光电检测技术论文篇(1)

【关键词】光电检测技术 课程内容 实验 考核

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2016）02-0069-02

随着现代科学技术的快速发展，光电检测技术作为一门研究光与物质相互作用的新兴技术，因其测量精度高、速度快、非接触、频宽与信息容量极大、传递信息效率高、自动化程度高等突出特点，成为现代检测技术最重要的手段和方法之一。在工业、农业、军事、航空航天以及日常生活中应用得非常广泛，是现代信息类工科学生必须掌握的知识。

自2004年起，光电检测技术课程成为北京信息科技大学光信息科学与技术和测控技术与仪器两个专业共同的一门重要专业课。该课程将光学检测技术与现代微电子技术、计算机技术紧密结合起来，深入讲解各种光电转换技术及器件的原理、特性和基本用法，结合具体应用，详细介绍各种激光干涉、衍射，光纤传感等光电检测方法、技术及系统，最终让学生深入理解光电技术的基础理论和基本知识，对各种光电器件和光电检测技术有一个全面的认识，并且掌握多种光电检测方法，以便在实践中熟练应用，为学生今后的工作打下坚实的基础。理解和掌握这门课程，对于提高学生素质和培养分析能力、创新能力都有重要意义。

同时由于光电检测技术以光电子学为基础，以光电子器件为主体，研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用，这正是学院仪器科学与技术和光学工程两个一级学科共同的研究方向。学院众多教师在该方向的长期科学研究过程中，不断加深对光电检测技术的基本理论、实施方法、系统和关键技术的理解和应用，在光、机、电、计算机相结合的激光干涉测量、激光衍射测量、激光跟踪测量、光纤传感检测、光电多自由度监测等各种物理参数测量仪器和系统方面展开了深入研究，取得了丰硕的研究成果并积累了丰富的科研经验。

2013年开始，以精品课程为目标，我们深入开展了光电检测技术课程建设，涉及课程教学内容的更新、实验环节的改进和考核方式的改革等。

一 教学内容

如图所示，一个典型的光电检测系统包括光学处理部分、电子学处理部分，两者通过光电转换部分有机连接成一个整体。与之相对应，光电检测技术课程内容多、发展快、涉及知识面广。为此，我们首先对授课内容进行比较分析和归纳总结，提炼出最基础的关键原理，同时吸取众家之长，结合专业特点，补充有代表性的最新应用。

首先对应用光学、物理光学、信息光学等课程已经讲授的内容大幅度减少授课学时，例如光电检测中常见光源、光学系统和设备相关内容的学时压缩一半；但鉴于辐射度和光度学是专业选修课，一部分学生没有选修，一部分学生选修后掌握不够多，将该部分知识的讲解课时适当增加，补充了一些与学生日常生活关联度高的内容，增强学生学习的兴趣；强化光电转换器件部分，如前所述，该部分所介绍的各种光电转换器件是光电检测技术的关键环节，深入介绍了各种光电子发射探测器、光电导探测器、光伏探测器、光电成像器件的原理、特性和基础应用，还专门介绍了应用日益广泛的红外热成像探测器；同时考虑到调制解调技术在光电检测系统中的广泛使用，专门对此技术做了重点讲解。调整后整体内容更丰富，兼顾了基础原理和实际应用，学生反馈良好。

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* 北京信息科技大学课程建设项目资助

我们还将课程内容与后续的专业综合实践环节相配合。因为学院两个专业都开设有专业综合实践环节，该环节主要培养学生综合运用所学知识掌握某些光机电系统的设计能力，将所学与实际应用有机结合起来，最终提高学生分析问题和解决问题的能力，培养他们的创新意识及创新能力。光电检测技术正是与专业综合实践相对应的一门重要的综合性课程，我们在授课过程中有意识地将后期综合实践可能涉及的内容经提炼后引入到课程教学中，前期培养学生的综合应用意识和能力，为后续的综合实践环节打好基础。

二 实验环节

课程设有8个学时的实验。通过较充分的实验，使学生在掌握光电检测技术基本理论知识的基础上，培养设计和实施工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析。

但我们发现，学生在综合运用理论和技术手段设计系统的能力有所欠缺，主动性不足。为此，我们特别增加了学生自主设计实验，例如让学生自主设计一个光强自动控制装置，能够探测环境的光强，当环境光暗到一定程度后（根据环境情况，制定特定的照度值），能点亮LED。并且环境光越暗，LED越亮。通过此实验，促使学生了解各种光强探测原理及传感器，选择合适的光强探测传感器并设计其驱动电路，掌握输出光强控制方法并设计相关电路，掌握实验调试方法和实验数据分析处理方法。整个实验由学生自主设计，在设计方案审核通过后自主搭建系统并完成功能调试，最终提交完整的设计报告，包括任务分析、调研、系统方案设计、成本核算、具体电路设计、调试过程和测试结果处理。这样的实验学生参与度高、效果更好，对提高学生知识的综合运用能力和手脑结合的能力有较大帮助。

三 考核方式

该课程加强了过程考核，增加了平时作业、课堂表现、小组专题宣讲和实验部分在总成绩中的占比，特别是对于平时表现和实验部分成绩优秀的学生，本人申请获批后，可以免书面考试，以实物作品、论文、竞赛来代替。

