和相連電路的小型化、集成化促使在體和體外測量分子、組織和器官圖像成為可能。許多生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)技術(shù)已經(jīng)在臨床上應(yīng)用于早期疾病監(jiān)測或生理參量的測量，如血壓，血液化學(xué)，pH，溫度，或測量病理生物體或臨床上有重要意義的生化物種的存在與否。描述不同光譜特性（如熒光，散射，反射和光學(xué)相干成像）的各種光學(xué)概念出現(xiàn)在功能成像的重要領(lǐng)域。從大腦到竇體再到腹部，精確導(dǎo)位和追蹤，對于精確定位醫(yī)療儀器在三維手術(shù)空間的位置具有重要的作用。基于分子探針的光子技術(shù)可以識別發(fā)生疾病時產(chǎn)生的分子報警，將真正實(shí)現(xiàn)令人激動的、個人的、分子水平的醫(yī)學(xué)。
我國的研究基礎(chǔ)與條件雖然相對落后，研究投入不足，但生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)是一門正在興起和不斷發(fā)展的學(xué)科，在這一新興交叉學(xué)科上國內(nèi)外處于一個起跑線上。近年來，在國家自然科學(xué)基金委、省部委以及其它基金項目的資助下，我國在生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的研究中取得了很大的進(jìn)展，尤其是2000年第152次主題為 “生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)與醫(yī)學(xué)成像若干前沿問題”、第217次主題為“生物分子光子學(xué)”的香山會議后，有許多學(xué)校和科研單位開展了生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的研究工作，并初步建成了幾個具有代表性的、具有自己研究特色和明確科研方向的研究機(jī)構(gòu)或?qū)嶒?yàn)室，并在生物醫(yī)學(xué)光學(xué)成像（如OCT、光聲光譜成像、雙光子激發(fā)熒光成像、二次諧波成像、光學(xué)層析成像等）、組織光學(xué)理論及光子醫(yī)學(xué)診斷、分子光子學(xué)（包括成像與分析）、生物醫(yī)學(xué)光譜、X射線相襯成像、光學(xué)功能成像、認(rèn)知光學(xué)成像、PDT光劑量學(xué)、高時空譜探測技術(shù)及儀器研究等方面取得了顯著的研究成果。發(fā)表了許多研究論文，申請了許多發(fā)明專利，有些已經(jīng)獲得產(chǎn)業(yè)化。國家自然科學(xué)基金委員會生命科學(xué)部與信息科學(xué)部聯(lián)合發(fā)起并承辦的全國光子生物學(xué)與光子醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)研討會已經(jīng)舉辦了六屆。這對我國生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)學(xué)科的發(fā)展起到了積極的推動作用。在我國近年所召開的亞太地區(qū)光子學(xué)會議中，有關(guān)生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的內(nèi)容已大幅增加，成為主要的研討專題。我國的生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究和學(xué)術(shù)活動也方興未艾，呈現(xiàn)與國際同步的態(tài)勢。在基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究以及對新技術(shù)的掌握方面跟蹤國際先進(jìn)水平，但國內(nèi)科研經(jīng)費(fèi)的投入相對較小，科研隊伍規(guī)模不大，原創(chuàng)性的科研成果與國外有較大差距。和國外的發(fā)展水平相比，我國的生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)發(fā)展還存在以下問題：
（1）盡管從事生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的科研單位很多，但取得突破性、創(chuàng)新性的研究成果很少，主要是由于我們的科研隊伍在組織、組成上還不合理，過于分散、開展的內(nèi)容繁雜，難以將有限的資金投入到一些有利于國計民生的及上水平的研究方向上；另外許多單位的研究重復(fù)，缺乏合作，導(dǎo)致水平低下；
（2）和國外相比，研究經(jīng)費(fèi)無論在絕對值還是相對值上均投入十分不夠；
（3）缺乏研究成果產(chǎn)業(yè)化的引導(dǎo)機(jī)制。
三 醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)（福建師范大學(xué)）教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室概況
“醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)立于福建師范大學(xué)物理與光電信息科技學(xué)院（激光與光電子技術(shù)研究所）內(nèi)，作為本學(xué)科開展科研研究和實(shí)施建設(shè)與發(fā)展的一個基礎(chǔ)平臺。實(shí)驗(yàn)室已有30年發(fā)展歷史，1973年成立福建師范學(xué)院物理系激光實(shí)驗(yàn)室，1984年成為福建師范大學(xué)激光研究所實(shí)驗(yàn)室，1995年為福建省首期211重點(diǎn)學(xué)科《應(yīng)用光子學(xué)》學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，2003年5月26日經(jīng)福建省科技廳批準(zhǔn)成立“光子技術(shù)福建省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，2005年7月28日經(jīng)教育部批準(zhǔn)立項建設(shè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室座落于福建師范大學(xué)長安山校園內(nèi)。
30年多來，實(shí)驗(yàn)室在生物組織光學(xué)、醫(yī)學(xué)光譜與光學(xué)成像技術(shù)、光診斷及光診療技術(shù)、信息技術(shù)光學(xué)及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用等四個主要方向上努力開拓，承擔(dān)并完成了數(shù)十項國家與省部重點(diǎn)、重大項目課題，取得一批代表我國本領(lǐng)域研究水平的科研成果，其中十五以來獲省部級科技進(jìn)步一等獎1項，二等獎2項，三等獎2項，其它省級以上獎勵12項。在國內(nèi)外重要刊物發(fā)表的論文以及被SCI、EI收錄的論文均超過100篇。
實(shí)驗(yàn)室目前承擔(dān)著國家與省級重要課題50余項，科研經(jīng)費(fèi)超過2000萬元。其中國家自然科學(xué)基金項目11項，國家教育部、科技部、衛(wèi)生部項目9項，福建省科技重大專項1項，其它省級重要項目近30項。
中科院半導(dǎo)體研究所原所長王啟明院士任重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會主任，副主任由黃尚廉院士和謝樹森教授擔(dān)任。另有九位國內(nèi)外著名的激光、光電子與醫(yī)學(xué)學(xué)科交叉的院士、專家或資深教授擔(dān)任委員，其中海外委員兩人。他們規(guī)劃、指導(dǎo)并檢查本學(xué)科實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與發(fā)展。
重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主要學(xué)術(shù)帶頭人、實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會常務(wù)副主任謝樹森教授是中國光學(xué)學(xué)會副理事長、福建省光學(xué)學(xué)會理事長、國家有突出貢獻(xiàn)的中青年專家、光學(xué)工程專業(yè)博導(dǎo)、全國勞動模范，是我國醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)帶頭人與開拓者。實(shí)驗(yàn)室主任陳榮教授、副主任李暉教授均為國務(wù)院特殊津貼專家，實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任陳建新教授來自于北京大學(xué)的優(yōu)秀博士后研究員。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擁有穩(wěn)定的可持續(xù)開展高水平科研的學(xué)術(shù)梯隊，其中的中青年學(xué)術(shù)帶頭人或?qū)W術(shù)骨干包括1位閩江學(xué)者特聘教授、1位福建師范大學(xué)特聘教授、3位國務(wù)院特殊津貼專家、2位全國優(yōu)秀教師、2位福建省優(yōu)秀教師和15位博士。
重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與國內(nèi)外學(xué)術(shù)界建立了并保持著廣泛的聯(lián)系。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已設(shè)立面向國內(nèi)外的開放課題基金。已批準(zhǔn)并實(shí)施來自浙江大學(xué)、廈門大學(xué)、上海光機(jī)所、西安交通大學(xué)、華南師范大學(xué)、天津醫(yī)科大學(xué)、上海市激光醫(yī)學(xué)研究中心等單位知名學(xué)者的開放課題。
重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已具備良好的科研軟硬件環(huán)境。現(xiàn)有面積近5000平方米，儀器設(shè)備原值2500多萬元。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室各項管理制度健全。
“醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在我國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域特色鮮明，在我國相關(guān)學(xué)科處于領(lǐng)頭地位，有較大影響。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)將有力促進(jìn)福建省科技創(chuàng)新能力建設(shè)，促使福建師范大學(xué)迅速向高水平、有特色、開放型的綜合性大學(xué)邁進(jìn)。同時，重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與發(fā)展將有力促進(jìn)我國醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，為廣大民眾的身心健康，為海峽西岸的科技、社會與經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。
四 發(fā)展趨勢和展望
光子學(xué)及其技術(shù)已廣泛應(yīng)用或滲透到生物科學(xué)和醫(yī)學(xué)的諸多方面，被科學(xué)界所認(rèn)同和重視。生物醫(yī)學(xué)光學(xué)已經(jīng)成為國際光學(xué)學(xué)科重要發(fā)展方向之一。生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的發(fā)展，將為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)帶進(jìn)嶄新的時代。本學(xué)科的發(fā)展將繼續(xù)體現(xiàn)了多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，研究領(lǐng)域涉及到了生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、和光學(xué)，還有化學(xué)等不同大學(xué)科的方方面面。技術(shù)開發(fā)與臨床應(yīng)用研究的結(jié)合將越來越密切。一般認(rèn)為，光學(xué)領(lǐng)域未來發(fā)展的重點(diǎn)是將各種復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)和技術(shù)更加廣泛地應(yīng)用于保健和醫(yī)療。當(dāng)今世界中,與光子學(xué)有關(guān)的技術(shù)沖擊著人類對生命體的認(rèn)知及人類健康領(lǐng)域。基于現(xiàn)代激光與光電子技術(shù)的生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)技術(shù)將為生命科學(xué)研究帶來具有原始性創(chuàng)新的重要科研成果，并可望形成有重大社會影響和經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)業(yè)。
在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，光子學(xué)技術(shù)正在改變著藥物療法和常規(guī)手術(shù)的實(shí)施手段,并為醫(yī)療診斷提供了新方法。在某些領(lǐng)域,如眼科,光學(xué)和激光技術(shù)已成熟地應(yīng)用于臨床實(shí)踐。激光還使治療腎結(jié)石和皮膚病的新療法得以實(shí)現(xiàn),并以無損或微損療法代替外科手術(shù),如膝關(guān)節(jié)的修復(fù)。現(xiàn)在,用激光技術(shù)和光激勵的藥物相結(jié)合可治好某些癌癥。以光學(xué)診斷技術(shù)為基礎(chǔ)的流動血細(xì)胞測量儀可用于監(jiān)測愛滋病患者體內(nèi)的病毒攜帶量。還有一些光學(xué)技術(shù)正處于無損醫(yī)學(xué)應(yīng)用的試驗(yàn)階段,包括控制糖尿病所進(jìn)行的無損血糖監(jiān)測和乳腺癌的早期診斷等。
在基礎(chǔ)研究方面，研究重點(diǎn)在于從細(xì)胞，甚至是亞細(xì)胞尺度層次揭示病變組織與正常組織之間的差異，為新技術(shù)開發(fā)以及應(yīng)用提供理論依據(jù)。另一方面，研究光與人體組織之間的相互作用以及所產(chǎn)生的光化學(xué)、光熱和光機(jī)械效應(yīng)。在技術(shù)的應(yīng)用方面，研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向比較各種技術(shù)中光源（相干光源/非相干光源、波長、功率密度、偏振性、連續(xù)/脈沖光源、脈沖持續(xù)時間等）和個體差異（年齡、性別、臨床癥狀、發(fā)病史、發(fā)病時間等）對診斷或治療結(jié)果的影響，在確定各種技術(shù)臨床適應(yīng)癥的同時，進(jìn)一步實(shí)用化各種技術(shù)。此外，還在不斷開發(fā)新的實(shí)用于不同疾病的診斷、治療和監(jiān)測技術(shù)。
值得關(guān)注的是，國外從事“生物醫(yī)學(xué)光學(xué)”領(lǐng)域研究的高校或研究機(jī)構(gòu)中，來自大陸的中國學(xué)者的數(shù)量越來越多。這有助于使國內(nèi)外的學(xué)術(shù)交流更加有效，并可以預(yù)期國內(nèi)與國外在該領(lǐng)域的研究水平差距將不斷縮小。
今后若干年內(nèi)醫(yī)學(xué)光電科技學(xué)科需關(guān)注的重大科學(xué)問題和優(yōu)先研究領(lǐng)域如下：
（一）醫(yī)學(xué)光子學(xué)基礎(chǔ)
在組織光學(xué)方面，其中最主要的有光在組織體內(nèi)傳播的特殊方式、組織光學(xué)性質(zhì)的描述以及有關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的開發(fā)和完善等。組織光學(xué)是醫(yī)學(xué)光子技術(shù)的理論基礎(chǔ)。光在生物組織中的運(yùn)動學(xué)（如光的傳播）問題和動力學(xué)（如光的探測）問題是研究的主要內(nèi)容，目的是要研究生物組織的光學(xué)性質(zhì)和確定某靶位單位面積上的光能流率。應(yīng)優(yōu)先解決測量技術(shù)和實(shí)驗(yàn)精度的問題，利用近場光學(xué)顯微技術(shù)、光鑷技術(shù)測量活體組織的光學(xué)參量。在理論建模方面，建立生物組織中光的傳輸理論和數(shù)值模擬方法。具體開展的研究工作應(yīng)包括：1）光在生物組織中傳輸理論：要用更復(fù)雜的理論來描述生物組織的光學(xué)性質(zhì)以及光在其中的傳播行為。建立準(zhǔn)確的組織光學(xué)模型，使之能反映生物組織空間結(jié)構(gòu)及其尺寸分布情況、組織各個部分的散射與吸收特性以及折射率在一定條件下的變化情況；改造傳輸方程，使之適應(yīng)新的條件，并能在某些情況下求出光在生物組織中傳輸?shù)幕拘再|(zhì)。2）光傳輸?shù)拿商乜_模擬：繼續(xù)開發(fā)新的更為有效的算法以適應(yīng)生物組織的多樣性和復(fù)雜性的要求。除了了解光在組織中的分布，還在探索從大量數(shù)字模擬中得到生物組織中光的宏觀分布與其光學(xué)性質(zhì)基本參量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。另外，發(fā)展非穩(wěn)態(tài)的光傳輸?shù)拿商乜_模擬方法也是一個重要的研究方向，從中可以獲得比穩(wěn)態(tài)條件下更多的信息。
組織光學(xué)參數(shù)的測量方法和技術(shù)方面，尚未獲得人體各種組織的可靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。發(fā)展和完善活體的無損檢測尤為重要。在這方面，時間分辨率與頻率分辨率的測量方法引人注目。
（二）醫(yī)學(xué)光子學(xué)光譜診斷技術(shù)
醫(yī)學(xué)光子學(xué)光譜（非成像）診斷技術(shù)實(shí)質(zhì)上是利用從組織體反射、散射、發(fā)射出來的光，經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆糯蟆⑻綔y以及信號處理，來獲取組織內(nèi)部的病變信息，從而達(dá)到診斷疾病的目的。
生物組織的自體熒光與藥物熒光光譜技術(shù)，內(nèi)容涉及光敏劑的吸收譜、激發(fā)與發(fā)射熒光譜以及各種波長激光激發(fā)下正常組織與病變組織內(nèi)源性熒光基團(tuán)特征光譜等。現(xiàn)在人們所謂的特征熒光峰實(shí)際上只是卟啉分子的熒光峰。客觀和科學(xué)地判斷激光熒光光譜對腫瘤的診斷標(biāo)準(zhǔn)是十分必要的。目前，某些癌瘤的藥物熒光診斷已進(jìn)入臨床試用，自體熒光的應(yīng)用尚處于摸索之中。需要開展激光激發(fā)生物組織和細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的機(jī)理研究，探討激光誘發(fā)組織自體熒光與癌組織病理類型的相關(guān)性以及新型光敏劑的熒光譜、熒光產(chǎn)額和最佳激發(fā)波長等方面的研究，以期獲得極其穩(wěn)定、可靠的特征數(shù)據(jù)，為診斷技術(shù)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。
近年來，拉曼光譜技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)中已顯示出它在靈敏度、分辨率、無損傷等方面的優(yōu)勢。應(yīng)開發(fā)并完善重要醫(yī)學(xué)物質(zhì)拉曼光譜數(shù)據(jù)庫，并使基于拉曼光譜分析的小型、高效、適用于體表與體內(nèi)的醫(yī)用拉曼光譜儀和診斷儀將在醫(yī)學(xué)臨床獲得更廣泛的應(yīng)用。