对于大多数学生的期末考试，在出题过程中有意识地与课程目标紧密呼应。本课程的课程目标按照工程教育认证标准，主要涉及了通用标准毕业要求各种能力的培养，因此试卷题目也从各个角度对学生的以上能力进行考核。例如，为考核学生了解光电检测技术的现状和发展趋势情况，我们出了让学生填写近年来诺贝尔物理奖主要内容的题目。又比如，为了考核学生掌握基本的创新方法，具有追求创新的态度和意识；具有综合运用理论和技术手段设计系统的能力，设计过程中能够综合考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素的情况，我们在考试中有针对性地出了分值较高的光电检测系统综合设计型题目，加强了对学生综合分析和设计能力的考核。

四 结束语

借助光电检测技术课程建设，我们对该课程展开了全面探索和改进，紧密结合工程教育专业认证的要求，梳理了课程教学的内容，增加了学生自主综合实验，改进了课程考核方式，增强了学生的学习兴趣，提高了学生的综合分析和设计能力，初步达到了建设目标。

参考文献

[1]雷玉堂.光电检测技术（第2版）[M].北京：中国计量出版社，2009

[2]浦昭邦、赵辉.光电测试技术（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2010

光电检测技术论文篇(2)

关键词：　光电器件；光电特性；传感器应用

0　绪论

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号，光电传感器一般由光源，光学通路和光电元件三部分组，光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。

1　光电传感器原理

光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，由三部分构成：发送器、接收器和检测电路。

发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。

槽型光电传感器把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。

对射型光电传感器若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。

反光板型光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。

2　光电传感器的应用

2.1　透射式光电传感器在烟尘浊度检测上的应用

防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。

为了检测出烟尘中对人体危害性最大的亚微米颗粒的浊度和避免水蒸气与二氧二碳对光源衰减的影响，选取可见光作光源。光检测器光谱响应范围为400-600nm的光电管，获取随浊度变化的相应电信号。为了提高检测灵敏度，采用具有高增闪、高输入阻抗、低零漂、高共模抑制比的运算放大器，对信号进行放大。刻度校正被用来进行调零与调满刻度，以保证测试准确性。显示器可显示浊度瞬时值。报警电路由多谐振荡器组成，当运算放大器输出浊度信号超过规定时，多谐振荡器工作，输出信号经放大后推动喇叭发出报警信号。

2.2　漫射聚焦型传感器

漫射-聚焦型传感器是效率较高的一种漫射型光电传感器。发光器透镜聚焦在传感器前面固定的一点上。接收器透镜也是聚焦在同一点上。敏感的范围是固定的，取决于聚焦点的位置。这种传感器能够检测在焦点上的物体，允许物体前后偏离焦点一定距离，这个距离称作“敏感窗口”。当物体在敏感窗口以外，在焦点之前或者之后时便检测不到。敏感窗口取决于目标的反射性能和灵敏度的调节状况。因为所射出来的光能是聚焦在一个点上面，增益增大了很多，于是传感器很容易地就检测到窄小的物体或者反射性能差的物体。

具有背景光抑制功能的漫射型光电传感器只能检测一定距离的目标物体，在这个距离以外的物体它便检测不到。在各种漫射型光电传感器中，这种类型的传感器敏感目标物体颜色的灵敏度是最低的。这种传感器的一个主要优点是，它不会检测背景物体。而普通的漫射型光电传感器往往会把背景物体误认为是目标物体。

对于具有机械式背景光抑制功能的漫射型光电传感器，它里面有两个接收元件：一个接收来自目标物体的光，另一个接收背景光。目标接收器E1上的反射光的强度超过背景光接收器E2上的反射光时，便把目标检测出来，产生输出信号。当背景光接收器上的反射光的强度超过目标接收器上的反射光时，不检测目标，输出状态不发生变化。在距离可变的传感器中，焦点可以用机械的方法进行调节。

对于具有电子式背景光抑制功能的漫射型传感器，在传感器中使用一只位置敏感元件（PSD）而不是使用机械元件。发光器发出一束光线，光束反射回来，从目标物体反射回来的光线和从背景物体反射回来的光线到达位置敏感元件的两个不同位置。

3　光电传感器的发展前景

光电式传感器可非接触地探测物体，广泛用于自动化领域，如管理系统、机械制造、包装工业等。当然，光电式传感器也有它的缺点，它是以光为媒介进行无接触检测，光是一种频率很高的电磁波，光干扰也算一种电磁干扰，它是导致传感器误动作的主要因素之一。环境光、背景光和周围其他光电式传感器所发出的光都是光干扰源。故设计时，采用偏振光及高频调制的脉冲光，采用同步检波方式，有利于抑制光干扰。

在各行业、各领域中，光电传感器都得到了广泛的应用，尤其是在电力、工业、军事、农业及生活领域，光电传感器的应用不达标有利于电力电子设备的升级与改造，而且客观促进了社会生产力水平的提高。随着现代科学技术的不断发展，光电传感器的应用展现了更为广阔的发展空间，我们应注重对于国内外相关技术研究成果的积累和借鉴，并且加强与现代计算机技术、网络技术、电力电子技术的有机结合，从而不断拓展光电传感器的应用范围，更好的服务于现代社会的发展。

4　结论语

以上对光电传感器的检测技术和部分光电传感器的应用做了分析说明，在现展中，光电技术有很多种，同时工作方式也又很多。在多方面考虑，应该仔细的选择性能比较稳定价格适应的技术和类型，实施好设计方案。

参考文献：

[1]黄贤武、郑莜霞，传感器原理与应用[M].成都：电子科技大学出版社，2004：145-147.

光电检测技术论文篇(3)

关键词：无损检测技术；压力容器；运用

1.前言

无损检测技术是一门新型技术，技术使用主要是压力容器检测。该技术的使用是基于设备检测时，不能影响到设备整体性能的要求而产生。在检测过程中，不会导致设备结构分解，物理外观发生改变，检测准确率高。

2.激光无损检测

压力容器检测方法，方法局限性比较大，应该综合使用，才能使得检测技术得到保障。就当前发展而言，压力容器检测方法非常多，常用的技术主要有超声检测、渗透检测以及磁粉等等。这些检测技术有各自缺陷和优势。激光散斑技术是借助散光斑图分析检测结果，对被检测的物体进行激光处理，有缺陷的位置会出现条纹，从而判断异常存在位置。激光本身能量比较高度集中，单色性较好，在使用时方向性很强。在无线损检测领域，使用的范围逐渐扩大，有激光散斑、激光全熄以及激光超声波等等新技术。激光全息技术的使用，针对的是超声波施加负荷。存在缺陷的位置会出现形变，激光会记录下该形变量，最终的数值同其他材料对比有差异，这就可以判断出材料的特性。激光超声波有着突出优势，最关键的优势是能实现非接触检测，能够避免耦合剂的影响。使用该技术进行检测，可以检测到设备的特性，该检测技术被使用于压力容器焊缝表面检查使用。

3.激光无损检测新技术在压力容器检测中的运用

3.1在压力容器检测中应用低频率电磁技术

低频率电磁技术已经成为压力容器检测最常选择的检测技术，该检测技术借助激发探头设备，在压力容器检测中输入低频率电磁信号。该信号一旦遇到压力容器有缺陷存在时会及时的进行信号反射，信号的原有性会发生改变。使用该技术定位出压力容器缺陷位置，借助回波信号情况，做好定量分析工作。掌握压力容器实际情况，这在进行生产中，保障了生产质量。根据相关调研发现，低频率电磁技术的使用取得了良好成效。该检测技术，一般都会从压力容器表面逐渐深入到内部，一般表面的检测进行中，遇见缺陷时，该技术会快速的定位出病害所在，从而更有力的进一步优化设备生产。这是一种非接触性的检测技术，将其放置容器中进行检测时，不会造成污染，更不会影响检测结果。

3.2磁粉检测技术在压力容器检测中的应用

磁粉检测技术在压力容器检测中的应用方法主要是磁轭法，这种方法操作简单便捷，活动关节磁轭能够对压力容器的角焊缝进行较为深人的检测。在压力容器检测过程中，要对压力容器各个方向上有可能存在的缺陷进行检测，应在同一检测位置进行相互垂直的探伤操作。为了保证检测的精确度，可以将压力容器焊缝划分为多个检测部分，另外，检测时应具备一定的重叠。磁轭检测方法具有多种优点，但也具有一定的局限性。该检测技术存在的最大的缺陷是效率相对较低，在检测过程中会导致漏检问题出现，但是这样的情况在后期检测中是可以避免的。在进行检测时，还可以选择交叉磁轭的方式进行检测，这是压力容器最常选择的检测方法。在检测中，会产生大量的旋转磁场，不过检测灵敏度比较高，整个操作过程简单方便。进行检测时，一旦发现有较大的缺陷粗壮你就爱，会及时定位出来。这样检测技术最常使用于深度较大的部位，但是不合适使用于压力容器角焊缝探测。该检测方法对电压有较高的要求，一般情况下，需要提供380v的电压，如果检测条件有局限时，不能提供要求的电压，该检测方法将不能使用。因此，可以看出该检测方法存在一定的缺陷。该检测方法对于压力容器检测，使用效果比较明显，适应性也比较强。这个方法和与磁轭方法存在一定共性。简单而言，就是进行在压力容器检测时，需要对某个部位进行两次检测，这样才能保障检测的准确率。

3.3激光全息无损检测技术

激光全息无损检测技术被推广使用是在70年代，激光本身尤其独特的其特性性能，因此被推广使用。随着科技水平不断进步，逐渐发展成激光全息、激光超声波技术。这些技术的使用，使得检测更加准确，拓展检测领域新天地。在激光检测领域，激光全息是使用最早的一项技术，也是使用最广泛之技术。根据统计显示，激光全息技术占据技术重要组成部分。其实它的检测原理非常简单，借助对检测物体外加荷载，当检测物体出现形变量时，就可以确定缺陷位置。在未来发展中，激光全息无损检测技术有以下重要发展方面。一，将全息图直接记载在材料上，就可以对图像进行干涉，从而浮现出新的图像。二，在进行图像处理时，要获得更多的干预条纹的实时定量数据。三，选择新的干预技术，例如选择了相移干涉技术，总体使用上，会进一步提升全息技术检测质量。

3.4激光超声无损检测技术

超声检测技术检测成本比较高，安全性比较差，在当前发展中，规模还比较小，属于发展阶段。但是超声检测技术的使用，却有良好的前景。一，可以在高温条件下进行检测，例如进行热钢材在线检测。二，使用于方便面接近的物体检测。例如：放射性样品检测。三，超声波检测可以射到检测物体任何部位。因此，可以使用于检测外形不规则的样品。四，借助超声波可以对超薄样品表面进行检测。在近几年发展中，超声波检测的范围在逐渐扩大。