超快時間分辨光譜比穩(wěn)態(tài)光譜在技術(shù)上更靈敏、更客觀和更具有選擇性。因此，將脈寬為ps、fs量級的超短激光脈沖光源用于醫(yī)學(xué)受到廣泛重視，其一，應(yīng)發(fā)展超快時間分辨熒光光譜技術(shù)，用于測量生物組織及生物分子的熒光衰變時間，分析癌組織分子馳豫動力學(xué)性質(zhì)等，為進(jìn)一步研究自體熒光法診斷惡性腫瘤提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；其二，應(yīng)發(fā)展超快時間分辨漫反射（透射）光譜技術(shù)。以時域的角度測量組織的漫反射，從而間接確定組織的光學(xué)特征。這是一種全新的、適用于活體的、無損和實(shí)時的測量方法，為確知光與生物組織的相互作用，解決醫(yī)學(xué)光子學(xué)中基礎(chǔ)測量問題開辟一條新徑。
（三）醫(yī)學(xué)光子學(xué)成像診斷技術(shù)
發(fā)展出具有無輻射損傷、高分辨率、非侵入、實(shí)時、安全的光子學(xué)成像診斷技術(shù)，并具有經(jīng)濟(jì)、小型、且能監(jiān)測活體組織內(nèi)部處于自然狀態(tài)化學(xué)成分等特點(diǎn)的醫(yī)療診斷設(shè)備。主要的醫(yī)學(xué)光子學(xué)成像診斷技術(shù)包括：
超快時間分辨成像技術(shù)：以超短脈沖激光作為光源，根據(jù)光脈沖在組織內(nèi)傳播時的時間分辨特性，使用門控技術(shù)分離出漫反射脈沖中未被散射的所謂早期光，進(jìn)行成像。正在研究的典型時間門有條紋照相機(jī)、克爾門、電子全息等。
散射成像技術(shù)：包括光子密度波散射層析成像、組織深度光譜測量以及復(fù)合成像等，利用紅外光源，光子密度波在生物組織中的穿透深度可達(dá)幾個毫米，在低散射的人腦組織中甚至可達(dá)30mm。
紅外熱成像：紅外熱成像是利用紅外探測器測量人體和動物的正常與病變組織的溫度差異來診斷病變及其位置，現(xiàn)已在醫(yī)學(xué)診斷中得到廣泛的應(yīng)用，如乳腺腫瘤的診斷。
光學(xué)相干層析成像技術(shù)：一種非侵入式無損成像技術(shù)，并且可以與顯微鏡、手持探針、內(nèi)窺鏡、醫(yī)用導(dǎo)管、腹腔鏡等相結(jié)合使用，從而具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。而且，OCT能進(jìn)行眾多功能成像，如分光鏡OCT、多普勒OCT、偏振OCT：也可以與眾多成像技術(shù)結(jié)合使用，如熒光、雙光子、二次諧波成像等技術(shù)。
熒光壽命成像：受超短光脈沖激發(fā)后，熒光團(tuán)，包括自體熒光團(tuán)如NADH、FAD等和外源熒光團(tuán)，如有機(jī)熒光染料、熒光蛋白等，所發(fā)出熒光的壽命取決于熒光團(tuán)的分子種類及其所處的微環(huán)境，如pH、離子濃度（如Ca2+、Na+等）、氧壓等，因此熒光壽命的測量和成像，有助于提供生物組織的功能信息。和內(nèi)窺鏡結(jié)合，可用于胃癌、食道癌等疾病的早期診斷，是一種很有前途的具有高靈敏度、高特異性以及高診斷準(zhǔn)確性的早期癌癥診斷方法。
光聲作用成像：利用超聲場在生物組織中的優(yōu)良傳輸特性和激光在生物組織中的選擇性吸收特性,將超聲定位技術(shù)和光學(xué)高靈敏度檢測技術(shù)結(jié)合,以實(shí)現(xiàn)無損傷臨床醫(yī)學(xué)的結(jié)構(gòu)和功能層析診斷。預(yù)期成像深度遠(yuǎn)好于目前的光學(xué)成像方法,對于較厚生物組織成像及臨床應(yīng)用特別具有吸引力,可為及早發(fā)現(xiàn)一些特殊病變提供一種無損、有效、高準(zhǔn)確度的方法。
非線性光學(xué)成像：雙光子激發(fā)熒光顯微成像、二次諧波等成像技術(shù)由于具有三維高空間分辨率，對比度高、對生物組織的損傷小等優(yōu)點(diǎn)，研究工作重點(diǎn)是擴(kuò)展成像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，重點(diǎn)解決研制小型化內(nèi)窺型診斷設(shè)備所面臨的相關(guān)技術(shù)問題。
人體經(jīng)絡(luò)的光學(xué)表征及其調(diào)控功能：已經(jīng)用不少事實(shí)證明了經(jīng)脈循行路線的現(xiàn)象，也初步顯示了人體體表沿十四經(jīng)脈路線存在的紅外輻射軌跡。然而，至今未能用西醫(yī)的形態(tài)學(xué)或生理學(xué)方法證明它的存在，也不能明晰地闡明“經(jīng)絡(luò)”的實(shí)質(zhì)。可以利用已發(fā)展的生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)諸多成像技術(shù)為工具，研究這個具有中國特色的中醫(yī)學(xué)中的重大問題。
4.醫(yī)用激光治療技術(shù)（激光醫(yī)學(xué)）