4.结束语

激光无损检测技术相对于传统检测技术而言，该检测准确率高。使用新技术进行检测，能够准确的定位出容器缺陷所在，从而及时进行调整。压力容器检验对于保证压力容器的正常安全运行具有重要意义，在实际工作过程中应该高度重视压力容器的检测工作。当前压力容器检验过程中还存在着不少问题，这些问题如果得不到有效解决就会严重影响到检验效果。

参考文献：

[1]董世运，刘彬，徐滨士，林俊明.再制造领域中超声无损检测技术的应用及其发展趋势[J].全球华人无损检测高峰论坛

光电检测技术论文篇(4)

关键词：光电检测技术;机械设计制造;应用

1.前言

随着我国科学技术和经济的发展，光电检测技术被广泛应用到机械设计制造中。主要是因为其特点是可以实现无接触检测，因而可以将机械动态检测变成光电静态检测，从而可显著简化机械结构。除此之外在很多场合还可省去调整操作，本文首先对阐述光电检测的基本原理;然后对光电检测在机械设计制造中的应用进行了分析和探究。

2.光电检测的基本原理

电管的基本结构简图如图1所示，具体选择哪一种结构的光电管与设备具体结构和使用要求有关。透射式光电管的工作原理是发光二级管发出的光信号直接照射到接收三级管的基极，三极管基级接收到光信号后在发射极或集电极上产生一个输出信号，然后后续电路再对所接收到的信号进行处理去控制相应部件.显然光电流的强弱直接影响到输出信号的强弱，当发光管和接收管之间没有任何物体时，输出信号最强;反之当有物体夹在中间时，输出信号就开始减弱，中间物体的厚度越厚，透明度越差，则输出信号就越弱，因此用这种光电管即可进行物置检测，也可进行物体厚度检测。

透射式光电管在印刷机上主要用于位置检测和双.张检测，其位置检测实际结构示意图如图2（A）所示.图中光电管1是通用的槽形光祸，控制圆盘2用来控制光电管1发光管和接收管之间的通与断，控制圆盘2固定在回转轴3上，因而可以用来检测回转轴3的相对位置，从而根据工艺要求发出相应的控制信号，厚度检测如图2（B）所示，由发光管1发出的信号经过纸张2到达接收管3，纸张厚度或透明度发生变化后，接收管3输出的信号强度也随之变化，因而在用一张纸调试好后当有两张纸或多张纸通过发光管和接收管之间时，接收管的输出信号强度减弱，从而发出双张或多张控制信号。

3.光电检测在机械设计制造中的应用

在实际应用过程中，光电检测这一种技术能够在机械设计中所应用的位置比较多，它所具有的特点就是可以实施没有接触性、不触摸式的检测，并且能够在动态环境下实施检测，还能够取得比较好的效果，这样就能够表现机械结构比较简单，同时在检测过程中，还能够将这些不必要的场合省略。由于印刷机的纸张一旦检测中，采取先进的光电检测技术以后，其纸张厚度就有着非常大的变化，这样就不用去调整所检测的零部件。如果单单的应用机械检测，所检测的纸张一旦出现变化，就会出现机械检测工作不正常。

3.1印刷机上的应用

光电检测技术在的印刷机上应用是现今发展的必然趋势，在技术上只有紧密的与计算机信息技术联系在一起，才能够提高印刷机的操作效率。从现在设计与实践中分析，在一些小型的印刷机中应用光电检测技术系统是比较难的，其价格昂贵，一般是这些业主难以承担。目前，国内的一些印刷机的企业自行研发了一些专业性的控制装置，虽然价格低廉，但是可操作性差，具有不稳定性，安全性能值得考虑。透射式光电管在印刷机上主要用于位置检测和双.张检测，由于发光管1在发出需要的信号后，在历经这些纸张2后，就可以直到接收管3了，同时纸张的透明度与厚度，都会因此产生变化，这样接收管3所输出的必要信号，在此基础上，其强度也会发生变化，对此，在调试纸张后，注意纸张的厚度与接收管的距离，时刻关注接收管的接受信号的强度。而对于射式光电管而言，它主要是进行位置上的检测。在光电管1的上面，妥善的装好一个接收管，一个发光管，一旦发现纸张在达到光电管的下面时，这些纸张所反应的信号，就会直接的传导光电管1中，这样就能够在接收管的，形成了一个信号。

3.2在包装机械制造中的应用

光电检测的技术在包装机械制造中的应用是必然发展的趋势，在技术上只有紧密的与计算机信息技术联系在一起，才能够提高包装机械的操作效率。从现在设计与实践中分析，在一些小型的包装机械中应用光电检测技术系统是比较难的其价格昂贵，一般是这些业主难以承担。光电检测技术应用的范围比较广泛，在包装机械中的应用也是如此，例如料面控制就是其成功之处，它的优点就是能完成没有触摸式的检测，还能够就动态性的检测，直接转变成一个静态式的检测，这样就极大地简化了机械的操作结构，应用经典的例子就是牙膏灌装机，由于牙膏管尾的端是夹扁的，就应当与这些的商标图案，时刻处在一个平面上，此时就应当采取反射型的光电性的控制装置。一旦发现牙膏已经灌装好，就直接的传送到该工位，这样凸轮就能够透过杠杆将这些牙膏的带底座直接的从需要的位置中直接的托起，由此能够起到步进电动机的带动其慢速中的旋转。在具体应用中一般包含两大方面：一是整合了工程企业信息资源，提高了它的利用效率。通过计算机的应用到工程企业实务中，减少了工程企业人员的工作时间，又提高了工程企业核算的精确度和监管力度，这些变化也促使我国工程企业组织结构的变化，工作部门和人员工作的重新分工，大幅度的提高了我国的工程企业信息资源利用效率、精确度。

4.结束语

综上所述，从光电检测技术的工作过程看，这实际上是一个机电一体化的典型范例.也就是说，对设计人员来说既要掌握机械结构的基本知识，又要对光电器件的工作原理有所了解这样才能充分发挥光电技术的作用。同时从实际生产中可看出，只要所设计电路本身具有良好的抗干扰能力，在工作中就不会有问题。本文主要对光电检测的基本原理和光电检测在机械设计制造中的应用进行了探究，从而知道在制造的过程中应该注意的问题和要求。

参考文献：

[1]殷红，彭珍瑞.检测技术类课程整合教学模式研究[J].中国电力教育，2009，（17）.

[2] 吴飞艳，电梯平衡系数智能检测系统设计，硕士学位论文，北京，中国科学技术大学，2012

[3]华北水利水电学院教务处.华北水利水电学院专业建设发展规划材料汇[Z].

光电检测技术论文篇(5)

关键词：智能可穿戴；心率；容积描记波；心动图；HR；ECG；PPG；BCG

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）36-0196-02

“穿戴式智能设备”是应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称，如智能手表或智能眼镜等，以及只专注于某一类应用功能，需要和其他设备如智能手机配合使用，如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等。早期的手环如Jawbone、Fitbit都仅仅具有记步、睡眠的功能，随着技术的进步以及用户需求的变迁，可穿戴式智能设备的形态与应用热点也在不断变化，最近推出的小米手环2已经具有心率检测功能，相信在不远的将来手环或手表这样的标准穿戴式设备将具备更多的检测检测功能。

本文将主要探讨智能心电率检测的问题。心率指的是每分钟心跳的次数，相比于静止心率我们更关注于动态心率。运动过程中的心率我们叫做运动心率。在运动过程中，心率数据可以反映我们的运动强度、运动性质、能量代谢、氧气消耗、乳酸积累、机体疲劳程度等。因此，在运动中如果能及时了解自己的心率状态，就能及时掌握自己的身体情况，并以此进行相应调整。这样既可以大大减少因过度运动对身体的损伤，也可以在运动效率过低时提醒自己自己提高运动效率。

1各种心率检测技术的介绍

1.1 生物电势检测法

如图1左一所示，传统的心率带产品是基于心电ECG的检测方法，典型产品如Polar心率带。心电检测需要测量两个电极间的电势差，因此胸前靠近心脏的位置最为理想，这里心电信号强而且运动时肢体运动造成的误差较小。此外，由于人在运动时躯干的运动幅度相对于四肢要小的多，最新的心率带往往带有步态检测功能，可以提醒用户错误的跑步姿势并作出建议。主要的问题是佩戴的舒适感较差，长时间的运动产生的汗液会使心率带松动甚至汗液短路影响检测，而且需要同时使用手机等智能设备搜集数据，使用不方便。但基于生物电势法测量的心率带产品是现有产品中实时性最强的、最精确的产品，仍然是不可或缺的应用，下面介绍的检测法都需要用电势法检测产品作为校准参考。

1.2光电式心率检测法

如图1左二所示，光电式心率检测法是新型的应用，典型产品为Apple Watch心率检测。光电式心率检测技术利用光反射的原理检测心率，人体中的血液由心脏推动周期性地在血管中循环，具体体现为肺循环和体循环，肺循环通过肺部氧气交互将空气中的氧气溶入血红蛋白，然后通过体循环输送至身体各个组织器官，氧气在肢体和器官中与细胞进行交互后消耗。上述过程随着心跳周而复始地进行着，体现在组织血液中含氧血红蛋白数量的周期性变化。光电式心率检测就是将一束光打到组织里并检测返回光强，由于血液中的氧合血红蛋白含量随着脉动呈周期性变化，光的吸收率发生了变化导致检测到光强也随之变化，这等于心率的变化。

光电式心率检测相对于生物电势法只需要单点测试，如手腕，测试简单而且不需要用户配合，具有非常好的用户体验，但由于测量的光信号非常微弱，该测量技术容易收到肢体运动及自然光的干扰，实际使用时需要配合运动去除算法才行。

由于光电式心率检测的原理是基于传统的容积描记波（PPG）技术，从PPG信号中可以提取血氧饱和度（SPO2）、心率（HR）、心率异性分析（HRV）以及最大摄氧量（VO2 Max）等信息。心率对信号的要求最低最容易实现，最大摄氧量其次，血氧饱和度测量较难。传统的血氧饱和度的测量主要是在信号较好的指甲端或耳垂上，手腕上的应用受制于肤色、毛发等因素的影响测试精度难以保证。但作为一个基于PPG信号的衍生应用，血氧饱和度、最大摄氧量、心率变异性分析仍有很大的发展空间