強(qiáng)激光治療：是當(dāng)前激光醫(yī)學(xué)中最成熟和最重要的領(lǐng)域。隨著新型醫(yī)用激光器的不時出現(xiàn)，如：鈦激光、鉺激光、準(zhǔn)分子激光等，強(qiáng)激光治療技術(shù)的臨床用途也逐漸增多，提出一些新的問題。關(guān)于這些新型激光器及新的工作方式對人體組織的作用特點(diǎn)的認(rèn)識還相對不足，基本沒有適合國人組織特性的治療參數(shù)。為此需加強(qiáng)研究激光與生物組織間的作用關(guān)系，特別是在諸多有效療法中已獲得重要應(yīng)用的激光與生物組織間的作用關(guān)系；研究不同激光參數(shù)（包括波長、功率密度、能量密度與運(yùn)轉(zhuǎn)方式等）對不同生物組織、人體器官組織及病變組織的作用關(guān)系，取得系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，同時也有必要加強(qiáng)新型激光器及新的工作方式的臨床適應(yīng)證的研究。
低強(qiáng)度激光治療：非熱或低強(qiáng)度激光輻射可作為一種輔助治療手段，其作用機(jī)理尚不清楚。對弱激光治療機(jī)理的認(rèn)識有待于整個基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的提高，如充分認(rèn)識細(xì)胞基因表達(dá)與調(diào)控、細(xì)胞代謝的調(diào)控、免疫反應(yīng)的調(diào)控等，同時還需研究不同弱激光劑量對這些調(diào)控的影響，這才能提高弱激光治療的針對性和療效。針對目前臨床上盲目夸大療效、照射劑量嚴(yán)重混亂的局面，建議重點(diǎn)扶持2-3個弱激光研究中心，集中財力與人力進(jìn)行弱激光的細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)研究；弱激光生物調(diào)節(jié)作用和細(xì)胞生物學(xué)現(xiàn)象（基因調(diào)控和細(xì)胞凋亡）的量效關(guān)系、弱激光鎮(zhèn)痛的分子生物學(xué)機(jī)制以及弱激光與細(xì)胞免疫（抗菌、抗毒素、抗病毒等）的關(guān)系及其機(jī)制。尋求弱激光生物刺激效應(yīng)的可能機(jī)制與量效關(guān)系；規(guī)范臨床治療參數(shù)與操作等。
光動力學(xué)治療（PDT）是當(dāng)前激光醫(yī)學(xué)中最具活力且發(fā)展迅速的領(lǐng)域。光動力療法具備了診斷和治療腫瘤、心腦血管病等人類重大疾病的潛力。光動力療法在鮮紅斑痣、老年性眼底黃斑病變、某些頑固性皮膚病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等常規(guī)手段難以奏效的良性疾病的治療研究中取得一系列進(jìn)展，并結(jié)合內(nèi)鏡技術(shù)的發(fā)展等，其應(yīng)用領(lǐng)域得到很大的延伸和擴(kuò)展。這些都說明發(fā)展光動力療法具有重要的社會和經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)資助PDT相關(guān)產(chǎn)品的國產(chǎn)化，扶持新一代國產(chǎn)光敏劑的開發(fā)及相應(yīng)激光器的產(chǎn)業(yè)化，資助新一代光敏劑光動力學(xué)治療的機(jī)理研究。作用機(jī)理、光動力療法各要素對光動力學(xué)效應(yīng)的影響、建立數(shù)學(xué)模型、新型光敏劑光動力學(xué)效應(yīng)的研究，為開拓光動力療法新的應(yīng)用領(lǐng)域取得系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
激光美容與光子嫩膚術(shù)：利用激光或強(qiáng)脈沖光照射皮膚后的選擇性光熱解效應(yīng)，即靶組織（病灶）和正常組織對光的吸收率的差別，使激光在損傷靶組織的同時避免正常組織的損傷這一原則，達(dá)到去皺、去文身、脫毛和治療各種皮膚病或達(dá)到美容的效果。
五 結(jié)論
醫(yī)學(xué)光子學(xué)及其技術(shù)的學(xué)科發(fā)展，對生命科學(xué)有重要且積極的意義。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，將為解決長期困擾人類的疑難頑疾如心血管疾病和癌癥的早期診治提供可能性，從而提高人類的生存價值和意義，其中的重大突破將起到類似X射線和CT技術(shù)在人類文明進(jìn)步史上的重要推動作用，在知識經(jīng)濟(jì)崛起的時代還可能產(chǎn)生和帶動一批高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
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課題組成員：
1.謝樹森：教授、博士導(dǎo)師，中國光學(xué)學(xué)會副理事長，福建省光學(xué)學(xué)會理事長
2.李 暉：福建師范大學(xué) 醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
3.陳 榮：福建師范大學(xué) 醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