1.3生物复阻抗式心率检测法

如图1右二所示，这是一台 Inbody出品的身体成分分析仪，主要用于检测身体水分、肌肉、脂肪等组织成分，用于健康指导。这是基于生物复阻抗检测的技术，主要是利用身体不同成分（水分、肌肉、脂肪）在不同激励频率下体现的生物复阻抗特性来区分不同成分极其含量。目前的产品主要是体检仪或者人体秤的产品样式，采用双手或者双脚接触检测。但随着技术进步、精度的提高，在检测复阻抗的同时检测心率和呼吸率将不是问题，甚至可以在手腕上直接检测。其原理是血液在心脏的驱动下在血管中周而复之地流动，心脏的波动和血液的流动会使组织的阻抗也产生了周而复始的变化，这就是心率检测的理论基础。它也需要电极接触，因此可以与电势法测量心电复用电极测量，这样一个传感器可以输出多个结果。但目前的精度仍需完善，而且容易受到运动干扰。

1.4机械震动心率检测法

如图1右一所示，这是Fukuda Denshi出品的心动图检测设备，检测Ballistocardiograph（BCG心脏射血容量描记器）。检测原理是利用精密加速度传感器检测心脏跳动的震动频率，理想位置自然是靠近心脏。但如果将传感器放于手腕上的话检测难度将大大增加，因为人体运动会对传感器造成极大的干扰，体现在运动、走路的震动频率将会完全淹没心率信号。

2技术对比

从下面表1可以看出，生物电势和光电式心率检测方案是相对成熟的方案，目前市场上已经有相应的穿戴式产品出现，而基于复阻抗和机械振动检测的方法还处于概念阶段，方案尚未成熟，但具有非常大的市场潜力。尤其是复阻抗式检测方法，它与皮电活动检测是一个范畴而且还可以与心电检测复用电极，具有广阔的市场潜力。

生物电势法的功耗虽然低但是它需要两电极参与，对产品工业设计的要求较高，而且需要用户的测试电极相隔一定距离。心率带产品是最成功的应用，由于放置位置靠近心脏，但是如果用户在手腕上佩戴设备，采集心电必须靠双手操作，如右手手指搭到左手手表上，使用不方便。光电式检测法只要单点接触皮肤组织就好，使用简单，可以对用户进行连续持续检测，这一特性非常利于在手环、手表等单手设备上普及。由于它的精度提高依赖于发光二极管及接受光电管的灵敏度，整个设备的功耗及成本较高，另外设备依赖精密的光学结构，设备容易受环境光的干扰。当用户运动时，整个信号会受到很大干扰，因此需要复杂的运动去除算法，这对处理器的要求较高，同样引入了额外的功耗及系统演示，这与生物电势法实时检测不同，运动时的光电心率检测技术往往具有较大的延时，这可用于趋势分析但每个时刻的心率仅代表过去一段时间的平均值或者典型值。

3 结论

本文讨论了几种心率检测技术，及其优缺点。主要有四种方法：生物电势法、光电式检测法、复阻抗式检测法以及机械振动检测法，前两种检测方法已经是成熟方法，而后两种方法仍有待完善。

而且，这些方法还能排列组合衍生出不少新的应用。例如，

1） 结合电势法测量心电图（ECG）可以与光电法测量容积描记波（PPG）结合用来实现连续无创血压检测。

2）电势法测量和复阻抗测试可以共享电极测量，这可以最大限度地利用有限的穿戴式设备体积测量更多的参数。

上述多传感器融合的方法将也为我们后续的研究方向。

参考文献：

[1] 王庆友.光电传感器技术[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2] 杨玉星.生物医学传感器与检测技术[M].北京：化学工业出版社，2009.

[3] 杨金红.指夹式光电脉搏传感器[J].科技信息，2009（36）：87.

[4] 汪步云，许德章.光电式脉搏传感器及其组成血压仪的研制[J].生命科学仪器，2008，6（6）：45.

光电检测技术论文篇(6)

[关键词]动态测角误差、可编程动态靶标、光电经纬仪

中图分类号：TH761.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0354-01

1、概述

检测光电经纬仪跟踪性能、动态精度和测角精度等技术指标的方法分为外场和室内两种检测方法。外场检测是将经纬仪运到靶场，在靶场测控网跟踪飞机、拍星等。获得飞行轨迹参数，同时用靶场的其它高精度设备进行跟踪测量统一目标，并以此为真值，与光电经纬仪获得的参数在同一坐标系下进行对比，从而标定出其跟踪精度和动态测角精度。可见，外场检测方法受到时间、场地、天气、运输等因素的限制，要消耗大量人力、物力，且实验周期长，组织协调困难，而且校飞目标很难达到设备设计的指标速度和加速度检测要求，所以外场检测方法有很多局限性和弊端。另外用靶场其它测量设备进行对比测量还存在多种误差源，很难给出高精度的真值，使得被检测光电经纬仪无法与其进行精度对比。

室内检测方法是指在实验室内用精度动态靶标模拟空间运动目标及其运动规律，对光电经纬仪跟踪性能和测角精度进行检测。可见室内检测方法可以在实验室内及时发现和解决光电经纬仪存在的技术问题，保证外场检测和应用中不会出现技术问题。如今，对光电经纬仪的总体性能，尤其是对其跟踪精度和测角精度指标的要求越来越高，所以用于检测光电经纬仪精度的动态测角误差精度也受到了高度的重视。

2、光电经纬仪发展情况简述

因为经纬仪的研究情况、技术指标和生产能力是一个国家在光学仪器领域和靶场光测设备领域中水平高低的重要衡量标准，所以存在相关技术封锁，尤其是有关检测方法的相关资料极少透露。

随着科技进步和靶场建设的需要，20世纪80年代研制的电影经纬仪开始加装可见光电视和红外电视系统，经纬仪从单一的对飞行目标跟踪、弹道测量，到现在对靶场各类飞行目标的目标特性、姿态、拦截、子母弹炸点解爆、子弹散落特性等性能的测量。近几年以来，由于可见光电视、红外电视图像可实时传输、实时提取目标脱靶量等优点，逐渐取代电影胶片成为光电经纬仪主光学系统的成像器件。

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所从1958年开始研制我国第一台150光学跟踪测量设备，到160、179、331、260、662等电影经纬仪以来，在电影经纬仪的研制生产中逐步建立了自己的静、动态检测方法。电影经纬仪检测架如图1.

随着科技进步和靶场建设的需要，20世纪80年代研制的电影经纬仪开始加装可见光电视和红外电视系统，到现在电视、红外已完全取代电影胶片作为图像测量和记录系统，经纬仪从单一的对飞行目标跟踪、初始段和载入段弹道测量，到现在对靶场各类飞行目标的目标特性、姿态、拦截、子母弹炸点解爆、子弹散落特性等性能的有效装置―旋转靶标，解决了光电经纬仪动态跟踪和捕获性能的室内检测问题，已经在同行和军方使用部门得到推广应用。利用该靶标已经检测了多种型号的光电经纬仪，直到现在还在检测跟踪性能方面继续发挥其作用。

3、电视、红外动态测角误差检测

随着摄影胶片被可视光电传感器件所取代，而用传统摄影动态误差检测方法，由于胶片与可视光电传感器件的曝光特性的不同，无法满足光电经纬仪在工作速度和工作加速度的条件下动态测角误差的检测。随着可编程动态靶标的研制成功可实现对电视、红外动态测角总误差的检测，可编程动态靶标与光电经纬仪空间关系图2。

用高精度测角仪标定出可编程动态靶标锥角b、半锥角a，根据球面三角定理，可编程动态靶标相对于光电经纬仪的方位角A、俯仰角E都随θ角的变化按公式改变：可得方位角A、俯仰角E值。

由此可得可编程动态靶标理论方位角A、俯仰角E值为：

可编程动态靶标和光电经纬仪数据采样同步，在相同的数据采样时刻能提供一个准确的空间角度值，可以为光电经纬仪提供理论真值。光电经纬仪电视、红外测量系统在以工作速度或工作加速度自动跟踪可编程动态靶标目标状态下，调整靶标转速满足电视、红外测量系统在65°高角时工作角速度和工作角加速度的要求。由计算机记录可编程动态靶标的绝对时间Ti、编码器角度值，并依据公式（3）、（4）计算出可编程动态靶标相对光电经纬仪在T时刻的方位角Ai和高低角Ei位置信息；电视、红外测量系统对测量的目标进行实时数据记录（绝对时间Ti、方位编码器A、高低编码器E、方位脱靶量ΔAi、高低脱靶量ΔEi），选取在65°高角时的一个正弦的测量周期，计算出电视、红外测量系统的测量合成脱靶量ΔAi′、ΔEi′：

同理可对记录的电视、红外视频图像进行视频判读，得到视频伴读的方位脱靶量ΔAi、高低脱靶量ΔEi，计算出电视、红外测量系统事后动态测角误差。

4、结束语

以上是在GD-280、GJ1208等光电经纬仪电视、红外动态精度检测实际应用效果良好，通过编程控制靶标转动，可以实现对主光学系统和不加分光器偏离经纬仪3轴旋转中心的电视、红外动态测角误差的检测。开展关键检测技术研究，用于光电经纬仪可见电视、红外电视室内动态测角误差检测，通过对动态测量误差室内性能评价，可作为准确的设计与研制适合靶场试验要求的光电经纬仪提供科学的实验数据，为光电经纬仪靶场弹道测量工作的可靠性做出较真实的评估。

参考文献：

[1] 何照才、胡保安. 光学测量系统. 北京：国防工业出版社，2002.

光电检测技术论文篇(7)

【关键词】无线式 电器设备 检测仪 综合测试 断路点 测试方法

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2017）01C-0187-02

随着汽车制造业和数控技术的迅猛发展，家用汽车和数控机床的保有量逐年递增，在进行汽车和数控机床维修时电气故障占有很大的比重。判断汽车电气线路的故障点目前常用的是试灯，市面上的试灯尾部都有1根引出线，需要寻找合适的搭铁点，比较麻烦，另外主要靠氖管的发光来验电，有时候显示不够醒目，灵敏度不够高。汽车检测另一种常用的仪器是诊断仪，诊断仪价格昂贵，体积较大，需要定期升级才能使用。在判断数控机床的电气线路方面的故障时往往采用的是万用表，判断是否有断路点测电阻要求断电测量，这就需要频繁地开关机，迫于距离所限有时还需外加延长线，效率很低。

本文介绍的无线式电器设备检测仪主要用于一些弱电信号的测试，例如汽车上经常测试12V线路的导通，数控机床上经常测定24V线路的通断情况等。本设备是不需要引出线的，内部主要靠三极管的放大作用，把微弱的电信号放大，根据发光二极管发光情况来判断。

一、无线式电器设备检测仪的结构设计

（一）外观结构设计

本设备可在测电笔的基础上改进，也可设计为其他便携的外观结构，如像手机形状的。图1为在测电笔的基础上改进的外观结构。

此无线式电器设备检测仪的外观结构主要由1-金属平头端头、2-透明壳体、6-测试笔端组成。透明壳体2左端与金属平头端头1相连，右端与测试端子6在外部相连。透明壳体2的内部从左到右主要有电路板3、限流碳电阻4和弹簧5组成，弹簧的右侧与测试笔端6内部连接，这些部件共同组成了检测仪的外观结构。

（二）电路板结构设计

电路板是无线式电器设备该检测仪的核心部件，图2为电路板的内部结构。

电路板内部结构主要由7-3 V干电池，8-发光二极管，9-三极管，10-三极管、11-无极电容组成。电路板内部的三极管10的基集b与限流碳电阻4连接，电路板的手摸极与金属平头端头1连接，其中无极电容11起到抗信号干扰的作用，这些元件共同组成了该无线式电器设备检测仪的电路板。

二、无线式电器设备检测仪的工作原理

当三极管10的基极b检测到电流信号或感应信号时，由于三极管10和三极管9的高倍放大作用，在三极管9上产生较大的集电极电流，推动发光二极管8发光指示。

由于三极管10的发射极电流直接作为三极管9的基极电流，相当于信号经过两次放大，电路的探测灵敏度提高。为了人体的安全，串接了限流碳电阻4。

三、无线式电器设备检测仪的用途及测试方法

（一）接触正极测试

当图1中的测试笔端6接线路正极时，人体接触金属平头端头1时，相当于和电路板的手摸极相连，形成正偏置电路。图2中的三极管10的基极b有电流，其集电极c和发射极e导通，同时三极管9的基极b有电，其集电极c和发射极e也导通，电流从能充电的3 V干电池7的正极流向发光二极管8、三极管9通向能充电3 V干电池7的负极形成回路，发光二极管8有电流通过时点亮。若此线路没有电流通过，三极管9、三极管10不导通，发光二极管8不发光。由此可断定此线路为断路。

（二）接触负极测试

当图1中的测试笔端6接线路负极时，人体接触金属平头端头1时，能形成负偏置电路。图2中的三极管10的基极b有电流，其集电极c和发射极e导通，同时三极管9的基极b有电，其集电极c和发射极e也导通，电流从能充电的3 V干电池7的正极流向发光二极管8、三极管9通向能充电3 V干电池7的负极形成回路，发光二极管8有电流通过时点亮。若此线路没有电流通过，三极管9、三极管10不导通，发光二极管8不发光。也断定此线路为断路。

（三）接触绝缘线路

当有信号干扰时，就会接通三极管9和10的门槛电路，使相应的集电极c和发射集b接通，这时发光二极管也会亮，引起错误的提示。为了解决此问题，在三极管10的基集b极与干电池正极之间加装一个无极电容吸收干扰信号。

当图1中用测试笔端2接触绝缘的线路，人体接触平头端头1时，若此线路有电流通过就产生电弧及电信号，该检测仪就能感应到电信号，形成偏置电路。图2中的三极管10的基极b有电流，其集电极c和发射极e导通，同时三极管9的基极b有电，其集电极c和发射极e也导通，电流从能充电的3 V干电池7的正极流向发光二极管8、三极管9通向能充电3 V干电池7的负极形成回路，发光二极管8有电流通过时点亮。若此线路没有电流通过，三极管9、三极管10不导通，发光二极管8不发光。断定此线路为断路。

此无线式电器设备检测仪实现的上述三个技术问题，无论是接触正极、负极，还是绝缘层，只要有微弱的电信号，都能接通偏置电路，从而发光二极管上都能加上3 V的电压，发出很亮的光，测试非常灵敏。市面上现有的交流测试电笔只能对交流电路进行测试和直流测试电笔只能对直流电路进行测试，不能进行综合测试，测错时不能工作，电路在工作时产生电弧及电信号，并且直流测试电笔和交流测试电笔都不能在绝缘的工作线路中感应到电信号，当带绝缘胶的线路断路时，无法检测到断路点。此无线式电器设备检测仪则很好地解决了这些问题。

四、结语

本文所研究和开发的这种新型的无线式电器设备检测仪，已经申请了相关的专利，并且还申请了2015年度广西高校科学技术研究项目。该产品在设计过程中充分考虑到了地域优势，主要针对电路检测复杂的特点，设计上结构相对简单，造价便宜，生产工艺简单，适合的领域比较广泛，能够适用于汽车、机床、生产线等电路、电器元件设备的线路断路检测，能使电气技术人员的工作效率和安全性得到了很大的提高。该装置无论是在技术先进性、经济效益和社会效益方面都有很好的推广价值。首先，研发出来的检测仪可以用来作为学校的实践教学检测设备，成本低，占地空间小，不受场地限制。其次，可以应用到比赛训练现场，如果应用较好，可进一步在汽车4S店、数控维修企业进行推广应用。

【参考文献】

[1]边朝朝.机床电器维护维修中测试工具及其应用[J].机床电器，2006（2）

[2]刘祯.一种多功能试电笔的制作[J].家电检修技术，1995（10）

[3]谭克诚，于钟凌，张丽丽，等.多功能电路测试笔（专利号：ZL 2014 2 0785402.2），2015.5

【基金项目】2015年度广西高校科学技术研究项目“无线式电器设备检测仪的开发与应用”（KY2015YB473）